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Expansionsventil für eine Kälteanlage sowie Verfahren
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und Anordnung zum Steuern desselben Die Erfindung bezieht sich auf
eine Anordnung und ein Verfahren zum Steuern einer Kälteanlage. Insbesondere betrifft
die Erfindung ein Expansionsventil (Drosselventil), wie beispielsweise ein Magnetventil,
und eine Anordnung, die auf einen Parameter der Kälteanlage anspricht, um den Betrieb
des Magnetventils zu steuern und dadurch den Durchfluß von Kältemittel durch das
Expansionsventil zu regeln. Weiter betrifft die Erfindung insbesondere ein Magnetventil,
das während jeder Betriebsperiode des Ventils periodisch erregt und entregt wird,
und eine Steueranordnung, die auf einen Kälteanlagenparameter (z.B. die Überhitzungstemperatur)
anspricht und das Verhältnis der Erregungszeit zur Entregungszeit des Magnetventils
während jeder Betriebsperiode des Ventils verändert, um so den Durchfluß von Kältemittel
durch das Ventil zu regeln.
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Typisch enthält eine Kälteanlage einen Kompressor, eine Kondensatorschlange
und
eine Verdampferschlange. Kältemitteldampf wird durch den Kompressor auf hohen Druck
(HD) komprimiert, und in den Kondensator geleitet, wo der HD-Kältemitteldampf zu
einer HD-Flüssigkeit kondensiert wird. Ein Expansionsventil ist zwischen dem Kondensator
und dem Verdampfer vorgesehen, so daß das flüssige Kältemittel aus dem Kondensator
adiabatisch entspannt werden kann, bevor es in den Verdampfer eintritt. In dem Verdampfer
absorbiert das tliederdruck(ElD)-Kältemittel Wärme aus der Umgebung und wird wenigstens
zum Teil in Dampf umgewandelt, der über eine Saugleitung zu dem Einlaß des Kompressors
zurückgeleitet wird. In vielen herkömmlichen Kälteanlagen ist das Expansionsventil
ein sogenanntes Thermostatexpansionsventil. Ein Thermostatexpansionsventil hat typisch
eine Expansionsöffnung und ein Verschlußteil zum Regeln des Kältemitteldurchflusses
durch die Expansionsöffnung. Eine Feder drückt das Verschlußteil in seine geschlossene
Stellung. Ein Membranstellantrieb ist vorgesehen. Eine Seite der Membran ist dem
Sauggasdruck ausgesetzt, während die andere Seite über ein Kapillarrohr mit einer
Thermostatkugel verbunden ist, die in Wärmeaustauschbeziehung mit dem Kältemitteldampf
(Sauggas) aus dem Verdampfer steht. Die Thermostatkugel ist mit einem flüchtigen
Fluid (z.B. einem Kältemittel) gefüllt und übt daher eine Druckkraft auf das Verschluß
teil über den Membranstellantrieb aus, die der Kraft der Feder und dem Sauggasdruck
entgegenwirkt. Wenn die Thermostatkugel eine Temperaturzunahme des Sauggases in
bezug auf dessen Druck abfühlt, wird die Gesamtdruckkraft, die auf den Membranstellantrieb
ausgeübt wird, entsprechend vergrößert, wodurch das Ventil weiter geöffnet und mehr
Kältemittel der Durchfluß durch den Verdampf er gestattet wird, was zu einer Verringerung
der Sauggastemperatur führt. Beim Abfühlen einer Abnahme der Sauggastemperatur wird
die Thermostatkugel die Druckkraft verringern, die auf den Membranstellantrieb ausgeübt
wird, und wird somit der Feder gestatten, das Ventil wenigstens teilweise zu schließen,
wodurch der Strom von Kältemittel in den
Verdampfer verringert
und dadurch wiederum die Temperatur des Sauggases erhöht wird.
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Im allgemeinen wird ein Thermostatexpansionsventil so eingestellt,
daß das Sauggas auf einem vorbestimmten Oberhitzungswert oder einer vorbestimmten
Uberhitzungseinstellung gehalten wird. tiberhitzungstemperatur ist ein Ausdruck,
der im allgemeinen als die Temperatur des Kältemitteldampfes oberhalb der Temperatur,
bei der das Kältemittel bei seinem besonderen Druck verdampft ist, definiert ist.
In vielen Kälteanlagen wird das Thermostatexpansionsventil in der Fabrik so voreingestellt,
daß ein vorbestimmter Oberhitzungswert aufrechterhalten wird, und es ist unmöglich
oder unpraktisch, die Uberhitzungseinstellung von typischen Thermostatexpansionsventilen
während des Betriebes der Kälteanlage zu verändern, um dadurch den Durchfluß von
Kältemittel durch den Verdampfer bei Anderungen in den Betriebsbedingungen der Kälteanlage
zu verändern und dadurch den Betriebswirkungsgrad der Kälteanlage zu maximieren.
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Zur Überwindung der Nachteile der bekannten Thermostatexpansionsventile,
bei denen die Uberhitzungseinstellung während des Betriebes der Kälteanlage bei
sich ändernden Betriebsbedingungen (z.B. Anderungen in der Kältemittelwärmebelastung
oder in der Temperatur der äußeren Umgebungsluft) nicht verändert werden kann, sind
bereits elektrisch betätigte, durchflußregelnde ("modulierende")Expansionsventile
entwickelt worden. Solche elektrisch betätigten, durchflußregelnden Expansionsventile
sind in der US-PS 3 967 781 beschrieben.
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Bei diesem elektrisch betätigten Expansionsventil sind mehrere Bimetallelemente
und Heizelemente ineinander verschachtelt, so daß bei Stromzufuhr zu den Heizelementen
die Bimetallelemente sich in axialer Richtung ausdehnen und dadurch das Ventil öffnen.
Wenn die Stromversorgung der Heizelemente unterbrochen wird, kühlen sich die Bimetallelemente
ab und ziehen sich in axialer Richtung zusammen, wodurch das Ventil
geschlossen
wird. Dieser Stellantrieb aus elektrischen Heizelementen und Bimetallelementen wird
häufig auch als Wärmemotor bezeichnet. Durch Steuern der Wärme, die durch die Heizelemente
in dem Wärmemotor erzeugt wird, kann dieses elektrisch betätigte Expansionsventil
in Abhängigkeit von Anlagenparametern (z.B. der Uberhitzungstemperatur) geregelt
werden, um so den Durchfluß von Kältemittel durch das Ventil zu regeln.
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Diese bekannten elektrisch betätigten Expansionsventile haben zwar
ihren vorgesehenen Zweck gut erfüllt, sie haben aber gewisse Nachteile, weil sie
den oben erwähnten Wärmemotorstellantrieb erfordern, der teuer ist. Es gibt daher
seit langem einen Bedarf an einem billigen elektrisch betätigtem Expansionsventil,
mittels welchem der Kältemitteldurchfluß im Verhältnis zu dem Bedarf der Kälteanlage
geregelt werden kann.
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Demgemäß schafft die Erfindung unter anderem eine Anordnung und ein
Verfahren zum Steuern eines Kälteanlagenexpansionsventils in Abhängigkeit von einem
Parameter der Kälteanlage; eine Anordnung und ein Verfahren, bei denen ein billiges,
direkt betätigtes Magnetventil verwendet wird, das wiederholt oder periodisch auf
überwachte Kälteanlagenparameter hin erregt und entregt wird, so daß die Ein/Aus-Zyklen
des Ventils integriert werden und zu einer stationären,aber veränderlichen Regulierung
des Durchflusses von Kältemittel durch die Kälteanlage führen; eine Anordnung und
ein Verfahren, bei denen ein offenes/geschlossenes nichtdurchflußregelndes ("nichtmodulierendes"),
elektrisch betätigtes Expansionsventil verwendet wird, das als ein Kältemitteldurchflußproportionalregelventil
arbeitet; ein Magnetventil zur Verwendung in einer Kälteanlage mit geregeltem Durchfluß,
wie es oben beschrieben ist, das wenig
kostet, eine lange Lebensdauer
hat und betriebszuverlässig ist; ein Verfahren zum Regeln des Durchflusses von Kältemittel
durch einen Verdampfer unter Verwendung sowohl eines P-als auch I-Regelsystems,
so daß der Regelvorgang des Regelsystems stabil ist, selbst wenn kleine Differenzen
zwischen dem überwachten Parameter und einem vorbestimmten Parameter auftreten;
ein Magnetventil, bei dem ein breiter Bereich von Fertigungstoleranzen und Verschleißtoleranzen
den Durchfluß von Kältemittel durch das Ventil nicht nennenswert nachteilig beeinflußt;
und ein Magnetventil und eine für dieses vorgesehene Steueranordnung, die in Verbindung
mit Kälteanlagen verwendet werden können, welche einen breiten Leistungsbereich
haben.
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Die Anordnung nach der Erfindung steuert, kurz gesagt, eine Kälteanlage.
Die Kälteanlage enthält einen Kompressor mit einem Einlaß und einem Auslaß, einen
Kondensator, der mit dem Auslaß des Kompressors verbunden ist, und einen Verdampfer,
der mit dem Kondensator und mit dem Einlaß des Kompressors verbunden ist. Ein Expansionsventil
ist zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer vorgesehen, wobei der Kondensator
flüssiges HD-Kältemittel an den Verdampfer abgibt. Das Kältemittel wird entspannt,
wenn es durch das Expansionsventil strömt, und wird in dem Verdampfer im wesentlichen
in Dampf umgewandelt, wenn es Wärme aus der Umgebung aufnimmt. Die Steueranordnung
nach der Erfindung enthält ein Magnetventil, welches das oben erwähnte Expansionsventil
bildet, und dieses Magnetventil hat ein Ventilgehäuse mit einem Durchflußkanal für
den Kältemitteldurchfluß. Ein Ventilsitz ist in dem Ventilgehäuse vorgesehen und
bildet einen Teil des Durchflußkanals, und ein Verschlußteil ist wahlweise zwischen
einer geschlossenen Stellung, in der es abdichtend auf dem Ventilsitz sitzt, so
daß es den Kältemitteldurchfluß durch den Durchflußkanal
blockiert,
und einer offenen Stellung bewegbar, in der das Verschlußteil von dem Ventilsitz
abgehoben ist und den Durchfluß des Kältemittels durch den Durchflußkanal gestattet.
Ein Magnetstellantrieb ist vorgesehen, um das Verschlußteil aus seiner geschlossenen
in seine offene Stellung zu bewegen, wenn der Magnetstellantrieb erregt wird. Das
Ventil enthält weiter eine Feder, die das Verschlußteil aus seiner offenen Stellung
elastisch in seine geschlossene Stellung drückt. Weiter enthält die Steueranordnung
nach der Erfindung eine Steuereinrichtung zum periodischen oder wiederholten Erregen
und Entregen des Magnetstellantriebs, wobei das Verhältnis der Erregungszeit (Offenzeit)
zur Entregungszeit (Schließzeit) jeder Periode von einem oder mehreren Betriebsparametern
der Kälteanlage abhängig ist, um dadurch den Kältemitteldurchfluß durch die Kälteanlage
zu regeln.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung zum Steuern eines Expansionsventils
für eine Kälteanlage wird eine Anordnung der oben dargelegten Art benutzt. Das Verfahren
beinhaltet die Schritte, einen Parameter einer Kälteanlage zu überwachen und auf
diesen Parameter hin ein Signal zu erzeugen.
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Dieses Signal wird dann benutzt, um die wiederholte oder periodische
Erregung und Entregung des Magnetventils zu bewirken, wobei das Verhältnis der Erregungszeit
zur Entregungszeit des Magnetventils während jeder Periode dem Signal entspricht,
so daß der Kältemitteldurchfluß durch die Kälteanlage geregelt wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen näher beschrieben.
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Es zeigt Fig. 1 ein Schaltbild einer Kälteanlage, insbesondere einer
Wärmepumpenkälteanlage, bei der ein Ein/Aus-Magnetventil nach der Erfindung benutzt
wird,
das durch die Anordnung und das Verfahren nach der Erfindung
gesteuert wird, Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht eines Magnetventils nach
der Erfindung, Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Steueranordnung zum Steuern des
Betriebes des Magnetventils nach Fig. 2, Fig. 4 ein Diagramm der Uberhitzungstemperatur
des Kältemittels über dem Verhältnis der Erregungszeit zur Entregungszeit während
jeder Betriebsperiode des Magnetventils, Fig. 5 ein Diagramm des den Magnetstellantrieb
des Magnetventils erregenden Spulenstroms über der Zeit, Fig. 6 ein elektrisches
Schaltbild einer Steueranordnung nach der Erfindung, Fig. 7 in einer ähnlichen Ansicht
wie in Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines Magnetventils nach der Erfindung,
Fig. 8 ein elektrisches Schaltbild einer PI-Regelanordnung nach der Erfindung und
Fig. 9 ein Diagramm des Verhältnisses der Offenzeit zu der Periode P eines Magentexpansionsventils
in Abhängigkeit von einem überwachten Parameter, wie beispielsweise der Uberhitzungstemperatur,
wobei das Magnetventil durch eine PI-Regelanordnung
nach Fig.
8 gesteuert wird.
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In Fig. 1 ist eine Kälteanlage in ihrer Gesamtheit mit der Bezugszahl
1 bezeichnet. Diese Kälteanlage ist als eine Wärmepumpenanlage dargestellt und enthält
einen hermetisch verschlossenen Kompressor 3 mit einem Einlaß 5 und einem Auslaß
7. Der Auslaß 7 des Kompressors ist mit einem herkömmlichen Vierwegeumschaltventil
9 verbunden. Ein Auslaß des Umschaltventils 9 ist mit einer Schlange 11 verbunden,
die außerhalb des Gebäudes angeordnet ist, in welchem die Wärmepumpenanlage 1 angeordnet
ist. Der Auslaß der Schlange 11 ist mit dem Einlaß einer weiteren Schlange 13 verbunden,
die innerhalb des Gebäudes angeordnet ist, und ein Expansionsventil (Drosselventil)
15 zum Regeln der Strömung von Kältemittel von der äußeren Schlange zu der inneren
Schlange,oder umgekehrt, ist zwischen den Schlangen 11 und 13 vorgesehen.
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Der Auslaß der inneren Schlange ist mit der anderen Seite des Umschaltventils
9 verbunden, und die mittige Saugöffnung des Umschaltventils ist mit dem Kompressoreinlaß
5 über eine Saugleitung 17 verbunden. Im Betrieb kann durch Umschalten der Stellung
des Umschaltventils 9 die Wärmepumpenanlage entweder im Kühl- oder im Heizbetrieb
arbeiten. Im Kühlbetrieb arbeitet die Wärmepumpe wie eine Klimaanlage, in der die
äußere Schlange 11 als Kondensator und die innere Schlange 13 als Verdampfer arbeitet.
Im Heizbetrieb fließt das Kältemittel in umgekehrter Richtung durch die Schlangen,
so daß die innere Schlange als Kondensator und die äußere Schlange als Verdampfer
arbeitet. In der gesamten folgenden Beschreibung ist zur Erleichterung des Verständnisses
und der Einfachheit halber angenommen, daß die Wärmepumpenanlage 1 im Kühlbetrieb
arbeitet, so daß die äußere Schlange 11 als Kondensator und die innere Schlange
13 als Verdampfer fungiert.
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An Hand von Fig. 2 wird das Expansionsventil 15 ausführlich beschrieben.
Das Expansionsventil 15 ist ein billiges,
direkt betätigtes Magnetventil.
Wenn das Magnetventil 15 erregt ist, ist es voll geöffnet, und wenn es entregt ist,
ist sämtlicher Kältemitteldurchfluß durch das Ventil blockiert.
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Das Ventil 15 hat ein Ventilgehäuse 19 mit einem Durchflußkanal F,
welcher sich durch das Ventilgehäuse erstreckt und einen Einlaß 21 und einen Auslaß
23 hat. Auf herkömmliche Weise sind aufgeweitete Rohrenden an dem Ventilgehäuse
19 dicht befestigt (angelötet), so daß sie den Einlaß 21 und den Auslaß 23 bilden.
Diese aufgeweiteten Rohrenden ermöglichen, das Ventil auf einfache Weise in die
Kältemittelleitungen der Kälteanlage 1 einzubauen, beispielsweise durch Festlöten
der Rohrenden. Eine Expansionsventilöffnung 25 ist in dem Durchflußkanal F zwischen
dem Einlaß- und dem Auslaß ende desselben vorgesehen und besteht aus einer ringförmigen
Schulter oder einem Ventilsitz 27, der in Fig. 2 insgesamt nach oben weist. Ein
dazu senkrechter Kanal 29 ist konzentrisch innerhalb des Ventilsitzes 27 angeordnet
und gestattet dem Kältemittel, aufwärts zu dem Ventilsitz und aus dem Durchflußkanal
F zu fließen. Ein schräger Kanal 31 ist stromabwärts der Expansionsöffnung 25 vorgesehen
und gestattet den Durchfluß von Kältemittel von der Expansionsöffnung zu dem Auslaß
23.
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Für das Ventil 15 ist ein insgesamt mit 33 bezeichneter Magnetstellantrieb
vorgesehen. Dieser Magnetstellantrieb weist ein insgesamt mit 35 bezeichnetes Verschlußteil
auf, das zwischen einer geschlossenen Stellung (in Fig. 2 gezeigt), in der das Verschlußteil
dicht auf dem Ventilsitz 27 sitzt und dadurch den Kältemitteldurchfluß durch den
Durchflußkanal F blockiert, und einer offenen Stellung (nicht dargestellt) axial
verschiebbar ist, in der das Verschlußteil in axialer Richtung von dem Ventilsitz
27 abgehoben ist, um dadurch den Kältemitteldurchfluß durch den Durchflußkanal F
zu gestatten. Das Verschlußteil ist gemäß Fig. 2 in einem Hub S axial verschiebbar,
wenn es zwischen seiner geschlossenen und seiner offenen Stellung bewegt wird. Dieser
Hub ist
vorzugsweise auf eine kurze Strecke begrenzt (beispielsweise
0,5 mm, um dadurch die Verschlußteilgeschwindigkeit bei der Betätigung und Stoßkräfte
beim öffnen und Schließen des Ventils zu begrenzen.
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Am unteren Ende des Verschlußteils 35 ist eine elastomere Dichtung
39 vorgesehen, die, wenn das Verschlußteil 35 in seiner geschlossenen Stellung ist,
mit dem Ventilsitz 27 in dichter Berührung ist, um dadurch den Durchflußkanal F
dicht zu verschließen. Wenn das Verschluß teil 35 in seiner offenen Stellung ist,
ist die Dichtung 39 selbstverständlich von dem Ventilsitz abgehoben und gestattet
den Kältemitteldurchfluß durch den Durchflußkanal F.
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Gemäß der Erfindung ist die tragende Fläche des Ventilsitzes 27 relativ
groß, so daß, wenn die elastomere Dichtung 39 dicht auf dem Ventilsitz sitzt, ein
nennenswertes Eindrücken des elastomeren Verschlußteilmaterials verhindert wird
und trotzdem das Verschlußteil leicht auf den Ventilsitz dicht aufgesetzt werden
kann. Darüber hinaus werden durch das Vorhandensein des elastomeren Verschlußteils
Stoßkräfte des Verschluß teils verringert, wenn dieses sich in seine Schließstellung
bewegt und mit dem Ventilsitz in Berührung'kommt.
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Der Magnetstellantrieb 33 weist weiter ein axiales Rohr 41 auf, in
welchem ein Magnetkern 43 angeordnet und befestigt ist. Dieser Kern besteht vorzugsweise
aus ferromagnetischem Material. Das untere Ende des Rohres 41 ist aufgeweitet, wie
bei 44 gezeigt, und dieses aufgeweitete Ende ist an dem Ventilgehäuse 19 dicht befestigt
(zum Beispiel angeschweißt), um dadurch das Rohr an dem Ventilgehäuse zu verschließen
und eine Leckage von Kältemittel zu verhindern.
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Eine konische Schraubendruckfeder 47 ist zwischen dem beweglichen
Verschlußteil 35 und dem Kern 43 angeordnet, so daß das Verschlußteil 35 von dem
Kern 43 weg federnd in seine geschlossene Stellung gedrückt wird, in der es mit
dem Ventilsitz 27 in Berührung ist. Die Feder 47 ist wie dargestellt in einem Sackloch
49 in dem oberen Ende des Verschlußteils angeordnet, und das obere Ende der Feder
ist in einem entsprechenden Sackloch 51 aufgenommen, das in dem unteren Ende des
Kerns 43 vorgesehen ist. Der Durchmesser des Sackloches 49 und des Sackloches 51
in dem Verschlußteil 35 bzw. dem Kern 43 ist etwas größer als der maximale Durchmesser
der Feder 47 , um dadurch das Zusammendrücken der Feder zu gestatten, ohne daß die
Feder durch die Wände der Sacklöcher behindert wird. Vorzugsweise ist die Schraubendruckfeder
47 eine konische Schraubenfeder, die ihren kleinsten Umfang an ihrem oberen Ende
in Berührung mit dem Kern 43 hat und somit eine Feder mit zunehmender Federkonstante
darstellt, d.h. eine Feder, bei der die Federkonstante mit zunehmender Biegung der
Feder größer wird. Die Feder wird daher maximal zusammengedrückt und übt eine maximale
Druckkraft auf das Verschlußteil 35 aus, wenn dieses vollständig in die Bohrung
des Rohres 41 hineingezogen ist. Eine Magnetspule 53 umgibt das Rohr 41. Die Magnetspule
ist von einem Blechgehäuse 55 umgeben. Elektrische Anschlußdrähte (nicht dargestellt)
für die Spule erstrecken sich aus dem Gehäuse 55 und ermöglichen dadurch das wahlweise
Erregen und Entregen der Spule.
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In Fig. 7 ist eine weitere Ausführungsform des Magnetexpansionsventils
nach der Erfindung in ihre Gesamtheit mit der Bezugszahl 15' bezeichnet. Ein Vergleich
der in den Fig. 2 und 7 dargestellten Ventile 15 bzw.15' zeigt, daß die zweite Ausführungsform
des Magnetventils in vieler Hinsicht mit dem zuvor beschriebenen Ventil 15 im Aufbau
und in der Arbeitsweise übereinstimmt. Der Kürze halber sei lediglich angegeben,
daß die mit einem hochgesetzten Strich versehenen
Bezugszeichen,
die in Fig. 7 verwendet werden, Teile bezeichnen, die im Aufbau und in der Arbeitsweise
gleichen Teilen des zuvor beschriebenen Ventils 15 entsprechen.
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Ein Hauptunterschied zwischen dem Ventil 15 und dem Ventil 15' ist
die Anordnung des Kanals 29', der von dem Einlaß 21' zu der Expansionsöffnung 25'
führt. Bei dem Ventil 15 nach Fig. 2 erstreckt sich der Kanal 29 insgesamt rechtwinkelig
zu dem Einlaßdurchflußkanal F und steht mit der unteren Stirnfläche der elastomeren
Dichtung 39 in Verbindung, die an dem Verschlußteil 35 angebracht ist. Die Druckkräfte
des Kältemittels, das in den Durchflußkanal F des Ventils 15 eintritt, wirken daher
direkt auf die Unterseite des Verschlußteils ein und sind bestrebt, der Vorspannkraft
der Feder 47, die das Ventil geschlossen hält, entgegenzuwirken. Weiter bewegt sich
sich bei Erregung der Magnetspule 53 das Verschlußteil 35 axial von dem Ventilsitz
27 weg, um dadurch Kältemittel zu gestatten, von dem Kanal 29 in den schrägen Kanal
31 zu strömen, von wo aus es in das Auslaßrohr 23 strömt. Weil die Querschnittsfläche
der Ventilöffnung direkt durch die Strecke bestimmt wirdtum die sich das Verschlußteil
bei der Erregung der Magnetspule axial bewegt, ist der Kältemitteldurchsatz in dem
Ventil ebenfalls von der Länge des Hubes des Verschlußteils abhbngig.
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In Fig. 7 ist zu erkennen, daß der Einlaßkanal 29', der von dem Einlaßrohr
21' wegführt, ein schräger Kanal ist, der mit einer Kammer C in Verbindung steht,
die das untere Ende des Verschlußteils 35' umgibt. Das Kältemittel kann frei zwischen
dem Rohr 41' und dem Verschlußteil 35' strömen und so den Zwischenraum S' füllen.
Der Kältemitteldruck in der Kammer C wirkt daher der Schließkraft der Feder 47'
nicht entgegen und somit wird das Verschlußteil 35' zwangsläufig geschlossen gehalten.
Weiter ist der Auslaßkanal 25' zu dem Ventilsitz 27' insgesamt konzentrisch und
hat weiter eine schmale Drosselbohrung 0, die eine Entspannungsdrosselstelle zum
Zumessen der in den Auslaßkanal des Ventils gelangenden Kältemittelströmung darstellt.
Bei Erregung
der Magnetspule 53' des Ventils 15' und bei axialem
Wegbewegen des Verschlußteils 35' von dem Ventilsitz 27' wird die Querschnittsfläche
der Ventilöffnung zwischen der unteren Stirnfläche der elastomeren Dichtung 39'
und dem Ventil 27' fast augenblicklich größer als die Querschnittsfläche der Drosselbohrung
0. Sobald sich das Verschlußteil 35' aus seiner geschlossenen Stellung herausbewegt,
wird daher das durch das Ventil 15' fließende Kältemittel einen maximalen oder gedrosselten
Strömungszustand durch die Zumessöffnung 0 ungeachtet des Hubes S' des Verschlußteils
35' erreichen. Durch das Vorsehen dieser Drosselbohrung wird demgemäß die Empfindlichkeit
des Kältemitteldurchsatzes in dem Ventil 15' bezüglich der Länge des Hubes S' des
Verschlußteils wesentlich verringert. Darüber hinaus ist ein Abschirmband SB vorgesehen,
um die magnetische Zugkraft, die auf das Verschlußteil 35' wirkt, und die Ruhe im
Betrieb bei Erregung der Magnetspule 53', wenn letztere mit Wechselstrom aus der
Steueranordnung 57 versorgt wird, zu verbessern.
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Gemäß der Erfindung ist die Steueranordnung 57 vorgesehen, die auf
einen oder mehrere Kälteanlagenparameter anspricht und den Betrieb des Ein/Aus-Magnetexpansionsventils
15 oder 15' steuert, um den Kältemitteldurchfluß durch die Kälteanlage 1 zu regeln.
Die Steueranordnung 57 hat eine Stromversorgung zum periodischen (wiederholten)
Erregen und Entregen des Ventils 15, wobei das Verhältnis der Erregungszeit (Offenzeit)
des Ventils zu der Entregungszeit (Schließzeit) des Ventils dem Kälteanlagenparameter
entspricht, der überwacht wird, um dadurch den Kältemitteldurchfluß in der Kälteanlage
so zu regeln, daß die Temperatur des Kältemittels, welches den Verdampfer 13 verläßt
( oder durch die Saugleitung 17 strömt) innerhalb eines vorbestimmten Überhitzungsbereiches
zu halten.
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Die Steueranordnung 57 arbeitet ständig und vergleicht den
Kälteanlagenparameter
, der überwacht wird, mit einem bekannten Wert. Beim Erkennen eines Fehlers zwischen
dem überwachten Parameter und dem Referenz- oder bekannten Wert wird das Ausgangsspannungssignal,
das an das Magnetventil 15 angelegt wird, entsprechend verändert, um dadurch den
Fehler zwischen dem Referenz- oder Sollwert der Anlage und dem überwachten Parameter
zu eliminieren. Es können zwar viele Systemparameter überwacht werden, wie beispielsweise
die Umgebungslufttemperatur oder die Temperatur des Schmiermittels in dem Schmiermittelsumpf
des Kompressors 3, ein bevorzugter Systemparameter ist jedoch die Uberhitzungstemperatur
des von dem Verdampfer abgegebenen Sauggases in der Saugleitung 17.
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Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild der Hauptfunktionsaspekte der gegenwärtig
bevorzugten Steueranordnung 57 nach der Erfindung. In Fig. 6 ist das elektrische
Schaltbild für dieses Blockschaltbild dargestellt. Die Werte für die Schaltungselemente
der Schaltungsanordnung nach Fig. 6 sind in den folgenden Tabellen angegeben.
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Widerstände Bezugszeichen Widerstand (Ohm ) R1, R25 4,02K R3 4,22K
R4 2,21K R5, R19 8,25K R6,R18 1,96K R7 1,62K R9 330K R10 100K Rll 43 R12 164,8K
R22, R23 6,19K R15, R44, R46 2,49K R16 1,5K R17 10K R26 24,9K R27, R29 49,9K R28
16,4K R30, R31, R32, R42 1K R33, R34 11K R38, R39 3,16K R41 280K R43 123K R13 2,2K
R14 6,02K R35, R37 10K R36 3,3K R47 100K R48 100 R49 1,5K R2, R8, R21 (Trimpot)
500 R20, R24, R40 (Trimpot) 1K R45 (Trimpot) 500 R50 430 R51 560 Kondensatoren Kapazität
Bezugszeichen (Mikrofarad) C1, C2 330 C3, C4 0,01 C7 0,33 C6, C8 0,1 C5 10
Dioden
Bezugszeichen Bezeichnung D1, D2, D3, D5, D6, D9 IN 4001 D7, D8 IN 4149 D4 (LED)
MN 5055 Transistoren Bezugs zeichen Bezeichnung 01, 02, Q3, 95, Q6 NPN 2N3904 Operationsverstärker
Bezugszeichen Bezeichnung U1, U2 CA 324 U3 CA 358 U4 NE 5553U Weitere Bauelemente
Bezugszeichen Beschreibung Bezeichnung VR1 Spannungsreferenz LM 336 BR1 Brücke VM
08 CR1 Triac T2322A
Anhand der obigen Beschreibung und der in den
Fig. 3 und 6 dargestellten Schaltbilder könnte der Fachmann die Steueranordnung
57 bauen und betreiben, weshalb eine ausführliche Beschreibung des Aufbaus und der
Arbeitsweise der Steueranordnung als unnötig weggelassen ist.
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Wie erwähnt wird das Ventil 15 oder das Ventil 15' periodisch erregt
und entregt. Der hier verwendete Begriff periodisch" soll bedeuten, daß die Steueranordnung
57 kontinuierlich arbeitet (zumindest während der Kompressor 3 in Betrieb ist),
daß sie aber in einer Serie von kontinuierlichen Perioden P gleicher oder konstanter
Zeit arbeitet, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Jede Periode P hat eine zeitliche
Länge, die beträchtlich kürzer ist als die normale Ansprechzeit (oder Zeitkonstante)
des Verdampfers.
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Beispielshalber sei angenommen, daß der Parameter, der gesteuert wird,
die Uberhitzungstemperatur ist. Wenn das Ventil öffnet, beginnt die Uberhitzungstemperatur
zu sinken.
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Die Ansprechzeit eines typischen Verdampfers ist so, daß, wenn das
Ventil voll offen bliebe, etwa 20 s erforderlich wären, damit ein nennenswerter
Uberhitzungstemperaturabfall stattfinden kann. Da das Ventil typisch für weniger
als 4 s offen ist, ist der Effekt eine relativ gleichmäßige Steuerung der Uberhitzungstemperatur.
Die thermische Masse oder andere Kenndaten des Verdampfers sind so, daß der Verdampfer
nicht so schnell anspricht, daß der gesteuerte Parameter jedem Impuls des Ventils
folgen kann.
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Die Steueranordnung 57 hat eine Triggerschaltung, die automatisch
das Ausgangssignal der Wechselstromquelle am Beginn jeder Periode einleitet und
wahlweise die Stromabgabe in einem Punkt jeder Periode P auf den überwachten Kälteanlaqenparameter
und die beim Vergleichen des Sollanlagenparameters mit dem gewählten Referenzwert
erzeugten Fehlersignale hin beendet oder unterbricht. Die Steueranordnung 57
verändert
das Verhältnis der Erregungszeit des Magnetventils 15 zur Entregungszeit des Magnetventils
während jeder Periode P auf das oben erwähnte Fehlersignal hin. Wenn das Fehlersignal
null ist (oder irgendeinen anderen vorgewählten Wert hat),wird das Spannungsausgangssignal,
das an das Magnetventil angelegt wird, zur Zeit null während jeder Periode P beendet
und das Magnetventil wird überhaupt nicht erregt. Das Ventil 15 bleibt daher geschlossen
und blockiert den Durchfluß sämtlichen Kältemittels in der Kälteanlage.
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Wenn das Fehlersignal einen anderen vorgewählten Wert erreicht oder
überschreitet, bleibt das Spannungsausgangssignal während der gesamten Periode P
angelegt, so daß das Magnetventil ständig offen bleibt und einen maximalen Kältemitteldurchfluß
in der Kälteanlage 1 gestattet. Durch proportionales Verändern der Erregungszeit
zur Entregungszeit während jeder Periode P zwischen der oberen und der unteren Fehlersignalgrenze
auf oben beschriebene Weise arbeitet das diskret ein- und ausschaltende Magnetventil
15 als ein stufenlos einstellbares, durchflußregelndes Kältemittelsteuerventil.
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Für einen Fall, in welchem die Uberhitzungstemperatur des Kältemittels
in der Saugleitung 17 als Anlagenparameter benutzt wird und die Uberhitzungstemperatur
auf einem vorbestimmten Wert (z.B. 4,4 OC oder 80F) gehalten werden soll, zeigt
Fig. 4, daß das Verhältnis der Ein- oder Erregungszeit des Magnetventils 15 etwa
gleich 0,7 ist, damit die gewünschte Uberhitzungstemperatur des Kältemittels aufrechterhalten
wird. In Fig. 5 ist gezeigt, daß das Verhältnis der Ein- oder Erregungszeit des
Ventils 15 im Verhältnis zu der gesamten Periode etwa 0,7 beträgt. Wenn beispielsweise
die Periode P etwa 4 s beträgt, wird die Ein- oder Erregungszeit des Magnetventils
15 ungefähr 2,8 s und die Aus- oder Entregungszeit des Ventils 1,2 s betragen.
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Wenn die durch die Steueranordnung 57 abgefühlte Oberhitzungstemperatur
über dem vorgewählten Wert der Uberhitzungstemperatur (z.B. 4,4 OC) ist, wird die
Steueranordnung 57 die Ein-Zeit des Ventils vergrößern. Wenn dagegen die abgefühlte
Uberhitzungstemperatur zu niedrig ist, verringert die Steueranordnung entsprechend
die Ein-Zeit, um dadurch die Uberhitzungstemperatur auf den gewünschten vorbestimmten
Wert zu bringen.
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Die Periode P ist, wie oben erwähnt, hinsichtlich der Zeitkonstanten
oder der Ansprechzeit der Kälteanlage 1 relativ klein. Die Steueranordnung 57 integriert
daher die Ein-Aus-Schritte des Magnetventils 15 zu einem im wesentlichen stationären
Betriebszustand. Wenn beispielsweise das Verhältnis der Ein-Zeit zu der Periode
gleich 0,5 ist, so würde das der Drosselung des Ventils auf eine Zwischenstellung
zwischen seiner geschlossenen und seiner voll offenen Stellung entsprechen, damit
etwa die Hälfte des Kältemitteldurchsatzes, der im voll offenen Zustand vorhanden
ist,hindurchgehen kann. Wenn das Verhältnis der Ein-Zeit zu der Periode P null ist,
ist das Ventil selbstverständlich geschlossen und der Durchfluß sämtlichen Kältemittels
ist blockiert, und, wenn das Verhältnis 1 beträgt, bleibt das Ventil für die gesamte
Periode offen, weshalb der maximale Kältemitteldurchsatz durch das Ventil hindurchgehen
kann.
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Die Schaltungsanordnung für die Steueranordnung 57 ist schematisch
in Fig. 6 gezeigt. Die in Fig. 6 gezeigte Schaltungsanordnung bildet nur eine Steuerschaltung
zum Betätigen des Ein/Aus-Magnetventils 15 gemäß der Erfindung, und es kann jede
Anzahl geeigneter Steuerschaltungen benutzt werden. Die oben beschriebene Steueranordnung
verändert das Verhältnis der Ventiloffenzeit zu der Gesamtperiode P proportional
zu dem überwachten Kälteanlagenparameter (z.B. der Temperaturdifferenz zwischen
dem Verdampfereinlaß und dem Verdampferauslaß
). Bei einer anderen
Art eines verwendbaren Reglers kann eine Tastspeichertechnik oder eine integrierende
Regelung benutzt werden. Bei diesem zweiten Regler wird der Steuerparameter auf
einer Augenblicksbasis abgetastet, und eine endliche Sprungänderung in dem Verhältnis
der Ein-Zeit zu der Periode P wird auf der Basis einer vorbestimmten Programmbeziehung
zwischen dem Augenblickswert und dem gesteuerten Parameter und der Sprungänderung
in dem Ein-Zeit/Periode-Verhältnis gemacht. Die Richtung (d.h. positiv oder negativ)
der Sprungänderung in dem Ein-Zeit/Periode-Verhältnis ist also eine Funktion des
Wertes des gesteuerten Parameters.
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Fig. 8 zeigt noch eine weitere Steueranordnung, die insgesamt mit
der Bezugszahl 57' bezeichnet ist und in der ein proportionales Ausgangssignal des
durch die Steueranordnung 57 erzeugten Typs mit einem sogenannten integrierenden
Regelsystem verknüpft wird. Das Steuersystem 57' kann daher als ein PI-Regelsystem
bezeichnet werden. Häufig wird ein integrierendes Regelsystem als ein Rücksetzautomatikregelsystem
bezeichnet. Im Betrieb einer Proportionalregelanordnung, wie sie in Fig. 6 gezeigt
ist, ist eine solche Anordnung vergleichsweise einfach zu entwerfen und herzustellen,
solche Proportionalregelanordnungen sind aber nicht sehr geeignet, wenn das durch
den gesteuerten Parameter (z.B. die Uberhitzungstemperatur) erzeugte Fehlersignal
auf oder in die Nähe von null reduziert werden muß, da das gesteuerte Element (z.B.
das Expansionsventil 15) nur durch das Fehlersignal gesteuert wird. In einer Proportionalregelanordnung
ist ein gewisser Fehlergrad gegenüber dem Sollwert normalerweise erforderlich, um
den Betrieb des Ventils zu steuern. Selbstverständlich können kleine Fehler erzielt
werden, indem die Verstärkung der Regelanordnung groß gemacht wird, das führt aber
üblicherweise zur Instabilität und zum unregelmäßigen Arbeiten der Regelanordnung.
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Andererseits arbeitet eine Integralregelanordnung, indem regelmäßige
Verstellungen der gesteuerten Elemente vorgenommen werden, solange irgendein Fehler
(d.h. eine Abweichung von dem Sollwert) in dem gesteuerten Parameter (z.B. der Uberhitzungstemperatur)
vorhanden ist. Beispielsweise wird bei der hier beschriebenen Kälteanlage die Uberhitzungstemperatur
(d.h. die Kältemitteltemperaturdifferenz zwischen dem Expansionsschlangeneinlaß,Ta,
und dem Expansionsschlangenauslaß, Tb) auf regelmäßiger Basis in gleichen Zeitintervallen
bestimmt. Wenn das Fehlersignal als positiv erkannt wird (d.h., wenn die Temperaturdifferenz
über dem Sollwert ist und so eine unzulängliche Kältemittelspeisung anzeigt), wird
die Periode des Expansionsventils 15 um einen kleinen Schritt vergrößert (vielleicht
1% der Gesamtperiode P). Nach dem nächsten Zeitintervall wird der Regelparameter
wieder abgetastet und, wenn der Fehler noch positiv ist, wird die Periode des Ventils
weiter vergrößert, beispielsweise um weitere 1%. Wenn dagegen ein negatives Fehlersignal
erkannt wird, wird die Länge der Periode,während der das Ventil 15 offen blieb,
in einem vorbestimmten Ausmaß verkleinert (z.
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B. 1%), und dieser Prozeß wird solange fortgesetzt wie ein negatives
Fehlersignal vorhanden ist. I-Regelanordnungen sprechen jedoch manchmal auf plötzliche
Ubergangsvorgänge in der Anlage langsam an. Der wahlweise verwendbare Regler nach
der Erfindung, der insgesamt mit 57' bezeichnet und ausführlich in Fig. 8 gezeigt
ist, ist eine Kombination aus einem P- und einem I-Regler. Auf diese Weise wird
das schnelle Ansprechen auf Ubergangsvorgänge eines P-Regelsystems mit der Fähigkeit
eines I-Regelsystems, den Fehler des geregelten Parameters (der Uberhitzungstemperatur)
auf null zu verringern, kombiniert. In der Regelanordnung 57' ist das öffnen des
Ventils 15 oder 15' (d.h. die Länge der Ein-Zeit der Periode P) die Summe aus einem
P-Beitrag oder
-Signal plus einem I-Beitrag oder -Signal.
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Gemäß der Darstellung in Fig. 8 sind die Eingänge der Regelanordnung
57' zwei Temperaturfühler Ta und Tb, welche die Temperaturen des Kältemittels an
dem Einlaß bzw. an dem Auslaß eines Verdampfers E messen. Ein dritter Parameter,
beispielsweise T5, welcher als Sollwert bezeichnet wird, ist der Ideal- oder Sollwert
der Temperatur des den Verdampfer verlassenden Kältemittels minus der Temperatur
des in den Verdampfer eintretenden Kältemittels (d.h. Tb T Ta) Die Regelanordnung
57' enthält weiter einen vierten Parameter, der als ein Integratorzählwert I bezeichnet
wird und numerisch gleich einem Wert der Öffnung des Ventils 15 oder 15' ist (d.h.
des Verhältnisses der Offenzeit zur Gesamtzeit der Periode P), und zwar ausgedrückt
in Prozent.
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Bei der ersten Versorgung der Regelanordnung 57' mit elektrischem
Strom ist der Integratorzählwert I auf einem gewissen Wert, um dadurch sicherzustellen,
daß das Ventil 15' am Anfang zumindest etwas geöffnet ist. Ein Anfangswert des Verhältnisses
der Offenzeit zur Gesamtzeit der Periode P von 20% wäre für den Integratorzählwert
I typisch. Ein Wert von 2,20C (40F) wird für den dritten Parameter T5 (d.h. den
Oberhitzungstemperatursollwert) angenommen.
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Der Wert des Integrators I wird durch den Regler 57' gemäß den folgenden
Beziehungen geändert. In einem ersten Fall, wenn Tb T Ta kleiner als2,20C (40F),
dem Wert der Solltemperatur T5, ist, dann subtrahiert die Regelanordnung einen Schritt
(z.B. 1%)von dem Integratorwert I in jedem Zeitintervall t. In einem zweiten Fall,
wenn Tb - Ta größer als der gewählte Sollwert T5 (z.B. 2,20C oder 40F) ist, addiert
die Regelanordnung 57' einen Schritt (z.B. 18) zu dem Integratorwert I in jedem
Zeitintervall t. In einem Kältemittelspeiseregelfall wird ein Zeitintervall für
den Wert von t typisch etwa 1 min betragen. Der P-Beitrag zur Ventilöffnung (d.h.
das Verhältnis von Offen- oder Erregungszeit
des Ventils 15 zur
Gesamtzeit der Periode P) ist gleich ([Tb - Ta] J T5) x G, wobei G der Verstärkungsfaktor
des P-Verstärkerteils der Regelanordnung 57' ist. Wenn die Temperaturen in der obigen
Gleichung in Grad Fahrenheit ausgedrückt werden und die Ventilöffnung als ein Prozentsatz
seines voll geöffneten Zustands ausgedrückt wird, dann beträgt der Zahlenwert der
Verstärkung G etwa 3 bei optimaler Regelung einer Kälteanlage. Wenn die P- und I-Komponenten
der Anordnung 57' verknüpft werden, dann ist die Ventilposition, ausgedrückt in
Prozent, als ein Verhältnis der Offen- oder Erregungszeit zu der Gesamtlänge der
Periode P durch folgenden Ausdruck gegeben: Offenzeit % = 1 + (LTb ( Ta) -Ts) x
G.
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Beispielshalber ist aus Fig. 9 zu erkennen, daß, wenn das System so
betrieben wird, daß die Istüberhitzungstemperatur etwa 2,20C (40F) beträgt, gilt:
(Tb T Ta) ~ T5 = 0.
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Daher ist das Signal, das durch den Proportionalteil der Anordnung
geliefert wird, null, aber der Prozentsatz der Offenzeit zu der Periode P des Ventils
15 bleibt etwa 17%.
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Das stellt den Integrationsteil der Regelanordnung dar und hält den
Uberhitzungstemperatursollwert von 2,20C (40F) aufrecht. Solange die Istüberhitzungstemperatur
etwa 2,20C (4dF) bleibt, wird der Integrator nicht betätigbar sein, und der Wert
von I bleibt konstant auf 17%. Wenn jedoch (Tb ~ Ta) ~ Ts größer als null wird,
beginnt der 1-Teil der Regelanordnung, einen Schritt zu dem Verhältnis der Ventilöffnungszeit
zu der Periode P zu addieren, und die Proportionalregelung wird wirksam, wodurch
der Kältemitteldurchfluß in dem Verdampfer vergrößert und die Überhitzungstemperatur
reduziert wird. Die Regelanordnung hat daher die Stabilität von 1Regler und die
schnelle Ansprechzeit von P-Reglern.
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Das Schaltbild der Regelanordnung 57' ist ausführlich in
Fig.
8 dargestellt, und die folgende Aufstellung der verwendeten Materialien wird den
Fachmann in die Lage versetzen, die Regelanordnung 57' herzustellen und zu benutzen.
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Widerstände Bezugszeichen Widerstände R1' 4,02K R3' 4,22K R5',R14',R66',R67'
1,5K R6', R58' 1,96K R7' 6,19K R9' ,R10' ,R23' 10,0K R11' 1162K R12' 8,25K R13'
1,58K R16' ,R70' 348,0K R17' 43 R18',Rl9',R20',R47',R52',R62' 100,OK R21' 9,1K R22'
3,33K R24',R72' 6,48K R25' 1,5K R26' 620 R27',R31',R71',R73',R74' 4,99K R29',R43'
9,09K R30' 1 178K R32' ,R33' 1 11K R34',R49',R50',R53',R55',R57',R63' 2,05K R35',R36'
21SR R37',R38' 4,42K R39',R40' 8,87K R41',R42' 1K R44',R45' 2,49K R46',R51' 619K
R48' 110,0K R54' 20,OK R56' 1,02K R61' 576 R64',R65' 2,05K R68' 3,48K R69' 649,0K
R4',R8',R15' (Trimpot) 500 R28' (Trimpot) 5K R60' (Trimpot) 1K Kondensatoren Bezugszeichen
Kapazität (Mikrofarad) C1,C2' 330 C3' 100 C4' ,C5' 0,22 C6' ,C7' ,Cl6' 0,1 C8' 10
C9' 0,68 C10',C11',C12',C14' 1 C13' 3,3 C15' 0,047 Cl7' 1
Operationsverstärker
Bezugs zeichen Bezeichnung Beschreibung U1',U2',U3',U4 ICCA324 Vierf.op.verst.
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U5' ICCA 358 Doppelop.verst.
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Weitere Bauelemente Bezugszeichen Bezeichnung Beschreibung U6' IC
CD4060 CMOS-Zähler U7',U8' IC DC4516 Binärer V/R-Zähler U9' DC DAC08 D/A U10' IC
CD4050 CMOS-Hex-Puffer Ull' NE 5554 F15VDC Regler Ql' ,Q2' ,Q3' 2N3906 PNP-Transistor
Q4' 2N6028 PUT Prog. Unijunctiontrans.
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Q5',Q6' 2N3904 NPN-Transistor Dl' ,D2' ,D3' ,D5' ,D6' ,D7' 1N4001
Gleichrichterdiode D4' UM336 LDl' ROT,LED 25V Ref Das Ventil 15 oder 15', dessen
ausführlicher Aufbau oben beschrieben ist, eignet sich besonders zur Verwendung
als ein kontinuierlich verstellbares Ein/Aus-Durchflußventil, das gemäß der Regelanordnung
und dem Regelverfahren nach der Erfindung benutzt wird, weil es eine lange Lebensdauer
hat, selbst wenn es auf oben beschriebene Weise wiederholt geöffnet und geschlossen
wird. Wegen der speziellen Merkmale des Ventils hinsichtlich des Verkleinerns des
Öffnungs- und Schließstoßes des beweglichen Verschlußteils 35 und wegen der relativ
großen Kontaktfläche des elastomeren Verschluß teils 39 auf dem Ventilsitz 27 hat
das Ventil eine lange Lebensdauer, und es ist wenig oder keine Wartung erforderlich.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung zum Steuern eines Expansionsventils
für eine Kälteanlage wird ein Ein/Aus-Magnetventil 15 der oben beschriebenen Art
und eine Regelanordnung 57 der oben beschriebenen Art benutzt. Das Verfahren nach
der Erfindung
beinhaltet das Überwachen eines Parameters der Kälteanlage,
beispielsweise der Uberhitzungstemperatur des Sauggases, welches zu dem Einlaß des
Kompressors 3 zurückgeleitet wird, oder der Temperaturdifferenz zwischen dem Einlaß
und dem Auslaß des Verdampfers. Diese Temperaturdifferenz wird häufig als eine akzeptable
Approximation der wahren Überhitzungstemperatur angesehen, insbesondere bei Kühlschlangen,
die einen niedrigen Temperaturabfall haben. Die Steueranordnung wird dann benutzt,
um auf diesen Kälteanlagenparameter hin ein Signal zu erzeugen, und dieses Signal
wird zum wiederholten periodischen Erregen und Entregen des Magnetventils benutzt,
wobei das Verhältnis der Erregungszeit zur Länge der Periode jedes Erregungszyklus
dem Signal entspricht, so daß der Kältemitteldurchfluß in der Kälteanlage geregelt
wird.
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Stattdessen wird bei einem anderen Verfahren zum Steuern des Ein/Aus-Magnetventils
15 oder 15', bei welchem eine Regelanordnung 57' benutzt wird, der I-Teil der Regelanordnung
verwendet, um die Überhitzungstemperatur des Kältemittels auf einem vorbestimmten
Sollwert T5 von beispielsweise 2,20C (40F) zu halten. Auf eine größere Belastung
des Verdampfers hin wird die Uberhitzungstemperatur des Kältemittels (Tb - Ta) ansteigen
und so die Größe (Tb - Ta) T T5 größer als null machen. Das wiederum bewirkt, daß
der P-Teil der Regelanordnung 57' zu dem 1-Teil der Regelanordnung hinzugefügt und
so das Verhältnis der Ein-Zeit/Periode P vergrößert und eine Vergrößerung des Kältemitteldurchflusses
bewirkt wird. Wenn die tatsächliche Uberhitzungstemperatur (Tb - Ta) kleiner als
null wird, wird der P-Teil der Regelanordnung 57' passiv bleiben, es wird aber ein
Inkrement von dem Integratorwert I entfernt und so das Verhältnis der Öffnungszeit
zu der Periode P und somit der Kältemitteldurchfluß verringert.
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In einigen Fällen kann es vorteilhaft sein, ein Ventil zu haben, das
offen ist, wenn die Magnetspule entregt ist, und das geschlossen ist, wenn die Magnetspule
erregt ist.
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