DE69217116T2 - Expansionsventil - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Expansionsventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Aus US-Re-A-23706; US-A-4819443 und US-A-4979372 bekannte Expansionsventile steuern die Strömungsrate eines einem Verdampfer zugeführten Kühlmediums mittels eines Ventilmechanismus, der über eine versetzbare Membranwand angetrieben wird, die eine Wand einer Temperaturfühl-Kammer bildet. Der Ventilmechanismus öffnet oder schließt einen Zuführdurchgang des Kühlmediums. Die Temperaturfühl-Kammer enthält wenigstens ein gesättigtes dampfförmiges Gas, das mit Druckänderungen auf Temperaturänderungen in dem aus dem Verdampfer abströmenden Kühlmedium reagiert. Die Temperaturfühl-Kammer ist entweder in dem Rücklaufdurchgang oder an einer außenliegenden Seite des Gehäuses des Expansionsventils angeordnet. Im Inneren der Temperaturfühl- Kammer hat die Membranoberfläche eine niedrigere Temperatur als die anderen begrenzenden Wände, so daß das gesättigte dampfförmige Gas zumindest teilweise kondensiert und sich auf der Oberfläche der Membrandwand verflüssigt. Abhängig von der Lage des Expansionsventils kann der verflüssigte Teil des gesättigten, dampfförmigen Gases andere und wärmere Wandbereiche in der Temperaturfühl-Kammer kontaktieren und dadurch beginnen, erneut zu verdampfen oder zu vergasen. Daraus resultiert ein rascher Druckanstieg in der Temperaturfühl-Kammer. Da der Druck des gesättigten, gasförmigen Gases an der Oberfläche der Membranwand aufgrund deren Temperatur niedriger ist als der Druck des gesättigten dampfförmigen Gases, kondensiert das Gas an der Oberfläche der Membranwand dann erneut. Daraus ergibt sich, daß der Druck in der Temperaturfühl-Kammer periodisch fluktuiert. Diese Fluktuationen führen zu entsprechenden Betätigungen des Ventilmechanismus. Als Konsequenz fluktuiert auch die Strömungsrate des Kühlmediums zum Verdampfer ununterbrochen. Dies ergibt einen instabilen Kühlzyklus in dem Kühlsystem. Weiterhin kann der Kühlzyklus auch permanent variieren, selbst wenn der Kühlungsbedarf unverändert bleibt, wenn nämlich die Lage des Expansionsventils in unkontrollierbarer Weise verändert wird, z.B. in einem sich bewegenden Fahrzeug.
• Weiterhin hängt die Ventilöffnungskurve eines Expansionsventils vollständig von den Eigenschaften der eingeschlossenen Füllung der Temperaturfühl-Kammer ab. Es ist schwierig, eine gewünschte, ideale Ventilöffnungskurve in solchen Fällen vorherzubestimmen, in denen die eingeschlossene Füllung nur ein gesättigtes dampfförmiges Gas ist, das identisch oder in seiner Art ähnlich dem zu steuernden Kühlmedium ist.
• Wenn weiterhin geringfügige Temperaturänderungen des vom Verdampfer zurückströmenden Kühlmediums auf die eingeschlossene Füllung in der Temperaturfühl-Kammer zu rasch übertragen werden, dann ergeben sich entsprechende Pulsationen für den Kühlmedium-Strom. Solche geringfügigen Anderungen in der Überhitzung des Kühlmediums verursachen ein direktes Öffnen und Schließen des Ventilmechanismus und führen zu einer instabilen Operation des Expansionsventils. Derartige zeitweilige Temperaturänderungen des Kühlmediums an der Abströmseite des Verdampfers treten unvermeidlich auch während des normalen Betriebs des Kühlsystems ein. Jedoch sollten derartige geringfügige und zeitweilig auftretende Temperaturänderungen den Betrieb des Expansionsventils nicht nennenswert beeinflussen.
• Bei einem aus GB-A-1379549 bekannten Expansionsventil ist in das Gehäuse des Expanionsventils eine Patrone eingesetzt, die den Ventilmechanismus für den Zuführkanal und als einen Kopfteil dieser Patrone die Temperaturfühl-Kammer aufweist. Ein Betätigungsstab des Ventilmechanismus durchsetzt eine Mittelbohrung einer Scheibe, die in dem oberen Ende der Patrone vorgesehen ist. Zwischen der Mittelbohrung und dem Stab wird ein relativ ungedrosselter ringförmiger Kanal definiert, der den Austausch von Temperatur und Druck zwischen dem Rücklaufkanal und der unteren Seite der Membran der Temperaturfühl-Kammer erlaubt.
• Bei einem aus FR-A-2535483 bekannten Expansionsventil erstreckt sich die Temperaturfühl-Kammer, die die temperatursensitive Fluidfüllung enthält, von der Außenseite des Gehäuses des Expansionsventils in eine innenliegende Kammer und in ein hohles Ventilbetätigungs-Rohr. Diese innenliegende Kammer ist gegenüber der Temperatur im Rücklaufkanal mittels der Wände des Betätigungsrohres abgeschirmt, das eine geringe thermische Leitfähigkeit besitzt. Die innenliegende Kammer befindet sich im Zentrum des Rücklaufkanals. Das in der innenliegenden Kammer enthaltene, temperatursensitive Fluid wird direkt dem Kühlmedium ausgesetzt und gelangt deshalb zwangsweise früher in seinen flussigen Zustand als das temperatursensitive Fluid im außenliegenden Teil der Temperaturfühl-Kammer, der der wärmeren Umgebungstemperatur ausgesetzt ist. Um zu verhindern, daß flüssiges Fluid aus der innenliegenden Kammer zum außenliegenden Teil der temperatursensitiven Kammer entweicht, sobald das Expansionsventil mit der Temperaturfühl-Kammer nach unten weisend montiert ist, ist zwischen der innenliegenden Kammer und dem verbleibenden Teil der Temperaturfühl-Kammer ein Drosselkanal vorgesehen.
• Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine instabile Operation des Ventilmechanismus zu vermeiden und eine stabile Operation des Expansionsventils zu erreichen. Mit einem Expansionsventil gemäß der Erfindung sollen auch die Einflüsse einer geneigten Ventillage und/oder einer Veränderung der Expanionsventillage und/oder periodisch auftretender Temperaturänderungen in dem zurücklaufenden Kühlmedium stromauf die Operation des Expansionsventils eliminiert oder zumindest in einem erheblichen Ausmaß minimiert werden.
• Diese Ziele werden erreicht mit einem Expansionsventil gemäß Anspruch 1.
• Die zum Adsorbieren eines verflüssigten Teils des gesättigten Dampf-Gases und zum Festhalten des verflüssigten Teils an der Membranwand vorgesehenen Adsorptionsmittel im Inneren der Temperaturfühl-Kammer verhindern, daß der verflüssigte Teil heißere Wandoberflächen kontaktiert, wenn die Lage des Expansionsventils oder eine Änderung der Lage des Expansionsventils normalerweise den verflüssigten Teil zu diesen heißeren Wandbereichen hin zwingen würden. Unabhängig von der jeweiligen Lage des Expansionsventils, in der dieses installiert ist, oder davon, wie dieses seine Lage während des Betriebs verändert, wird ein stabiler Kühlzyklus erreicht, der frei ist von Fluktuationen des Kühlmediumstroms. Eine optimale Ventilöffnungskurve zum Steuern der Zufuhr des Kühlmediums zum Verdampfer kann frei eingestellt werden.
• Ein optimaler Betrieb des Expansionsventils und stabile Kühlzyklen werden bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 2 erreicht. Dabei ist zusätzlich ein Mittel zum Verzögern des thermischen Transfers vorgesehen, zweckmäßigerweise in Form einer Strömungsdrossel, die die Temperaturfühl-Kammer vom Rücklaufkanal separiert, um den thermischen Transfer einer Temperaturänderung im Kühlmedium in dem Rücklaufkanal auf die eingeschlossene Füllung innerhalb der Temperaturfühl-Kammer zu verzögern. Beide, miteinander kombinierte Maßnahmen führen zu einem Betriebsverhalten des Expansionsventils, bei dem dieses durch Lageänderungen oder kritische Lagen des Expansionsventils genau so wenig beeinflußt wird, wie durch geringfügige Temperaturänderungen im Rückstrom des Kühlmediums. Auch kann die Ventilöffnungskurve des Expansionsventils ideal eingestellt werden.
• Eine weitere, bevorzugte Ausführungsform des Expansionsventils enthält eine eingeschlossene Füllung einer Mischung aus wenigstens einem gesättigten Dampf-Gas, das identisch oder in seiner Natur ähnlich dem in dem Kühlsystem zirkulierenden Kühlmedium ist, und aus einem Inert-Gas, oder aus einer Mischung mehrerer gesättigter Dampf-Gase und einem Inert-Gas. Dies gestattet es, die Operations-Charakteristika des Expansionsventils auf eine ideale Ventilöffnungskurve abzustimmen, die gewünscht wird für die Zufuhr des Kühlmediums zum Verdampfer. Durch die Verwendung spezieller Mischungen für die eingeschlossene Füllung läßt sich die Temperatur-Druck-Kurve zu sich selbst parallel verlagern, entlang welcher das Expansionsventil öffnet, da der vom Partialdruck des Inert-Gases erhaltene Druck zum Druck des gesättigten Dampf-Gases addiert wird. Die Ventilöffnungskurve des Expansionsventils oder dessen Temperatur-Druck-Kurve zeigt einen Gradienten, der im Vergleich mit dem Gradienten des gesättigten Dampf-Gases unverändert bleibt. Jedoch wird das Druckniveau innerhalb eines vorbestimmten Bereiches von Arbeitstemperaturen generell angehoben auf ein profundes Niveau, und zwar infolge des Einflusses des Inert-Gases. Um den vorerwähnten Kurvengradienten auf einen gewünschten einstellen zu können, ist es weiterhin bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung möglich, eine erhebliche Anzahl gesättigter Dampfgase mit unterschiedlichen Kurvengradienten in einer Mischung zu verwenden. Auch dann läßt sich das Druckniveau parallel zu einem gewünschten Niveau versetzen mit Hilfe eines der Mischung der mehreren gesättigten Dampf-Gase zugemischten Inert-Gases. Diese vorteilhaften Aspekte der Erfindung sind von besonderer Bedeutung für sogenannte lastgesteuerte Kompressoren, die in zunehmendem Maße in Kühlsystemen eingesetzt werden, insbesondere in Luftkonditioniersystemen von Automobilen (Klimaanlagen oder automatische Klimatisierungssysteme) . Ein lastgesteuerter Kompressor wird durch den Motor des Automobils angetrieben, dessen Drehzahl von der Belastungskondition abhängt. Der lastgesteuerte Kompressor arbeitet mit einer relativ hohen oder gesteigerten Ausgangsleistung bei niedriger Drehzahl und mit relativ niedriger oder verminderter Ausgangsleistung bei hoher Drehzahl. Im besonderen bei niedriger Drehzahl und hoher, abgenommener Ausgangsleistung kann ein derartiger Kompressor gegen Trockenlaufen der Schmierung durch das Kühlmedium bedürfen, das in dem Kühlsystem zirkuliert. Das Einstellen des Druckniveaus und des Kurvengradienten der Ventilöffnungskurve des Expanionsventils mit Hilfe der vorerwähnten Mischung wenigstens eines gesättigten Dampf-Gases und eines Inert-Gases, oder einer Vielzahl gesättigter Dampf-Gase und eines Inert-Gases, führt nicht nur unter kritischen Arbeitsbedingungen zu einem Defrost-Effekt am Verdampfer, sondern erbringt auch eine Schmierung des Kompressors, wenn dieser mit geringer Drehzahl eine hohe Ausgangsleistung abzugeben hat. Die Kombination der vorerwähnten Maßnahmen gemäß der Erfindung führt bei einem ideal einstellbaren Expansionsventils zu idealen und stabilen Kühlzyklen und zu einer idealen Anpassung an das Betriebsverhalten des Kompressors.
• Weitere, bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen enthalten.
• Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes werden nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
• Fig. 1 ein Kühlsystem mit einer ersten Ausführungsform eines Expansionsventils in einem Längsschnitt,
• Fig. 1' ein Kühlsystem in schematischer Darstellung mit einer zweiten Ausführungsform eines Expansionsventils im Längsschnit,
• Fig. 2 ein schematisches Diagramm zur Illustration verschiedener Temperatur-Druck-Kurven,
• Fig. 3 ein Diagramm zur Verdeutlichung weiterer Temperatur- Druck-Kurven, und
• Fig. 4 einen Längsschnitt einer dritten Ausführungsform eines Expansionsventils.
• In einem Kühlsystem gemäß Fig. 1 ist ein Kompressor 2 mit einem Kondensor 3 verbunden, der ein Kühlmedium einem Flüssigkeitsbehälter oder Trocknerbehälter 4 zuführt, der seinerseits über einen Hochdruck-Zuführkanal 13 in einem Gehäuse 11 eines Expansionsventils 10 mit dem Einlaß eines Verdampfers 1 verbunden ist. Der Auslaß des Verdampfers 1 ist über einen Niederdruck- Rücklaufkanal 12 in dem Gehäuse 11 mit der Einlaßseite des Kompressors 2 verbunden. Die Einlaßseite 12a des Rücklaufkanals 12 ist mit dem Auslaß des Verdampfers 1 verbunden. Die Auslaßseite 12b des Rücklaufkanals 12 ist mit dem Einlaß des Kompressors 2 verbunden. Die Einlaßseite 13a des Zuführkanals 13 ist mit dem Behälter 4 verbunden, während seine Auslaßseite 13b mit dem Einlaß des Verdampfers 1 verbunden ist. Die Kanäle 12 und 13 sind parallel zueinander innerhalb des Gehäuses 11 geformt. Eine zu beiden Kanälen senkrechte Bohrung 14 erstreckt sich durch das Gehäuse 11 und schneidet beide Kanäle. Die Gehäusebohrung 14 kommuniziert bei 14a mit der Außenumgebung und dient zum Montieren eienr Temperaturfühl-Kammer 30 im Auslaßbereich 14a der Gehäusebohrung 14.
• Im Inneren des Gehäuses 11 ist ein Ventilmechanismus 20 vorgesehen. Im Zuführkanal 13 ist im Verschneidungsbereich zwischen dem Zuführkanal 13 und der Gehäusebohrung 14 ein Ventilsitz 23 geformt. Dem Ventilsitz liegt in Schließrichtung ein Venzilschließelement 25, zweckmäßigerweise eine Stahlkugel gegenüber. Das Schließelement 25 wird durch eine Spiralfeder 24 beaufschlagt, und zusätzlich durch den Auslaßdruck des Behälters 4. Das Schließelement 25 ist auf einem Stützglied 26 gehalten. Die Spiralfeder 24 ist zwischen dem Stützglied 26 und einer Einstellschraube 27 eingesetzt, die das untere Ende der Gehäusebohrung 14 verschließt. Für Abdichtzwecke sind O-Ringe 21 und 22 vorgesehen.
• In der Gehäusebohrung 14 ist ein Schiebestab 28 axial gleitfähig installiert. Der Schiebestab 28 erstreckt sich zwischen der Temperaturfühl-Kammer 30 und dem Ventilsitz 23. Sobald das Schließelement 25 durch den Schiebestab 28 gegen die Kraft der Spiralfeder 24 und gegen den Auslaßdruck des Behälters 4 nach unten gedrückt wird, wird Hochdruck-Kühlmedium dem Einlaß des Verdampfers 1 zugeführt. Sobald das Schließelement 25 die Schiebekraft des Schiebestabes 28 überwindet oder wenn der Schiebestab 28 entsprechend nach oben bewegt wird, dann setzt sich das Ventilschließelement 25 auf den Ventilsitz 23 auf. Die Zufuhr des Kühlmediums zum Einlaß des Verdampfers wird unterbrochen.
• Die Temperaturfühl-Kammer ist an der Außenseite des Gehäuses 11 nahe dem Rücklaufkanal 12 angeordnet. Sie wird begrenzt durch eine äußere Kammerwand 31 aus einer dicken Metallplatte. Im Inneren der Kammer 30 ist eine bewegliche Membranwand 32 vorgesehen, die aus einer flexiblen, dünnen Metallplatte besteht, z.B. aus 0,1 mm dickem, rostfreiem Stahlblech. Die Kammerwand 31 ist mit einem Sitzkörper 33 verbunden, der in dem oberen, großen Auslaßbereich 14a der Gehäusebohrung 14 montiert ist. Die Kammerwand 31 und der Sitzkörper 33 sind entlang ihrer gemeinsamen Umfänge hermetisch miteinander verschweißt und schließen die Membranwand 32 hermetisch ein. Der Sitzkörper 33 ist mit einem zylindrischen Kragenabschnitt 33a und einem daran angeordneten Gewinde in den Auslaßbereich 14a der Gehäusebohrung 14 eingeschraubt. Ein O-Ring 36 dient zum Abdichten des Sitzkörpers 33. Im Inneren der Kammer 30, die durch die Kammerwand 31 und die obere Fläche der Membranwand 32 begrenzt ist, ist eine Füllung eines gesättigten Dampf-Gases eingeschlossen, die identisch oder in ihrer Natur ähnlich dem Kühlmedium ist, das in dem Kühlsystem zirkuliert. Auf der Oberfläche der Membranwand 32 im Inneren der Temperaturfühl-Kammer 30 ist ein Adsorptionsmittel 35 vorgesehen. Dieses Adsorptionsmittel 35 dient zum Adsorbieren eines flüssigen Teils des gesättigten Dampf-Gases, das im Inneren der Kammer 30 kondensiert oder verflüssigt ist.
• Das Adsorptionsmittel 35 ist beispielsweise ein poröses, synthetisches und hydrophiles Harz, das auf die Oberfläche der Membranwand 32 aufgebracht ist. Das Adsorptionsmittel 35 könnte aber auch flüssiges Glas sein, das auf die Oberfläche der Membranwand 32 aufgebracht und dann angebacken ist. Ferner könnte ein Filz oder könnten verschiedene Fasern oder dergleichen an der Oberfläche der Membranwand 32 befestigt sein und als das Adsorptionsmittel 35 dienen. Sogar eine anorganische Substanz mit einer porösen Oberfläche kann vorgesehen oder hinzugefügt sein zum Erzielen des Adsorbtionseffekts. Das Adsorptionsmittel 35 kann auf der gesamten Oberfläche der Membranwand 32 oder auch nur auf einem Teil dieser Oberfläche angeordnet sein.
• Der Schiebestab 28 besitzt einen vergrößerten Kopfteil 28a, dessen großer Querschnitt mit der unteren Oberfläche der Membranwand 32 zusammenarbeitet oder damit in Kontakt kommt. Der Kopfteil 28a greift verschiebbar in einen Kragenabschnitt 33a des Sitzkörpers 33 ein und verhindert einen direkten und ungedrosselten Strom des Kühlmediums aus dem Rücklaufkanal 12 zu der unteren Seite der Membranwand 32. Das Kühlmedium transferiert seine Temperatur hauptsächlich unter Vermittlung des Kopfteiles 28a und des Sitzkörpers 33 auf die Membranwand 32. Der Kopfteil 28 kann mit seinem unteren Halsabschnitt zweckmäßigerweise mit dem zylindrischen Kragenbereich 33a des Sitzkörpers 33 zusammenwirken als strömungsdrosselnde Mittel, die eine Barriere zum Verzögern des thermischen Transfers zwischen dem Rücklaufkanal 12 und der unteren Seite der Membranwand 32 formen. Der Kopfteil 28a wie auch der obere Teil des Schiebestabes 28 können aus einem Material mit niedriger thermischer Leitfähigkeit bestehen.
• Daraus resultiert, daß das im Rücklaufkanal 12 strömende Kühlmedium seine Temperatur und seine Temperaturänderungen auf die Membranwand 32 über den Schiebestab 28 und dessen Kopfteil 28a und über den Sitzkörper 33 überträgt.
• Wenn die Temperatur des Kühlmediums im Rücklaufkanal 12 fällt, dann wird auch die Temperatur der Membranwand 32 entsprechend abfallen. Das gesättigte Dampf-Gas in der Kammer 30 beginnt an der oberen innenliegenden Oberfläche der Membranwand 32 zu kondensieren. Der Druck in der Kammer 30 nimmt ab, so daß der Schiebestab 28 durch die Spiralfeder 24 und den Auslaßdruck des Behälters 4 nach oben bewegt wird. Zunächst nähert sich das Schließgleid 25 dem Ventilsitz 23, wodurch die Strömungsrate des Kühlmediums im Zuführkanal 13 reduziert wird. Das Kühlmedium strömt mit einer reduzierten Strömungsrate in den Verdampfer 1. Es kann sogar das Schließglied 25 den Ventilsitz 23 erreichen und den Strom unterbrechen.
• Die Adsorptionsmittel 35 adsorbieren den flüssigen Teil des gesättigten Dampf-Gases im Inneren der Kammer 30. Unabhängig von der Lage des Expansionsventils oder jeglicher Lageveränderung des Expansionsventils wird der kondensierte, flüssige Teil durch das Adsorptionsmittel 35 auf der innenliegenden Oberfläche der Membranwand 32 gehalten, so daß er nicht mit der Kammerwand 31 in Kontakt kommen kann.
• Unter Ansprechen auf eine Temperatursteigerung des Kühlmediums im Rücklaufkanal 12 wird auch die Temperatur der Membranwand 32 entsprechend steigen, jedoch zweckmäßigerweise mit einer nennenswerten Verzögerung. Die verflüssigten und durch das Adsorptionsmittel 35 festgehaltenen Teile beginnen erneut zu vergasen. Der Innendruck in der Kammer 30 nimmt zu. Dadurch wird die Membranwand 32 verlagert, bis der Schiebestab 28 das Schließglied 25 erneut vorn Ventilsitz 23 separiert. Die Strömungsrate des Kühlmediums zum Verdampfer 1 nimmt zu.
• Die in der Kammer 30 eingeschlossene Füllung enthält eine Mischung aus gesättigten Dampfgasen von Kühlmedien der Typen R-12 und R-114 in einem Verhältnis von zweckmäßigerweise 2:3. Zusätzlich enthält diese Mischung ein Inert-Gas wie Stickstoffgas. Ein Vermischen von R-12 und R-114 mit einem Verhältnis von 2:3 optimiert den Gradienten der Temperatur-Druck-Kurve (3)-1 in Fig. 2. Mit einem in dieser Mischung enthaltenen inerten Stickstoffgas wird die Kurve zu sich selbst parallel auf ein höheres Druckniveau verlagert, wie dies durch die Kurve (3)-2 gezeigt ist. Unter Berücksichtigung der Kraft der Spiralfeder 24 und des Auslaßdruckes des Behälters 4 sind die resultierenden Ventilöffnungskurven (3)-3 für das Expansionsventil wie gewünscht optimiert, da die Ventilöffnungskurve zu sich selbst parallel auf ein etwas geringeres Druckniveau als das der Kurve (3)-2 bewegt wird. Die Kurve (1)-1 repräsentiert eine Druckkurve eines gesättigten Dampf-Gases, wie es als Kühlmedium in dem Kühlsystem verwendet wird, z.B R-12, R-134a, etc. Die Kurve (1)-2 repräsentiert die Operations-Charakteristika des Ventils (Öffnungs- und Schließcharakteristika), die die kombinierten Charakteristika der Kurve (1)-1 und der Kraft der Spiralfeder 24 zum Einstellen der Überhitzung erkennen läßt. Die Kurve (1)- 2 ist zu sich selbst parallel und im Vergleich zur Kurve (1)-1 abgesenkt. Die Kurve (2) repräsentiert das Temperaturfühlgas, das zu verwenden ist, sofern eine Charakteristik niedriger als die von R-12, R-114, RC-318 oder einer Mischung dieser Kühlmedien benötigt wird. Diese Kurve repräsentiert beispielsweise die gesättigte Dampfdruck-Kurve für R-11.
• Durch Auswahl eines bestimmten Mischungsverhältnisses von sogar zwei oder mehreren gesättigten Dampf-Gasen kann ein Kurvengradient eingestellt werden. Ferner kann innerhalb eines vorbestimmten Bereiches von Arbeitstemperaturen ein Druckniveau frei eingestellt werden durch Auswahl des Mischungsanteils des Inert-Gases. Auf diese Weise kann die idealste Ventilöffnungskurve erreicht werden.
• Fig. 3 verdeutlicht weitere Temperatur-Druck-Kurven, die erreicht werden können durch Verändern der Mischungsverhältnisse oder durch Verwendung eines Kühlmediums des Typs RC-318. Die Kurven (4), (5), (6) und (7) lassen sich erreichen durch Verändern des Mischungsverhältnisses zwischen R-12 und R-114 zwischen 4:1, 3:2, 2:3 und 1:4. Zusätzlich gehört die Kurve (8) zum Kühlmedium RC-318, das ein Kühlmedium ist, welches sich als das gesättigte Dampf-Gas für die eingeschlosses Füllung in der Kammer 30 einsetzen läßt.
• Der Kurvengradient von RC-318 liegt zwischen den Kurvengradienten von R-12 und R-114. Wenn der Gradient von RC-318 ausreichend ist für das gewünschte Betriebsverhalten, dann kann auch nur RC-318 als das gesättigte Dampf-Gas verwendet werden, das nur mit einem Inert-Gas gemischt ist, um das Druckniveau zu korrigieren.
• In der Ausführungsform gemäß Fig. 1' des Expansionsventils 10 sind identische Komponenten mit denselben Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1. Der Einfachheit halber werden nur die Unterschiede zwischen den Ausführungsformen der Fig. 1' und 1 beschrieben. Der Schiebestab 28 besteht aus einem Material mit erheblich geringer thermischer Leitfähigkeit, die beispielsweise geringer ist als die von Aluminium. Zweckmäßigerweise besteht der Schiebestab 28 aus rostfreiem Stahl. Sein Durchmesser ist minimiert, um die kleinst mögiche Querschnittsfläche zu erreichen und trotzdem die erforderliche mechanische Festigkeit sicherzustellen, die zum Übertragen der Kräfte zwischen der Membranwand 32 und dem Schließglied 25 gebraucht wird. Die Temperatur und Temperaturänderungen des Kühlmediums im Rücklaufkanal 12 werden auf die Membranwand 32 über den Schiebestab 28 nur in begrenzter oder beschränkter Weise übertragen. An Stelle eines massiven Schiebestabs 28 kann ein Rohr verwendet werden, um die Querschnittsfläche für den thermischen Transfer weiter zu reduzieren. Ein O-Ring 16 ist in einem aufgeweiteten Abschnitt der Gehäusebohrung 24 benachbart zur unteren Seite des Rücklaufkanals 12 eingesetzt und dient dazu, die Kanäle 12 und 13 gegeneinander abzudichten. Der O-Ring 16 dient zusätzlich zum Dämpfen oder Verzögern der Längsbewegung des Schiebestabs 28. Zu diesem Zweck beaufschlagt eine kleine Spiralfeder 18 über einen Ring 17 den O-Ring 16. Die Spiralfeder 18 ist durch einen Ring 19 abgestützt, der aus Federmaterial hergestellt ist und in das Gehäuse 11 eingeklebt oder eingeschweißt ist. Der O- Ring 16 erzeugt somit eine radiale Belastung für den Schiebestab 28, um dessen Längsbewegungen durch Reibung zu dämpfen.
• Ein Verschlußstopfen 34 verschließt wie in Fig. 1 eine Öffnung in der Kammerwand 31, die verwendet wird, um die Füllung in die Kammer 30 einzubringen.
• Der Kopfteil 28a des Schiebestabes 28 ist eine relativ dünne, tellerförmige Platte, deren Außendurchmesser größer ist als der Innendurchmesser eines Kragenbereichs 33a des Sitzkörpers 33.
• Zum Verzögern des thermischen Transfers vorn Rücklaufkanal 12 zur unteren Seite der Membranwand 32 ist ein Zwischenstopfen 38 vorgesehen. Der Zwischenstopfen 38 kann aus einem Material bestehen, das niedrige thermische Leitfähigkeit hat, z.B. Gummi- oder Kunststoffmaterial. Der Zwischenstopfen 38 drosselt zusätzlich die Strömung des Kühlmediums vom Rücklaufkanal 12 zur unteren Seite der Membranwand 32. Er kann auch aus einem porösen Material bestehen, das gasdurchlässig ist.
• Der Schiebestab 28 durchsetzt verschiebbar das Zentrum des Zwischenstopfens 38 in einer Bohrung 39, die einen engen zentralen und ringförmigen Strömungsspalt definiert. Zusätzlich können auch mehrere Bohrungen 40 in dem Zwischenstopfen 38 vorgesehen sein. Der Zwischenstopfen 38 kann in seiner Lage durch den Sitzkörper 33 positioniert sein. Es ist aber auch möglich, den Zwischenstopfen am Sitzkörper 33 anzukleben oder in den großen Auslaßbereich 14a der Gehäusebohrung 14 einzukleben.
• Normalerweise würde eine Veränderung der Temperatur des Kühlmediums im Rücklaufkanal 12 auf die Membranwand 32 innerhalb einer Sekunde oder innerhalb von 2 Sekunden übertragen werden, sofern nicht der Zwischenstopfen 38 oder andere Verzögerungsmittel für den thermischen Transfer oder/und Strömungsdrosselmittel vorgesehen werden. Der Zwischenstopfen 38 verzögert jedoch den thermischen Transfer bis auf mehrere zehn Sekunden. Die Anzahl oder Größe der Bohrungen 39 und 40 kann gewählt werden, um eine Abstimmung auf das gewünschte Betriebsverhalten des Expansionsventils vorzunehmen. Zusätzlich kann der Zwischenstopfen 38 aus einem Material bestehen, das den Durchtritt von Luft oder Gas ermöglicht, d.h. aus einem porösen Material. Durch die Verwendung des Zwischenstopfens 38 ergibt sich, daß sich die Membranwand 32 mit einer sehr langsamen Ansprechgeschwindigkeit bewegt, sobald geringfügige Temperaturänderungen im Kühlmedium im Rücklaufkanal auftreten, was verhindert, daß der Ventilmechanismus auf solche geringfügigen Temperaturänderungen anspricht.
• Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 4 ist ein thermisch isolierender Stopfen 48 in Form eines dicken Rings entweder an dem Schiebestab 28 oder dessen Kopfteil 28a befestigt. Wenn überhaupt ein Spalt zwischen dem Stopfen 48 und dem Schiebestab 28 vorliegt, dann hat dieser eine sehr enge radiale Dimension. Zwischen dem äußeren Umfang des Stopfens 48 und dem zylindrischen Kragenbereich des Sitzkörpers 33 sind einzelne Strömungspassagen oder ein sich in Umfangsrichtung erstreckender, enger Verlangsamungsspalt definiert. Der Zwischenstopfen 38 und Fig. 1' wie auch der Stopfen 48 von Fig. 4 können aus einem Material bestehen, das porös oder schwammartig ist und es zumindest vergastem Kühlmedium gestattet, durchzudringen. Weiterhin kann der Stopfen 38, 48 strukturell in den Kopfteil 28a integriert sein und mit diesem ein einstückiges Strukturglied bilden, zweckmäßigerweise aus einem Material mit niedriger thermischer Leitfähigkeit. Zusätzlich könnte auch die Membranwand 32 aus einem Material mit geringer thermischer Leitfähigkeit bestehen.

Claims (19)

1. Expansionsventil (10) zum Steuern der Strömungsrate eines einem Verdampfer (1) eines Kühlsystems zugeführten Kühlmediums, mit einem Gehäuse (11) und einer Temperaturfühl-Kammer (30), die zum Abtasten des vom Verdampfer rückströmenden Kühlmediums angeordnet ist und eine eingeschlossene Füllung wenigstens eines gesättigten Dampf-Gases sowie eine bewegliche Membranwand (32) aufweist, die im Inneren der Temperaturfühl-Kammer (30) eine Oberfläche besitzt, wobei die eingeschlossene Füllung zum Umwandeln einer abgetasteten Temperaturänderung in eine Druckänderung auf Druckänderungen in der Temperaturfühl-Kammer mit Versetzbewegungen anspricht;

und mit einem in einem Kühlmedium-Zuführkanal (13) des Gehäuses (11) angeordneten Ventilmechanismus (20), der zum Öffnen und Schließen des Zuführkanals betätigbar ist durch die Versetzbewegungen der Membranwand (32) der Temperaturfühl-Kammer;

dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren der Temperaturfühl- Kammer (30) ein Adsorptionsmittel (35) vorgesehen ist zum Adsorbieren eines verflüssigten Teils des gesättigten Dampf- Gases, der auf der Oberfläche der Membranwand (32) kondensiert und verflüssigt ist, und um den verflüssigten Teil auf dieser Oberfläche der Membranwand (32) im Inneren der Temperaturfühl- Kammer (30) zu halten.

2. Expansionsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (11) ein Niederdruck-Rücklaufkanal (12) vorgesehen ist, und daß die Temperaturfühl-Kammer (30) durch Verzögerungsmittel für einen Temperaturtransfer von dem Rücklaufkanal (12) separiert ist, das zwischen dem Rücklaufkanal (12) und der Temperaturfühl-Kammer (30) angeordnet ist zum Verzögern des thermischen Transfers einer Temperaturänderung von dem Kühlmedium im Rücklaufkanal (12) zur eingeschlossenen Füllung innerhalb der Temperaturfühl-Kammer (30).

3. Expansionsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranwand (32) eine flexible, dünne Platte ist, zweckmäßigerweise aus rostfreiem Stahl mit einer Dicke von ca. 0,1 mm.

4. Expansionsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorptionsmittel (35) an der Oberfläche der Membranwand fixiert ist.

5. Expansionsventil nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorptionsmittel (35) die Oberfläche der Membrandwand entweder zumindest teilweise oder total bedeckt.

6. Expansionsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorptionsmittel (35) aus einem porösen, synthetischen, hydrophilen Harz besteht, das auf die Oberfläche der Membranwand aufgebracht ist.

7. Expansionsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorptionsmittel (35) flüssiges Glas ist, das auf der Oberfläche der Membrandwand angebacken ist.

8. Expansionsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorptionsmittel (35) ein Filz oder eine Vielzahl von Fasern ist.

9. Expansionsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine anorganische Substanz mit einer porösen Oberfläche in der Kammer (30) zum Erzielen eines Adsorbtionseffektes hinzugefügt ist.

10. Expansionsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eingeschlossene Füllung eine Mischung aus einem Inert-Gas und wenigstens einem gesättigten Dampf-Gas ist, das identisch oder in seiner Natur ähnlich dem Kühlmedium ist.

11. Expansionsventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine gesättigte Dampf-Gas ein Kühlmedium des Typs R-12, R-114 oder RC-318 ist.

12. Expansionsventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die eingeschlossene Füllung eine Mischung aus einer Vielzahl gesättigter Dampf-Gase wie Kühlmedien der Typen R-12, R- 114, RC-318 und eines inerten oder inaktiven Gases, zweckmäßigerweise Stickstoffgas, Argon- und/oder Helium oder einer Mischung aus Stickstoffgas und/oder Argon und/oder Helium ist.

13. Expansionsventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die gesättigten Dampf-Gase der Kühlmedien R-12 und R-114 mit einem Verhältnis zwischen 4:1 und 1:4, zweckmäßigerweise mit einem Verhältnis von etwa 2:3, gemischt sind.

14. Expansionsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Verzögern des thermischen Transfers aus einem Material mit niedriger thermischer Leitfähigkeit besteht.

15. Expansionsventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Verzögern des thermischen Transfers eine Strömungsdrossel (28a) oder ein Zwischenstopfen (38,48) aus Gummi oder Kunststoff oder porösem Material ist.

16. Expansionsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen der Temperaturfühl-Kammer (30) und dem Kühlmedium-Zuführkanal ein Schiebestab (28) aus einem Material mit geringer thermischer Leitfähigkeit, vorzugsweise aus Stahl, erstreckt, der zumindest über seine Ausdehnung zwischen dem Rücklaufkanal (12) und der Temperaturfühl-Kammer (30) einen minimalen Querschnitt besitzt, oder vorzugsweise, als Rohr ausgebildet ist.

17. Expansionsventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturfühl-Kammer (30) von einem Sitzkörper (33) abgestützt ist, der an einem außenliegenden Ende des Gehäuses (11) nahe dem Rücklaufkanal (12) lösbar fixiert ist, daß der Sitzkörper (33) in einer Gehäusebohrung (14,14a) fixiert ist, die den Rücklaufkanal (12) schneidet, und daß der Zwischenstopfen (38,48) im Inneren des Sitzkörpers und der Gehäusebohrung vorgesehen ist.

18. Expansionsventil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenstopfen (48) mit einer kleineren Außendimension als der Innendurchmesser des Sitzkörpers (33) ausgebildet ist, so daß der Zwischenstopfen (48) wenigstens einen gedrosselten Strömungsspalt zwischen dem Sitzkörper (33) und dem Umfang des Zwischenstopfens definiert.

19. Expansionsventil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenstopfen (38) im Sitzkörper (33) und/oder in der Gehäusebohrung (14,14a) fixiert ist und von wenigstens einer klein dimensionierten Schiebebohrung (39) durchsetzt wird, die sich vom Rücklaufkanal (12) in Richtung zur unteren Seite der Membranwand (32) der Temperaturfühl-Kammer (30) erstreckt, daß sich der Schiebestab (28) durch die Schiebebohrung (39) zur unteren Seite der Membranwand (32) erstreckt, und daß der Innendurchmesser der Schiebebohrung (39) geringfugig größer als der Außendurchmesser des Schiebestabes (28) ist, so daß ein gedrosselter Strömungskanal zwischen dem Schiebestab (28) und dem Zwischenstopfen (38) definiert wird.