DE1751260B - Thermostatisch gesteuertes Expansionsventil für Kälteanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein thermostatisch 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 Ventils beschränkt ist.

Es ist daher e.ne Ventilanordnung bekanntgeworden, 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 Druckabfall 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. Auch folgte das Verschlußstück des Hauptventils nicht immer in der gewünschten Weise den Steuerbewegungen des Hilfsventils. vielmehr neigte es dazu, i · die volle Auf- bzw. Zu-Stellung zu gehen.

Des weiteren ist ein Kapazitä .,regler für Kälteanlagen bekannt, der wiederum aus einem Hilfsventil und einem damit über eine Leitung verbundenen Hauptventil besteht. Das Verschlußstück des Hauptventils sehließt in Strömungsrichtung und ist über einen Schaft mit einem Kolben verbunden, der einen erheblich größeren Querschnitt besitzt als das Verschlußstück und auf der dem Versclilußstück abgewandten Seite mit der gehäusefest abgestützten Gegendruckfeder belastet ist. Wiederum steht der Ko'-ben unter dem Einfluß eines Differenzdrucks, der an einer Drossel auftritt, deren Durchfluß vom Hilfsventil gesteuert ist. Dieser Saugdruckrcgler 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 bekannt, bei der ein thermostatisch gesteuertes Hilfsventil und ein davon gesteuertes Hauptventil zu einer Baueinheit vereinigt sind. Das Hilfsventil steuert wiederum den Durchfluß durch eine Drossel. Der Druckabfall an der Drossel steuert einen das Verschlußstück des Hauptvcntils bildenden Zylinder, der entgegen der Strömungsrichtung schließt. Seine Gegendruckfeder ist nicht am Gehäuse, sondern am Schaft des Hilfsventil abgestützt. Letzteres ergibt eine Rückführung, die eine gute Proportionalität zwischen der Stellung des Hilfsventil und der Stellung des Hauptvcntils ermöglicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein thermostatisch gesteuertes Expansionsventil anzugeben, das auch für große Kälteanlagen geeignet ist, sicher arbeitet und eine günstige Arbeitskennlinie besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Kombination folgender an sich bekannter Merk-

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 Hilfsventil ab und wirkt gegen die Kraft des thermostat!

sehen Arbekselemenls.

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 Quer-

schnitt 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 Aggregatzustand vorliegt, aber bestimmungsgemäß rasch in den dampfförmigen Zustand übertreten soll. Wenn aber die Verdampfung bereits vor Erreichen des Expansionsventils stattfindet, vermag die Ventilanordnung nicht mehr einwandfrei zu arbeiten. Durch den großen Kolbenquerschnitt, bezogen nuf den Querschnitt des Hauptventil-Verschlußstücks, kann man einen ausreichenden Hub mit einem kleinen 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 Hilfsventil strömenden Kältemittels erfolgen kann. Im \_>iremfall kann sich der Ventilsitz des Hilfsventil 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 ^lcs Hauptventils in Strömungsrichtung schließt, wird auf die Kräfte Rücksicht genommen, die das unter erheblichem Druckabfall hindurchströmende Kältemittel auf das Verschlußstück ausübt.

Vorzugsweise durchsetzt der Schaft einen den Zylinder abschließenden Boden, und die Räume zu dessen beiden Seiten sind über einen Drossclkanal verbunden. Mit dieser Maßnahme erzielt man eine hydraulische Dämpfung, weil bei der Schließbewegung der Kolben die zwischen ihm und dem Boden befindliche Flüssigkeit durch den Drosselkanal verdrängen muß.

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

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besitzt das Verschlußstück einen nadelartigen Strömungskörper und daran anschließend eine dichtende Um-

fangskante, die gleichzeitig als Anschlag für die KoI-benbewegung dient. Der Strömungskörper kann so ausgelegt sein, daß in Abhängigkeit vom Hub ein vorbestimmter Strömungsqtierschnitt freigegeben ist.

Claims (6)

Des weiteren kann der Schaft mit dem Ventilstück einstückig ausgebildet sein und den gleichen Durchmesser wie dessen Größtdurchmesser haben. Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels niUier erläutert. Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch ein Expansionsventil gemäß der Erfindung. In einem Gehäuse 1 mit einem Zulaufstutzen 2 und einem Austritrsstutzen 3 befindet sich ein Ventilsitz 4 ίο für ein Hauptventil. Dieses besitzt ein Verschlußstück 5 mil 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 Größtdurchmesser des Verschlußstücks 5 hat, mit einem Kolben 9 verbunden. Der Kolben hat einen Querschnitt, der um ein Vielfaches größer ist als derjenige des Verschlußstücks S, insbesondere im Ben-lv.li der Dichtkante 7. Der Ventilsitz wird in einem Einsatz 10 gehalten, der am oberen Ende einen Zylinder 11 bildet, in welchem der Kolben 9 axial · ;rsehiebbar ist. Der Schaft 8 ist durch cnien Boden 12 geführt, welcher den Raum 13 oberhalb des Ventilsitzes 4 von dem Raum 14 unterhalb des Zylinders 9 trennt. Ein Dros.-,elkanal 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 Gegendruckfeder 18 belastet, die sich an einem Teller 19 abstützt. Zwischen einem Aufsatz 20 und einem Einsatz 21 is: ein Ventilsitz 22 für ein Hilfsventil befestigt, der mit einem Verschlußstück 23 zusammenwirkt. Der Ventilschaft 24 dieses Hilfsventil wird durch eine Sollwertfeder 25, die auf einen Teller 26 wirkt, nach oben gedrückt, während die Membran 27 ciius thermostatischen Arbcitsclemerts 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 Verdampfer angebracht ist. Er enthält eine Flüssigkeits-Dampf-Füllung. Am unteren Ende wirkt der Schaft 24 auf den Teller 19. Von einem Raum 32 oberhalb des Hilfsventilsitzes 20 führt ein Kanal 33 zum Austritlsslulzcn 3. Im Betrieb steht flüssiges Kältemittel am Eintrittsstutzen 2 an Bei geschlossenem Hilfsventil und Hauptventil kann es über den Raum 13. den Drosselkanal 15, den Raum 14, den Drossclkanal 16 bis in den Raum 17 gelangen. Öffnet sich nun das Hilfsventil infolge der thermostatischen Steuerung, so strömt Kältemittel über da.s Hilfsventil ab. wobei es expandieren kann. Infolgedessen entsteht ein Druckabfall an der Drossel 16. Dieser Druckabfall sorgt dafür, daß der Kolben 9 sich nach oben bewegt. Infolgedessen öffnet das Hauptventil und ein dem das Hilfsventil durchströmenden Teil des Kältemittels annähernd proportionaler Teil strömt auch über das Hauptventil ab. Da infolge der Aufwärtsbewegung des Kolbens 9 die Gegendruckfeder 18 einen Einfluß auf das Verschlußstück 23 des Hilfsventil nimmt, ergibt sich eine Rückführung, die eine eng gekoppelte Bewegung zwischen dem Verschlußstück des Hilfaventils und dem Verschlußstück des Hauptventils sicherstellt. Schließt das Hilfsventil wieder, so wirkt keine Druckdifferenz mehr auf den Kolben, dieser bewegt sich wieder nach unten i öd Kälte bewegt sich wiedr Hauptventil strömende Kältemittel eine erhel . Kraft in Schließrichtung auf das Verschlußstuck a übt Bei dieser Schließbewegung wird Muss.ges KaI 14 drängt und zwar drn wobei das durch Ua, rhel .hc k au,- übt Bi d gg aIk-- mittel aus dem Raum 14 verdrängt, und zwar drnvl, de Drossel 16 in den Raum 17 und durch de;, Drosselkanal 15 in den Raum 13. Hierdurch wird die Schließbewegung gedämplt. Wie bereits erwähnt, kann Arbeitselement 28 auch unmittelbar an einen kalte mitteldampf führenden Teil der kälteanlage ange schlossen werden. Ferner ist es be. dieser Anordnung uünslig, daß auch Leckflüssigkeit, die an der Außen- ~ ;,a ,1„c krr.ih.-ns hindurchsickert, über das Hillv- das thermostatischkalte - seite des Kolbens hindurchsickert, ventil abfließen muß, so daß die Leckverluste kern. Verfälschung der Betriebsweise ergeben. 35 45 55 a) b) Pa^-ntansprüche:

1. Thermostatisch gesteuertes Expansions\enii! für Kälteanlagen, gekennzeichnet durch die Kombination folgender an sich bekannter Merkmale:

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.

Das Hilfsventil ist mit dem Hauptventil in einer Baueinheit zusammengefaßt und die Gegendruckfeder stützt sicH am Schaft (24) des Hilfsventil ab und wirkt gegen die Kraft des thermostatischen 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 (18) 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.

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

4. Expansionsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (22) des Hilfsventil sich im Raum (17) oberhalb des Kolbens (9) befindet.

5. Expansionsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußstück (5) einen nadelartigen Strömungskörpe·· (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 (8) mit dem Verschlußstück (S) einstückig ausgebildet ist und den gleichen Durchmesser wie dessen Größtdurchmesser hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen