DE1751260B

DE1751260B - Thermostatically controlled expansion valve for refrigeration systems

Info

Publication number: DE1751260B
Authority: DE
Inventors: Joergen Christian Dipl.-Ing. Soenderborg Stannow (Dänemark)
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein thermostatisch gesteuertes Expansionsventil für Kälteanlagen.The invention relates to a thermostatically controlled expansion valve for refrigeration systems.

Bei einem solchen Expansionsventil muß das Verschlußstück in der Lage sein, jede beliebige Zwischenstellung zwischen der voll geöffneten und der voll geschlossenen Stellung einzunehmen. Diese Aufgabe erfüllen die üblichen Expansionsventile zur vollen Zufriedenheit, bei denen das Verschlußstück unmittelbar vom thermostatischen Arbeitselement gegen die Kraft einer Sollwertfeder verstellt wird. Das thermostatische Arbeitselement kann auch unmittelbar mit dem Dampfraum des Kältemittelsystems in Verbindung stehen. Ein solches Ventil reicht jedoch bei größeren Kälteanlagen nicht aus, weil die Durchlaßmenge eines solchen thermostatisch gesteuerten Ventils beschränkt ist.In such an expansion valve, the closure piece must be able to take any intermediate position between the fully open and fully closed positions. Fulfill this task the usual expansion valves to full satisfaction, in which the closure piece directly is adjusted by the thermostatic working element against the force of a setpoint spring. The thermostatic The working element can also be directly connected to the vapor space of the refrigerant system stand. However, such a valve is not sufficient for larger refrigeration systems because the flow rate such a thermostatically controlled valve is limited.

Es ist daher e.ne Ventilanordnung bekanntgeworden, bei der das übliche thermostatisch gesteuerte Expansionsventil lediglich ein Hilfsventil ist, das über eine Rohrleitung mit einem Hauptventil verbunden ist. Das Hilfsventil steuert den Durchfluß durch eine Drossel, deren Druckabfall einen das Hauptventil betätigenden Kolben gegen die Kraft einer sich am Gehäuse abstützenden Gegendruckfeder verstellt. Bei dieser bekannten Anordnung traten jedoch häufig Schläge oder Schwingungen auf. Auch folgte das Verschlußstück des Hauptventils nicht immer in der gewünschten Weise den Steuerbewegungen des Hilfsventils. vielmehr neigte es dazu, i · die volle Auf- bzw. Zu-Stellung zu gehen.A valve arrangement has therefore become known in which the usual thermostatically controlled Expansion valve is only an auxiliary valve that is connected to a main valve via a pipe is. The auxiliary valve controls the flow through a throttle, the pressure drop of which actuates the main valve Piston adjusted against the force of a counter-pressure spring supported on the housing. at this known arrangement, however, frequently hit or vibrate. The breechblock also followed of the main valve does not always follow the control movements of the auxiliary valve in the desired manner. rather it tended to go to the full open or closed position.

Des weiteren ist ein Kapazitä .,regler für Kälteanlagen bekannt, der wiederum aus einem Hilfsventil und einem damit über eine Leitung verbundenen Hauptventil besteht. Das Verschlußstück des Hauptventils sehließt in Strömungsrichtung und ist über einen Schaft mit einem Kolben verbunden, der einen erheblich größeren Querschnitt besitzt als das Verschlußstück und auf der dem Versclilußstück abgewandten Seite mit der gehäusefest abgestützten Gegendruckfeder belastet ist. Wiederum steht der Ko'-ben unter dem Einfluß eines Differenzdrucks, der an einer Drossel auftritt, deren Durchfluß vom Hilfsventil gesteuert ist. Dieser Saugdruckrcgler ist nur dazu bestimmt, dampfförmiges Kältemittel durchtreten zu lassen. Das Hauptventil kann im wesentlichen nur eine vollständig offene oder vollständig geschlossene Stellung einnehmen.There is also a capacity regulator for refrigeration systems known, which in turn consists of an auxiliary valve and a connected via a line Main valve consists. The closing piece of the main valve closes in the direction of flow and is over a shaft connected to a piston which has a considerably larger cross-section than the closure piece and on the side facing away from the closure piece supported by the housing-fixed Counter pressure spring is loaded. Again, the Ko'ben is under the influence of a differential pressure, the a throttle occurs, the flow of which is controlled by the auxiliary valve. This suction pressure regulator is only designed to allow vaporous refrigerant to pass through. The main valve can essentially assume only a fully open or fully closed position.

Für eine Wasserleitung ist eine Ventilanordnung bekannt, bei der ein thermostatisch gesteuertes Hilfsventil und ein davon gesteuertes Hauptventil zu einer Baueinheit vereinigt sind. Das Hilfsventil steuert wiederum den Durchfluß durch eine Drossel. Der Druckabfall an der Drossel steuert einen das Verschlußstück des Hauptvcntils bildenden Zylinder, der entgegen der Strömungsrichtung schließt. Seine Gegendruckfeder ist nicht am Gehäuse, sondern am Schaft des Hilfsventil abgestützt. Letzteres ergibt eine Rückführung, die eine gute Proportionalität zwischen der Stellung des Hilfsventil und der Stellung des Hauptvcntils ermöglicht. For a water pipe, a valve arrangement is known in which a thermostatically controlled auxiliary valve and a main valve controlled by it are combined to form a structural unit. The auxiliary valve in turn controls the flow through a throttle. The pressure drop across the throttle controls a cylinder which forms the closing piece of the main valve and which closes against the direction of flow. Its counter-pressure spring is not supported on the housing, but on the shaft of the auxiliary valve. The latter results in a feedback which enables good proportionality between the position of the auxiliary valve and the position of the main valve.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein thermostatisch gesteuertes Expansionsventil anzugeben, das auch für große Kälteanlagen geeignet ist, sicher arbeitet und eine günstige Arbeitskennlinie besitzt. The invention is based on the object of specifying a thermostatically controlled expansion valve which is also suitable for large refrigeration systems, operates reliably and has a favorable operating characteristic.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Kombination folgender an sich bekannter Merk-This object is achieved according to the invention by the combination of the following known features

a) Ein thermostatisch betätigtes Hilfsventil steuert den Durchfluß durch eine Drossel, deren Druckabfall einen ein Hauptventil betätigenden Kolben gegen die Kraft einer Gegendruckfeder verstellt. a) A thermostatically operated auxiliary valve controls the flow through a throttle, the pressure drop of which causes a piston actuating a main valve adjusted against the force of a counter pressure spring.

b) Das Hilfsventil ist mit dem Hauptventil in einer Baueinheit zusammengefaßt und die Gegendruckfeder stützt sich am Schaft des Hilfsventil ab und wirkt gegen die Kraft des thermostat!b) The auxiliary valve and the counter-pressure spring are combined in one unit with the main valve is supported on the shaft of the auxiliary valve and acts against the force of the thermostat!

sehen Arbekselemenls.see work elemenls.

c) Das Verschlußstück des Hauptventils schließt in Strömungsrichtung und ist über einen Schaft mit dem in einem Zylinder angeordneten Kolben verbunden, der einen erheblich größeren Quer-c) The closure piece of the main valve closes in the direction of flow and is with a shaft connected to the piston arranged in a cylinder, which has a considerably larger transverse

schnitt besitzt als das Verschlußstück und auf der dem Verschlußstück abgewandten Seite mit der Gegendruckfeder belastet ist.cut has as the locking piece and on the side facing away from the locking piece with the counter pressure spring is loaded.

Mit dieser Kombination werden die Probleme überwunden, die darin liegen, daß das Kältemittel zwar im flüssigen Aggregatzustand vorliegt, aber bestimmungsgemäß rasch in den dampfförmigen Zustand übertreten soll. Wenn aber die Verdampfung bereits vor Erreichen des Expansionsventils stattfindet, vermag die Ventilanordnung nicht mehr einwandfrei zu arbeiten. Durch den großen Kolbenquerschnitt, bezogen nuf den Querschnitt des Hauptventil-Verschlußstücks, kann man einen ausreichenden Hub mit einem kleinen Druckabfall an der Drossel erreichen. Dieser Druckabfall kann infolgedessen so klein gehalten werden, daß er nicht zur Dampfbildung führt. Des weiteren ist das Hilfsventil mit dem Hauptventil zu einer Baueinheit verbunden, so daß nicht in einer Zwischenleitung eine Erwärmung und daher Verdampfung des zum Hilfsventil strömenden Kältemittels erfolgen kann. Im \_>iremfall kann sich der Ventilsitz des Hilfsventil sogar im Raum oberhalb des Kolbens befinden. Wenn aber auf diese Weise dafür gesorgt ist, daß bis zum Hilfsventil flüssiges Kältemittel vorhanden ist, dann kann man auch eine Ventilkonstruktion verwenden, die sich bei einer Wasserleitung bewährt hat. Dadurch, daß das Verschlußstück ^lcs Hauptventils in Strömungsrichtung schließt, wird auf die Kräfte Rücksicht genommen, die das unter erheblichem Druckabfall hindurchströmende Kältemittel auf das Verschlußstück ausübt.With this combination, the problems inherent in the refrigerant Although it is in the liquid state, it rapidly changes to the vapor state as intended should cross. If, however, the evaporation takes place before the expansion valve is reached, the valve arrangement is no longer able to work properly. Due to the large piston cross-section, based on the cross-section of the main valve closure piece, one can obtain a sufficient Achieve the stroke with a small pressure drop across the throttle. This pressure drop may as a result be kept small so that it does not lead to the formation of steam. Furthermore, the auxiliary valve is with the Main valve connected to a structural unit, so that there is no heating and in an intermediate line therefore, evaporation of the refrigerant flowing to the auxiliary valve can take place. In the event of an accident the valve seat of the auxiliary valve even in the space above of the piston. But if it is ensured in this way that liquid up to the auxiliary valve If refrigerant is present, a valve construction can also be used, which is located in a Water pipe has proven itself. Because the closure piece ^ lcs main valve in the direction of flow closes, consideration is given to the forces that flow through with a considerable pressure drop Refrigerant exerts on the closure piece.

Vorzugsweise durchsetzt der Schaft einen den Zylinder abschließenden Boden, und die Räume zu dessen beiden Seiten sind über einen Drossclkanal verbunden. Mit dieser Maßnahme erzielt man eine hydraulische Dämpfung, weil bei der Schließbewegung der Kolben die zwischen ihm und dem Boden befindliche Flüssigkeit durch den Drosselkanal verdrängen muß.The shaft preferably penetrates a floor closing off the cylinder and closes the spaces both sides of which are connected via a throttle channel. With this measure one achieves a Hydraulic damping, because when the piston closes, it is between it and the floor must displace the liquid present through the throttle channel.

Des weiteren sollte die den Druckabfall am Kolben erzeugende Drossel einen größeren Drosselwiderstand haben als denjenigen des Drosselkanals. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß trotz der erstrebten Dämpfungswirkung der Druckabfall für das zum Hilfsventil strömende Kältemittel im Drosselkanal vernachlässigbar klein ist. Furthermore, the throttle generating the pressure drop across the piston should have a greater throttle resistance than that of the throttle channel. In this way it is ensured that, despite the desired damping effect, the pressure drop for the refrigerant flowing to the auxiliary valve in the throttle channel is negligibly small.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besitzt das Verschlußstück einen nadelartigen Strömungskörper und daran anschließend eine dichtende Um-In a preferred embodiment, the closure piece has a needle-like flow body and then a sealing um-

fangskante, die gleichzeitig als Anschlag für die KoI-benbewegung dient. Der Strömungskörper kann so ausgelegt sein, daß in Abhängigkeit vom Hub ein vorbestimmter Strömungsqtierschnitt freigegeben ist.catch edge, which also serves as a stop for the piston movement. The flow body can do so be designed so that a predetermined flow rate is released depending on the stroke.

Claims

Furthermore, the shaft can be designed in one piece with the valve piece and have the same diameter as its largest diameter. The invention is explained below with reference to an embodiment shown in the drawing. The drawing shows a longitudinal section through an expansion valve according to the invention. A valve seat 4 for a main valve is located in a housing 1 with an inlet connection 2 and an outlet connection 3. This has a closure piece 5 with a needle-like flow body 6 and a sealing peripheral edge 7 which forms an end stop. The closure piece 5 is connected to a piston 9 via a shaft 8 which has the same diameter as the largest diameter of the closure piece 5. The piston has a cross section that is many times larger than that of the closure piece S, in particular in the Ben-lv.li the sealing edge 7. The valve seat is held in an insert 10 which forms a cylinder 11 at the upper end in which the Piston 9 can be axially driven. The shaft 8 is guided through a bottom 12 which separates the space 13 above the valve seat 4 from the space 14 below the cylinder 9. A Dros .-, elkanal 15 in the insert 10 connects the spaces 13 and 14, a throttle 16 in the piston 9 connects the space 14 with the space 17 above the piston 9. In addition, the piston is loaded by a counter-pressure spring 18, which is attached to a Plate 19 is supported. A valve seat 22 for an auxiliary valve is fastened between an attachment 20 and an insert 21, which valve seat interacts with a closure piece 23. The valve stem 24 of this auxiliary valve is pressed upwards by a setpoint spring 25 which acts on a plate 26, while the membrane 27 influences the stem 24 via a plate 29 in the opposite direction. The working element is connected via a capillary tube 30 to a sensor 31 which is attached to the evaporator. It contains a liquid-vapor filling. At the lower end, the shaft 24 acts on the plate 19. From a space 32 above the auxiliary valve seat 20, a channel 33 leads to the outlet 3. During operation, liquid refrigerant is present at the inlet port 2 Drosselkanal 15, the space 14, the Drossclkanal 16 get into the space 17. If the auxiliary valve opens as a result of the thermostatic control, refrigerant flows out via the auxiliary valve. whereby it can expand. As a result, there is a pressure drop across the throttle 16. This pressure drop causes the piston 9 to move upward. As a result, the main valve opens and a portion of the refrigerant which is approximately proportional to the portion of the refrigerant flowing through the auxiliary valve also flows off via the main valve. Since, as a result of the upward movement of the piston 9, the counter-pressure spring 18 has an influence on the closing piece 23 of the auxiliary valve, there is a return which ensures a tightly coupled movement between the closing piece of the auxiliary valve and the closing piece of the main valve. When the auxiliary valve closes again, the pressure difference no longer acts on the piston; Force is exerted on the closure piece in the closing direction. During this closing movement, Muss.ges KaI 14 pushes, specifically drn whereby the through Ua, rhel .hc k au, - exerts Bi d gg aIk-- means displaced from space 14, namely drnvl , de throttle 16 into space 17 and through de ;, throttle duct 15 into space 13. This dampens the closing movement. As already mentioned, working element 28 can also be connected directly to a part of the refrigeration system that carries cold medium steam. It is also be. It is not necessary to this arrangement that leakage fluid that seeps through on the outer - ~;, a, 1 "c krr.ih.-ns, seeps through the hill - the thermostatically cold - side of the piston, has to flow away from the valve, so that the leakage losses are core . Falsification of the operating mode. 35 45 55 a) b) Pa ^ entitlements:

1. Thermostatically controlled expansion \ enii! for refrigeration systems, characterized by the combination of the following known features:

A thermostatically operated auxiliary valve (22, 23) controls the flow through a Throttle (16), the pressure drop of which causes a piston which actuates a main valve (4, 5) adjusted against the force of a counter pressure spring (18).

The auxiliary valve is combined with the main valve in one unit and the The counter-pressure spring is supported on the shaft (24) of the auxiliary valve and acts against the force the thermostatic working element (28). c) The closing piece (5) of the main valve closes in the direction of flow and is in a cylinder with the shaft (8) (11) arranged piston (9) connected, which has a considerably larger cross section as the closure piece and on the side facing away from the closure piece with the Counter pressure spring (18) is loaded.

2. Expansion valve according to claim 1, characterized in that the shaft (8) has a cylinder (11) the final floor (12) penetrates and the spaces (13, 14) on both sides thereof are connected via a throttle channel (15).

?. Expansion valve according to Claim 1 or 2, characterized in that the pressure drop on the piston (9) generating throttle (16) has a greater Drosselwidc "stood than that the throttle channel (15).

4. Expansion valve according to one of claims 1 to 3, characterized in that the The valve seat (22) of the auxiliary valve is located in space (17) above the piston (9).

5. Expansion valve according to one of claims 1 to 4, characterized in that the Closure piece (5) a needle-like flow body (6) and then has a sealing peripheral edge (7), which also acts as a stop serves for the piston movement.

6. Expansion valve according to one of claims 1 to 5, characterized in that the Shank (8) is integrally formed with the closure piece (S) and has the same diameter as whose largest diameter has.

For this purpose, 1 sheet of drawings