DE1172696B

DE1172696B - Steuervorrichtung fuer das Kaeltemittel in einer Kuehlanlage

Info

Publication number: DE1172696B
Application number: DEA35524A
Authority: DE
Inventors: Ralph Brackett Tilney
Original assignee: Alco Valve Co
Current assignee: Alco Valve Co
Priority date: 1959-10-01
Filing date: 1960-09-08
Publication date: 1964-06-25
Also published as: US3060699A; GB887884A

Description

Steuervorrichtung für das Kältemittel in einer Kühlanlage Die Erfindung bezieht sich auf Kühlanlagen und insbesondere auf eine Steuervorrichtung für den Durchfluß des Kältemittels durch einen Kondensator, die durch den Druckunterschied an der oberen und unteren Seite der Kühlanlage betätigt wird.
Die Erfindung befaßt sich in erster Linie mit Kühlanlagen, die mit-einem Kondensator versehen sind, der den Temperaturschwankungen der umgebenden Luft ausgesetzt ist. Ein derartiger Kondensator ist beispielsweise luftgekühlt und außerhalb der Kühlanlage angeordnet und den Einflüssen der kalten Witterung ausgesetzt.
Es sind Steuervorrichtungen für das Kältemittel in einer Kühlanlage bekannt, die aus einem Kompressor, einem Kondensator, einer Ausdehnungsvorrichtung und einem Verdampfer bestehen, welche hintereinander angeordnet sind und über Rohre miteinander in Verbindung stehen, wobei zwischen dem Kompressor und dem Kondensator in die Rohrleitung ein druckgesteuertes Dreiwegeventil eingebaut ist, das den Kältemittelstrom derart steuert, daß das Kältemittel dem Kühlbedarf entsprechend entweder über den Kondensator oder durch eine Umgehungsleitung direkt zum Verdampfer gelangt. Bei diesen bekannten Steuervorrichtungen besteht der Nachteil, daß die verwendeten, druck- oder temperaturgesteuerten Ventile zu ungenau und unsicher arbeiten, zu hohe Leistungen erfordern und zu großem Verschleiß unterworfen sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Nachteile der bekannten Steuervorrichtungen zu vermeiden und eine Steuervorrichtung für das Kältemittel einer Kühlanlage zu schaffen, bei der das in den Kondensator und in die Umgehungsleitung um den Kondensator führende Dreiwegeventil von dem Druckunterschied zwischen der Hochdruck- und der Niederdruckseite der Anlage gesteuert wird.
Gemäß der Erfindung wird deshalb vorgeschlagen, in das Dreiwegeventil einen federbelasteten Schieber einzupassen, der mit dem mit zwei Ventilsitzen zusammenwirkenden Ventilteller starr verbunden und dessen eine Seite von einer Druckfeder und dem niedrigen Druck des verdampften Kältemittels beaufschlagt ist, während gegen die andere Seite der Druck des komprimierten Kältemittels und der Gegendruck aus dem Kondensator wirkt.
Es ist also ein Ventil vorgesehen, welches für große Ventiltellerhübe und große Belastungen geeignet ist, dessen Teller von dem Schieber zentrisch im Ventilgehäuse geführt wird und welches praktisch keiner Wartung bedarf. Die Feder ist derart angeordnet, daß der Ventilteller normalerweise die Austrittsöffnung des Ventils zum Kondensator schließt. Der durch die Umgehungsleitung von der Niederdruckseite des Kondensators in das Ventil eingeleitete Niederdruck unterstützt die Feder bei ihrem Bestreben, die Austrittsöffnung des Ventils zum Kondensator zu schließen. Die Kraft, die bestrebt ist, die Austrittsöffnung zur Umgehungsleitung zu schließen und damit die Austrittsöffnung zum Kondensator zu öffnen, ist der im Kondensator selbst herrschende Druck. Somit ergibt sich, daß die Betriebsveränderungen, welche die Stellung des Ventiltellers beeinflussen, in dem Druckunterschied zwischen dem Kältemittel im Kondensator und dem aus dem Verdampfer austretenden Kältemittel bestehen. Dieser Unterschied muß so beschaffen sein, daß das Ventil sich zum Kondensator hin öffnet, bevor das Kältemittel durch denselben hindurchfließt. Der Ventilteller wird außerdem, entsprechend den verschiedenen Stufen des Druckunterschiedes, Zwischenstellungen einnehmen.
Es wird also eine Steuervorrichtung zum Regulieren des Durchflusses des Kältemittels durch den Kondensator einer Kühlanlage geschaffen, die durch den Druckabfall in der Ausdehnungsvorrichtung betätigt wird. Da der Druck sowohl beim Durchströmen des Verdampfers als auch beim Durchströmen des Kondensators im wesentlichen gleichbleibt, entspricht der gemessene Druckunterschied, durch den das Ventil gesteuert wird, ganz genau dem Druckverlust innerhalb der Ausdehnungsvorrichtung. Da diese das Ausdehnungsventil ist, durch welches das einwandfreie Arbeiten des Verdampfers bestimmt wird, ist die Bedeutung der Erfindung leicht zu erkennen.
Außerdem wird durch die Erfindung ein Ventil zum Regulieren des Durchflusses des Kältemittels durch einen Kondensator geschaffen, das keinen Ermüdungserscheinungen unterliegt. Dies wird dadurch erreicht, daß in dem Ventil der Ventilteller keine hermetische Abdichtung herbeizuführen braucht, wodurch das Ventil beim Wechsel von Hochdruckverhältnissen und bei starken Druckstößen bei Druckabfall der Gefahr eines Dauerbruches nicht ausgesetzt ist.
Bei der praktischen Ausführung ist das Ventil durch einen Ventilteller betätigt, dessen Hub nicht begrenzt ist, so daß Ventile aller Größen unmittelbar betätigt werden können und kein Hilfsventil bei großen Anlagen erforderlich wird.
Durch die Erfindung wird auch eine verbesserte Vorrichtung zum Enteisen des Verdampfers mittels heißer Gase geschaffen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Kühlanlage mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Steuervorrichtung schematisch dargestellt.
Die Kühlanlage besteht aus den üblichen Teilen, und zwar einem Kompressor 10, einem Kondensator 11,' einem Sammler 12, einer Ausdehnungsvorrichtung 13 und einem Verdampfer 14. In den Kreislauf ist ein Dreiwegeventil 15 eingebaut.
Ein Rohr 16 verbindet den Kompressor 10 mit dem Hochdruckanschluß des Ventils 15. Ein anderes Rohr 17 verbindet eine Austrittsöffnung 18 des Ventils mit dem Kondensator 11. Ein weiteres Rohr 19 verbindet die andere Austrittsöffnung 20 des Ventils 15 mit einem Rohr 21, das seinerseits den Kondensator mit dem Sammler 12 verbindet.
Ein Rohr 22 verbindet den Sammler mit der Ausdehnungsvorrichtung 13 und ein weiteres Rohr 23 die Ausdehnungsvorrichtung 13 mit dem Verdampfer 14. Der Verdampfer 14 ist mit der Einlaßöffnung des Kompressors 10 durch ein Rohr 24 verbunden.
Das Ventil 15 besitzt einen einzelnen, doppeltwirkenden Ventilteller 25, der so eingerichtet ist, daß er sich wechselweise an gegenüberliegende Ventilsitze 26 und 27 anlgen kann. Ein undurchlässiger schalenförmiger Schieber 28 ist mit einer Seite des Ventiltellers 25 verbunden. Durch eine Druckfeder 29 wird der Teller 25 gegen den linken Sitz 26, den Kondensatorsitz, gedrückt. Das Ende des Ventils 15, in dem sich der Schieber 28 befindet, ist außerdem durch ein Rohr 30 mit der Niederdruckseite der Anlage verbunden, d. h. mit dem Rohr 24, das hinter dem Verdampfer 14 liegt.
Beim Betrieb der Anlage liefert der Kompressor das Kältemittel unter hohem Druck in üblicher Weise an das Ventil 15. Falls die Temperatur im Kondensator hinreichend hoch ist, ist der dieser Temperatur entsprechende Druck im Rohr 17 höher als die Summe aus dem Druck der Feder 29 und dem im Rohr 30 herrschenden Niederdruck. Dadurch wird der Ventilteller 25 auf den Umgehungsleitungssitz 27 gedrückt und die Umgehungsleitung 19 abgesperrt, so daß die gesamte Kältemittelmenge durch das Rohr 17 zum Kondensator 11 fließt. Bei diesen Verhältnissen geht der Betrieb der Anlage in der üblichen Weise vor sich. Das verdichtete Kältemittel dehnt sich in der Ausdehnungsvorrichtung 13 aus und wird dann durch den Verdampfer 14 geleitet, wodurch es die Luft abkühlt, die über den Verdampfer strömt.
Die Ausdehnungsvorrichtung kann nur dann ordnungsgemäß arbeiten, wenn ein hinreichender Druck an ihrer Eintrittsseite vorhanden ist. Dieser Druck wird nicht ausreichend sein, wenn der Kondensator auf eine so niedrige Temperatur abgekühlt wird, daß der in ihm herrschende Druck sehr niedrig ist. Neben dem Mangel an hinreichendem Betriebsdruck an der Ausdehnungsvorrichtung 13 kann ein so großer Temperaturanstieg durch das Rohr 21, das vom Kondensator zur Ausdehnungsvorrichtung führt, auftreten, daß die Verdampfung des Kältemittels stattfindet, bevor es die Ausdehnungsvorrichtung 13 erreicht. Dieser Dampf nimmt einen erheblich größeren Raum als das vom Kondensator kommende Kältemittel ein und stört die Einwirkung der Ausdehnungsvorrichtung auf das flüssige Kältemittel. Der Zweck der Umgehungsleitung 19 besteht daher darin, daß das Kältemittel nicht durch den Kondensator fließen muß, wenn der Druck in demselben so niedrig wird, daß die obengenannten Schwierigkeiten auftreten.
Dem Druck im Rohr 17, der bestrebt ist, den Ventilteller 25 nach rechts gegen den Umgehungsleitungssitz 27 zu drücken, wirkt der Druck der Feder 29 und der Druck im Rohr 30 entgegen. Da das Rohr 30 mit der Niederdruckseite der Anlage hinter dem Verdampfer und der Ausdehnungsvorrichtung verbunden ist, wird der Druck in diesem Rohr stets gering sein. Bei normalen Betriebsverhältnissen ist der Druck im Rohr 17 hinreichend hoch, um die Summe aus dem Druck der Feder 29 und dem Druck im Rohr 30 zu überwinden und den Ventilteller 25 auf dem rechten Umgehungsleitungsventilsitz 27 festzuhalten. Bei niedrigen Außentemperaturen, bei denen die Temperatur des Kältemittels innerhalb des Kondensators unter einen bestimmten kritischen Wert sinkt, fällt jedoch der Druck im Rohr 17 ab. Falls der Druck im Rohr 17 unter den aus dem Druck der Feder 29 und dem Druck im Rohr 30 gebildeten Gesamtdruck absinkt, wird der Ventilteller 25 nach links gegen den Sitz 26 bewegt. In diesem Fall kann das Kältemittel durch die Umgehungsleitung 19, die Ausdehnungsvorrichtung 13 und durch den Kompressor fließen, ohne durch den Kondensator geleitet zu werden.
Selbstverständlich sind alle Ventiltellerstellungen zwischen den beiden Sitzen möglich. Tatsächlich wird das Ventil sich stets verstellen, bis es eine Lage erreicht, bei der die Drücke im Gleichgewicht sind. Auf diese Weise wird es zahlreiche Betriebsverhältnisse geben, bei denen Kältemittel sowohl durch den Kondensator 11 als auch durch die Umgehungsleitung 19 fließt.

Claims

Patentanspruch: Steuervorrichtung für das Kältemittel in einer Kühlanlage, die aus einem Kompressor, einem Kondensator, einer Ausdehnungsvorrichtung und einem Verdampfer besteht, welche hintereinander angeordnet sind und über Rohre miteinander in Verbindung stehen, wobei zwischen dem Kompressor und dem Kondensator in die Rohrleitung ein druckgesteuertes Dreiwegeventil eingebaut ist, das den Kältemittelstrom derart steuert, daß das Kältemittel dem Kühlbedarf entsprechend entweder über den Kondensator oder durch eine Umgehungsleitung direkt zum Verdampfer gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß in das Dreiwegeventil (15) ein federbelasteter Schieber (28) eingepaßt ist, der mit dem mit zwei Ventilsitzen (26, 27) zusammenwirkenden Ventilteller (25) starr verbunden und dessen eine Seite von einer Druckfeder (29) und dem niedrigen Druck des verdampften Kältemittels beaufschlagt ist, während gegen die andere Seite der Druck des komprimierten Kältemittels und der Gegendruck aus dem Kondensator (11) wirkt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 1021868; USA.-Patentschriften Nr. 2 080 358, 2 707 868, 2 734 346, 2 869 330.