DK145765B - Reguleringsanordning for et koeleanlaegs ventil - Google Patents

Description

145765

Opfindelsen angår et reguleringsanordning for et køleanlægs ventil, som reguleres i afhængighed af en ved hjælp af en ydre temperaturføler målt temperatur, og hvis indstillingsorgan påvirkes af en referencetrykgiver.

5 De kendte ventiler fra køleanlæg, fx termiske ekspansionsventiler, har en meget enkel reguleringsanordning. På fordamperudgangen ligger en føler an, som delvis er fyldt med fordampelig væske. Som følge heraf frembringes et temperaturafhængigt damptryk, som i ventilen virker mod kraften af 10 en indstillelig fjeder og i givet fald mod fordampertrykket.

Ved hjælp af denne reguleringsanordning kan man imidlertid kun løse forholdsvis enkle reguleringsproblemer. Px er det ikke muligt at tage hensyn til de i et køleanlæg optrædende forsinkelsestider eller at gennemføre reguleringen i afhæn-15 gighed af flere karakteristikker eller af uden for køleanlægget optrædende karakteristikker. Også en fjernbetjening støder på vanskeligheder.

Det er også allerede kendt at påvirke ventilens indstillingsorgan ved hjælp af en elektrisk drevet giver, enten ved 20 hjælp af en elektromagnet (US-PS 3 914 952), ved hjælp af et af en elektrisk modstand opvarmeligt bimetal (US-PS 3 872 685) eller ved hjælp af en indstillingsmotor (US-PS 3 577 743).

Herved anvendes reguleringskredsløb med en brokobling, som i det mindste har et som ydre temperaturføler tjenende føler-25 element, som afgiver et med temperaturen kontinuerligt 2 145766 variabelt elektrisk signal, har en børværdi-indstillingsmod-stand samt en med diagonalspændingen forsynet forstærker.

Det er endvidere kendt at dimensionere slutforstærkeren som en strømregulator, som ligger i serie med den elektrisk 5 drevne giver. På grund af det elektriske reguleringskredsløb er fx en fjernstyring mulig. Der kan opnås en reguleringsafhængighed på mere end en temperatur. Giverne er dog på grund af de dele, der skal bevæges, mere kompliceret end de i flere årtier anvendte givere, som arbejder alene i afhængig-10 hed af damptrykket.

Opfindelsen har til hensigt at angive en reguleringsanordning, som tillader at øve indflydelse på reguleringsforholdet i højere grad end hidtil ved en af en referencetrykgiver påvirket ventil.

15 Denne opgave løses ifølge opfindelsen ved a) en referencetrykgiver, som i en delvis med en fordampelig væske fyldt trykbeholder har en varme-eller køleanordning og en tilbagemeldings-tempera-turføler, 20 b) en første brokobling med et som ydre temperaturfø ler tjenende første følerelement, som afgiver et med temperaturen kontinuerligt variabelt elektrisk signal, og en børværdi-indstillingsmodstand samt en første, med broens diagonalspænding forsynet 25 forstærker, c) en anden brokobling med et som tilbagemeldings-tem- peraturføler tjenende andet følerelement, som afgiver et med temperaturen kontinuerligt variabelt elektrisk signal, og en justerings-indstillingsmod-30 stand samt en anden, med broens diagonalspænding forsynet forstærker, 145765 3 d) et summationskredsløb, i hvilket de to forstærkeres udgangssignaler blandes, e) og en tredie, fra summationskredsløbet forsynet forstærker med efterkoblet strømregulator, som 5 ligger i serie med varme- eller køleanordningen.

Ved dette reguleringskredsløb indstilles ventilen ved hjælp af et referencetryk, som er lig med damptrykket af den fordampelige væske, og som kontrolleres nøje af en temperaturregulering i referencetrykgiveren. Herved danner varme-10 eller køleanordningen, tilbagemeldings-temperaturføleren, den anden brokobling, summationskredsløbet og den tredie forstærker med strømregulator en lille reguleringssløjfe, mens ventilen, i det mindste en del af køleanlægget, eventuelt en af køleanlægget påvirket del af reguleringsstrækningen, 15 den ydre temperaturføler, den første brokobling, summationskredsløbet og den tredie forstærker med strømregulator danner en stor reguleringssløjfe. Ved hjælp af den lille reguleringssløjfe holdes referencetrykket konstant på en bestemt værdi, som kan ændres under indflydelse af den ydre 20 reguleringssløjfe. I den første brokobling kan man anbringe de mest forskelligartede ydre temperaturfølere, fx for en sugetryksregulator en i det kølede medium anbragt føler, for en ekspansionsventil en mod overophedningsstrækningen anliggende føler. Man kan også anbringe flere temperaturfølere, 25 fx for en ekspansionsventil en første føler ved fordamperindgangen og en anden føler for enden af overophedningsstrækningen. Yderligere indflydelsesmuligheder kan indføres over slimmationskredsløbet, fx idet udgangssignalet tilblandes en yderligere brokobling. Derudover kan der ved indgreb på 30 talrige steder, især ved anvendelse af indstillingsmodstande, P-, I- og D-led, ske en optimal tilpasning af reguleringskredsløbet til det pågældende køleanlæg, hvad enten det drejer sig om indstillingstider, ventilens dysestørrelse eller det anvendte materiale.

4 145765

Summationskredsløbet kan for hver af broforstærkerudgangssig-nalerne opvise en indstillelig indgangsmodstand, som begge er forbundet med en indgang af den tredie forstærker. Dette giver en meget enkel strømsumdannelse, hvorved den første og 5 anden forstærkers til enhver tid forekommende indflydelse er optimalt indstillelig.

Endvidere bør den første forstærker forsynes med indstillingsmodstand for P- eller Pi-regulering. Mens man i den lille reguleringssløjfe ønsker en forholdsvis hurtig reaktion, 10 kan man i den store reguleringssløje optimalt tage hensyn til køleanlæggets træghedsforhold, Dette sker bedst i forbindelse med den første forstærker.

Særlig gunstigt er det herved, at en ved hjælp af et potentiometer udvalgt del af den første forstærkers udgangsspænding 15 over en første kondensator er lagt til udtaget af en af forstærkerens indgangsspænding forsynet, indstillelig spændingsdeler. Ved dette kredsløb kan man også ved forholdsvis store indstillingstider nøjes med en forholdsvis lille integrationskondensator. De to indstillingsmodstande muliggør 20 en nøje tilpasning af reguleringskredsløbets P- og I-forhold til køleanlægget.

For henholdsvis det første eller andet følerelement kommer især en NTC-modstand i betragtning. Man kan imidlertid også anvende et termoelement. Ofte er også en Ni- eller Pt-føler 25 velegnet.

Med særlig fordel dannes det andet følerelement af basis-emitter- strækningen af en som varmeanordning tjenende effekttransistor .

Opfindelsen beskrives nærmere nedenfor under henvisning til 30 et på tegningen vist udførelseseksempel, der viser i 145765 5 fig. 1 anordningen af en som fordampertryksregulator i et køleanlæg anbragt ventil, som aktiveres med et reguleringskredsløb ifølge opfindelsen, fig. 2 et koblingsdiagram for en udførelsesform af regule-5 ringskredsløbet og fig. 3 et koblingsdiagram for reguleringskredsløbet.

Figur 1 viser en ventil 1, som kan anbringes i et køleanlægs sugeledning 2. Køleanlægget har en kompressor 3 med en trykledning 4, en kondensator 5, en samler 6 og en fordamper 7.

10 En ekspansionsventil 8 styres af en føler 9 i afhængighed af sugegastemperaturen.

Ventilen 1 har et hus 10 med en ringformet indgangskanal 11 og en centrisk udløbskanal 12, som er skilt fra hinanden af et ventilsæde 13. En også som lukkestykke tjenende membran 15 14 er fastgjort mellem en flange 15 på huset 10 og en flange 16 af en kapsel 17, som for oven er aflukket af et skålformet låg 18. Kapslen 17, låget 18, en ringskive 19 og en bælg 20 danner en trykbeholder eller referencetrykgiver 21. Denne er over et påfyldningsrør 22 fyldt med et tofaset medium 23, 20 som foreligger i den nederste del i væskefasen og i den øverste del i dampfasen. Bælgens 20 bund 24 har samme tværsnitstørrelse som ventilsædet 4 og ligger på membranen 14.

Gennem låget 18 går tre stifter 25, 26 og 27. En glasisolering 28 tjener samtidig som pakning. I væskefasen er der anbragt 25 en varmemodstand 29 i form af en spiral af modstandstråd og en NTC-temperaturføler 30. Disse dele holdes ved hjælp af støttetråde 31. Varmemodstanden 29 er forbundet med stiften 26 og trykbeholderens 21 masse 32, temperaturføleren 30 er forbundet med stifterne 25 og 27. Ved hjælp af fire ledninger 30 33, 34, 35 og 36 er de nævnte stifter og massen forbundet med en reguleringsenhed 37. Ved hjælp af disse kan der i trykbeholderen 21 frembringes et bestemt damptryk p^, som 6 145765 virker på den anden trykflade F2, og som kan justeres ved hjælp af en drejeknap 38. I modsat retning trykker fordampertrykket pQ på den første trykflade Fq og - væsentligt mindre virksomt - sugetrykket Pg på flade F^. Herved indstilles en 5 ligevægtstilstand.

I strømningen 39 af det af fordamperen 7 kølede medium ligger en ydre temperaturføler 40, som over signalledninger 41 afgiver et elektrisk temperatursignal til reguleringsenheden 37. Denne har en yderligere drejeknap 42, ved hjælp af 10 hvilken man kan indstille det kølede mediums børværditempera-tur. På denne måde kan trykket p^ i trykbeholderen 21 reguleres således, at det kølede mediums temperatur bibeholder den indstillede børværdi.

Mediet 23 er således valgt, at det i ligevægtstilstand har 15 en højere temperatur end kølemediet og omgivelsestemperaturen. Hvis fordampertrykket skal forhøjes, forhøjes mediets 23 temperatur gennem stærkere opvarmning. Hvis fordampertrykket derimod skal sænkes, kan mediet 23 antage en lavere temperatur ved varmeafgivelse til kølemediet og omgivelsesluften.

20 Damptrykket forbliver da konstant, selv om ventilen må åbne for at opretholde det ønskede fordampertryk.

Et i denne sammenhæng anvendeligt reguleringskredsløb er vist i figur 2. En første bro Bl er under anvendelse af forkoblingsmodstande RI og R2 lagt mellem klemmerne V+ og 25 V- for den positive og negative spænding. Broen har i sin ene gren en fast modstand R3, et potentiometer R4, som kan forskydes ved hjælp af knappen 42, og en temperaturafhængig modstand R5, som er anbragt i føleren 40. Den anden gren består af to faste modstande R6 og R7, som fastlægger broens 30 Bl referencepunkt til jord.

Diagonalspændingerne lægges hver over en modstand R8 og R9 til indgangene af en første forstærker Al. Den inverterende 7 145766 indgang er over en modstand RIO, en indstillingsmodstand Ril og en fast modstand R12 forbundet med det til jord forbundne referencepunkt; disse modstande danner derfor en fra indgangsspændingen forsynet spændingsdeler. På udtaget mellem modstan-5 dene RIO og Ril er der tilsluttet en elektrode af en kondensator Cl, hvis anden elektrode ligger på udtaget af et potentiometer R13. Dette danner sammen med en fast modstand R14 en af udgangsspændingen forsynet spændingsdeler.

En anden bro B2 ligger under anvendelse af formodstande R15 10 og R16 mellem spændingsbølgerne V+ og V-. Den har i den ene gren en temperaturafhængig modstand R16, som svarer til følermodstanden 30, endvidere et potentiometer R17, der kan justeres ved hjælp af drejeknappen 38 og en fast modstand R18. Den anden gren består af to modstande R19 og R20, 15 mellem hvilke der fremkommer et til jord forbundet referencepunkt. Diagonalpunkterne er over modstandene R21 og R22 forbundet med indgangene af en anden forstærker A2, som er forsynet med en modkoblingsmodstand R23.

I et summationskredsløb S, som har to indstillelige modstande 20 R24 og R25, over hvilke udgangssignalerne fra de to forstær kere Al og A2 tilføres en tredie forstærker A3, hvis anden indgang over en modstand R26 ligger på det til jord forbundne referencepunkt. Denne forstærkers udgang er over en modstand R27 forbundet med en af to transistorer Trl og Tr2 i Darling-25 ton-kobling bestående transistorforstærker. I serie med transistorens Tr2 kollektor-emitter-strækning ligger en varmemodstand R28, som svarer til modstanden 29. Emitterpoten-tialet bliver over en modstand R29 ført tilbage til forstærkerens A3 inverterende indgang.

30 Dette kredsløb muliggør en proportional effektforstærkning af de på forstærkerens A3 ikke-inverterende indgang adderede spændinger fra de to operationsforstærkere Al og A2. Ved hjælp af de variable modstande R24 og R25 er det muligt med 8 145765 forskellig vægt at tage hensyn til påvirkningerne fra de to broer Bl og B2. Ved hjælp af modstandene Ril og Ri3 kan man indstille proportionalitetsfaktoren og integrationskonstanten ved forstærkeren Al. Alt i alt kan man på denne måde opnå en 5 regulering, ved hvilken integrationskondensatoren Cl ikke skal antage meget store værdier.

Reguleringskredsløbet ifølge figur 2 frembyder to reguleringssløjfer, som samvirker kaskadeagtigt, nemlig en lille reguleringssløjfe I og en større reguleringssløjfe II (figur 3).

10 Den mindste reguleringssløjfe omfatter summationskredsløbet S, i hvilket udgangssignalerne fra de to reguleringssløjer summeres, forstærkeren A3, i hvilken summen sammenlignes med en fast spænding, henholdsvis varmeanordningen 29 eller varmemodstanden R28, som har en lineær overføringsfunktion, 15 referencetrykgiveren 21, i hvilken den fra den tilførte varmeeffekt til kølemediet og omgivelserne overførte varmeffekt fratrækkes, det tofasede medium 23, hvis temperatur ændres med en vis forsinkelse, tilbagemeldingstemperaturføleren 30 eller R16, hvis temperatur og dermed dens udgangs-20 signal ligeledes ændres med en vis tidsforsinkelse, den anden brokobling B2, i hvilken temperatursignalet sammenlignes med børværdien, den anden forstærker A2 og summationskredsløbets modstand R25, som begge kun fremkalder en proportional ændring. I den største reguleringssløjfe indgår mellem 25 ventilen 1 og den ydre føler henholdsvis 40 eller R5 den af køleanlægget og den deraf kølede luft bestående reguleringsstrækning 43, hvorved en afvigelse 44, fx forskellige indgangstemperaturer af den luft, der skal køles, får indflydelse. Endvidere hører til den største reguleringssløjfe den første 30 bro Bl, hvor temperatursignalet fra føleren 40 sammenlignes med den på potentiometeret R4 indstillede børværdi, forstærkeren Al, som har P- og I-forhold, modstanden R24 @g så de med den mindste sløjfe fælles dele S, A3, 29 21 og 23.

Det fremgår, at den mindste reguleringssløjfe for sig kan 145765 9 udlignes optimalt, at der af forstærkerens Al P- og I-indstillingsmuligheder godt kan tages hensyn til de store forsinkelsestider i reguleringssløjfen II, og at sløjfernes tilpasning til hinanden er mulig ved hjælp af summationskreds-5 løbets indstillingsmodstande.

Yderligere påvirkningsmuligheder er til stede, hvis der i broen Bl anbringes yderligere følermodstande. Fx kan ved en ekspansionsventil følermodstanden R5 være anbragt for enden af overopvarmningsstrækningen og en anden følermodstand R3 10 være anbragt på fordamperindgangen. Det er endvidere muligt at styre integrationsforholdet temperaturafhængigt, fx hvis modstanden R14 gøres temperaturafhængig. Også andre modstande kan gøres indstillelige eller virke som følere.

Det kræver kun ringe ændringer, hvis der som temperaturføler 15 30 indsættes et termoelement, eller hvis varmemodstanden 29 erstattes af en effekttransistor. Også hvis der i stedet for en varmeanordning anvendes en køleanordning, kræver dette kun ringe ændringer i det samlede kredsløb. Som køleanordning egner sig fx et Peltier-element. Væskens 23 temperatur må da 20 ligge under kølemediets eller omgivelsesluftens temperatur.

Claims (2)

145765 ίο

1. Reguleringsanordning for et køleanlægs ventil, som reguleres i afhængighed af en ved hjælp af en ydre temperaturføler målt temperatur, og hvis indstillingsorgan påvirkes af en referencetrykgiver, kende-5 tegnet ved a) en referencetrykgiver (21), som i en delvis med en fordampelig væske (23) fyldt trykbeholder har en varme- eller køleanordning (29; R28) og en tilba-gemeldings-temperaturføler (30), 10 b) en første brokobling (Bl) med et som ydre tempera turføler (40) tjenende første følerelement (R5), som afgiver et med temperaturen kontinuerligt variabelt elektrisk signal, og en børværdi-indstillingsmodstand (R4) samt en første, med broens 15 diagonalspænding forsynet forstærker (Al), c) en anden brokobling (B2) med et som tilbagemeldingstemperaturføler tjenende andet følerelement (Ri6), som afgiver et med temperaturen kontinuerligt variabelt elektrisk signal, og en justerings-ind- 20 stillingsmodstand (R17) samt en anden, med broens diagonalspænding forsynet forstærker (A2), d) et summationskredsløb (S), i hvilken de to forstærkeres udgangssignaler blandes, e) en tredie, fra summationskredsløbet forsynet 25 forstærker (A3) med efterkoblet strømregulator (TI, T2), som ligger i serie med varme- eller køleanordningen.