WO2009052903A1 - Expansion valve - Google Patents

Expansion valve Download PDF

Info

Publication number
WO2009052903A1
WO2009052903A1 PCT/EP2008/007520 EP2008007520W WO2009052903A1 WO 2009052903 A1 WO2009052903 A1 WO 2009052903A1 EP 2008007520 W EP2008007520 W EP 2008007520W WO 2009052903 A1 WO2009052903 A1 WO 2009052903A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
filler
expansion valve
carbon dioxide
components
valve according
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/007520
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Sonnekalb
Hartmut Gömpel
Stefan Saiz
Original Assignee
Konvekta Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Konvekta Ag filed Critical Konvekta Ag
Publication of WO2009052903A1 publication Critical patent/WO2009052903A1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30Expansion means; Dispositions thereof
    • F25B41/31Expansion valves
    • F25B41/33Expansion valves with the valve member being actuated by the fluid pressure, e.g. by the pressure of the refrigerant
    • F25B41/335Expansion valves with the valve member being actuated by the fluid pressure, e.g. by the pressure of the refrigerant via diaphragms
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/06Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide
    • F25B2309/061Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide with cycle highest pressure above the supercritical pressure

Definitions

  • the invention relates to a thermostatic expansion valve for an air conditioning or refrigeration system with the refrigerant CO 2 .
  • Air conditioning or refrigeration systems according to the compressor principle have at least the
  • Components compressor, radiator, expansion valve and evaporator which are connected in a circle, wherein the emerging from the condenser compressed and high pressure refrigerant - this may be supercritical gas or liquid - is expanded in the expansion valve, then completely evaporated in an evaporator whereby it draws the evaporation energy from a medium to be cooled and this cools, then is compressed in the compressor, wherein the high-pressure refrigerant is cooled in the subsequent cooler and is provided at the outlet of the cooler for a further cycle.
  • air conditioners for highly variable operating conditions such as are typical for vehicle air conditioning systems, however, require adjustable expansion valves.
  • a pressure-controlled expansion valve without auxiliary power is provided for an air-conditioning system operated with the refrigerant carbon dioxide.
  • US Pat. No. 6,385,980 B1 provides a flow-controlled expansion valve with auxiliary energy, the control of the electrically controllable valve being effected by an electronic control unit.
  • thermostatic expansion valves found whose actuators have a temperature sensor or are connected to such and are operated either with auxiliary power or without auxiliary power.
  • the temperature sensor can be arranged on the high-pressure side of the refrigerant circuit at the outlet of the cooler or on the low-pressure side at the outlet of the
  • the expansion valve is controlled by the so-called overheating of the refrigerant, which may for example be in the range of 5 to 15 K and indicates by what amount the temperature at Output of the evaporator exceeds the evaporation temperature of the refrigerant.
  • US 2005/0132731 A1 describes an air conditioning system with the refrigerant carbon dioxide with an expansion valve which is operated with auxiliary electric power and is provided by a control unit which is connected to a temperature sensor arranged at the outlet of the cooler.
  • EP 1 532 408 AO describes an air conditioning system for automobiles with the refrigerant carbon dioxide, wherein the expansion valve is operated with auxiliary electric power and the temperature sensor is arranged at the outlet of the cooler.
  • the invention has for its object to provide an improved expansion valve, which is adjustable without auxiliary power.
  • CO2 carbon dioxide
  • N 2 O nitrous oxide
  • thermostatic expansion valve has the advantage, in particular for use in vehicle air conditioning systems, that on the one hand it requires no auxiliary power and, on the other hand, that it can be replaced by the proposed fillers of the
  • Temperature sensor is optimally adapted to different conditions of use.
  • the proposed multicomponent systems give the person skilled in the art the possibility to influence the characteristic of the temperature sensor in a simple manner by exchanging a component or by changing the mixing ratio.
  • the hydrocarbon is a hydrocarbon from the group of alkanes, alkenes, alkynes, or alkanols. From the group of alkanes, ethane, propane, butane, isobutane and pentane may be preferred. Propene may be preferred from the group of alkenes. From the group of alkynes, ethyne and propyne may be preferred. From the group of alkanols methanol may be preferred. Hydrocarbons having up to five carbon atoms may preferably be provided, but hydrocarbons having up to ten carbon atoms are also conceivable.
  • Secondary components may preferably have a mass fraction of at most 5 percent by weight of the filler mixture.
  • the actuator is designed as a membrane or bellows system, which by means of a capillary with the output of the Temperature sensor is connected.
  • the travel of the valve element corresponds to the travel of the actuator. It can therefore be provided that the travel of the actuator is transmitted in a ratio of 1: 1 to the valve element, for example, by an actuator disposed on the adjusting pin is arranged in alignment with the valve element.
  • valve element is smaller or larger than the travel of the actuator.
  • the low pressure formed in the downstream of the valve element extending inner portion of the expansion valve is transmitted to the actuator.
  • the actuator is terminated by a diaphragm
  • the low pressure of the expanded refrigerant formed after the expansion valve acts on the diaphragm when the space remote from the actuator is connected to the outlet portion of the expansion valve in front of the diaphragm.
  • the filler of the temperature sensor forms a sensor internal pressure, which corresponds to the sum of the evaporation pressure of the refrigerant and a pressure caused by an adjustment when the temperature acting on the temperature sensor at the outlet of the evaporator equal to the desired superheat temperature of the refrigerant is.
  • the actuator is closed by a membrane, so acts on the actuator facing side of the membrane, the sensor internal pressure and on the side facing away from the actuator of the membrane, the evaporation pressure of the refrigerant and the pressure, which is caused by the adjusting device, which has, for example, a prestressed compression spring.
  • the adjustment device is used to adjust the static overheating.
  • the expansion valve opens, when the evaporation pressure and the pressure of the adjustment prevails, for example, because the temperature at the temperature sensor is below the target temperature, then closes the expansion valve. In the selected operating point, therefore, the forces acting on both sides of the membrane are in equilibrium.
  • an expansion valve can be provided for each evaporator, so that the overheating of each of the evaporators can be regulated separately. In a regulation of the high pressure, this would not be possible.
  • FIG. 2 is a schematic representation of a refrigerant circuit in which an expansion valve according to the invention is arranged;
  • 3 is a schematic representation of a refrigerant circuit in which two expansion valves according to the invention are arranged;
  • Fig. 4 shows the vapor pressure of carbon dioxide (CO 2 ) and ethyne (C 2 H 2 ), as well as
  • Fig. 5 shows the vapor pressure of carbon dioxide (CO 2 ) and nitrous oxide (N 2 O), and mixtures of CO 2 and N 2 O in different
  • Fig. 6 shows the vapor pressure of carbon dioxide (CO 2 ) and propane (C 3 H 8 ), as well as
  • Fig. 1 shows a section through a thermostatic expansion valve 1 according to the invention with a housing 10 having an inlet port 10e and an outlet nozzle 10a, which are arranged at a right angle to each other.
  • the expansion valve 1 is thus constructed as an angle valve, wherein in the position of use of the inlet nozzle 1Oe points downward. All other position assignments are based on the position of use of the expansion valve.
  • the inlet port 1Oe is connected in operational use with the high pressure side of a refrigerant circuit and the outlet port 10a with the low pressure side.
  • the refrigerant circuit has at least one compressor, a cooler or high-pressure heat exchanger, the expansion valve 1 and an evaporator or low-pressure heat exchanger, as described in more detail below.
  • a cylindrical valve element 11 disposed between the inlet port 10e and the outlet port 10a, the downstream end portion of which is formed as a poppet 11k.
  • the poppet 11k cooperates with a housing-fixed valve seat 11s, which is designed as a hollow cone. When the poppet 11 k comes into abutment in the valve seat 11 s, the expansion valve 1 is closed.
  • an actuator 12 is provided, which is formed as a pressure-tight chamber, which is completed by a arranged on the underside of the chamber membrane 12m.
  • an adjusting pin 12s is arranged, which is pressed by a trained as a compression spring adjusting spring 13f an adjusting device 13 with its upper end portion against the diaphragm 12m.
  • the adjusting spring 13f rests with its lower end face on the upper side of a setting ring 13r.
  • the adjusting ring 13r is guided on a hollow cylindrical portion in the interior of the housing 10, which further passes through the adjusting spring 13f.
  • the conical outer periphery of the adjusting ring 13 r abuts against the end face of an adjusting screw 13 s, which is screwed into a threaded hole of the housing 10. By screwing the adjusting screw 13s, the adjusting ring 13r is raised and the adjusting spring 13f is biased. Due to the fact that the adjusting screw 13s acts on a conical jacket, a sensitive adjustment and a force reduction is achieved.
  • the actuator 12 is connected via a capillary tube 14 with a temperature sensor 15.
  • the temperature sensor 15 is arranged at the outlet of the evaporator or low-pressure heat exchanger and determines the so-called overheating of the vaporized refrigerant.
  • a filler contained in the temperature sensor 15 generates depending on the temperature of the temperature sensor 15, a sensor internal pressure, which is transmitted via the capillary tube 14 to the diaphragm 12m of the actuator 12.
  • the refrigerant pressure acts on the opposite side of the diaphragm 12m and a set pressure formed by the spring force of the adjusting spring 13f which, as described above, is adjustable by means of the adjusting screw 13s.
  • the refrigerant pressure is in the embodiment shown in FIG. 1, the evaporation pressure of the refrigerant at the outlet of the expansion valve 1 at.
  • the refrigerant pressure in the vicinity of the temperature sensor 15 is guided via a further capillary tube to the expansion valve 1.
  • Such valves are referred to as a valve with external pressure compensation.
  • the sensor internal pressure increases and opens the expansion valve 1. It is injected more evaporating - and cooling - refrigerant in the evaporator. This counteracts the overheating of the refrigerant.
  • the internal pressure of the sensor decreases correspondingly and closes the expansion valve 1. If the refrigerant pressure drops sharply, the refrigerant overheats at a constant evaporator outlet temperature. With decreasing refrigerant pressure, the valve opens and acts according to the above. Overheating versions. Conversely, the effect is with increasing refrigerant pressure.
  • Fig. 2 shows a refrigeration or air conditioning system 2 with a thermostatic expansion valve 23 according to the invention with a temperature sensor 23t.
  • the refrigeration or air conditioning system 2 has a compressor 21, which may be a reciprocating compressor, a cooler or high-pressure heat exchanger 22, the Expansion valve 23, an evaporator or low-pressure heat exchanger 24 and connecting lines 25 on.
  • the refrigerant which is CO 2 in the embodiment shown in FIG. 2, flows in a closed circuit from the compressor 21 via the cooler 22, which can operate as a gas cooler or as a condenser, the expansion valve 23 and the evaporator 24 again back to the compressor 21.
  • the expansion valve 23 controls overheating of the vaporized refrigerant at a point between the exit of the vaporized refrigerant from the evaporator 24 and the entry of the vaporized refrigerant into the compressor 21 to which the temperature sensor 23t is mounted.
  • Fig. 3 shows a refrigeration or air conditioning system 3 with two thermostatic expansion valves 33a and 33b according to the invention.
  • the refrigeration or air conditioning system 3 has a compressor 31, which may be, for example, a reciprocating compressor, a cooler or high-pressure heat exchanger 32, and two parallel sections with the expansion valves 33a and 33b and evaporators or low-pressure heat exchangers 34a and 34b and connecting lines 35 and 35p.
  • the refrigerant which is CO 2 in the embodiment shown in FIG. 3, flows from the compressor 31 via the radiator 32 and then into the parallel communication lines 35 p to the two expansion valves 33 a and 33 b, and from there via the respective ones
  • the expansion valves 33a and 33b have temperature sensors 33at and 33bt, which are mounted between the exit of the vapor refrigerant from the evaporators 34a and 34b and the inlet of the vapor refrigerant in the compressor 31 and regulate the overheating of the vaporous refrigerant at the measuring points.
  • 4 to 6 now show pressure-temperature diagrams of the temperature sensor in Fig. 1 to 3 for selected fillers, in each of which on the X-axis, the sensor temperature in the range of -50 0 C to +30 0 C is removed and in which the sensor internal pressure is plotted in the range of 0 bar to 80 bar on the Y axis.
  • Fig. 4 shows vapor pressure curves for a filler formed from a mixture of carbon dioxide and ethyne. The components of the mixture are given as weight percentages by weight.
  • the upper vapor pressure curve shows the vapor pressure curve for a mixture of 100 percent by weight carbon dioxide and 0 percent by weight ethyne
  • the lower vapor pressure curve shows the vapor pressure curve for a mixture of 0 percent by weight carbon dioxide and 100 percent by weight ethyne.
  • the space between the two vapor pressure curves indicates the vapor pressure of mixtures of x percent by weight carbon monoxide and y percent by weight ethyne, with no intermediate values being entered for the sake of clarity. Between the lower and upper vapor pressure curve can be linearly interpolated with good approximation.
  • the admixture of a component such as ethyne to the filler carbon dioxide improves the control behavior of the actuator shown in Fig. 1 and further allows optimal adaptation to the operating point of the thermostatic expansion valve 1 and thus a good adaptation to the desired overheating of the refrigerant.
  • Fig. 5 now shows vapor pressure curves for a filler formed from a mixture of carbon dioxide and dinitrogen monoxide.
  • the upper vapor pressure curve shows the vapor pressure curve for a mixture of 100 weight percent carbon dioxide and 0 weight percent nitrous oxide
  • the lower vapor pressure curve shows the vapor pressure curve for a mixture of 0 weight percent carbon dioxide and 100 weight percent nitrous oxide.
  • the space between the two vapor pressure curves indicates the vapor pressure of mixtures of x percent by weight carbon monoxide and y percent by weight nitrous oxide, with no intermediate values being entered for the sake of clarity.
  • Between the lower and upper vapor pressure curve can be linearly interpolated with good approximation.
  • the vapor pressure curves for carbon dioxide and dinitrogen monoxide are close to one another, so that filler mixtures based on dinitrogen monoxide can also be provided.
  • FIGS. 4 and 5 show, analogously to FIGS. 4 and 5, vapor pressure curves for a filler mixture of carbon dioxide and propane.
  • the upper vapor pressure curve shows the vapor pressure curve for a mixture of 100 weight percent carbon dioxide and 0 weight percent propane
  • the lower vapor pressure curve shows the vapor pressure curve for a mixture of 0 weight percent carbon dioxide and 100 weight percent propane.
  • the space between the two vapor pressure curves gives the vapor pressure of mixtures of x percent by weight carbon monoxide and y percent by weight propane.
  • propane to carbon dioxide a particularly large working range of the filler can be adjusted.
  • filler mixtures can be provided which cover a wide range of applications cover.
  • the following rules can be used to select suitable filler mixtures.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Temperature-Responsive Valves (AREA)

Abstract

A thermostatic expansion valve (1) for a refrigerating system, which is operated with the refrigerant CO2, or an air-conditioning system is described, said expansion valve having an actuating element (12) which is operated without auxiliary power and has a temperature sensor (15) which is filled with a filling material. The filling material is a mixture comprising at least the components carbon dioxide (CO2) and dinitrogen monoxide (N2O) or a hydrocarbon or water, or dinitrogen monoxide or a mixture comprising at least the components dinitrogen monoxide and a hydrocarbon or water.

Description

Konvekta AG Konvekta AG
Am Nordbahnhof 5, 34613 Schwalmstadt, DEAm Nordbahnhof 5, 34613 Schwalmstadt, DE
Expansionsventilexpansion valve
Die Erfindung betrifft ein thermostatisches Expansionsventil für eine Klima- oder Kälteanlage mit dem Kältemittel CO2.The invention relates to a thermostatic expansion valve for an air conditioning or refrigeration system with the refrigerant CO 2 .
Klima- oder Kälteanlagen nach dem Verdichterprinzip weisen mindestens dieAir conditioning or refrigeration systems according to the compressor principle have at least the
Komponenten Verdichter, Kühler, Expansionsventil und Verdampfer auf, die in einem Kreis geschaltet sind, wobei das aus dem Kühler austretende verdichtete und unter hohem Druck stehende Kältemittel - dies kann überkritisches Gas oder Flüssigkeit sein - im Expansionsventil entspannt wird, sodann in einem Verdampfer vollständig verdampft, wobei es die Verdampfungsenergie einem zu kühlenden Medium entzieht und dieses so abkühlt, sodann in dem Verdichter komprimiert wird, wobei das unter hohem Druck stehende Kältemittel im nachfolgenden Kühler gekühlt wird und am Ausgang des Kühlers für einen weiteren Zyklus bereitgestellt wird.Components compressor, radiator, expansion valve and evaporator, which are connected in a circle, wherein the emerging from the condenser compressed and high pressure refrigerant - this may be supercritical gas or liquid - is expanded in the expansion valve, then completely evaporated in an evaporator whereby it draws the evaporation energy from a medium to be cooled and this cools, then is compressed in the compressor, wherein the high-pressure refrigerant is cooled in the subsequent cooler and is provided at the outlet of the cooler for a further cycle.
Herkömmliche Kältemittel, wie Ammoniak oder Fluor-Kohlenwasserstoffe werden in zunehmendem Maße durch Kohlenstoffdioxid (CO2) ersetzt, das insbesondere Vorteile wegen des geringeren Treibhauseffekts aufweist. Das Kältemittel Kohlenstoffdioxid erfordert jedoch die Auslegung der Klima- oder Kälteanlage für wesentlich höhere Betriebsdrücke als bisher.Conventional refrigerants, such as ammonia or fluorine hydrocarbons are increasingly being replaced by carbon dioxide (CO 2 ), which has particular advantages because of the lower greenhouse effect. The refrigerant However, carbon dioxide requires the design of the air conditioning or refrigeration system for much higher operating pressures than before.
Die DE 198 32 479 A1 beschreibt ein Expansionsventil, das als Festdrossel ausgebildet ist. Die Drosselöffnung ist bezüglich Länge und Durchmesser derart auf die Anlage abgestimmt, dass in allen Betriebszuständen der Druck in einem Hochdruckabschnitt auf etwa 14 MPa begrenzt ist.DE 198 32 479 A1 describes an expansion valve which is designed as a fixed throttle. The throttle opening is matched with respect to length and diameter of the system that in all operating conditions, the pressure in a high pressure section is limited to about 14 MPa.
Insbesondere Klimaanlagen für stark wechselnde Betriebsbedingungen, wie sie beispielsweise für Fahrzeugklimaanlagen typisch sind, erfordern jedoch regelbare Expansionsventile.In particular, air conditioners for highly variable operating conditions, such as are typical for vehicle air conditioning systems, however, require adjustable expansion valves.
In der WO 2006/057093 A1 ist ein druckgesteuertes Expansionsventil ohne Hilfsenergie für eine mit dem Kältemittel Kohlenstoffdioxid betriebene Klimaanlage vorgesehen.In WO 2006/057093 A1, a pressure-controlled expansion valve without auxiliary power is provided for an air-conditioning system operated with the refrigerant carbon dioxide.
Die US 6 385 980 B1 sieht ein durchflussgesteuertes Expansionsventil mit Hilfsenergie vor, wobei die Ansteuerung des elektrisch steuerbaren Ventils durch eine elektronische Steuereinheit erfolgt.US Pat. No. 6,385,980 B1 provides a flow-controlled expansion valve with auxiliary energy, the control of the electrically controllable valve being effected by an electronic control unit.
Weite Verbreitung haben thermostatische Expansionsventile gefunden, deren Stellglieder einen Temperaturfühler aufweisen oder mit einem solchen verbunden sind und die entweder mit Hilfsenergie oder ohne Hilfsenergie betrieben werden. Der Temperaturfühler kann auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs am Ausgang des Kühlers angeordnet sein oder auf der Niederdruckseite am Ausgang desWidely used have thermostatic expansion valves found whose actuators have a temperature sensor or are connected to such and are operated either with auxiliary power or without auxiliary power. The temperature sensor can be arranged on the high-pressure side of the refrigerant circuit at the outlet of the cooler or on the low-pressure side at the outlet of the
Verdampfers. Bei letztgenannter Anordnung wird das Expansionsventil anhand der sogenannten Überhitzung des Kältemittels geregelt, die beispielsweise im Bereich von 5 bis 15 K liegen kann und angibt, um welchen Betrag die Temperatur am Ausgang des Verdampfers die Verdampfungstemperatur des Kältemittels übersteigt.Evaporator. In the latter arrangement, the expansion valve is controlled by the so-called overheating of the refrigerant, which may for example be in the range of 5 to 15 K and indicates by what amount the temperature at Output of the evaporator exceeds the evaporation temperature of the refrigerant.
Die US 2005/0132731 A1 beschreibt eine Klimaanlage mit dem Kältemittel Kohlenstoffdioxid mit einem Expansionsventil, das mit elektrischer Hilfsenergie betrieben wird und von einer Steuereinheit gestellt wird, die mit einem am Ausgang des Kühlers angeordneten Temperatursensor verbunden ist.US 2005/0132731 A1 describes an air conditioning system with the refrigerant carbon dioxide with an expansion valve which is operated with auxiliary electric power and is provided by a control unit which is connected to a temperature sensor arranged at the outlet of the cooler.
Die EP 1 532 408 AO beschreibt eine Klimaanlage für Automobile mit dem Kältemittel Kohlenstoffdioxid, wobei das Expansionsventil mit elektrischer Hilfsenergie betrieben wird und der Temperatursensor am Ausgang des Kühlers angeordnet ist.EP 1 532 408 AO describes an air conditioning system for automobiles with the refrigerant carbon dioxide, wherein the expansion valve is operated with auxiliary electric power and the temperature sensor is arranged at the outlet of the cooler.
Die DE 10 2005 050 086 A1 beschreibt ein thermostatisches Expansionsventil ohne Hilfsenergie, wobei der Temperaturfühler das Kältemittel oder einen anderen Stoff als Füllmittel aufweisen kann. Dieses Dokument sieht nicht Kohlenstoffdioxid als Kältemittel vor.DE 10 2005 050 086 A1 describes a thermostatic expansion valve without auxiliary energy, wherein the temperature sensor may comprise the refrigerant or another substance as a filler. This document does not provide carbon dioxide as a refrigerant.
Die DE 10 2004 005 379 B3 beschreibt ein thermostatisches Expansionsventil ohne Hilfsenergie, der ein temperatur- oder druckempfindliches Stellelement aufweist, das insbesondere als Membran oder Balgsystem ausgebildet ist. Das Balgsystem kann eine Kältemittel-, Inertgas- oder Adsorberfüllung aufweisen. Dieses Dokument sieht nicht Kohlenstoffdioxid als Kältemittel vor.DE 10 2004 005 379 B3 describes a thermostatic expansion valve without auxiliary power, which has a temperature- or pressure-sensitive actuator, which is designed in particular as a membrane or bellows system. The bellows system may have a refrigerant, inert gas or Adsorberfüllung. This document does not provide carbon dioxide as a refrigerant.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Expansionsventil zu schaffen, das ohne Hilfsenergie stellbar ist.The invention has for its object to provide an improved expansion valve, which is adjustable without auxiliary power.
Diese Aufgabe wird mit einem thermostatisches Expansionsventil für eine mit dem Kältemittel CO2 betriebene Kälteanlage oder Klimaanlage, die mindestens einen Verdichter, einen Kühler, das thermostatische Expansionsventil und einen Verdampfer umfasst, wobei das Expansionsventil ein ohne Hilfsenergie betriebenes und ein Ventilelement stellendes Stellglied mit einem Temperaturfühler aufweist, der mit einem Füllmittel gefüllt ist, gelöst, wobei vorgesehen ist, dass das Füllmittel ein Gemisch aus mindestens den Komponenten Kohlenstoffdioxid (CO2) und Distickstoffmonoxid (N2O) oder aus mindestens den Komponenten Kohlenstoffdioxid und einem Kohlenwasserstoff oder aus mindestens den Komponenten Kohlenstoffdioxid und Wasser ist, oder dass das Füllmittel Distickstoffmonoxid ist, oder dass das Füllmittel ein Gemisch aus mindestens den Komponenten Distickstoffmonoxid und einem Kohlenwasserstoff oder aus mindestens den Komponenten Distickstoffmonoxid und Wasser ist.This object is achieved with a thermostatic expansion valve for one operated with the refrigerant CO 2 refrigeration system or air conditioning, the at least one compressor, a radiator, the thermostatic expansion valve and a Evaporator comprises, wherein the expansion valve has an auxiliary power operated and a valve element adjusting actuator with a temperature sensor filled with a filled dissolved, wherein it is provided that the filler is a mixture of at least the components carbon dioxide (CO2) and nitrous oxide (N 2 O) or from at least the components carbon dioxide and a hydrocarbon or at least the components carbon dioxide and water, or that the filler is nitrous oxide, or that the filler is a mixture of at least the components dinitrogen monoxide and a hydrocarbon or at least the components dinitrogen monoxide and Water is.
Ein solches thermostatisches Expansionsventil weist insbesondere für den Einsatz in Fahrzeugklimaanlagen den Vorteil auf, dass es einerseits ohne Hilfsenergie auskommt und dass es andererseits durch die vorgeschlagenen Füllmittel desSuch a thermostatic expansion valve has the advantage, in particular for use in vehicle air conditioning systems, that on the one hand it requires no auxiliary power and, on the other hand, that it can be replaced by the proposed fillers of the
Temperaturfühlers optimal an unterschiedliche Einsatzbedingungen anpassbar ist. Insbesondere die vorgeschlagenen Mehrstoffsysteme geben dem Fachmann die Möglichkeit, durch Austausch einer Komponente oder durch die Änderung des Mischungsverhältnisses auf einfache Weise die Kennlinie des Temperaturfühlers zu beeinflussen.Temperature sensor is optimally adapted to different conditions of use. In particular, the proposed multicomponent systems give the person skilled in the art the possibility to influence the characteristic of the temperature sensor in a simple manner by exchanging a component or by changing the mixing ratio.
Die vorgeschlagenen Füllmittelzusammensetzungen sind einsetzbarThe proposed filler compositions are usable
- als Universalfüllung, bei der die Füllmenge so groß ist, dass stets eine Teilfüllung im Fühler vorhanden ist; - als sogenannte MOP-Füllung (Maximum Operating Pressure oder auch Motor- as a universal filling in which the filling quantity is so great that there is always a partial filling in the sensor; - As so-called MOP filling (Maximum Operating Pressure or engine
Overload Protection), bei der die Füllung verdampft ist, wenn die Temperatur den MOP-Punkt erreicht hat, und - als MOP-Füllung mit Ballast, bei der zusätzlich ein Adsorbermaterial in den Temperaturfühler eingebracht ist, so dass das Regelverhalten gedämpft ist.Overload Protection), in which the filling has evaporated when the temperature has reached the MOP point, and - As MOP filling with ballast, in which an additional adsorbent material is introduced into the temperature sensor, so that the control behavior is damped.
Es kann vorgesehen sein, dass es sich bei dem Kohlenwasserstoff um einen Kohlenwasserstoff aus der Gruppe der Alkane, Alkene, Alkine, oder Alkanole handelt. Aus der Gruppe der Alkane können Ethan, Propan, Butan, Isobutan und Pentan bevorzugt sein. Aus der Gruppe der Alkene kann Propen bevorzugt sein. Aus der Gruppe der Alkine können Ethin und Propin bevorzugt sein. Aus der Gruppe der Alkanole kann Methanol bevorzugt sein. Bevorzugt können Kohlenwasserstoffe mit bis zu fünf Kohlenstoffatomen vorgesehen sein, es sind aber auch Kohlenwasserstoffe mit bis zu zehn Kohlenstoffatomen denkbar.It may be provided that the hydrocarbon is a hydrocarbon from the group of alkanes, alkenes, alkynes, or alkanols. From the group of alkanes, ethane, propane, butane, isobutane and pentane may be preferred. Propene may be preferred from the group of alkenes. From the group of alkynes, ethyne and propyne may be preferred. From the group of alkanols methanol may be preferred. Hydrocarbons having up to five carbon atoms may preferably be provided, but hydrocarbons having up to ten carbon atoms are also conceivable.
Vorteilhafte Füllmittelzusammensetzungen ergeben sich aus den Patentansprüchen 3 bis 22. In diesen Patentansprüchen sind jeweils als Und-Oder-Alternativen zum einen die bevorzugten Massenanteilsverhältnisse von zwei Gemischkomponenten vorzugsweise für diverse Füllmittelgemische angegeben und zum anderen sind die Massenanteile der beiden Komponenten im Falle des 2-Komponenten-Gemisches angegeben. In der Alternative 1 sind die zwei angegebenen Gemischkomponenten als Hauptkomponenten zu verstehen, wobei weitere Komponenten als Nebenkomponenten im Füllmittelgemisch enthalten sein können. DieAdvantageous filler compositions emerge from claims 3 to 22. In these claims, the preferred proportions by mass of two mixture components are preferably given as and-or alternatives on the one hand for various filler mixtures and on the other hand, the mass fractions of the two components in the case of 2-components Mixture indicated. In alternative 1, the two specified mixture components are to be understood as main components, it being possible for further components to be contained as secondary components in the filler mixture. The
Nebenkomponenten können vorzugsweise einen Massenanteil von maximal 5 Gewichtsprozent an dem Füllmittelgemisch haben.Secondary components may preferably have a mass fraction of at most 5 percent by weight of the filler mixture.
Weitere vorteilhafte Ausführungen ergeben sich durch speziellen konstruktiven Aufbau des Expansionsventils.Further advantageous embodiments are obtained by special structural design of the expansion valve.
Es kann vorgesehen sein, dass das Stellglied als ein Membran- oder Balgsystem ausgebildet ist, das mittels einer Kapillarleitung mit dem Ausgang des Temperaturfühlers verbunden ist.It can be provided that the actuator is designed as a membrane or bellows system, which by means of a capillary with the output of the Temperature sensor is connected.
Weiter kann vorgesehen sein, dass der Stellweg des Ventilelements dem Stellweg des Stellgliedes entspricht. Es kann also vorgesehen sein, dass der Stellweg des Stellgliedes im Verhältnis 1:1 auf das Ventilelement übertragen wird, beispielsweise indem ein an dem Stellglied angeordneter Stellstift fluchtend mit dem Ventilelement angeordnet ist.It can further be provided that the travel of the valve element corresponds to the travel of the actuator. It can therefore be provided that the travel of the actuator is transmitted in a ratio of 1: 1 to the valve element, for example, by an actuator disposed on the adjusting pin is arranged in alignment with the valve element.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der Stellweg des Ventilelements kleiner oder größer als der Stellweg des Stellgliedes ist. Beispielsweise kann einBut it can also be provided that the travel of the valve element is smaller or larger than the travel of the actuator. For example, a
Hebelgetriebe vorgesehen sein, um den Stellweg des Stellgliedes im Verhältnis n:1 zu vergrößern oder im Verhältnis 1 :n zu verkleinern, wobei n > 1 ist.Be provided lever mechanism to increase the travel of the actuator in the ratio n: 1 or in the ratio 1: n to reduce, where n> 1.
Es ist weiter möglich, dass der in dem stromabwärts hinter dem Ventilelement verlaufenden inneren Abschnitt des Expansionsventils ausgebildete Niederdruck auf das Stellglied übertragen ist. Wenn beispielsweise das Stellglied durch eine Membran abgeschlossen ist, so wirkt der nach dem Expansionsventil ausgebildete Niederdruck des entspannten Kältemittels auf die Membran ein, wenn der dem Stellglied abgewandte Raum vor der Membran mit dem Ausgangsabschnitt des Expansionsventils verbunden ist.It is also possible that the low pressure formed in the downstream of the valve element extending inner portion of the expansion valve is transmitted to the actuator. For example, when the actuator is terminated by a diaphragm, the low pressure of the expanded refrigerant formed after the expansion valve acts on the diaphragm when the space remote from the actuator is connected to the outlet portion of the expansion valve in front of the diaphragm.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass das Füllmittel des Temperaturfühlers einen Fühlerinnendruck ausbildet, der der Summe aus dem Verdampfungsdruck des Kältemittels und einem durch eine Einstellvorrichtung hervorgerufenen Druck entspricht, wenn die am Ausgang des Verdampfers auf den Temperaturfühler einwirkende Temperatur gleich der Soll-Überhitzungstemperatur des Kältemittels ist. Wenn beispielsweise das Stellglied durch eine Membran abgeschlossen ist, so wirkt auf die dem Stellglied zugewandete Seite der Membran der Fühlerinnendruck und auf die dem Stellglied abgewandte Seite der Membran der Verdampfungsdruck des Kältemittels und der Druck, der durch die Einstellvorrichtung, die zum Beispiel eine vorgespannte Druckfeder aufweist, hervorgerufen wird. Die Einstellvorrichtung dient dazu, die statische Überhitzung einzustellen. Wenn der Fühlerinnendruck überwiegt, weil die Temperatur am Temperaturfühler die Solltemperatur übersteigt, dann öffnet das Expansionsventil, wenn der Verdampfungsdruck und der Druck der Einstellvorrichtung überwiegt, beispielsweise weil die Temperatur am Temperaturfühler die Solltemperatur unterschreitet, dann schließt das Expansionsventil. Im gewählten Arbeitspunkt sind also die beidseitig der Membran angreifenden Kräfte im Gleichgewicht. Vorteilhaft bei dieser Ausführung ist, dass das Expansionsventil jeweils die Überhitzung des Verdampfers bzw. des zugehörigen Niederdruckwärmetauschers ausregelt und so die eingespritzte Menge des Kältemittels dem aktuellen Kältebedarf anpasst. Wenn beispielsweise in einer größeren Klima- oder Kälteanlage mehrere Verdampfer vorgesehen sind, dann kann für jeden Verdampfer ein Expansionsventil vorgesehen sein, so dass die Überhitzung eines jeden der Verdampfer separat regelbar ist. Bei einer Regelung des Hochdrucks wäre dies nicht möglich.It may further be provided that the filler of the temperature sensor forms a sensor internal pressure, which corresponds to the sum of the evaporation pressure of the refrigerant and a pressure caused by an adjustment when the temperature acting on the temperature sensor at the outlet of the evaporator equal to the desired superheat temperature of the refrigerant is. If, for example, the actuator is closed by a membrane, so acts on the actuator facing side of the membrane, the sensor internal pressure and on the side facing away from the actuator of the membrane, the evaporation pressure of the refrigerant and the pressure, which is caused by the adjusting device, which has, for example, a prestressed compression spring. The adjustment device is used to adjust the static overheating. If the sensor internal pressure predominates because the temperature at the temperature sensor exceeds the setpoint temperature, then the expansion valve opens, when the evaporation pressure and the pressure of the adjustment prevails, for example, because the temperature at the temperature sensor is below the target temperature, then closes the expansion valve. In the selected operating point, therefore, the forces acting on both sides of the membrane are in equilibrium. An advantage of this design is that the expansion valve in each case corrects the overheating of the evaporator or the associated low-pressure heat exchanger and thus adapts the injected amount of refrigerant to the current refrigeration demand. If, for example, a plurality of evaporators are provided in a larger air conditioning or refrigeration system, then an expansion valve can be provided for each evaporator, so that the overheating of each of the evaporators can be regulated separately. In a regulation of the high pressure, this would not be possible.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Expansionsventile anhand der Zeichnungen.Further features, details and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments of inventive expansion valves with reference to the drawings.
Es zeigenShow it
Fig. 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Expansionsventil;1 shows a section through an inventive expansion valve.
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Kältemittelkreislaufes, in dem ein erfindungsgemäßes Expansionsventil angeordnet ist; Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Kältemittelkreislaufes, in dem zwei erfindungsgemäße Expansionsventile angeordnet sind;2 is a schematic representation of a refrigerant circuit in which an expansion valve according to the invention is arranged; 3 is a schematic representation of a refrigerant circuit in which two expansion valves according to the invention are arranged;
Fig. 4 den Dampfdruck von Kohlenstoffdioxid (CO2) und Ethin (C2H2), sowieFig. 4 shows the vapor pressure of carbon dioxide (CO 2 ) and ethyne (C 2 H 2 ), as well as
Gemischen aus CO2 und C2H2 in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen, als Funktion der Temperatur;Mixtures of CO 2 and C 2 H 2 in different mixing ratios, as a function of temperature;
Fig. 5 den Dampfdruck von Kohlenstoffdioxid (CO2) und Distickstoffmonoxid (N2O), sowie Gemischen aus CO2 und N2O in unterschiedlichenFig. 5 shows the vapor pressure of carbon dioxide (CO 2 ) and nitrous oxide (N 2 O), and mixtures of CO 2 and N 2 O in different
Mischungsverhältnissen, als Funktion der Temperatur;Mixing ratios, as a function of temperature;
Fig. 6 den Dampfdruck von Kohlenstoffdioxid (CO2) und Propan (C3H8), sowieFig. 6 shows the vapor pressure of carbon dioxide (CO 2 ) and propane (C 3 H 8 ), as well as
Gemischen aus CO2 und C3H8 in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen, als Funktion der Temperatur.Mixtures of CO 2 and C 3 H 8 in different proportions, as a function of temperature.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes thermostatisches Expansionsventil 1 mit einem Gehäuse 10, das einen Einlassstutzen 1Oe und einen Auslassstutzen 10a aufweist, die in einem Rechten Winkel zueinander angeordnet sind. Das Expansionsventil 1 ist also als ein Eckventil aufgebaut, wobei in der Gebrauchslage der Einlassstutzen 1Oe nach unten weist. Alle weiteren Lagezuordnungen sind auf die Gebrauchslage des Expansionsventils bezogen. Der Einlassstutzen 1Oe ist im betriebsgemäßen Einsatz mit der Hochdruckseite eines Kältemittelkreislaufs verbunden und der Auslassstutzen 10a mit der Niederdruckseite. Der Kältemittelkreislauf weist mindestens einen Verdichter, einen Kühler bzw. Hochdruckwärmetauscher, das Expansionsventil 1 und einen Verdampfer bzw. Niederdruckwärmetauscher auf, wie weiter unten näher beschrieben. Zur Steuerung der Durchflussmenge oder zur vollständigen Absperrung des von dem Einlassstutzen 10e zum Auslassstutzen 10a strömenden Kältemittels ist ein zwischen dem Einlassstutzen 10e und dem Auslassstutzen 10a angeordnetes zylinderförmiges Ventilelement 11 vorgesehen, dessen stromabwärts gerichteter Endabschnitt als ein Ventilkegel 11k ausgebildet ist. Der Ventilkegel 11k wirkt mit einem gehäusefesten Ventilsitz 11s zusammen, der als Hohlkegel ausgebildet ist. Wenn der Ventilkegel 11 k in dem Ventilsitz 11s zur Anlage kommt, ist das Expansionsventil 1 geschlossen.Fig. 1 shows a section through a thermostatic expansion valve 1 according to the invention with a housing 10 having an inlet port 10e and an outlet nozzle 10a, which are arranged at a right angle to each other. The expansion valve 1 is thus constructed as an angle valve, wherein in the position of use of the inlet nozzle 1Oe points downward. All other position assignments are based on the position of use of the expansion valve. The inlet port 1Oe is connected in operational use with the high pressure side of a refrigerant circuit and the outlet port 10a with the low pressure side. The refrigerant circuit has at least one compressor, a cooler or high-pressure heat exchanger, the expansion valve 1 and an evaporator or low-pressure heat exchanger, as described in more detail below. For controlling the flow rate or for completely shutting off the refrigerant flowing from the inlet port 10e to the outlet port 10a, there is provided a cylindrical valve element 11 disposed between the inlet port 10e and the outlet port 10a, the downstream end portion of which is formed as a poppet 11k. The poppet 11k cooperates with a housing-fixed valve seat 11s, which is designed as a hollow cone. When the poppet 11 k comes into abutment in the valve seat 11 s, the expansion valve 1 is closed.
Zum Stellen des Expansionsventils 1 ist ein Stellglied 12 vorgesehen, das als eine druckdichte Kammer ausgebildet ist, die von einer an der Unterseite der Kammer angeordneten Membran 12m abgeschlossen ist. An der Unterseite der Membran 12m ist ein Stellstift 12s angeordnet, der durch eine als Druckfeder ausgebildete Einstellfeder 13f einer Einstellvorrichtung 13 mit seinem oberen Endabschnitt gegen die Membran 12m gepresst wird. Die Einstellfeder 13f liegt mit ihrer unteren Stirnseite auf der Oberseite eines Einstellrings 13r auf. Der Einstellring 13r ist auf einem hohlzylindrischen Abschnitt im Innern des Gehäuses 10 geführt, der weiter die Einstellfeder 13f durchgreift. Der kegelförmige Außenumfang des Einstellrings 13r liegt an der Stirnseite einer Einstellschraube 13s an, die in ein Gewindeloch des Gehäuses 10 eingeschraubt ist. Durch Eindrehen der Einstellschraube 13s wird der Einstellring 13r angehoben und die Einstellfeder 13f vorgespannt. Dadurch, dass die Einstellschraube 13s an einem Kegelmantel angreift, ist eine feinfühlige Einstellung und eine Kraftuntersetzung erreicht.To set the expansion valve 1, an actuator 12 is provided, which is formed as a pressure-tight chamber, which is completed by a arranged on the underside of the chamber membrane 12m. On the underside of the diaphragm 12m, an adjusting pin 12s is arranged, which is pressed by a trained as a compression spring adjusting spring 13f an adjusting device 13 with its upper end portion against the diaphragm 12m. The adjusting spring 13f rests with its lower end face on the upper side of a setting ring 13r. The adjusting ring 13r is guided on a hollow cylindrical portion in the interior of the housing 10, which further passes through the adjusting spring 13f. The conical outer periphery of the adjusting ring 13 r abuts against the end face of an adjusting screw 13 s, which is screwed into a threaded hole of the housing 10. By screwing the adjusting screw 13s, the adjusting ring 13r is raised and the adjusting spring 13f is biased. Due to the fact that the adjusting screw 13s acts on a conical jacket, a sensitive adjustment and a force reduction is achieved.
Das Stellglied 12 ist über ein Kapillarrohr 14 mit einem Temperaturfühler 15 verbunden. Der Temperaturfühler 15 ist am Ausgang des Verdampfers bzw. Niederdruckwärmetauschers angeordnet und bestimmt die sogenannte Überhitzung des verdampften Kältemittels. Ein in dem Temperaturfühler 15 enthaltenes Füllmittel erzeugt in Abhängigkeit von der Temperatur des Temperaturfühlers 15 einen Fühlerinnendruck, der über das Kapillarrohr 14 auf die Membran 12m des Stellglieds 12 übertragen wird. Gegen den Fühlerinnendruck, der das Expansionsventil 1 öffnen will, wirkt der Kältemitteldruck auf der Gegenseite der Membran 12m und ein durch die Federkraft der Einstellfeder 13f ausgebildeter Einstelldruck, der wie weiter oben beschrieben, mittels der Einstellschraube 13s justierbar ist. Als Kältemitteldruck liegt in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Verdampfungsdruck des Kältemittels am Austritt des Expansionsventils 1 an. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der Kältemitteldruck in der Nähe des Temperaturfühlers 15 über eine weiteres Kapillarrohr zum Expansionsventil 1 geführt wird. Derartige Ventile werden als Ventil mit externem Druckausgleich bezeichnet.The actuator 12 is connected via a capillary tube 14 with a temperature sensor 15. The temperature sensor 15 is arranged at the outlet of the evaporator or low-pressure heat exchanger and determines the so-called overheating of the vaporized refrigerant. A filler contained in the temperature sensor 15 generates depending on the temperature of the temperature sensor 15, a sensor internal pressure, which is transmitted via the capillary tube 14 to the diaphragm 12m of the actuator 12. Against the sensor internal pressure, which wants to open the expansion valve 1, the refrigerant pressure acts on the opposite side of the diaphragm 12m and a set pressure formed by the spring force of the adjusting spring 13f which, as described above, is adjustable by means of the adjusting screw 13s. As the refrigerant pressure is in the embodiment shown in FIG. 1, the evaporation pressure of the refrigerant at the outlet of the expansion valve 1 at. However, it can also be provided that the refrigerant pressure in the vicinity of the temperature sensor 15 is guided via a further capillary tube to the expansion valve 1. Such valves are referred to as a valve with external pressure compensation.
Mit zunehmender Temperatur am Temperaturfühler 15 steigt der Fühlerinnendruck und öffnet das Expansionsventil 1. Es wird mehr verdampfendes - und kühlendes - Kältemittel in den Verdampfer eingespritzt. Dies wirkt der Überhitzung des Kältemittels entgegen. Bei fallender Temperatur am Temperaturfühler 15 sinkt der Fühlerinnendruck entsprechend und schließt das Expansionsventil 1. Fällt der Kältemitteldruck stark ab, so steigt bei gleichbleibender Verdampferaustrittstemperatur die Überhitzung des Kältemittels an. Mit sinkendem Kältemitteldruck öffnet das Ventil und wirkt entsprechend den o.g. Ausführungen der Überhitzung entgegen. Umgekehrt ist die Wirkung bei ansteigendem Kältemitteldruck.With increasing temperature at the temperature sensor 15, the sensor internal pressure increases and opens the expansion valve 1. It is injected more evaporating - and cooling - refrigerant in the evaporator. This counteracts the overheating of the refrigerant. When the temperature at the temperature sensor 15 falls, the internal pressure of the sensor decreases correspondingly and closes the expansion valve 1. If the refrigerant pressure drops sharply, the refrigerant overheats at a constant evaporator outlet temperature. With decreasing refrigerant pressure, the valve opens and acts according to the above. Overheating versions. Conversely, the effect is with increasing refrigerant pressure.
Fig. 2 zeigt eine Kälte- oder Klimaanlage 2 mit einem erfindungsgemäßen thermostatischen Expansionsventil 23 mit einem Temperaturfühler 23t. Die Kälteoder Klimaanlage 2 weist einen Verdichter 21 , bei dem es sich um einen Hubkolben- Verdichter handeln kann, einen Kühler bzw. Hochdruckwärmetauscher 22, das Expansionsventil 23, einen Verdampfer bzw. Niederdruckwärmetauscher 24 und Verbindungsleitungen 25 auf. Das Kältemittel, bei dem es sich in dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel um CO2 handelt, strömt in einem geschlossenen Kreislauf vom Verdichter 21 über den Kühler 22, der als Gaskühler oder als Kondensator arbeiten kann, das Expansionsventil 23 und den Verdampfer 24 wieder zurück zum Verdichter 21. Das Expansionsventil 23 regelt die Überhitzung des verdampften Kältemittels an einer Stelle zwischen dem Austritt des verdampften Kältemittels aus dem Verdampfer 24 und dem Eintritt des verdampften Kältemittels in den Verdichter 21 , an der der Temperaturfühler 23t montiert ist.Fig. 2 shows a refrigeration or air conditioning system 2 with a thermostatic expansion valve 23 according to the invention with a temperature sensor 23t. The refrigeration or air conditioning system 2 has a compressor 21, which may be a reciprocating compressor, a cooler or high-pressure heat exchanger 22, the Expansion valve 23, an evaporator or low-pressure heat exchanger 24 and connecting lines 25 on. The refrigerant, which is CO 2 in the embodiment shown in FIG. 2, flows in a closed circuit from the compressor 21 via the cooler 22, which can operate as a gas cooler or as a condenser, the expansion valve 23 and the evaporator 24 again back to the compressor 21. The expansion valve 23 controls overheating of the vaporized refrigerant at a point between the exit of the vaporized refrigerant from the evaporator 24 and the entry of the vaporized refrigerant into the compressor 21 to which the temperature sensor 23t is mounted.
Fig. 3 zeigt eine Kälte- oder Klimaanlage 3 mit zwei erfindungsgemäßen thermostatischen Expansionsventilen 33a und 33b. Die Kälte- oder Klimaanlage 3 weist einen Verdichter 31 , bei dem es sich beispielsweise um einen Hubkolben- Verdichter handeln kann, einen Kühler bzw. Hochdruckwärmetauscher 32, sowie zwei parallel angeordnete Abschnitte mit den Expansionsventilen 33a bzw. 33b sowie Verdampfern bzw. Niederdruckwärmetauschern 34a und 34b und Verbindungsleitungen 35 und 35p auf. Das Kältemittel, bei dem es sich in dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel um CO2 handelt, strömt vom Verdichter 31 über den Kühler 32 und sodann in den parallelen Verbindungsleitungen 35p zu den beiden Expansionsventilen 33a und 33b, und von dort über die jeweiligenFig. 3 shows a refrigeration or air conditioning system 3 with two thermostatic expansion valves 33a and 33b according to the invention. The refrigeration or air conditioning system 3 has a compressor 31, which may be, for example, a reciprocating compressor, a cooler or high-pressure heat exchanger 32, and two parallel sections with the expansion valves 33a and 33b and evaporators or low-pressure heat exchangers 34a and 34b and connecting lines 35 and 35p. The refrigerant, which is CO 2 in the embodiment shown in FIG. 3, flows from the compressor 31 via the radiator 32 and then into the parallel communication lines 35 p to the two expansion valves 33 a and 33 b, and from there via the respective ones
Niederdruckwärmetauscher 34a und 34b wieder zurück zum Verdichter 31. Die Expansionsventile 33a und 33b weisen Temperaturfühler 33at bzw. 33bt auf, die zwischen dem Austritt des dampfförmigen Kältemittels aus den Verdampfern 34a bzw. 34b und dem Eintritt des dampfförmigen Kältemittels in den Verdichter 31 montiert sind und regeln die Überhitzung des dampfförmigen Kältemittels an den Messpunkten. Die Fig. 4 bis 6 zeigen nun Druck-Temperatur-Diagramme der Temperaturfühler in Fig. 1 bis 3 für ausgewählte Füllmittel, bei denen jeweils auf der X-Achse die Fühlertemperatur im Bereich von -50 0C bis +30 0C abgetragen ist und bei denen auf der Y-Achse der Fühlerinnendruck im Bereich von 0 bar bis 80 bar aufgetragen ist.Low-pressure heat exchangers 34a and 34b back to the compressor 31. The expansion valves 33a and 33b have temperature sensors 33at and 33bt, which are mounted between the exit of the vapor refrigerant from the evaporators 34a and 34b and the inlet of the vapor refrigerant in the compressor 31 and regulate the overheating of the vaporous refrigerant at the measuring points. 4 to 6 now show pressure-temperature diagrams of the temperature sensor in Fig. 1 to 3 for selected fillers, in each of which on the X-axis, the sensor temperature in the range of -50 0 C to +30 0 C is removed and in which the sensor internal pressure is plotted in the range of 0 bar to 80 bar on the Y axis.
Fig. 4 zeigt Dampfdruckkurven für ein Füllmittel, das aus einem Gemisch aus Kohlenstoffdioxid und Ethin gebildet ist. Die Komponenten des Gemisches sind als Massenanteile in Gewichtsprozent angegeben.Fig. 4 shows vapor pressure curves for a filler formed from a mixture of carbon dioxide and ethyne. The components of the mixture are given as weight percentages by weight.
Die obere Dampfdruckkurve zeigt den Dampfdruckverlauf für ein Gemisch aus 100 Gewichtsprozent Kohlenstoffdioxid und 0 Gewichtsprozent Ethin, die untere Dampfdruckkurve zeigt den Dampfdruckverlauf für ein Gemisch aus 0 Gewichtsprozent Kohlenstoffdioxid und 100 Gewichtsprozent Ethin. Der Raum zwischen den beiden Dampfdruckkurven gibt den Dampfdruck von Gemischen aus x Gewichtsprozent Kohlenstoffmonoxid und y Gewichtsprozent Ethin an, wobei der besseren Übersichtlichkeit halber keine Zwischenwerte eingetragen sind. Zwischen der unteren und oberen Dampfdruckkurve kann mit guter Näherung linear interpoliert werden.The upper vapor pressure curve shows the vapor pressure curve for a mixture of 100 percent by weight carbon dioxide and 0 percent by weight ethyne, the lower vapor pressure curve shows the vapor pressure curve for a mixture of 0 percent by weight carbon dioxide and 100 percent by weight ethyne. The space between the two vapor pressure curves indicates the vapor pressure of mixtures of x percent by weight carbon monoxide and y percent by weight ethyne, with no intermediate values being entered for the sake of clarity. Between the lower and upper vapor pressure curve can be linearly interpolated with good approximation.
Die Zumischung einer Komponente wie Ethin zu dem Füllmittel Kohlenstoffdioxid verbessert das Regelverhalten des in Fig. 1 dargestellten Stellglieds und ermöglicht weiter eine optimale Anpassung an den Arbeitspunkt des thermostatischen Expansionsventils 1 und damit eine gute Anpassung an die angestrebte Überhitzung des Kältemittels.The admixture of a component such as ethyne to the filler carbon dioxide improves the control behavior of the actuator shown in Fig. 1 and further allows optimal adaptation to the operating point of the thermostatic expansion valve 1 and thus a good adaptation to the desired overheating of the refrigerant.
Fig. 5 zeigt nun Dampfdruckkurven für ein Füllmittel, das aus einem Gemisch aus Kohlenstoffdioxid und Distickstoffmonoxid gebildet ist. Die obere Dampfdruckkurve zeigt den Dampfdruckverlauf für ein Gemisch aus 100 Gewichtsprozent Kohlenstoffdioxid und 0 Gewichtsprozent Distickstoffmonoxid, die untere Dampfdruckkurve zeigt den Dampfdruckverlauf für ein Gemisch aus 0 Gewichtsprozent Kohlenstoffdioxid und 100 Gewichtsprozent Distickstoffmonoxid. Der Raum zwischen den beiden Dampfdruckkurven gibt den Dampfdruck von Gemischen aus x Gewichtsprozent Kohlenstoffmonoxid und y Gewichtsprozent Distickstoffmonoxid an, wobei der besseren Übersichtlichkeit halber keine Zwischenwerte eingetragen sind. Zwischen der unteren und oberen Dampfdruckkurve kann mit guter Näherung linear interpoliert werden. Im Vergleich mit Fig. 4 ist zu erkennen, dass die Dampfdruckkurven für Kohlenstoffdioxid und Distickstoffmonoxid eng beieinander liegen, so dass auch Füllmittel-Gemische auf der Basis von Distickstoffmonoxid vorgesehen sein können.Fig. 5 now shows vapor pressure curves for a filler formed from a mixture of carbon dioxide and dinitrogen monoxide. The upper vapor pressure curve shows the vapor pressure curve for a mixture of 100 weight percent carbon dioxide and 0 weight percent nitrous oxide, the lower vapor pressure curve shows the vapor pressure curve for a mixture of 0 weight percent carbon dioxide and 100 weight percent nitrous oxide. The space between the two vapor pressure curves indicates the vapor pressure of mixtures of x percent by weight carbon monoxide and y percent by weight nitrous oxide, with no intermediate values being entered for the sake of clarity. Between the lower and upper vapor pressure curve can be linearly interpolated with good approximation. In comparison with FIG. 4, it can be seen that the vapor pressure curves for carbon dioxide and dinitrogen monoxide are close to one another, so that filler mixtures based on dinitrogen monoxide can also be provided.
Fig. 6 zeigt nun analog zu den Fig. 4 und 5 Dampfdruckkurven für ein Füllmittel- Gemisch aus Kohlenstoffdioxid und Propan.6 shows, analogously to FIGS. 4 and 5, vapor pressure curves for a filler mixture of carbon dioxide and propane.
Die obere Dampfdruckkurve zeigt den Dampfdruckverlauf für ein Gemisch aus 100 Gewichtsprozent Kohlenstoffdioxid und 0 Gewichtsprozent Propan, die untere Dampfdruckkurve zeigt den Dampfdruckverlauf für ein Gemisch aus 0 Gewichtsprozent Kohlenstoffdioxid und 100 Gewichtsprozent Propan. Der Raum zwischen den beiden Dampfdruckkurven gibt den Dampfdruck von Gemischen aus x Gewichtsprozent Kohlenstoffmonoxid und y Gewichtsprozent Propan an. Durch die Zumischung von Propan zu Kohlenstoffdioxid kann ein besonders großer Arbeitsbereich des Füllmittels eingestellt werden.The upper vapor pressure curve shows the vapor pressure curve for a mixture of 100 weight percent carbon dioxide and 0 weight percent propane, the lower vapor pressure curve shows the vapor pressure curve for a mixture of 0 weight percent carbon dioxide and 100 weight percent propane. The space between the two vapor pressure curves gives the vapor pressure of mixtures of x percent by weight carbon monoxide and y percent by weight propane. The admixture of propane to carbon dioxide, a particularly large working range of the filler can be adjusted.
Wie sich gezeigt hat, können auf der Basis von Kohlenstoffdioxid oder Distickstoffmonoxid und Kohlenwasserstoffen oder Wasser Füllmittel-Gemische bereitgestellt werden, die ein breites Spektrum von Anwendungsbereichen abdecken. Zur Auswahl geeigneter Füllmittel-Gemische können folgende Regeln herangezogen werden.It has been found that based on carbon dioxide or nitrous oxide and hydrocarbons or water, filler mixtures can be provided which cover a wide range of applications cover. The following rules can be used to select suitable filler mixtures.
Es ist vorteilhaft die Mischung so zu wählen, dass bei einer niedrigen Verdampfungstemperatur von z.B. -250C eine Überhitzung von z.B. 5K erreicht wird. Diese Überhitzung sollte nicht zu groß sein, damit die Verdichtungsendtemperatur bei Verdichtung über den kritischen Druck hinaus nicht zu hoch wird. Andererseits soll vermieden werden, dass unverdampfte Anteile des Kältemittels vom Verdichter angesaugt werden und dort zu Flüssigkeitsschlägen führen.It is advantageous to choose the mixture so that at a low evaporation temperature of eg -25 0 C overheating of eg 5K is achieved. This overheating should not be too great, so that the compression end temperature does not become too high when compressed above the critical pressure. On the other hand, it should be avoided that unevaporated portions of the refrigerant are sucked from the compressor and lead there to liquid blows.
Es ist weiter vorteilhaft die Mischung so zu wählen, dass bei einer hohen Verdampfungstemperatur von z.B. 100C eine Überhitzung von z.B. 15 K nicht überschritten wird.It is also advantageous to choose the mixture so that at a high evaporation temperature of, for example, 10 0 C, an overheating of eg 15 K is not exceeded.
Als besonders vorteilhaft haben sich Gemische, wie in Tabelle 1 und Tabelle 2 dargestellt, gezeigt.Mixtures, as shown in Table 1 and Table 2, have proven to be particularly advantageous.
Tabelle 1 : Füllmittel-Gemische von Kohlenstoffdioxid (CO2) und einer weiteren KomponenteTable 1: Filler mixtures of carbon dioxide (CO 2 ) and another component
Figure imgf000016_0001
Figure imgf000016_0001
Figure imgf000017_0001
Figure imgf000017_0001
Tabelle 2: Füllmittel-Gemische von Distickstoffmonoxid (N2O) und einer weiteren KomponenteTable 2: Filler mixtures of nitrous oxide (N 2 O) and another component
Figure imgf000017_0002
Die Normalsiedepunkte der Komponenten sind in der nachfolgenden Tabelle 3 angegeben.
Figure imgf000017_0002
The normal boiling points of the components are given in Table 3 below.
Tabelle 3: Normalsiedepunkte der in der Tabelle 1 und 2 angegebenen KomponentenTable 3: Normal boiling points of the components given in Tables 1 and 2
Figure imgf000018_0001
Figure imgf000018_0001
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 thermostatisches Expansionsventil1 thermostatic expansion valve
2 Kälte- oder Klimaanlage2 refrigeration or air conditioning
3 Kälte- oder Klimaanlage3 refrigeration or air conditioning
10 Gehäuse10 housing
10a Auslassstutzen10a outlet
1Oe Einlassstutzen1Oe inlet nozzle
11 Ventilelement11 valve element
11f Druckfeder11f compression spring
11k Ventilkegel11k valve cone
11s Ventilsitz11s valve seat
12 Stellglied12 actuator
12m Membran12m membrane
12s Stellstift12s setting pin
13 Einstellvorrichtung13 setting device
13f Einstellfeder13f adjusting spring
13r Einstellring13r adjustment ring
13s Einstellschraube13s adjusting screw
14 Kapillarrohr14 capillary tube
15 Temperaturfühler15 temperature sensor
20 Kältekreislauf20 refrigeration cycle
21 Verdichter21 compressors
22 Kühler bzw. Hochdruckwärmetauscher22 radiator or high pressure heat exchanger
23 Expansionsventil23 expansion valve
23t Temperaturfühler23t temperature sensor
24 Verdampfer bzw. Niederdruckwärmetauscher 25 Verbindungsleitung24 evaporator or low pressure heat exchanger 25 connection line
30 Kältekreislauf30 refrigeration cycle
31 Verdichter31 compressors
32 Kühler bzw. Hochdruckwärmetauscher 33a Expansionsventil32 coolers or high pressure heat exchanger 33a expansion valve
33at Temperaturfühler33at temperature sensor
33b Expansionsventil33b expansion valve
33bt Temperaturfühler33bt temperature sensor
34a Verdampfer bzw. Niederdruckwärmetauscher 34b Verdampfer bzw. Niederdruckwärmetauscher34a evaporator or low-pressure heat exchanger 34b evaporator or low-pressure heat exchanger
35 Verbindungsleitung35 connecting line
35p parallele Verbindungsleitung 35p parallel connection line

Claims

Konvekta AGAm Nordbahnhof 5, 34613 Schwalmstadt, DEPatentansprüche Konvekta AGAm Nordbahnhof 5, 34613 Schwalmstadt, DEPatentansprüche
1. Thermostatisches Expansionsventil (1) für eine mit dem Kältemittel CO2 betriebene Kälteanlage oder Klimaanlage, die mindestens einen Verdichter, einen Kühler, das thermostatische Expansionsventil (1) und einen Verdampfer umfasst, wobei das Expansionsventil ein ohne Hilfsenergie betriebenes und ein Ventilelement (11) stellendes Stellglied (12) mit einem Temperaturfühler (15) aufweist, der mit einem Füllmittel gefüllt ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , a ) dass das Füllmittel ein Gemisch aus mindestens den KomponentenA thermostatic expansion valve (1) for a refrigeration system or air conditioning system operating with the refrigerant CO 2 , which comprises at least one compressor, a cooler, the thermostatic expansion valve (1) and an evaporator, wherein the expansion valve is an auxiliary-operated and a valve element (11 ) adjusting actuator (12) having a temperature sensor (15) filled with a filler, characterized in that a) that the filler is a mixture of at least the components
Kohlenstoffdioxid (CO2) und Distickstoffmonoxid (N2O) ist, oder b) dass das Füllmittel ein Gemisch aus mindestens den Komponenten Kohlenstoffdioxid (CO2) und einem Kohlenwasserstoff ist, oder c) dass das Füllmittel ein Gemisch aus mindestens den KomponentenIs carbon dioxide (CO 2 ) and nitrous oxide (N 2 O), or b) that the filler is a mixture of at least the components carbon dioxide (CO 2 ) and a hydrocarbon, or c) that the filler is a mixture of at least the components
Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasser ist, oder d) dass das Füllmittel ein Gemisch aus mindestens den Komponenten Kohlenstoffdioxid (CO2) und einem organischen oder anorganischen Stoff mit einem Normalsiedepunkt zwischen -900C und +2000C ist, oder e) dass das Füllmittel Distickstoffmonoxid ist, oder f) dass das Füllmittel ein Gemisch aus mindestens den Komponenten Distickstoffmonoxid und einem Kohlenwasserstoff ist, oder g) dass das Füllmittel ein Gemisch aus mindestens den Komponenten Distickstoffmonoxid und Wasser ist, oder h) dass das Füllmittel ein Gemisch aus mindestens den KomponentenCarbon dioxide (CO 2 ) and water, or d) the filler is a mixture of at least the components carbon dioxide (CO 2 ) and an organic or inorganic substance with a normal boiling point between -90 0 C and + 200 0 C, or e) that the filler is nitrous oxide, or f) that the filler is a mixture of at least the components nitrous oxide and a hydrocarbon, or g) that the filler is a mixture of at least the components dinitrogen monoxide and water, or h) that the filler is a mixture of at least the components
Distickstoffmonoxid und einem organischen oder anorganischen Stoff mit einem Normalsiedepunkt zwischen -900C und +200°C ist.Nitrous oxide and an organic or inorganic substance having a normal boiling point between -90 0 C and + 200 ° C.
2. Thermostatisches Expansionsventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Kohlenwasserstoff um einen Kohlenwasserstoff aus der Gruppe der Alkane, Alkene, Alkine, oder Alkanole handelt.2. Thermostatic expansion valve according to claim 1, characterized in that it is the hydrocarbon is a hydrocarbon from the group of alkanes, alkenes, alkynes, or alkanols.
3. Thermostatisches Expansionsventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dad urch geken nzeich net, dass es sich bei dem anorganischen Stoff um Ammoniak handelt.3. Thermostatic expansion valve according to one of the preceding claims, dad urch geken Nzeich net, that it is the inorganic substance is ammonia.
4. Thermostatisches Expansionsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmittel mindestens die Komponenten Kohlenstoffdioxid und Ethan (C2H6) mit einem Massenanteilverhältnis von 57 zu 43 bis 19 zu 81 aufweist, und/oder dass das Füllmittel aus Kohlenstoffdioxid und Ethan besteht, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass das Ethan einen Massenanteil zwischen4. Thermostatic expansion valve according to claim 1 or 2, characterized in that the filler comprises at least the components carbon dioxide and ethane (C 2 H 6 ) having a mass ratio of 57 to 43 to 19 to 81, and / or that the filler of carbon dioxide and Ethane is, it being preferably provided that the ethane is a mass fraction between
43 und 81 Gewichtsprozent des Füllmittels aufweist. 43 and 81 percent by weight of the filler.
5. Thermostatisches Expansionsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmittel mindestens die Komponenten Kohlenstoffdioxid und Propan (C3H8) mit einem Massenanteilverhältnis von 84 zu 16 bis 64 zu 36 aufweist, und/oder dass das Füllmittel aus Kohlenstoffdioxid und Propan besteht, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass das Propan einen Massenanteil zwischen 16 und 36 Gewichtsprozent des Füllmittels aufweist.5. Thermostatic expansion valve according to claim 1 or 2, characterized in that the filler comprises at least the components carbon dioxide and propane (C 3 H 8 ) with a mass ratio of 84 to 16 to 64 to 36, and / or that the filler of carbon dioxide and Propane is provided, it is preferably provided that the propane has a mass fraction of between 16 and 36 weight percent of the filler.
6. Thermostatisches Expansionsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmittel mindestens die Komponenten Kohlenstoffdioxid und Butan6. Thermostatic expansion valve according to claim 1 or 2, characterized in that the filler at least the components carbon dioxide and butane
(C4Hi0) mit einem Massenanteilverhältnis von 82 zu 18 bis 62 zu 38 aufweist, und/oder dass das Füllmittel aus Kohlenstoffdioxid und Butan besteht, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass das Butan einen Massenanteil zwischen(C 4 Hi 0 ) having a mass fraction ratio of 82 to 18 to 62 to 38, and / or that the filler consists of carbon dioxide and butane, wherein it is preferably provided that the butane is a mass fraction between
18 und 38 Gewichtsprozent des Füllmittels aufweist.18 and 38 weight percent of the filler.
7. Thermostatisches Expansionsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmittel mindestens die Komponenten Kohlenstoffdioxid und7. Thermostatic expansion valve according to claim 1 or 2, characterized in that the filler at least the components carbon dioxide and
Isobutan (C4H10) mit einem Massenanteilverhältnis von 82 zu 18 bis 62 zu 38 aufweist, und/oder dass das Füllmittel aus Kohlenstoffdioxid und Isobutan besteht, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass das Isobutan einen Massenanteil zwischenIsobutane (C 4 H 10 ) having a mass fraction ratio of 82 to 18 to 62 to 38, and / or that the filler consists of carbon dioxide and isobutane, wherein it is preferably provided that the isobutane is a mass fraction between
18 und 38 Gewichtsprozent des Füllmittels aufweist. 18 and 38 weight percent of the filler.
8. Thermostatisches Expansionsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmittel mindestens die Komponenten Kohlenstoffdioxid und Pentan (C5Hi2) mit einem Massenanteilverhältnis von 79 zu 21 bis 58 zu 42 aufweist, und/oder dass das Füllmittel aus Kohlenstoffdioxid und Pentan besteht, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass das Pentan einen Massenanteil zwischen 21 und 42 Gewichtsprozent des Füllmittels aufweist.8. Thermostatic expansion valve according to claim 1 or 2, characterized in that the filler comprises at least the components carbon dioxide and pentane (C 5 Hi 2 ) with a mass ratio of 79 to 21 to 58 to 42, and / or that the filler of carbon dioxide and Pentane is, it is preferably provided that the pentane has a mass fraction of between 21 and 42 percent by weight of the filler.
9. Thermostatisches Expansionsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmittel mindestens die Komponenten Kohlenstoffdioxid und9. Thermostatic expansion valve according to claim 1 or 2, characterized in that the filler at least the components carbon dioxide and
Propen (C3H6) mit einem Massenanteilverhältnis von 84 zu 16 bis 64 zu 36 aufweist, und/oder dass das Füllmittel aus Kohlenstoffdioxid und Propen besteht, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass das Propen einen Massenanteil zwischenPropene (C 3 H 6 ) having a mass ratio of 84 to 16 to 64 to 36, and / or that the filler consists of carbon dioxide and propene, wherein it is preferably provided that the propene has a mass fraction between
16 und 36 Gewichtsprozent des Füllmittels aufweist.16 and 36 weight percent of the filler.
10. Thermostatisches Expansionsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmittel mindestens die Komponenten Kohlenstoffdioxid und Ethin10. Thermostatic expansion valve according to claim 1 or 2, characterized in that the filler at least the components carbon dioxide and ethyne
(C2H2) mit einem Massenanteilverhältnis von 51 zu 49 bis 0,1 zu 99,9 aufweist, und/oder dass das Füllmittel aus Kohlenstoffdioxid und Ethin besteht, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass das Ethin einen Massenanteil von mindestens 49 Gewichtsprozent des Füllmittels aufweist. (C 2 H 2 ) having a mass fraction ratio of 51 to 49 to 0.1 to 99.9, and / or that the filler consists of carbon dioxide and ethyne, wherein it is preferably provided that the ethyne has a mass fraction of at least 49 percent by weight of Has filler.
11. Thermostatisches Expansionsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmittel mindestens die Komponenten Kohlenstoffdioxid und Propin (C3H4) mit einem Massenanteilverhältnis von 86 zu 14 bis 69 zu 31 aufweist, und/oder dass das Füllmittel aus Kohlenstoffdioxid und Propin besteht, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass das Propin einen Massenanteil zwischen 14 und 31 Gewichtsprozent des Füllmittels aufweist.11. A thermostatic expansion valve according to claim 1 or 2, characterized in that the filler comprises at least the components carbon dioxide and propyne (C 3 H 4 ) with a mass ratio of 86 to 14 to 69 to 31, and / or that the filler of carbon dioxide and Propin is provided, it is preferably provided that the propyne has a mass fraction between 14 and 31 weight percent of the filler.
12. Thermostatisches Expansionsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmittel mindestens die Komponenten Kohlenstoffdioxid und Methanol (CH4O) mit einem Massenanteilverhältnis von 89 zu 11 bis 76 zu 24 aufweist, und/oder dass das Füllmittel aus Kohlenstoffdioxid und Methanol besteht, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass das Methanol einen Massenanteil zwischen 11 und 24 Gewichtsprozent des Füllmittels aufweist.12. Thermostatic expansion valve according to claim 1 or 2, characterized in that the filler comprises at least the components carbon dioxide and methanol (CH 4 O) having a mass ratio of 89 to 11 to 76 to 24, and / or that the filler of carbon dioxide and methanol it is preferably provided that the methanol has a mass fraction between 11 and 24 weight percent of the filler.
13. Thermostatisches Expansionsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmittel mindestens die Komponenten Kohlenstoffdioxid und13. Thermostatic expansion valve according to claim 1 or 2, characterized in that the filler at least the components carbon dioxide and
Wasser (H2O) mit einem Massenanteilverhältnis von 94 zu 6 bis 85 zu 15 aufweist, und/oder dass das Füllmittel aus Kohlenstoffdioxid und Wasser besteht, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass das Wasser einen Massenanteil zwischenWater (H 2 O) having a mass ratio of 94 to 6 to 85 to 15, and / or that the filler consists of carbon dioxide and water, wherein it is preferably provided that the water is a mass fraction between
6 und 15 Gewichtsprozent des Füllmittels aufweist. 6 and 15 weight percent of the filler.
14. Thermostatisches Expansionsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmittel mindestens die Komponenten Distickstoffmonoxid und Ethan mit einem Massenanteilverhältnis von 77 zu 23 bis 24 zu 76 aufweist, und/oder dass das Füllmittel aus Distickstoffmonoxid und Ethan besteht, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass das Ethan einen Massenanteil zwischen 23 und 76 Gewichtsprozent des Füllmittels aufweist.14. Thermostatic expansion valve according to claim 1 or 2, characterized in that the filler comprises at least the components dinitrogen monoxide and ethane with a mass ratio of 77 to 23 to 24 to 76, and / or that the filler consists of nitrous oxide and ethane, preferably provided in that the ethane has a mass fraction between 23 and 76% by weight of the filler.
15. Thermostatisches Expansionsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmittel mindestens die Komponenten Distickstoffmonoxid und15. Thermostatic expansion valve according to claim 1 or 2, characterized in that the filler at least the components dinitrogen monoxide and
Propan mit einem Massenanteilverhältnis von 94 zu 6 bis 74 zu 26 aufweist, und/oder dass das Füllmittel aus Distickstoffmonoxid und Propan besteht, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass das Propan einen Massenanteil zwischenPropane having a mass ratio of 94 to 6 to 74 to 26, and / or that the filler consists of nitrous oxide and propane, wherein it is preferably provided that the propane has a mass fraction between
6 und 26 Gewichtsprozent des Füllmittels aufweist.6 and 26 weight percent of the filler.
16. Thermostatisches Expansionsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmittel mindestens die Komponenten Distickstoffmonoxid und16. Thermostatic expansion valve according to claim 1 or 2, characterized in that the filler at least the components dinitrogen monoxide and
Butan mit einem Massenanteilverhältnis von 91 zu 9 bis 73 zu 27 aufweist, und/oder dass das Füllmittel aus Distickstoffmonoxid und Butan besteht, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass das Butan einen Massenanteil zwischen 9 und 27 Gewichtsprozent des Füllmittels aufweist. Butane with a mass ratio of 91 to 9 to 73 to 27, and / or that the filler consists of nitrous oxide and butane, wherein it is preferably provided that the butane has a mass fraction of between 9 and 27 weight percent of the filler.
17. Thermostatisches Expansionsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmittel mindestens die Komponenten Distickstoffmonoxid und Isobutan mit einem Massenanteilverhältnis von 91 zu 9 bis 73 zu 27 aufweist, und/oder dass das Füllmittel aus Distickstoffmonoxid und Isobutan besteht, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass das Isobutan einen Massenanteil zwischen 9 und 27 Gewichtsprozent des Füllmittels aufweist.17. Thermostatic expansion valve according to claim 1 or 2, characterized in that the filler comprises at least the components dinitrogen monoxide and isobutane with a mass ratio of 91: 9 to 73 to 27, and / or that the filler consists of nitrous oxide and isobutane, preferably provided is that the isobutane has a mass fraction between 9 and 27 percent by weight of the filler.
18. Thermostatisches Expansionsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmittel mindestens die Komponenten Distickstoffmonoxid und18. Thermostatic expansion valve according to claim 1 or 2, characterized in that the filler at least the components dinitrogen monoxide and
Pentan mit einem Massenanteilverhältnis von 89 zu 11 bis 69 zu 31 aufweist, und/oder dass das Füllmittel aus Distickstoffmonoxid und Pentan besteht, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass das Pentan einen Massenanteil zwischenPentane having a mass ratio of 89 to 11 to 69 to 31, and / or that the filler consists of nitrous oxide and pentane, wherein it is preferably provided that the pentane has a mass fraction between
11 und 31 Gewichtsprozent des Füllmittels aufweist.11 and 31 weight percent of the filler.
19. Thermostatisches Expansionsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmittel mindestens die Komponenten Distickstoffmonoxid und19. Thermostatic expansion valve according to claim 1 or 2, characterized in that the filler at least the components dinitrogen monoxide and
Propen mit einem Massenanteilverhältnis von 92 zu 8 bis 71 zu 29 aufweist, und/oder dass das Füllmittel aus Distickstoffmonoxid und Propen besteht, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass das Propen einen Massenanteil zwischenPropene having a mass ratio of 92 to 8 to 71 to 29, and / or that the filler consists of nitrous oxide and propene, wherein it is preferably provided that the propene mass fraction between
8 und 29 Gewichtsprozent des Füllmittels aufweist. 8 and 29 weight percent of the filler.
20. Thermostatisches Expansionsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmittel mindestens die Komponenten Distickstoffmonoxid und Ethin mit einem Massenanteilverhältnis von 75 zu 25 bis 0,1 zu 99,9 aufweist, und/oder dass das Füllmittel aus Distickstoffmonoxid und Ethin besteht, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass das Ethin einen Massenanteil von mindestens 25 Gewichtsprozent des Füllmittels aufweist.20. Thermostatic expansion valve according to claim 1 or 2, characterized in that the filler has at least the components dinitrogen monoxide and ethyne with a mass fraction ratio of 75 to 25 to 0.1 to 99.9, and / or that the filler consists of nitrous oxide and ethyne , wherein it is preferably provided that the ethyne has a mass fraction of at least 25 percent by weight of the filler.
21. Thermostatisches Expansionsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmittel mindestens die Komponenten Distickstoffmonoxid und21. Thermostatic expansion valve according to claim 1 or 2, characterized in that the filler at least the components dinitrogen monoxide and
Propin mit einem Massenanteilverhältnis von 93 zu 7 bis 78 zu 22 aufweist, und/oder dass das Füllmittel aus Distickstoffmonoxid und Propin besteht, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass das Propin einen Massenanteil zwischen 7 und 22 Gewichtsprozent des Füllmittels aufweist.Propin having a mass ratio of 93 to 7 to 78 to 22, and / or that the filler consists of nitrous oxide and propyne, wherein it is preferably provided that the propyne has a mass fraction of between 7 and 22 percent by weight of the filler.
22. Thermostatisches Expansionsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmittel mindestens die Komponenten Distickstoffmonoxid und22. Thermostatic expansion valve according to claim 1 or 2, characterized in that the filler at least the components dinitrogen monoxide and
Methanol mit einem Massenanteilverhältnis von 99,9 zu 0,1 bis 83 zu 17 aufweist, und/oder dass das Füllmittel aus Distickstoffmonoxid und Methanol besteht, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass das Methanol einen Massenanteil von maximal 17 Gewichtsprozent des Füllmittels aufweist. Methanol having a mass ratio of 99.9 to 0.1 to 83 to 17, and / or that the filler consists of nitrous oxide and methanol, wherein it is preferably provided that the methanol has a proportion by mass of not more than 17 percent by weight of the filler.
23. Thermostatisches Expansionsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmittel mindestens die Komponenten Distickstoffmonoxid und Wasser mit einem Massenanteilverhältnis von 99,9 zu 0,1 bis 90 zu 10 aufweist, und/oder dass das Füllmittel aus Distickstoffmonoxid und Wasser besteht, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass das Wasser einen Massenanteil von maximal 10 Gewichtsprozent des Füllmittels aufweist.23. Thermostatic expansion valve according to claim 1 or 2, characterized in that the filler has at least the components dinitrogen monoxide and water with a mass ratio of 99.9 to 0.1 to 90 to 10, and / or that the filler consists of nitrous oxide and water , It is preferably provided that the water has a mass fraction of not more than 10 percent by weight of the filler.
24. Thermostatisches Expansionsventil nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmittel mindestens die Komponenten Kohlenstoffdioxid (CO2) und Ammoniak mit einem Massenanteilverhältnis von 93,1 zu 6,9 bis 82,4 zu 17,6 aufweist, und/oder dass das Füllmittel aus Kohlenstoffdioxid (CO2) und Ammoniak besteht, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass das Ammoniak einen Massenanteil von 6 bis 18 Gew% des Füllmittels aufweist.24. Thermostatic expansion valve according to claim 1 or 3, characterized in that the filler has at least the components carbon dioxide (CO 2 ) and ammonia with a mass ratio of 93.1 to 6.9 to 82.4 to 17.6, and / or the filler consists of carbon dioxide (CO 2 ) and ammonia, wherein it is preferably provided that the ammonia has a mass fraction of 6 to 18% by weight of the filler.
25. Thermostatisches Expansionsventil nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmittel mindestens die Komponente Distickstoffmonoxid und Ammoniak mit einem Massenanteilverhältnis von 97,2 zu 2,8 bis 88,6 zu 11,4 aufweist, und/oder dass das Füllmittel aus Distickstoffmonoxid und Ammoniak besteht, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass das Ammoniak einen Massenanteil von25. Thermostatic expansion valve according to claim 1 or 3, characterized in that the filler has at least the component dinitrogen monoxide and ammonia with a mass ratio of 97.2 to 2.8 to 88.6 to 11.4, and / or that the filler from Nitrous oxide and ammonia, wherein it is preferably provided that the ammonia is a mass fraction of
2 bis 12 Gew% des Füllmittels aufweist. 2 to 12% by weight of the filler.
26. Thermostatisches Expansionsventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (12) als ein Membran- oder Balgsystem ausgebildet ist, das mittels einer Kapillarleitung (14) mit dem Ausgang des Temperaturfühlers (15) verbunden ist.26. Thermostatic expansion valve according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator (12) is designed as a membrane or bellows system, which is connected by means of a capillary (14) to the output of the temperature sensor (15).
27. Thermisches Expansionsventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellweg des Ventilelements (11) dem Stellweg des Stellgliedes (12) entspricht.27. Thermal expansion valve according to one of the preceding claims, characterized in that the travel of the valve element (11) corresponds to the travel of the actuator (12).
28. Thermostatisches Expansionsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellweg des Ventilelements (11) kleiner oder größer als der Stellweg des Stellgliedes (12) ist.28. Thermostatic expansion valve according to one of claims 1 to 23, characterized in that the travel of the valve element (11) is smaller or larger than the travel of the actuator (12).
29. Thermostatisches Expansionsventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in dem stromabwärts hinter dem Ventilelement (11) verlaufenden inneren Abschnitt des Expansionsventils (1) ausgebildete Niederdruck auf das Stellglied (12) übertragen ist. 29. Thermostatic expansion valve according to one of the preceding claims, characterized in that in the downstream of the valve element (11) extending inner portion of the expansion valve (1) formed low pressure is transmitted to the actuator (12).
30. Kälteanlage oder Klimaanlage mit dem Kältemittel CO2 mit einem30. Refrigeration system or air conditioning with the refrigerant CO 2 with a
Kältemittelkreislauf, der mindestens einen Verdichter, einen Kühler, ein thermostatische Expansionsventil und einen Verdampfer umfasst, wobei das Expansionsventil (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 26 ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmittel des Temperaturfühlers (15) einen Fühlerinnendruck ausbildet, der der Summe aus dem Verdampfungsdruck des Kältemittels und einem durch eine Einstellvorrichtung (13) hervorgerufenen Druck entspricht, wenn die am Ausgang des Verdampfers auf den Temperaturfühler (15) einwirkende Temperatur gleich der Soll-Überhitzungstemperatur des Kältemittels ist. Refrigerant circuit comprising at least a compressor, a radiator, a thermostatic expansion valve and an evaporator, wherein the expansion valve (1) is designed according to one of the preceding claims 1 to 26, characterized in that the filling means of the temperature sensor (15) forms a sensor internal pressure, which corresponds to the sum of the evaporation pressure of the refrigerant and a pressure caused by an adjusting device (13) when the temperature acting on the temperature sensor (15) at the outlet of the evaporator is equal to the desired super-heating temperature of the refrigerant.
PCT/EP2008/007520 2007-10-24 2008-09-12 Expansion valve WO2009052903A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007051118.5 2007-10-24
DE102007051118.5A DE102007051118B4 (en) 2007-10-24 2007-10-24 Expansion valve

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009052903A1 true WO2009052903A1 (en) 2009-04-30

Family

ID=40039684

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2008/007520 WO2009052903A1 (en) 2007-10-24 2008-09-12 Expansion valve

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102007051118B4 (en)
WO (1) WO2009052903A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107178936A (en) * 2017-05-15 2017-09-19 上海奉申制冷控制器股份有限公司 A kind of expansion valve

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4430497A1 (en) * 1994-08-27 1996-02-29 Flitsch E Gmbh & Co Procedure for setting the static overheating on expansion valves for refrigerant circuits
US5779142A (en) * 1994-02-11 1998-07-14 Danfoss A/S Method for achieving a specific temperature behavior of adjusting elements operating in dependence on temperature and an adjusting element operating in dependence on temperature
JP2004019997A (en) * 2002-06-13 2004-01-22 Sanyo Electric Co Ltd Single-refrigerant refrigerator
JP2004036997A (en) * 2002-07-03 2004-02-05 Zexel Valeo Climate Control Corp Supercritical steam compression refrigerating cycle
WO2006042544A1 (en) * 2004-10-21 2006-04-27 Danfoss A/S Valve for use in a refrigeration system
DE102005014552A1 (en) * 2005-03-24 2006-09-28 Technische Universität Dresden Natural binary cooling agent, useful as refrigerant to refrigerate plants in compression cascade system, comprises carbon dioxide in combination with nitrogen-dioxide
EP1785681A1 (en) * 2005-11-14 2007-05-16 Denso Corporation High pressure control valve
US20070107462A1 (en) * 2005-11-14 2007-05-17 Denso Corporation Pressure control valve for refrigeration cycle
DE102007046008A1 (en) * 2006-09-29 2008-04-24 Denso Corp., Kariya Pressure control valve, for coolant control in a supercritical vapor compression circuit, sets the valve opening according to the coolant temperature at the cooler outlet

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2846396A (en) 1954-11-19 1958-08-05 Flexonics Corp Charging fluid for thermostats
DE19832479A1 (en) 1998-07-20 2000-01-27 Behr Gmbh & Co Vehicle air conditioning system employing carbon dioxide working fluid includes specially designed expansion valve having orifice with length and diameter orifice limiting maximum operational pressure
US6385980B1 (en) 2000-11-15 2002-05-14 Carrier Corporation High pressure regulation in economized vapor compression cycles
GB0215249D0 (en) 2002-07-02 2002-08-14 Delphi Tech Inc Air conditioning system
US7458226B2 (en) 2003-12-18 2008-12-02 Calsonic Kansei Corporation Air conditioning system, vehicular air conditioning system and control method of vehicular air conditioning system
DE102004005379B3 (en) 2004-02-03 2005-05-04 Otto Egelhof Gmbh & Co. Kg Expansion valve for automobile climate-control device has regulating valve controlling flow opening of one refrigeration medium flow channel in dependence on state of refrigeration medium in second flow channel
DE102005050086A1 (en) 2004-11-08 2006-05-11 Otto Egelhof Gmbh & Co. Kg Expansion valve for vehicle air-conditioning system, has spherical seat cross-sectional area formed between valve closure unit and seat and designed smaller than annular gap which is formed between release stud and passage opening
JP2006153314A (en) 2004-11-26 2006-06-15 Valeo Thermal Systems Japan Corp Refrigerating cycle

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5779142A (en) * 1994-02-11 1998-07-14 Danfoss A/S Method for achieving a specific temperature behavior of adjusting elements operating in dependence on temperature and an adjusting element operating in dependence on temperature
DE4430497A1 (en) * 1994-08-27 1996-02-29 Flitsch E Gmbh & Co Procedure for setting the static overheating on expansion valves for refrigerant circuits
JP2004019997A (en) * 2002-06-13 2004-01-22 Sanyo Electric Co Ltd Single-refrigerant refrigerator
JP2004036997A (en) * 2002-07-03 2004-02-05 Zexel Valeo Climate Control Corp Supercritical steam compression refrigerating cycle
WO2006042544A1 (en) * 2004-10-21 2006-04-27 Danfoss A/S Valve for use in a refrigeration system
DE102005014552A1 (en) * 2005-03-24 2006-09-28 Technische Universität Dresden Natural binary cooling agent, useful as refrigerant to refrigerate plants in compression cascade system, comprises carbon dioxide in combination with nitrogen-dioxide
EP1785681A1 (en) * 2005-11-14 2007-05-16 Denso Corporation High pressure control valve
US20070107462A1 (en) * 2005-11-14 2007-05-17 Denso Corporation Pressure control valve for refrigeration cycle
DE102007046008A1 (en) * 2006-09-29 2008-04-24 Denso Corp., Kariya Pressure control valve, for coolant control in a supercritical vapor compression circuit, sets the valve opening according to the coolant temperature at the cooler outlet

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107178936A (en) * 2017-05-15 2017-09-19 上海奉申制冷控制器股份有限公司 A kind of expansion valve

Also Published As

Publication number Publication date
DE102007051118A1 (en) 2009-04-30
DE102007051118B4 (en) 2021-11-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102007001878B4 (en) Ejector refrigerant cycle device
DE102007007570B4 (en) Refrigerant flow rate control device and ejector cooling cycle system with it
DE102005007321B4 (en) Ejector pump circuit with several evaporators
DE60016837T2 (en) Supercritical vapor compression cycle
EP1035981B1 (en) Co2-operated air conditioning system
DE19852127B4 (en) Expansion member and usable valve unit
DE102007013056A1 (en) Engine with external heat supply
DE102004010997B3 (en) Control method for expansion valve for refrigeration medium circuit in automobile air-conditioning installation using pressure difference between input and output of expansion valve
DE102006035784A1 (en) Refrigeration plant for transcritical operation with economiser and low pressure collector
EP0356642A1 (en) Thermostatic expansion valve
DE69310408T2 (en) Pressure operated switching valve for a refrigeration system
DE102006057131B3 (en) Thermo-static expansion valve for controlling high pressure of transcritically and/or subcritically operable cooling and heating pump circuit, has control member controllable independent of pressure whose movement is coupled with area
WO2008074383A1 (en) Thermostatic expansion valve
DE60212502T2 (en) Refrigeration circuit
DE202007017723U1 (en) Plant for refrigeration, heating or air conditioning, in particular refrigeration system
WO2009052903A1 (en) Expansion valve
DE102006057132B4 (en) Thermostatic expansion valve for refrigeration or heat pump circuits with mechanically controlled safety function
DE102006007756A1 (en) A decompression valve for motor vehicle air conditioning systems has an expansion valve jet which operates at a normal pressure differential but is depressed to provide larger jets above a critical differential
EP2732226A2 (en) Refrigeration appliance having a plurality of chambers
WO2006079408A1 (en) Expansion valve
WO2004055454A1 (en) Coolant circuit for a motor vehicle air conditioning system
DE102005034709B4 (en) Thermostatic expansion valve
EP3922925A1 (en) Compression cooling system and method for operating a compression cooling system
EP2812638B1 (en) Heat pump device
WO1996007066A1 (en) Process for setting the static overheating in expansion valves for coolant circuits

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 08802080

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 08802080

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1