SE431583B

SE431583B - DEVICE FOR CONTROL OF AN EXPANSION VALVE

Info

Publication number: SE431583B
Application number: SE8300046A
Authority: SE
Inventors: Morten Fordsmand
Original assignee: Morten Fordsmand
Priority date: 1981-05-05
Filing date: 1983-01-04
Publication date: 1984-02-13
Also published as: SE8300046L; SE8300046D0; DK200081A; WO1982003907A1

Description

830001164» 10 15 20 25 30 35 40 Z ångningsanordningens nämnda övriga del, att förhållandet mellan den del av kylmedlet, som den parallellkopplade de- len tillföres, och den värme, som denna parallellkopplade del tillföres, är mindre än förhållandet mellan den del av kylmedlet, som den nämnda övriga delen av förångningsanord- ningen tillföres och det värme som denna övriga del av för- ångningsanordningen tillföras. Härigenom uppnås det, att den del av kylmedlet, som den parallellkopplade delen till- föres, mottager mer värme per kilogram tillfört kylmedel än den del av kylmedlet, som tillföres den övriga delen av förångningsanordningen eller med andra ord värmeinnehâllet av det kylmedel, som lämnar den parallellkopplade delen, kommer att vara större än värmeinnehâllet i den del av kyl- medlet, som lämnar förångningsanordningens övriga del. Detta innebär å sin sida, att det kan åstadkommas den nödvändiga överhettningen av kylmedelångan i den sista delen av den parallellkopplade delen, så att känselkroppen får den nöd- vändia ökade temperaturen i förhållande till förångningstem- peraturen, men då detta enbart är fallet i vad avser den parallellkopplade delen, kan den övriga delen av förångnings- anordningen utnyttjas fullt ut i vad avser dennas kapacitet. 830001164 »10 15 20 25 30 35 40 The said other part of the steaming device, that the ratio between the part of the coolant to which the parallel-connected part is supplied and the heat to which this parallel-connected part is supplied is less than the ratio between the part of the coolant , to which the said other part of the evaporator is supplied and the heat to which this other part of the evaporator is supplied. In this way it is achieved that the part of the coolant to which the parallel-connected part is supplied receives more heat per kilogram of supplied coolant than the part of the coolant which is supplied to the rest of the evaporator or in other words the heat content of the coolant leaving it. the part connected in parallel, will be larger than the heat content in the part of the coolant which leaves the other part of the evaporator. This in turn means that the necessary superheating of the coolant vapor can be achieved in the last part of the parallel-connected part, so that the sensing body has the necessary increased temperature in relation to the evaporation temperature, but then this is only the case in terms of the parallel-connected part, the other part of the evaporator can be fully utilized in terms of its capacity.

Det uppnås därigenom att det enbart blir en ganska liten del av den totala förångningsanordningen, som icke kan ut- nyttjas optimalt. å En fördelaktig utföringsform av förångningsanord- ningen kännetecknas enligt uppfinningen därav, att det först- nämnda förhållandet är så mycket mindre än det sistnämnda förhållandet, att det med utgångsänden av den parallellkopp- lade delen framkommer en överhettning av kylmedelångan på ca 3-7°C och företrädesvis 5°C, medan det vid utgângsânden av den nämnda övriga delen tillnärmelsevis icke uppstår nâ- gon överhettning. Härigenom uppnås det, att förångningsan- ordningen utnyttjas maximalt, i det den nämnda temperatur- differensen är den, som med säkerhet kan åstadkomma en sta- bil styrning av expansionsventilen.This is achieved by making only a rather small part of the total evaporator device, which cannot be utilized optimally. An advantageous embodiment of the evaporator device is characterized according to the invention in that the former ratio is so much smaller than the latter ratio that an overheating of the coolant vapor of about 3-7 ° C occurs with the output end of the parallel-connected part. and preferably 5 ° C, while at the starting end of the said other part there is virtually no overheating. In this way it is achieved that the evaporator is utilized to the maximum, in that the mentioned temperature difference is the one which can with certainty achieve a stable control of the expansion valve.

I det fall, där förångningsanordningen består av flera parallellkopplade rör eller slangar med inbördes till- närmelsevis lika längd, tjocklek och diameter, vilket t.ex. vanligen är fallet för förångningsanordningar för värmepumpar för husuppvärmning, är känselkroppen lämpligen enligt uppfin- 10 15 20 25 30 35 40 $30ﬂﬁEF"3 f» I) ningen anbringad vid utgångsänden av det ena röret eller den ena slangen, och vidare är det vid ingångsänden av det- ta rör eller denna slang âstadkommet ett strömningsmotstånd.In the case where the evaporator device consists of several pipes or hoses connected in parallel with approximately equal length, thickness and diameter, which e.g. is usually the case for evaporators for heat pumps for house heating, the sensing body is suitably according to the invention attached to the outlet end of one pipe or one hose, and furthermore it is at the inlet end of this pipe or hose created a flow resistance.

Denna anordning är fördelaktig genom att den kan användas, utan att det behöver företagas större ingrepp i det produk- tionsprogram, som följes vid framställningen av förångnings- anordningar med flera parallellkopplade rör eller slangar.This device is advantageous in that it can be used without the need for major interventions in the production program which is followed in the manufacture of evaporators with several parallel pipes or hoses.

Den i det föregående nämnda utföringsformen är för- delaktig i det fall när uppvärmningsförhållandena, i vad avser de parallellkopplade rören eller slangarna är lika.The above-mentioned embodiment is advantageous in the case when the heating conditions, in respect of the parallel connected pipes or hoses, are equal.

Det föreligger emellertid också det fallet, när olika delar av förångningsanordningen tillföres olika värmemängder. Det- ta är t.ex. fallet när förångningsanordningen är uppdelad i två eller flera parallellkopplade delar, som genomströmmas av ifrågavarande uppvärmningsmedium i serie. För att också i sistnämnda fallet kunna klara sig med inbördes lika för- ångningsanordningsdelar, kan känselkroppen enligt en ytter- ligare utföringsform för föreliggande uppfinning vara an- bringad vid utgångsänden av den av uppvärmningsmediet först genomströmmade delen av förångningsanordningen.However, there is also the case when different parts of the evaporator are supplied with different amounts of heat. This is e.g. the case when the evaporator is divided into two or more parallel-connected parts, which are passed through by the heating medium in question in series. In order also in the latter case to be able to cope with mutually equal evaporator device parts, the sensing body according to a further embodiment of the present invention can be arranged at the output end of the part of the evaporator device first flowed through by the heating medium.

Uppfinningen kommer i det följande att närmare förkla- ras med hänvisning till bifogade ritningsfigurer.The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawing figures.

Figur 1 visar därvid en första utföringsform av för- ângningsanordningen och figur 2 visar en andra utföringsform av förångningsanordningen enligt uppfinningen.Figure 1 shows a first embodiment of the evaporator device and figure 2 shows a second embodiment of the evaporator device according to the invention.

I figuren betecknar 1 ett kylmedelkretslopp och däri ingår det betraktat i kylmedlets cirkulationsriktning en kom- pressor 2, en kondensator 3, ett synglas 4, ett filter 5, den ena sidan 6 av en värmeutjämnare, som i sin helhet är betecknad med 7, en termostatisk expansionsventil 8, ett för- delarhuvud 9, en förângare, som i helhet betecknas med 10, och den andra sidan 11 av värmeutjämnaren 7, genom vilken förångarens 10 utloppsände är förenad med kompressorns 2 sugsida.In the figure, 1 denotes a coolant circuit and therein, viewed in the direction of circulation of the coolant, a compressor 2, a condenser 3, a sight glass 4, a filter 5, one side 6 of a heat equalizer, which in its entirety is denoted by 7, a thermostatic expansion valve 8, a manifold head 9, an evaporator, designated 10 in its entirety, and the other side 11 of the heat equalizer 7, through which the outlet end of the evaporator 10 is connected to the suction side of the compressor 2.

Förångaren 10 är uppdelad i tre parallellkopplade delar 14, 15 och 16, och vid det i figur 1 visade fallet utgöres förângarens uppvärmningsmedium av luft eller vatten, som cirkuleras genom ett hus 17, där största delen av delar- na 14, 15 och 16 är anbringade.The evaporator 10 is divided into three parts 14, 15 and 16 connected in parallel, and in the case shown in Figure 1 the heating medium of the evaporator is constituted by air or water, which is circulated through a housing 17, where most of the parts 14, 15 and 16 are affixed.

De tre delarna 14, 15 och 16 av förångaren är anslutna 10 15 20 25 30 35 40 83000116-'3 4 till fördelarhuvudet 9 vid deras ena ände och vid den andra änden av delen 14 är känselkroppen 18 till termostatventilen 8 anbringad, varemot den andra änden av de två andra delarna 15 och 16 är kopplade till varandra vid en samlingspunkt 19, som är förbunden med kompressorns 2 sugledning 20, efter det ställe, där denna är förenad med den andra änden av förångar- delen 14. i ' Förångardelen 14 utgör således en i förhållande till förångarens övriga delar 15 och 16 parallellkopplad del och känselkroppen 18 är som nämnt anbringad vid dennas utgångs- ände. Vid den i fig. 1 visade utföringsformen är delarna 14, 15 och 16 i och för sig lika, dvs. de har samma längd, dia- meter och väggtjocklek, men i vad avser delen 14 föreligger den dimensioneringsåtgärden, att det mellan denna del och fördelarhuvudet 9 är inskjutet ett motstånd 22. Detta inne- bär, att de tre delarna 14, 15 och 16 matas olika med kyl- medel från fördelarhuvudet 9, därigenom att motståndet 22 ger, att delen 14 får tillfört mindre kylmedel än de andra delarna 15 och 16. Då delarna 14, 15 och 16 i stort sett till- föres lika mängder värme vid det visade arrangemanget, i vad avser luft- eller vattentillförsel, blir förhållandet mellan den del av kylmedlet, som tillföras delen 14, och den värme, som denna del tillföres, förhållandevis litet, varemot för- hållandet mellan den mängd kylmedel, som tillföres delarna 15 och 16, och den värme, som dessa delar mottager, blir för- hållandevis stort. Detta medför å sin sida, att det per till- förd viktsmängd kylmedel sker en kraftigare uppvärmning i delen 14 än i delarna 15 och 16 eller med andra ord, det kyl- medel, som strömmar ut ur förångardelen 14 kommer att ha ett större värmeinnehåll än det kylmedel, som lämnar förângnings- delarna 15 och 16. Motståndet 22 är valt på sådant sätt, att den mängd kylmedel, som tillföres förångardelen 14, förångas fullständigt samt överhettas ca 3-7°C och företrädesvis 5°C, varemot det just sker förångning av den kylmedelmängd, som tillföres förångningsdelarna 15 och 16. Följaktligen utnytt- jas kapaciteten hos delarna 15 och 16 maximalt tack vare det förhållande, att det däri sker värmeövergång till flytan- de kylmedel i dessa delars fulla längd och det är enbart den sista delen av förångningsdelen 14, som inte utnyttjas maxi- malt, därigenom att det däri förefinnes ånga, där värmeöver- 10 15 20 25 30 35 40 í azoona6~z gången är mindre än, när det rör sig om flytande kylmedel.The three parts 14, 15 and 16 of the evaporator are connected to the distributor head 9 at one end thereof and at the other end of the part 14 the sensing body 18 of the thermostat valve 8 is fitted, whereas the other the ends of the two other parts 15 and 16 are connected to each other at a meeting point 19, which is connected to the suction line 20 of the compressor 2, according to the place where this is connected to the other end of the evaporator part 14. The evaporator part 14 constitutes thus a part connected in parallel with the other parts 15 and 16 of the evaporator and the sensing body 18 is, as mentioned, arranged at its starting end. In the embodiment shown in Fig. 1, the parts 14, 15 and 16 are in themselves equal, i.e. they have the same length, diameter and wall thickness, but in the case of the part 14 there is the dimensioning measure that a resistor 22 is inserted between this part and the distributor head 9. This means that the three parts 14, 15 and 16 are fed different with coolants from the distributor head 9, in that the resistor 22 provides that the part 14 is supplied with less coolant than the other parts 15 and 16. When the parts 14, 15 and 16 are supplied with substantially equal amounts of heat in the arrangement shown , in terms of air or water supply, the ratio between the part of the coolant supplied to the part 14 and the heat supplied to this part becomes relatively small, whereas the ratio between the amount of coolant supplied to the parts 15 and 16, and the heat which these parts receive becomes relatively large. This in turn means that per added amount of refrigerant added there is a stronger heating in the part 14 than in the parts 15 and 16 or in other words, the refrigerant which flows out of the evaporator part 14 will have a greater heat content than the coolant leaving the evaporator parts 15 and 16. The resistor 22 is selected in such a way that the amount of coolant supplied to the evaporator part 14 is completely evaporated and overheated by about 3-7 ° C and preferably 5 ° C, whereas it just happens evaporation of the amount of coolant supplied to the evaporating parts 15 and 16. Consequently, the capacity of the parts 15 and 16 is used to the maximum due to the fact that there is a heat transfer to liquid coolant in the full length of these parts and it is only the last part of the evaporator part 14, which is not utilized to the maximum, in that there is steam in it, where the heat transfer is less than in the case of liquid coolant.

Den i det föregående nämnda goda utnyttjningen av förångaren har särskild betydelse i det fallet, när tempera- turskillnaden mellan uppvärmningsmediet och förångningstem- peraturen icke är särskilt stor. Det är t.ex. fallet, när det rör sig om värmepumpar, där kondensatorn 3 tjänar som uppvärmningskälla och där uppvärmningsmediet till förångaren utgöres av t.ex. källvatten, havsvatten, värme från omgivan- de jord eller andra värmekällor med förhållandevis låg tem- peratur, därigenom att temperaturskillnaden mellan uppvärm- ningsmediets temperatur och kylmedlets förångningstemperatur utnyttjas maximalt tack vare det förhållandet, att största delen av förångarens temperatur hålles på\kylmedlets förång- ningstemperatur vid gällande tryck.The above-mentioned good utilization of the evaporator is of particular importance in the case when the temperature difference between the heating medium and the evaporation temperature is not very large. It is e.g. the case, in the case of heat pumps, where the capacitor 3 serves as a heating source and where the heating medium to the evaporator consists of e.g. spring water, seawater, heat from ambient soil or other heat sources with a relatively low temperature, in that the temperature difference between the temperature of the heating medium and the evaporating temperature of the coolant is used to the maximum due to the fact that most of the evaporator temperature is kept temperature at the current pressure.

Vid utföringsformen i fig. 1 är det omnämnt en förånga- re bestående av tre delar 14, 15 och 16, som är lika bortsett från det inskjutna motståndet 22 i förångningsdelen 14. En sådan utföringsform är fördelaktig därigenom, att samma konstruk- tionselement kan användas till alla förångningsdelarna, men det skall inses, att det inte föreligger hinder att uppbygga en förångningsanordning enligt föreliggande uppfinning av in- bördes olika delar. Blott skall tillses, att den i det före- gående angivna betingelsen är uppfylld, nämligen att den paral- lellkopplade delen 14, på vilken känselkroppen 18 är anbringad, är dimensionerad på sådant sätt i förhållande till förângnings- anordningens övriga delar 15 och 16, att förhållandet mellan den del av kylmedlet, som den parallellkopplade delen 15 till- föres, och den värme, som denna parallellkopplade del till- föres, är mindre än förhållandet mellan den del av kylmedlet, som den övriga delar 15 och 16 av förångningsanordningen till- föres och den värme, som denna övriga del av förångningsanord- ningen tillföres. Härigenom blir det nämligen möjligt att åstadkomma den i det föregående nämnda överhettningen enbart i den parallellkopplade delen 14.In the embodiment in Fig. 1 it is mentioned an evaporator consisting of three parts 14, 15 and 16, which are equal apart from the inserted resistor 22 in the evaporation part 14. Such an embodiment is advantageous in that the same construction element can be used to all the evaporating parts, but it should be understood that there is no obstacle to constructing an evaporating device according to the present invention of mutually different parts. It is only necessary to ensure that the condition stated above is fulfilled, namely that the parallel-connected part 14, on which the sensing body 18 is mounted, is dimensioned in such a way in relation to the other parts 15 and 16 of the evaporator, that the ratio between the part of the coolant to which the parallel-connected part 15 is supplied and the heat supplied to this parallel-connected part is less than the ratio of the part of the coolant to which the other parts 15 and 16 of the evaporator are supplied and the heat supplied to this other part of the evaporator. Namely, it becomes possible to achieve the above-mentioned overheating only in the parallel-connected part 14.

I stället för att åstadkomma det i det föregående för- klarade förhållandet genom att omfördela den del av förång- ningsanordningen, varpå känselkroppen är anbringad med hänsyn till kylmedelförsörjningen, kan det i stället åstadkommas en relativt ökad uppvärmning av en parallellkopplad del av för- ångningsanordningen, på vilken känselkroppen är anbringad. 8š000í§6~3 10 15 20 25 30 35 40 6 En sådan utföringsform visas i fig. 2, där det användes samma hänvisningssiffror för samma delar som vid utförings- formen enligt fig. 1. _ Av fig. 2 inses, att den där visade förångaren 10 är uppdelad i två delförångare 30 och 31 som är kopplade paral- lellt med varandra och som genomströmmas i serie av ett upp- värmningsmedium, t.ex. luft eller vatten, såsom markeras med hjälp av pilen 32. I den i fig. 2 visade utföringsformen är de två förångningsdelarna 30 och 31 lika och de tillföres lika mycket kylmedel. Då förångningsdelen 31 emellertid genom- strömmas först av uppvärmningsmediet och då förångningstempe- raturen i de två förângningsdelarna är densamma, kommer den av uppvärmningsmediet först genomströmmade förångningsdelen 31 att mottaga en större värmemängd än den sist genomströmma- de förångningsdelen 30, helt enkelt därför att temperatur- differensen mellan uppvärmningsmediet och kylmediet är störst i den först genomströmmade förångningsdelen. Expansionsven- tilens 8 känselkropp 18 är anbringad efter förångningsdelen 31 och kylmedeltillförseln till förângningsdelen 31 är av- stämd på sådant sätt i förhållande till det genomströmmande uppvärmningsmediet, att den kylmedelånga, som lämnar förång- ningsdelen 31, får en sådan överhettning, att känselkroppen 18 tilldelas en temperatur, som är ca 3-7°C och förhållande- vis 5°C större än förångningstemperaturen. Också i detta fall uppnås det alltså en stabil reglering, och det uppnås ett mycket stort utnyttjande av förångaren, därigenom att kyl- medlet i förångningsdelen 30 icke skall uppvärmas utöver den temperatur, som svarar mot den mättade kylmedelångans tempe- ratur vid gällande förångningstryck. Vid utföringsformen i fig. 2 användes två lika förångningsdelar 30 och 31, men det intet sätt behöver vara fallet, blott det fullgöres den i det föregående förklarade betingelsen, inses, att detta på nämligen att förångningsdelen 31 är anbringad på sådant sätt i förhållande till den andra delen 30 av förângningsanord- ningen, att förhållandet mellan den del av kylmedlet, som den parallellkopplade delen 31 tillföres, och den värme, som den- na parallellkopplade del tillföres, är mindre än förhållandet mellan den del av kylmedlet, som den övriga delen 30 av för- ångningsanordningen tillföres och den värme, som den andra delen av förângningsanordningen tillföres.Instead of achieving the condition explained above by redistributing the part of the evaporator to which the sensing body is mounted with respect to the coolant supply, a relatively increased heating of a parallel-connected part of the evaporator can instead be achieved. on which the sensing body is applied. Such an embodiment is shown in Fig. 2, where the same reference numerals are used for the same parts as in the embodiment according to Fig. 1. It is understood from Fig. 2 that the The evaporator 10 shown is divided into two partial evaporators 30 and 31 which are connected in parallel with each other and which are passed through in series by a heating medium, e.g. air or water, as marked by the arrow 32. In the embodiment shown in Fig. 2, the two evaporating parts 30 and 31 are equal and they are supplied with the same amount of coolant. However, when the evaporator 31 is first flowed through by the heating medium and when the evaporator temperature in the two evaporators is the same, the evaporator 31 first flowed through the heating medium will receive a larger amount of heat than the last evaporated part 30, simply because the temperature the difference between the heating medium and the cooling medium is greatest in the first evaporated part evaporated. The sensing body 18 of the expansion valve 8 is arranged after the evaporating part 31 and the supply of coolant to the evaporating part 31 is matched in relation to the flowing heating medium in such a way that the coolant vapor leaving the evaporating part 31 has such an overheating that the sensing body 18 a temperature which is about 3-7 ° C and relatively 5 ° C greater than the evaporation temperature. Also in this case a stable control is thus achieved, and a very large utilization of the evaporator is achieved, in that the coolant in the evaporator part 30 must not be heated beyond the temperature which corresponds to the temperature of the saturated coolant vapor at the current evaporation pressure. In the embodiment in Fig. 2, two equal evaporation parts 30 and 31 are used, but this need not be the case, as long as the condition explained above is fulfilled, it will be appreciated that this is namely that the evaporation part 31 is applied in such a way in relation to the the second part 30 of the evaporator, that the ratio between the part of the coolant to which the parallel-connected part 31 is supplied and the heat which is supplied to this parallel-connected part is less than the ratio between the part of the coolant to which the other part 30 of the evaporator is supplied and the heat supplied to the other part of the evaporator.

Claims

83000116-3 PATENT REQUIREMENTS

Evaporation device for use in a refrigerant circuit, comprising a condenser (3) and a compressor (2), the suction side of which is connected to the evaporator (10) and where the evaporator (10) is fed with coolant from the condenser (3) through an expansion valve (8), which is controlled by a sensing body (18), characterized in that the sensing body (18) is mounted on a part (14; 31) of the evaporator (10), which part (14: 31) is connected in parallel with the other part (15, 16; 30) of the evaporator (10) between the expansion valve (8) and the suction side of the compressor (2), and which is dimensioned and / or mounted in such a way in relation to the evaporator (10) ) said other part (15, 16; 30), that the ratio between the part of the coolant to which the parallel-connected part (14; 31) is supplied and the heat to which this parallel-connected part (14; 31) is supplied is less than the ratio between the part of the coolant which the said other part (15, 16; 30) of vapor the heat device (10) is supplied, and the heat to which this other part (15,16730) of the evaporator device (10) is supplied.

Evaporation device according to claim 1, characterized in that the first-mentioned ratio is so much smaller than the latter-mentioned ratio that at the output end of the parallel-connected part (14; 31) an overheating of the coolant vapor of about 3-7 occurs. ° C and preferably 5 ° C, while at the starting end of said other part (15, 16; 30) there is virtually no overheating.

Evaporation device according to claim 1, and wherein the evaporation device (10) consists of several parallel-connected pipes (14, 15, 16) or hoses with approximately equal length, thickness and diameter, characterized in that the sensing body (18) is arranged at the outlet end of one pipe (14) or one hose and that a flow resistor (22) is arranged at the inlet end of this pipe (14) or the hose.

Evaporation device according to claim 1, and wherein the evaporation device consists of several parallel-connected parts (30 and 31), which are flowed through by the heating medium in series, characterized in that the parallel-connected parts (30 , 31) are equal and that the sensing body (18) is arranged at the exit end of the part (31) first flowed through by the heating medium.