DE1751826A1

DE1751826A1 - Kuehleinrichtung

Info

Publication number: DE1751826A1
Application number: DE19681751826
Authority: DE
Inventors: Matthies Alan Arthur
Original assignee: Controls Company of America
Current assignee: Controls Company of America
Priority date: 1967-08-11
Filing date: 1968-08-05
Publication date: 1971-08-19
Also published as: ES357109A1; US3478534A; FR1586910A; DE1751826C2; GB1226452A; NL6811346A

Description

mein Zeichen: 0202 Pt

Controls Company of America 2001 North Janice Avenue,
Melrose Park, Illinois,
Vereinigte Staaten von Amerika

Kühleinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf Kühleinrichtungen und insbesondere auf die Steuerung eines in einer derartigen Einrichtung enthaltenen Expansionsventils in Abhängigkeit von der Temperatur oder dem Aggregatzustand des Kältemittels.

Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung mit einem Ventil zur Steuerung des Kältemitteldurchsatzes in einem Strömungsweg, ein mit dem Ventil verbundenes Ventil-Betätigungsglied, das in Abhängigkeit von der dem Ventil-Betätigungsglied zugeführten elektrischen Leistung wirksam wird, um die Ventilöffnung und damit den Kältemitteldurchsatz zu

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verändern, und Fühler, welche auf eine Veränderung der Temperatur und/oder des Aggregatzustandes des Kältemittels ansprechen derart, daß die dem Ventil-ßetätigungsglied zugeführte Leistung gesteuert wird.

Die Erfindung betrifft ferner eine Kühleinrichtung mit einem Expansionsventil zur Kontrolle des Kältemitteldurchsatzes von einem Kondensator zu einem Verdampfer, ein mit dem Ventil verbundenes Ventil-Betätigungsglied zur Veränderung des Kältemitteldurchsatzes entsprechend einem Elektrosignal und einen in dem Steuerkreis angeordneten Thermistor zur Kontrolle des BetriebszuBtandes des Betätigungsgliedes in Abhängigkeit von der Temperatur des Thermistors, wobei der Thexnistor in die Kühleinrichtung eingebaut und dem Betriebszustand der Einrichtung ausgesetzt ist, so daß die Temperatur des Thermistors Ton dem Betriebszustand der Kühleinrichtung im Thermistorbereich abhängig ist.

Im einzelnen beeteht das Ventil-Betätigungeglied aus einem Wärmeglied, beispielsweise einer elektrisch erregten Heizvorrichtung sowie einem von dieser Heizvorrichtung beheizten, temperaturempfindlichen Betätiger, und ist mit dem Thermistor sowie mit einer Stromquelle in Reihe geschaltet derart, daß die Erregung der Heizvorrichtung von der Temperatur des Thermistors gesteuert wird.

Der Thermistor ist vorzugsweise dem Kühlmittelstrom

direkt ausgesetzt, so daß seine Temperatur vom Zustand des

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Kühlmittels im Thermistorbereich abhängig ist, und liegt ferner im Steuerstromkreis des Wärmegliedes zur Steuerung des Wärmegliedes. Nach einem Merkmal der Erfindung ist der Thermistor dem strömenden Kältemittel direkt ausgesetzt und in dieser Anordnung von den Bauelementen der Kühleinrichtung thermisch isoliert, um einen erhöhten Einfluß der selbsterzeugten Wärme auf den Thermistor aufgrund dessen Stromflußes zu bewirken.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden zwei Thermistoren in dem Stromkreis mit der Heizvorrichtung verwendet, wobei der eine am Einladende sines Verdampfers, der andere jedoch am Auslaßende des Verdampfers angeordnet ist. Ein ebenfalls im Stromkreis liegender Schalter hat die Aufgabe, einen Thermistor aus dem Stromkreis auszuschalten und aomit das Ventil-Betätigungsglied unter der alleinigen Kontrolle des anderen Thermistors zu belassen und sich zur Aufrechterhaltung eines gewünschten Zuötandes des Verdampfers zu betätigen. Vorzugsweise liegt in dem Stromkreis des Thermistors oder der Thermistoren ein elektrisches Glied, das zur Herstellung der Wärmeempfindlichkeit des Thermistors beiträgt oder - falls ea sich um zwei Thermistoren handelt - die relative Wärmeempfindlichkeit beider Thermistoren zueinander mitbestimmt.

Diese und andere Kennzeichen der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung noch näher erläu-

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tert. In dieser zeigen in rein schematischer Weise:

Pig. 1 eine schaubildliche Darstellung einer Kühleinrichtung mit einer Steuervorrichtung für das Expansionsventil, wobei kleinere Teile zur Erleichterung im vergrößerten Maßstäbe dargestellt sind,

Fig. 2 eine schaubildliche Darstellung einer Kühleinrichtung mit einer etwas abgewandelten Ausführungsform des Steuerstromkreises.

Die Kühleinrichtung besitzt einen Kompressor 10 herkömmlicher Bauart, einen Kondensator 12, einen Verdampfer und ein Ventil 16. Das Ventil 16 liegt zwischen dem Kondensator 12 und dem Verdampfer 14 und regelt die Menge des Kältemittels, die im Verdampfer 14 expandiert. Das Ventil 16 besitzt einen Anschlußstutzen 18, einen Auslaßstutzen 20, sowie einen Einsatz 22, der eine Bohrung 24 im Strömungsweg zwischen Anschluß und Auslaß bestimmt. Der Durchsatz durch das Ventil wird durch die Lage des Nadelventils 26 und der Bohrung 24 bestimmt. Das nadelventil 26 sitzt axial verschiebbar in der Bohrung 28 des Ventilkörpers 29» wobei seine axiale Bewegung durch ein in der Kammer 30 angeordnetes, auf Wärme ansprechendes Betätigungeglied gesteuert wird* Die Kammer wird durch die an dem Ventilkörper befestigte becherförmige Platte 32 und die an die Platte 32 angeschweisete Deckplatte 34 gebildet. Das Betätigungsglied umfasst eine Bimetall-Platte, eine um die Bimetall-Platte gewickelte Heizvorrichtung 36 sowie eine

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Druckfeder 40. Letztere sitzt zwischen der Schulter 42 im Ventilkörper und der an der Nadel befestigten Unterlegscheibe 44. Die spiralförmige Heizvorrichtung 36 kann aus Nickelchromdraht oder einem ähnlichen Draht bestehen, der zum Wärmeaustausch um die Bimetall-Platte mit einer geeigneten Isolierung zwischen Draht und Platte gewickelt ist. Die Peder 40 drückt die Bimetall-Platte gegen den Hing 46, der sich an die Kappe anlegt. Die Bimetall-Platte ist in ihrer Normal- oder "Kaltstellung dargestellt, in der sie das Nadelventil in der Bohrung 24 geschlossen hält und den Durchsatz durch das Ventil und mithin durch die Einrichtung unterbricht. Die Enden der Heizvorrichtung 36 verlaufen von der Kammer 30 ausgehend durch das Anschlußstück 48_f welches an der Platte 32 zur Verbindung mit einem Steuerstromkreis befestigt ist, der in der im folgenden näher beschriebenen Art und Weise die an die Heizvorrichtung 36 abgegebene Leistung ändert und dadurch die Bimetall-Platte so biegt, daß sie das Nadelventil betätigt. Bei der Erwärmung der Bimetall-Platte 38 durch den Strom in der Heizvorrichtung 36 biegt sich die Bimetall-Platte nach oben, wie aus Fig. 2 hervorgeht, wobei das Nadelventil von der Bohrung 24 abgehoben und das Ventil für den Kältemitteldurchsatz geöffnet wird. Wenn umgekehrt die Stromzufuhr herabgesetzt wird, kühlt sich die Bimetall-Platte ab und geht in ihre Ausgangsstellung zurück, wobei sie das Nadelventil zur Begrenzung des Durchsatzes gegen die Bohrung bewegt. Hierbei erleichtert der Kontakt zwischen der Bimetall-Platte 38 und dem Ring 46 die Kühlung derselben, indem der Ring 46 eine Wärmeverbindung

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zu dem aus? der Platte 32 und der Becherplatte 34 bestehenden äußeren Gehäuse zur Bildung eines Wärmeabganges für die Bimetallplatte herstellt. Das beschriebene Wärmeglied stellt nur ein Ausführungsbeispiel dar, das in Verbindung mit der Steuerung dieser Erfindung verwendet werden kann. Im weiteren Verlauf der Beschreibung wird sich zeigen, daß auch andere Wärmeglieder verwendet werden können, vorausgesetzt, daß sie auf ein veränderliches Elektrosignal ansprechen. Das Ventil wird durch Änderung der der Heizvorrichtung zugeführten Leistung gesteuert. Die der Heizvorrichtung zugeführte Leistung wird wiederum durch einen Thermistor gesteuert, der einem Fühl- oder Kontrollpunkt in der Kühleinrichtung ausgesetzt ist, so daß seine Temperatur durch die Temperatur und/oder den Zustand dee am Fühlpunkt befindlichen Kältemittels bestimmt wird. Während manche Thermistortypen negative Temperaturwiderstandskoeffizienten besitzen» so daß eich der Widerstand umgekehrt zur Temperatur ändert, weisen andere Typen positive Koeffizienten auf, wobei sich ihr Widerstand unmittelbar mit der Temperatur ändert.

Es ist festgestellt worden, daß ein Thermistor in den Steuerstromkreis für das Wärmeglied des Ventils geschaltet und dem Schaltzustand der Kühleinrichtung ausgesetzt werden kann, und zwar zur Steuerung des Kältemitteldurchsatzes in Abhängigkeit von Veränderungen in dem Thermistor, die ihrerseits von Veränderungen herrühren, welche in der Temperatur und/oder dem Aggregatzuetand des Kältemittels in der Kühleinrichtung normalerweise entstehen. Der Thermistor kann ent-

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weder dem Kältemitteldurchsatz unmittelbar ausgesetzt werden oder mit Bauteilen der Kühleinrichtung, z.B. Verdampfer, Spiralen, oder an verschiedenen Punkten im Stromkreis verbunden sein. Pig. 1 zeigt einen Thermistor 50, der innerhalb der Einrichtung am Auslaß der Verdampferschlange befestigt und dem Kältemitteldurchsatz unmittelbar ausgesetzt ißt. Pig. I zeigt ebenfalls einen typischen Stromkreis, durch den der Thermistor die der Heizvorrichtung zugeführte Leistung steuert. In diesem Stromkreis geht die Ihernaeterzuleitung 52 durch das Anschlußstück 56 hindurch und ist mit der Leitung 54- der Heizvorrichtung über den Leiter 58 verbunden. Ir> gleicher Weise geht die andere Thermistorzuleitung 60 durch das Anscnlußstück hindurch und ist mit der Leitung 62 der Heizvorrichtung über den Leiter 64 verbunden, Thermistor und Heizvorrichtung sind an eine geeignete Stromquelle, beispielsweise Batterien 66, angeschlossen; der Stromkreis enthält ebenfalls einen Schalter 68. Somit sind der Thermistor und die Heizvorrichtung sowie die Stromquelle 66, die gemäß der Darstellung mit Wechsel- oder Gleichstrom gespeist werden kann, in Reihe geschaltet. Der Schalter 68 kann ein handbetätigter Schalter oder ein Thermostatschalter sowie der Hauptschalter sein, der gleichzeitig den Kompressor 10 oder jede andere für die Leitung yon Luft über die Verdampferschlange vorgesehene Einrichtung steuert. Im dargestellten Stromkreis besitzt der Thermistor 50 einen negativen Temperaturwiderstandskoeffieienten, so daß sich beim Ansteigen der Temperatur der Widerstand vermindert und dadurch die Stromzufuhr zum Wärmeglied 36 erhöht und das Ventil 16

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so betätigt wird, daß es sich öffnet. Ist der Schalter 68 offen, befindet sich das Ventil in der Stellung "Aus", in der es verbleibt, bis ein Kühlvorgang infolge Schließens des Schalters 68 notwendig wird.

Wird der Thermistor in das System eingebaut, so ist er vorzugsweise an seinem eigenen Anschluß aufzuhängen und von den Bauteilen der Einrichtung zu isolieren, um den Wärmeabgang a>. f ein Mindestmaß herabzusetzen und damit den Einfluß der selbsterzeugten Wärme auf die Temperatur des Thermistors zu erhöhen. Das Verbindungsstück 56 trägt zu dieser Wärmeisolierung bei, da es den aus einem elektrisch- oder wärmeisolierenden Material wie Glas oder Keramik bestehenden Einsatz 70 einschließt, der in der Bohrung 72 der Buchse 74 befestigt ist, die wiederum in den Anschluß 76 in der Leitung78 eingeschraubt ist. Der Einsatz 70 ist mit axialen Öffnungen versehen, in denen sich ein Paar Metallrohre 80 mit angelöteten Anschlüssen 52 und 60 des Thermistors befindet. Im Interesse der schematischen Darstellung des Stromkreises ist diese Lötverbindung nicht gezeigt» Der Einsatz 70 isoliert den Thermistor elektrish, außerdem wird durch seine niedrige Wärmeleitfähigkeit die Ableitung selbsterzeugter Wärme vom Thermistor auf ein Mindestmaß herabgesetzt.

Bei dem dargestellten Stromkreis sowie der baulichen Anordnung nach Fig. 1 sind sowohl die Heizvorrichtung als auch der Thermistor 50 stromführend. Bei geschlossenem Stromkreis beginnt die selbsterzeugte Wärme auf den Thermistor zu wirken.

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Mit dem Ansteigen seiner Temperatur sinkt sein Widerstand ab und erhöht damit den Strom in der Heizvorrichtung 36 zur Biegung der Bimetall-Platte und zur Öffnung des Ventils 16. Da der Thermistor verhältnismäßig klein und zur Sicherung minimalen Wärmeabganges an seinen eigenen Anschlüssen aufgehängt ist, spricht er auf selbsterzeugte Wärme in verhältnismäßig kurzer Zeit an. Beispielsweise sind mit Thermistorstäben mit einem Durchmesser von etwa 5,2 - 7,5 mm und einer Dicke von etwa 0,8 mm zufriedenstellende Ergebnisse erzielt worden.

Nach Anlauf nimmt die Eigentemperatur des Thermistors aufgrund seiner selbsterzeugten Wärme zu; der Thermistor spricht auch auf die Temperatur und/oder den Aggregatzustand des aus dem Verdampfer austretenden Kältemittels an. Dadurch wird das Ventil zur Aufrechterhaltung des Kältemitteldurchsatzes im Verdampfer offengehalten. Bei fortschreitendem Anlauf wird überschüssige Kühlflüssigkeit, die für den anliegenden Leistungsbedarf nicht benötigt wird, nach und nach dem Verdampfer zugeführt und tritt in flüssigem Zustand aus dem Verdampfer wieder aus. Der Thermistor spricht sofort auf das flüssige Kältemittel an. Aufgrund seiner verhältnismäßig geringen Masse setzt die durch den Kontakt mit der Kühlflüssigkeit verursachte Kühlwirkung in sehr kurzer Zeit ein, wobei ein plötzlicher steiler Abfall der Temperatur des Thermistors stattfindet. Als Folge davon steigt der Widerstand im Heizstromkreie wesentlich an und die Stromstärke in der Heizvorrichtung verminder t . sich, so daß letzere das Ventil uchiieUt und den Kälte-

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mitteldurchsatz auf eine Stufe herabsetzt, die der vom Verdampfer geforderten Leistung besser entspricht. Durch seine Befestigungsart, welche den Wärmeabgang auf ein Mindestmaß verringert, und durch seine verhältnismäßig kleinen Abmessungen stellt der Thermistor ein außerordentlich empfindliches Steuerelement dar. Es ist festgestellt worden, daß der Thermistor auf den Übergang vom gasförmigen zum flüssigen Aggregatzustand des Kältemittels anspricht und bereits zwei Sekunden nach Peststellung der Anwesenheit von Kältemitteln in flüssigem Zustand einen verhältnismäßig hohen Widerstand im Stromkreis erzeugt. Daher ist der Thermistor ebenfalls ein außerordentlich empfindliches Fühlerelement, und der erzielte Empfindlichkeitsgrad führt im Vergleich mit herkömmlichen Entspannungsventilen und Fühlereinrichtungen nachweislich zu einer wesentlichen Verminderung von Schwankungen. Diese Schwankungsverminderung läßt sich durch nachstehende Annahme erklären: Durch das schnelle Ansprechen des Thermistors auf Änderungen der Temperatur oder des Aggregatzustandes des Kältemittels und die Geschwindigkeit, mit der der erfühlte Zustand auf das Betätigungsglied in Form eines Signales übertragen wird, ergibt sich im Zusammenwirken mit der Verzögerung des elektrischen Betätigungsgliedes, nämlich die zur Schließung des Ventiles erforderliche Kühlung der Bimetall-Platte, ein wirksamer Ausgleich zwischen Wahrnehmungs- und Korrekturzeit, der die Notwendigkeit der Überkorrektur im wesentlichen ausschaltet und damit auch Schwankungen beseitigt. Beispielsweise arbeiten in den nach dem Stand der Technik hergestellten

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Vorrichtungen die Fühlerelemente zur Feststellung von Änderungen im Aggregatzustand des Kältemittels verhältnismäßig langsam, d.h. im Vergleich mit dem Ansprechen des Thermistors. Diese Tatsache, im Zusammenwirken mit der Verzögerung bei der Umwandlung des erfühlten Signals in die mechanische Bewegung eines Ventils, verursacht im allgemeinen eine Überkorrektur des Ventils, die wiederum eine Reihe von Steuerschwingungen auslöst, bis sich das Steuerelement und das Ventil auf den geforderten Betriebszustand einstellen.

Es ist ferner festgestellt worden, daß die Eigenempfind lichkeit des Thermistors durch Einbau geeigneter Widerstände im Thermistorstromkreis noch verbessert werden kann. Wie aus der Darstellung hervorgeht, ist der Widerstand 82 mit dem Ther mistor 50 parallelgeschaltet. Je höher der Wert des Widerstandes 82, desto größer ist die Empfindlichkeit des Thermistors, d.h. je höher das Widerstandselement in Bezug auf den Gesamtwiderstand des Thermistors ist. Die Wärmeempfindlichkeit läßt sich als das Maß der Netto-Impedanz oder des Spannungswechsels im Stromkreis für eine gegebene Temperaturänderung definieren. Erfahrungsgemäß kann für diesen Widerstand eine Ventiltype gewählt werden, die sämtliche Schwankungen in der Steuereinrichtung im wesentlichen ausschaltet oder, anders ausgedrückt, im großen und ganzen lineare Steuerkennwerte durch das Ventil 16 hervorbringt. Obwohl ein Parallelwiderstand vorzugsweise verwendet wird, liegt eine Zunahme der Empfindlichkeit des Thermistor? per se im Bereich des Möglichen, die die Ausschaltung des Widerstandes zur Folge hat.

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Außerdem kann auch der Schalter 84 mit dem Thermistor und dem Widerstand 82 parallelgeschaltet werden. Dieser Schalter kann sowohl den Thermistor als auch den Widerstand nebenschließen. Bei offener Schalterstellung kann der Thermistor einen Betriebszustand "0 Überwärme^M aufrechterhalten, d.h. einen Zustand, in dem durch konstantes geringes Tröpfeln des Kältemittels an der Rohrschlange des Verdampfers angezeigt wird, daß völlige Verdampfung des Kältemittels in der Rohrschlange erfolgt. Durch Schließen des Schalters 84 wird der Betriebszustand "0° Überwärme" unterbrochen, woraufhin der Schalter zur Pestsetzung einer Mindesttemperatur für den Verdampfer, beispielsweise zur Verhinderung des Einfrierens des Verdampfers, verwendet werden kann. Hierbei wird in der Darstellung der Schalter 84 vom temperaturempfindlichen Betätigungsglied 85 gesteuert, das dem Verdampfer ausgesetzt ist. Das Betätigungsglied 85 wird ganz allgemein als Bimetallelement gezeigt und seine Verbindung mit dem Schalter 84 lediglich schematisch dargestellt, da sich Jede herkömmliche Ausführungsform eignet. Das Betätigungsglied 85 kann so eingestellt werden, daß es den Schalter 84 schließt und den Thermistor sowie den Widerstand 82 nebenschließt, sobald die Rohrschlange des Verdampfers eine Temperatur von O⁰C erreicht. Die Verwendung eines hand- oder druckbetätigten Schalters ist ebensogut möglich. Wird der Schalter 84 geschlossen, so sind der Thermistor und der Widerstand 82 im Stromkreis abgeschaltet, und der Heizvorrichtung 36 wird die maximale Strommenge zugeführt, wodurch dae Ventil voll geöffnet und dadurch die der Verdampferrohr-

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schlange zugeführte Kältemittelmenge wesentlich erhöht wird, wobei das flüssige Kältemittel die Rohrschlange des Verdampfere sozusagen durchflutet. Dies hat eine sofortige Zunahme des Druckes und der Temperatur des Verdampfers zur Folge und verhindert das Einfrieren des Verdampfers. Mit ansteigender Temperatur der Rohrschlange des Verdampfers wird der Schalter 84 nach und nach zur Wiederherstellung des Thermistorkreislaufs geöffnet, und zwar zur Steuerung in der "beschriebenen Art und Weise. Es liegt auf der Hand, daß der Widerstand 82 und der Schalter 84 Abwandlungen des Stromkreises darstellen, deren Einbau oder Ausschluß bezüglich des Hauptstromkreises freigestellt ist.

Pig. 1 zeigt eine weitere Abwandlung des Stromkreises, welcher aus dem in der Leitung 64 parallelgeschalteten Schalter 88 und Widerstand 86 besteht. Der Widerstand 86 besteht aus einem einstellbaren Widerstandselement, und der Schalter ist als handbetätigter Schalter dargestellt. Der Widerstand 86 läßt sich von Hand oder einem (nicht gezeigten) Thermostaten betätigen, und bei geöffnetem Schalter 88 sorgt der Widerstand für eine Steuerung der der Heizvorrichtung zugeführten Leistung und regelt damit ebenfalls den Kältemitteldurchsatz durch das Ventil. Diese Steuerung stellt einen allgemeinen Betriebszustand her, in welchem der Thermistor die Steuerung übernimmt» Die Verwendung des regelbaren Widerstandes ermöglicht einen großen Einstellbereich; jedoch ist ebenfalls die Verwendung eines festen Widerstandes anstelle des regelbaren Widerstandes möglich. Dieser kann zusammen mit dem Schalter 88 hohe oder niedrige Ansprechpegel für das Ventil herstellen. Anders aus-

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gedrückt: bei offener Schalterstellung ist der Widerstand in den Stromkreis eingeschaltet und sorgt für einen hohen oder niedrigen Ansprechpegel, während bei geschlossener Schalterstellung der Widerstand nebengeschlossen ist und die Heizvorrichtung bei einem höheren Pegel betätigt wird.

Die bisher beschriebene Ausführungsform ermöglicht eine wirksame Steuerung. Die Steuerung spricht auf die Temperatur und auf den Aggregatzustand des im Thermistorbereich befindlichen Kältemittels, also auf den Kontrollpunkt an, und gestattet insbesondere eine "0° Überwärme"-Steuerung am Kontrollpunkt, der in dem hier beschriebenen erfindungsgemäßen Beispiel das Auslaßende des Verdampfers darstellt. Selbstverständlich kann der Thermistor für den Fühlvorgang an anderen Kontrollpunkten innerhalb der Einrichtung angeordnet werden. Die Anordnung nach Fig. 2 zeigt eine weitere mögliche Steuervorrichtung. In Fig. 2 sind der Kompressor 10, der Kondensator 12ι der Verdampfer 14 und das Ventil 16 in der gleichen herkömmlichen Weise wie in Fig. 1 angeordnet, jedoch finden hierbei zwei Thermistoren im Ventilsteuerstromkreis Verwendung. Zum Fühlen der jeweiligen Temperatur am Verdampfereinlaß und -auslaß ist der eine Thermistor 90 am Einlaßende der Rohrschlange des Verdampfers angeordnet, während der andere Thermistor 92 am Auslaßende vorgesehen ist. Die Heizvorrichtung ist mit der elektrischen Stromquelle 66 verbunden, die entweder eine Gleichstrom- oder Wechselstromquelle ist. Da das Ventil nach Fig. 2 mit demjenigen nach Fig. 1 identisch ist, wurden

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nur die Heizvorrichtung sowie die Bimetall-Platte in schematischer Weise dargestellt. Der Schalter 68 steuert den Heizstromkreis und erregt in geschlossener Stellung die Heizvorrichtung. Auch kann im SteuerStromkreis ein Schalter mit zwei Stellungen verwendet werden, welcher verschiedene StromkreisalDänderungen herstellt. Da der abgebildete Schalter 94 den Kontakt 96 geschlossen hat und damit den Thermistor 92 in den Steuerstromkreis eingeschaltet hat, wird die andere Abwandlung des Stromkreises noch später näher erläutert. In der abgebildeten Stromkreisanordnung ist der Thermistor 92 in Reihe mit der Heizvorrichtung 36 und der Stromquelle 66 geschaltet, während der Thermistor 90 einen Teil des parallelen Nebenschlußkreises um die Heizvorrichtung herum darstellt. In der dargestellten Stromkreisanordnung haben beide Thermistoren 90 und 92 negative Temperaturwiderstandskoeffizienten. Auch in dieser Abwandlung werden die Thermistoren dem Kältemittel nicht direkt im Inneren der Kühleinrichtung ausgesetzt, sondern sind durch Bänder 91 'und 93 mit äußeren Gliedern verbunden. Als Alternative ist die Anordnung der Thermistoren innerhalb ihrer entsprechenden Leitungen zur direkten Kältemittelaussetzung möglich. Die Thermistoren schmiegen sich eng in die Leitung, und die Verwendung herkömmlicher Mittel zur Verbesserung der Wärmeübertragung zum äußeren Kältestromkreis ist freigestellt. In der vorliegenden Abwandlung bilden die Bauteile des Kältestromkreises einen Wärmeabgang für die Thermistoren uiia verringern damit in dieser Ausführungsform die Auswirkungen der Selbsterhitzung, wodurch die Thermistoren im verstärkten

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Maße auf die Betriebsbedingungen der Einrichtung ansprechen. Während des Betriebes erfährt der Thermistor 92 eine Temperaturerhöhung am Auslaß der Verdampferrohrschlange, welche eine gesteigerte Belastung des Verdampfers und damit einen erhöhten Kältemittelbedarf anzeigt und sich in einer Erhöhung der Temperatur des Thermistors auswirkt. Die Steigerung der Thermistortemperatur führt zu einer Verringerung des Thermistorwiderstandes und zu einer Stromzunahme in der Heizvorrichtung 36, wodurch das Ventil für einen erhöhten, dem Bedarf angemessenen Kältemitteldurchsatz geöffnet wird. Der Anstieg der Temperatur am Einlaß des Verdampfers führt zu einem Temperatur*- anstieg des Thermistors 90 bei gleichzeitiger Abnahme des Widerstandes und Nebenschluß des Stromes der Heizvorrichtung. Hierdurch sollen das Ventil 16 geschlossen und der Kältemitteldurchsatz zum Verdampfer verringert werden. Infolgedessen bewirkt ein Temperaturanstieg im Verdampferauslaß das öffnen des Expansionsventils, während eine Erhöhung der Verdampfereinlaßtemperatur ein Schließen des Expansionsventils herbeiführt und die Thermistoren die Aufrechterhaltung eines konstanten Temperaturgefälles zwischen Verdampfereinlaß und -auslaß bewirken. Die Stromkreiselemente können beispielsweise derart abgestimmt werden, daß der Auslaß der Rohrschlange um 10 wärmer als der Einlaß ist und der Verdampfer mit etwa 10 Überwärme am Auslaßende arbeitet. Bei dieser Anordnung würde jede Steigerung der Verdampferbelastung zu einer entsprechenden Zunahme der Auslaßtemperatur und damit zum Öffnen des Ventils 16 führen, wie es für eine Anpassung an die gestei-

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gerte Belastung erforderlich ist„ Der Einlaßthermistor 90 stellt die Änderung fest und hält das gewünschte Temperaturgefälle über die Verdampferrohrschlange hinweg aufrecht. Eine Abnahme der Belastung des Verdampfers mit entsprechender Verringerung der Temperatur des Thermistors bewirkt eine umgekehrte Berichtigung dahingehend, daß die Temperatur des Auslaßthermistors 92 abnimmt, der dabei seinen Widerstand zur Verminderung des durch die Heizvorrichtung 36 fließenden Stromes erhöht sowie ein Schließen des Ventils 16 "bewirkt, wobei wiederum der Einlaßthermistor diese Veränderung feststellt und das gewünschte Temperaturgefälle aufrechterhält.

Der Widerstand 96 ist mit der Stromquelle 66 und der Heizvorrichtung 36 in Reihe geschaltet und dient zur Begrenzung des Stromes. Außerdem arbeitet er zur Verringerung der der Heizvorrichtung 36 zugeführten Leistung mit dem Thermistor 90 zusammen, und zwar bei Herabsetzung des Widerstandes des nebengeschlossenen Stromkreises durch den Thermistor 90, Bei Verwendung einer beschränkten Stromquelle kann der Widerstand 96 auf Wunsch ausgeschaltet werden.

In der Ausführungsform nach Fig. 1 liegen die Widerstände 98 und 100 in Parallelschaltung mit den Thermistoren 90 und 92, die wiederum bei der Bestimmung der Wärmeempfindlichkeit der Thermistoren nach obiger Schilderung zusammenwirken. Je höher der Widerstandswert in den Elementen 98 und 100 ist, desto größer ist auch die Wärmeempfindlichkeit der entsprechenden Thermistoren.

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Bei einigen Kühleinrichtungen ist es vorteilhaft, mit zunehmender Verdampferbelastung die Überwärme der Rohrschlange zu erhöhen; bei anderen Einrichtungen hingegen ist mit zunehmender Verdampferleistung eine Abnahme der Überwärme wünschenswert. Bei weiteren Einrichtungen ist eine relativ konstante Überwärme bei allen Leistungsstufen angemessen. Der in Fig. 2 dargestellte Stromkreis ist durch Regulierung der Wärmeempfindlichkeit der Thermistoren für jede dieser drei Abwandlungsformen geeignet. Ist die Wärmeempfindlichkeit am Auslaßende der Verdampferrohrschlange größer als diejenige am Einlaß, dann ist die Änderung der Netto-Impedanz am Auslaß größer als am Einlaß, und da der Auslaßthermistor das Ventil öffnen und der Einlaßthermistor das Ventil schließen will, kommt es zu einer durchweg verstärkten Ventilöffnung mit erhöhtem Kältemitteldurchsatz, was zu einer allgemeinen Temperaturabnähme der Verdampferrohrschlange oder einer Abnahme der Überwärme innerhalb der Schlange führt. Ähnlich verhält es sich bei einer höheren Wärmeempfindlichkeit des Einlaßthermistors, wobei dann die Veränderung der Netto-Impedanz am Einlaß oder im Nebenstromkreis größer als am Auslaßthermistor ist. Infolgedessen wird der Einfluß des Einlaßthermistors trotz des in Anpassung an den erhöhten Bedarf geöffneten Ventils größer sein, so daß sich das Ventil nicht in dem vom Auslaßthermistor geforderten Ausmaß öffnet. Der zunehmenden Verdampferleistung wird entsprochen, jedoch mit einer gesamten Abnahme der Temperatur und Überwärme der Verdampferrohrschlange. Bei der

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früheren Rohrschlange nimmt die Überwärme mit der Leistung zu, bei der letzteren nimmt sie mit zunehmender Belastung ab; in beiden Fällen jedoch kommt es in Angleichung an die erhöhte Leistung zu einem verstärkten Öffnen des Ventils. Schließlich bleibt der Zustand der Überwärme innerhalb der Schlange oder die Temperatur der Schlange selbst bei Belastungsänderungen konstant, falls die Wärmeempfindlichkeit beider. Thermistoren gleich ist. Im abgebildeten Stromkreis läßt sich die Wärmeempfindlichkeit des Einlaß- und Auslaßthermistors durch Wertveränderungen der Widerstände 98 und 100 sowie hinsichtlich ihrer entsprechenden Thermistoren leicht regeln. Um beispielsweise die Wärmeempfindlichkeit am Auslaß im Vergleich zum Thermistor am Einlaß zu erhöhen, muß der Wert des Elementes im Vergleich zum Widerstandswert des Thermistors 92 größer sein; dagegen muß der Wertunterschied zwischen dem Widerstand 98 und dem Thermistor 90 kleiner als der Wertunterschied zwischen dem Element 100 und dem Thermistor 92 sein. Zur Erhöhung der Empfindlichkeit am Einlaß wird die relative Differenz der Werte umgekehrt. Wie bei der Ausführungsform nach Pig. I können der Widerstand 86 und der Schalter 88 ebenfalls in dem Stromkreislauf nach Fig. 2 für denselben Zweck verwendet werden.

Wenn sich der Schalter 94 mit dem"Kontakt 102 in geschlossener Stellung befindet, wird der Auslaßthermistor 92 aus dem Steuerstromkreis ausgeschaltet, so daß lediglich der Einlaßthermistor bestehen bleibt. Durch diese Anordnung wird

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eine Steuerung erzielt, die allgemein als automatisches Expansionsventil in der Kühleinrichtung bezeichnet wird und zur Aufrechterhaltung einer konstanten Verdampfertemperatur sowie eines konstanten Druckes dient. Im allgemeinen handelt es sich hierbei um konstante Druckexpansionsventile, welche nicht zur Steuerung der Überwärme in die Einrichtung eingebaut werden können; diese wird normalerweise durch Einbau eines thermostatischen Expansionsventils erzielt. Um also beide Steuerungen zu erhalten, war bisher der Einbau beider Ventilarten in derselben Einrichtung erforderlich.

Befindet sich der Schalter 94 mit dem Kontakt 102 in geschlossener Stellung, so regelt der Thermistor 90 wiederum den Stromdurchgang im Nebenstromkreis um die Heizvorrichtung herum. Bei abnehmender Verdampfertemperatur, welche eine Abnahme der Verdampferleistung anzeigt, sinkt die Temperatur des Thermistors, wodurch eine geringere Stromentnahme der Heizvorrichtung 36 bewirkt wird. Das Ventil öffnet sich und bewirkt einen verstärkten Kältemitteldurchsatz des Verdampfers und erzielt einen unmittelbaren Anstieg der Temperatur und des Druckes des Verdampfers. Umgekehrt führt eine Erhöhung der Verdampferleistung zu einer gesamten Temperatursteigerung des Verdampfers und einer entsprechenden Temperatursteigerung des Thermistors. Dies führt zu einer Abnahme des im Parallelkreis befindlichen Widerstandes und zu einem erhöhten Nebenschluß des Stromes der Heizvorrichtung und Schließen des Ventils, wodurch der Kältemitteldurchsatz herabgesetzt und eine unmittel-

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"bare Abnahme des Druckes und der Temperatur des Verdampfers herbeigeführt werden. Druck und !Temperatur des Verdampfers werden nun vom Einlaßthermistor relativ konstant gehalten. Der Widerstand 103 ist in dem Stromkreis vorzugsweise zur Aufrechterhaltung einer Stromkreisimpedanz geschaltet, die im wesentlichen derjenigen Impedanz gleicht, die bei dem im Kreislauf befindlichen Thermistor 92 vorhanden ist.

Normalerweise wird diese Steuerung der Verdampfertemperatur anstelle von Überwärme dann verwendet, wenn das Einfrieren des Verdampfers oder ein Betrieb unterhalb des Gefrierpunktes vermieden werden sollen. Im Stromkreis nach Pig. 2 kann diese Steuerung zur herkömmlichen Kontrolle der Überwärme eingesetzt werden, bis die Verdampfertemperatur einen unerwünschten Mindestwert erreicht hat. An diesem Punkt läßt sich die Steuerung umkehren, indem der Schalter 94 mit dem Kontakt 102 geschlossen wird, und zwar zur Kontrolle der Verdampfertemperatur und um gleichzeitig einen zusätzlichen Abfall der Verdampfertemperatur zu verhindern. Zu diesem Zweck könnte der Schalter 94 von dem Betätigungsglied 104 betätigt werden, welches der Verdampferrohrschlange ausgesetzt ist. Wie das Betätigungsglied 85 könnte das Betätigungsglied 104 in herkömmlicher Weise ausgebildet sein, so daß es nur schematisch dargestellt ist. Ferner ließe sich der Stromkreis so ausbilden, daß eine Höchstgrenze der Temperatur und des Druckee der Verdampferrohrschlange festgesetzt wird. Dabei würde das Betätigungsglied 104 den Schalter 94 mit dem Kontakt 102 ent-

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sprechend einer vorbestimmten Höchsttemperatur oder einem vorbestimmten Innendruck der Rohrschlange schließen.

Dieser Stromkreis ermöglicht einen relativ einfachen Fühlvorgang und Steuerungsmechanismus für eine Kühleinrichtung, Die Steuerung an sich ist verhältnismäßig einfach und gleichfalls äußerst vielseitig, da sie eine große Anzahl von Abwandlungen gestattet, überdies ist noch eine weitere Verbesserung der Wärmeempfindlichkeit durch geeignete elektrische Verstärkung möglich. Beispielsweise könnte der Thermistor einen mit der Heizvorrichtung im gleichen Stromkreis befindlichen Transistor steuern und dadurch eine derartige Verstärkung bewirken, daß die Heizvorrichtung bei geringster Temperaturveränderung das Ventil entweder völlig öffnet oder schließt.

Die Verwendung des Thermistors sorgt für eine besonders empfindliche Steuerung bei unterschiedlichen Steuerungsarten, wie beispielsweise der Steuerung der Überwärme (0 Überwärme oder Jeden gewünschten Überwärmegrad), der Kontrolle der Temperatur der Verdampferrohrschlange sowie für eine Steuerung, die schnell auf Temperaturänderungen und/oder Änderungen des Kältemittelzustandes anspricht.

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Claims

Patentansprüche

1. Kühleinrichtung mit einem Verdampfer und einem Expansionsventil zur Regulierung des Kältemitteldurchsatzes zum Verdampfer und einem Ventil-Betätigungsglied zur Steuerung des Ventils in Abhängigkeit von Änderungen der Temperatur und/oder des Aggregatzustandes des Kältemittels, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil-Betätigungsglied eine elektrische Heizvorrichtung (36), einen durch diese Heizvorrichtung (36) beheizten wärmeempfindlichen Ventilbetätiger (38) und einen Fühler (50 oder 90,92) besitzt, der auf die Temperatur und/oder den Aggregatzustand des Kältemittels anspricht derart, daß die der elektrischen Heizvorrichtung zugeführte Energie verändert wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler aus einem im Strömungsweg des Kältemittels angeordneten Thermistor besteht.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermistor am Auslaßende des Verdampfers (14) angeordnet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler einen zweiten Thermistor besitzt, welcher am Einlaßende des Verdampfers (14) vorgesehen ist.

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5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4 _f gekennzeichnet durch einen Widerstand (82, 98 oder 100), welcher zu den oder einem jeden Thermistor parallelgeschaltet ist derart, daß die Wärmeempfindlichkeit des Thermistors verändert wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 3 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Thermistor im Strömungen weg des Kältemittels durch Endanschlußleitungen (52, 60) gehaltert ist, und daß eine Wärme-Isolierung (70) vorgesehen ist, welche den Thermistor und die Endanschlußleitungen von der Kühleinrichtung thermisch isoliert.

7. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4» dadurch gekennzeichnet, daß ein parallel zu dta Thermistor (50, 92) liegender Schalter (84, 94) vorgesehen ist, welcher von einem auf eine vorbestlmmte Temperatur und/oder einen vorbestimmten Aggregatzustand des Kältemittels ansprechendes Betätigungeglled (85 oder 104) betätigt wird derart, daß der Schalter geschlossen und dabei der Thermistor umgangen wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e k β η η-zeichnet, daß der zweite Thermistor (90) parallel zu der Heizvorrichtung (36) und dem ersten Thermistor (92) geschaltet ist.

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