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Regelventil für Kühlanlagen Das Gewicht der #in Kühlanlagen umlaufenrden
Kältemibtelmenge ist einerseits abhängig von dem bei gleichbleibender Drehzahl konr
stauten Hubvolumen des Verdichters und; andererseits von der Verdampfungstemperatur.
Je tiefer die Verdampfungstemperatur liegt, um so größer wird das spezifische Volumen
und damit um so kleiner das: Gewischt der umlaufenden Kältemittelmenge. In der Abbi.
r ist die umlaufende Kältemittelmenge einer mit Fri@gen betriebenen Kühlanlage in
Ab. hängigkeit von der Verdampfungsternperatur für ein konstantes. Ans,augvolumen
des Verdichters: von roo ms/h, in einem Schaubild dargestellt. Man ersieht aus dieser
Kurve, die für eine praktisch ausgeführte Anlage aufgenommen ist, daB bei einer
Senkung der Verdampfungstemperartur von - z o aurf - q.0"' C die umlaufende Menge
an Kältemittel auf etwa z2 % absinkt.
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Um diese stark veränderlichen Betriebs verhältnisise zu beherrschen,
sind selbsttätig arbeitende Regelventile für die Regelung der umlaufenden; Kältemittelmenge
erforderlich, die dazu geeignet sind, sich den stark veränderlichen Betriebsbedingungen
anzupassen. Bei neueren Kühlanlagen werden, zu diesem Zweck im allgemeinen von einem
Temperaturfühler gesteuerte Regelventile verwendet, die den Kältemittedzufluß in
den Verdampfer derart
regeln, d-aß stets nur so viel Kältemittel
in den Verdampfer eintritt, ivie mit Rücksicht auf die Kühlraumverhältnisse verdampfen
kann. Wird nämlich zuviel Kältemittel in den Verdampfer eingespritzt, so ergibt
sich der Wachteil, daß der Verdichter flüssiges., unverdampftes Kältemittel ansaugt,
was zu unerwiirrschten Flüssigkeitsschlägen im Verdichter führen kann. Wird dagegen
zuwenig Kältemittel in den Verdampfer eingespritzt, so fällt der Verdampfungsdruck
ab und damit auch die Kälteleistung.
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Die Wirl-zungsiveise derartiger thermisch betätigter Regelventile
ist im allgemeinen derart, daß die: Bewegungen einer Membran auf die mit dieser
mechanisch verbundene Düsennadel des Ventil- übertragen werden, wodurch jeweils
die erforderliche Öffnung der Einspritzdüse erreicht wird. Die Membran wird von
einer Seite her vom Sättigungsdruck pt der in dem am Verdampferaustritt angeklemmten
Temperaturfühler befindlichen Flüssigkeit beaufschlagt, während auf die andere Seite
der Membran der Verdampfungsdruck p, des aus der Düse austretenden Kältemittels
sowie die Kraft pf einer Spannfeder einwirken. Im Gleichgewichtszustand ist dann
i"t=PO+pt.
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Maßgebend für ein einwandfreies Arbeiten derartiger Regelventile ist,
daß die Sättigungstemperatur der im Temperaturfühler befindlichen Flüssigkeit etwa
50 C über der Sättigungstemperatur des aus der Düse austretenden verdampfenden
Kältemittels liegt. Steigt die Temperatur und damit auch der auf der Membran lastende
Druck im Fühler, weil die den Verdampfer durchlaufende Kältemittelmenge zu gering
ist, so wird die Spannfeder so weit zusammengedrückt, bis der Gleichgewichtszustand
wieder erreicht ist. Bei diesem Vorgang v.-ird durch Verschiebung der Düsennadel
der freie OOtuerschnitt der Düse vergrößert. so daß mehr Kältemittel als vorher
in den Verdampfer eintreten kann. Strömt nun als Folge davon mehr Kältemittel durch
den Verdampfer, als dort verdampfen kann, dann sinkt die Temperatur im Fühler wieder
ab und damit auch der Sättigungsdruck, so daß die Spannfeder wieder bis zum Gleichgewichtszustand
entlastet wird. Auf diese Weise wird der Kältemitteldurchtritt entsprechend gedrosselt.
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Dir Temperaturunterschied zwischen dem Fühler und dem verdampfenden
Kältemittel ist bedingt durch den Temperaturunterschied zwischen der Kühlraumtemperatur
und der Verdampfertemperatur des aus der Düse in den Verdampfer eintretenden Kältemittels,
d.li. durch die Größe der Verdampferoberfläche und den Wärmeübergang. Man hat nun
das Bestrenen. diesen Temperaturunterschied nicht allzu groß werden zu lassen, denn
je größer dieser Temperaturunterschied ist, um so tiefer liegt die Verdampfungstemperatur
und um so geringer ist die Kälteleistung bei konstantem Hubvolumen des Verdichters.
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Bei den bisher bekannten, von einem Temperaturfühler gesteuerten R--gelventilen
ents,c2lien nun dadurch Schwierigkeiten, daß bei tieferen Verdampfungstemperaturen
der zum Üffnen des Ventils erforderliche Temperaturunterschied zwischen der Fühlertemperatur
und der Verdampfungstemperatur des Kältemittels mit fallender Verdampfungstemperatur
immer größer wird und schließlich das Mehrfache von 5° C betragen kann. Demgegenüber
-steht allerdings die Tatsache, daß bei tieferen V erdampfungsteinperaturen weniger
Kältemittel durch die Düse strömen muß und außerdem noch der Druckunterschied zwischen
Verflüssigung-- und ',,"erdampfungsdruck des Kältemittels größer wird, beides Einflüsse;
die zu einer Erhöhung des Kältemitteldurchla.ufes durch die Düse führen. Trotzdem
reichen diese Einflüsse nicht aus, den sich bei tiefen Temperaturen auf der Fühlerseite
einstellenden geringen Druck so weit auszugleichen, daß noch genügend Kältemittel
durch die Düse fließen kann. Um trotzdem die erforderliche Kältemittelmenge durch
die Düse durchlaufen zu lassen, muß daher bei den bekannten Regelventilen die Regulierfeder
mit Hilfe einer auf sie einwirkenden Spindel von Hand nachgestellt werden. Dies
ist jedoch nachteilig, da das Nachstellen der Regulierfeder nur durch besonders
geschultes Personal vorgenommen werden kann und weil in vielen Fällen das Ventil
für die Handeinstellung nur schwer zugänglich ist.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich nun mit der Aufgabe, die
Schwierigkeiten der bekannten, mittels Temperaturfühler gesteuerten Regelventile
zu beseitigen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe in der Weise gelöst, daß zwischen
der Regulierfeder und der Einstellspindel eine flüssigkeitsgefüllte Membrando.se
angeordnet wird, die von dem aus der Düse austretenden verdampfenden Kältemittel
umspült wird. Auf diese Weise wird erreicht, daß, falls die Kühlraumtemperatur am
Temperaturregler tiefer eingestellt wird. ein Nachstellen des Ventils mit Hilfe
der Spindel nicht mehr erforderlich ist, weil sich die in der Membrandose befindliche
Flüssigkeit infolge der Kälteeinwirkung zusammenzieht und damit ein selbsttätiges
Entspannen der Regulierfeder herbeiführt. Für die Füllung der Membrandose wird zweckmäßig
eine Flüssigkeit mit besonders niedrigem Gefrierpunkt, hoher Siedetemperatur und
großem Ausdehnungskoeffizienten, z. B. Aceton, Methvlalkohol oder Toluol, verwendet.
Umgekehrt
bewirkt die Ausdehnung der Fl.üsisdgkeit in der Membrandose
bei steigender Kühlraum- und Verdampfungstemperatur selbsttätig ein Nachspannen
der Regulierfeder auf den jeweils erforderlichen Druck. Daraus ergibt sich der Vorteil.,
daß eine mit dem nach der Erfindung ausgebildeten Regelventil aus,--es Kühlanlage
in weiten Temperaturgrenzen betrieben werden, kann, ohne daß es notwendig ist, ein
Nachstellen des. Regelventils von Hand vorzunehmen.
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In Abb. 2 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Regelventills
dargestellt, dessen Aufbau und Wirkungsweise im folgenden näher beschrieben wird.
Das, aus dem Kondensator kommende flüssige Kältemittel tritt durch Stutzen i unter
Verflüssigungsdruck in den Ventilkörper 2 ein und wird beim Durchströmen der Düse
3, deren offener Querschnitt durch die Düsennadel q. gegeben ist, auf denn Verdampfungsdruck
entspannt. Während derEntspannung tritt bereitsDampfbildung ein. Das Flüssigkeits-Dampf-Gemisch
tritt sodann durch den: Stutzen 5 in den nicht dargestellten Verdampfer ein, wo
es, unter Aufnahme der Verdampfungswärme aus der Umgebung verdampft. Der die Düsennadel
q. tragende Teil 6 steht über zwei Stifte 7 mit einer Flachmembran, 8 in fester
Verbindung, so daß Bewegungen der Membran: unmittelbar auf die Düsennadel q. übertragen
werden. Bewegt sich die Membran nach, unten, so vergrößert die Düsennadel den Durchtrittsquerschnitt
der Düse, während bei einer Aufwärtsbewegung der Membran der freie Querschnitt der
Düse verringert und schließlich die Düse ganz abgesperrt wird. Die Stifte 7 sind
in Kanälen 9 des Ventilkörpers: 2 geführt, die eine Verbindung des unterhalb der
Membran befindlichen Raumes; ii mit dem Raum io unter der Düsennadel herbeiführen.
Der oberhalb der Membran 8 befindliche Rauar 12 steht unter dem Sättigungsidruck
der im Temperaturfühler 13 befindlichen Flüssigkeit, die durch ein Kapil;larrohr
1q. dem Raum 12 zugeführt wird. Da der Temperaturfühler 13 am Verdampferaustritt
angeklemmt ist, wo bereits eine überh,itz.ung des Kältemitteldampfes, eingetreten
ist, liegt seine Sättigungstemperätur etwas höher als die Verdiampfungstemperatur
des aus der Düse austretenden Kältemittels. Dieser Temperaturunterschied beträgt
bei Normalverhältnissen etwa 5° C.
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In der Normalstellung des Ventils ist der auf die Oberseite der Membran
einwirkende Sättigungsidruck der im Temperaturfühler befindlichen Flüssigkeit gleich
dem im Raum io herrschenden; auf die. Unterseite der Membran einwirkenden Sättigungsdruck
des verdampfenden Kältemittels und, dem Druck der Regulierfeder 15. Sinkt der auf
der Oberseite der Membran lastende Druck im Temperaturfühler ab, da infolge unvollständiger
Verdampfung des Kältemittels eine Überhitzung am Verdampfer austritt, d. h. an der
Anklemms.telle des Temperaturfühlers. nicht mehr stattfindet, so wird die Membran
infolge des auf ihrer Unterseite überwiegenden Druckes: nach oben durchgedrückt
und damit eine Drosselung des Ventils, herbeigeführt. Steigt dagegen die Temperatur
im Fühler 13 wieder an, so überwindet der im Temperaturfühler ansteigende Sättigungsdruck
die Summe des Verdampferdruckes des Kältemittels und des, Druckes der Regulierfeder
15, wodurch das Ventil entsprechend geöffnet wird.
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Erfindungsgemäß ist zwischen der Regulierfeder 15 und -der Spindel
16 für die Einregulierung der Spannfeder 15 eine flüssigkeits@-gefüllte Membrandose
i7 angeordnet. Die Membrand'ose zieht sich bei sinkender Verdampfungs- bzw. Kühlraumtemperatur
zusammen und bewirkt dadurch eine selbsttätige Entspannung der Regulierfeder, während
sie sich. bei steigender Kühlraum- b@z,w. Verdampfungstemperatur ausdehnt und, so
die Spannfeder 15 selbsttätig nachspiannt: Die Spindel 16, die bisher bei wechselnden
Temperaturverhä,ltnifssen zur Einregulierung der Feder 15 von Hand diente,
dient neunmehr lediglich der einmaligen Einstellung der Vorspannung der Regulierfeder.