DE4115693A1

DE4115693A1 - Verfahren und vorrichtung zur automatisch gesteuerten leistungsanpassung von expansionsventilen, insbesondere in kaelteanlagen

Info

Publication number: DE4115693A1
Application number: DE4115693A
Authority: DE
Inventors: Erich Bauknecht
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-05-14
Filing date: 1991-05-14
Publication date: 1992-11-19

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf eine Vor richtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

In Kälteanlagen sowie Wärmepumpenanlagen werden über wiegend thermostatisch oder anderweitig automatisch arbeitende Expansionsventile zur Steuerung der Ver dampfer in großen Stückzahlen eingesetzt. Diese Ex pansionsventile haben dabei die Aufgabe, die Verdampfer in Kälte- und Wärmepumpenanlagen mit genau derjenigen Menge von flüssigem Kältemittel zu beschicken; die aufgrund der Wärmeaufnahme des Verdampfersystems aus dem Kühlraum benötigt wird.

Kommt zu viel flüssiges Kältemittel in den Verdampfer, gelangt dieses durch die Saugleitung in den Kompres sor. Die Folge davon ist dann ein starkes Vereisen des Kompressors sowie Kältemittelanreicherung des Öls und dadurch Mangelschmierung; außerdem tritt ein starker Leistungsverlust von mehr als 50% auf. Als Langzeit schäden sind außerdem Ventilplattenbruch durch Flüssig keitsschläge die Folge.

Kommt hingegen zu wenig flüssiges Kältemittel in den Verdampfer, sinkt der Verdampferdruck "Po" ab. Gleichzeitig steigt die Saugüberhitzung "toü" sowie die Druckgasüberhitzung "tkü" stark an. Die Folge davon sind ein starker Leistungsverlust von mehr als 30 % und stark ansteigende Temperaturen des Kompressors sowie des Öls und damit Mangelschmierung. Die dadurch unweigerlich auftretenden Langzeitschäden sind u. a. Ölzersetzung und Ölverkokung durch Ansteigen der Druck gasendtemperatur auf 140 bis 180°C, Lagerschäden, sowie Kolbenfresser infolge überhöhter Triebwerks temperatur.

Insbesondere bei Halb- und Vollhermetikkompressoren brennt außerdem noch der Antriebsmotor durch, da das überhitzte Sauggas die Motorkühlung nur noch mangel haft übernehmen kann.

Die bisherigen Ausführungen machen deutlich, wie wich tig eine exakte Anpassung der Expansionsventile an die Betriebsbedingungen einer Kälte- oder Wärmepumpenan lage, durch exaktes Einstellen der Sauggasüberhitzung "toü" durch den Kältemonteur ist.

Diese Arbeit ist insbesondere bei Verbundanlagen, bei denen u. U. mehr als 30 Expansionsventile parallel ge schaltet sind sehr zeitaufwendig, so daß sehr schwer zu erkennen ist, bei welchem der jeweiligen Ventile die Einstellung vorgenommen werden muß.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht des halb vor allem darin, geeignete Mittel und Maßnahmen zu treffen, die in einfacher Weise eine gewünschte Veränderung des Druckes "P3" der Regulierfelder erbringen, ohne daß die Kälteanlage abgeschaltet und ohne daß das Verdampfergehäuse aufgeschraubt werden muß, so daß durch Veränderung einer Regelgröße vom Schaltschrank aus, der Druck "P3" der Regulierfe der auf jeden gewünschten Druck gebracht werden kann. Außerdem muß die Erfindung auch zum Nachrüsten bereits bestehender Anlagen bestens geeignet sein. Gelöst wird diese Aufgabe dabei durch die in den Pa tentansprüchen angegebenen, verfahrensmäßigen und baulichen Merkmalen.

Die Zeichnung zeigt eine rein schematische Darstellung von Verfahren und Anlagenaufbau, die im folgenden noch näher erläutert werden, wobei Bild 1 als Stand der Tech nik zeigt, wie es bisher üblich war.

Das Flüssigkeits-Dampfgemisch des Kältemittels tritt bei "A" in den Verdampfer ein und soll bei bei "E" voll ständig verdampft sein. Zwischen "E" und der Fühler anbringstelle "F" wird der Kältemitteldampf überhitzt, also über seine Sättigungstemperatur hinaus erwärmt, (Erhöhung der Temperatur bei konstantem Druck). Die se Überhitzung mindert zwar die Verdampferleistung, ist jedoch für ein stabiles Arbeiten des Expansions ventils notwendig.

Durch Verstellen der Stellschraube von Hand wird der Druck "P3" der Regulierfeder festgelegt, und somit bestimmt, bei welcher Differenz zwischen Fühler- und Verdampfungstemperatur das Expansionsventil gerade zu öffnen beginnt. Da dabei die Kälteanlage abgeschaltet und das Verdampfergehäuse geöffnet werden muß, ist ein erheblicher Zeitaufwand notwendig, bis die Kältean lage wieder im angestrebten Beharrungszustand ar beitet.

Die erfindungsgemäße automatische Verstellung der Re gulierfeder und damit des Druckes "P3" der Regulier feder wird gemäß Bild 2 in überzeugender Weise verfah rensmäßig wie dargestellt dadurch erreicht, daß ein mit Flüssiggas gefüllter Regelzylinder "G" unterhalb der Regulierfeder, auf das Gehäuse des Expansionsventils aufgeschraubt wird. Ein zweiter, mit demselben Flüssiggas gefüllter Hohlzylinder "H", wird an der Saugleitung am Verdampferausgang befestigt. Dieser Hohlzylinder "H" ist mittels eines Kapillarrohrs mit dem Regelzylin der "G" verbunden; in dem Hohlzylinder "H" ist eine Heizpatrone "J" integriert. Eine elektronische Regel einheit "K", die am Schaltschrank installiert wird, regelt über einen Temperaturfühler "L" die Tempera tur des Hohlzylinders "H".

Wird die Temperatur im Hohlzylinder "H" erhöht, steigt der Druck "P4". Er wird über das Kapillarrohr auf den Regelzylinder "G" übertragen, und schiebt den Kolben "M" gegen die Regulierfeder und erhöht dadurch den Druck "P3". Das Expansionsventil beginnt da durch früher zu schließen. Die normale Regelbewegung des Expansionsventils über dem Fühler "F" wird dadurch nicht beeinflußt. Die Rückholfeder "N" drückt den Kolben bei absinkender Temperatur des Hohlzylinders "H" wieder zurück und das Expansionsventil öffnet da durch früher.

Bezugszeichenangaben

to Verdampfungstemperatur
Po Verdampferdruck
toü Sauggasüberhitzung
tk Kondensationstemperatur
tkü Druckgasüberhitzung (nur am Kompressor meßbar)
Pk Kondensatordruck
P1 Fühlerdruck
P3 Druckäquivalent der Regulierfeder
tl Fühlertemperatur
P4 Druck im Hohlzylinder "H"
A Verdampferanfang
E Ende der Verdampfung
F Fühler
E-F Überhitzungsstrecke
G Regelzylinder
H Hohlzyliner
J Heizpatrone
K elektronische Regeleinheit
L Temperaturfühler
M Kolben im Regelzylinder
N Rückholfeder

Claims

1. Verfahren zur selbsttätigen Leistungsanpassung von thermostatisch und/oder ähnlich von einem Schalt schrank aus gesteuerten Expansionsventilen und Leistungsreglern, insbesondere in Kälteanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Druckes (P3) der jewei ligen Regulierfeder nicht mehr manuell von Hand mittels einer Stellschraube o. dgl. sondern selbsttätig erfolgt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Druckes (P3) der Regu lierfeder von jeder beliebigen Stelle, vorzugs weise vom Schaltschrank aus erfolgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstellung des Druckes (P3) der Re gulierfeder ein Regelzylinder (G) mit Kolben (M) dient.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erreichen des Druckes (P3 und P4) ein mit Flüssiggas gefüllter und am Verdampferaus gang befestigter Hohlzylinder (H) dient.

5. Vorrichtung nach Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Hohlzylinder (H) eine die erforderliche Temperatur zur Druckerhöhung (P4) im Hohl körper bereitstellende Heizung integriert ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine an beliebiger Stelle, vorzugsweise im Schaltschrank montierte elektronische Regeleinheit (K) die Temperatur des Hohlzylinders (H) in beliebiger Höhe konstant hält.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6. dadurch gekennzeichnet, daß der Regelzylinder (G) und der Hohlzylinder (H) in jede vorhandene Kälteanlage nachträglich einbaubar ist.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erreichen der gewünschten Endtemperatur im Hohlzylinder (H) das Expansionsventil dicht und dauerhaft schließt und dadurch ein Magnetventil zur Steuerung des Verdampfers zuverlässig ersetzt.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Sauggases am Verdampferaus gang mit Hilfe des LCD-Displays der Regeleinheit (K) sichtbar gemacht ist und somit vornehmlich in Verbundanlagen sofort erkennbar wird, welches Ex pansionsventil nachgeregelt werden muß.