DE2749249B2

DE2749249B2 - Ventil für Kälteanlagen

Info

Publication number: DE2749249B2
Application number: DE2749249A
Authority: DE
Inventors: Zbigniew Ryszard Dr.-Ing. Soenderborg Huelle; Jakob Steen Soenderborg Jakobsen; Leif Havnbjerg Nielsen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1977-11-03
Filing date: 1977-11-03
Publication date: 1980-01-10
Also published as: GB2008798A; SE437566B; AU525339B2; JPS5836266B2; DK150667C; FR2408100B1; DE2749249C3; DK470078A; SE7811362L; DD139639A5; IT7869510A0; FR2408100A1; GB2008798B; DE2749249A1; US4364238A; CH636430A5; CA1091941A; JPS5474527A; AU4128778A; IT1109605B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil für Kälteanlagen., dessen Verschlußglied in Abhängigkeit von dem auf eine erste verlagerbare Druckfläche wirkenden Dampfdruck des Kältemittels, insbesondere dem Verdampferdrdck, und von einer in Gegenrichtung wirkenden Referenzkraft einen Gleichgewichtszustand einnimmt.

Bei bekannten Ventilen dieser Art (Planck, »Handbuch der Kältetechnik« Band 6, Teil A, S. 110) dient als Referenzkraft eine einstellbare Feder. Derartige Ventile können dazu verwendet werden, den Verdampferdruck in einer Kälteanlage konstant zu halten. Eine Änderung des gewünschten Verdampferdrucks ist jedoch schwierig; sie erfordert eine Verstellung der Feder am Einbauort. Außerdem läßt sich der Vcidampferdruck nicht genau auf dem gewünschten Wert Halten, weil bei einem größeren Kältemitteldurchsatz das Ventil stärker öffnen muß und sich dabei eine höhere Referenzkraft einstellt. Ferner sind thermohydraulische Ventile für Heizungsanlagen od. dgl. bekannt (DE-OS 1935187), ί bei denen ein mit einem Ausdehnungsmittel gefüllter Druckzylinder an dem einen Ende durch einen festen Deckel und an dem anderen Ende durch einen mit dem Ventilschaft verbundenen Kolben abgeschlossen ist. In dem Ausdehnungsmittel ist ein Heiz- und/oder

ι» Kühlelement untergebracht, dem von einem Steuergerät in Abhängigkeit von einem Raumthermostaten Energie zugeführt wird. Auf diese Weise wird die Temperatur und damit das Volumen des Ausdehnungsmittels beeinflußt. Diese Temperatur wird mit-" > tels eines Temperaturfühlers an das Steuergerät rückgemeldet. Die Rückstellung des Ventils erfolgt mittels einer Feder.

Des weiteren sind Ventile für Kälteanlagen bekannt (US-PS 3914952, US-PS 3872685), bei denen das

2« Ventilstellglied durch einen elektrisch beeinflußbaren Geber in der Form eines Elektromagneten oder eines mit Heizwiderstand versehenen Bimetaüelements verstellbar ist. Eine Potentiometer- oder Briickenschaltung weist ein Temperaturfühlerelement und ei-

->"i nen Sollwert-Einstellwiderstand auf. In Abhängigkeit hiervon wird über Verstärker der Strom zum Geber geregelt. Hiermit läßt sich die Ventilstellung auf einfache Weise und auch durch Fernbedienung beeinflussen. Die Ventile selbst haben aber einen komplizierteren Aufbau als solche Ventile, bei denen sich einfach ein Gleichgewichtszustand zwischen dem Kältemittel-Dampfdruck und einer Referenzkraft einstellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

r> Ventil für Kälteanlagen der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei dem die Referenzkraft auf einfache Weise und auch durch Fernbedienung zu ändern ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

4(i löst, daß zur Erzeugung der Referenzkraft ein geschlossener Druckbehälter vorgesehen ist, der einen eine zweite verlagerbare Druckfläche bildenden Wandabschnitt aufweist und mit einem Medium, das eine einen temperaturabhängigen Druck ausübende

■π Dampfphase aufweist, gefüllt ist, daß dem Medium eine von einer Steuereinheit mit Strom versorgte Heizvorrichtung und ein Temperaturfühler, der die Temperatur des Mediums an die Steuereinheit rückmeldet, zugeordnet sind und daß das Medium so ge-

■>(> wählt ist, daß seine Temperatur bei einem einen Gleichgewichtszustand hervorrufenden Druck höher liegt als die Temperatur des Kältemittels im Ventil und/oder der Umgebungsluft.

Mit Hilfe der Heizvorrichtung wird im Druckbehäl-

V-, ter ein Dampdruck erzeugt, der eine unmittelbare Funktion der durch die Beheizung erzeugten Temperatur ist. Diese Temperatur kann mit HiJfe der Rückmeldung durch den Temperaturfühler auf einem vorgegebenen Wert gehalten werden, so daß sich eine

w) konstante Di u^kreferenz ergibt. Diese führt zu einer wohldefinierten Referenzkraft, die jedoch von der Steuereinheit her geändert werden kann. Das Ventil nimmt daher eine GleichgewichtssteMuiig ein, die einerseits von der Referenzkraft und andererseits von der Druckkraft abhängig ist, die der Kältemittel-Dampfdruck auf Jie erste Druckfläche ausübt. Da der Dampfdruck des Mediums im Druckbehälter im wesentlichen nur temperaturabhängig ist, gilt diese Be-

Ziehung im gesamten Stellbereich des Ventils. Da der Druckbehälter dauernd Wärme an das Kältemittel bzw. die Umgebungsluft abführt, ist nicht nur ein höherer Referenzdruck durch stärkere Beheizung, sondern auch ein geringerer Referenzdruck durch Abkühlenlassen rasch erzielbar.

Zweckmäßigerweise liegt die Temperatur des Mediums im Arbeitsbereich 25° bis 45° C, vorzugsweise 30° bis 40° C, höher als die des Kältemittels. Insbesondere sollte sie auch etwas über der Umgebungstemperatur liegen. Hiermit ergibt sich eine große Reaktionsgeschwindigkeit. Trotzdem ist die zugeführte Wärmemenge nicht größer als unbedingt notwendig. Die Reaktionsgeschwindigkeit kann noch dadurch erhöht werden, daß der Druckbehälter über eine metallische Wiirmeleitbrückc mit dem Ventilgehäuse verbunden ist. Des weiteren kann der Druckbehälter außen mit Kühlrippen versehen sein.

ljc; einer liCvorTiügicn AüSiunrüngsiorrn liegt im Arbeitsbereich die Dampfdruck-Temperatur-Kurve des Mediums gegenüber derjenigen des Kältemittels im Bereich höherer Temperaturen. Auf diese Weise kann die erste und zweite Druckfläche gleich groß gehalten und trot/dcm die erforderliche Temperaturdifferenz zwischen Medii/m und Kältemittel aufrechterhalten werden.

Wenn dagegen in der Kälteanlage und im Druckbehälter das gleiche Kältemittel verwendet werden soll, empfiehlt es sich, die zweite Druckfläche kleiner zu wählen als die erste Druckfläche. Man kann auch eine Zusatzfeder verwenden, die in Richtung des Dampfdrucks des Kältemittels wirkt.

Die Heizvorrichtung kann durch eine Spirale aus Widerstandsdraht gebildet sein. Dieser Draht hat eine verhältnismäßig große Oberfläche zur Wärmeabgabe. Statt dessen oder zusätzlich kann ein PTC-Widerstandskörpcr verwendet werden. Dieser hat den Vorteil, daß bei zu hoher Leistungszufuhr eine automatische Strombegrenzung erfolgt. Des weiteren kann auch ein Leistungstransistor verwendet werden, der das Medium durch seine Verlustleistung beheizt. Weitere Möglichkeiten bestehen darin, um den Druckbehälter eine Hochfrequenzspule anzuordnen und das Medium induktiv zu beheizen. Bei einem elektrisch leitenden Medium kann man als Heizvorrichtung auch zwei Elektroden verwenden, die mit einem veränderbaren Wechselstrom belastet werden.

In ähnlicher Weise kann statt der Heizvorrichtung auch eien Kühlvorrichtung vorgesehen werden, z. B. ein Peltier-Element, dessen kalte Lötstelle im Druckbehälter angeordnet ist. Es muß dann dafür gesorgt werden, daß die Temperatur des Mediums im Druckbehälter tiefer liegt als die Temperatur des Kältemittels oder der Umgebungsluft. Auch in diesem Zusammenhang empfiehlt sich eine Wärmeleitbrücke zum Ventil und/oder Außenrippen am Druckbehälter.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Medium eine Flüssigkeits- und eine Dampfphase auf. Die Temperatur an der Flüssigkeitsoberfläche ist dann diejenige Temperatur, die für den Dampfdruck verantwortlich ist, gleichgültig wie groß der Dampfraum ist.

Hierbei empfiehlt es sich, die Heiz- oder Kühlvorrichtung und den Rückmelde-Temperaturfühler vollständig in der Flüssigkeitsphase anzuordnen, weil hierdurch ein besserer Wärmeübergang gewährleistet ist.

Ferner kann man den Druckbehälter zj erheblich mehr als der Hälfte, insbesondere zu etwa 70%, mit der Fliissigkeitsphasc füllen. Auf diese Weise ist es möglich, das Ventil in beliebiger Position anzuordnen, wobei sich Heiz- oder Kühlvorrichtung und Temperaturfühler, wenn sie etwa in der Mitte angeordnet sind, immer innerhalb der Flüssigkeitsphase befinden. Günstig ist beispielsweise ein Druckbehälter mit einem Rauminhalt von ca. 20-25 cm³. Er kann insbesondere annähernd Kugelform haben.

Das Medium kann auch ein festes Adsorbens und ein gasförmiges Adsorbat aufweisen. Bei einer solchen Adsorptionsfüllung wird das Gas in Abhängigkeit von der Temperatur aus dem Adsorbens ausgetrieben Auch hierbei ist der Dampfdruck im wesentlichen nur von der Temperatur abhängig.

Als Rückmelde-Temperaturfühler empfiehlt sich ein NTC-Widerstand oder ein Thermoelement. Hierdurch wird die Steuereinheit gegcngekoppelt. so daß

bungsluft rasch berücksichtigt werden.

Mit besonderem Vorteil wird die Basis-Emitter-Strecke des Leistungstransistors als Rückmelde-Tempcraturfühler verwendet, weil dann Heizvorrichtung und Temperaturfühler in einem Element kombiniert werden. Dies ergibt eine einfachere Montage, eine noch sicherere Temperaturmessung und außerdem auch eine Sicherung gegen eine zu große Leistungszufuhr

Bei einem Ausführungsbeispiel weist der Druckbehälter eine mehrpolige Durchführung auf. wobei der Temperaturfühler mit dem ersten Pol und dem zweiten Pol und der Heizwidersiand mit dem dritten Pol und dem vierten Pol oder der Masse des Druckbehälters verbunden ist. Insbesondere kann die mehrpolige Durchführung Steckstifte aufweisen, die - durch einen Isolierstoff, wie Glas, isoliert - einen schalenförmigen Deckel des Druckbehälters durchsetzen. Dies ergibt eine einfache Montage, da alle Bauteile an diesen Steckstiften befestigt werden können und dann der Deckel mit der Wand des Druckbehälter verschweißt werden kann.

Wegen ihrer großen Einfachheit wird eine Konstruktion bevorzugt, bei der erste und zweite Druckfläche durch die beiden Seiten einer Platte, wie Membran oder Balgboden, gebildet sind.

Eine weitere Vereinfachung ergibt sich dadurch, daß die Platte mit dem Ventilsitz zusammenwirkt. Sie dient daher nicht nur als Trennung zwischen den beiden Druckmedien, als Trägerin der beiden Druckflächen, sondern auch als Verschlußglied des Ventils.

Hierbei kann eine außerhalb des Ventils· .zes angeordnete Abstützfläche vorgesehen sein, an die sich die Platte bei zu hohem Druck im Druckbehälter anlegt. Diese Sicherung ist insbesondere dort empfehlenswert, wo der Ventilsitz lediglich durch eine kleine Düse gebildet wird. Auf der anderen Seite, also im Druckbehälter, kann eine schalenförmige Ringscheibe vorgesehen sein, gegen die sich die Platte bei zu hohem Dampfdruck des Kältemittels anlegt. Auf diese Weise wird die Platte entlastet, wenn sich kein Druckgleichgewicht einstellen sollte.

Zur Änderung des Kältemittel-Dampfdruckes empfiehlt es sich, an die Steuereinheit einen Einstellwiderstand zum Ändern des Drucks in dem Druckbe- : hälter anzuschließen.

Man kann aber auch eine Regelabhängigkeit von einer weiteren physikalischen Größe vorsehen. Insbesondere kann an die Steuereinheit mindestens ein au-

ßerer Temperaturfühler angeschlossen sein, von dessen Meßwert der Druck im Druckbehälter abhängt. Wenn dieser äußere Temperaturfühler in dem vom Kältemittel gekühlten Medium angeordnet ist, beispielsweise in der vom Verdampfer gekühlten Luft, kann auf diese Weise die Lufttemperatur konstant gehalten werden.

Für den letztgenannten Verwendungszweck eignet sitn besonders eine Steuereinheit mit den folgenden !Bestandteilen:

a) eine erste Brückenschaltung mit einem äußeren Temperaturfühler-Widerstand und einem SoII-wci t-Potentiometer sowie einem ersten von deren Diagonalspannung gespeisten Verstärker mit I instellmöglichkeit für ein P-, PI- oder PID-Verhalten (Proportional-. Proportional-Integral- oder Proportional-Integral-Differenzial-Verhalten),

b) eine zweite Brückenschaltung mit einem Rückmelde-1 emperaturfühler-Widersland und einem Justier-Potentiometer sowie einem zweiten, von deren Diagonalspannung gespeisten Verstärker.

c) eine zwei einstellbare Widerstände aufweisende Summationsschaltung, in der die Ausgangssignale des ersten und zweiten Verstärkers summiert werden, und

d) einen dritten, hiervon gespeisten Verstärker mit nachgeschaltetem Stromregler, der mit der Heizoder Kühlvorrichtung in Reihe liegt.

Mit den genannten Einstellmöglichkeiten läßt sich dnc Anpassung an praktisch alle in diesem Zusammenhang auftretenden Regelprobleme ermöglichen.

In erster Linie dient das Ventil zur Regelung des Verdampferdruckes. Zu diesem Zweck kann es den Durchlaß durch die Saugleitung regeln. Es kann aber auch den Durchfluß durch eine Druck- und Saugleiliing verbindende Überführungsleitung regeln und Warmgas in den Verdampfer einspeisen. Beispielsweise kann das Warmgas in einem Flüssigkeits-Gas-Mischer eingespeist werden, der zwischen thermostatischem Expansionsventil und einem dem Verdampfer vorgeschalteten Flüssigkeitsverteiler angeordnet ist.

In beiden Fällen kann es auch als Pilotventil für ein Hauptventil dienen. Hierbei kann es auf dem Dekkel des Hauptventils montiert sein, wobei Pilotkanäle im Gehäuse und im Deckel des Hauptventils vorgesehen sind.

Bei diesen Regelungsarten kann der Druck im Druckbehälter auf einen festen Wert einregelbar sein. Auf diese Weise ergibt sich ein konstanter Verdampfcrdruck.

Es kann aber auch dafür gesorgt werden, daß der äußere Temperaturfühler vom gekühlten Medium beeinflußt ist und der Druck im Druckbehälter auf einen solchen Wert einregelbar ist, daß die Temperatur des gekühlten Mediums konstant bleibt. Auf diese Weise wird die Temperatur im gekülten Medium konstant gehalten.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Anordnung eines als Verdampferdnjckregler in einer Kälteanlage angeordneten Ventils gemäß der Erfindung,

Fig. la eine andere Art der Steuereinheit,

Fig. 2 die Anordnung eines erfindungsgemäßen Ventils als Pilotventil für ein Hauptventil, das durch die Regelung des Verdampferdrucks die Temperatur des gekühlten Mediums konstant hält,

Fig. 3 das Pilotventil der Fig. 2 in vergrößerter Darstellung,

Fig. 4 die Dampfdruck-Temperatur-Kurve des Kältemittels und des Mediums im Druckbehälter,

Fig. 5 die Anordnung eines "rfindungsgemäßen Ventils als Kapazitätsregler zum Einspritzen von Warmgas und

Fig. 6 ein Schaltbild einer Ausführungsform der Steuereinheit.

Fig. 1 zeigt ein Ventil 1. das in der Saugleitung 2 einer Kälteanlage angeordnet werden kann. Die Kälteanlage weist einen Verdichter 3 mit einer Druckleitung 4, einen Verflüssiger 5. einen Sammler 6 und einen Verdampfer 7 auf. Ein Expansionsventil 8 wird von einem Fühler 9 in Abhängigkeit von der Sauggastemperatur gesteuert

Das Ventil 1 weist ein Gehäuse 10 mit einem ringförmigen Einlaßkanal 11 und einem zentrischen Auslaßkanal 12 auf, die durch einen Ventilsitz 13 voneinander getrennt sind. Eine auch als Verschlußstück dienende Membrane 14 ist zwischen einem Flansch 15 am Gehäuse 10 und einem Flansch 16 einer Kapsel

17 befestigt, die oben durch einen schalenförmigen Deckel 18 abgeschlossen ist. Die Kapsel 17. der Dckkel 18, eine Ringscheibe 19 und ein Balg 20 bilden einen Druckbehälter 21. Dieser ist über ein Füllrohr 22 mit einem zweiphasigen Medium 23 gefüllt, das im unteren Teil in der Flüssigkeitsphase und im oberen Teil in der Dampfphase vorliegt. Der Boden 24 des Balges 20 hat die Querschnittsgröße des Ventilsitzes 4 und liegt auf der Membran 14 auf. Durch den Deckel

18 gehen drei Stifte 25. 26 und 27. Eine Glasisolation 28 dient gleichzeitig als Dichtung. In der Flüssigkeitsphase ist ein Heizwiderstand 29 in der Form eines Wendeis aus Widerstandsdraht und ein NTC-Temperaturfühler 30 angeordnet. Diese Teile sind mittels Stützdrähten 31 gehalten. Der Heizwiderstand 29 ist mit dem Stift 26 und der Masse 32 des Druckbehälters 21, der Temperaturfühler 30 mit den Stiften 25 und 27 verbunden. Durch vier Leitungen 33, 34, 35 ui.d 36 sind die genannten Stifte und Masse mit einer Steuereinheit 37 verbunden. Bei der Ausfuhrungsform der Fig. la kann mit Hilfe eines Knopfes 38, der einen Einstellwiderstand betätigt, im Druckbehälter 21 ein bestimmter Dampfdruck p_f erzeugt werden, der auf die zweite Druckfläche F₁ wirkt. In entgegengesetzter Richtung drückt der Verdarnpferdruck p_o auf die erste Druckfläche F₀ und - mit wesentlich geringerer Wirkung - der Saugdruck p_s auf eine Druckfläche F₁. Hierbei stellt sich ein Gleichgewichtszustand ein.

Das Medium 23 ist so gewählt, daß es beim Gleichgewichtszustand eine höhere Temperatur hat als das Kältemittel und als die Umgebungstemperatur. Wenn der Verdampferdruck erhöht werden soll, wird durch stärkere Beheizung die Temperatur des Mediums 23 erhöht. Soll dagegen der Verdampferdruck gesenkt werden, kann das Medium 23 durch Wärmeabgabe an das Kältemittel und die Umgebungsluft eine geringere Temperatur annehmen. Der Dampfdruck bleibt dann immer derselbe, gleichgültig wie weit das Ventil öffnen muß, um den gewünschten Verdampferdruck aufrechtzuerhalten.

Bei der Ausführungsform der Fig. 1 liegt in der Strömung 39 des vom Verdampfer 7 gekühlten Mediums ein äußerer Temperaturfühler 40, der über Signalieitungen 41 ein Temperatursignal an die Steuereinheit 37 abgibt. Diese weist hier einen Einstellknopf

42 auf, mit dessen Hilfe der Sollwert der Tempesatur des gekühlten Mediums eingestellt werden kann. Eine entsprechende Schaltung für die Steuereinheit ist in Fig. 6 veranschaulicht. Bei dieser Betriebsweise wird der Druck p_f im Druckbehälter 21 derart geregelt, daß die Temperatur des gekühlten Mediums den eingestellten Sollwert beibehält. Dies geschieht mit Hilfe von drei ka'kadenartig hintereinander geschalteten Regelschleifcn. Eine vom Fühler 40 festgelegte Regelabweichung zieht eine Änderung der Beheizung und damit eine Änderung des Dampfdruckes p_f nach sich. Der so vorgewählte Dampfdruck wird konstant gehalten, weil unerwünschte Änderungen infolge Rückmeldung durch den Temperaturfühler 30 sofort ausgeglichen werden. Ändert sich der Verdampferdruck, so wird durch eine Verlagerung der Membran 14 äußerst rasch der ursprüngliche Zustand wieder hergestellt.

In Fig. 2 ist ein Hauptventil 43 veranschaulicht, das wiederum in der Saugleitung 2 liegt und von einem Pilotventil 44 gesteuert wird, das erfindungsgemäß ausgestaltet genauer in Fig. 3 veranschaulicht ist. Für entsprechende Teile werden die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet.

Unterschiedlich ist zunächst, daß die Kapsel 17 außen mit Kühlrippen 45 versehen ist und daß der Druckbehälter 46 durch den Deckel 18, die Kapsel 17 und die Membran 14 begrenzt ist, die demnach sowohl die erste Druckfläche F_n als auch die zweite Druckfläche F₂ trägt. Ein düsenartiger Ventilsitz 47 trennt einen ringförmigen Einlaßraum 48 von einem zentrischen Auslaßkanal 49. Mit Abstand außerhalb des Ventilsitzes sind Abstützflächen 50 vorgesehen, die aus Ringrippenabschnitten bestehen und die Membran 14 entlasten, wenn der Verdampferdruck zu stark absinkt. Auf der gegenüberliegenden Seite ist eine schalenförmige Ringscheibe 51 vorgesehen, die die Membran entlastet, wenn der Verdampferdruck zu groß werden sollte. Außerdem ist die Membran noch durch eine schwache Feder 52 in Richtung des Verdampferdrucks belastet. Mit einem Gewinde 53 am Gehäuse 54 kann das Pilotventil 44 direkt in den Deckel 56a des Hauptventils 43 geschraubt werden, wobei der Auslaßkanal 49 durch eine Ringdichtung 55 abgedichtet ist. Im Deckel 56a und im Gehäuse 56 des Hauptventils befinden sich Pilotkanäle 57, mit deren Hilfe der Einlaßabschnitt 58 des Hauptventils 53 mit dem Ringraum 48 des Pilotventils in Verbindung kommt. Das Hauptventil hat einen üblichen Aufbau. Das Verschlußstück 59 ist mit einem Kolben 60 verbunden, der durch eine Feder 61 belastet ist. Mit Hilfe zweier Drosseln 62 und 63 wird ein von der Öffnungsstellung des Pilotventils 44 abhängiger Druckabfall erzeugt, der das Hauptventil proportional öffnet.

Die Regelung dieses Ventils erfolgt in ähnlicher Weise wie bei der Ausführungsform der Fig. 1.

In Fig. 4 ist ein Diagramm gezeigt, in welchem der Dampfdruck ρ über der Temperatur t veranschaulicht ist. Die Kurve A entspricht dem Kältemittel in der Kälteanlage, zeigt also den Verdampferdruck p_B über der Verdampfertemperatur. Die Kurve B zeigt die Kennlinie für das Medium in dem Druckbehälter, also den Dampfdruck p_f über der Temperatur. Normalerweise l<egt die Verdampfertemperatur r_o erheblich unter der Umgebungstemperatur. Dabei ist der Druck p_o = P₁. Wenn die beiden Druckflächen F₀ und F₂ gleich groß sind, muß auch p, = p, sein. Dies gilt

für die Temperatur /,. Diese Temperatur liegt demnach über deijinigen des Kältemittels. Infolgedessen kann durch Verminderung der Heizleistung und entsprechende Abkühlung der Druck p_f abgesenkt und damit auch der Verdampferdruck p₀ vermindert werden. Durch Erhöhung der Heizleistung kann man die Drücke erhöhen.

Mit Hilfe der Feder 52 wird erreicht, daß der Arbeitsbereich des Ventils mit demselben zweiphasigen Medium in Richtung auf eine höhere Temperatur verschoben wird, so daß dieses bei einer niedrigeren Temperatur des Kältemittels verwendet werden kann.

In Fig. 5 ist ein Kapazitätsregler gezeigt, der mit Warmgaseinspritzung arbeitet. Wiederum sind für vergleichbare Teile dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet. Dieses Warmgas wird der Druckleitung 4 entnommen, über eine Uberführungsleitung 64 mit einem Hauptventil 65 geleitet und in eine Flussißkeits-Gas-Mischvorrichtung 66 eingespritzt, die zwischen dem Expansionsventil 8 und einem Flüssigkeitsverteiler 67 angeordnet ist. Das Verschlußstück 68, das mit einem Sitz 69 zusammenwirkt, ist an einem Kolben 70 angebracht, der unter dem Einfluß einer Feder 71 und dem Druckabfall an einer Drosselöffnung 72 steht. Dieser Druckabfall wird von einem Pilotventil 73 gesteuert, dessen Verschlußstück 74 mit einem Sitz 75 zusammenwirkt. Die Abflußseite dieses Ventils steht über einen Pilotkanal 76 mit der Saugleitung 2 in Verbindung. Pilotkanäle 77 im Gehäuse 78 des Pilotventils führen zu einem Druckraum 79, der durch die Membran 14 abgedeckt ist. Die Membran wirkt unter Zwischenschaltung eines Druckschuhs 80 und eines Ventilschaftes 81 auf das Verschlußstück 74. Im Druckbehälter 82, der von der Kapsel 17, dem Deckel 18 und der Membran 14 begrenzt wird, befindet sich innerhalb der Flüssigkeitsphase des Mediums 23 ein Leistungstransistor 83, dessen Emitter mit dem Stift 25, dessen Basis mit dem Stift 26 und dessen Kollektor mit dem Stift 27 verbunden sind. Infolgedessen führen drei Leitungen zur Steuereinheit 37. Die Basis-Emitter-Strecke des Leistungstransistors 83 dient hierbei als Temperaturfühler.

Der Druck p_f im Druckbehälter 82 wird in Abhängigkeit von der Regelabweichung zwischen der Temperatur des äußeren Fühlers 40 und dem eingestellten Temperatursollwert gesteuert. Bei einer Änderung der Wärmebelastung ändert sich der Saugdruck p_s, der auch unter der Membran 14 wirkt. Sinkt der Saugdruck, wird die Membran nach unten gedruckt, wodurch das Verschlußstück 74 sich stärker vom Sitz 75 abhebt. Infolgedessen strömt eine größere Kältemittelmenge über die Drossel 72 und das Hauptventil öffnet stärker. Das nunmehr der entspannten Kältemittelflüssigkeit im Mischer 66 zugeführte Warm gas bewirkt eine stärkere Überhitzung, die vom Fühler 9 des thermostatischen Expansionsventils 8 abgefühlt wird und zu einer vergrößerten Flüssigkeitseinspritzung vom Ventil 8 her führt. Durch die Zufuhr des Warm gases kann daher die Temperatur der gekühlten Luft annähernd konstant gehalten werden. Außerdem wird verhindert, daß der Saugdruck p_s des Kompressors 3 auf unzulässig niedrige Werte absinkt.

Ein Schaltungsbeispiel für die Steuereinheit der Fig. 1 ist in Fig. 6 veranschaulicht. Eine erste Brücke Bl ist unter Verwendung von Vorschaltwiderständen Rl und R2 zwischen die Klemmen V + und V- für die positive und negative Spannung gelegt. Die Brücke weist in ihrem einen Zweig einen festen Widerstand

R3, ein Potentiometer R4, das mittels des Knopfes 42 verstellbar ist, und einen temperaturabhängigeti Widerstand RS, der im Fühler 40 ungeordnet ist, auf. Der andere Zweig besteht aus zwei festen Widerständen /?6 und Rl, weiche den geerdeten Bezugspunkt der Brücke Bl festlegen. Die beiden Diagonalspannungen werden über je einen Widerstand /?8 und R9 an die beiden Eingänge eines ersten Verstärkers Al gelegt. Der invertierende Eingang ist über einen Widerstand Ä10, einem Einstellwiderstand RIl und einen festen Widerstand RIl mit dem geerdeten Bezugspunkt verbunden; diese Widerstünde bilden daher einen von der Eingangsspannung gespeisten Spannungsteiler. Am Abgriff zwischen den Widerstanden Rl\i und RIl ist eine Elektrode eines Kondensators Cl angeschlossen, dessen andere Elektrode am Abgriff eines Potentiometers Λ13 liegt. Dieses bildet zusammen mit einem festen Widerstand R14 einen von der Auseangsspannung gespeisten Spannungsteiler

Eine zv site Brücke Bl liegt unter Verwendung von Vorwiderständen /?15 und /?16 zwischen den Spannungsquellen V+ und V-. Sie weist in dem einen Zweig einen temperaturabhängigen Widerstand /?16 auf, der dem Fühlerwiderstand 30 entspricht, ferner ein Potentiometer RIl, mit dem eine Justierung möglich ist, und einen festen Wiik ι stand /?18. Der andere Zweig besteht aus zwei Widerstanden RVi und RIO, zwischen denen sich ein geerdeier Bezugspunkt ergibt. Die Diagonalpunkte sind über die Widerstände RlX und RH mit den Eingängen eines zweiten Verstärkers Al verbunden, der mit einem Gegenkopplungswiderstand R13 versehen ist.

In einer Summationsschaltung 5, die zwei einstellbare Widerstände R14 und RlS aufweist, über die die Ausgangssignale der beiden Verstärker /41 und Al einem dritten Verstärker ,13 zugeführt werden.

dessen anderer Eingang über einen Widerstand
an dem geerdeten Bezugspunkt liegt. Der Ausgang dieses Verstärkers ist über einen Widerstand RIl mit einem aus zwei Transistoren TrI und 7V2 in Darlington Schaltung bestehenden Transistorverstärker verbunden. In Reihe mit der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors TrI liegt ein Heizwiderstand /?28, der dem Widerstand 29 entspricht. Das Emitierpotential wird über einen Widerstand R29 an den invertierenden Eingang des Verstärkers A3 rückgeführt.

Diese Schaltung ermöglicht eine proportionale Lei stungsverstärkung der am nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers A3 addierten Spannungen aus den beiden Operationsverstärkern Al und Al. Mit Hilfe der veränderbaren Widerstände R24 und /?25 ist es möglich, die Einflüsse aus den beiden Bri^;:ken Bl und Bl mit unterschiedlichem Gewicht zu berücksichtigen. Mit Hilfe der Widerstände RlX und R13 läßt sich der ΡΓοηοΓίίοηίΐΗίαΙςίΜΐίΙηΓ und Hip Intrgrntionskonstante beim Verstärker Al einstellen. Insgesamt laß» sich auf diese Weise eine Regelung eneichen, bei der der Integrationskondensator Cl keine sehr großen Werte annehmen muß. Wenn der Widerstand RIA auf unendlich eingestellt wird, ergibt sich eine Regelabhängigkeit allein in Abhängigkeit von der Brücke Bl. Wird nunmehr der Drehknopf 38 der Steuereinheit 37 dem Justierpotentiometer R\l zugeordnet, kann man mit diesem Drehknopf die gewünschte Temperatur und damit den Dampfdruck i\ auf einen gewünschten Wert einstellen.

Es bedarf nur geringfügiger Modifikationen, wenn als Temperaturfühler 30 ein Thermoelement eingesetzt wird oder wenn der HeizwidersUiiul 29 durch einen Leistungstransistor ersetzt wird. Auch wenn statt einer Heizvorrichtung eine Kühlvorrichtung sei wendet wird, erfordert dies nur geringfügige Änderungen an der gesamten Schaltung.

Hier/u 4 Blatt Zeichnuncen

Claims

Patentansprüche:

1. Ventil für Kälteanlagen, dessen Verschlußglied in Abhängigkeit von dem auf eine erste verlagerbare Druckfläche wirkenden Dampfdruck des Kältemittels, insbesondere dem Verdampferdruck, und von einer in Gegenrichtung wirkenden Referenzkraft einen Gleichgewichtszustand einnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Referenzkraft ein geschlossener Druckbehälter (21,46,82) vorgesehen ist, der einen eine zweite verlagerbare Druckfläche (Fl) bildenden Wandabschnitt aufweist und mit einem Medium (23), das eine einen temperaturabhängigen Druck ausübende Dampfphase aufweist, gefüllt ist, daß dem Medium eine von einer Steuereinheit (37) mit Strom versorgte Heizvorrichtung (29, 83) und ein Temperaturfühler (30, 83), der die Temperatur des Mediums an die Steuereinheit rückmeklet, zugeordnet sind und daß das Medium so gewähit ist, daß seine Temperatur bei einem einen Gleichgewichtszustand hervorrufenden Druck höher liegt als die Temperatur des Kältemittels im Ventil und/oder der Umgebungsluft.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Mediums (23) im Arbeitsbereich 25° bis 45° C, vorzugsweise 30° bis 40° C, höher liegt als die Temperatur des Kältemittels.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Medium« (23) im Arbeitsbereich etwas über der Umgebungstemperatur liegt.

4. Ventil nach eiwern der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dtJ im Arbeitsbereich die Dampfdruck-Temperatur-Kurve (B) des Medium (23) gegenüber derjenigen (A) des Kältemittels im Bereich höherer Temperaturen liegt.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Druckfläche (Fl) kleiner ist als die erste Druckfläche (FO) (Fig. 1).

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Zusatzfeder (52), die in Richtung des Dampfdruckes des Kältemittels wirkt.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung durch einen Wendel (29) aus Widerstandsdraht gebildet ist.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung durch einen PTC-Widerstandskörper gebildet ist.

9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung durch einen Leistungstransistor (83) gebildet ist.

K). Ventil für Kälteanlagen, dessen Verschlußglied in Abhängigkeit von dem auf eine erste verlagerbare Druckfläche wirkenden Dampfdruck des Kältemittels, insbesondere dem Verdampferdfuck, und von einer in Gegenrichtung wirkenden Referenzkraft einen Gleichgewichtszustand einnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Referenzkraft ein geschlossener Druckbehälter (21,46,82) vorgesehen ist, der einen eine zweite verlagerbare Druckfläche (Fl) bildenden Wandabschnitt aufweist und mit einem

Medium (23), das eine einen temperaturabhängigen Druck ausübende Dampfphase aufweist, gefüllt ist, daß dem Medium eine von einer Steuereinheit (37) mit Strom versorgte Kühlvorrichtung und ein Temperaturfühler (30), der die Temperatur des Mediums an die Steuereinheit rückmeldet, zugeordnet sind und daß das Medium so gewählt ist, daß seine Temperatur bei einem einen Gleichgewichtszustand hervorrufenden Druck tiefer liegt als die Temperatur des Kältemittels im Ventil und/oder der Umgebungsluft.

11. Ventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung durch ein PeI-tierelement gebildet ist.

12. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium (23) eine Flüssigkeits- und eine Dampfphase aufweist.

13. Ventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Heiz- oder Kühlvorrichtung (29, 83) und der Rückmelde-Temperaturfühler (30, 83) vollständig in der Flüssigkeitsphase angeordnet sind.

14. Ventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbehälter (21, 46, 82) zu erheblich mehr als der Hälfte, insbesondere zu etwa 70%, mit der Flüssigkeitsphase gefüllt ist.

15. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium ein festes Adsorbens und ein gasförmiges Adsorbat aufweist.

16. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückmelde-Temperaturfühler (30) ein NTC-Widerstand ist.

17. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückmelde-Temperaturfühler (30) ein Thermoelement ist.

18. Ventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückmelde-Temperaturfühler (30) durch die Basis-Emitter-Strecke des Leistungstransistors (83) gebildet ist.

19. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dsß der Druckbehälter (21, 46, 82) über eine metallische Wärmeleitbrücke mit dem Ventilgehäuse (10, 54, 78) verbunden ist.

20. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbehälter (46) außen mit Kühlrippen (45) versehen ist.

21. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbehälter (21, 46) eine mehrpolige Durchführung aufweist, wobei der Temperaturfühler (30) mit dem ersten Pol und dem zweiten Pol und der Heizwiderstand (29) mit dem dritten Pol und dem vierten Pol oder der Masse (32) des Druckbehälters verbunden ist.

22. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die mehrpolige Durchführung Steckstifte (25, 26, 27) aufweist, die - durch einen Isolierstoff (28), wie Glas, isoliert - einen schalenförmigen Deckel (18) des Druckbehälters (21, 46, 82) durchsetzen.

23. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (FO) und zweite (Fl) Druckfläche durch die beiden Seiten einer Platte, wie Membran (14) oder Balgboden, gebildet sind (Fig. 3).

24. Ventil nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (14) mit dem Ventilsitz

(47) zusammeniwrkt (Fig. 3).

25. Ventil nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch eine außerhalb des Ventilsitzes (47) angeordnete Abstützfläche (50), an die sich die Platte (14) bei zu hohem Druck im Druckbehälter (46) anlegt.

26. Ventil nach Anspruch 23 bis 25, gekennzeichnet durch eine schalenförmige Ringscheibe (51) im Druckbehälter (46), gegen die sich die Platte (14) bei zu hohem Dampfdruck des Kältemittels anlegt.

27. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß an die Steuereinheit (37) ein Einstellwiderstand (38) zum Ändern des Drucks in dem Druckbehälter (21, 46, 82) angeschlossen ist.

28. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß an die Steuereinheit (37) mindestens ein äußerer Temperaturfühler (40) angeschlossen ist, von dessen Meßwert der Druck im Druckbehälter abhängt.

29. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (37) aufweist

a) eine erste Brückenschaltung (Sl) mit einem äußeren Temperaturf ühler-Widerstand ( RS) und einem Sollwert-Potentiometer (A4) sowie einem ersten von deren Diagonalspannung gespeisten Verstärker (./41) mit Einstellmöglichkeit für ein P-, PI- oder PID-Verhalten,

b) eine zweite Brückenschaltung (BI) mit einem Rückmelde-Temperaturfühler-Widerstand (Λ16) und einem Justier-Potentiometer (Ä17) sowie einem zweiten, von deren Diagonalspannung gespeisten Verstärker (Al),

c) eine zwei einstellbare Widerstände (Ä24, R2S) aufweisenden Summationsschaltung (S), in der die Ausgangssignale des ersten •;nd zweiten Verstärkers (Al, AT) summiert werden, und

d) einen dritten, hiervon gespeisten Verstärker (A3) mit nachgeschaltetem Stromregler (TrI, TrI), der mit der Heiz- oder Kühlvorrichtung (RlX) in Reihe liegt.