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Regelung einer Kompressionskältemaschine Die Erfindung bezieht sich
auf ein Verfahren zur Steuerung einer Kältemaschine mit Hilfe eines in die Gassaugleitung
eingebauten Regelventils, bei dem das Kältemittel durch einen Kompressor über einen
Kondensator in den Verdampfer gedrückt und aus ihm gesaugt wird.
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Bei den bekannten Einrichtungen erfolgt die Steuerung des Regelventils
entweder in Abhängigkeit von der Temperatur des vom Verdampfer gekühlten Mittels
oder aber in Abhängigkeit vom Druck und von der Temperatur des aus dem Verdampfer
strömenden Kältemittels.
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Bei den bekannten Vorschlägen ist es nicht möglich, die Steuerung
der Kältemaschine den Änderungen der durch den Verdampfer abzuführenden Wärmemenge
anzupassen und die Temperatur des zu kühlenden Mittels in engen Grenzen aufrechtzuerhalten.
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Ein Verfahren, welches das Regelventil nur in Abhängigkeit von der
Temperatur des gekühlten Mittels regelt, öffnet dieses-Ventil unabhängig von der
an der Verdampferschlange vorbeigeführten Wärmemenge. Strömt beispielsweise ein
Mittel mit geringer Geschwindigkeit am Thermostat vorbei, so wird das Ventil genau
so weit geöffnet, als wenn ein Mittel mit großer Geschwindigkeit vorbeiströmt, wenn
nur die Temperatur in beiden Fällen die gleiche ist. Im letzteren Falle wird, da
eine größere Wärmemenge an den Verdampfer abgegeben wird, der Druck und mit ihm
die Temperatur im Verdampfer allmählich steigen, so daß auch die Kühlwirkung bei
dieser bekannten Einrichtung immer
mehr abnimmt. Öffnet sich nun,
nachdem die Temperatur des Mittels an sich schon zu hoch geworden ist, das Ventil
nach einer bestimmten Verzögerung, so kommt das erwünschte Absinken der Verdampfertemperatur
nicht sofort zustande, weil der Verdampferdruck zunächst noch zu hoch ist. Dieses
bekannte Verfahren ist daher für Kälte-
| , maschinen, bei denen ein rascher Wechsel ` ' |
| der auf den Verdampfen wirkgnden Wärrrt@ |
menge erfolgt, nicht brauchbar.
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Auch das zweite bekannte Verfahren, bei dem das Regelventil in Abhängigkeit
vom Druck und von der Temperatur des aus dem Verdampfer strömenden Kältemittels
geregelt wird, ist für derartige Kältemaschinen nicht ausreichend. Angenommen, die
Verdampferschlange arbeitet bei einer verhältnismäßig tiefen Temperatur, so kann
nichtsdestoweniger die Temperatur der die Verdampferschlange verlassenden Luft zu
hoch sein, beispielsweise bei einer abnormen und verhältnismäßig großen Wär memenge.
Nach diesem zweiten bekannten Verfahren würde sich das Regelventil so lange nicht
weiter öffnen, bis die Temperatur des Kältemittels selbst gestiegen ist. Das Anwachsen
der Gastemperatur wäre notwendigerweise von einem entsprechenden Anwachsen des Gasdruckes
begleitet, der das Schließen des Ventils veranlassen würde, im Widerspruch zu dem
Bestreben des Temperaturanstiegs, der das Ventil zu öffnen bestrebt ist.
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Die Erfindung beseitigt die bei der Regelung einer Kompressionskältemaschine
mittels eines in der Saugleitung angeordneten Regelv entiles auftretenden Nachteile
und geht von solchen Kältemaschinen aus, bei denen der Durchflu13duerschnitt des
in der Saugleitung befindlichen Regelventils in Abhängigkeit von den Druckänderungen
des aus dem Verdampfer strömenden Kühlmittels und in Abhängigkeit von den Änderungen
in der Temperatur oder im Feuchtigkeitsgehalt des vom Verdampfer gekühlten Mittels
auftreten. Erfindungsgemäß wirkt der auf der Druckseite des Kompressors unter Druck
versetzte Kältemitteldampf über eine Leitung über ein Hilfsventil, das die Größe
dieses Druckes in Abhängigkeit von den Änderungen des Druckes iin Verdampfer und
von Änderungen in der Temperatur des vom Verdampfer gekühlten Mittels regelt, sowie
über eine Leitung auf das Regelventil in der Saugleitung.
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Wenn das in der Saugleitung sitzende Regelventil verhältnismäßig weit
geöffnet ist, findet eine fast ungehinderte Abführung des verdampften Kältemittels
aus dem Verdampfer statt, und somit ist der Saugdruck im Verdampfer verhältnismäßig
niedrig, was bedeutet, daß auch die ini Verdampfer vorhandene Temperatur verhältnismäßig
gering ist. Wird das '\Teiitil in Schlie!31age bewegt, dann wird das Abziehen der
Kältemitteldämpfe aus dem Verdampfer unterbunden. Infolgedessen steigt der Druck
iin Verdampfer, und es wird somit auch die dort herrschende Temperatur erhöht. Durch
die Steuerung des ;,Cffnunzszrades des Rezelventils ist es somit
| qglicli, die Temperatur der Luft, Gase oder |
| I.iissigkeiten, die die Luftbehandlungsvor- |
richtung verlassen, zu steuern.
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Weitere Merkmale der Erfindung und die hierdurch erzielten Vorteile
ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele.
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Auf der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen
dargestellt. Fig. i veranschaulicht schematisch ein erfindungsgemäßes Steuersystem
für eine Kältemaschine.
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,Fig. 2 ist ein lotrechter Schnitt durch das Hilfsventil der Fig.
i.
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Fig. 3 ist ein lotrechter Schnitt durch das den Rückdruck regelnde
Ventil der Fig. i. io bezeichnet das Gehäuse einer Luftbehandlungsvorrichtung, durch
welche Luft mittels eines Ventilators i i über eine mit direkter Expansion arbeitende
Verdampferschlange 12 gefördert wird. Das expandierte Kältemittel wird vom Verdampfer
12 durch eine Saugleitung 13 abgezogen und durch diese zu dem Kompressor 14. geführt.
Das komprimierte- Kältemittel wird durch die Leitung 1 5 zii dein Kondensator 16
geleitet, von dem aus das verflüssigte Kältemittel über die mit einem Expansionsventil
18 versehene Flüssigkeitsleitung 17 zu dem Verdampfer 12 geführt wird. In der Saugleitung
13, welche zu dem Kompressor führt, ist ein den Rückdruck regelndes Ventil i9 angeordnet.
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Das Ventil i9 kann von jeder beliebigen, geeigneten Bauart sein, doch
hat es vorzugsweise die in Fig.2 dargestellte Form. Der untere Teil des Ventils
ist mit einem mit 65 bezeichneten Einlaß vom Verdampfer und einem mit 66 bezeichneten
Auslaß zu der Leitung 13 versehen. Die Überströmung von 65 zu 66 ist durch das Ventilschließglied
67 beschränkt, welches durch eine Feder 69 auf den Ventilsitz 68 gedrückt wird.
Der Ventilschaft 7o ragt nach oben durch (las Trenn-oder Abschlußglied 71 hindurch
und trägt einen Kolben 72. der in einem Zylinder gleitet.
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Die Leitung 54. dient zur Führung des unter Druck stehenden Kältemittels
zu der oberen Seite des Kolbens 72. Die Steuerung des Druckes in der Leitung 5.4
ist weiter unten näher beschrieben. Es ist aber klar,
daß, wenn
der Druck in der Leitung 54 ansteigt, der Kolben 72 und mithin das Ventilschließglied
67 nach unten gedrückt werden, um die Öffnung des Ventile, zu vergrößern, und daß,
wenn der Druck in der Leitung 5.1 verringert wird, der. Kolben 72- und das Ventilschließglied
67 durch die Feder 69 nach oben gedrückt werden, um die Ventilöffnung zu verkleinern.
Vorzugsweise sind im Kolben 72 und der Trennwand 71 Lecköffnungen 72a und
71, vorgesehen. Um ein glattes, weiches Arbeiten des Ventils i9 zu erreichen, sieht
eine vorzugsweise Ausführungsform der Erfindung eine Leitung 73 vor, welche von
der Leitung 15 für komprimiertes Gas fortführt und ein Druckredwzierventil74enthält,
welches von bekannter Art sein kann und somit eine genauere Beschreibung an dieser
Stelle nicht erfordert, um einen konstanten Druck in dem Raum zwischen dem Kolben
72 und der Trennwand 71 aufrechtzuerhalten.
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Wenn das Ventil ig verhältnismäßig weit geöffnet ist, erlaubt es eine
fast ungehinderte Abführung des verdampften Kältemittels aus dem Verdampfer 12.
Somit ist der Saugdruck im Verdampfer verhältnismäßig niedrig, und dies bedeutet
andererseits, daß die im Verdampfer erhaltene Temperatur verhältnismäßig niedrig
ist. Wenn das Ventil ig in die geschlossene Lage bewegt wird, wird das Abziehen
der Kältemitteldämpfe aus dem Verdampfer 12 gehindert; infolgedessen steigt der
Druck im Verdampfer, und es wird somit auch die Temperatur im Verdampfer erhöht.
Es ist ersichtlich, daß durch Steuerung des Öffnungsgrades des Ventils i9 es möglich
ist, die Temperatur der Luft, welche blas Gehäuse io verläßt, zu steuern. Es ist
klar, daß, obgleich sich diese Beschreibung der Erfindung insbesondere auf die Luftbehandlung
bezieht, die Erfindung auch mit gleichem Vorteil verwendet werden kann, wenn Gase
oder Flüssigkeiten irgendeinerArt inWärmeberührung über die Flächen einer mit direkter
Expansion arbeitenden Verdampferschlange geführt werden.
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2o bezeichnet allgemein ein Hilfs- oder Steuerventil, welches das
Ventil ig steuert. Das Ventil 2o weist zwei durch ein Diaphragma 2i getrennte Abschnitte
auf, von denen der obere Ventilabschnitt mit 22 und der untere Teil mit 23" bezeichnet
.ist. Der obere Ventilteil 22 ist mit einem mit einem Flansch versehenen Teil 23
ausgerüstet, in welchem ein Diaphragma 24 angeordnet ist. Die Steuerleitung 25 ist
mit dem Kopf des Abschnittes 23 verbunden, und es wird der durch die Leitung 25
übertragene Druck nach unten gegen das Diaphragma 24 ausgeübt. Die Steuerleitung
25 wird aus der Leitung 26 für die Zufuhr komprimierter Luft mit komprimierter Luft
versehen. Der Druck in der Leitung 25 wird durch eine Wärmesteuervorrichtung 27
(Fig. i) gesteuert, deren Wärmeelement 28 in dem den Verdampfer 12 verlassenden
Luftweg angeordnet ist. Es sind viele der Vorrichtung 27 ähnliche Apparate bekannt
und können zur Ausführung der Erfindung benutzt werden. Vorzugsweise ist jedoch
die Steuervorrichtung 27 von der Gattung, die an sich bekannt ist und daher hier
eine nähere Beschreibung nicht erfordert, welche geeignet ist, den Luftdruck in
der Leitung 25 herabzusetzen, wenn eine Erhöhung der Temperatur eintritt, welcher
das Wärmeelement 28 ausgesetzt ist.
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Unterhalb des Diaphragmas 24. ist eine vom Element 30 getragene
Scheibe 29 angeordnet, welche in dem Ventilteil22 lotrecht beweglich ist. An der
oberen Seite des Diaphragmas 21 ist in dem Ventilteil 22 ein liecherartiger Körper
31 angeordnet, in welchem eine Feder 32 gelagert ist. Das obere Ende dieser `Feder
32 stützt eine Federkappe 33 mit einer mit Gewinde versehenen Verlängerung 3.4.
Diese Verlängerung 34. trägt einstellbar eine Mutter 35 und stützt das Element 30.
Wie ersichtlich, wird der erhöhte Druck in der Leitung 25 über das Diaphragma 24.,
die Scheibe 2g, das Element 30 und die Elemente 31 bis 35 übertragen und ist bestrebt.
das Diaphragma 21 nach unten zu drücken. ' In dem Ventilteil 23 ist unmittelbar
unter dem Diaphragma 2i eine Kammer 36 angeordnet, welche über den Kanal
37 und eine Leitung 38 mit dem V erdampferauslaß in Verbindung steht. Auf
diese Weise ist der in der Kammer 36 erhaltene Druck im wesentlichen gleich demjenigen,
welcher imVerdampfer herrscht. Der Druck in der Kammer 36 ist bestrebt, das Diaphragma
2i anzuheben. Um die Aufwärtsbewegung des Diaphragmas 21 zu begrenzen, ist der Körper
31 mit einem Flansch 31a versehen, welcher in einer ringförmigen Ausnehmung 31a
liegt.
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In dem Mittelteil des Abschnitts 23a ist eine Kammer 39 vorgesehen,
welche von der Kammer 36 durch das Element 4o getrennt ist. Im unteren Teil des
Ventilabschnittes 23a befindet sich eine Kammer .Il, welche mit der Kammer 39 über
den Kanal .42 in Verbindung steht. Das,Glied 43 bildet einen Ventilsitz, mit dem
das Ventilschließglied 44 zusammenarbeitet. Auf diese Weise kann das Ventilschließglied
a...;. den Kältemittelstrom aus der Kammer 41 zu der Kammer 39 steuern. Das Ventilschließglied
4.4. wird von dem Ventilschaft .I5 getragen, welcher nach oben durch eine geeignete
Packung in dem Glied q.o ragt und in einem Element 46 endet,
welches
gegen die Unterseite des Diaphragmas 21 stößt. Das untere Ende des Ventilschaftes
d.5 stößt gegen den von der Feder .I8 getragenen Kolben d.7. Sowohl der Kolben 47
als auch die Feder .I8 sind in einem geeigneten Führungsglied 4.9 abgeordnet.
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Der Kanal So und die Leitung 51 stellen die Verbindung zwischen dem
Druckreduzierventil 52 (Fig. i ) und der Kammer .41 her. Die Leitung 51 ist mit
der Leitung IS für komprimiertes Gas verbunden. Das Druckreduzierventi152 ist von
der Gattung, die geeignet ist, einen konstanten Druck in der Leitung 51 und mithin
in der Kammer 4.1 aufrechtzuerhalten. Die Kammer 39 steht über den Kanal 53 und
die Leitung 5:I in Verbindung mit dem den Saugdruck regelnden Ventil i9 in der Kältemittelsaugleitung
13. Das Ventil 19 kann einen beliebigen Aufbau haben, doch ist es vorzugsweise von
der oben beschriebenen Gattung, in welcher der erhöhte Druck in der Leitung
54 so arbeitet, daß das Öffnen des Ventils verstärkt wird.
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Angenommen, daß ein Anwachsen der Wärmebelastung des Verdampfers stattfindet,
so arbeitet das System wie folgt: Die Vergrößerung der Wärmebelastung bewirkt eine
zeitweilige schwache Erhöhung der Temperatur der Luft, welche mit dein Wärmeelement
28 in Berührung kommt. Dies verursacht einen verringerten Luftdruck in der Leitung
25. So ist zeitweilig der gegen das Diaphragma 21 nach oben ausgeübte Druck größer
als der nach unten in der beschriebenen Weise auf das Diaphragnia 21 ausgeübte Druck.
Das Diaphragma 21 wird also nach oben bewegt, und das Ventilschließglied q.4. folgt
auf Grund der Spannung der Feder q.8 der Aufwärtsbewegung des Diaphragmas 21. Das
Ventilschließglied 44 wird auf diese Weise ferner vom Sitz abgehoben und läßt einen
verstärkten Strom von 1,',-ältemitteldampf aus der Kammer 4.1 zu der Kammer 39 und
damit auch zu der Leitung 5.4 zu. Da der Druck in der Leitung 5.4 wächst, wird das
Ventil i9 weiter geöffnet, wodurch der Saugdruck verringert und infolgedessen die
Temperatur im Verdampfer erniedrigt wird, um sich dem Anwachsen der Belastung anzupassen,
die durch das Wärmeelement 28 wiedergegeben wird. Da der Saugdruck verringert wird,
wird auch der Druck in der Kammer entsprechend niedriger, und das Diaphragma 21
ist bestrebt, sich nach unten zu bewegen, auf welche Weise dann das Ventilschließglied
44 gesenkt wird, um den Strom aus der Kammer -.i zu der Kammer 39 weiter zu beschränken
und so den Druck in der Leitung 5.1. zu verringern. Das Diaphragma 21 gibt -weiter
nach, bis ein genauer Ausgleich der einander entgegeiigerichteten, auf das Diaphragma
ausgeübten Kräfte erreicht ist, d. h. bis ein vollständiger Ausgleich zwischen dem
Saugdruck im Verdampfer und der Wärmebelastung. welcher der Verdampfer unterworfen
ist, erreicht ist. Diese Einstellung ist von sehr kurzer Dauer, so daß gesagt werden
kann, daß diese Steuerung fast augenblicklich bewirkt wird.
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Wenn umgekehrt ein Sinken der Wärmebelastung des Verdampfers eintritt,
wird ein größerer Druck in der Leitung 25 geschaffen. Dieser drückt das Diaphragma
21 nach unten, wodurch weiter die Verbindung zwischen' den Kammern -.i und 39 verengt
wird, so daß der Druck in der Leitung 54 sinkt und so da: Saugventil i9 etwas geschlossen
wird. Dadurch wird der Verdampferdruck erhöht. Die Verdampfertemperatur steigt daher
entsprechend der Abnahme der Wärmebelastung.
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Um das Maß des Verdampfungsdruckes, mit dem das System arbeitet, zu
vergrößern, kann die Mutter 35 auf der mit Gewinde versehenen Verlängerung 34. verschraubt
werden, um den Abstand zwischen der Mutter 35 und der Kappe 33 zu vergrößern. Zur
Verringerung des Maßes des Verdampfungsdruckes kann die Mutter 35 im entgegengesetzten
Sinne verschraubt «-erden.
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Gewünschtenfalls können in den Leitungen 38, 51 und 5.I geeignete
Druckmesser und Ventile vorgesehen werden, wie sie bei 65Q, 66Q und 67Q (Fig. 1
) angedeutet sind.
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Es sei bemerkt, daß das Expansionsventil 18, welches -in Verbindung
mit der Erfindung benutzt wird, ein solches der Gattung für konstanten Druck ist.
Wenn einmal das Expansionsventil geeignet eingestellt ist, bleibt es so eingestellt,
da dann die Anpassung der Kältemaschine an Änderungen in der Wärmebelastung des
Verdampfers mittels des Steuersystems in der oben beschriebenen Weise bewirkt wird.
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Das auf Wärme ansprechende Element 28 kann durch ein auf Feuchtigkeit
ansprechendes Element ersetzt werden, wenn die Feuchtigkeit geregelt werden soll.
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Obgleich die Erfindung beschrieben worden ist in Verbindung mit einer
Leitung für komprimierte Luft zur Ausübung eines veränderlichen Druckes auf das
Diaphragma 21, der sich aus Änderungen in der Wärmebelastung des Verdampfers ergibt,
ist dem Fachmann doch ohne weiteres klar, daß an sich bekannte, auf Wärme ansprechende
elektrische Steuermittel benutzt «-erden können, um diese Funktion zu vervollkommnen.
Da ein solcher Apparat bekannt ist und an sich keinen Teil der Erfindung bildet,
ist eine nähere Beschreibung desselben hier nicht von
Interesse.
Die
Erfindung kann gewünschtenfalls bei Verdampfern angewendet werden, die auf Grund
indirekter Wärmeübertragung arbeiten. So können die Verdampferschlangen Wasser oder
Sole kühlen, welche in Regenform oder in anderer Weise in Wärmeaustausch mix zu
behandelnder Luft gebracht wird, wobei ein Rückdruckventil in der Gassaugleitung
gesteuert werden kann in Abhängigkeit von der Temperatur der Luft, welche durch
das gekühlte Wasser oder die Sole bebehandelt ist. Infolgedessen sind die in den
Ansprüchen verwendeten Ausdrücke in Wärmeberührung und in Wärmeauustauschbeziehung
so zu verstehen, daß sie auch die indirekte Wärmeübertragung umfassen neben solchen
Fällen, in denen das zu konditionierende Mittel in physikalischer Berührung mit
den Expansionsschlangen über diese geführt wird.
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Es ist natürlich klar, daß die Erfindung in Einzelheiten von den beschriebenen
Beispielen abweichend verwirklichtwerdenkann.