DE2703126A1

DE2703126A1 - Kombinierte ventileinheit zur regelung einer kuehlmittelstroemung

Info

Publication number: DE2703126A1
Application number: DE19772703126
Authority: DE
Inventors: Charles D Orth; James M Thornbery
Original assignee: Singer Co
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1976-01-30
Filing date: 1977-01-26
Publication date: 1977-08-04
Also published as: US4065939A; FR2340027A7; GB1519752A; IT1076327B; CA1033962A

Description

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The Singer Company
Rockefeller Plaza
New York, New York 10020
USA

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Kombinierte Ventileinheit zur Regelung einer Kühlmittelströmung

Die Erfindung betrifft eine kombinierte Ventileinheit zur Regelung einer Kühlmittelströmung.

Durch die US-PS 3 810 366 ist eine kombinierte Ventileinheit bekanntgeworden, bei welcher ein Verdampferdruckregelvent.il (EPR) Verwendung findet, das z. B. in der US-PS 3 810 488 be-

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telex ob-^ 'λno tei.eor/.mv". μονλρ/ \

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schrieben ist, und bei welcher in einem einzigen Gehäuse ein thermostatisches Expansionsventil (TXV) aufgenommen ist, das z.B. in der US-PS 3 537 645 beschrieben int. Diese Konstruktion besitzt den Nachteil, daß die kombinierte Ventileinheit eine Spezialherstellung erfordert und daß die Abmessungen relativ groß sind.

Die Erfindung ist darauf gerichtet, ein Standard-Verdampferdruckregelventil mit einem Standard-Expansionsventil derart miteinander zu kombinieren, daß eine preiswerte kombinierta Ventileinheit mit relativ kleinen Abmessungen erzielt wird.

Gemäß der Erfindung wird eine kompakte kombinierte Ventileinheit vorgeschlagen, die preiswert ist und eine veränderbare Montage eines Verdampferdruckregelventils an einem thermostatischen Expansionsventil ermöglicht. Das Expansionsventil steuert die Strömung eines Kühlmittels zum Verdampfer in .Abhängigkeit von einem Druck, der unterhalb einer Membran wirkt und in Abhängigkeit von der Temperatur, welche eine temperaturempfindliche , oberhalb der Membran angeordnete Füllung beeinflußt. Die Membran ist über einen Stößel mit dem Ventil verbunden, welcher hohl ausgebildet ist, wobei sich der untere Teil des Hohlraumes in der Flüssigkeitsströmung des zurückströmenden Kühlmittels befindet. Im oberen Ende des hohlen Stößels befindet sich ein Drosselorgan, welches verhindert, daß Kühlmittelkondensat in die obere Kammer eindringt, wenn z. B. das Ventil verkehrt herum eingebaut wird. Es ist eine Buchse mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit vorgesehen, welche den Stößel in seinem in die Rücklaufleitung hineinragenden Bereich umgreift, so daß der Einfluß von Temperaturänderungen und damit Ventilschwingungen verringert werden. Das Verdampferdruckregelventil ist in den Auslaß des Expansionsventils eingeschraubt. Das Verdampferdruckregelventil v/eist einen Balg auf, der bei

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Atmo.sphärendruck verschlossen wurde, so daß dem auf der Auf:^:nseite des Bcilges herrschende Druck der Atmosphärenclruck inn;rhalb des Balges sowie eine in dem Balg aufgenommene Feder entgegenwirker.. Wenn der auf der Außenseite des Ralges herrschende Druck (der dem Verdaiupi erdruck in dem Kühlraittelsyntem entspricht) einen bestimmten Wert übersteigt, dann wird der Π rüg zur ■; -n-ix·:schuhe r· _f ::o C ■. ■': O'n: Ivnf·'!. - \1 :::■·"; ^; J-; :; -·■·■:■ nein Steuerstift weggezogen wird und ein Steuerventil geöffnet wird, woraufhin sich ein Kolben nach rechts bewegen kann, war, ein öffnen des Auslasses zur Folge hat. Wenn der Druck unter den gewünschten Wert fällt, dann expandiert der Balg, so άυύ sein Kopfteil gegen den Steuerstift bewegt wird und das Stciyrventil geschlossen wird. Die Strömungsmittelströmung durch eine im Ende des Kolbens angeordnete Entlastungsbohrung zur Sr.c.v.crventilkammer bewirkt, daß der darin herrschende Druck sehn:.¹'' 1 ansteigt, so daß eine Rückstellfeder den Kolben b;:vegen kann und damit der Auslaß geschlossen wird. An dar.? Expansionsventil ist eine Adapterplatte angeschraubt, die ein kappenförmiges Teil trägt, welches das Verdampferdruckregolventil umschließt und an welche die Saugleitung angelötet ist.

Die erfindungsgemäße Konstruktion ermöglicht eine vielseitigere Montage, eine Verringerung der notwendigen Werkzeuge und eine bessere Anpassung an die bereits existierenden Teile, so daß ein Austausch stattfinden kann. Die vorhandenen Einrichtungen und Befestigungsarten können in einfacher Weise bei den modifizierten Ventilen Vervendung finden. Gemäß der Erfindung sind keine speziell ausgebildeten Verdampferdruckregelventile und Expansionsventile erforderlich.

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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben nich aus der nachfolgenden Boschreibung von Ausführungsbeispieilen anhand der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 eine senkrechte Schnittansicht durch das kombinierte Ventil gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine vergrößerte senkrechte Teilschnittansicht durch ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel, bei welchem der auf die Membran wirkende Druck von dem stromab von dem Verdampferdruckregelventil (EPR) herrschenden Druck gebildet ist und bei welchem die Saugleitung seitlich an der Kappe angesetzt ist;

Fig. 3 eine Horizontalschnittansicht, anhand welcher gezeigt wird, wie ein Druckentlastungsventil in Verbindung mit einem herkömmlichen thermostatischen Expansionsventil (TXV) Verwendung finden kann, wobei gleichzeitig ein Druckschwingungsdämpfer in die Leitung eingebaut ist, welche sich zwischen der Unterseite der Membran und dem Auslaß des Verdampferdruckregelventils befindet, und

Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 nach Fig. 3.

In der Fig. 1 ist gezeigt, daß das Verdampferdruckregelventil EPR 10 in den Rücklaufauslaß des thermostatischen Expansionsventils TXV 12 eingeschraubt ist und daß die Adapterplatte 14, die das kappenförmige Teil 16 trägt, an das Gehäuse des thermostatischen Expansionsventils TXV angeschraubt ist. Das thermostatische Expansionsventil 12 besitzt ein Gehäuse 18 mit einem Einlaß 20 und einem Auslaß 22. Das Kugelventil 24 wird

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mittels der Druckfeder 26 auf seinen Sitz gedrückt und von einem Stößel 23 betätigt, welcher die Bewegung der Membran 30 auf das Kugelventil überträgt. Wenn das Kugelventil geöffnet ist, dann läßt es eine Kühlmittelströmung vom Auslaß 22 zum Verdamnfer zu. Das aus dem Verdampfer austretende Kühlmittel gelangt in den Einlaß 32 und strömt an dem Stößel vorbei zur Leitung 34.

Bei dem in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wirktder in der Rücklaufleitung herrschende Druck in der Kammer 36, welche an der Unterseite der Membran angeordnet ist, da zwischen der Gehäusewandung und dem Stößel 28 ein Zwischenraum vorgesehen ist. Die Membran ist in einem oberen Kopfteil angeordnet, die aus einem unteren Preßteil 38 besteht, welches in das obere Ende des Ventilgehäuses eingeschraubt ist, sowie aus einem oberen Preßteil 40, welches mit dem unteren Preßteil verschweißt ist. Die temperaturempfindliche Kammer 42, die zwischen der Membran und dem oberen Preßteil angeordnet ist, wird durch eine Kapillare 44 mit einem temperaturempfind lichen Mittel gefüllt, woraufhin die Kapillare dann abgeklemmt und abgedichtet wird. Der Stößel ist hohl ausgebildet und besitzt eine Bohrung 46, wobei sich das untere Ende der Bohrung in der Rückströmungsbahn befindet und die Temperatur des rückströmenden Strömungsmittels mißt. In der Bohrung 46 des Stößels befindet sich ein Drosselorgan 48 mit einer kleinen öffnung, welche verhindert, daß das Kondensat von dem unteren Ende der Bohrung durch den Stößel hindurch in das Kopfteil tritt. Das Kühlmittelkondensat der thermischen Füllung bleibt daher in dem Meßbereich, d. h. in der Rückströmungsbahn. Die auf der Außenseite des Stößels geführte Buchse 49 verhindert ein thermisches Ansprechen des Stößels auf Temperaturänderungen und verringert dadurch die Empfindlichkeit des Ventils.

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Weitere Einzelheiten des thermoststischen Expansionsventils TXV können aus der vorgenannten US-PS 3 537 645 entnommen v/erden. Die speziellen Einzelheiten dieses thermostatischeu Expansionsventils TXV bilden keinen wesentlichen Bestandteil des Gegenstandes der Erfindung, jedoch macht die Tatsache, daß dieses Ventil einen durch den Ventilkörper hindurchgehenden Rückströmkanal fiufweirit, das Ventil besonders geeignet zur Verwendung für das erfindungsgemäße Kombinationsventil.

Das Verdampferdruckregelventil 10 bildet eine unabhängige Unterbaueinheit und unterscheides sich von einer Standardeinheit dadurch, daß es ein Einschraubstück 50 besitzt, welches an einem Zylinder 52 festgeschweißt ist, so daß das Verdamoferdruckregelventil in die Rücklaufleitung 34 des thermostat!schon Expansionsventil eingeschraubt werden kann. In dem Zylinder 52 ist ein Kolben 54 gelagert. Das Einschraubstück 50 besitzt mehrere Einlasse 56 sowie einen zentralen Stutzen 58 mit einem Innengewinde, in welches der Gewindeschaft 60 des Balgträgers 62 eingeschraubt ist. An dem Balgträger 62 ist ein Balg 6 4 befestigt, dessen rechtes geschlossenes Ende einen Stempel umschließt, welcher seinerseits als Sitz für eine innerhalb dem Balg aufgenommene Feder 68 dient. Dar Stempel 66 weist einen Führungsschaft 70 auf, v/elcher in einer Sackbohrung des Balgträgers 62 geführt ist. Der Innenraum des Balgs steht unter atmosphärischem Druck, wann er verschlossen wird. Dem an der Außenseite des Balges wirkenden Druck wirkt also der atmosphärische Druck innerhalb des Balges und die Federkraft der Feder sowie die Federwirkung des Balges selbst entgegen. Die Kompression der Feder wird dadurch eingestellt, daß der Gewindeschaft 60 entsprechend eingeschraubt wird, um eine bestimmte Druckempfindlichkeit einzustellen.

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Die Balgeinrichtung wirkt auf dar? linke Erde eines Stc±uarstiftes 72, v/elcher den Kopl:' 7 4 dos Kolbens durchgreift.. Ein Filzabstreifer 76 sorgt dafür, daß an dom Stift, kein Schmutz haftenbleibt, und wird seinerseits von einem Filterschirm 78 gehalten, der verhindert, daß Schmutz in eins Entlastungsbohrung 80 eindringen kann. Der Kolben wird mit

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drückt. In dem Stift 72 ist der Schaft des Steuerventils.·. tM gelagert, und eine Feder 86 drückt daf^ Steuerventil in den Stift 72 hinein in die Öffnungsstellung des Ventils. Dar, Steuerventil regelt die Flüssigkeitsströmung durch eine Bohrung 88. Die Reibung des Kolbons innerhalb de» Zylinder" wird durch den federbelasteten Reibbol?:en 9O auf einem bestimmten Maß gehalten.

In der gezeigten Position ist das Verdampferclruckregäl v geschlossen. weil dar Kolben den Schlitz 92 in rico: Zylinderwand im wesentlichen überdeckt, es kann jedoch >~ine begrenzte Strömung durch eine Bohrung 9 4 in der Kolben·.-.bildung stattfinden, die sich in der Fig. 1 mit den Schlitz 92 in Deckung befindet. Hierdurch wird eine entsprechende Strömung zum Verdichter gewährleistet, so daß der Verdichter gescrhr.iiert und eine überhitzung verhindert wird. In der dargestellten Postion ist der in der Steucrkaramer zv/ischen dem Kolberikcpf und des Endes des Zylinders herrschende Druck genauso groß wie der Druck am Einlaß, da eine Strömung durch die Entlastungs bohrung 80 stattfinden kann. Da sich der Einlaßdruck aulbaut, wird bewirkt, daß der Balg zusammengedrückt wird, so daß sich der Steuerstift 72 unter dem Einfluß der Feder 86 nach links bewegen kann. Hierdurch wird bewirkt, daß eine Strömung von der Steuerkammer durch die Bohrung 88 stattfindet, und wenn der Öffnungsquerschnitt genügend groß ist, d, h. z.B. größer

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als durch die Entlastungsbohrung 80 ermöglicht, dann fällt der Druck in der Steuerkammer ab, so daß am Kolbenkopf ein Druckdifferential erzeugt wird und sich der Kolbenkopf entgegen der Kraft der Feder 82 nach rechts bewegt, wobei das linke Ende des Kolbens hinter den Schlitz 92 des Zylinders gelangt. Wenn der Einlaßdruck abfällt, dann findet der umge- Y.ehr*:o. Vcrcmng statt. Weitere TiiiTnlhcitnn der Fnnkt:Lr;-nr.":o.^? : ■ können aus der vorgenannten US-PS 3 810 488 entnommen werden.

Für die vorliegende Erfindung ist es in Bezug auf das Verdampf erdruckregs lventi 1 wesentlich, daß die Einrichtung 10 die Strömung durch das Ventil hindurch zur Außenseite der Einrichtung 10 leitet, wobei das Ventil natürlich in der Einrichtung enthalten sein nuß. Die Strömung, die das Ventil entweder durch den Schlitz 92 oder durch die Steuerbohrung 88 verläßt, gelangt in den Raum zwischen dem kappenförmigen Teil 16 und der Einrichtung 10. Das kappenförmige Teil 16 ist an der Adapterplatte 14 festgelötet, die ihrerseits an dem thermostatischen Expansionsventil 12 mittels des Gewindebolzens 96 festgeschraubt ist. Zwischen dem Einschraubstück 50 und einer in der Adapterplatte 14 vorgesehenen Bohrung 100 ist ein O-Ring 98 angeordnet, der eine Leckage verhindert. Das kappenförmige Teil 16 besitzt eine Verengung, mit welcher es an eine Saugleitung 102 angelötet ist.

Durch eine einfache Veränderung des thermostatischen Expansionsventils TXV und des Verdampferdruckregelventils EPR, die durch eine Schraubverbindung miteinander zusammengehalten werden, und durch die Verwendung einer Kappe, die zur Aufnahme der aus dem Verdampferdruckregelventils EPR austretenden Strömung dient, wird die erfindungsgemäße Ventilkombination hergestellt. Bei der Kappe 16 handelt es sich um ein einfaches gezogenes Teil,

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und der Auslaß der Kappe kann in einem beliebigen Winkel angeordnet sein, um die kombinierte Ventileinheit an die Plctzverhältnisse und die betrieblichen Gegebenheiten des Abnehmers anzupassen.

Bei der in der Fig. 1 dargestellten Konstruktion herrscht in der Kammer 3^ unterhalb der Membran d?r gleiche Druck, don r¹??-· den Stößel umströmende Strömungsmittel auf v/eist. Dieser L/ruck wird in konventionellen Kühlmittelkreisläufen verwendet, bei denen Rohrleitungen und Kühlspiralrippen eingesetzt sind. Venn das Ventil bei einem Flüssi.ßkeitsverdampfungssysteinC flooded evaporator system) Verwendung findet, dann ist es zweckmäßig, den Druck stromab von dem Verdampferdruckregalventil zu mes::en. Bei der in der Fig. 2 gezeigten Konstruktion wird dies dadurch erreicht, daß über der Dämpfungsbuchse 49 ein Pichtuncjskörper 104 angeordnet ist, der gegen einen Sitz 106 der Krr.r^.-.r 36 gedruckt wird, um die Kammer 36 gegenüber der Rücklaufleitung 32, 34 zu verschließen. Der Dichtungskörper 104 ist mittels einer Feder 108 belastet, deren oberes Ende gegen einen Federsitz 110 anliegt, welcher seinerseits an dem nach unten greifenden Halsstück des unteren Preßteiles 38 befestigt iiit. Wenn die Kammer 36 auf diese Weise gegenüber dem in der Rücklauf leitung herrschenden Druck verschlossen ist, dann ist eine Leitung 112 vorgesehen, welche eine Verbindung zwischen der Kammer und dem Zwischenraum zwischen dem Verdampferdruckrege1-ventil EPR 10 und der Kappe 114 herstellt. Bei diesem Beispiel ist ferner gezeigt, daß die Kappe 114 einen seitlichen Anschluß 116 aufweist, welcher mit der Saugleitung 102 verbunden ist. Anhand dieses Beispiels soll gezeigt werden, wie vielseitig die Kappe ausgebildet sein kann, um den verschiedenen /Anforderungen hinsichtlich des Einbaues gerecht zu werden.

In der Fig. 3 ist dargestellt, in welcher Weise das Gehäuse 18

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des thermostatischen Expansionsventils TXV abgewandelt werden kann, um ein Rück lauf ventil 118 aufzunehmen, v?elches in eine Leitung 120 eingeschraubt ist. Bei dem Rücklaufventil 118 handelt es sich um eine konventionelle Einheit, die derart funktioniert, daß sie sowohl öl von dem Verdampfer ableitet als auch den Verdampfer entlastet. Die Leitung 120 ist natürlich mit entsprechenden Tsnr.ehlüsson ausgestattet, v/slc'to in dem Verdampferflansch 122 am linken Ende der Leitung 120 angeordnet sind. Das rechte Ende der Leitung steht mit der Adapterplatte 14 und dem zwischen dem Verdampf erdruckregelventi.l EPR 10 und der Kappe 126 angeordneten Raum 124 in Verbindung. Diesa Verbindung ist mit einem geeigneten O-Ring 128 abgedichtet.

In der Fig. 3 ist ferner die in der Fig. 2 gezeigte Leitung 112 dargestellt, die von dem unterhalb der Membran gelegenen Raum zu dem Zwischenraum zwischen dem Verdampferdruckrec|c!ventil EPR und der Kappe 126 führt. Es sei darauf hingewiesan, daß sich in dieser Leitung ein Drosselorgan 130 befindet. Dieses Drosselorgan besitzt eine kleine öffnung 132. Mit Hilfe dieser kleinen öffnung (die kleiner als eine praktisch durch den Ventilkörper über die gesamte Länge der Leitung 112 herstellbare Bohrung ist) wird es ermöglicht, Druckschwingungen zu dämpfen, welche normalerweise in der Saugleitung auftreten, so daß ein fehlerhaftes Ansprechen der Membran infolge dieser Druckschwingungen vermieden wird. Wenn dieses Drosselorgan 130 nicht verwendet wird, dann können in einigen Systemen Dauerschwingungsprobleme auftreten.

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Claims

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Patentansprüche

( 1. j Kombinierte Ventileinheit zur Regulierung einar Kühlmittelströmung, dadurch gekennzeichnet , daß ein thermostatisch gesteuertes Expansionsventil (12) vorgesehen ist, in dessen Gehäuse (18) ein Einlaß (20) und ein Auslaß (22) sowie ein die Strömung zwischen den Einlaß und dem Auslaß regulierendes Ventil (24) vorgesehen sind und welches eine das Gehäuse durchgreifende Rücklaufleitung (32, 34) aufweist, daß ein Verdampferdruckregelventil (10) vorgesehen ist, dessen Gehäuse an einem Ende einen Einlaß (56) aufweist und welches eine druckempfindliche Ventileinrichtung (64, 72, 84) aufnimmt, welche die Strömung von dem Einlaß zur Außenseite des Gehäuses steuert, daß das Einlaßende des Verdampferdruckregelventils in das Gehäuse des Expansionsventils eingeschraubt ist und mit dem Auslaß der' Rücklaufleitung verbunden ist, wobei das Verdampferdruckregelventil gegenüber dem Gehäuse des Expansionsventils vorsteht, daß eine Kappe (16, 114, 126) vorgesehen ist, welche das Verdampferdruckregelventil umschließt und an dem Gehäuse des Expansionsventils befestigt ist, und daß die Kappe einen Auslaß aufweist.
2. Ventileinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kappe (16, 114, 126) an einer Montageplatte (14) befestigt ist, welche ihrerseits an dem Gehäuse des Expansionsventils (12) befestigt ist, und daß eine Dichtung (98) vorgesehen ist, welche ein Leck zwischen der Kappe und dem Verdampferdruckregelventil (10) verhindert.

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3. Ventileinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Expansionsventil (12) eine Membran (30) aufweist, welche mit dem Ventil (24) verbunden ist, sowie eine erste Kammer (42), die auf einer Seite der Membran angeordnet ist und deren Druck sich in Abhängigkeit von der in der Rücklaufleitung (32, 34) herrschenden Temperatur ändsrt, sowie eine zweite Kammer (36) , die auf der anderen Seite der Membran angeordnet ist, und daß eine Leitung (112) vorgesehen ist, welche die zweite Kammer mit dem Zwischenraum zwischen der Kappe (114, 126) und dem Verdampferdruckregelventil (10) verbindet.
4. Ventileinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß in der Leitung (112) ein Drosselkörper (130) angeordnet ist, der eine Drosselbohrung (132) aufweist.
5. Ventileinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Membran (30) mit dem Ventil (24) über einen Stößel (28) verbunden ist, der hohl ausgebildet ist, so daß in der von dem Strömungsmittel durchströmten Rücklaufleitung (32, 34) eine Kammer (46) angeordnet ist, welche mit der ersten Kammer (42) in Verbindung steht, daß der Stößel die zweite Kammer 36 durchgreift und daß ein Dichtungskörper (104) vorgesehen ist, der eine Strömung von der Rücklaufleitung zur zweiten Kammer verhindert.
6. Ventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß in dem thermostatisch gesteuerten Expansionsventil (12) eine Rücklaufleitung (120) vorgesehen ist, welche in den Zwischenraum zwischen

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dem Verdampferdruckregelventil (10) und der Kappe (16) einmündet, und daß in der Rücklaufleitung ein Rücklaufventil (118) angeordnet ist.

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