NL9000744A - Geoptimaliseerd thermostatisch expansieventiel en een daarvan voorziene koelmachine. - Google Patents

Description

Geoptimaliseerd thermostatisch expansieventiel en een daarvan voorziene koelmachine

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een thermostatisch expansieventiel, en een koelmachine waarvan de koelkring is voorzien van een dergelijk thermostatisch expansieventiel.

Een thermostatisch expansieventiel omvat een met een vloeistof-dampmengsel gevulde bulb, die via een capillaire leiding is verbonden met een van een membraan voorziene drukkamer van het ventiel. De bulb is bevestigd op de uitlaat van de verdamper (zuigleiding van de compressor) en meet de temperatuur en indirect de druk van het koelmiddel dat de verdamper verlaat. De bulbdruk wordt uitgeoefend op het membraan en afhankelijk van de tegendruk wordt het thermostatische expansieventiel meer of minder geopend. Aldus kan worden gecompenseerd voor een variatie in het koelvermogen van de verdamper.

In de praktijk is de temperatuur van het uit de verdamper tredende koelmiddelgas hoger dan de verdampings-temperatuur, en dit verschil wordt oververhitting genoemd. In conventionele koelmachines waarbij gebruik wordt gemaakt van een thermostatisch expansie-ventiel, wordt circa 10% van het verdamperoppervlak gebruikt om het koelmiddelgas tot boven het kookpunt te verwarmen. Deze relatief grote oververhitting is noodzakelijk om een stabiel geregelde koelkring te verschaffen, aangezien het conventionele thermostatische expansieventiel een proportioneel gestuurd ventiel is met het oververhittings-regelsignaal dat afkomstig is uit de verdamper. Bij een lage oververhitting wordt dit regelsignaal verstoord door de aanwezigheid van vloeistof in het nog steeds oververhitte koelmiddelgas.

De uitvinding beoogt een thermostatisch expansieventiel en een koelmachine met een koelkring, waarin een dergelijk thermostatisch expansieventiel is opgenomen, te verschaffen, waardoor kan worden gewerkt bij een lagere oververhitting.

Dit wordt overeenkomstig de uitvinding bereikt doordat het thermostatische expansieventiel is voorzien van een integrerende regelkring. In een dergelijke integrerende regelkring wordt het signaal dat de mate van oververhitting van de verdamper levert niet verschaft door de verdamper zelf, maar door een separaat verwarmingselement. Dit verwarmingselement verwarmt de bulb bij toenemende oververhitting, waardoor de bulb het thermostatische expansieventiel zodanig bekrachtigt, dat extra koelmiddelvloeistof naar de verdamper stroomt. Bij een verlaging van de oververhitting wordt op overeenkomstige wijze de toevoer van koelmiddelvloeistof aan de verdamper verminderd. Aldus wordt het thermostatische expansieventiel een proportioneel integrerende regelaar, waardoor het koel-proces bij een lagere oververhitting en onder steeds optimale omstandigheden kan worden uitgevoerd.

Een dergelijk, integrerend thermostatisch expansieventiel is zeer stabiel en behoeft slechts éénmaal te worden ingesteld. Doordat bij een lagere oververhitting kan worden gewerkt, zijn bij dezelfde temperaturen voor de te koelen produkten, hogere verdampingstemperaturen mogelijk. Dit levert niet alleen energie- en tijdsbesparing, maar bovendien een minder snel aanvriezen en voorkomt problemen als gevolg van ijsafzetting. Verder zal het te koelen produkt minder snel uitdrogen. Door een optimale benutting van het verdamperoppervlak zal ook een meer egale afkoeling van het produkt en een egalere berijping van de koelelementen optreden.

Bovendien is de regelkring volgens de uitvinding fail-safe, dat wil zeggen, bij het in het ongerede raken van de regelkring blijft het expansieventiel werken als een thermostatisch expansieventiel, weliswaar bij een hogere oververhitting en een lagere verdampingstemperatuur. De koel-werking van de koelmachines wordt niet onderbroken.

Tenslotte is het mogelijk om bestaande thermostatische expansieventielen met een dergelijke regelkring volgens de uitvinding uit te voeren.

Voor het meten van de verhouding koelmiddelgas/ koelmiddelvloeistof in de uitlaat van de verdamper, maakt de regelkring gebruik van een vloeistofvoelende taster. Bij voorkeur wordt voor een dergelijke taster gebruik gemaakt van een NTC-weerstand, een thermistor.

Voor een stabiele regelkring is het gunstig, dat de tijdconstante van de bulb vergroot wordt. Dit kan op eenvoudige wijze geschieden door het warmtegeleidend oppervlak tussen de bulb en de uitlaat van de verdamper te verkleinen. Overeenkomstig de uitvinding wordt dit bereikt doordat het contactvlak van de bulb voor de uitlaat van de verdamper ten dele is voorzien van een thermische isolatie.

In de stabiele regelkring volgens de uitvinding is de temperatuur van het koelmiddel dat de verdamper verlaat, niet van belang voor de vloeistofvoelende taster. Immers, deze taster reageert op de verhouding koelmiddelgas/koelmiddel-vloeistof bij een bepaalde verdampings-/condensatie-temperatuur.

Genoemde en andere kenmerken van het thermostatische expansieventiel volgens de uitvinding en een koelmachine waarin een dergelijk ventiel is opgenomen, zullen hierna ter illustratie worden beschreven aan de hand van een niet-limi-tatief uitvoeringsvoorbeeld, waarbij wordt verwezen naar de bijgevoegde tekening.

In de tekening is figuur 1 een schematische illustratie van een koelmachine volgens de uitvinding voor het koelen van een melktank; en figuur 2 op grotere schaal en ten dele in doorsnede de details II en III uit figuur 1.

Figuur 1 toont een koelmachine 1 die via leidingen 2 en 3 is verbonden met een koeltank 4 om de inhoud daarvan, bijvoorbeeld melk 5, te koelen.

De koelmachine 1 omvat een koelkring 6 met een verdamper 7 die via een koelmiddeluitlaat 8 is verbonden met de zuigzijde van een compressor 9. De perszijde van de compressor 9 is aangesloten op een condensor 10 die via een leiding 11, waarin een expansieventiel 12 is opgenomen, is verbonden met de verdamper 7.

Het expansieventiel 12 is via een capillaire leiding 13 verbonden met een bulb 14 die thermisch geleidend is bevestigd op de uitlaat 8. De bulb 14 is verder voorzien van een regelkring 15 volgens de uitvinding die hierna meer in detail zal worden besproken aan de hand van figuur 2.

Het conventionele thermostatische expansieventiel 12 omvat een drukkamer 16 met een membraan 17, waartegen een veer 18, die rust op een veerschotel 19, drukt. De veerdruk is instelbaar met een stelschroef 20 die de positie van de veerschotel 19 langs een drukstift 21 instelt. De stand van de afsluitnaald 22 die de opening 23 van het thermostatische expansieventiel 12 regelt, wordt bepaald door de druk in de drukkamer 16. Deze druk is evenredig aan de druk van het vloeistof-dampmengsel in de bulb 14. Deze druk is afhankelijk van de temperatuur van het koelmiddel dat door de uitlaat 8 stroomt.

Het contactvlak 24 van de bulb 14 met de uitlaat 8 is ten dele thermisch geïsoleerd met een thermisch isolatiemateriaal 25. Het resterende deel van het contactoppervlak 24 is voorzien van een thermisch geleidend materiaal 26.

Tegen de bulb 14 is verder een verwarmingselement 27 aangebracht, waarmee de bulb 14 kan worden verwarmd. Dit verwarmingselement 27 is opgenomen in de regelkring 15 die verder een tot in de uitlaat 8 reikende thermistor 28 en een spanningsbron 29 omvat.

De werking van de integrerende regelkring 15 voor het thermostatische expansieventiel 12 is als volgt. De thermistor 28 staat in direct contact met het koelmiddel dat de verdamper 7 via de uitlaat 8 verlaat. Bestaat het koelmiddel slechts uit koelmiddelgas, dan wordt de thermistor 28 verwarmd, waardoor zijn weerstand afneemt, de stroom in de regelkring 15 toeneemt en de bulb 14 door het verwarmingselement 27 wordt verwarmd. Daardoor neemt de druk in de drukkamer 16 toe en wordt de opening 23 van het expansieventiel 12 vergroot en stroomt koelmiddelvloeistof naar de verdamper 7. De toevoer van koelmiddelvloeistof aan de verdamper 7 wordt eerst verminderd wanneer ,de thermistor 28 een toenemende hoeveelheid koelmiddelvloeistof registreert in de uitlaat 8. Zijn weerstand neemt toe, en als gevolg van een verminderde stroom in de regelkring 15 wordt de bulb 14 minder verwarmd, waardoor de druk in de drukkamer 16 afneemt en de opening 23 in de inlaat 11 voor de verdamper 7 kleiner wordt.

Aldus ontstaat een proportioneel integrerende regelkring voor het thermostatische expansieventiel die zeer stabiel is, en derhalve kan de verdamper 7 continu onder mildere oververhittingscondities werken.

Door gebruik te maken van de regelkring 15 volgens de uitvinding is het mogelijk om de mate van oververhitting van de verdamper 7 voor de koelmachine 1 aanzienlijk te verlagen. In een experiment waarbij, zoals getoond in figuur 1, 1.000 liter melk wordt gekoeld van circa 15°C naar circa 4°C, bleek bij toepassing van de regelkring volgens de uitvinding binnen een half uur de mate van oververhitting terug te lopen van 6,8eC naar 3,7°C, waarna de mate van oververhitting constant bleef gedurende het resterende deel van het koelproces.

Zonder de regelkring volgens de uitvinding was de aanvankelijke oververhitting 15,5”C, welke aan het einde van het proces na 3 uur was teruggelopen tot slechts 7,9°C.

Ofschoon niet beschreven, is het mogelijk om in de regelkring 15 een regelbare weerstand op te nemen, teneinde de mate van oververhitting van de verdamper 7 te kunnen instellen. Verder kan met drukopnemers de druk worden begrensd en met een thermostaat de verdampingstemperatuur.

Claims (10)

1. Koelmachine, omvattende een koelkring met een verdamper, een compressor, een condensor en een thermostatisch expansieventiel, waarvan een bulb is aangesloten op de uitlaat van de verdamper, gekenmerkt door een integrerende regelkring voor het thermostatische expansieventiel.

2. Koelmachine volgens conclusie 1, waarin de regelkring een verwarmingselement voor het verwarmen van de bulb omvat.

3. Koelmachine volgens conclusie 1 of 2, waarin de regelkring een vloeistofvoelende taster omvat.

4. Koelmachine volgens conclusie 3, waarin de vloei-stofvoelende taster een thermistor omvat.

5. Koelmachine volgens conclusie 1-4, waarin het contactvlak van de bulb voor de uitlaat van de verdamper ten dele is voorzien van een thermische isolatie.

6. Thermostatisch expansieventiel voorzien van een integrerende regelkring.

7. Ventiel volgens conclusie 6, waarin de regelkring een verwarmingselement voor het verwarmen van een bulb van het thermostatische expansieventiel omvat.

8. Ventiel volgens conclusie 6 of 7, waarin de regelkring een vloeistofvoelende taster omvat.

9. Ventiel volgens conclusie 8, waarin de vloeistofvoelende taster een thermistor omvat.

10. Ventiel volgens conclusie 6-9, waarin een deel van het contactvlak van de bulb voor de uitlaat van de verdamper is voorzien van een thermische isolatie.