DE2627526A1

DE2627526A1 - Bewegliches ausdehnungsventil

Info

Publication number: DE2627526A1
Application number: DE19762627526
Authority: DE
Inventors: Richard J Duell; John A Ferrel
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1975-06-23
Filing date: 1976-06-18
Publication date: 1977-01-13
Also published as: ZA763105B; FI66080C; AR209494A1; GB1529614A; SE427873B; FI66080B; SE7607084L; DK149400C; JPS5825243Y2; DE2627526C2; FR2315650A1; NL7606767A; DK149400B; CA1038178A; MX142939A; US3992898A; GR60544B; BR7604028A; ES449090A1; FR2315650B1

Description

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dr. ing. H. NEGENDANK (-1973) · dipl.-ing. H. HATJCK · dipl.-phys. W. SCHMITZ DIPL.-ING. E. GRAALFS · dipping. W. WEHNERT

HAMBURG-MÜNCHEN ZTISTEIIüNGSANSCHRIFT: HAMBURG 36 · NEUER WAI₁It 41 TEI.. 86 74 28 XTND 3β 41 IB

CARRIER CORPORATION teisgb. negedafatent παμβτγηο

Carrier Tower München is · mozartstr. 33

TEI.. 0 88 00 86 F. U. BOX lOOO TELEGB. NEGEDAPATENT SIÜNCHEN

Syracuse, New York 13201/USA

Hamburg, 14. Juni 1976

Bewegliches Ausdehnungsventil

Die Erfindung bezieht sich auf einen Dampfkompressionskühlungszyklus und speziell auf eine Ausdehnungsvorrichtung zur Drosselung von Kühlmitteldämpfen_r die sich zwischen einem Paar von Wärmeaustauschern bewegen, wobei die Funktion der Austauscher automatisch umgekehrt werden kann, wenn der Zyklusbetrieb von Kühlung auf Erwärmung umgestellt wird.

üblicherweise fließen in einem konventionellen Kühlzyklus leicht überhitzte Kühlmitteldämpfe von einem Kompressor in einen ersten Wärmeaustauscher (Kondensator), in dem die Kühlmitteldämpfe zu einer unterkühlten Flüssigkeit bei konstanter Temperatur zurückgeführt werden. Die Kondensationswärme wird aus dem System zum Beispiel an die Umgebungsluft oder ähnliches abgeleitet und das flüssige

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Kühlmittel auf eine niedrige Temperatur oder einen niedrigen Druck gedrosselt. Das niedrig temperierte Kühlmittel wird dann in einen zweiten Wärmeaustauscher (Verdampfer) mit Wärmeleitung zu einer höher temperierten Substanz gebracht, um deren erwünschte Kühlung zu erreichen. Zuletzt wird die dampfförmige Phase von dem zweiten Austauscher von der Ansaugseite des Kompressors abgezogen und der Zyklus wiederholt. Seit langem .ist es erkannt worden, daß die von dem Zyklus während der Kondensation abgegebene Wärme zur Heizung verwendet werden kann.

Typischerweise wird der Verwendungszweck der beiden Wärmeaustauscher, um den Kühlzyklus in eine "Wärmepumpe" umzukehren, thermodynamisch umgekehrt. Um dieses Ergebnis zu erhalten, wird die Richtung des Kühlmittelflusses durch das System durch Wechseln der Verbindung zwischen der Ansaug- und Ausgangseite des Kompressors und der beiden Austauscher umgekehrt, zum Beispiel durch Einfügen eines Vierweg-Ventils, das die Austauscher mit dem Einlaß und dem Auslaß des Kompressors verbindet. Der Kühlkondensator wirkt jetzt als Verdampfer, während der Kühlverdampfer als Wärmekondensor dient. Um die thermodynamische Umkehr zu vervollständigen, muß das Kühlmittel in entgegengesetzter Richtung zwischen den Austauschern gedrosselt werden. Umkehrbare Kühlmittelzyklen benutzten bisher allgemein entweder ein Kapillarrohr oder ein doppeltes Ausdehnungsventil und ein

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Nebenschlußsystem, das in der Versorgungsleitung angeordnet ist, die die beiden Wärmeaustauscher verbindet, um die Drosselung in jeder Richtung zu verwirklichen.

Das Kapillarrohr besitzt eine feste Geometrie, um die Drosselung in beiden Richtungen zu erreichen- Die Länge eines Kapillarrohres,· das in einem Kühlsystem erforderlich ist, ist außerordentlich groß, und ein Rohr dieser Länge in dem System einzupassen stellt ein Problem dar. Außerdem, was noch wichtiger ist, ist die Flußrate, die durch ein konventionelles Kapillarrohr fließen kann, begrenzt. Wenn die Geschwindigkeit des Kühlmittels an dem Ende des Rohrs Schallgeschwindigkeit erreicht, wird der Fluß gedrosselt. Zu diesem Zeitpunkt erreicht der Fluß seine maximale Geschwindigkeit und das Rohr spricht auf keine weiteren Änderungen der Einlaß- oder Auslaßbedingungen an. Demzufolge bedeutet die Verwendung eines Kapillarrohres in einem reversiblen Kühlsystem eine erristzunehmende Begrenzung in dem Betriebsbereich des Systems.

In Anordnungen mit doppeltem Expansionsventil sind zwei gegenüberliegende Expansionsventile in der Kühlmittelversorgungsleitung, die zwischen den beiden Wärmeaustauschern verläuft, angeordnet. Ein ventilbetriebener Nebenschluß ist auch neben jedem Expansionsventil angeordnet, das bei Umkehrung des Zyklus. durch ein verhältnismäßig

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komplexes Steuernetzwerk reguliert wird, um entweder eine Expansionsvorrichtung zu verwenden oder die andere zu überbrücken. Das doppelte Überbrückungs- oder Nebenschlußsystem erfordert so teure Teile als Ausrüstung und ein komplexes Steuernetzwerk zum Betrieb, das, wegen seiner Komplexität die Wahrscheinlichkeit eines Systemfehlers vergrößert.

Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kühlsystem zu verbessern, bei dem der Zyklus zur Wärmeoder Kälteerzeugung thermodynamisch reversibel ist.

Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache Expansionsvorrichtung vorzusehen, die automatisch ihre Funktion in Ansprache auf die Richtung des Kühlmittelflusses ändert, um den Kühlmittelfluß in eine Richtung zu drosseln und eine nichtbegrenzte Bewegung von Kühlmitteln in die entgegengesetzte Richtung zu ermöglichen.

Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es, eine Expansionsvorrichtung vorzusehen, die in der Lage ist, eine abgemessene Kühlmittelmenge in einer Richtung automatisch zu drosseln und einen nicht begrenzten Kühlmittelfluß in die entgegengesetzte Richtung zu ermöglichen. Noch ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es, die Expansionsvorrichtungen zu verbessern, wie sie üblicherweise in umkehrbaren Kühlsystemverwendet werden, um eine er-

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forderliche Menge von Kühlmittel über einen weiten Bereich der Betriebsbedingungen abzumessen um sicherzustellen, daß das Kühlmittel, das in den Systeiuverdampfer eintritt, in einem unterkühlten Zustand ist.

Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden verwirklicht in einem Kühlsystem mit einem Kompressor, einem ersten und einem zweiten Wärmeaustauscher, einem Mechanismus zur Strömungsumkehrung, um Kühlmitteldämpfe hohen Drucks von dem Kompressor zu einem der beiden Wärmeaustauscher zu liefern und Kühlmittel von dem anderen Austauscher zurück in den Kompressor zu ziehen, eine Flußbemessungsvorrichtung, die in der Kühlmittelversorgungsleitung gelagert ist, die die beiden Wärmeaustauscher verbindet, einschließlich eines Körpers, der in der Leitung aufgenommen werden kann und einen axial ausgerichteten Strömungsdurchlaß darin besitzt, der sich in einer Expansionskammer öffnet, die koaxial mit dem Strömungsdurchlaß ausgebildet ist, einem frei schwimmenden Kolben, der gleitend in der Kammer befestigt ist und geeignet ist, sich in Ansprache auf die Strömungsrichtung zu bewegen, durchströmend durch die Kammer zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung, wobei der Kolben eine Reihe von geriffelten Kanälen besitzt, die in dem äußeren Umfang ausgebildet sind, und eine mittlere Bemessungsöffnung, die dort hindurchgeht, wobei die Durchlässe so angeordnet sind, daß sie gegen die eine Seitenwand der expandierten Kammer schließen, wenn der

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Kolben durch die Strömung in eine erste Richtung bewegt ist, wodurch eine bemessene Menge von Kühlmittel durch

sie

das BemessungeIoch gedrosselt wird, und daß/Sie Kühlmittelversorgungsleitung öffnen, wenn der Kolben durch die Strömung in die entgegengesetzte Richtung bewegt wurde, um einen unbehinderten Fluß von Kühlmittel dadurch zu ermöglichen.

Um die vorliegende Erfindung sowie weitere ihrer Merkmale besser zu verstehen, wird jetzt auf die folgende, detaillierte Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen Bezug genommen, wobei

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines typischen Kühlsystems ist, das in der Lage isr., thermodynamisch umgekehrt zu werden, um entweder Wärme oder Kälte zu erzeugen, wobei das System die Expansionsvorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht der Ausdehnungsvorrichtung, die in dem in Fig. 1 dargestellten System verwendet wird;

Fig. 3 ist ein Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2, der weiterhin den Aufbau der Expansionsvorrichtung zeigt und die darin ausgebildeten geriffelten Kanäle darstellt; und

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Fig. 4 ist ein Geschwindigkeitsdiagramm, das das Schaltprofil eines konventionellen Kühlmittels in dem Zustand zeigt, in dem das Kühlmittel von der flüssigen zur
dampfförmigen Phase wechselt, und dieses Schaltprofil mit den Strömungsprofilen von Kühlmittel vergleicht, die durch ein konventionelles Kapillarrohr und durch die Bemessungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung strömen.

In Fig. 1 ist ein typisches, reversibles Kühlsystem 10 für
Erwärmung oder Kühlung dargestellt. Das System besitzt im
wesentlichen einen ersten Wärmeaustauscher 11 und einen
zweiten Wärmeaustauscher 12, von denen jeder eine Kühlmittelschlangei3 besitzt. Die Schlange jeder Einheit ist betriebsmäßig mit der anderen vermittels einer Versorgungsleitung 14 verbunden, die ein Paar Expansionsvorrichtungen 15 und 16
enthält, die gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung
ausgebildet sind und deren Arbeitsweise in größeren Einzelheiten unten erklärt wird. Ein Kompressor 17 eines beliebigen, geeigneten Typs ist so angeordnet, daß die Ausgangsleitung 18 und die Einlaßleitung 19 betriebsmäßig einem
Vierweg-Ventil 20 zugeordnet sind. Das Vierweg-Ventil seinerseits ist betriebsmäßig mit der Spule jeder Austauschereinheit über die Leitungen 22 und 23 verbunden. Durch die
ausgewählte Stellung des Vierweg-Ventils kann die Verbindung zu der Auslaßseite und Ansaugseite des Kompressors zwischen

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den Austauschern umgekehrt werden. Im Kühlbetrieb ist die Ansaugleitung 19 des Kompressors mit dem Wärmeaustauscher 12 über Leitung 22 und die Auslaßleitung 18 mit dem Austauscher 11 über Leitung 23 verbunden. Als Ergebnis wirkt der Wärmeaustauscher 11 als konventioneller Kondensator innerhalb des Zyklus- , während der Wärmeaustauscher 12 den Betrieb eines Verdampfers übernimmt. Im Kühlbetrieb wird das Kühlmittel, das durch die Versorgungsleitungen läuft, von dem Hochdruckkondensator 11 in den Niedrigdruck-Verdampfer 12 gedrosselt, um den Zyklus zu vervollständigen.

Wird das System als Wärmepumpe verwendet, wird die Stellung des Vierweg-Ventils umgekehrt, wodurch die Richtung der Kühlmittelströmung geändert wird und aie Arbeitsweise der beiden Austauscher durch ein Drosseln des Kühlmittels in der entgegengesetzten Richtung umgedreht wird. Die Expansionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist einzigartig geeignet, automatisch auf den Richtungswechsel des Kühlmittelflusses anzusprechen, das sich zwischen den beiden Wärmeaustauschern bewegt, um ein Drosseln des Kühlmittels in der erforderlichen Richtung vorzusehen. Die Expansionsvorrichtung, die direkt mit der Eingangsleitung verbunden ist, besitzt die Fähigkeit, die erforderliche Flußmenge, die über einen extrem großen Bereich von Betriebsbedingungen erforderlich ist, zu liefern.

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Es ist festzuhalten, daß zwei Expansionsvorrichtungen 15 und 16 in der Versorgungsleitung angeordnet sind, die sich zwischen den beiden Wärmeaustauschern erstrecken, wobei jede von denen auf dieselbe Art funktioniert, jedoch angeordnet ist, um das Kühlmittel in der entgegengesetzten Richtung zu drosseln. Demgemäß wird eine detaillierte Beschreibung lediglich einer dieser beiden Vorrichtungen für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung als genügend erachtet.

Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, besitzt die Expansionsvorrichtung 15 ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 30, das an jedem Ende ein Umfangsgewinde besitzt, das in entsprechende Verbindungshülsen 31, 32 (Fig. 1), die der Versorgungsleitung zugeordnet sind, paßt, um eine strömungsmitteldichte Verbindung dazwischen zu schaffen. Ein Strömungsdurchlaß 35, der axial mit dem Gehäusekörper ausgerichtet ist, ist in den Körper von der linken Seite der Expansionsvorrichtung, wie in Fig. 2 zu sehen ist, eingelassen. Der Durchmesser des Strömungsdurchlasses ist im wesentlichen gleich der Innenöffnung, die in der Versorgungsleitung enthalten ist und somit in der Lage, die hindurchfließende Strömung zu führen. Der Strömungsdurchlaß 35 öffnet sich in eine ausgedehnte Ringkammer 36, die in das entgegengesetzte Ende des Gehäusekörpers gebohrt oder anderweitig gefertigt ist. Das offene Ende der Kammer ist mit einem

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Ansatz 37 versehen, der im Paßsitz darin sitzt und eine abgeschrägte Innenöffnung 38 enthält, die sich dem Durchmesser der Innenöffnung der Versorgungsleitung annähert. Ein O-Ring ist in einer ringförmigen Nut um den äußeren Durchmesser des Ansatzes eingelassen, die dazu dient, eine Strömungsmitteldichte Verbindung zwischen der Innenwand der expandierten Kammer und dem Ansatz zu schaffen.

Ein frei schwimmender Kolben 45 von besonderem Aufbau ist gleitend in der expandierten Kammer angebracht. Der Kolben besitzt eine mittig angeordnete Bemessungsöffnung 46, die hindurchläuft, sowie eine Vielzahl von ausgekehlten Flußkanälen 47, die axial mit der Bemessungsöffnung ausgerichtet sind und in dem äußeren Umfang ausgebildet sind. Der Kolben besitzt eine vorbestimmte Länge und kann im Zusammenbau frei in axialer Richtung innerhalb der Kammer gleiten. Der Kolben ist mit zwei flachen parallelen Endeseiten 48 und 49 versehen. Die linke Seite 49, wie in Fig. 2 dargestellt ist, ist dazu geeignet, gegen eine Endwand 50 der expandierten Kammer anzuschlagen, und die rechte Endseite 48 ist geeignet, gegen eine Anflächung 52 anzuschlagen, die an dem innen befestigten Ende des Vorsprungs vorgesehen ist. Die Tiefe jedes ausgekehlten Kanals, der innerhalb des Kolbens ausgebildet ist, ist kleiner als die radiale Tiefe der Endwand 50 der expandierten Kammer, wodurch die Auskehlungen geschlossen sind, wenn der Kolben gegen die

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Kammerendwand, wie in Fig. 2 dargestellt, anschlägt. Auf der anderen Seite öffnen die ausgekehlten Kanäle direkt in das abgeschrägte Loch, das durch den Vorsprung läuft, wenn der Kolben gegen den Vorsprung angeschlagen ist. Die kombinierte Strömungsfläche der ausgekehlten Kanäle ist im wesentlichen gleich oder etwas größer als die Innenöffnung der Versorgungsleitung, wodurch die ausgekehlten Kanäle in der Lage sind, einen Fluß durchzulassen, der zumindest dem von der Versorgungsleitung angeglichen ist.

Es ist festzuhalten, daß jede Endseite des Kolbens 45 einen Kegelstumpf trägt. Der linke Kegelstumpf 55, wie aus Fig. 2 zu sehen ist, besitzt eine kreisförmige Grundseite an dem Kolbenende 49, die einen Durchmesser hat, der etwas kleiner als der innere Durchmesser der Durchflußöffnung 35 ist. Der Kegel, der axial mit dem Kolbenkörper ausgerichtet ist, liegt in dem Strömungsdurchlaß, wenn der Kolben in eine begrenzende Stellung bewegt wird, wie dargestellt ist, wodurch der Kolbenkörper in der expandierten Kammer geeignet ausgerichtet wird, um einen Verschluß der ausgekehlten Durchlässe gegen die Endwand 50 der Kammer sicherzustellen. Der rechte Kegelstumpf 56 besitzt einen abgeschrägten äußeren Umfang, der das Komplement der abgeschrägten öffnung 38, die in dem Vorsprung 37 ausgebildet ist, ist. Wenn der Kolben in seine gegenüberliegende Anschlagsstellung gegen den Vorsprung bewegt ist, liegt der Kegelstumpf innerhalb der abgeschrägten öffnung und

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wirkt mit ihr zusammen, um einen ringförmigen Durchlaß zu bilden, der sich von einem größeren Durchmesser an den ausgekehlten Durchlässen zu einem kleineren Durchmesser an dem Eintritt in die Versorgungsleitung abschrägt. Als Ergebnis ist die Kühlmittelströmung, die durch die ausgekehlten Durchlässe strömt, in die Versorgungsleitung gerichtet, wobei ein minimaler Betrag von Turbulenzen darinnen erzeugt wird.

Im Betrieb ist die Expansionsvorrichtung 15, wie in Fig. 2 dargestellt ist, so angeordnet, daß sie das Kühlmittel drosselt, wenn es sich, wie angezeigt, von dem Austauscher 12 zu dem Austauscher 11 bewegt. Unter dem Einfluß des strömenden Kühlmittels wird der Kolben in die dargestellte Stellung bewegt und schließt somit die ausgekehlten Kanäle gegen die Endwand der expandierten Kammer, wodurch das Kühlmittel dazu gezwungen wird, durch die eingeengtere Bemessungsöffnung zu fließen, um das Kühlmittel von der Hochdruckseite des Systems zur Niederdruckseite zu drosseln. Gleichermaßen wird, wenn der Zyklus umgekehrt wird und das Kühlmittel dazu gebracht wird, in die entgegengesetzte Richtung zu fließen, der Kolben automatisch in eine zweite, arretierte Stellung gegen den Vorsprung bewegt. Die ausgekehlten Kanäle, die jetzt in Richtung des abgeschrägten Loches geöffnet sind, stellen den Weg des geringsten Widerstandes für das Kühlmittel dar und liefern somit einen uneingeengten Strömungsweg um das Begrenzungsloch herum, durch den das Kühlmittel

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frei die Wegströmversorgungsleitung erreichen kann.

Wie aus Fig. 1 ersehen werden kann, sind zwei Expansionsvorrichtungen in der Versorgungsleitung angeordnet. Die Vorrichtungen dienen zum wechselseitigen Betrieb. Zum Beispiel wird, wenn Kühlmittel von dem Austauscher 12 zum Austauscher 11 beim Kühlbetrieb fließt, der Kolben der Expansionsvorrichtung 15 automatisch unter dem Einfluß der Strömung in eine Schließposition bewegt, um die ausgekehlten Kanäle außer Betrieb zu setzen, wodurch das Kühlmittel durch die Bemessungsöffnung zum Austauscher 11 gedrosselt wird. Gleichermaßen wird der entgegengesetzt befestigte Kolben in der Expansionsvorrichtung 16 automatisch in eine Öffnungsstellung bewegt, um einen unbehinderten Fluß von Kühlmittel zum Durchbewegen zu ermöglichen. Gleichermaßen werden, wenn das System auf einen Heizungsbstrieb umgeschaltet wird und die Strömungsrichtung durch die Versorgungsleitung umgekehrt wird, die Kolben in den beiden Expansionsvorrichtungen wiederum automatisch in die entgegengesetzten Stellungen bewegt, um das Kühlmittel in den Austauscher 12 zu drosseln.

Die Bemessungsöffnung, die in dem frei schwimmenden Kolben ausgebildet ist, stellt eine Expansionsvorrichtung mit festen Ausmaßen dar. Jedoch arbeitet die Bemessungsöffnung nach einem Prinzip, das es ermöglicht, daß die Länge des

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Loches und somit die Länge des Kolbens extrem kurz im Vergleich mit anderen Vorrichtungen mit festen Ausmaßen, wie zum Beispiel Kapillarröhren oder dergleichen ist.

Um die Betriebsweise des Bemessungsloches besser zu verstehen, wird das Schallgeschwindigkeitsprofil eines typischen Kühlmittels unter Bezug auf Fig. 4 erklärt. Wie durch die Kurve 60 dargestellt ist, die als durchgezogene Linie in Fig. 4 eingezeichnet ist, besitzt das Schallgeschwindigkeitsprofil eines typischen Kühlmittels eine große Diskontinuität an der NuIlinie. Die Nullinie, wie sie hier verwendet wird, bezieht sich auf den Zustand des Kühlmittels, bei dem sich die erste Dampfblase darin bildet, wenn das Kühlmittel von

Zustand einem unterkühlten, flüssigen/in die Dampfphase übergeht.

Wie aus der Kurve gesehen werden kann, bleibt anfänglich die Schallgeschwindigkeit eines unterkühlten, flüssigen Kühlmittels konstant, wenn die Flüssigkeit sich der Nulllinie oder Nullqualität (Q = Null) nähert. Dies ist graphisch als horizontale Kurve zwischen den Zustandspunkten 1 und 2 dargestellt. Typischerweise beträgt die Geschwindigkeit des unterkühlten, flüssigen Kühlmittels etwa 1500 m/sek (5000 feet per second). Wenn sich jedoch die erste Dampfblase in der Flüssigkeit gebildet hat, das heißt, wenn das Kühlmittel das erste Mal in seinen Sättigungszustand übergeht, fällt die Schallgeschwindigkeit des Kühlmittels drastisch auf einen sehr viel tieferen Wert,

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der typischerweise etwa 12 m/sek (40 feet per second) beträgt. Der Zustandspunkt 3 stellt die Schallgeschwindigkeit auf der Gemischseite der Nullinie dar. Wenn der Zustand des Gemisches insofern zunimmt, als mehr Dampf gebildet wird, wächst die Schallgeschwindigkeit des Kühlmittels schrittweise an, wie durch die durchgezogene Kurve 60 dargestellt ist, die sich zwischen den Punkten 3 und 4 bewegt. Es sollte festgehalten werden, daß die Darstellung zu illustrativen Zwecken nicht maßstabsgetreu ist und die Geschwindigkeit am Zustandspunkt 4 tatsächlich beträchtlich niedriger als die Schallgeschwindigkeit der unterkühlten Flüssigkeit ist. Weiterhin sollte festgehalten werden, daß die Schallgeschwindigkeit, wie sie bezüglich Kurve 60 verwendet wird, die Geschwindigkeit von Schallwellen darstellt, die durch das Kühlmittel verlaufen und nicht die Geschwindigkeit der Strömung.

Das Geschwindigkeitsprofil eines typischen Kühlmittels, das durch ein Kapillarrohr fließt, ist durch die gestrichelte Kurve 62 in Fig. 4 dargestellt. Die unterkühlte Strömung, die in das Kapillarrohr eintritt, liegt sowohl unter der · Schallgeschwindigkeit des unterkühlten, flüssigen Kühlmittels und der Schallgeschwindigkeit der gesättigten Flüssigkeit an der Nullinie (Zustandspunkt 3). Wenn sich Dampf in dem Kapillarrohr bildet, vermindert sich der Druck in dem Rohr, was ein Anwachsen der Flußgeschwindigkeit ver-

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ursacht. In der Praxis wächst die Flußgeschwindigkeit stärker an als die Schallgeschwindigkeit des Kühlmittels. An einem Punkt, dem Zustandspunkt 7, schneiden sich die beiden Kurven. Dies stellt den Drosselpunkt für das Kapillarrohr dar, der an dem Ende des Rohres liegt. Wäre dies nicht der Fall, könnte die Strömung durch das Rohr Überschallgeschwindigkeit annehmen, ein Phänomen, das nicht in einer Leitung mit festen Ausmaßen erhalten werden kann. Wie zu ersehen ist, erhält zu diesem Zeitpunkt der maximale Fluß durch das Rohr einen festen Wert. Weiterhin kann sich der Drosselpunkt nicht stromaufwärts bewegen, einfach weil dies einen Druckabfall in dem Kapillarrohr verursachen würde, der wiederum eine Überschallgeschv/indigkeit fördern würde. Als Ergebnis ist die Strömung an einem endlichen Wert gedrosselt und das Kapillarrohr kann nicht weiteren Verdampfungsanforderungen angepaßt werden, die durch niedrigere Verdampferdrücke erforderlich sind.

Die Bemessungsöffnung, die in dem Kolben nach der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, besitzt feste Ausmaße, verwendet jedoch ein anderes Prinzip als die üblichen Kapillarröhren. Das Verhältnis von Durchmesser zur Länge der Bemessungsöffnung ist speziell ausgebildet, um die Strömungsgeschwindigkeit der unterkühlten Flüssigkeit, die in die öffnung eindringt, unterhalb der Schallgeschwindigkeit der Flüssigkeit zu halten, jedoch über der Schallgeschwindigkeit der

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gesättigten Flüssigkeit bei der Nullinie. Das Geschwindigkeitsprofil der Bemessungsöffnung ist durch die Kurve 64, die in Fig.4gestrichelt dargestellt ist, gezeigt. Die Strömung durch die Bemessungsöffnung bleibt im Unterschallbereich, solange die Flüssigkeit unterkühlt bleibt. Am Sättigungspunkt jedoch will das Kühlmittel plötzlich in den Überschallbereich übergehen und bleibt im Überschallbereich, da, wie oben diskutiert wurde, die Geschwindigkeit einer feuchten Gemischströmung schneller wächst als die Schallgeschwindigkeit des Kühlmittels. Deshalb muß der Drosselungspunkt für die Bemessungsöffnung an der Nullinie liegen. Da der Drosselungspunkt nur an dem Ende einer Leitung mit festen Ausmaßen liegen kann, dient die Bemessungsöffnung kontinuierlich dazu, unterkühltes Kühlmittel hindurchfließen zu lassen.ohne Rücksicht auf den Verdampferdruck. Infolgedessen findet alles Verdampfen von Kühlmittel direkt an der Außenseite oder stromabwärts der Bemessungsöffnung an einem Punkt statt, an dem der Druck in der Strömung auf den Verdampferdruck plötzlich abgesenkt wurde. Wie zu sehen ist, muß der Auslaßdruck in der Strömung gleich dem Verdampferdruck sein, wenn das Ende der Bemessungsöffnung erreicht ist, bevor der Fluß gedrosselt ist. Wenn dem nicht so ist, das heißt, wenn der Verdampferdruck kleiner ist, wächst die Flußrate automatisch, bis der Auslaßdruck dem Verdampferdruck angeglichen ist. Die Flußrate wird somit automatisch geregelt oder gesteuert durch die Expansionsvor-

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richtung, um sie den Verdampferanforderungen anzupassen. Es sollte auch festgehalten werden, daß die Länge des Loches, das in dem Kolben ausgebildet ist, extrem kurz ist und die Länge des Kolbens entsprechend klein gehalten ist. Als Ergebnis kann der Kolben in einem kleinen Gehäuse untergebracht werden, das auf die übliche V^Teise direkt mit der Versorgungsleitung, wie in Fig. 1 dargestellt ist, verbunden werden kann.

Während die Erfindung unter Bezug auf den Aufbau, wie er hier offenbart ist, beschrieben wurde, ist sie nicht auf die Einzelheiten begrenzt, wie sie in der Anmeldung angegeben wurden, sondern vielmehr soll sie alle Modifikationen oder Änderungen überdecken, die in dem Bereich der folgenden Ansprüche liegen.

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Claims

Ansprüche :

ί 1.jReversibles Klimaanlagensystem mit einem Kompressor, einem ersten und einem zweiten Wärmeaustauscher, die mit dem Kompressor durch ein einstellbares Ventil zur wahlweisen Verbindung des Einlasses und des Auslasses des Kompressors mit dem einen oder dem anderen Wärmeaustauscher verbunden sind, und einer Kühlmittelleitung, die mit den zwei Austauschern verbunden ist, •dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse (30) koaxial mit der Versorgungsleitung ausgerichtet und in ihr an dem Einlaß jedes der Wärmeaustauscher befestigt ist, das Gehäuse einen Strömungsdurchlaß (35) besitzt, der hindurchführt und in Strömungsmittelflußverbindung mit der Versorgungsleitung und einer expandierten Kammer -ist (36), die darin ausgebildet ist, in die der Strömungsdurchlaß (35) führt, die Kammer sich radial erstreckende Seitenwände (50) besitzt, die dem Einlaß zu dem Austauscher gegenüberliegen, ein frei schwimmender Kolben (45) gleitend in der expandierten Kammer angeordnet ist, der Kolben eine zentral angeordnete Bemessungsöffnung (46) besitzt, die durch ihn hindurchführt und so angeordnet ist, daß sie das Kühlmittel drosselt, das durch den Strömungsdurchlaß fließt, eine Reihe von ausgekehlten Kanälen (47) entlang des äußeren

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ümfangs des Kolbens ausgebildet sind, die so angeordnet sind, daß sie das Kühlmittel frei um den Kolben herumfließen lassen, wobei der Kolben in Ansprache auf die Richtung der Kühlmittelströmung beweglich ist, die durch den Strömungsdurchlaß fließt, um den Kolben in eine erste Stellung gegen die Seitenwand der expandierten Kammer zu bewegen, wenn der Kühlmittelfluß durch die Versorgungsleitung in Richtung des Austauschereingangs gerichtet ist, um die Kanäle zu schließen und somit das Kühlmittel durch die Bemessungsöffnung zu drosseln, und in eine zweite Stellung, wenn der Fluß in die entgegengesetzte Richtung verläuft, wodurch das Kühlmittel frei um den Kolben fließen kann.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bemessungsöffnung einen Durchmesser und eine Länge derart besitzt, daß die Geschwindigkeit des Kühlmittels, das hindurchströmt, in einem Bereich über der Schallgeschwindigkeit des Kühlmittals in gesättigtem Zustand, jedoch unter der Schallgeschwindigkeit des unterkühlten Kühlmittels liegt, wodurch die Strömung kontinuierlich an dem Ende der öffnung gedrosselt wird.
3. System nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch einen Vorsprung (40), der in die expandierte Kammer von dem einen Ende des Gehäuses (30) eingefügt ist, wobei

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der Vorsprung einen Anschlag (52) besitzt, um den Kolben in der zweiten Stellung zu arretieren, sowie eine abgeschrägte öffnung (38), um das Kühlmittel, das durch die Kanäle in die Kühlmittelleitung fließt, zu lenken.
4. System nach Anspruch 1, dadurch geksnnzeichnet, daß die ausgekehlten Kanäle eine Fläche besitzen, die gleich oder größer als die Fläche des Strömungsdurchlasses (35), der durch das Gehäuse (30) führt, ist.
5. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben einen ersten und einen zweiten axial ausgerichteten Kegelstumpf (55, 56) besitzt, der an jeder Endseite (48, 49) befestigt ist, wobei der erste Kegelstumpf so angeordnet ist, daß er in den Strömungsdurchlaß (35) eingeführt wird, um den Kolben darin zu zentrieren, wenn der Kolben in seiner ersten Stellung ist, und der zweite Kegelstumpf so angeordnet ist, daß er in die abgeschrägte öffnung (38) eingeführt wird und damit zusammenwirkt, um einen ringförmigen Durchlaß zu bilden, wenn der Kolben sich in seiner zweiten Stellung befindet, um Kühlmittel von den ausgekehlten Kanälen in den Strömungsdurchlaß zu lenken.

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