DE2159706A1 - Temperaturabhängiges Drosselventil - Google Patents

Description

PATENTANWALT DIPUING.

HELMUT GÖRTZ

6 Frankfurt «m Main 70 SAmctonhofor. 27- T«i. 617D79

30. November 1971
Gzs/Ra.

Jackes-Evans Manufacturing Company, St. Louis, Missouri
Temperaturabhängiges Drosselventil

Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Drosselventil, und mehr im einzelnen auf ein Drosselventil für die Drosselung des Flusses von Kühlmittel, das einen Verdampfer eines KUhlungssystens verläßt, so daß Eis daran gehindert wird, an der Oberfläche der Finnen des Verdampfers sich zu bilden, unter hoher Luftfeuchtigkeit und bei niedriger Lastbeanspruchung.

In Kühlsystemen, wie z.B. selbsttätigen Klimaanlagen» führt die Bildimg von Eisniederschlag auf den Oberflächen der Flügel des. Verdampfers zu unbefriedigender Wirkungsweise, und verursacht auch Verärgerung des Besitzers des Gerätes. Da ein automatisches Klimagerät allen Arten von Umgebungsbedingungen
ausgesetzt ist, und da es unter verschiedenen Lastanforderungen und in einem weiten Bereich von Maschinengeschwindigkeiten
arbeiten muß, ist es nicht ungewöhnlich, daß der Verdampfer vereist. Dieser Vereisungszustand tritt normalerweise auf,
wenn die Luftfeuchtigkeit verhältnismäßig hoch und wenn die Lastanforderungen vermindert sind. Unter.diesen Umständen
verursacht die Verminderung der Last, daß der Druck des Verdanpfers von dem Kompressor scharf nach unten gezogen wird. Der Abfall im Verdampferdruck lot mit einem Abfall der Temperatur des Kühlmittels verbunden, was bei ungefähr O⁰C der

Luftfeuchtigkeit ermöglicht, eine Eisschicht auf den Pinnen und Kühlschlangen des Verdampfers zu bilden. Wenn sieh dieser Aufbau fortsetzt, werden die Finnen schließlich vollständig durch Eis verstopft, so daß keine Luft mehr in der Lage ist, durch den Verdampfer zu passieren und es wird im wesentlichen keine Kühlung mehr durch die Klimaanlage erreicht werden. Um derartig ungünstige Zustände zu verhindern, ist es notwendig, einen Druckabfall im Verdampfer während verminderter Last« anforderungsperioden auszuschließen. Es wurde gefunden, daß durch Messen der Temperatur des von einer Saugleitung fließenden Kühlmittels es möglieh ist, die Eisbildung auf dein Verdampfer mit Hilfe einer Drosselwirkung zu verhindern. Das heißt, wenn ein geeignetes temperaturabhängiges Drosselventil in die Saugleitung angeordnet wird, wird die Drosselwirkung so ausgelegt, daß sie bei ungefähr 4°C (39°F) beginnt und sich fortsetzt, so daß kein weiterer Abfall im Verdampf erdrück auftritt, und kein weiterer damit verbundener Abfall in der Temperatur des Kühlmittels kann durch den leicht belasteten Kompressor verursacht werden. Daher kann die Teiaperatur des Verdampfers oberhalb des Pegels gehalten werden, bei dem die Feuchtigkeit der Luft Eis auf den Oberflächen der Finnen niederschlagen könnte»

Entsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein temperaturabhängiges Drosselventil zu liefern, um üen Kühlmittel fluß in einem Klimasystein.zu regulieren. Ein anderes Ziel dieser Erfindung ist es, eine Drosselvorrichtung in der Saugleitung eines Kühlsystems zu schaffen, das einen fort—

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laufend laufenden Kühlraittelkompressor besitzt, außerdem einen Kondensator, einen Verdampfer, und Kühlraittelmeßvorrichtungen zwischen dem Kondensator und dein Verdampfer.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Drosselventil zu liefern, das wirksam gesteuert wird durch einen | Abfall in der Temperatur des Kühlmittels in der Saugleitung
zur Drosselung des Flusses von Kühlmittel, das den Verdampfer verläßt, um die Bildung von Eis auf dem Verdampfer zu verhindern.

Ein noch anderes Ziel der Erfindung ist es, ein neues und
verbessertes Ventil zu liefern, das temperaturabhängig ist,
UW den Fluß von Flüssigkeit oder Gas zu drosseln. Ein noch
anderes Ziel der Erfindung ist es, ein Drosselventil zu liefern, das auf einen Abfall in der Temperatur reagiert, um den Fluß
von einem Fluidum zu drosseln. Ein noch anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Drosselventil zu liefern, d«"s j eine temperaturroagierende Lei stungswirkvorrichtung zur Steuerung des Flusses von Kühlmittel in einem geschlossenen Kühlsystem
besitzt.

Ein noch anderes Ziel der Erfindung ist es, einen Verdampfer- -i'eniperaturregler zu liefern, der das Kühlmittel drosselt, das den Verdampfer in Übereinstimmung mit der Temperatur des Kühlmittels verläßt, so daß Eis sich nicht auf der Oberfläche der Finnen des Verdampfers bildet.

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Ein noch anderes Ziel dieser Erfindung ist es, ein Drosselventil zu liefern, das eine temperatureinpf indliche_y leistimgswirksame Vorrichtung besitzt, die einen Behälter und einen gleitenden Kolben besitzt, die zusammenarbeitend ein Ventilteil auf 'einen Ventilsitz zu bewegen, wenn die Temperatur von einem Fluidum innerhalb eines Temperaturbereichs absinkt,-und die zusammenwirkend das Ventilteil von dem Ventilsitz wegbewegen, wenn die Temperatur des Fluidums innerhalb des Temperaturbereichs ansteigt.

Ein noch anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein teinperatureiupf indliehes Drosselventil für ein Kühlsystem zu schaffen, das billig, einfach in der Herstellung, verläßlich in der Wirkung, und dauerhaft in der Verwendung und wirksam zu warten ist.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein Drosselventil in der Saugleitung eines Klimasystems angeordnet, das einen kontinuierlich laufenden Kühlmittelkompressor, einen Kondensator, einen Verdampfer und eine Kühlniitteliaeßvorrichtung besitzt, die zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer angeordnet ist. Das Drosselventil enthält einen zylindrischen Ventilkörper mit einem Einlaß und einem Auslaß. Eine temperaturabhängige Leistungsbetätigungsvorrichtunß enthält einen Behälter und ein Gleitteil, die beide fest innerhalb des Ventil»· körpers angebracht sind. Der Behalte?* enthält eine Masse von temperaturabhängige)!! Material, die sieh in Übereinstimmung mit den Temperaturveränderungen ausdehnt und zusammenzieht,

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und damit eine relative Bewegung zwischen dem Behälter und dem Gleitglied auftreten läßt. Ein Ventilteil wird durch die Leistungsbetätlgungsvorrichtung getragen und ein verbundener Ventilsitz ist innerhalb des Ventilkörpers angeordnet. Das Ventilteil wird mittels einer vorspannenden Feder fortlaufend ä gegen den Ventilsitz gedrückt. Während normaler Tätigkeit befindet sich das Ventilteil nicht auf dem Ventilsitz infolge des expandierten Zustande der Masse von temperaturempfindlichem Material, die die Bemühungen der vorspannenden Feder unwirksam macht und das gleitende Glied nach außen drückt. Wenn jedoch die Temperatur des Kühlmittels in der Saugleitung unter einen vorhergewählten Wert sinkt, zieht sich die Masse des temperaturabhängigen Materials zusammen und die Feder druckt das gleitende Glied in den Behälter und drückt das Ventilteil zu dem Ventilsitz, so daß der Fluß von Kühlmittel durch den Verdampfer gedrosselt wird. Die Drosselwirkung verhindert, daß der Kompressor den Druqk reduziert und daß die Temperatur des Verdampfers auf eineit Pegel absinkt, bei dem " Eis oder Reifbildung auf den Finnen des Verdampfers sich bilden könnte.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich also auf ein automatisches Klimasystem, das so angeordnet ist, daß es ein Drosselventil mit einer temperaturabhängigen Leistungsbetätigungsvorrichtung besitzt, die in der Saugleitung für das Kühlmittel zur Drosselung des Kühlmittelflusses von dem Verdampfer angeordnet ist, wenn die Verdampfertemperatur unterhalb eines Wertes sinkt, der niedrig genug* ist _t um Eisbildung auf den

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Pinnenoberflächen des Verdampfers zu verursachen. Das Drosselventil ist vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, auf der OberstrojBseite von der Betätigungsvorrichtung des therinostatischen Ausdehnungsventils angeordnet« Die temperaturabhängige Leistungsbetätigungsvorrichtung enthält einen wachsgefüllten Behälter, und einen gleitenden Kolben, die zusammenarbeitend ein Ventilteil auf einen Ventilsitz hinbewegt, wenn die Temperatur des Kühlmittels in der Saugleitung auf einen Pegel sinkt, bei dem Feuchtigkeit gefriert. Oer Drosseleffekt verhindert, daß der Kompressor den Druck und damit die Temperatur innerhalb des Verdampfers nach unten zieht bis auf einen Pegel, bei dem Eis oder Reif sich auf den Oberflächen der Pinnen des Verdampfers bilden könnte.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der beiliegenden Darstellung eines AusfUhrungsbeispiels sowie aus der folgenden Beschreibung.

Es zeigt:

Fig. 1 teilweise schematisch, eine Ausführungsfora zur Ausführung der Erfindung,

Fig. 2 eine Diagrammdarstellung der Temperatur-Druekverhält— nisse in einem System, das den Apparat der Fig. 1 verwendet, und

Fig. 3 eine Diagrammdarstellung der Beziehungen zwischen Temperatur und Bewegung füi· eine thermostatisch« IiCistttug&vorrichtung, die in dem Gerät dor Fig, I anwendbar ist.

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Mit Blick auf die Zeichnungen und insbesondere in Fig. 1 ist ein automatisches.Klimasystem gezeigt, das aus einem Kühlmittel kompressor JO besteht, der von einer Maschine über eine geeignete, nicht gezeigte Kupplung angetrieben wird, und der außerdem einen Kühlmittelkondensator 12, einen Aufnehmer Ik, ein Ausdelmungsventil 18 und einen Verdampfer IG enthält. Das | Ventil 18 bestellt aus einem mit einer Öffnung versehenen Körper 20, der dauernd mit dem Kühlmittelyystem verbunden ist, und einem entfernbaren Ventileinsatz 22, der eine thermostatisch Betätigungsvorrichtung 2h besitzt. Die Betätigungsvorrichtung 2h enthält einen Kragen 26, der dauernd mit dem Einsatz verbunden ist, wie z.B. mittels des Ansatzes bei 28, eine untere Kappe 29, ein metallisches Diaphragma 30, und eine obere Kappe 32, wobei die verschiedeneu Teile miteinander verschweißt sind mittels einer fortlaufenden peripheren !Schweißnaht Jh. Der Kaum zwischen dew Diaphragma 30 und der Kappe 32 wird durch ein thermisch expansibles Material JiG eingenommen, das aus den gleichen Material bestehen kann, das aucli in den Kiihlungs- ^ system verwendet wird, oder eine geeignete Mischung sein kann, um besondere Arbeitsbedingungen zu schaffen, um z.B. ansteigende, absteigende oder konstante Üborhitzungseigenschaften zu erhalten, oder um einen Motor oder einen Systemüberlastschutz oder beides zu erreichen. Eine Thermalisolierung ist bei 37 vorgesehen, um die Beladung von der Umgebungstemperatur zu isolieren.

Während der Tätigkeit des Systems tritt das Kühlmittel aus dem Yerdampferaus/*;ang in gasförmiger Forn unter Überhitzung aus, die durch die Kinsteliung der Feder 38 innerhalb des Au.^c;~

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delmungsventils festgelegt wird. Die Überhitzungssteuerung ergibt sich als ein Ergebnis von sich gegenüberliegendqn Kräften, die durch die thermale Ausdehnung der Beladung 36 und der Feder 38 plus dem Druck in der Kammer 42 erzeugt werden, die auf das Diaphragma 30 wirken. Gas von verhältnismäßig hoher Temperatur in der Saugleitung 40 fließt durch die Kammer 42 im Ventil 18 hindurch und erhitzt den Körper 20 und die Kappen 29 und 32 wie auch ein Kissen 44, das durch das Diaphragma 30 getragen wird, wodux'ch die Beladung 36 eine proportionale Abwärtskraft auf den Ventilstab 46 erzeugt. Es ist vorteilhaft, daß eine Aufwärtskraft auf den Ventilstab 46 ausgeübt wird, wenn die Temperatur der Überhitzung abnimmt. Die Feder 38 entwickelt eine entgegenwirkende, aufwärts gerichtete Kraft auf die Mutter 47 und den Stab 46, so daß jede Bewegung des Meßventilelements 48 eine Punktion der Saugleitungstemperatur ist, wobei alles dies herkömmlicher Art ist. Eine Veränderung der Überhitzeinstellung kann erreicht werden, indem die Mutter47 auf dem Stiel gedreht wird. ^:u-

Ein Drosselmechanismus oder ein Drosselventil 50 ist in der Saugleitung oberstrommäßig von der Kammer 42 angeordnet. V/ie gezeigt, enthält das Ventil einen zylindrischen metallischen Körper oder ein Gehäuse 52 mit einem Einlaßende, das im Inneren mit einem Gewinde versehen ist, um die Saugleitung 40 aufzunehmen. Das Auslaßende des Ventilkörpers 52 ist auch mit einem Innengewinde verseilen^ um einen durchlöcherten Stopfen oder eine Passung 53 aufzunehmen, die in einen mit einem Gewinde versehenen thermostatischen Kxpansionsventilkörpor 20 geschraubt worden kann. Ein O-Iiing 51 ist zwischen den sich

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berührenden Oberflächen des Elnschubs 53 und des Ventilkörpers 52 vorgesehen, um zu verhindern, daß Kühlmittel austritt. Der Einsatz 53 enthält einen innen vergrößerten Teil 54 und einen abgeschrägten Ringteil 55» der den Ventilsitz bildet, wie jetzt beschrieben werden wird, I

Auf der Oberstromseite des Ventilsitzes 55 ist eine temperaturempfindliche Leistungsbetätigungsvorrichtung 56 vorgesehen, die aus einem Behälter 58, einem Kolben 60 und einer körnchenartigen Masse von temperaturempfindlichem Material 62 besteht» Der Behälter 58 enthält ein kappenartiges Element 64 und eine kragenartige Bedeckung oder röhrenförmige Führung 66, die gleitend miteinander verbunden sind, um ein elastomerisches Diaphragma 68 und einen Stopfen 70 in eine Verschlußbeziehung zu dem Körnchenmaterial 62 zu bringen. Bei der Tätigkeit verursacht jeder Temperaturanstieg des Kühlmitteldampfes, der die Kappe 64 umgibt, daß die Körnchen 62 sich von einem festen Zustand in einen flüssigen Zustand umwandeln, wobei sie sich ™ ausdehnen und Druck auf das Diaphragma 68 ausüben, der ausreicht, um den Stopfen 70 als Körper relativ zum Kragen 66 nach außen zu drücken» Der Kolben ist so angeordnet, daß er in der röhrenförmigen Führung 66 gleiten kann und zwischen einer zusammengepreßten und einer ausgestreckten Position »ich bewegen kann als Antwort auf eine Expansion und Kontraktion' der Körnchen 62. Das freie Ende des Kolbens ist bei 71 mit einem Gewinde versehen und in die zentrale Öffnung eines Spinnenteil* 72 eingeschraubt» Das freie Ende des Kolbens enthält einen Schlitz, der es ermöglicht, den Ventilsitz zu kalibrieren, und nachdem die notwendigen Anpassungen erfolgt sind, wird eine Verriegelungs- oder Kontermutter 73 auf den

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ait einem Gewinde versehenen Teil des Kolbens 71 geschraubt. Die Spinne 72 ist vorzugsweise kappenförmig und enthält eine Anzahl von radial sich erstreckenden Beinen, deren äußere Extremitäten mit einem im wesentlichen.weiteren ringförmigen Flansch sich treffen. Die Spinne 72 ist vorzugsweise aus Blattmetall oder ähnlichem gestanzt und pressend in die vergrößerte Öffnung 51 des Stopfens 50 eingepaßt. Eine verhältnismäßig enge Passung ist dadurch sichergestellt, daß eine im wesentlichen große Oberfläche durch den ringförmigen Flansch der Spinne 72 geliefert wird. Ein Kegelventilelement oder Teil 7h ist auf den mit einem Gewinde versehenen Teil geschraubt, der auf dem freien Ende der röhrenförmigen Führung 66 angebracht ist. Die Oberfläche des Ventilteils 7h angrenzend an den Stopfen 53 verjüngt sich ebenfalls, um in den sich verjüngenden Ventilsitz 55 zu passen. Eine Spiraldruckfeder 75 ist zwischen der inneren Fläche des Ventilteils 7h und der inneren Wand, die auf dem Einlaßende des Ventilkörpers 52 gebildet ist, angeordnet. Die Druckfeder 75 umgibt wirksam die Leistungsbetätigungsvorrichtung, so daß kein zusätzlicher Itaiua oder Länge nötig ist. Die Druckfeder 75 ist so angeordnet, daß sie normalerweise das Ventilteil 74 in seine geschlossene Position drückt oder vorspannt. Unter normalen Betätigungsbedingungen streckt sich der Kolben 71 vor infolge der verflüssigten und auegedehnten Körper 62, so daß das Ventilglied 7h von de« Ventilsitz 55 abgehoben wird, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Wenn nun die Temperatur des Kühlraitteldampfes, der die Kappe Bh umgibt, abnimmt, beginnt der Körpejr 62 sich zu verfestigen und sich zusammenzuziehen und erlaubt damit der Druckfeder 75t den Kolben 71 in den Behälter 58 zu drücken, so daß das Ventil-

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teil Ik auf den Ventilsitz 55 hin sich bewegt.

Der Körper 62 enthält vorzugsweise eine Masse von Wachs, das einen Übergang von fest zu flüssig in einem Temperaturbereich in der Nähe von O⁰C besitzt, oder diesen Bereich umfaßt, es ist z.B. vollständig fest bei -2°C (28° F) und vollständig flüssig bei +4⁰C (39°F). Geeignete Wachse sind kommerziell " erhältlich für die Fest-Flüssig-Ausdehnung in dem gewünschten Bereich. Derartige Wachse sind Mischungen von verschiedenen Kohlenwasserstoffen, die den effektiven Übergang in einem weiteren oder engeren Temperaturbereich erzeugen, entsprechend der Zusammensetzung des Körpers, wie es durch die ursprüngliche Zuteilung und Mischung festgelegt wird, alles in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik. Fig. 3 illustriert die Temperatur-Bewogungskurve von einer thermostatischeu Antriebsvorrichtung, die zur Anwendung mit der Erfindung nützlich ist.

Drücke, die durch die Ausdehnung des Körpers 62 erzeugt werden, können verhältnismäßig hoch sein, wie z.B, über 140 kg/cm |

(2000 p.s.i.), wenn dem Ausdehnungsprozeß widerstanden wird, wie z.B. durch Festhalten des Kolbens und des Behälters in ihrer Ausgangsstellung. In der tatsächlichen Ausführung können die Korperdrücke recht hohe Werte annehmen, da der Kolben und der Behälter durch die Feder 75 und die radiale Reibungsbelastung zwischen dem Stopfen 70 und dem Kragen 66 zurückgehalten werden, hinzu kommt die Druckdifferenz über dem Ventil infolge der Drosselwirkung bei 74* Die Fähigkeiten des Körpers zur Erzeugung von verhältnismäßig holien Kräften ist wichtig, weil sie erlaubt, die temperaturabhängige Leistungsvorrichtung als

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eine Funktion der Saugleitungstemperatur zu bewegen, ohne daß sie durch Veränderungen im Saugleitungsdruck beeinflußt wird, Saugleitungsdrücke sind im allgemeinen verhältnismäßig niedrig_s in der Größenordnung von 3_f5 kg/cm (50 p.s.i.) oder weniger.

Während der Wirkung des oben dargestellten Systems übt das Drosselelement 74, wenn überhaupt, nur einen kleinen Drosseleffekt aus, solange die Saugleitungsgastewpei*atur oberhalb von 4⁰C (39°F) liegt; das Ventil teil 74 ist dann nach rechts weg von dem Sitz 55 bewegt, wie gezeigt. Sollte die Temperatur des Kühlmittels in der Saugleitung 14 unter den Wert von 4⁰C (39°F) absinken, übt das Ventil teil 7^;i einen fortlaufend größeren Drossel effekt aus, entsprechend dem Temporaturfall, und bei ungefähr -2°C (28°F) bewegt sich das Teil lh in die dichtung auf den Sitz 55 und drosselt dabei den Kühlmittclfluß von dem Verdampfer zu dem Kompressor»

Der Kompressor 10 läuft gewöhnlich dauernd, solange die Fahrzeugmaschine läuft, und solange der Besitzer den "Schalter der Klimaanlage auf die Einstellung geschaltet hat. Mit der Grundlage des dauernden Laufens des Kompressors 10 kann die tatsächliche Temperatur in dem Passagierraum durch Dämpfungsmittel gesteuert werden, und/oder durch verschiedene Geschv-'indißkeiten von Ventilatoren, die den Luftstrom über den Verdampfe;" bewegen, oder indom mittels einer geeigneten Iicizquelle wiedererhitzt wird, z.U. mittels Motorkühlwaasor, Kondensatorkühl« wasser, oder es kann Hitze zurückgeführt werden in d.i.ο Kü'M-luft des Kondensators oder mit jedem anderen geelfiin-teu JlH-L? ^r. Unter der Annnahme eines ausreichenden 13r>(iaris für Luiikwhiup'

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wird der Verdampfer 16 in einer ausreichend hohen Temperatur sich befinden, um zu verhindern, daß an seinen Finnenoberflächen Eisbildung auftritt. Jedoch während der Zeiträume mit niedriger Belastung wird weniger Kühlmittel in dem Verdampfer verdampft, und der fortwährend laufende Kompressor wird dazu neigen, den Druck und die Temperatur in der Saugleitung und dem Verdampfer zu reduzieren, alles in Übereinstimmung mit der " Kurve 76 der Fig. 2.

Wenn es die Drosselventilvorrichtung 50 in dem System nicht gäbe, könnte die Verdampfertemperatur weit unter den Wert von O⁰C absinken, so daß Eis und Rauhreif sich auf den Finnenoberflachen bilden könnte. Der Abfall der Temperatur wird dadurch verursacht, daß der Kompressor 10 weiterhin den Druck des Verdampfers l6 nach unten zieht, so daß ein darauf resultierender Abfall in der Temperatur auftritt. Tatsächlich ist in -der Praxis Eis bei O C ziemlich schlammig oder befindet sich nur zeitweise auf den Finnenoberflachen, da Lufterhitzungseffekte oder 1 M'tbowegungseffektc auftreten. Gewöhnlich muß | die Finnentemperatur auf ungefähr -2°C (28°F) absinken, bevor dauernde Eis- und Rauhreifbildung auftritt; -2°C (28°F) wurde daher als die Temperatur gewählt, bei der der Dros.selineohanismus 50 den Fluß von Kühlmittel von dem Verdampfer zu dom Kompressor steuert.

Wenn daf: .System mi t dem darin angebrachten Mechanismus 50 in TULif.ficit ist, funktioniert das .System in dor normalen Art bei Verdampf (!rteiiipotv Lnron oberhalb von +h C (VjV). Sollten jedoch die Luf' {.1;ϋ1ι1ιιιι^·^ι.ί·πΓοΓ(1{;πιΐΐ£;οη oder die ßelastimg so weit rodu-

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ziert werden, daß der Kompressor den Verdampferdruck unterhalb von ungefähr 1,9 kg/cni (27 p.s.i.) absinken läßt, verursacht der entsprechende Abfall in der Saugleitungstemperatur, daß das Material 62 sich teilweise verfestigt, um so eine Drosselwirkung bei der Bewegung des Ventilelements 74 auf den Sitz 55 hin zu erzeugen. Die Drosselwirkung führt zu verschiedenen Dingen: 1. Der Druck in dein Verdampfer wird höher sein, als wenn keine Drosselung stattgefunden hätte, und 2., die Überhitze in der Kammer 42 wird etwas höher sein als sonst, wenn die Kammer 36 systembelastet ist. Daher verhindert der Drossel— ventilmechanismus 50, daß der Kompressor 16 die Temperatur des Verdampfers 10 zu einem Wert reduziert, der dazu führen würde, daß sich Eis oder Rauhreif auf den Oberflächen der Finnen des Verdampfers bilden würde.

Der Drosselmechanismus 50 kann auf jeder Seite der Kammer 42 angeordnet sein und kann auch an jeder geeigneten Stelle in der Saugleitung vorgesehen werden, im Verdampfergehäuse oder an der Kompressorverzweigung. Es ist vorzuziehen, die Thermal— belastung 36 von den Verdampfertemperatüren während der Drosselperioden vollständig odei" teilweise zu isolieren. Dieser Isoliereffekt ist vorteilhaft, da die Beladung 36, abhängig von seiner Zusammensetzung, eine künstlieh hohe Tempera tuiannehmen kann, um das MeßeliüiicnL 48 noch weiter zu öffnen. Zusätzlich reduziert der Druckabfall übor dem Sitz 55» der durch die Drosselung des Ventils 50 verursacht wird, den Druck in dor Kammer 42, der auf das Kissen 44 und das Diaphragma 3< > .nach oben ausgeübt- wird, was; dem MuHuI einen t 48 erlaubt, «ich

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BAD

weiter zu öffnen. Diese Wirkung erzeugt eine Spülwirkung Jn dem Verdampfer, weil sowohl das Element ^8 den Verdampfer wit Flüssigkeit versorgt, als auch weil das Element 7k den Auslaß von Gas von dem Verdampfer behindert. Eine derartige Spülungstendenz erhöht den Druck des Verdampfers und die Verdampfei — , temperatur und verursacht daher eine Enteisungs- und/oder ™ Eisverhinderungswirliurig auf den Verdawpferoberflachen. Die Temperatur-Druck-Verhältnisse werden der Linie 7S folgen, anstelle der nonaalcu Kurve 76, wie in Fig. 2 gezeigt.

Es ist selbsiverständlich, daß die Wirkung wechselt, wobei die Drosselung und die Druck-Temperatur-\^reränderungen allmählich sein können, ohne daß eine volle Schließung oder volle Öffnung des Elementes 'jk auftritt, wodurch verhindert wird, daß der Kompressor aushungert, womit die Notwendigkeit vermieden wird, den Kompressor zyklisch zu botreiben. Ebenso ist die beschriebene Temperatur von -2°O (28°F) für eine normalerweise voll gedrosselte und +d°C (39°F) für eine normalerweise voll geöffnete Wirkung etwas willkürlich; nützliche Resultate können auch erreicht werden, indem andere Temperaturbereiche verwendet werden. Im allgemeinen ist es jedoch vorzuziehen, Temperaturen zu wählen, die gerade oberhall) dei* Verdnmpferfinnenvereisungst craperatur liegen. Dies erlaubt dem Verdampfer eine höhere Kühlkapazität mit einer gegebenen Oberfläche, wodurch ein kleinerer Verdampfer für eine gegebene Uolastuiig ermöglicht wird.

Ils ist von einiger Wichtigkeit, dal] dio L(-j stuugRbetüti p \orrj cli1 uiif. '}!) unontpi j udl ich gegenüber Druckv' ründeiun&on in der SaUgI(¹JIiUIg ist, und daß die» Lei ;,< u.o^rlici <^:i1 i {uu'^svorri (;li

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tung 56 ausreichende Kraftausübung besitzt, um das Drosselventilelement 74 zu öffnen und zu schließen, unabhängig von dein Druck über dem Sitz 55· Würde eine Leistungsvorrichtung mit niedriger Kraft, wie z.B. ein Bimetall oder ein flüssigkeitsgefü-lltes Kissen, anstelle der Leistungsvorrichtung 56 benutzt, würde der Druckabfall über dem Ventilsitz den Drosseleffckt zu einem ungewünschten Ausmaß verstärken, ausreichend, ura eine normale Operation des Systems zu verhindern. Daher müssen die thermostatischen Leistungsvorrichtungen druckunabhängig sein, um günstige Ergebnisse zu liefern.

Die Zeichnungen zeigen eine Leistungsbetätigungsvorrichtung als ein wachsgefülltes Element, in dem Temperaturabfall eine Kontraktion des Körpers 62 verursacht. Es ist bedacht, daß die Füllung auch Wasser anstelle von Wachs sein könnte, wobei ein Temperaturabfall zu einem Wert unterhalb von ungefähr O⁰C eine Veränderung in dem Status von Flüssigkeit (Wasser) zu Feststoff (Eis) verursachen würde, mit einer begleitenden Ausdehnung der Beladung. Die Beziehungen zwischen dem Ventilelement und dem Sitz werden so gewählt, um eine Drosselv.'irkung aufgrund der Ausdehnung der Beladung zu erzeugen.

Ein Vorteil ist dadurch verwirklicht, indem die Druckfeder zwischen dem Ventilglicd 74 und der inneren Wand der Einlaßseite des Ventilkörpers angeordnet ist. Es ist zu bemerken, daß ein separater Daum nicht notwendig ist für die Feder 75, da sie wirksam die Leistungsbetätigungsvorrichtung 56 umgibt, und daher kann die Länge des Veriti!körpers 57 wirksam verkürzt werden. Eine derartige raumsparende Eigenschaft ist sehr wün-

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sehenswert, insbesondere bei Anwendungen für Fahrzeuge, wo Raum sehr wichtig ist.

An heißen Tagen kann die Temperatur unter der Haube von einem Motorfahrzeug 80°C (i75°l^?) oder darüber betragen, wodurch der Kolben 71 sich über seinen normalen Bewegungsweg hinaus er- * strecken. Diese-übermäßige Bewegung beeinflußt nicht negativ die einzigartige Anordnung, die in Fig. 1 gezeigt ist, da die Feder 75 eine weitere Bewegung der Leistungsbetätigungsvorrichtung 56 erlaubt, so daß kein Schaden an den Ventilteilen während der Überhitzungsperiode auftritt.

Es wurde auch als sehr vorteilhaft gefunden, den Behälter 6k angrenzend an die Einlaßseite des Ventilmechanismus anzuordnen, anstelle angrenzend an die Auslaßseite. Weiterhin, mit der gezeigten Anordnung, ist der Behälter an der Saugleitung

des Verdampfeis angeordnet, weil diese Bedingung durch das tempera tujgempfindliche Material 62 abgefiililt werden soll. | Daher werden wirksamerere Ergebnisse und schnellere Antworten auf verändernde Verdampferzustände mittels der Leistungsbetätigungsvorrichtung erzeugt, die so wie gezeigt angeordnet ist. Der Drosselventilinechanisnms 50 kann zusammen mit herkömmlichen und typischen thermostatischen Ausdehnungsventilen verwendet werden, zusätzlich zu dem hier beschriebenen Ventil 18, und/oder andere Typen von Steuervorrichtungen, die aufgrund von Kühlflüssigkeitsausdehnung arbeiten, wie z.B. Kapillar— röhren, können für die Regulierung der Verdampfertemperatur verwendet werden.

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Ein zusätzlicher Vorteil der Verwendung des Drosselventilmeclianisinus 50 ist, daß der Kompressor 10 nicht so hart zu arbeiten braucht, wie die Kompressoren in bekannten Kühlsyslernen, da der Kopf oder der Ausgabedruck des Kompressors reduziert wird proportional zur Höhe der Drosselv/irkung.

Der Drosselventilmechanisuius 50 ist im Gegensatz zu früheren Ventilen, die eng passende Gleitglieder besitzen, unempfindlich gegenüber kleinen Schmutzpartikeln, und liefert daher eine lange und verläßliche Lebensdauer.

Eb ist günstig, daß, obwohl diese Erfindung insbesondere bei Fahrzeugklimaanlagen Anwendung findet, diese Erfindung hierauf nicht begrenzt ist, sondern auch in anderen Kühlsystemen und anderen Anwendungen verwendbar ist.

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Claims (1)

1. - 19 Patentansprüche

   Θ Ein Drosselventil für die Drosselung des Flusses von FlUi(Ium, gekennzeichnet durch einen Ventilkörper mit einem Einlaß und einem Auslaß, einer Leistungsbetätigungsvorrichtung, die innerhalb des Ventilkörpers befestigt ist, λ wobei die Leistungsbetätigungsvorrichtung einen Behälter einschließt., der eine Masse von i emperaturempf indlicJiefii Material enthält, die sich ausdehnt und zusammenzieht in Übereinstimmung mit der Temperatur des Fluidums, wobei die Leistungsbetätigungsvorrichtung ein Glcitteil einschließt, das zusammenarbeitend mit dem Behälter verbunden ist und so angeordnet ist, um in Übereinstimmung mit der Ausdehnung und Zusammenziehung der Hasse von temperaturempi'indlichen Material sieh hin- und heizubewcgen, ein Ventilteil, das durch die Leistungsbetätigungsvorrichtung betätigt wird und so angeordnet ist, daß es sich von und zu einem Ventilsitz in Übereinstimmung mit der Hin- und Herbewegung des Gleitteils sich bewegt, und eine vorspannende Feder, f die normalerweise das Ventilteil gegen den Ventilsitz drückt.

   2. Ein Drosselventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter angrenzend an den Einlaß angeordnet ist, und daß der Kolben angrenzend an den Auslaß angeordnet ist.

   3. Ein Drosselventil nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die vorspannende Feder zwischen dem Ventilteil und einer Wand angeordnet ist, die in der Miho des Einlasses gebildet ist, wobei die Feder die Lei.stungRbetätigungs-Vorrichtung uinpibt.

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   k. Ein Drosselventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitteil ein Kolben ist, dessen freies Ende mit einem kappenförmigen Spinnenelement verbunden ist, das in den Auslaß des Ventilkörpers eingepreßt ist.

   5. Ein DiOsselventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilteil fest mit dem Behälter der Leistungsbetätigungsvorrichtung verbunden ist.

   6. Ein Drosselventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des Kolbens anpassbar mit dem kappen— förmigen Spinnenelement verbunden ist.

   7. Ein Drosselventil nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper von einer zylindrischen metallischen Struktur ist, die mit einer Zuführungsleitung verbunden werden kann, die ein Fluidum leitet.

   8. Ein Drosselventil nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse von temperaturempfindlichem Material ein Wachs ist, das einen Fest-Fltissig-Übergang in Übereinstimmung mit der Temperatur der Flüssigkeit durchmacht.

   9. Ein Drosselventil nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper ein zylindrisches Teil ist, in dessen eines Ende der Einlaß gebildet ist, und das in sein anderes Ende einen durchlöcherten Stopfen eingeschraubt besitzt, der den Auslaß bildet.

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   10. Ein Drosselventil nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz an der inneren Fläche des gelöcherten Stopfens gebildet ist.

   11. Kühlsystem mit einem dauernd laufenden Kühlmittelkompressor, f Kondensator, Verdampfer, Kühlmittelmeßvorrichtung zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer, und einer Saugleitung zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor, gekennzeichnet durch eine Dr-osselvorrichtung in der Saugleitung, und temperaturabhängige Leistungsv-orrichtung mit einem beweglichen Ausgangsteil zur Betätigung der Ventilvorrichtung in Übereinstimmung mittels Veränderungen der Saugleitungstemperatur; wobei die Leistungsvorrichtung so konstruiert ist, daß ihr Ausgangsteil sich bewegt als eine Funktion der Saugleitungstemperatur, wobei die Leistungsvorrichtungen eine Masse von temperaturempfindlichem Material enthalten, die einer Veränderung zwischen dem festen und dem flüssigen f Zustand in einem Temperaturbereich in der Nähe von O⁰C unterliegt, wobei der Ausgangsteil in diesem Temperaturbereich bewegt wird; wobei die Leistungsvorrichtungen und die Drosselungsvorrichtungen so miteinander verbunden sind, daß die Drosselvorrichtung ihre Drosselwirkung verstärkt, wenn die Temperatur fallt innerhalb dieses Bereiches, und daß die Drosselvorrichtung ihre Drosselwirkung vermindert, wenn die Temperatur innerhalb dieses Bereiches ansteigt.

   12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die .Leistungsvorrichtung einen beweglichen Behälter für die Masse von temperaturempfindlichem Material enthält, und einen festen Kolben, der gleitend in den Behälter sicli

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   erstreckt, wobei eine Ausdehnung des Materials eine Bewegung des Behälters verursacht; wobei die Drosselvorrichtung ein flußdrosselndes Element enthält, das durch den Behälter getragen wird.

   13. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die KühlmittelBießvorrichtung ein thermostatisches Ausdebnungsventil enthält, das eine temperaturabhängige Betätigervo!-richtung enthält, die durch die Saugleitungstemperatur gesteuert wird; wobei die temperaturabhängige Leistungsvorrichtung am Überstrom der Betätigungsvorrichtung angeordnet ist, wobei die Bewegung der Drosselvorrichtung auf eine Nichtdurchflußstellung bewirkt, daß die Betätigungsvorrichtung zeitweise auf eine künstliche Überhitzung reagiert.

   14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das thermostatische Ausdehnungsventil einen Ventilkörper mit einer Kammer darin enthält, die Teil der Saugleitung ist, wobei die Betätigungsvorrichtung in einer thermischen Verbindung mit der Kammer steht, wobei die Leistungsbetätigungsventilvorrichtung als ein Einschub konstruiert ist, der direkt an den Ausdehnungsventilkörper unmittelbar oberstrommäßig von der Kammer angebracht ist.

   15. Geschlossenes Kühlsystem mit einem thermostatischen Expansionsventil, das die Flußrate des flüssigen KUhI-* mittels steuert, das in den*Verdampfer eintritt, in Abhängigkeit von der Überhitzung des Kühlmittelgases, das den Verdampfer verläßt, gekennzeichnet durch ein Drossel—

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   ventil, das abhängig gesteuert wird durch einen Abfall
   der Temperatur des Kühlmittels in der Saugleitung zur
   Drosselung des Flusses des Kühlmittels, das den Verdampfer verläßt, so daß das Kühlmittel in dem Verdampfer daran
   gehindert wird, eine Temperatur unterhalb eines bestimmten Wertes anzunehmen, der die Bildung von Eis nuf dem Ver- ™ dämpfer erlauben würde.

   16. Geschlossenes Kühlsystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil eine temperaturabhängige
   Leistungsvorrichtung enthält, und eine mechanische Ventilvorrichtung, die innerhalb der Saugleitung angeordnet ist, die von dem Verdampfer kommt.

   i'7. Geschlossenes Kühlsystem nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß das thermostatische Ausdehnungsventil und
   das Drosselventil als eine, einzige Einheit gebildet sind.

   18. Geschlossenes Kühlsystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die temperaturabhängige Leistungsvorrichtung ein thermisch empfindliches Material enthält, und mindestens ein verhältnismäßig bewegliches Element.

   19. Geschlossenes Kühlsystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das thermisch empfindliche Material eine
   Masse einer Substanz ist, die einem Übergang unterliegt,
   wenn die Saugleitungstemperatur abnimmt, und dabei eine
   Bewegung des beweglichen Elementes verursacht.

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