DE1501115C3 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kompressionskältemaschine, bei der zwischen Verdampfer und Kompressor ein auf Druckdifferenz ansprechendes Regelventil mit einem Hilfsventil vorgesehen ist, das von der Hochdruckseite beaufschlagt das Regelventil beeinflußt, wobei das eingangsseitig mit der Hochdruckseite verbundene Hilfsventil ein druckempfindliches Steuerglied aufweist, das von dem Druck zwischen Verdampfer und Regelventil beaufschlagt ist und mit dort wachsendem Druck das Hilfsventil öffnet. Durch die deutsche Patentschrift 742 897 ist eine derartige Kompressionskältemaschine vorbekannt.

Nachteilig hieran ist jedoch, daß die Druckdifferenz, mit der das Regelventil arbeitet, lediglich durch Veränderung der Ventilcharakteristiken selbst den sich ändernden Systembedingungen angepaßt werden kann. Beispielsweise ist es möglich, daß die Maschine mit verschiedenen Kältemitteln betrieben wird oder sonst unter anderen äußeren Umständen arbeiten muß. In diesem Fall müßten bei der bekannten Anordnung die einzelnen Ventile mühselig von Hand nachgestellt werden, was oft nur geschulten Fachkräften möglich ist.

Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, eine leicht einstellbare Anpassungsmöglichkeit mit großem Einstellbereich vorzusehen, über die die veränderten Betriebsbedingungen der Anlage angepaßt werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß dem Hilfsventil ein einstellbarer Steuerdruckregler nachgeschaltet ist, der den Steuerdruck vom Hilfsventil zum Regelventil weiterleitet, wenn dieser einen Mindestwert übersteigt. Über dieses Hilfsventil kann also der Verdampferdruck um einen genau einstellbaren Wert heraufgesetzt werden, so daß das Regelventil auf diesem entsprechend höheren Niveau arbeitet. Es spricht also leichter an. Vorteilhaft kann es sein, in der Zuleitung zum Hilfsventil ein Sperrventil vorzusehen. Von weiterem Vorteil ist es, wenn von der Verbindungsleitung zwischen Verdampfer und Regelventil einerseits und der Steuerseite des Hilfsventil andererseits eine Verbindungsleitung zur Eingangsseite des Hilfsventils abzweigt, in der sich ein zweites Sperrventil befindet. Schließlich ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß in der Zuleitung zur Eingangsseite des Hilfsventils ein elektrisch betätigtes Sperrventil angebracht ist.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Schlußdiagramm einer Kompressionskältemaschine nach der Erfindung zur Steuerung des Verdampferdrucks,

as F i g. 2 eine weitere schematische Darstellung einer Anlage zur Steuerung des Kompressorsaugdrucks.

Fig. 1 zeigt ein verdampferdruck-reguliertes Kühlsystem mit einem Kompressor 10, einem Einlaß 11, einem Auslaß 12, dem Kondensationsbehälter 13 mit Einlaß 14 und Auslaß 15, dem Expansionsventil 16 mit Einlaß 17 und Auslaß 18 und einem Verdampfer 19, der in Serie mit einem weiteren Verdampfer und mit einem hermetischen Druckreglerventil 20 geschaltet ist, das sich zwischen dem Verdämpfer 19 und dem Einlaß 11 des Kompressors 10 befindet.

Das Expansionsventil 16 arbeitet selbsttätig, der Kompressor 10 und der Kondensationsbehälter 13 sind kommerzieller Konstruktion und werden zusammen mit besonderen Ventilöffnungsflächen mit Hinsicht auf die vom Verdampfer 19 zu leistende Nutzlast der Größe nach ausgewählt. Der Kompressor 10 führt dem Kondensationsbehälter 13 an seinem Einlaß 14 genügend Kältemittel zu, so daß sich dort Kältemittel in flüssiger Form befindet.

Das Expansionsventil 16, dessen Einlaß 17 an den Kondensator 13 angeschlossen ist, regelt den Fluß des flüssigen Kältemittels vom Kondensatorauslaß 15 und gestattet seine Expansion von einer Flüssigkeit mit Kondensatordruck auf eine Flüssigkeits- und Dampfmischung und führt ihn unter Verdampferdruck vom Auslaß 18 dem Verdampfer 19 zu. Das Expansionsventil 16 kann eine von mehreren herkömmlichen Konstruktionen besitzen, worin der Ventilfluß durch die Überhitzung des den Verdampfer verlassenden Gases (thermostatisches Expansionsventil) durch flüssigen Spiegel im Verdampfer (kalte Seite — flaches Ventil) oder durch den Flüssigkeitsspiegel am Ventileinlaß (warme Seite — Schwimmer) gesteuert wird.

Das den Kältemittelfluß steuernde Regelventil 20, welches an den Auslaß des Verdampfers 19 angeschlossen ist, ändert den Fluß des dampfförmigen Kältemittels vom Verdampfer in bezug auf die Nutzlast des Verdampfers in einem Kühlsystem, das im allgemeinen mittels Thermostatvorrichtungen (nicht dargestellt) gesteuert wird und steuert somit die Verdampfung und die Wärmeabsorbtion im Verdampfer.

Sowie der Druck im Verdampfer langsam zunimmt, öffnet sich das Flußsteuerventil 20 allmählich. Vorzugsweise ist die Konstruktion derart, daß ein Ventilkörper 28 einen Durchlaß 30 hat, der eine Ventilöffnung 31 definiert und worin ein Ventilteil 32 mit der Ventilöffnung 31 zusammenwirkt, um den Durchfluß des Kältemittels abzustufen. Das Ventilteil 32 wird von einer Ventilverschlußfeder 34 in Flußrichtung geschlossen gehalten. Die Innenseite eines im Körper liegenden Kolbens 35 ist dem stromabwärts gerichteten Druck des Ventils ausgesetzt und wenn dieser Kolben an das Ventilteil angeschlossen ist, hilft er beim Verschließen des Ventils, wenn der Stromabwärtsdruck zunimmt. Die Außenseite des Kolbens ist hermetisch abgedichtet, aber dem Kältemitteldruck ausgesetzt, um das öffnen des Ventils zu veranlassen. Eine Lecköffnung 36 durch den Kolbenkopf verhindert Blockierungen.

Bei gewöhnlichen Systemen ist der Druck, dem ein Kolben wie z. B. Kolben 35 ausgesetzt ist, lediglich der Einlaßdruck des Ventils. Dadurch wird jedoch der Gegendrucksteuerbetrieb des Durchflußreglers dort unzuverlässig, wo ein Differentialdruck von weniger als 0,14 kp/cm² herrscht. Unter diesem niedrigen Druck ist, unabhängig davon wie ein Schaltregler oder ein Ventil geöffnet werden, der Stromaufwärtsdruck unzulänglich, um einer Ventilschließfeder 34 die stark genug ist, das Ventil 32 wirkungsvoll zu schließen, entgegenzuwirken.

Anstatt daß die Stärke der Ventilschließfeder 34 reduziert wird und dadurch ein unzuverlässiger Ventilbetrieb entsteht, wurde in der vorliegenden Erfindung die Erfahrung gemacht, daß das Ventil hermetisch bleiben kann und mit einer um vieles verbesserten Zuverlässigkeit arbeitet, wenn der Verdampferdruck um ungefähr 0,35 kp/cm² höher darauf angelegt wird. Bei der Durchführung wird dieser Auslaßdruck bei Auslaß 12 des Kompressors 10, bezogen auf den Kondensatordruck, dem Einlaß 37 eines stromabwärts liegenden Druckreglers 38 zugeführt und durch diesen hindurchgeleitet, der diesen Druck auf eine 0,35 kp/cm"--Komponente über dem Verdampferdruck reduziert, der am Einlaß 20/ des Regelventils 20 herrscht. Dies schafft einen Betriebsdruck für den Kolben 35, welcher dem Verdampfer- druck ansteigend und abfallend folgt, und zwar 0,35 kp/cm² darüber.

Der Regler 38 besteht aus einem Ventilkörper 39 mit einem Durchlaß 40, der eine Ventilöffnung 41 definiert, welche dem Einlaß 37 gegenüberliegt, sowie einer Membrane 42 an der Auslaßseite 43, die durch eine Haube 44 in abdichtender Position gehalten wird.

Ein Ventilelement 45 schließt in Richtung des Flusses mittels einer Rückholfeder 46, sowie des Auslaßdrucks unterhalb der Membrane 42. Das Ventil öffnet gegen den Fluß des Kältemittels, und zwar auf Grund der Kräfte eines ausreichenden Drucks oberhalb der Membrane 42, der darauf über die Leitung 51 vom Verdampfer 19 ausgeht und durch die Spannung, die verstellbar vom Haubengewindestift 48 auf die Haubenfeder 47 ausgeübt wird. Die Haube wird mittels der Abschlußkappe 50 gegen die Atmosphäre abgedichtet.

Hierzu wird der Gewindestift 48 in Verbindung mit zwei Druckmanometern eingestellt, und zwar einem Manometer 52 in der Verdampferleitung 53 und einem anderen Manometer 54 in der Auslaßleitung 55 des Reglers 38. Der Gewindestift 48 wird so eingestellt, um einen Druckunterschied zwischen den Manometern im Bereich von 0,14 bis 0,7 kp/cm² und vorzugshalber etwas über 0,35 kp/cm- zu bilden. Dieser Unterschied bleibt im wesentlichen konstant, und zwar ohne Rücksicht auf Veränderungen des Verdampferdrucks in der Haube 44. Bei einem Verdampferdruck von 1,4 kp/cm² z.B. wird der Auslaßdruck beim Manometer 54 des Reglers 38, 1,75 kp/ cm² betragen. Bei einem Verdampferdruck von 0,07 kp/cm² ist der Auslaßdruck beim Manometer 54, 0,42 kp/cm².

Der Druck von 0,35 kp/cm², der durch Verdampferdruckzunahme kompensiert wird, ist charakteristisch, da bei der Anpassung des Gefriersystems an veränderliche Voraussetzungen und verschiedene Kältemittel der Auslaßdruck des Reglers 38 weiterhin durch ein Ventil gesteuert werden kann, wie z. B. durch einen Verdampfersteuerdruckregler 56, wobei die Verdampferdruckzunahme und der Druck von 0,35 kp/cm² aus Gründen der besten Betriebswirksamkeit des Kältemitteldurchflußreglers 20 proportional reduziert werden. In der Tat kann der Druckanteil von 0,35 kp/cm² aus Gründen eines optimalen Endsteuerdrucks verändert werden.

Der Regler 56 ist im wesentlichen ein kleiner Stromaufwärtsdruckregler mit einem Körper 57, durch den ein Durchlaß 58 verläuft, welcher dem Ventilauslaß 60 zugeordnet ist, der von einer Membrane 61 verschlossen wird. Die Membrane 61 wird von einer Haubenfeder 62 in ihre geschlossene Stellung gedruckt, wobei die Feder 62 von einem Haubengewindestift 63 verstellt wird, der mittels einer Verschlußkappe 64 hermetisch abgedichtet ist. Der Einlaßdruck des Reglers ist zu Anfang über den größeren Abschnitt der Membranfläche wirksam. Wenn er hoch genug ist, hebt er die Membrane gegen die Feder 62 ab und öffnet die Ventilöffnung für den Durchfluß des Kältemittels unter gesteuertem Druck. Die auf die Feder angelegte Spannung bestimmt den Aufstromdruck, mit dem der Durchfluß beginnt. Der Betrag, um den der Aufstromdruck die Einstellung der Feder 62 übertrifft, bestimmt die Abhebung der Membrane 61 von der öffnung 60, wodurch der Durchfluß zum oberen Ende des Hauptventilkolbens 35 hergestellt wird, welcher das öffnen des Hauptventils 20 bestimmt.

Vorzugshalber liegt die Einstellung des Steuerdruckreglers 56 gerade oberhalb des zusätzlichen Drucks von 0,35 kp/cm². Sobald also Druck im Verdampfer vorhanden ist, der als Betriebsdruck dient, öffnet der Druckregler 56 ohne Rücksicht darauf, wie niedrig er ist, und versieht das Regelventil 20 mit ausreichendem Druck, um die Feder 34 darin zu überwinden. Dabei ist dieser Druck so groß, daß er die anfängliche Spannung der Feder 34 übertrifft und das Regelventil 20 in zunehmendem Maße für größeren Durchfluß geöffnet werden wird. Eine Lecköffnung 36 im Kolben 35 des Regelventils 20 verhindert jegliche Drucksperre zwischen dem Steuerdruckregler 56 und dem Regelventil 20, die das Regelventil 20 offenhalten könnten. Wenn dann der Steuerdruckregler 56 schließt und der Druck nach unten abgeführt wird, gewährleistet die starke Feder 34 im Regler 20 eine vollkommene Schließung des Ventils 32, um dadurch eine Leckage vom Verdampfer 19 zum Kompressor 10 zu verhindern.

In anderen Worten ausgedrückt, der Steuerdruck-

5 6

regler 56 ist auf 0,35 kp/cm² über den erwünschten Steuerdruckregler 56 übertragen, der dann ebenfalls

Verdampferdruck eingestellt und der Druck beim geschlossen wird. Druck auf das Oberende des KoI-

Manometer 54 wird immer 0,35 kp/cm² über dem bens 35 entweicht durch die Lecköffnung 36, so daß

tatsächlichen Verdampferdruck gehalten. Wenn der die Feder 34 das Hauptventil schließen kann,

tatsächliche Verdampferdruck um 0,07 kp/cm² an- 5 Der Steuerdruckregler 56 und der Regler 38 kön-

steigt, dann steigt der Druck beim Manometer 54 um nen auch direkt am Hauptregler 20 angebracht wer-

denselben Betrag, und der Druckregler 56 steht den und die Leitungen zwischen ihnen können geeig-

ebenfalls unter 0,07 kp/cm² über seiner Einstellung. nete Durchlässe durch die Körperteile sein.

Folglich öffnet der Steuerdruckregler 56, was in In F i g. 2 wird ein die Erfindung verkörperndes

einer öffnung des Regelventils 20 (Hauptregler) re- io Druckregulierungssystem dargestellt, worin der

sultiert, der geöffnet bleibt, bis der Verdampferdruck Druck, welcher in den Kompressor 10 einströmt,

nach unten in seine gewünschte Höhe zurückkehrt, dort gegen Überdruck kontrolliert wird, wo es wün-

nämlich 0,35 kp/cm² unter die Einstellung des Steu- sehenswert ist, den Kompressor vor Überbelastung

erdruckreglers 56. zu schützen. Dies geschieht da, wo sich eine warme

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß gelegentlich 15 Verdampfungsperiode oder eine Heißgasabtauungsbei einigen Systemen während einer Betriebsabschal- periode ereignen könnte. Zu diesem Zweck befindet tung der Druck im Kondensatorbehälter 13 unter- sich in der Betätigungsdruckleitung eine öffnung 74, halb den Druck des Verdampfers 19 abfallen kann, die annähernd dreimal so groß ist wie die Flußkapa- und zwar dort, wo z. B. der Kondensatorbehälter sich zität der Lecköffnung 36 im Hauptreglerkolben 35. im Freien befindet und einer winterlichen Tempera- ao Der Einlaß 56 / des Steuerdruckreglers 56 ist an den tür ausgesetzt ist. Dies könnte den Betrieb des Steu- Kompressionssaugeinlaß 11 angeschlossen und sein erdruckreglers 56 daran hindern, einen ausreichend Auslaß 56 ο ist sowohl mit dem Kolben 35 im hohen Druck zum öffnen des Regelventils 20 abzu- Hauptregler 20 als auch mit der öffnung 74 verbungeben. Demgemäß sind zwei herkömmliche kleine den. Während des normalen Betriebs bleibt das Ven- und leicht bedienbare Sperrventile 66 und 67 vorge- 35 til 56 geschlossen, und der vom Druckregler 38 abgesehen, deren eines Sperrventil 66 zwischen dem gebene Druck ist über die öffnung 74 wirksam. Um Auslaß 12 des Kompressors 10 und dem Einlaß 37 den Kolben 35 anzutreiben, so daß das Steuerventil des Reglers 38 angebracht ist, um einen Rückfluß 20 geöffnet wird. Wenn dann der Druck am Komzum Kompressor zu verhindern. Das andere Sperr- pressoreinlaß eine bestimmte Höhe überschreitet, ventil 67 befindet sich zwischen dem Verdampfer 19 30 öffnet der Steuerdruckregler 56 und läßt den auf den und dem Einlaß des Reglers 38, um einen Druck- Kolben 35 wirkenden Hochdruck gegen den Einlaß durchfluß durch den Regler vorzusehen. Beide Ven- 11 abfließen und entleeren.

tile öffnen in Richtung des Kältemittelflusses unter Also erreicht der vom Regler 38 zugeführte kom-

Druck zum Einlaß 37, wobei dasjenige unter höhe- pensionierte Druck den Hauptregler über die öff-

rem Druck öffnet und das andere geschlossen bleibt, 35 nung 74, und da diese größer ist als die Lecköffnung

um einen Fluß in jeglicher Richtung, außer zum Ein- 36 im Hauptreglerkolben, wirkt der Druck dahin, um

laß 37 hin, zu blockieren. den Kolben zu betätigen und das Ventil 35 zu öffnen,

Wenn der Druck im Verdampfer höher ist, öffnet so daß das verdunstende Kältemittel zum Kompresdas Sperrventil 67 und das Sperrventil 66 bleibt ge- soreinlaß abfließen kann. Je niedriger der Kompresschlossen, wodurch Verdampferkältemittel an den 40 soreinlaßdruck ist, desto weiter wird die Flußsteuer-Druckregler 38 abgegeben wird, der sich zwecks Be- ventilöffnung aufmachen.

triebsaufnahme öffnet, woraufhin der Kompressor- Wenn der Kompressor nicht läuft oder die Verbetrieb die Drücke zwecks gesteuerten Betriebs auf dampfungsperiode ziemlich warm gewesen ist und die anfänglich beschriebenen Drücke zurückbringt; der Druck am Kompressoreinlaß über einer unereines Betriebs, bei dem der Kondensationsdruck ent- 45 wünschten Höhe liegt, wird dieser Druck die Einstelschieden höher liegt als der Verdampferdruck. Wenn lung der Haubenfeder 62 übertreffen, da er auch somit das Ventilteil 32 des Regelventils 20 zuverläs- über den Einlaß 56 i gegen die Unterseite der Memsig geschlossen ist und das Expansionsventil 16 wäh- brane 61 im Steuerdruckreglerventil 56 wirksam ist rend des Aufwärmbetriebs durch zunehmenden und der Ventilauslaß 60 wird mit dem Ergebnis geDruck im Verdampfer geschlossen wird, wird bei 50 öffnet, daß der Druck in der Steuerleitung stromab-Vorhandensein der Sperrventile ein Druck erzeugt, wärts von der öffnung 74 durch Abfluß zum Komder ausreicht, um das System in den vollen Betrieb pressoreinlaß erniedrigt wird. Der Regler 38 verliert zurückzuversetzen. Dies ist der Fall, obwohl wäh- über das Ventil 56 Abstromdruck und sieht sich gerend dieser Aufwärmezeit ein größerer Druckabfall zwungen den Ausfluß vom Kompressorauslaß zu über den Hauptregler besteht als derjenige, der er- 55 drosseln, wodurch der Druck über dem Kolben 35 reichbar ist, wenn der Kondensationsdruck den Ver- weiterhin erniedrigt wird. Die Absenkung des auf dampferdruck um wenigstens 0,35 kp/cm² übersteigt. den Durchflußreglerkolben 35 angewendeten wirksa-

In die Verbindung vom Kompressorausgang 12 men Steuerdrucks beeinflußt dementsprechend die zum Regler 38 kann ein elektromagnetisches Ab- Stellung des Ventilteils 32, und beeinflußt den Kältesperrventil 68 eingeschaltet werden. Wenn erregt, 60 mittelfluß dadurch, um den Einlaßdruck unterhalb hebt die elektrische Spule 70 des Elektro-Magnet- der unerwünschten Ebene aufrechtzuerhalten. Diese ventils den Ventilanker 72 an und hebt vom Ventil- unerwünschte Druckebene wird durch Einstellung sitz 73 ab, wodurch der Regler 38 seine Zufuhr an des Steuerdruckreglers 56 eingestellt und wird vorge-Kondensationsdruck erhält. Wenn das Elektro-Ma- nommen unter Berücksichtigung der maximalen Kagnetventil 68 stromlos ist und dadurch schließt, kann 65 pazität des Kompressors für das betreffende zur Ander Regler 38 nicht mehr länger den Druck auf den wendung kommende Kältemittel.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Kompressionskältemaschine, bei der zwischen Verdampfer und Kompressor ein auf Druckdifferenz ansprechendes Regelventil mit einem Hilfsventil vorgesehen ist, das von der Hochdruckseite beaufschlagt das Regelventil beeinflußt, wobei das eingangsseitig mit der Hochdruckseite verbundene Hilfsventil ein druckempfindliches Steuerglied aufweist, das von dem Druck zwischen Verdampfer und Regelventil beaufschlagt ist und mit dort wachsendem Druck das Hilfsventil öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß dem Hilfsventil (38) ein einstellbarer Steuerdruckregler (56) nachgeschaltet ist, der den Steuerdruck vom Hilfsventil (38) zum Regelventil (20) weiterleitet, wenn dieser einen Mindestwert übersteigt.

2. Kompressionskältemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuleitung (37) zum Hilfsventil (38) ein erstes Sperrventil (66) vorgesehen ist.

3. Kompressionskältemaschine nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß von der Verbindungsleitung zwischen Verdampfer (19) und Regelventil (20) einerseits und der Steuerseite des Hilfsventil (38) andererseits eine Verbindungsleitung zur Eingangsseite (37) des Hilfsventil (38) abzweigt, in der sich ein zweites Sperrventil (67) befindet.

4. Kompressionskältemaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuleitung zur Eingangsseite des Hilfsventils (38) ein elektrisch betätigtes Sperrventil (68) vorgesehen ist.