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Expansionsventil für Kühleinrichtungen Die Erfindung betrifft ein
Expansionsventil für Kühlanlagen mit einer Vorrichtung, die in Abhängigkeit von
Druckänderungen im Verdampfer ein Ventil, welches den Kältemittelfluß steuert, öffnet
und schließt, wobei der Verdampferdruck durch eine Regelfeder einstellbar ist.
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Es ist ein derartiges Expansionsventil bekannt, das mit einer weiteren
Vorrichtung versehen ist; die auf Temperaturänderungen im Verdampfer anspricht und
die mit der druckabhängigen Steuervorrichtung über eine Freilaufverbindung verbunden
ist. Dabei ist angrenzend an die als druckabhängige Steuereinrichtung wirkende Membran
ein durch eine weitere Membran abgeschlossener Raum vorgesehen, der über eine Leitung
mit einem Temperaturfühler in Verbindung steht, der auf dem Verdampfer vorzugsweise
in der Nähe des Auslasses desselben angeordnet ist. Der Temperaturfühler-und die
genannte Kammer sind dabei mit einem leicht flüchtigen Medium gefüllt. Auf die von
dem genannten Raum abgewandte Seite der zweiten Membran wirkt bei dem bekannten
Ventil eine zweite Regelfeder. Zwischen den beiden Membranen ist eine Freilaufeinrichtung
vorgesehen, die bei
höheren Temperaturen beide Membranen starr kuppelt
und so die genannte zweite Regelfeder auf die druckabhängige Steuermembran zur Wirkung
kommen läßt, während sie diese Verbindung unterbricht und damit die zweite Regelfeder
unwirksam macht, sobald die Temperatur des Fühlers "unter einen bestimmten Wert
absinkt.
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Das bekannte Ventil hat den Nachteil, daß bei ihm auf die druckabhängige
Membran gleichzeitig der jeweils in der temperaturabhängigen Vorrichtung herrschende
Druck wirkt. Damit ist eine im Betrieb unerwünschte Abhängigkeit der beiden Faktoren
gegeben, die zu Schwierigkeiten führen kann.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Expansionsventil
zu schaffen, welches die genannten Nachteile des bekannten Ventils vermeidet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die temperaturabhängige
Vorrichtung durch entsprechende Ausbildung und Anordnung der Freilaufverbindung
nur bei einem Absinken der Temperatur am Verdampferauslaß unter einen bestimmten
Wert wirksam wird und dann das Ventil auf seine Schließstellung zu bewegt, während
sie bei allen höheren Temperaturen von den druckabhängigen Steuermitteln des Ventils
vollkommen getrennt ist. Auf diese Weise kommt die temperaturabhängige Vorrichtung
nur zur Wirkung, wenn der Verdampfer bis zur zulässigen Grenze mit flüssigem Kältemittel
gefüllt ist und damit die Gefahr besteht, daß flüssiges Kältemittel über die Ansaugleitung
in den Kompressor gelangt.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung, die eine schematische Darstellung
einer Kühleinrichtung mit einem Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Ventils wiedergibt,
beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen an Hand der Zeichnung
beschrieben.
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Ein geschlossenes Motorkompressoraggregat 121 saugt. verdampftes Kältemittel
aus dem Verdampfer z23 an und drückt das verdichtete Kältemittel in den Kondensator
z25, wo es verflüssigt wird. Das Motorkompressoraggregat wird durch den Schalter
z27 gesteuert, der durch den Druck in einem Temperaturfühler 129 betätigt wird;
dieser ist in bekannter Weise beispielsweise in der Nähe des Verdampfers 123 angeordnet.
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Der Kältemittelstrom vom Kondensator r25 zum Verdampfer
123 wird durch das erfindungsgemäße Expansionsventil gesteuert. Dieses besteht
aus dem Ventilgehäuse ro mit dem Einlaß i2 und dem Auslaß 14, der Ventilnadel 16
und dem Ventilsitz 18, der in einer in das Gehäuse zo eingeschraubten zylindrischen
Führung 2o sitzt. Das untere Ende der Ventilnadel 16 ruht auf dem Federteller 24.
Das Verschlußstück 26, das in das Ventilgehäuse zo eingeschraubt ist, trägt die
Einstellschraube 28, deren oberes Ende den Federteller 30 für das untere
Ende der Schraubenfeder 34 trägt.
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Durch Drehen der Schraube 28 kann man die Druckkraft der Feder 34
und damit die zum öffnen des Ventils 16 erforderliche Kraft verändern. Hierdurch.
wird der Verdampferdruck festgelegt, bei dem sich das Ventil 16 schließen soll.
Das untere Ende des Verschlußstückes 26 wird durch die Kappe 38 abgedichtet, die
das Ende der Einstellschraube 28 übergreift.
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Die Ventilnadel i6 wird von ihrem Sitz abgelhoben, wenn die Drucknadel,
4o, die auf der Auslaß- oder Verdampferdruckseite des Ventilsitzes 18 liegt, abwärts
bewegt wird. Die Spitzen der Nadeln 40 und 16 sind durch die Bohrung 42 in der Führung
44 aufeinarnder ausgerichtet; durch diese Bohrung werden Druckänderungen
auf der Auslaßseite des Ventils 16 in die Membrankammer 46 weitergeleitet. Um dien
Druckausgleich zwischen der Membrankarnmer und der Ausläßseite des Ventils zu erleichtern,
verbindet ein zusätzlicher Kanal 47 den Ventilauslaß 14 mit der Kammer 46.
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Die Kammer 46 ist oben durch die Membran 48 abgeschlossen, die sich
in Abhängigkeit vom Verdampferdruck durchbiegt. Bei einem Durchbiegen nach oben
sucht die Feder 34 die Ventilnadel r6 nach oben in die geschlossene Stellung zu
schieben. Eine Feder 49 dient dazu, die Anlage der Membran 48 an der Nadel 4o und
die Anlage der Nadel 4o an der Ventilnaidel 16 zu sichern; ihr oberes Ende legt
sich gegen eine Federstütze 51. Auf diese Weise nst die Feder 49 bestrebt, die Ventilnadel
entgegen dem Druck in deir Kammer 46 nach unten in die geöffnete Stellung zu drücken,
in der Kältemittel aus dem Einlaß i:2 in den Auslaß 14 strömen kann.
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Sobald also der Druck in der Kammer 46 zusammen mit der Kraft der
Feder 34 den Druck der Feder 49 überwindet, schließt sich -das Ventil 16. Solange
im Betrieb der Druck im Verdampfer 123 und in der Kammer 46 unter einem eingestellten'
Wert bleibt, ist das Ventil 16 geöffnet und läßt das Kältemittel in dem Verdampfer
123 fließen. Mit der Schraube 28 wird der Druck eingestellt, bei` dem sich das Ventil
16 öffnen bzw. schließen soll. Zweckmäßig stellt man diese Schraube so ein, daß
die Federkraft ausreicht, das Ventil 16 zu schließen, wenn der Verdampferdruck so
hoch wird, daß- Gefahr besteht, daß der Motorkompressor überlastet wird. Man :kann
indessen die Federkraft auch erhöhen, um gegebenenfalls einen niedrigeren Rückdruck
zu erzeugen:, wenn beispielsweise eine niedrigere Verdampfertemperatur gewünscht
-wird.
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Soweit bisher geschildert, wirkt das Ventil wie ein gewöhnliches Expansionsventil.
Um ein Überströmen von flüssigem Kältemittel in den Motorkompressor 12i zu verhüten,
wo es Schaden anrichten könnte, .ist eine weitere Steuereinrichtung vorgesehen,
die normalerweise ohne Verbindung mit dem Ventil 16 und der Membrari 48 ist. Damit
wird verhindert, daß Störungen der normalen Steuerung des Ventils 16, die in Abhängigkeit
vom Druck in der Kammer 46 arbeitet, auftreten und der Motorkompressor überlastet
wird.
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Oberhalb der Druckkammer 46 und der Membran 48 ist ein. zylindrisches
Zwischengehäuse 13 angeordnet, das oben durch eine. zweite Membran
133
abgeschlossen ist und so eine dicht abgeschlossene Kammer zwischen den
beiden Membranen 48 und
133 bildet. Vorzugsweise wird diese
luftdichte Kammer luftleer gemacht, so daß Druckänderungen in ihr soweit wie möglich
vermindert werden. Falls es erwünscht ist, kann aber das Innere dieser Kammer durch
ein Rohr 135 mit einem elastischen Balgen 137 verbunden werden, der außerhalb
der Kammer liegt; dadurch kann man den Druck in ,der Kammer im wesentlichen auf
Atmosphärendruck oder auch. auf einen gewissen Differenzdruck gegenüber der Atmosphäre
festlegen.
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Eine weitere Kammer 139 oberhalb der Membran 133 wird durch
einen oberen Deckel 141 gebildet, der auf der Membran 133 dicht aufsitzt. Durch
ein Kapillarrohr wird sie mit einer geschlossenen Kapsel 145 verbunden, die mit
dem Auslaßende des Verdampfers 123 in metallischer Berührung steht. Die Lage dieser
Kapsel 145 wird so gewählt, daß damit die besten Ergebnisse erzielt werden; beispielsweise
kann sie an irgendeinem Punkt an der letzten Verdampferwindu.ng oder an. einer benachbarten
Stelle der Saugleitung angeordnet sein. Ihre Lage kann mit Änderung der Rückdruckeinstellung
durch die Schraube 28 verändert werden. Die Kapsel 145, die Kapillare 143 und die
Kammer 139 werden mit einem flüchtigen Stoff gefüllt, zweckmäßig mit dem als Kältemittel
verwendeten Stoff, beispielsweise Difluordichlormethan.
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Mit dieser Einrichtung fällt der Druck in der Kammer 139, wenn flüssiges
Kältemittel die Kapsel 145 erreicht. Wenn sich aber im Verdampfer weniger flüssiges
Kältemittel befindet und das Kältemittel im Verdampfer in der nächsten Nachbarschaft
der Kapsel 145 wesentlich überhitzt ist, steigt der Druck in der Kammer 139; damit
wird die Membran 133 nach unten zur Membran 48 hin gedrückt, also in einer Richtung,
als ob dasVentil 16 geöffnet werden sollte.
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Wenn nun die Membran 133 mit dem Ventil 16 starr verbunden wäre, so
würde sie in einem solchen Betriebszustand das Ventil öffnen und den Druck im Verdampfer
123 vergrößern, da das flüssige Kältemittel 'aus dem Ventileinlaß 12 schneller in
den Verdampfer 123 strömen könnte. Damit würde auch der Druck größer werden, der
in der Kammer 46 erforderlich ist, um das Ventil 16 in die ,geschlossene Stellung
zu bringen, so daß eine Überlastung des Motorkompressors auftreten könnte.
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Um dies zu verhüten, ist zwischen den Membranen 48 und 133 eine Freilau£verbindung
in der Weise vorgesehen, daß die Verbindung zwischen ihnen unterbrochen ist, solange
der Druck in der Kammer 139 ausreicht, die Membran 133 in Richtung zur Membran 48
und zum Ventil 16 hin zu bewegen. Diese Freilauf- oder Einwegverbindung wirkt nur
in der Richtung einer Bewegung der Membran 48 und. des Ventils 16 nach oben in die
Schließstellung. Daher kann sie niemals den Rückdruck oder den Verdampferdruck vergrößern,
sondern lediglich diesen Druck vermindern, indem sie den Zufluß von flüssigem Kältemittel
in den Verdampfer verringert, wenn Gefahr besteht, d.aß flüssiges Kältemittel aus
dem Verdampfer ausströmt, was in einem entsprechenden Absinken der Temperatur am
Verdampferauslaß zum Ausdruck kommt.
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Die Frei.laufeinrichtung enthält einen Stempel 147, dessen unteres
Ende an der Membran 48 festsitzt, während sein oberes Ende einen Kopf 149 aufweist.
Der Stempel 147 tritt durch die. Feierstütze 51 und auch durch ein nach oben offenes
becherförmiges Glied 151 hindurch, das an dem Mittelteil der Membran 133 festsitzt.
EineWendelfeder 153 sitzt mit ihrem unteren. Ende auf der Federstütze 51 auf, während.
sie mit ihrem oberen Ende gegen den Becher 151 drückt; damit drückt sie normalerweise
die Membran 133 von der Membran 48 und dem Ventil 16 weg. Die Feder 153 wirkt normalerweise
dem Druck in der Kammer 139 entgegen, solange sich in der Nachbarschaft der Kapsel
145 überhitztes Kältemittel befindet.
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Um den Druck in der Kammer 139 einzustellen, be,i dem Ventil 16 in
die geschlossene Stellung bewegt wird, ist eine zusätzliche Feder 155 vorgesehen,
die auf die obere Fläche der Membran 135 drückt und durch eine Öffnung 141. in dem
Deckel 141 hindurchtritt. Die Öffnung wird von einem Balgen 157 überdeckt und dicht
abgeschlossen; über diesem-sitzt eine Kappe 159, die eine Schraube 161 trägt. Diese
dient diazu, das Ende des Balgens 157 zu verschieben, gegen das sich. das obere
Ende der Feder 155 abstützt. Auf diese Weise läßt sich der Druck einstellen., bei
dem die Membran 133 zur Wirkung kommt, « um das Ventil 16 zu schließen. Wenn keine
derartige Regelmöglichkeit erforderlich ist, kann man die Öffnung 141a im Deckel
141 weglassen, und auch der Balgen 157, die Feder 155 und die Schraube 161 können
wegbleiben.
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Wenn die Überhitzung in der Nähe der Kapsel 145 einen Kleirnstwert
hat und diese damit die Annäherung flüssigen Kältemittels anzeigt, sinkt der Druck
in der Kammer 139 so, weit ab, daß die Feder 153 die Membran 133 gegen die Kraft
der Feder 155 nach oben drücken und den Boden des Bechers 151 mit dem Kopf 149 des
Stempels 147 in Eingriff bringen kann, wodurch die Membran 48 in die Schließstellung
des Ventils 16 gezogen wird. Die durch die Feder 34 gegeneinandergedrückten Nadeln
40 und 16 folgen der Membran 48 nach oben in die Schließstellung des Ventils. Hierdurch
wird der Fluß des Kältemittels in den `'erd.ampfer 123 gedrosselt oder ganz abgesperrt.
Eine gleichbleibende Überhitzung kann durch gleichzeitige Verstellung der Schraube
16,1 und der Rückdruckregelschraube 28 erzielt werden.
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Sobald der Kältemittel:strom verringerst oder abgestoppt ist, beginnt
sich die Kapsel 145 wieder zu erwärmen, der Druck in der Kammer 139 nimmt zu und
dadurch bewegt sich die Membran 133 entgegen der Feder 153 abwärts. Dabei-heht sich
der Boden des Bechers 151 wieder vom Stempelkopf 149 ab, so daß die thermisch. ansprechende
Membran 133 wieder von der auf Druck ansprechenden Membran 48 und der Ventilnadel
16 abgetrennt wird. Die Federstütze 51 ist starr und verhindert jede Kraftübertragung
von der Membran 133 über
die Federn; 153 und 49 auf die Membran
48. Durch diese Freilauf- oder Einwegeanordnung, die normalerweise die thermostatische
Membran 133 von dem Ventil 16 abtrennt und jede Krafteinwirkung von der Membran
133 in. Richtung auf ein Öffnen des Ventils 16 dauernd verhindert, wird der
Kältemittelfluß durch das Ventil jeweils abgesperrt, wenn der Druck nm Verdampfer
123 über die von der Feder 34 geregelte Einstellung des Ventils, ansteigt. Hierdurch
wird eine Überlastung des Kompressors verhindert.