DE1751260A1 - Thermostatisch gesteuertes Expansionsventil fuer Kaelteanlagen - Google Patents

Description

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HIiFOSS A/S, Nordborg (Dänemark)

Thermostatisch gesteuertes Expansionsventil für

Kälteanlagen

Die Erfindung bezieht sich auf ein thermostatiech gesteuertes Expansionsventil für Kälteanlagen. "

Bei einem solchen Expansionsventil muß das Verschlußstück in der Lage sein, jede beliebige Zwischenstellung zwischen der voll geöffneten und der voll geschlossenen Stellung einzunehmen. Diese Aufgabe erfüllen die üblichen Expansionsventile zur vollen Zufriedenheit, bei denen das Verschlußstück unmittelbar vom thermostatischen Arbeitselement gegen die Kraft einer Sollwertfeder verstellt wird. Das thermostatische Arbeitselement kann auch unmittelbar mit dem Dampfraum des Kältemittelsystems in Verbindung stehen. Ein solches Ventil reicht jedoch bei größeren Kälteanlagen nicht aus, weil die Durchlaßmenge eines solchen thermostatisch gesteuerten Ventil beschränkt ist. (

Es ist daher eine Ventilanordnung bekannt geworden, bei der das übliche thermostatisch gesteuerte Expansionsventil lediglich ein Hilfsventil ist, das über eine Rohrleitung mit einem Hauptventil verbunden ist. Das Hilfsventil steuert den Durchfluß durch eine Drossel, deren Druokabfall einen das Hauptventil betätigenden Kolben gegen die Kraft einer sich am Gehäuse abstützenden Gegendruckfeder verstellt. Bei dieser bekannten Anordnung traten jedoch häufig Schläge oder Schwingungen auf. Auoh folgte das Ver-

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schlußstück dea Hauptventils nicht immer in der gewünschten Weise den Steuerbewegnngen des Hilfsventils; vielmehr neigte es dazu, in die volle Auf - bzw. Zu-Stellung zu gehen.

Des weiteren ist ein Saugdruckregler für Kälteanlagen bekannt, der wiederum aus einem Hilfsventil und einem damit tibr eine Leitung verbundenen Hauptventil besteht. Das Verschlußstück des Hauptventils schließt in Strömungerichtung und ist Aber einen Schaft mit einem Kolben verbunden, der einen erheblich größeren Querschnitt besitzt als das Verschlußstück und auf der dem Verschlußstück abgewandten Seite mit der gehäusefest abgestützen Gegendruckfeder belastet ist. Wiederum steht der Kolben unter dem ™ Einfluß eines Differenzdrucks, der an einer Drossel auftritt, deren Durchfluß vom Hilfsventil gesteuert ist. Dieser Saugdruckregler ist nur dazu bestimmt, dampfförmiges Kältemittel durchtreten zu lassen. Das Hauptventil kann im wesentlichen nur eine vollständig offene oder vollständig geschlossene Stellung einnehmen.

Für eine Wasserleitung ist eine Ventilanordnung betet nnt, bei der ein thermostatisch gesteuertes Hilfsventil und ein davon gesteuertes Hauptventil zu einer Baueinheit vereinigt sind. Das Hilfsventil steuert wiederum ddn Durchfluß durch eine Drossel. Der Druckabfall an der Drossel steuert einen das Verschlußstück \ des Hauptventil bildenden Zylinder, der entgegen der Strömungsrichtung schließt. Seine Gegendruckfeder ist nicht am Gehäuse sondern am Schaft des Hilfeventile abgestützt. Letzteres ergibt eine Rückführung, die eine gute Proportionalität zwisohen der Stellung des Hilfs-ventils und der Stellung des Hauptventils ermöglichst.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein thermostatisch geateuertee Expansionsventil anzugeben, das auch für große Kälteanlagen geeignet ist, eioher arbeitet und eine günstig· Arbeitekennlinie besitzt.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Kombination folgender an sich bekannter Merkmale:

a) Ein thermostatisch betätigtes Hilfsventil steuert den Durchfluß durch eine Drossel, deren Druckabfall einen ein Hauptventil betätigenden Kolben gegen die Kraft einer Gegendruckfeder verstellt.

b) Das Hilfsventil ist mit dem Hauptventil in einer Baueinheit zusammengefaßt und die Gegendruckfeder stützt sich am Schaft des Hilfsventils ab und wirkt gegen die Kraft des thermostat!- sehen Arbeitselements.

c) Das Verschlußstück des Hauptventils schließt in Strömungsrichtung und ist über einen Schaft mit dem in einem Zylinder angeordneten Kolben verbunden, der einen erheblich größeren Querschnitt besitzt als das Verschlußstück und auf der dem Verschlußstück abgewandten Seite mit der Gegendruckfeder belastet ist.

Mit dieser Kombination werden die Probleme überwunden, die darin liegen, daß das Kältemittel zwar im flüssigen Aggregat-zustand vorliegt, aber bestimmungsgemäß rasch in den dampfförmigen Zustand übertreten soll. Wenn aber die Verdampfung bereits vor ' Erreichen des Expansionsventil stattfindet, vermag die Ventilanordnung nicht mehr einwandfrei zu arbeiten. Durch den großen Kolbenquerschnitt, bezogen auf den.Querschnitt des Hauptventil-Vers chlßstticks, kann man einen ausreichenden Hub mit einem kleiner Druckabfall an der Drossel erreichen. Dieser Druckabfall kann infolgedessen so klein gehalten werden, daß er nicht zur Dampfbildung führt. Des weiteren ist das Hilfsventil mit dem Hauptventil zu einer Baueinheit verbunden, so daß nicht in einer Zwischenleitung eine Erwärmung und daher Verdampfung des zum Hilfeventil strömenden Kältemittels verdampfen kann. Im Extram-

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fall kann sich der Ventilsitz des Hilfsventils sogar im Raum oberhalb des Kolbens befinden. Wenn aber auf diese Weise dafür gesorgt ist, daß bis zum Hilfsventil flüssiges Kältemittel vorhanden ist, dann kann man auch eine Ventilkonstruktion verwenden, die sich bei einer Wasserleitung bewährt hat. Dadurch daß das Verschlußstück des Hauptventil in Strömungsrichtung schließt, wird auf die Kräfte Rücksicht genommen, die das unter erheblichem Druckabfall hindurchströmende Kältemittel auf das Verechlußstück ausübt.

Vorzugsweise durchsetzt der Schaft einen dem Zylinder abschließen-" den Boden und die Räume zu dessen beiden Seiten sind über einen Drosselkanal verbunden* Mit dieser Maßnahme erzielt man eine • hydraulische Dämfung, weil bei der Schließbewegung der Kolbenäie zwischen ihm und dem Boden befindliche Flüssigkeit durch den Drosselkanal verdrängen muß.

Des weiteren sollte die dem Druckabfall am Kolben erzeugende Drossel einen größeren Drosselwiderstand haben als demjenigen des Drosselkanals. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß trotz der erstrebten Dämpfungswirkung der Druckabfall für das zum Hilfsventil strömend? Kältemittel im Droseelkanal vernachlässigbar klein ist.

Bei einem bevorzugten Aueführungsbeispiel besitzt das Verschlußstück einen nadelartigen Strömungskörper und daran anschließend eine dichtende ümfangekante, die gleichzeitig ale Anschlag für die Kolbenbewegung dient. Der Strömungskörper kann so ausgelegt sein, daß in Abhängigkeit vom Hub ein vorbestimmter Strömungsquerschnitt freigegeben iet. Des weiteren kann der Schaft mit dem Ventilstüok einstückig auegebildet sein und den gleichen Durchmesser wie dessen Größtdurchmesser haben*

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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch ein Expansionsventil gemäß der Erfindung.

In einem Gehäuse 1 mit einem Zulaufstutzen 2 und einem Austrittsstutzen 3 befindet sich ein Ventilsitz 4 für ein Hauptventil. Dieses besitzt ein Verschlußstück 5 mit einem nadelartigen Strömungskörper 6 und einer dichtenden Umfangskante 7» die einen Endanschlag bildet. Das Verschlußstück 5 ist über einen Schaft 8 der den gleichen Durchmesser wie den Größtdurchmeaser des Ver- " echlußstücks 5 hat, mit einem Kolben 9 verbunden. Der Kolben hat einen Querschnitt, der um ein Vielfaches größer ist als derjenige des VerschlußStücks 5» insbesondere im Bereich der Dichtkante DerTfentilsitz wird in einem Einsatz 10 gehalten, der am oberen Ende einen Zylinder 11 bildet, in welchem der Kolben 9 axial verschiebbar ist. Der Schaft 8 ist durch einen Boden 12 geführt, welcher den Raum 13 oberhalb des Ventilsitzes 4 von dem Raum 14 unter halb des Zylinders 9 trennt. Ein Drosselkanal 15 im Einsatz 10 verbindet die Räume 13 und 14. Eine Drossel 16 im Kolben 9 verbindet den Raum 14 mit dem Raum 17 oberhalb des Kolbens 9. Außerdem ist der Kolben durch eine Gegendruokfeder 18 belastet, die sich an einem Teller 19 abstützt. . (

Zwischen einem Aufsatz 20 und einem Einsatz 21 ist ein Ventilsitz

22 für ein Hilfsventil befestigt, der mit einem Verschlußstück

23 zusammenwirkt. Der Ventilschaft 24 dieses Hilfsventils wird durch eine Sollwertfeder 25» die auf einen Teller 26 wirkt, nach oben gedrückt, während die Membran 27 eines thermostatischen Arbeiüselements 28 über eine Platte 29 in entgegengesetzter Richtung auf den Schaft 24 Einfluß nimmt. Das Arbeitselement steht über ein Kapillarrohr 30 mit einem Fühler 31 in Verbindung, der am Verdainpfer angebracht ist·. Zr enthält eine Plüeeigkeits-Dampf- ?tillung. Am unteren Ende wirkt der Sohaft 24 auf den Teller 19·

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Von einem Raum 32 oberhalb des Hilfsventilsitzes 20 führt ein Kanal 33 zum Austrittsstutzen 3.

Im Betrieb steht flüssiges Kältemittel am Eintrittsstutzen 2 an. Eei geschlossenem Hilfsventil und Hauptventil kann es über den Raum 13, den Drosselkanal 15» den Raum H, den Drosselkanal 16 bis in den Raum 17 gelangen, öffnet sich nun das Hilfsventil infolge der thermostatischen Steuerung, so etrömt Kältemittel über das Hilfsventil ab, wdbei es expandieren kann. Infolgedessen entsteht ein Druckabfall an der Drossel 16. Dieser Druckabfall sorgt dafür, daß der Kolben 9 sich nach oben bewegt. Infolge! essen öff-" net das Hauptventil und ein dem das Hilfsventil durchströmenden Teil des Kältemittels annähernd proportionaler Teil strömt auch über das Hauptventil ab. Da infolge der Aufwärtsbewegung dds Kolbens 9 die Gegendruckfeder 18 einen Einfluß auf das Verschlußstück 23 des Hilfsventils nimmt, ergibt sich eine Rückführung, diamine eng gekoppelte Bewegung zwischen dem Verschlußβtück des Hilf8-ventils und dem Verschlußstück des Hauptventile sicherstellt. Schließt das Hilfsventil wieder, so wirkt keine Druckdifferenz mehr auf den Kolben, dieser bewegt sich wieder nach unten, wobei das durch das Hauptventil strömende Kältemittel eine erhebliche Kraft in Schließrichtung auf das Verschlußstück ausübt. Bei dieser Schließbewegung wird flüssiges Kältemittel aus dem Raum 14 verdrängt und zwar durch die Drossel 16 in den Raum 17 und durch den Drosselkanal 15 in den Raum 13* Hierdurch wird die Schließbewegung gedämpft.

Wie bereits erwähnt, kann das thermostatlsche Arbeitselement 28 auch unmittelbar an einen Kältemitteldampf führenden Teil der Kälteanlage angeschlossen werden. Ferner ist es bei dieser Anordnung günstig, daß auch Leckflüssigkeit, die an der Außenseite dee Kolbens hindurchsickert, über das Hilfsventil abfließen muß, so daß die Leokverluate keine Verfälschung der Betriebsweise ergeben.

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Claims (6)

Λ. Patentansprüche: inriocn ι /bI ZbU

1. Thermostatisch gesteuertes Expansionsventil für Kälteanlagen, gekennzeichnet durch die Kombination folgender an sich bekannter Merkmale:

a) Ein thermostatisch betätigtes Hilfsventil (22,23) steuert den Durchfluß durch eine Drossel (16), deren Druckabfall einen ein Hauptventil (4,5) betätigenden Kolben gegen die Kraft einer Gegendruckfeder (18) verstellt.

b) Das Hilfsventil ist mit dem Hauptventil in einer Baueinheit zusammengefaßt und die Gegendruckfeder stützt sich am Schaft (24) des Hilfsventils ab und wirkt gegen die | Kraft des thermostätisches Arbeitselements/28^

c) Das Verschlußstück (5) des Hauptventils schließt in Strömungsrichtung und ist über einen Schaft (8) mit dem in einem Zylinder (11) angeordneten Kolben (9) verbunden, der einen erheblich größeren Querschnitt besitzt als das Verschlußstück und auf der dem Verschlußstück abgewandten Seite mit der Gegendruckfeder ii8) belastet ist.

2. Expansionsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (8) einen den Zylinder (11) abschließenden Boden (12) durchsetzt und die Räume (13»14) zu dessen beiden Seiten über einen Drosselkanal (15) verbunden sind. *

3. Expansionsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Druckabfall am Kolben (9) erzeugende Drossel (16) einen größeren Drosselwiderstand hat als denjenigen des Drosselkanals (15)·

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4·. Expansionsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz(22)des Hilfsventils sich im Raum (70) oberhalb des Kolbens (9) befindet.

5. Expansionsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlufletüok (5) einen nadelartigen Strömungskörper (6) und daran anschließend eine dichtende Umfangskante (7) besitzt, die gleichzeitig als Anschlag für die Kolbenbewegung dient.

6. Expansionsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (θ) mit dem Verschlußstück (5)

»einstückig ausgebildet ist und den gleichen Durchmesser wie dessen Größtdurchmesser hat.

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