DE276768C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

'- M 276768 KLASSE 17«. GRUPPE

CLARENCE ENGELBERTH MEHLHOPE in CHICAGO, Illinois, V. St. A.

Die Erfindung betrifft eine selbsttätige Regelvorrichtung für das Reduktionsventil von Kältemaschinen. Einrichtungen dieser Art bestehen aus einer mit dem Reduktionsventil verbundenen Kapsel, in der sich eine Flüssigkeit oder ein Gas. befindet, die sich entsprechend den Temperaturänderungen ausdehnen. Die Kapsel steht unter dem Einfluß der Temperatur und des Druckes im Vergaser. Wenn

ίο die Temperatur im Vergaser steigt, so dehnt sich das in der Kapsel eingeschlossene Gas oder die Flüssigkeit aus, derart, daß das Reduktionsventil geöffnet und eine gewisse Menge von Kältemittel in die Verdampferschlange gelangen wird. Die hierdurch bewirkte Abkühlung hat zur Folge, daß sich das Reduktionsventil wieder schließt.

In bekannten Einrichtungen dieser Art liegt die Kapsel am Auslaß vom Verdampfer, derart, daß die Regelung des Reduktionsventils entsprechend der Temperatur am Auslaß des Verdampfers erfolgt. Der Erfindung gemäß wird die Kapsel derart angeordnet, daß sie nicht nur unter dem Einfluß der Temperatur am Auslaß des Vergasers steht, sondern außerdem unter dem Einfluß der Temperatur am Einlaß des Vergasers, und daß sie ferner unter dem Einfluß des zu kühlenden Mittels steht. Hierdurch werden die folgenden Vorteile erzielt: Dadurch, daß die Kapsel auch unter dem Einfluß der Temperatur am Einlaß zum Vergaser steht, findet dann eine starke Abkühlung des Kapselinhaltes statt, wenn das A^entil geöffnet wird, also eine gewisse Menge des Kältemittels in den Vergaser gelangt. Diese starke Abkühlung wird nun bald ein Schließen des Ventils herbeiführen, so daß also nur eine begrenzte Menge des Kältemittels eintritt. In den bekannten Fällen, in denen die Kapsel lediglich unter der Einwirkung des Kältemittels am Auslaß vom Vergaser steht, wird ein Schließen des Ventils erst dann eintreten, wenn die Wirkung des neu eingelassenen Kältemittels bis zum Auslaß des Vergasers gelangt ist. Es wird mithin eine unverhältnismäßig große Menge der Kälteflüssigkeit einströmen.

Das zu kühlende Mittel, dessen Wärme gleichfalls auf die Kapsel einwirkt, wirkt auf eine Erhöhung der Temperatur des Kapselinhaltes hin, vermöge dessen das Ventil geöffnet wird. Wenn das zu kühlende Mittel also eine hohe Temperatur besitzt, so wird sich das Reduktionsventil eher öffnen, als wenn die Temperatur des zu kühlenden Mittels gering ist, also nur wenig Wärme verbraucht wird. Das zu kühlende Mittel wirkt dem Kühlmittel entgegen.

Durch das zum Vergaser gelassene Kältemittel wird die Temperatur im Vergaser sich allmählich vom Einlaß nach dem Auslaß fortpflanzen. Wenn die Kälte bis zum Auslaß gelangt ist, so ist dies ein Zeichen dafür, daß genügend Kältemittel im Vergaser vorhanden ist. Die Kapsel steht unter der kühlenden Einwirkung des Kältemittels am Einlaß sowohl wie am Auslaß. Mithin wird eine starke Abkühlung des Kapselinhaltes eintreten, dem-

zufolge das Reduktionsventil geschlossen wird. Diese Wirkung wird selbst dann eintreten, wenn die Temperatur des zu kühlenden Mittels verhältnismäßig hoch ist.

Die Kapsel ist derart bemessen, daß sie am Auslaßende in stärkerem Maße Wärme auf^: nimmt, als sie am Einlaß abgeben kann. Man erreicht hierdurch, daß der Kapselinhalt das Ventil absatzweise zu öffnen sucht, bis die

ίο gewünschte Temperatur des zu kühlenden Mittels erreicht ist.
In der Zeichnung ist

Fig. ι eine Seitenansicht des Verdampfers und der Regelvorrichtung für das vor diesem liegende Ventil,

Fig. 2 ein Schnitt durch einen Teil der Regelvorrichtung,

Fig. 3 ein Querschnitt durch einen anderen Teil der Regelvorrichtung,

Fig. 4 ein Schnitt nach der Linie 4-4 von Fig. 2 und

Fig. 5 ein Querschnitt nach der Linie 5-5 von Fig. 2.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellten Verdampferschlangen 10 sind einerseits mit einem Rohr 11 verbunden, welches vom Kondensator kommt, in dem sich flüssiges Ammoniak unter hohem Druck befindet. Am anderen Ende sind die Verdampferschlangen mit einer Rückleitung 12 verbunden, durch die das Ammoniakgas wieder der Verflüssigungseinrichtung (Kompressor) zugeführt wird. Zwischen der Leitung 11 und den Schlangen 10 liegt ein Gehäuse 13, welches durch eine dünne Metallmembran 17 in eine obere und untere Kammer 13", Ι3^δ geteilt ist. Das Gehäuse wird von oberen und unteren Scheiben 14, 15 und unteren und oberen Ringen 15⁰, 14° gebildet. Der obere Ring 14° ist stärker als der untere Ring. In ihn ist ein Rohr ΐο^α eingeschraubt, welches die Verbindung mit der Schlange 10 herstellt.

Vorzugsweise in der Mitte der oberen Scheibe 14 ist ein T-Stück 19 festgespannt.

Von unten ist in das T-Stück eine Büchse 20 eingeschraubt, die einen Sitz 2ΐ^α für ein Kugelventil 22 bildet. Das Kugelventil wird im allgemeinen durch eine Feder 23 in der Schließlage gehalten. Die Feder liegt zwisehen einer Scheibe 24 und einem Schraubenverschluß 25.

Das Auslaßrohr 11 für flüssiges Ammoniak steht durch ein Rohr τΐ^β oberhalb des Ventilsitzes 2i^a mit dem T-Stück 19 in Verbindung.

Die Kugel 22 kann mittels eines Stiftes 27 von ihrem Sitz gehoben werden, welcher sich mit seinem abgerundeten Fuß 27" auf¹ die Membran 17 legt. Der Stift ist an der Seite abgeflacht, so daß die Flüssigkeit zwischen ihm und der Bohrung der Büchse 20 hindurchtreten kann (Fig. 5).

Auf der unteren Scheibe 15 ist ein T-Stück 28 mittels eines mit Bohrung 29* versehenen Verschlußstückes 29 und einer Mutter 30 festgespannt. Der Verschluß 29 besitzt auf sei- ner Oberfläche radiale Nuten 29° (Fig. 4). Das T-Stück 28 ist durch eine Zweigleitung 31 mit Ventil 32 mit dem Rohr ii^B verbunden.

Unterhalb des Gehäuses 13 liegt eine Kapsel 35 mit konvexen Wandungen 36, 37, die eine Metallscheibe 38 zwischen sich festspannen (Fig. 3). Die Scheibe 38 teilt die Kapsel in zwei Kammern 38", 38**.

Die linke Kammer der Kapsel steht durch ein Rohr 39 mit dem Auslaß der Kühlschlange 10 in Verbindung. Das Rohr 12, durch das das expandierte Ammoniak wieder dem Kompressor zugeführt wird, ist mit der Kapsel 35 durch einen Stutzen I2^a verbunden, der am unteren Ende der Kammer 38⁰¹ sitzt. Das aus den Verdampferschlangen kommende Ammoniakgas wirkt also auf die Metallscheibe 38.

Die rechte Kammer 38* der Kapsel 35 steht durch ein Rohr 40 mit dem T-Stück 28 in Verbindung, und zwar mündet das Rohr 40 vorzugsweise oben in der Kammer 38⁶. Unten besitzt die Kammer 38^s eine Reinigungsöffnung, welche durch Schraube 41° verschlossen ist.

Zwischen den Rohren 11 und II^s liegt ein Abscheider 42 für Verunreinigungen und ein von Hand bewegtes Ventil 43, durch das das Ammoniak dem Verbindungsrohr ii" beim Anlassen der Einrichtung . zugeführt werden kann.

Im Betriebe sind die Kammer 38^ der Kapsel 35, das Rohr 40 und die untere Kammer Ι3^δ des Gehäuses 13 mit einem Medium gefüllt, welches durch Temperaturänderungen in der Nähe des Gefrierpunktes des Wassers starke Vohimenveränderungen erfährt. Hierzu dient im vorliegenden Falle am besten Ammoniak, welches vor Beginn des Betriebes durch das Zweigrohr 31 dem Rohr 40 zugeführt wird. Im Betriebe ist die Zweigleitung 31 durch das Ventil 32 abgesperrt.

Die Kammer 38'', das Rohr 40 und die Kammer 13* können in der folgenden Weise mit Ammoniakgas gefüllt werden: Zu Anfang, wenn in der Kammer 13* noch kein Druck ist, wird das Kugelventil 22 durch die Feder 23 auf seinen Sitz gedrückt. Die .Ventile 43 und 32 sind offen, und eine geringe Menge von flüssigem Ammoniak strömt unter dem im Kondensator herrschenden Überdruck in das Rohr 40. Nun wird das Ventil 43 geschlossen. Da das Ammoniak in den Kammern 38^ und 13"' und in dem Rohr 40 unter starkem Druck ist, hebt die Membran 17 den Stift 27, und die Kugel 22 wird von ihrem Sitz gehoben. Da das Ventil 32 noch offen ist, strömt das Ammoniak durch das Rohr ΐΐ^α

in das T-Stück ig, von hier in die Kammer I3^a oberhalb der Membran 17 und schließlich in den Verdampfer. Das durch das Rohr 31, das offene Ventil 32 und Rohr 40 eintretende Ammoniak treibt die Luft aus den Kammern 38** und Ι3^δ und dem Rohr 40 aus. Um noch mehr Ammoniak in das Rohr 40 abzuleiten, kann das A^entil 32 mehrmals geöffnet und schließlich wieder geschlossen werden. Dies \vird so oft wiederholt, bis alle Luft ausgetrieben ist. Nun wird das Ventil 32 für die Dauer des Betriebes geschlossen.

Wenn mit dem flüssigen Ammoniak Wasser in die Kammern I3⁶, 38^ und das Rohr 40 mitgerissen wird, so setzt es sich im unteren Teil der Kammer 38^δ ab. Es kann durch den Auslaß 41⁰' ausgelassen werden.

Wenn die Einrichtung betriebsbereit ist, wird das Ventil 43 geöffnet, so daß flüssiges Ammoniak in das T-Stück 19 strömen kann. Da die Kapseln 35 und 13 und das Rohr 40 zunächst \varm sind, ist das in ihnen enthaltende Ammoniak unter einem entsprechend hohen Druck. Das Ventil 22 wird deshalb von seinem Sitz abgehoben. Infolgedessen strömt Flüssigkeit durch das Ventil 22. Wenn sie auf den Fuß 27* des Zapfens gelangt, so wird sie über die Oberfläche der Membran 17 zerspritzt, verdampft auf dieser und strömt in die Verdampferschlange. Durch diese Verdampfung wird sofort die Temperatur der Membran 17, des unterhalb dieser in der Kammer I3^Ö befindlichen Ammoniaks und des Ammoniaks in dem Rohr 40 und 38^s herabgesetzt. Dementsprechend fällt auch der Druck des Ammoniaks. Infolgedessen kann sich das Ventil 22 schließen. In diesem Augenblick kann eine Veränderung der Temperatur des Ammoniaks in den Kammern 38* und Ι3^δ nur durch die Metallplatten 17 und 38 erfolgen.

Solange das Ventil 22 offen ist und das Ammoniak verdampft und durch die Verdampferschlange hindurchströmt, hebt sich der Druck in dieser allmählich. Schließlich wird die Scheibe 17 nach unten gedrückt. Die Scheibe unterliegt einem Differentialdruck, welcher sich entsprechend dem Rückdruck aus dem Verdampfer und dem von der Temperatur abhängenden Druck des unterhalb der Scheibe befindlichen Ammoniaks ändert. Wenn nun im Betriebe der Rückdruck aus dem Verdampfer auf die Scheibe 17 zuzüglich des Druckes der Feder 23 gleich oder größer als der Druck des Ammoniaks unterhalb der Scheibe 17 wird, wird das Ventil 22 geschlossen und die Zufuhr von flüssigem Ammoniak zur Kammer 13° und zum Verdampfer abgesperrt. Wenn das Ventil offen ist und das Ammoniak verdampft und dem Verdampfer zuströmt, so rückt die Gefrierlinie allmählich bis zum Auslaß des Verdampfers vor, bis sie schließlich das Gehäuse 35 und die Membran 38 erreicht. Die letztere war bisher durch das durch die Kammer 38" strömende trockene Ammoniak ziemlich unbeeinflußt. Jetzt wird die Temperatur der eingeschlossenen Ammoniaksäule durch die an beiden Enden befindlichen Scheiben 17 und 38 beeinflußt. Es findet eine erhebliche Druckverminderung statt, so daß der Differentialdruck auf die Scheibe 17 so vermindert wird, daß die Feder 23 das Kugelventil 22 schließen kann. Nun ist die Zufuhr von Ammoniak zum Verdampfer vollkommen abgesperrt.

Trotzdem" aber setzt sich die Verdampfung des einmal eingeführten Ammoniaks fort. Solange das Ammoniak am Auslaßende der '■ Verdampferschlange feucht ist und sich noch ausdehnen kann, wird die Scheibe 38 so kalt gehalten, daß die Temperatur der eingeschlossenen Ammoniaksäule nicht ausreicht, um entgegen dem Verdampferdruck und dem Federdruck das Ventil 22 zu öffnen. Wenn jedoch das flüssige Ammoniak in der Kühlschlange im wesentlichen verdampft und expandiert ist, und das durch die Kammer 38" strömende Ammoniak sich nicht mehr ausdehnen und die Temperatur der Platte 38 und den Druck der Ammoniaksäule nicht mehr niederhalten kann, und außerdem der Rückdruck vom Verdampfer infolge des fortgesetzten Überströmens des Ammoniaks zum Kompressor gesunken ist, verstärkt sich der'Differentialdruck auf die Platte 17 mehr und mehr. Schließlich wird das Ventil 22 geöffnet, so daß neues flüssiges Ammoniak einströmen kann. Die Temperatur des in der Kammer 38** eingeschlossenen Ammoniaks wird durch die Gehäuse 13 und 35 und das Rohr 40 beeinflußt, welche wärmer sind als die Scheiben 38 und 17 und daher die Temperatur des eingeschlossenen Ammoniaks zu erhöhen suchen. Diese Teile beeinflussen das eingeschlossene Ammoniak und steigern seinenDruck schneller in einem warmen Behälter und langsamer dann, wenn die Temperatur des Behälters bereits so niedrig ist, wie sie im Betriebe sein soll.

Das Ventil 22 wird also abwechselnd geöffnet und geschlossen. Das Öffnen und Schließen hängt von dem Differentialdruck auf die Scheibe 17 ab, der sich aus dem nach unten wirkenden Rückdruck aus dem Verdampfer und dem nach oben wirkenden Druck der eingeschlossenen Ammoniaksäule ergibt. Dieser Differentialdruck ist immer dem konstanten Federdruck entgegengerichtet. Der Rückdruck aus dem Verdampfer verändert sich in dem Maße, wie die Verdampfung und Expansion im Verdampfer fortschreitet, und in dem Maße, wie Ammoniak aus dem Verdampfer

abgesäugt wird. Der Druck des eingeschlossenen Ammoniaks richtet sich einerseits nach der veränderlichen Temperatur des Ammoniaks am Ein- und Auslaß des Verdamp-

'5 fers und andererseits nach der veränderlichen Temperatur der Luft ο. dgl., welche die Gehäuse und Rohre für das eingeschlossene Ammoniak umschließen.

Die Scheibe 17 bildet eine Einrichtung, die unter der Einwirkung des Differentialdruckes steht und die Temperatur des Ammoniaks am Einlaß zum Verdampfer auf die eingeschlossene Ammoniaksäule überträgt. Offenbar kann diese Einrichtung in baulicher Hinsicht anders .15 ausgeführt sein. Die Scheibe 38 bildet eine lediglich von der Temperatur abhängige Einrichtung, mittels deren die Temperatur des Ammoniaks am Auslaß des A'erdampfers auf die Ammoniaksäule übertragen wird.

Alle die Wirkung des Ventils beeinflussenden Faktoren sind veränderlich, mit Ausnahme der Ventilfeder 23. . Dadurch, daß man die Spannung der Feder verändert, kann die Temperatur des zu kühlenden Mittels verändert werden. Man verwendet eine schwache Feder, wenn eine niedrige Temperatur erreicht werden soll, und eine kräftige Feder, wenn eine hohe Temperatur angestrebt wird. Die Membran 17, welche unter dem Einfluß des auf beiden Seiten wirkenden Druckes und der Temperatur steht, und die Kapsel 37 mit der unter der Einwirkung der Temperatur stehenden Membran 38 sind so bemessen, daß die Kapsel 37 und ihre Membran 38 in stärkerem Maße Wärme aufnehmen, als die Membran 17 Wärme abgeben kann. Man erreicht hierdurch, daß die in dem Rohr. 40 und den anschließenden Kammern 38^s und 13* eingeschlossene Ammoniaksäule das Ventil 22 absatzweise zu öffnen sucht, bis die gewünschte Eintrittstemperatur in der Umgebung der Kühlschlange 10 erreicht ist.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Vorrichtung zum Regeln der Kältemittelzuführung zum Verdampfer von Kältemaschinen mittels einer von der Temperatur des Kältemittels in der Verdampferschlange und von dem Druck am Eingang des Verdampfers abhängigen Regelvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung, abgesehen von der Einwirkung der Temperatur des Kühlmittels am Eingang des Verdampfers, auch von der Temperatur des zu kühlenden Mittels dadurch abhängig gemacht ist, daß die zur Regelung dienende Kältemittelsäule sich in einem Behälter (15,37,40) befindet, der sowohl unter dem Einfluß der Temperatur des zu kühlenden Mittels als auch des Kühlmittels selbst steht. .

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (!5.3714-O) derart bemessen ist, daß er am Auslaßende des Verdampfers in stärkerem Maße Wärme aufnimmt, als er am Einlaßende abgibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.