DE2215150A1

DE2215150A1 - Thermostatisches Expansionsventil

Info

Publication number: DE2215150A1
Application number: DE19722215150
Authority: DE
Inventors: Charles Dunlap Cedarburg Wis. Orth (V.StA.)
Original assignee: Controls Company of America
Current assignee: Controls Company of America
Priority date: 1971-03-29
Filing date: 1972-03-28
Publication date: 1972-10-05
Also published as: CA935353A; IT950784B; DE2215150B2; FR2131662A5; GB1379459A; DE2215150C3; US3699778A; ES401271A1

Description

Thermos-ta-uisch.es Expansionsventil

Die Erfindung betrifft ein insbesondere in Verbindung mit einem Kühlsystem mit raschem Druckausgleich zwischen Hoch- und Kiederdruckseite des Systems verwendbares thermostatisches Expansionsventil mit durch einen ersten Ventilsitz voneinander getrennten Einlaß-und Auslaßöffnungen, einem mit dem ersten Ventilsitz zusammenwirkenden Steuerventil zum Hegulieren des Stromes zwischen dem Einlaß und dem.Auslaß, mit einer Membran, die im Betrieb an einer Seite mit einem von der Auslaßteinperatur eines Verdampfers abhängigen Druck, an der anderen Seite vom auslaßseitigen Druck des Ventils beaufschlagbar ist, mit Verbindungsgliedern zwischen der Membran und dem Steuerventil zur Betäti_:jung des Steuerventils, einer Federeinrichtung zum Schließen des Ventils in

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Richtung gegen die Membran, einer Kammer im Steuerventil, einer die Kammer mit dem Einlaß verbindenden Leitung zur Herstellung von Einlaßdruck in der Kammer, einem aus der Kammer zum Ventilauslaß führenden Durchlaß sowie mit einem den Durchtritt durch diesen Durchlaß steuernden Umgehungsventil.

Um das Anlaufmoment eines Verdichters in einem Kühlsystem su verringern, ist es notwendig, nach Stillsetzen des Verdichters die Drücke zwischen der Saug- und der Austrittsseite des Verdichters auszugleichen. Dieser Druckausgleich ist bei Kühlsy st einen, in welchen thermostatische Ausgloichsventile verwendet werden, im allgemeinen in zwei verschiedenen Weisen erzielbar. Im ersten Fall sieht man ein thermostatisches Expansionsventil mit einem eingebauten Hilfs- bzw. Entlastungsventil vor. Die Größe des Ventils und damit die Durchflußmenge ist nach oben durch die während des Betriebes des Systems erforderliche geringste Durchflußmenge begrenzt. Gewöhnlich liegt die Leistung des Hilfs- bzw. Entlastungsventils wesentlich unter der Nennleistung des Expansionsventils. Dies macht es erforderlich, das System während einer beträchtlichen Zeitspanne stillzusetzen, um einen Druckausgleich im System herbeiführen zu können. Bei einigen Ausführungsformen derartiger Systeme werden Zeitverzögerungseinrichtungen benutzt, um die Stillsetzung des Systems bis zur Beendigung des Druckausgleichs zu gewährleisten.

Ein anderer Lösungeweg führt über die Verwendung eines therraostatischen Expansionsventils mit einer eingebauten Umgehung in Ausbildung beispielsweise entsprechend der US-Patentschri ft 3 252 297. Das in dieser Patentschrift beschriebene Ventil weist ein Hilfsventil auf, das den Durchtritt durch einen Umgehungsdurchlaß regelt. Unter normalen Betriebsbedingungen ist das Hilfsventil mittels einer Zusatzfeder in geschlossener Stellung gehalten. Bei Stillsetzen des Verdichters öffnet

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dor im Verdampfer ansteigende Druck das Hilfsventil, und der Druck im System wird über den UmgeKungsdiirchlaß ausglichen. Obgleich derartige tliermostatische Expansionsventile einen raschen Ausgleich des Systemdruckes ermöglichen, führen die zusätzliche Feder und weitere zusätzliche, zur Herstellung der Umgehung erforderliche Teile zu einem komplizierteren Aufbau und daher zu höheren Herstellungskosten.

Es ist ein wichtiges Ziel der Erfindiing, unter Verzicht auf zusätzliche Bauteile eine mit einfp.chen Mitteln wirtschaftlieh herstellbare Vorrichtung zu schaffen, die bei einfachem Aufbau besonders zuverlässig arbeitet.

Ein thermostatisches Expansionsventil der eingangs erwähnten Art zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß das Umgehungsventil mittels des in der Kammer herrschenden Druckes in geöffnete Stellung bewegbar ist, und daß das Umgehungsventil so lange von der von der Membran ausgeübten Kraft geschlossen gehalten bleibt, bis die Feder das Steuerventil am ersten Ventilsitz schließt und die Drücke beiderseits der Membran so weit ausgeglichen sind, daß der Druck in der Kammer das Umgehungsventil öffnet und ein Ausgleich zwischen den Einlaß- und Auslaßdrücken hergestellt ist.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Expansionsventils in Verbindung mit einem schematisiert dargestellten Kühlsystem bei unter normalen Betriebsbedingungen geschlossenem, eingebaut em Umgehungsventi 1,

Fig. 2 eine Teilansicht des eingebauten Umgehungsventils in geöffneter Stellung während des Druckausgleichs und

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Pig. 3 eine Teilansicht einer weiteren Ausführungsform des eingebauten Umgehungsventils.

Ein thermostatisches Expansionsventil 10 in erfindungsgemäßer. Ausbildung ist in ein Kühlsystem eingebaut, zu dem ein Verdichter C, ein Verflüssiger K, ein Sammelbehälter R (bei Bedarf) und ein Verdampfer E gehören. Das Expansionsventil 10 ist mit einem Einlaß 12 an den Auslaß des Sammelbehälters H und mit einem Auslaß 14 an den Einlaß des Verdampfers E angeschlossen.

Zur Regulierung des Stromes zwischen dem Einlaß 12 und dem Auslaß 14 arbeitet ein Nadelventil 16 mit einem Ventilsitz 18 zusammen. Das Ventil 16 ist in geschlossene Stellung mittels einer Ventilschließfeder 20 bewegbar, welche sich zwischen einem Federsitz 22 am Ende einer Einstellschraube 24 und einer ara Boden des Ventils angebrachten und abgedichteten Platte 26 abstützt. Das Ventil 16 ist von einem verschieblichen Flanschbund 28 umschlossen, der mit einem Flansch 30 an der Oberseite einer Ventilschulter 32 anliegt. Das Ventil 16 weist einen Mittendurchlaß 34 und eine Innenkammer 36 auf, wobei über die letztere im Verflüssigßr herrschender Druck über die Ausgleichsdurchlässe 38 in der Schulter 32 an die Unterseite des Flansches 30 geführt wird.

Zwischen einer tellerförmigen Stütze 42 und einem Kopf 44 ist eine Membran 44 festklemmbar. Vom Auslaß 14 führt eine Leitung bzw. ein Kanal 46 zu einer Kammer 48, so daß die Unterseite der Membran 40 vom im Verdampfer herrschenden Druck beaufschlagbar ist. Ein Temperaturfühlkolben 50 steht über ein Kapillarrohr 52 mit dem Kopf 44 und damit mit einer Kammer 54 in unmittelbarer Verbindung. Der Temperaturfühlkolben 50 ist mit einem temperaturempfindlichen Mittel gefüllt und an die Auslaßleitung des Verdampfers angelascht. Die Oberseite der Membran 40 ist damit mit einem von der Auslaßtemperatur

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des Verdampfers abhängigen Druck beaufschlagbar.

Die Öffnungsbewegung des Ventils 16 ist mittels Druckstiften bewirkbar, die mit ihren oberen Enden an einem Membran-Druckstück 58 j mit ihren unteren Enden an der Oberseite des Flansches 30 anliegen. Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit ist in Fig. 1 der obere Teil des linken Druckstiftes weggelassen. Da die Feder 20 über die Druckstifte 56 auf die Membran 40 wirkt, bleiben Flanschbund 28 und Ventil 16 unter normalen Betriebsbedingungen so lange im gegenseitigen Eingriff, bis das Ventil 16 geschlossen ist.

Nach dem Schließen des Ventils 16 stehen die Druckstifte 56 und der Flanschbund 28 in den in Fig. 1 gezeigten Stellungen. Zwischen Einlaß 12 und Auslaß 14 besteht keine Strömungsverbindung. Da die Bewegung der Feder 20 durch die Anlage des Ventils 16 am Ventilsitz 18 begrenzt ist, ist der Flanschbund 28 nur mittels der Membran 40 in Anlage am Ventil 16 gehalten. Nach dem Stillsetzen des Verdichters tritt im Verdampfer eine Temperattirerhöhung ein, so daß die auf beide Seiten der Membran wirkenden Kräfte allmählich sich ausgleichen und der in der Kammer 36 herrschende und über die Druckstifte 56 auf die Membran wirkende Druck des Verdichters den Flanschbund 28 von der Schulter 32 abhebt (Fig. 2). Sobald sich der Bund 28 von der Schulter 32 löst, werden die Ausgleichsdurchlässe 38 geöffnet, und es erfolgt ein schneller Ausgleich zwischen den Drücken im Verdichter und im Verdampfer. Nach beendetem Druckausgleich bewegt die Membran 40 über die Druckstifte 56 den Bund 28 wieder in seine anfängliche Ruhestellung. Da die Ausgleichsdurchläse normalerweise geschlossen sind, können ihre Abmessungen im Hinblick auf einen raschen Druckausgleich gewählt werden.

Bei der in Fig. 3 gezeigten abgewandelten Ausbildungsform wirkt das u.ntere Ende eines mit einem Ventilsitz 62 in einem Ventil 64 zusammenarbeitenden Druckstiftes 60 als Umgehungsventil

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zur Regulierung des Durchtritts durch einen Ausgleichsdurchlaß 66. Nach Stillsetzen des Verdichters und nach Ausgleich der an beiden Seiten der Membran wirksamen Kräfte kann der in der Kammer 36 befindliche und über den Druckstift 60 auf die Membran wirkende Druck des Verdichters den Druckstift vom Sitz 62 abheben. Dadurch öffnet der Ausglnichsdurchlaß 66 und ermöglicht einen schnellen Ausgleich zwischen den Drücken im Verdichter und im Verdampfer, Bsi dieser abgewandelten Ausbildungsform steht zur Beaufschlagung dl·!^?! den das Umgehungsventil öffnenden Druck in der Kammer 36 eine bestimmte_f begrenzte Fläche zur Verfügung, so daß der Öffnungsdruck für den Ausgleichsdurchlaß 66 genauer regelbar ist. Zur Regulierung des Durchflusses durch den Ausgleichsdurchlaß 66 sind beliebige andere Absperrorgane geeignet, beispielsweise eine Kugel, die zwischen dem Druckstift und dem Sitz 62 einsetzbar ist.

Die Erfindung schafft somit ein Expansionsventil mit einer eingebauten Umgehung, mittels deren ein schneller Druckausgleich im System erzielbar ist. Diese Wirkung wird ohne Zuhilfenahme einer zusätzlichen Feder und/oder weiterer zusätzlicher Teile, wie bei herkömmlichen Ventilen üblich, erzielt. Daraus ergibt sich ein vereinfachter Aufbau des Ventils.

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Claims

A N SPRUCHE

Thermo statisches Expansionsventil, mit durch einen ersten Ventilsitz voneinander getrennten Einlaß- und Auslaßöffnungeri, einem mit dem ersten Ventilsitz zusammenwirkenden Steuerventil zum Regulieren des Stromes zwischen dem Einlaß und dem Auslaß, mit einer Membran, die im Betrieb an einer Seite mit einem von der Auslaßtemperatur eines Verdampfers abhängigen Druck, an der anderen Seite vom auslafceitigen Druck des Ventils beaufschlagbar ist, mit Verbindungsgliedern zwischen der Membran und dem Steuerventil zur Betätigung des Steuerventils, einer Federeinrichtung zum Schließen des Ventils in Richtung gegen die Membran, einer Kammer im Steuerventil, einer die Kammer mit dem Einlaß verbindenden Leitung zur Herstellung von Einlaßdruck in der Kammer, einem aus der Kammer zuia Ventilauslaß führenden Durchlaß sowie mit einem den Durchtritt durch diesen Durchlaß steuernden Umgehungsventil, dadurch gekennz e i chnet, daß das Umgehungsventil (30,32; 60,62) mittels des in der Kammer (36) herrschenden Druckes in geöffnete Stellung bewegbar ist, und daß das Umgehungsventil (30,32; 60,62) so lange von der von der Membran (40) ausgeübten Kraft geschlossen gehalten bleibt, bis die Feder (20) das Steuerventil (16) am ersten Ventilsitz (18) schließt und die Drücke beiderseits der Membran (40) soweit ausgeglichen sind, daß der Druck in der Kammer (36) das Umgehungsventil (30,32; 60,62) öffnet und ein Ausgleich zwischen den Einlaß- und Auslaßdrücken hergestellt ist.

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2. Thermostatisches Expansionsventil nach Anspruch 1, Druekstiften als Verbindungsgliedern zwischen der Membran und dem Steuerventil, dadurch gekennzeichnet, "daß das Umgehungsventil (30,32; 60,62) durch eine Relativbewegung zwischen den Druckstiften (56; 60) und dem Steuerventil (16) verschließbar ist.
3. Thermostatisch^« Expansionsventil nach Anspruch 1 oder dadurch gekennzeichnet, daß das Umgehungsventil (60,62) einen an der Austrittsseite eines Durchlasses (66) angeordneten Ventilsitz (62) aufweist, mit dem einer der Druckstifte (60) als Absperrorgan des Umgehungsventils zusammenwirkt .
4.Thermostatisehes Expansionsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Absperrorgan (30' des Umgehungsventil (30,32), welches zwischen den Druckstiften (56) und dem Steuerventil (16) angeordnet ist, mittels der auf das Steuerventil (16) wirkenden Feder (20) so lange in geschlossener Stellung gehalten bleibt, bis das Steuerventil (16) geschlossen.ist.
5. Thermostatisches Expansionsventil nach Anspruch 4, dadurch gekennz eichnet, daß das Absperrorgan (30) des Umgehungsventils (30,32) eine Platte ist, die einen Ausgleichsdurchlaß (38) abdeckt.
6. Thermostatisches Expansionsventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (30) ringförmig ausgebildet ist.

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7. Tnermostatiselies Expansions·^entil nach wenigstens einem der Ansprüche 1 "bis 6, dadurch gekennz ei ohne ι» daE das Steuerventil (16) im wesentlichen in Form eines Nadelventils ausgebildet ist_: nnd daß die Verbindungsleilrung (34) mittig im Nadelventil angeordnet ist.

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