DE2459485A1

DE2459485A1 - Thermostatisches expansionsventil fuer kaelteanlagen

Info

Publication number: DE2459485A1
Application number: DE19742459485
Authority: DE
Inventors: Leif Nielsen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1974-12-16
Filing date: 1974-12-16
Publication date: 1976-07-01
Also published as: DE2459485B2; DK138089B; DK138089C; GB1534700A; DK570275A; JPS5186852A

Description

Thermostatisches Expansionsventil für Kälteanlagen

Die Erfindung bezieht sich auf ein thermostatisches Expansionsventil für Kälteanlagen, insbesondere mit luftgekühltem Kondensator, mit einem Arbeitselement, das von einem von der Überhitzungstemperatur des Verdampfers abhängigen Druck gegen die Kraft einer Feder in Öffnungsrichtung belastet und gegebenenfalls durch den Verdampferdruck entlastet ist, und mit einem vom Arbeitselement verstellbaren, mit einem Sitz zusammenwirkenden Verschlußstück.

Thermostatische Expansionsventile sind zwischen Kondensator und dem Verdampfer einer Kälteanlage angeordnet. Sie haben die Aufgabe, dem Verdampfer so viel Kältemittel zuzuführen, daß die Überhitzungstemperatur am Ende des Verdampfers etwa konstant bleibt. Sie müssen auch in der Lage sein, einen vollständigen Abschluß zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator herzustellen.

Während man davon ausgehen kann, daß der Verdampferdruck konstant ist oder nur geringfügigen Schwankungen unterliegt, kann der Kondensatordruck in Abhängigkeit von der Kondensatortemperatur erhebliche Änderungen erfahren. Bei luftgekühlten Kondensatoren können sich im Sommer Kondensatordrücke einstellen, die 5-10 mal größer sind als im Winter. Da ein größerer Druckunterschied bei einer gegebenen Öffnungsstellung des Ventils zu einer höheren Durchflußmenge führt, ergeben sich im Sommer ganz andere Regelabhängigkeiten als im Winter. Wird das Expansionsventil

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für den Sommerbetrieb ausgelegt, läßt es im Winter auch bei der maximalen Öffnungsstellung, die einer vorgegebenen maximalen Überhitzungstemperatur entspricht, zu wenig Kältemittel hindurch. Wird es umgekehrt für den Winterbetrieb ausgelegt, wird der erforderliche Drosselquerschnitt schon bei ganz kleinen Überhitzungstemperaturen überschritten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein thermostatisches Expansionsventil der eingangs beschriebenen Art anzugeben, dessen Regelcharakteristik von Schwankungen des Kondensatordrucks in wesentlich geringerem Maße als bisher abhängig ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Stellglied des Arbeitselements zusätzlich durch den Kondensatordruck in Schließrichtung belastet ist.

Bei dieser Konstruktion ist dauernd ein in Schließrichtung wirkender, vom Kondensatordruck abhängiger Kraftüberschuß vorhanden, der direkt oder indirekt auf das Arbeitselement wirkt und die Schließwirkung der Feder unterstützt, so daß diese schwächer ausgelegt werden kann. Steigt der Kondensatordruck, so drosselt das Ventil stärker und umgekehrt. Das Ventil läßt sich daher so auslegen, daß jede Änderung des Kondensatordrucks im Ventil selbst durch eine entsprechende Änderung der Drosselung derart kompensiert wird, daß die von der Überhitzungstemperatur des Verdampfers abhängige Durchflußmenge ihren Wert annähernd beibehält. Auf diese Weise wird daher ein Ventil geschaffen, das vom Kondensatordruck praktisch unabhängig ist.

Zweckmäßigerweise ist die dem Kondensatordruck ausgesetzte Fläche größer als der freie Querschnitt des Ventilsitzes, aber kleiner als die dem von der Überhitzungstemperatur abhängigen Druck ausgesetzte Fläche des Arbeitselements. Auf diese Weise ergibt sich eine günstige Bemessung. Bei in Öffnungsrichtung vom Kondensatordruck beaufschlagtem Verschluß stück wird die hierdurch in Öffnungsrichtung wirkende Kraft überkompensiert. Greift der Kondensatordruck in Schließrichtung am Verschlußstück

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an, kann man dieses ausreichend klein halten, wie es für Expansionsventile üblich ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein zweites Arbeitselement vorgesehen, dessen Druckraum mit der vom Kondensator kommenden Zuleitung über einen Kanal verbunden ist. Dieses zweite Arbeitselement kann irgendwo im Kraftzug zwischen Verschlußstück und Arbeitselement angreifen. Besonders günstig ist es jedoch, wenn das zweite Arbeitselement mittels einer den Ventilschaft konzentrisch umgebenden Balgdose gebildet ist, deren Boden zwischen der Stirnseite des Ventilschafts und dem Stellglied des ersten Arbeitselements liegt. Dies ergibt eine sehr einfach herzustellende und zu montierende Baueinheit.

Des weiteren kann der Kanal durch das Spiel zwischen dem Ventilschaft und der ihn aufnehmenden Gehäusebohrung gebildet werden. Auf diese Weise erübrigt sich eine gesonderte Kanalbohrung. Als Spiel genügen einige η.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das erste Arbeitselement als Stellglied eine Membran auf und die Balgdose des zweiten Arbeitselements ist auf einem Gehäusefortsatz geführt. Da die Membran keinerFührung bedarf, kann das Gehäuse zur Führung der Balgdose des zweiten Arbeitselements herangezogen werden.

Des weiteren kann im Gehäuse ein zweiter Kanal vorgesehen sein, der den Raum außerhalb des zweiten Arbeitselements mit der zum Verdampfer führenden Ableitung verbindet. Auf diese Weise ist die dem Verschlußstück zugewandte Fläche des ersten Arbeitselements mit einem ersten Teil dem Kondensatordruck und mit einem zweiten Teil dem Verdampferdruck ausgesetzt.

Dieser zweite Kanal kann auch zu einem Stutzen zum Anschluß an einen äußeren Druck führen. Dies ist insbesondere günstig, wenn das Ventil in einer Anlage mit äußerem Druckausgleich verwendet und der Stutzen mit der Saugleitung hinter dem Fühler verbunden wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes thermostatisches Expansionsventil und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Abwandlung.

Ein Gehäuse 1 weist einen Eintrittsstutzen 2 für den Anschluß an den Kondensator mit anschließender Zuleitung 3 und einen Austrittsstutzen 4 zum Anschluß an den Verdampfer mit vorgeschalteter Ableitung 5 auf. Ein Verschlußstück 6 wird von einem das Gehäuse durchsetzenden Ventilschaft 7 getragen. Am unteren Ende greift eine Druckplatte 8 an, auf welche eine Feder 9 in Schließrichtung wirkt. Diese stützt sich an einer Schraube 10 ab, die in einem Schraubstutzen 11 verschraubbar ist, welcher durch einen Deckel 12 abgeschlossen ist.

Am oberen Ende des Gehäuses befindet sich ein erstes Arbeitselement 13 in Gestalt einer Druckdose. Dieses weist als Stellglied 14 eine Membran, einen oberen Deckel 15 und einen unteren, mit dem Gehäuse 1 verbundenen Deckel 16 auf. Der Raum 17 oberhalb der Membran 14 ist über ein Kapillarrohr 18 mit einem Temperaturfühler verbunden und enthält Dampf mit einem von der Fühlertemperatur abhängigen Druck. Der Temperaturfühler ist am Verdampferausgang montiert.

Unterhalb der Membran 14 befindet sich ein zweites Arbeitselement 19 in Gestalt einer den Ventilschaft 7 konzentrisch umgebenden Balgdose, deren Boden 20 zwischen die Stirnfläche des Ventilschafts 7 und die Membran 14 gelegt ist. Ein zylindrischer Vorsprung 21 des Gehäuses 1 führt die Wellungen der Balgdose. Durch die Balgdose wird der Raum unterhalb der Membran 14 in einen inneren Raum 22 und einen äußeren Raum 23 unterteilt. Der innere Raum 22 steht über einen Kanal 24 mit der Zuleitung 3 und daher mit dem Kondensatordruck P, in Verbindung. Der äußere Raum 23 steht über einen Kanal 25 mit der Ableitung 5 und daher mit dem Verdampferdruck P in Verbindung (Fig. 1).

Ein mit dem Verschlußstück 6 zusammenwirkender Ventilsitz 26 ist am offenen Ende einer Axialbohrung 27 ausgebildet. Der freie Sitzquerschnitt ist daher durch die Querschnittsfläche der

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Axialbohrung 27 abzüglich der Querschnittsfläche des Ventilschafts 7 gebildet. Die dem Kondensatordruck ausgesetzte Fläche des zweiten Arbeitselements 19 ist gleich der Fläche des Bodens 20 abzüglich der Querschnittsfläche des Schafts 7. Diese dem Kondensatordruck P. ausgesetzte Fläche ist größer als die freie Querschnittsfläche des Sitzes 26, aber kleiner als die Fläche der Membran 14, die dem Druck im Raum 17 ausgesetzt ist.

Statt des Kanals 24 kann auch das Spiel zwischen dem Ventilschaft 7 und der ihn führenden Gehäusebohrung ausgenutzt werden.

In Fig. 2 ist ein Kanal 29 vorgesehen, der von dem Raum 23 außerhalb des zweiten Arbeitselements (19) zu einem Stutzen 30 führt. An diesen kann irgendeine äußere Druckquelle angeschlossen werden. Insbesondere eignet sich dies für eine Anlage mit äußerem Druckausgleich, wo der Stutzen mit der Saugleitung hinter dem Fühler des thermostatischen Expansionsventils in Verbindung gebracht wird.

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Claims

Patentansprüche

1./Thermostatisches Expansionsventil für Kälteanlagen, insbe-■'"' sondere mit luftgekühltem Kondensator, mit einem Arbeitselement, das von einem von der überhitzungstemperatur des Verdampfers abhängigen Druck gegen die Kraft einer Feder in Öffnungsrichtung belastet und gegebenenfalls durch den Verdampferdruck entlastet ist, und mit einem vom Arbeitselement verstellbaren, mit einem Sitz zusammenwirkenden Verschlußstück, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (14) das Arbeitselement (13) zusätzlich durch den Kondensatordruck (Pj.) in Schließrichtung belastet ist.

2. Thermostatisches Expansionsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Kondensatordruck (P^.) ausgesetzte Fläche größer als der freie Querschnitt des Ventilsitzes (26), aber kleiner als die dem von der Überhitzungstemperatur abhängigen Druck ausgesetzte Fläche des Arbeitselements ist.

3. Thermostatisches Expansionsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Arbeitselement (19) vorgesehen ist, dessen Druckraum (22) mit der vom Kondensator kommenden Zuleitung (3) über einen Kanal (24) verbunden ist.

4. Thermostatisches Expansionsventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Arbeitselement (19) mittels einer den Ventilschaft (7) konzentrisch umgebenden Balgdose gebildet ist* deren Boden (20) zwischen der Stirnfläche des Ventilschafts und dem Stellglied (14) des ersten Arbeitselements liegt.

5. Thermo statisches Expansionsventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal durch das Spiel zwischen dem Ventilschaft (7) und der ihn aufnehmenden Gehäusebohrung gebildet ist.

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6. Thermostatisches Expansionsventil nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das erste 'Arbeitselement (13) als Stellglied (14) eine Membran aufweist und die Balgdose des zweiten Arbeitselements (19) auf einen Gehäusefortsatz (21) geführt ist.

7. Thermostatisches Expansionsventil nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (1) ein zweiter Kanal (25) vorgesehen ist, der den Raum (23) außerhalb des zweiten Arbeitselements (19) mit der zum Verdampfer führenden Ableitung (5) verbindet (Fig. 1).

8. Thermostatisches Expansionsventil nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (1) ein zweiter Kanal (29) vorgesehen ist, der den Raum (23) außerhalb des zweiten Arbeitselements (19) mit einem Stutzen/zum Anschluß an einen äußeren Druck verbindet (Fig. 2).

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