DK159514B - Lukke- og indsproejtningsventil samt anvendelse af denne isaer til afrimning med varm gas i fryse- og koeleinstallationer - Google Patents

Description

DK 159514 B

Opfindelsen angår en ventil til at afspærre eller lukke en hoved-fluidstrøm gennem en hovedstrømningspassage med en ventilspindel, der har et ventilhoved, som kan bringes til at ligge an mod et ventilsæde for at lukke passagen, hvilken ventilspindel i den ende, der er 5 fjernest fra ventilhovedet, har et stempel, der arbejder i en cylinder, og som kan aktiveres af en lukkefluid mod en fjederkraft for at bevæge ventilspindlen og ventilhovedet til lukket stilling.

Ventilen ifølge opfindelsen er særligt beregnet til varm gas til afrimning i fryse- eller køleinstallationer, som omfatter en kompres-10 sor, en kondensator og en fordamper af den tørre eller fyldte type.

Kompressoren, som kan være af en type med stempel, snekke, lamel eller turbine, trækker det vaporiserede kølemiddel fra fordamperen og opretholder derved et lavt tryk i denne. I kompressoren komprimeres gassen til det tryk, der er bestemt af kondensatorens funktionsbe-15 tingelser. Under kompressionen tilføres der til gassen en mængde varme, som svarer til kompressionsarbejdet. Denne mængde varme bliver sammen med den mængde, som tilføres i fordamperen, fjernet ved hjælp af varmeveksling i kondensatoren, i hvilken kølemidlet kondenseres til en væske. Væsken ledes så til et egnet droslingsorgan, i hvilket 20 trykket reduceres til trykket i fordamperen. Ved reduktionen af trykket vil en lille væskemængde fordampe, så at den resterende del af væsken når fordamperen i funktionsdygtig tilstand. Ved fyldte fordampere vil væske og gas blive adskilt i en væskeseparator. Den frigivne mængde gas fra trykreaktionen føres med til kompressoren 25 sammen med den mængde gas, som er dannet ved varmeforsyningen til fordamperen. Derved sluttes kredsløbet.

Et fyldt fordampersystem består normalt af en væskeseparator, der er forbundet med én eller flere fordampersektioner. Væsken fra væskeseparatoren bringes til at cirkulere enten ved automatisk cirkulation 30 eller ved tvungen cirkulation. Når der benyttes tvungen cirkulation, er det muligt at bringe meget mere væske i cirkulation gennem systemet (fx fire til seks gange mere), end når der benyttes automatisk cirkulation. Den benyttede væskes trykhøjde og tryktabene i systemet hænger tæt sammen, hvorfor især et automatisk cirkuleringssystem må

DK 159514 B

2 være udformet på en sådan måde, at tryktabene i forsyningsrørene og væskepassageme er små.

Et tørt fordampersystem har ingen væskeseparator og trykket reduceres i indløbet til fordamperen ved hjælp af et egnet droslingsorgan, 5 sædvanligvis en termostatisk ekspansionsventil. Gassen forlader udløbet fra fordamperen i tørmættet eller overophedet tilstand.

Afrimning af fordampersektionerne er nødvendig, når der dannes rim og/eller is på fordamperens udvendige overflader på grund af installationens anvendelse og funktionsbetingelser. Dette vil sædvanligvis 10 være en uønsket virkning, som dog kan benyttes til fremstilling af is. Til afrimning af fordampersektionerne kan der benyttes varm gas, som tilføres fra kompressorens trykside eller fra et reservoir.

I princippet udføres afrimning med varm gas ved at lukke hele fordampersystemet eller dele af det og tilføre varm gas på fordampersi-15 den af det sted, der er lukket. Den varme gas vil i vid udstrækning kondensere inden i fordamperens passager, og fordamperen må på passende vis være forsynet med dræn enten til en sugende akkumulator, en returledning eller en væskeseparator eller til den resterende del af fordampersystemet. Et egnet reguleringssystem fastholder trykket i 20 den sektion, der afrimes, på et niveau, der giver effektiv afrimning og dræning. Når afrimningen er fuldført, standses tilførslen af varm gas, og kølemidlets strømning genoptages. Tilførslen af varm gas kan foregå ved indsprøjtning, og, som det fremgår af den foranstående beskrivelse, skal den udføres på fordampersiden af det sted, der er 25 lukket, og i modsat retning af den lukkede strøm af kølemiddel.

Kendte lukkeventiler, såsom fjernstyrede lukkeventiler, kræver brug af separate styringsindretninger til åbning og lukning af ventilen.

En yderligere ventil benyttes til at tilføre indsprøjtnings fluiden.

Egnede direkte styrede solenoideventiler, der giver et tilstrækkeligt 30 lavt tryktab, kan kun skaffes i relativt små dimensioner. De på markedet værende ventiler har også en relativt høj strømningsmodstand i åben tilstand på grund af begrænsninger i strømningspassagen, og de har en kompliceret opbygning.

DK 159514B

3

Aktiverbare kugleventiler udgør en undtagelse, men de kræver adgang til trykluft eller et hydraulisk medium. Der kræves desuden styreventiler til at varetage styrefunktionerne. Elektrisk styrede aktiveringsorganer er ofte urimeligt dyre, men udgør ellers et godt alter-5 nativ. Utætheder i kugleventilens pakdåse gør imidlertid sådanne aktiveringsorganer uegnet til brug i køleinstallationer.

Det er formålet med den foreliggende opfindelse at tilvejebringe en forbedret ventil af den indledningsvis nævnte art, og samtidig at kombinere lukke- og indsprøjtningsfunktionerne på en simpel måde.

10 Ventilen ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at ventilspindlen er hul og åben i den ende, hvor ventilhovedet er placeret, og i den modsatte ende har åbninger ind til det indre af den hule ventilspindel, og at stemplet er monteret for aksial bevægelse på ventilspindlen for yderligere bevægelse mod ventilsædet mod en fjederkraft, når 15 ventilhovedet er lagt an mod ventilsædet, og ventilspindlen således har nået et stop, hvilken yderligere bevægelse i forhold til ventilspindlen åbner en passage ind til åbningerne i ventilspindlen således, at lukkefluid indsprøjtes i hovedstrømningspassagen på den ene side af ventilsædet gennem ventilspindlen.

20 Som en følge heraf benyttes ved ventilen ifølge opfindelsen en indsprøjtningsfluid som et medium, der bevirker lukning af hovedfluid-strømningen. Samtidig er ventilen udformet sådan, at den giver et lavt tryktab i åben stilling.

Ventilens virkemåde afhænger på den ene side af et korrekt afpasset 25 forhold mellem indsprøjtningsfluidens tryk og den mulige volumenstrøm og på den anden side af voluminet af modtageren (fordamperen) og af trykket på begge sider af ventilen.

Ventilen vil fastholde en vis trykdifferens mellem på den ene side indsprøjtningsmediets tryk og dermed modtagerens (fordamperens) og på 30 den anden side trykket i hovedstrømningspassagen.

Under brug af ventilen ifølge opfindelsen tilføres det medium, som skal indsprøjtes (den varme gas), således til den distale side af stemplet, hvorved stempel og ventilspindel bevæges indtil ventilhove-

DK 159514 B

4 det lukker hovedstrømningen. I det øjeblik ventilhovedet ligger an mod ventilsædet, stoppes ventilspindlens bevægelse. Stemplet fortsætter imidlertid og åbner derved passager for tilførsel af ind-sprøj tningsfluid gennem stempelstangen (ventilspindlen) .

5 Ventilen ifølge opfindelsen har en væsentligt simplere konstruktion end kendte ventiler, og på samme tid er styrefunktionen gjort væsentligt simplere. Ventilen er også nem at samle og adskille. Ventilen kan nemt forsynes med en simpel og i det væsentlige uhindret passage i åben stilling, så at tryktabet er lavt. Ventilen kan åbnes igen ved 10 at lukke for indsprøjtningsfluiden, hvorefter trykket udlignes ved et mekanisk droslingselement eller ved en styret udligning gennem en ventil.

Når ventilen benyttes til varm gas til afrimning i fryse- eller køleinstallationer, som beskrevet ovenfor, forbindes ventilens hoved-15 strømningspassagen til en returstrømningspassage fra fordamperen til en væskeseparator, og lukke- og indsprøjtningsfluiden tilføres periodisk fra kompressorens trykside.

Yderligere formål, karakteristika og fordele ved den foreliggende opfindelse vil fremgå af den følgende beskrivelse med henvisning til 20 tegningen, på hvilken fig. 1 viser et eksempel på et skematisk flowdiagram for en køleinstallation, der indeholder en ventil ifølge opfindelsen, fig. 2 et aksialt snit gennem ventilen i åben stilling, fig. 3 et tilsvarende snit gennem ventilen på det tidspunkt, hvor 25 ventilhovedet kommer til anlæg mod ventilsædet, men før passagerne til tilførsel af lukkefluid er blevet åbnet, fig. 4 et del'snit af ventilen i fig. 2 og 3, efter at stemplet er forskudt på ventilspindlen for at åbne passagerne for lukkefluid.

I fig. 1 er skematisk vist en simplificeret køleinstallation, der 30 omfatter en fordamper 1, en væskeseparator 2, en kompressor 3 og en kondensator 4. Mellem kondensatoren 4 og væskeseparatoren 2 er der forbundet et droslingsorgan 5, fx i form af en manuel ekspansions-ventil. Med henvisningsbetegnelsen 6 er vist et styreorgan i form af en solenoideventil til droslingsorganet 5. Mellem den nederste ende 5

DK 159514 B

af væskeseparatoren 2 og den nederste ende af fordamperen 1 er forbundet en kontraventil 7 til at hindre, at gas og kondensat, der er dannet under afrimningen med varm gas, på ukontrolleret vis strømmer tilbage gennem tilførselsledningen fra væskeseparatoren 2. Fra et 5 sted i forsyningsledningen mellem kontraventilen 7 og den nederste ende af fordamperen 1 fører en ledning 13 til væskeseparatoren 2.

Ledningen 13, som indeholder et skematisk vist droslingsorgan 11, tjener til åt dræne fordamperen 1 for væske for at bibeholde et tilstrækkeligt højt afrimningstryk og give trykudligning mellem 10 fordamperen og væskeseparatoren 2, når tilførslen af varm gas er lukket.

I returledningen 8 fra fordamperen 1 gennem væskeseparatoren 2 til kompressoren 3 er indsat en ventil 9 ifølge opfindelsen. Denne ventil holder normalt returledningen til kompressoren åben. Der kan imid-15 lertid efter åbning af solenoideventilen 10 tilføres varm gas fra tryksiden af. kompressoren 3 til ventilen 9 for at lukke eller afspærre returledningen 8 og indsprøjte varm gas i fordamperen 1 i den modsatte retning.

Ventilen 9 er også vist i fig. 2. Som vist omfatter ventilen et 20 ventilhus 12, der har et indløb 14 og et udløb 16, et ventilsæde 18 og en flange 20 til forbindelse med et cylinderhus 22, der har en åbning 24 til forbindelse med en gasledning.

Mellem ventilhuset 12 og cylinderhuset 22 er fastklemt en skålformet føring 26 for en ventilspindel 28. Føringen 26 adskiller yderligere 25 det indre af cylinderhuset 22 fra strømningspassagen 32 mellem indløbet 14 og udløbet 16. Føringen 26 udgør også et bryst for en skruefjeder 34, der virker på stemplet 36. Der er tilvejebragt en trykudligningspassage 38 i føringen 26's væg. Stemplet 36 er monteret på ventilspindlen 28 for begrænset bevægelse mellem en skulder 41 og den 30 nederste ende af en hætte 40, der er fastgjort til den yderste ende af ventilspindlen 28 mellem en skulder og en låsering 42. Hætten 40 danner et ringformet kammer 44, der er i forbindelse med det indre af den hule ventilspindel 28 gennem åbninger 46 i denne. I hætten 40 er der en droslingspassage 47, hvis funktion vil blive beskrevet 35 senere.

6

DK 159514 B

Ved den ende af ventilspindlen 28, der vender bort fra cylinderkammeret 30, har ventilspindlen et ventilhoved 48, der omfatter en tætningsring 50, der er fastklemt mellem to skiver 52, 54, som holdes på plads af en møtrik 56 og en låseplade, der ikke er vist. Udform- i 5 ningen af ventilhovedet giver en automatisk centrering i ventilsædet 18, og den koniske udformning forhindrer radial udpresning af tætningsringen 50.

På ventilspindlen 28's periferi er der fræset en aksial rende 58, der giver trykudligning mellem cylinderkammeret 30 og strømningspassagen 10 32 umiddelbart før, at ventilhovedet 48 ligger an mod ventilsædet 18.

Der kan også tilvejebringes en droslingspassage 60 i ventilspindlen 28. Dennes funktion vil blive forklaret senere.

Når hovedstrømningspassagen 32 fra indløbet 14 til udløbet 16 skal lukkes og en fluid skal indsprøjtes i indløbet 14 for at strømme i 15 den modsatte retning af hovedfluidstrømningen, bliver indsprøjtnings-fluiden tilført gennem åbningen 24. Under forudsætning af at indsprøjtningsfluidens tryk er tilstrækkelig højt til at overvinde fjederen 34's kraft og trykket i cylinderkammeret 30, vil ventil-spindlen 28 blive bevæget mod venstre mod ventilsædet 18. Fjeder-20 kraften vil holde stemplet 36 i anlæg mod hætten 40, da det ringformede kammer 44's areal er dimensioneret på en sådan måde, at den positive trykkraft overstiger inertikræfterne på ventilspindlen 28 under acceleration mod ventilsædet 18. Stemplet 36 og ventilspindlen 28 vil således bevæge sig med samme hastighed mod ventilsædet 18.

25 Passagen 38 er dimensioneret sådan, at gassen i cylinderkammeret 30 vil komprimeres en lille smule. Formålet hermed er at reducere den hastighed, med hvilken ventilspindlen 28 bevæges, så at stødet mod ventilsædet 18 dæmpes. Kort før ventilhovedet 48 kommer til anlæg mod ventilsædet 18, har renden 58 nået en sådan stilling, at den kompri-30 merede gas i cylinderkammeret 30 frigives (se fig. 3), så at trykket omtrent er udlignet i det øjeblik, hvor ventilhovedet ligger an mod ventilsædet. Der opnås således fuldt tætningstryk med det samme.

7

DK 159514 B

Når ventilhovedet 48 og dermed ventilspindlen 28 ligger an mod ventilsædet 18 og derved stoppes, vil stemplet 36 fortsætte til den stilling, der er vist i fig. 4. Herved blotlægges åbningerne 46, og indsprøjtningsgassen kan trænge ind i indløbet 14 gennem den hule 5 ventilspindel 28. Trykket på stemplet 36 vil nu falde hurtigt afhængigt af indsprøjtningsfluidens tryk, strømningshastigheden og højden X af det ringformede mellemrum 45, der fører ind til det ringformede kammer 44. Når trykket i indløbet 14 er det samme som trykket i udløbet 16 på det tidspunkt, hvor ventilhovedet 48 lukker 10 passagen 32, er det en betingelse, hvis ventilen skal forblive lukket, at der er et vist tryktab gennem det ringformede mellemrum 45.

Hvis indløbet 14 danner indløb til et rum med et meget lille volumen, er tryktabet over det ringformede mellemrum 45 uden betydning. I en sådant tilfælde udføres højden X således, at det ringformede mellem-15 rum 45 har samme areal som åbningerne 46 tilsammen. Selv hvis strømningshastigheden er 0, vil ventilen blive ved med at være lukket, under forudsætning af at arealerne og trykdifferenserne for de bevægelige dele giver en større trykkraft end fjederkraften. I denne sammenhæng er arealforskellen mellem stemplet 36 og ventilsædet 18 en 20 vigtig faktor.

I praksis har det rum, hvori fluiden skal indsprøjtes gennem indløbet 14, et vist volumen, og der vil også være en vis strømningsmængde, der forlader dette volumen. Højden X må derfor indstilles til den aktuelle situation. I øvrigt vil ventilen sikre en vis trykdifferens 25 mellem på den ene side indsprøjtningsfluiden og dermed modtageren (fordamperen) og på den anden side trykket i udløbet 16 og hovedstrømningspassagen 32 således, at stemplet 36 bevæges tilbage mod hætten 40, hvis trykdifferensen over stemplet bliver for lav. Stemplet 36 vender tilbage til skulderen 41, når trykdifferensen atter er 30 tilstrækkelig høj.

Når ventilen 9 igen skal åbnes efter afslutning af indsprøjtningen, er det normalt tilstrækkeligt simpelthen at lukke ventilen 10, så at indsprøjtningsfluidstrømningen lukkes. Grunden til dette er, at strømmen som forlader det volumen, som indløbet 14 er i forbindelse 35 med, vil reducere trykket i systemet. Efter relativt kort tid bliver fjederkraften større end de trykkræfter, der holder ventilen lukket,

Claims (5)

1. Ventil til at afspærre eller lukke en hovedfluidstrømning gennem en hovedstrømningspassage (32) med en ventilspindel (28), der har et ventilhoved (48), som kan bringes til anlæg mod et ventilsæde (18) for at lukke passagen, hvilken ventilspindel ved den ende, der er fjernest fra ventilhovedet, bærer et stempel (36), der arbejder i en 25 cylinder, og som kan aktiveres af en lukkefluid mod en fjederkraft for at bevæge ventilspindlen (28) og ventilhovedet (48) til lukket stilling, kendetegnet ved, at ventilspindlen (28) er hul og åben ved den ende, hvor ventilhovedet (48) er placeret, og i den modsatte ende 30 har åbninger (46) ind til det indre af den hule ventilspindel (28), og at stemplet (36) er monteret for aksial bevægelse på ventilspindlen (28) for yderligere bevægelse mod ventilsædet (18) mod en fjederkraft, når ventilhovedet (48) er kommet til anlæg mod ventilsædet DK 159514 B (18), og ventiIspindlen (28) således har nået et stop, hvilken yderligere bevægelse i forhold til ventilspindlen (28) åbner en passage (45) ind til åbningerne (46) i ventilspindlen (28) således, at lukkefluid indsprøjtes i hovedstrømningspassagen (32) på den ene side af 5 ventilsædet (18) gennem ventilspindlen.

2. Ventil ifølge krav 1, kendetegnet ved, at cylinderkammeret (30) på den side af stemplet (36), som ikke udsættes for lukke- og indsprøjtningsfluiden, er i forbindelse med hovedstrømningspassagen (32) gennem droslings-10 passager (38) og således fyldes med hovedfluiden, der komprimeres under lukkeoperationen for at skabe en bremse- og dæmpningseffekt på ventilspindlens lukkebevægelse.

3. Ventil ifølge krav 2, kendetegnet ved, at der er tilvejebragt en udlignings-15 passage (58), der umiddelbart før ventilhovedet (48) kommer til anlæg mod ventilsædet (18), åbnes for at give hurtig udligning af trykdifferensen mellem cylinderkammeret (30) og høvedstrømningspassagen (32).

4. Ventil ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, 20 kendetegnet ved, at der er tilvejebragt en droslingspassa-ge (47, 60) eller en ventilstyret passage fra cylinderkammeret, som udsættes for lukke- og indsprøjtningsfluidens tryk, til den anden side af ventilsædet (18) for at udligne trykket, når lukke- og indsprøjtningsfluidforsyningen er lukket således, at ventilen returneres 25 til åben stilling af fjederkraften, der virker på stemplet (36).

5. Anvendelse af en ventil ifølge et hvilket som helst af de foregående krav til afrimning i fryse- og køleinstallationer med varm gas, hvilke køleinstallationer omfatter en kompressor (3), en kondensator (4) og en fordamper (1) og har en ventilhovedstrømningspassage, 30 der er forbundet til en returstrømningspassage (8) fra fordamperen (1) til en væskeseparator (2), og med en lukke- og indsprøjtnings-fluid, som periodisk tilføres fra tryksiden af kompressoren (3).