DE2318233A1 - Vorrichtung zur erhaltung eines konstanten kuehlmitteldruckunterschiedes vor und hinter dem expansionsventil einer kuehlanlage - Google Patents

Description

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11. April 1973

ustav potravinarske a chladici techniky, Praha-Smichov (CSSR)

Vorrichtung zur Erhaltung eines konstanten Kühlmitteldruckunterschiedes vor und hinter dem Expansionsventil einer Kühlanlage

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erhaltung eines konstanten, unveränderlichen Kühlmitteldruckunterschieds vor und hinter dem Expansionsventil einer Kühlanlage und dadurch zugleich auch eines konstanten, unveränderlichen Kühlmitteldurchflusses durch den Verdampfer der Kühlanlage bei unterschiedlichsten Kondensationsdrücken.

Es ist bekannt, daß in dem Kühlkreis einer Kühlanlage

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mit dem sinkenden Kondensationsdruck die durch den Kompressor gepumpte Kühlmittelmenge ansteigt, während die vom Expansionsventil durchgelassene Kühlmittelmenge abnimmt. Während des Betriebes von Kühlanlagen ist jedoch jede Änderung der durch den Kompressor gepumpten und das Expansionsventil durchströmenden Kühlmittelmenge wegen der ungünstigen Folgen für den Betrieb der Kühlanlagen höchst unerwünscht. Mit sinkendem Kondensationsdruck nimmt nämlich die Verdampfungstemperatur und dadurch zugleich auch der Kühlfaktor des Kühlkreises ab, während der Verbrauch an der zum Betrieb der Kühlanlage notwendigen Energie ansteigt. An dem Verdampfer der Kühlanlage bilden sich in erhöhtem Maße Vereisungen, durch die Schäden am gekühlten Gut durch Austrocknen verursacht werden.

Durch die Senkung des Verdampfungsdruckes können jedoch auch andere Schwierigkeiten, z, B«, die Schwierigkeiten mit dem Ölumlauf auftreten.

Bisher werden diese Mängel dadurch behoben, daß der Minimalwert, den der Kondensationsdruck beim Sinken der Temperatur des den Kondensator kühlenden Mittels erreichen kann, begrenzt wird. Das ist jedoch wieder mit verschiedenen technischen Nachteilen verbunden, die sich auf die Gesamtkosten auswirken. Zum Beispiel ist der Verbrauch an Kühlmittel beträchtlich, so daß auch größere Behälter für das Kühlmittel sowie andere zusätzliche Geräte installiert werden müssen. Dazu kommt noch, daß sich auch der Energieverbrauch der Kälteanlage beträchtlich erhöht, die Anlaufzeit der Kühlanlage verlängert und ihre Abnützung vergrößert wird.

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Zur Beseitigung der oben erwähnten Nachteile wurde zuletzt ein Expansionsventil von einer ganz speziellen Bauart entwickelt. Dieses Expansionsventil, das mit wenigstens einem mit dem Ventilsitz oder mit einem Anschlag verbundenen. Druckglied und wenigstens einem elastischen Glied versehen ist, kann einen regelmäßigen, unveränderlichen und von den Änderungen des Kondensationsdruckes unabhängigen Kühlmitteldurchfluß durch den Verdampfer sichern. In manchen Fällen wird es jedoch als ungünstig angesehen, zur Beseitigung der bekannten Nachteile ein speziell ausgebildetes Einzweckventil zu verwenden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die einen konstanten, von den Änderungen des Kondensationsdruckes unabhängigen Kühlmitteldurchfluß durch den Verdampfer ohne die Nachteile der bekannten Lösungen und ohne die Notwendigkeit zur Beseitigung dieser Nachteile einen Einzweckexpansionsventil von von spezieller Bauweise zu verwenden gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß hinter dem Expansionsventil, das einen dem minimalen Unterschied zwischen den Kondensations- und Verdampfungsdrücken entsprechenden Durchflußquerschnitt aufweist, ein Differenzventil eingeschaltet ist, dessen Ventilteller durch eine Feder gehalten und von einem Druckglied getragen wird, wobei der Innenraum des Druckgliedes durch ein Verbindungsrohr an die das Kühlmittel dem Expansionsventil zuführende Zuflußleitung angeschlossen ist. Das den Ventilteller des Differenzventils tragende Druckglied kann dabei, beispielsweise als ein Kolben, ein Balg oder eine Membrane ausgebildet sein. Dementsprechend ist dann

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im ersten Fall die den Ventilteller abfedernde Feder als Zugfeder, während in den beiden anderen Fällen als eine Druckfeder ausgebildet.

Zur Erzielung der erforderlichen Wirkung genügt hier also ein Expansionsventil von üblicher Bauart, dessen Durchflußquerschnitt lediglich dem minimalen Unterschied zwischen den Kondensations- und Verdampfungsdrükken angepaßt ist und der mit einem einfachen und anspruchslosen Differenzventil zusammenwirkt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert;

Es zeigen:

Fig. 1 einen mit dem erfindungsgeraäßen Differenzventil ausgerüsteten Kühlkreis in schematischer Darstellung;

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Differenzventil-Ausführung mit einem Kolben als Druckglied, in schematischer Darstellung;

Fig. 3 eine andere Ausführung des Differenzventils, bei der das Druckglied als ein Balg ausgebildet ist, in schematischer Darstellung; und

Fig. K eine andere Ausführungsvariante, bei der

eine Membrane als ein Druckglied verwendet ist, in schematischer Darstellung.

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Der in Fig. 1 dargestellte Kühlkreis besteht im wesentlichen aus einem Kompressor 1, der das Kühlmittel in den Kondensator 2 pumpt, aus einem Behälter 3» in dem sich das Kondensat aus dem Kondensator 1 sammelt, aus einem Expansionsventil 4, das in diesem Fall als ein thermostatisches Ventil ausgebildet ist und dem das flüssige Kühlmittel durch eine Zuflußleitung 16 von dem Behälter 3 des Kondensators 2 zugeführt wird, und aus einem in eine Abflußleitung 20 zwischen dem Expansionsventil k und einem Verdampfer 6 eingeschalteten Differenzventil 5» das durch ein Verbindungsrohr 8 mit der Zuflußleitung 16 verbunden ist.

Das Differenzventil 5 steuert den Kühlmitteldruck, hinter dem Expansionsventil k und hält ihn auf solcher Höhe (auf solchem Wert), daß der Unterschied zwischen den Kühlmitteldrücken vor und unter dem Expansionsventil k unveränderlich bleibt.

In Fig. 2 wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Differenzventils dargestellt, in dem ein Kolben 9 als ein Druckglied verwendet wird. Das flüssige Kühlmittel wird dem-Differenzventil 5 von dem Expansionsventil durch einen Einlaßstutzen 7 in Pfeilrichtung zugeführt. Der Überdruck des zugeführten flüssigen Kühlmittels wirkt auf die Fläche eines Ventiltellers 10, der mit einer Zugfeder 12 gehalten wird und der zugleich den Boden des Kolbens 9 ^bildet und den Ventilsitz 11 abdeckt.

Der Kolben 9 befindet sich in einem Gehäuse 14, gegen das er durch eine Stopfbuchse 15 abgedichtet ist.

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Der Innenraum des Kolbens 9 ist durch ein ■Verbindungsrohr 8 mit der nicht angedeuteten Zuflußleitung 16 an einer Stelle vor deren Eintritt in das Expansionsventil 4 verbunden.

Der Durchmesser des Ventilsitzes 11 entspricht dem des Kolbens 9» so daß der Druck des durch den Auslaßstutzen 13 abfließenden Kühlmittels keinen Einfluß auf die Öffnung des Ventils ausüben kann. Gegen die Kraft des Kolbens 9 wirkt der Kühlmitteldruck hinter dem Expansionsventil 4 und die Zugfeder 12, durch deren Spannung der Unterschied zwischen den Kühlmitteldrücken vor und hinter dem Expansionsventil gegeben ist. Das Kühlmittel, das von dem Ventilsitz 11 durchgelassen wird und das Differenzventil 5 durch den Auslaßstutzen 13 verläßt, fließt dann weiter durch die nicht angedeutete Abflußleitung 20 in den Verdampfer 6.

Die in Fig. 3 und 4 dargestellten Differenzventilanordnungen sind analog ausgebildet wie die gemäß Fig. 1 mit dem einzigen Unterschied, daß in der Anordnung- gemäß Fig. 3 die Funktion des Kolbens 9 von'einem Balg 17» während in der Anordnung gemäß Fig. 4 von einer Membrane übernommen wird.

Die veranschaulichten Ausführungsbeispiele der Differenzventile machen es möglich, einen konstanten Unterschied zwischen dem in dem Verbindungsrohr 8 und in der Zuflußleitung 16 herrschenden Druck des Kühlmittels einerseits und dem Druck des durch den Einlaßstutzen 7 zugeführten Kühlmittels andererseits aufrecht zu erhalten. Jede Druckerhöhung in der Zuflußleitung 16 vor dem Expansions-

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ventil h wird nämlich durch das Verbindungsrohr 8 in den. Innenraum des Druckgliedes 9» 18 oder Λ^ übertragen und hat eine Ausdehnung oder ein Herausschieben des Druckgliedes zur· Folge. Dadurch nimmt die Breite des zwischen dem Ventilsitz 11 und dem Ventilteller 10 ausgebildeten Spaltes und zugleich auch die durch diese Spalte strömende Kühlmittelmenge ab, was wieder eine Steigerung des in der Rohrleitung zwischen dem Expansionsventil und dem Differenzventil herrschenden Kühlmitteldruck bis auf den der Spannung der Feder entsprechenden Wert zur Folge hat. Durch eine Druckerniedrigung wird wieder ein umgekehrter Effekt hervorgerufen.

Durch die erfindungsgemäße Schaltung eines Differenzventils in die Abflußrohrleitung hinter dem Expansionsventil kann man in solcher Weise gewährleisten, daß der Unterschied des Ktihlmitteidruckes vor und unter dem Expansionsventil auch bei unterschiedlichsten Kondensationsdrücken praktisch unveränderlich bleibt. Mit Rücksicht darauf, daß zugleich ein Expansionsventil von erhöhter Leistungsfähigkeit gewählt wird, der den möglichst minimalen Druckunterschieden angepaßt ist, wird es zugleich eichergestellt, daß auch bei kleinen Kondensationedrücken durch das Expansionsventil eine genügende, d. h. dem Leistungsvermögen des Verdampfers entsprechende Kühlmittelmenge durchfließt.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann insbesondere beim Winterbetrieb von luftgekühlten Kondensatoren zur Geltung kommen. Mit Vorteil kann sie jedoch auch bei wassergekühlten Kühlanlagen auf Überseeschiffen verwendet werden, wo ziemlich große Temperaturunterschiede oft zu

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erwarten sind. Durch die Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung können die Investitions- und die Betriebskosten der Kühlanlagen im bedeutenden Maße erniedrigt werden.

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Claims (4)

1. Patentansprüche

   J·/ Vorrichtung zur Erhaltung eines konstanten Kühlraitteldruckunterschiedes vor und hinter dem Expansionsventil einer Kühlanlage, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Expansionsventil (4), das einen dem minimalen Unterschied zwischen den Kondensations- und Verdampfungsdrücken entsprechenden Durchflußquerschnitt aufweist, ein Differenzventil (5) eingeschaltet ist, dessen Ventilteller (10) durch eine Feder (12, 19) gehalten und von einem Druckglied (9, 18, I9) getragen wird, wobei der Innenraum des Druckgliedes (9» 18, 19) mittels eines Verbindungsrohres (8) an eine das Kühlmittel dem Expansionsventil (4) zuführende Zuflußleitung (16) angeschlossen ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckglied als ein Kolben (9) und die Feder als eine Zugfeder (12) ausgebildet sind.
3. 3· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dnickglied als ein Balg (17) und die Feder als eine Druckfeder (19) ausgebildet sind.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckglied als eine Membrane (18) und die Feder als eine Druckfeder (19) ausgebildet sind.

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