DE3824235C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein hilfskraftgesteuertes Verdampferdruck-Regelventil für eine Kälteanlage, die einen Kondensator, ein Expansionsventil und einen Ver­ dampfer aufweist, mit einem in der Saugleitung liegenden, dem Verdampfer nachgeschalteten Hauptventil, dessen Verschlußstück in Öffnungsrichtung durch eine Feder und in Schließrichtung durch einen Hilfsdruck bewegbar ist, mit einem Hilfsventil zum Steuern des Hilfsdruckes, dessen Öffnungsquerschnitt in Abhängigkeit vom Verdamp­ ferdruck steuerbar ist, mit einer Hilfsleitung, die mit einem einen höheren Druck führende, ersten Anschluß und mit einem einen niederen Druck führenden, zweiten Anschluß der Kälteanlage verbunden ist, welcher nach dem Hauptventil angeordnet ist, und mit einer festen Drosselstelle in der Hilfsleitung.

Bei einem bekannten hilfskraftgesteuerten Verdampfer­ druck-Regelventil dieser Art (US-PS 44 42 680) ist der festen Drosselstelle die durch das Hilfsventil gebildete Drosselstelle vorgeschaltet und ein Magnetventil zum Absperren der Hilfsleitung nachgeschaltet. Mit steigen­ dem Verdampferdruck bewegt sich das Hilfsventil in Schließrichtung. An seinem Sitz ist eine Nut vorgesehen, die bei geschlossenem Hilfsventil eine Bypass-Drossel bildet. Diese erlaubt auch bei geschlossenem Hilfsventil eine Verbindung von dessen Anschluß höheren Systemdrucks zu der Hilfsdruckkammer, damit sich das Hauptventil schließen kann, wenn das als Magnetventil ausgebildete Absperrventil geschlossen wird. Das über die Hilfsleitung strömende Kältemittel erfordert eine gewisse Steuer­ leistung in Form eines Kältemittelverbrauchs, welche die Kälteleistung reduziert.

Solche Druckregelventile werden insbesondere in Kühl­ anlagen von Supermärkten verwendet, wo mehrere indivi­ duelle Verdampfer parallel liegen und einzeln zum Abtauen von der Saugleitung abgetrennt werden sollen. Hier ar­ beitet das Hauptventil als Regelventil und außerdem als Sperrventil.

Ein eine Drosselstelle bildendes Ventil ist beispiels­ weise aus DE-AS 10 92 940 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verdampferdruck-Regelventil der eingangs beschriebenen Art die zum Steuern des Regelventils benötigte Kälte­ mittelmenge kleiner zu halten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Bei diesem Aufbau wird von der Überlegung ausgegangen, daß Kälteanlagen über den größeren Teil ihrer Betriebs­ zeit mit geringer Belastung laufen und daß höhere Be­ lastungen nur auftreten, wenn neue Produkte eingelagert werden oder wenn eine Abtauperiode beendet war. Erfin­ dungsgemäß nehmen mit steigender Belastung der Drossel­ widerstand in der Hilfsleistung ab und die Steuerleistung zu. Dies steht im Gegensatz zur bekannten Konstruktion.

Demzufolge wird über den größten Teil der Betriebszeit mit geringer Steuerleistung gearbeitet. Da die geringste Steuerleistung der kleinsten Belastung und damit der geringsten Kälteleistung zugeordnet ist, erreicht die Kompressorleistung bei geringer Belastung außerordentlich kleine Werte. Insgesamt können die Verluste des Kälte­ fluids, die durch die Strömung über die Hilfsleitung entstehen, um mehr als 90% reduziert werden. Hinzu kommt, daß auf eine Bypass-Drossel am Hilfsventil ver­ zichtet werden kann, weil die Hilfskraftkammer ständig über die feste Drossel mit dem Anschluß höheren System­ drucks in Verbindung steht.

Besonders günstig ist es, wenn die feste Drosselstelle aus mindestens zwei in Reihe geschalteten Drosselboh­ rungen mit zwischengeschalteter Kammer größeren Quer­ schnitts gebildet ist. Auf diese Weise erreicht man die gewünschten Drosselwiderstände, ohne der Drossel­ bohrung eine zu große Länge oder einen zu geringen Durch­ messer geben zu müssen.

Vorzugsweise ist dafür gesorgt, daß das Verschlußstück des Hauptventils Teil eines Kolbens ist, dessen den Sitzdurchgang abdeckende Fläche kleiner als die dem Hilfsdruck ausgesetzte Fläche und von einer unbalancier­ ten Fläche umgeben ist, die 10 bis 35%, vorzugsweise 24%, der den Sitzdurchgang abdeckenden Fläche beträgt. Die unbalancierte Fläche wird im Betrieb von einem durch Druckabfall verminderten Druck beaufschlagt, so daß auf das Verschlußstück eine höhere Schließkraft wirkt. Hierdurch verringert sich die Verdampferdruckänderung, die erforderlich ist, um eine Drosselung des Hauptdurch­ lasses zu bewirken. Daher wird der Verdampferdruck näher am Sollwert gehalten, wenn sich die Kühllast des Verdamp­ fers ändert. Darüber hinaus sorgt die unbalancierte Fläche dafür, daß beim Abtauen durch Heißgas eine für das sichere Schließen des Hauptventils ausreichende Schließkraft vorhanden ist.

Als Absperrventil kann ein einfaches Zwei-Wege-Magnetventil verwendet werden.

Die Erfindung erlaubt auch eine Konstruktion, bei der das Verschlußstück des Hilfsventils durch einen Ventil­ stift gebildet ist, der kraftschlüssig mit dem Ausgangs­ glied einer Membran-Druckdose verbunden ist, deren Mem­ bran in Öffnungsrichtung vom Verdampferdruck und in Schließrichtung von einer Sollwertfeder belastet ist. Die Verwendung des direkt gesteuerten Ventilstifts be­ deutet eine erhebliche bauliche Vereinfachung.

Konstruktiv empfiehlt sich ein Ventilgehäuse-Oberteil, das eine gestufte Längsbohrung und zwei axial gegenein­ ander versetzte, diagonal nicht-durchgehende Querbohrun­ gen besitzt, wobei die Eingangs-Querbohrung in den eine Hilfskammer bildenden Längsabschnitt größeren Durchmes­ sers mündet und einen Anschlußstutzen mit eingebauter fester Drosselstelle aufnimmt sowie die Ausgangs-Quer­ bohrung zwischen dem Längsbohrungsabschnitt mittleren Durchmessers, der einen Einsatz mit dem Sitz des Hilfs­ ventils aufnimmt, und dem Längsbohrungsabschnitt kleine­ ren Durchmessers, der das Verschlußstück des Hilfsven­ tils führt, mündet. Ein solches Oberteil läßt sich leicht fertigen und montieren. Es braucht lediglich die Hilfs­ kraftkammer mit dem Hauptventil in Verbindung gebracht zu werden.

Dies läßt sich auf besonders einfache Weise dadurch erreichen, daß ein mit dem Hauptventilgehäuse verbunde­ ner Ventilgehäusedeckel mit einem Stutzen die Hilfskraft­ kammer begrenzt und eine gestufte Deckel-Längsbohrung aufweist, daß als Verschlußstück des Hauptventils ein Stufenkolben vorgesehen ist, der in der gestuften Deckel­ längsbohrung geführt ist, und daß Kanäle die durch die Stufen von Bohrung und Kolben gebildeter Stufenräume mit der Hilfskammer verbinden. Das Ventilgehäuse-Ober­ teil übergreift den Stutzen, von dem der Stufenkolben mit seinem Abschnitt kleineren Durchmessers ausgeht.

Um Toleranzunterschiede auszugleichen, kann der Sitz des Hilfsventils axial verstellbar sein.

Mit Vorteil ist in der Hilfsleitung den Drosselstellen ein Absperrventil nachgeschaltet. Beim Schließen des Absperrventils kann daher das Hauptventil sehr rasch - nach Art eines Magnetventils - schließen. Der Kälte­ mittelverbrauch nach dem Abschalten wird damit weitgehend auf Null reduziert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Schaltung einer Kälteanlage mit dem erfin­ dungsgemäßen Verdampferdruck-Regelventil und

Fig. 2 einen Teilschnitt durch ein solches Ventil.

Fig. 1 zeigt eine Kälteanlage, bei der ein Motorverdich­ ter 1 Kältemittel über eine Druckleitung 2 in einen Kondensator 3 fördert, dem ein Sammler 4 für flüssiges Kältemittel nachgeschaltet ist. Über ein Expansionsven­ til 5 gelangt das flüssige Kältemittel in einen Verdamp­ fer 6, der über eine Saugleitung 7 mit dem Motorverdich­ ter 1 verbunden ist.

Ein Verdampferdruck-Regelventil 8 besitzt ein Hauptven­ til 9 in der Saugleitung 7, das mit einer Hilfskraftkam­ mer 10 versehen ist. Zur Erzeugung der Hilfskraft ist eine Hilfsleistung 11 vorgesehen, die von einem höheren Systemdruck führenden Anschluß, z. B. einem Anschluß a am Dampfraum des Sammlers 4 oder einem Anschluß b an der Druckleitung 2, zu einem Anschluß c hinter dem Hauptventil führt. Die Hilfsleitung weist in Reihenschal­ tung hintereinander eine feste Drosselstelle 12 und ein Hilfsventil 13 auf. An einem dazwischenliegenden Abgriff 14 ergibt sich aufgrund der Druckabfälle ein Zwischendruck, der die Hilfskraft bestimmt. Nachgeschal­ tet ist ein Zwei-Wege-Magnetventil 15, das die Hilfslei­ tung 11 abzusperren gestattet.

Das Hilfsventil 13 wird in Abhängigkeit vom Verdampfer­ druck gesteuert, der über eine Steuerleitung 16 einer Druckkammer 17 zugeführt wird. In Gegenrichtung wirkt eine einstellbare Sollwertfeder 18. Mit steigendem Ver­ dampferdruck nimmt der Öffnungsquerschnitt des Hilfs­ ventils 13 zu. Infolgedessen nimmt der Zwischendruck am Abgriff 14 und damit die Hilfskraft in der Hilfskraft­ kammer 10 ab. Das in Schließrichtung von der Hilfskraft- und in Öffnungsrichtung von einer Feder 19 belastete Hauptventil 9 erhält daher einen größeren Öffnungsquer­ schnitt. Dies führt zu einem Absenken des Verdampfer­ drucks auf den gewünschten Sollwert. Umgekehrt ist der Regelvorgang bei zu kleinem Verdampferdruck.

Bei geringer Verdampferbelastung sinkt der Verdampfer­ druck, so daß sowohl das Hilfsventil als auch das Haupt­ ventil in die Nähe der Schließstellung gebracht werden. Entsprechend gering ist dann die Verlustleistung des über die Hilfsleitung 11 strömenden Kältemittels. Bei starker Belastung und entsprechend hohem Verdampferdruck kann dagegen das Hauptventil 9 voll geöffnet werden.

Das Magnetventil 15 wird willkürlich geschlossen, wenn der Verdampfer 9 abgetaut werden soll. Durch die Absper­ rung der Hilfsleistung baut sich nämlich in der Hilfs­ kraftkammer 10 der volle höhere Systemdruck auf, der das Hauptventil 9 schließt. Mangels Kältemittelumlauf oder infolge Heißgaszufuhr ergibt sich der Abtauvorgang.

Bei der in Fig. 2 veranschaulichten konstruktiven Ausge­ staltung werden für entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 benutzt.

Ein Ventilgehäuse 20 weist einen Ventilsitz 21 für das Verschlußstück 22 des Hauptventils 9 auf. Eine Schraube 23 trägt einen Federteller 24 zum Abstützen der Öffnungs­ feder 19. Das Verschlußstück 22 ist an einem Stufenkol­ ben 25 ausgebildet, der in einer gestuften Längsbohrung 26 eines Ventilgehäusedeckels 27 geführt ist, welcher unter Zwischenschaltung einer Dichtung 28 am Hauptventil­ gehäuse 20 befestigt ist. Der Stufenkolben 25 weist eine Axialbohrung 29 und eine Radialbohrung 30 auf, durch welche ein Stufenraum 31, der zwischen der Stufe des Stufenkolbens 25 und der Stufe der Stufenbohrung 26 gebildet ist, mit der Hilfskraftkammer 10 verbunden wird. Dieser Stufenraum ist durch eine Dichtung 32 zum Ventilraum 33 hin abgedichtet.

Der Kolbenquerschnitt wird daher über seine gesamte Fläche A vom Hilfsdruck belastet. Diese Fläche A ist größer als die den Sitzdurchgang abdeckende Fläche B. Es bleibt somit eine Ringfläche C, die unbalanciert ist, weil sie nicht mit dem Verdampferdruck, sondern mit einem demgegenüber verminderten Druck beaufschlagt ist.

Unter Zwischenschaltung einer Dichtung 34 ist auf einem Stutzen 35 des Deckels 27 ein Gehäuse-Oberteil 36 aufge­ schraubt. Dieses besitzt eine gestufte Längsbohrung 37 sowie eine Eingangs-Querbohrung 38 und eine Aus­ gangs-Querbohrung 39. Die Eingangs-Querbohrung 38 mündet in den die Hilfskraftkammer 10 bildenden Längsbohrungs­ abschnitt größeren Durchmessers. Sie nimmt einen An­ schlußstutzen 40 auf, in welchen zwei Drosseleinsätze 41 und 42 eingesetzt sind. Jeder Drosseleinsatz besitzt eine Kammer 43 und eine Drosselbohrung 44. Die Aus­ gangs-Querbohrung 39 mündet zwischen einem Längsboh­ rungsabschnitt mittleren Durchmessers, der einen Einsatz 45 zur Bildung des Hilfsventilsitzes 46 aufnimmt, und einem Längsbohrungsabschnitt kleineren Durchmessers, der das stiftförmige Verschlußstück 47 des Hilfsventils 13 führt. Der Einsatz 45 ist verschraubbar, so daß die axiale Lage des Sitzes 46 verstellbar ist. In die Aus­ gangs-Querbohrung 39 ist ein Anschlußstutzen 48 einge­ schraubt, der das Magnetventil 15 trägt.

Oben auf dem Oberteil 36 ist eine Druckdose 49 angeord­ net, welche eine Membran 50 aufweist. Diese wird von oben durch die einstellbare Sollwertfeder 18 und von unten durch den Verdampferdruck in der Druckkammer 17 belastet. Sie wirkt über ein Ausgangsglied 51 auf das stiftförmige Verschlußstück 47 des Hilfsventils.

Durch die Kanäle 29 und 30 wird erreicht, daß der gesamte Querschnitt des Stufenkolbens 25 von dem Druck in der Hilfskammer 10 beaufschlagt wird. In Gegenrichtung wirkt der Verdampferdruck und die Öffnungsfeder 19. Es bereitet daher keine Schwierigkeiten, den Zwi­ schendruck so zu wählen, daß sich die gewünschte Öff­ nungsstellung ergibt. Wenn das Hauptventil 9 geschlossen ist, verringert sich die vom Verdampferdruck beaufschlag­ te Fläche des Verschlußstücks. Die Schließstellung bleibt daher mit Sicherheit erhalten. Wenn das Magnetventil 15 schließt, kann sich in der Hilfskraftkammer 10 der Kon­ densatoren ausbilden, so daß auch sehr hohe Ver­ dampferdrücke das Hauptventil nicht zu öffnen vermögen.

Insgesamt ergibt sich daher ein konstruktiv und herstel­ lungsmäßig sehr einfacher Aufbau. Selbstverständlich kann von den veranschaulichten Konstruktionsmerkmalen in vielfacher Hinsicht abgewichen werden, ohne den Grund­ gedanken der Erfindung zu verlassen. So können die fe­ sten Drosselstellen 12 und das Hilfsventil 13 getrennt vom Hauptventil angeordnet sein. Es braucht dann ledig­ lich eine den Zwischendruck führende Leitung vom Abgriff 14 zur Hilfskammer 10 verlegt zu werden. Das Ex­ pansionsventil 5 kann auch durch eine Drosselstelle ersetzt sein.

Claims (8)

1. Hilfskraftgesteuertes Verdampferdruck-Regelventil für eine Kälteanlage, insbesondere für Kühlanlagen in Supermärkten, die einen Kondensator, ein Expansionsventil und einen Verdampfer aufweist, mit einem in der Saugleitung liegenden, dem Verdampfer nachgeschalteten Hauptventil, dessen Verschlußstück in Öffnungsrichtung durch eine Feder und in Schließ­ richtung durch einen Hilfsdruck bewegbar ist, mit einem Hilfsventil zum Steuern des Hilfsdruckes, dessen Öffnungsquerschnitt in Abhängigkeit vom Verdampfer­ druck steuerbar ist, mit einer Hilfsleitung, die mit einem einen höheren Druck führenden, ersten An­ schluß und mit einem einen niederen Druck führenden, zweiten Anschluß der Kälteanlage verbunden ist, wel­ cher nach dem Hauptventil angeordnet ist, und mit einer festen Drosselstelle in der Hilfsleistung, da­ durch gekennzeichnet, daß die feste Drosselstelle (12) zwischen dem ersten Anschluß und dem Hilfsventil (13) angeordnet ist, und daß sich zwischen der festen Drosselstelle (12) und dem Hilfsventil (13) eine Anschlußstelle (14) zur Entnahme des Hilfsdruckes für das Hauptventil (9) befindet, und daß das Hilfs­ ventil (13) bei Zunahme des Verdampferdruckes öffnet.

2. Verdampferdruck-Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Drosselstelle (12) aus mindestens zwei in Reihe geschalteten Drossel­ bohrungen (44) mit zwischengeschalteter Kammer (43) größeren Querschnitts gebildet ist.

3. Verdampferdruck-Regelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußstück (22) des Hauptventils (9) Teil eines Kolbens ist, dessen den Sitzdurchgang abdeckende Fläche (B) kleiner als die dem Hilfsdruck ausgesetzte Fläche (A) und von einer unbalancierten Fläche (C) umgeben ist, die 10 bis 35%, vorzugsweise 24%, der den Sitzdurchgang ab­ deckenden Fläche beträgt.

4. Verdampferdruck-Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschluß­ stück (47) des Hilfsventils (13) durch einen Ventil­ stift gebildet ist, der kraftschlüssig mit dem Aus­ gangsglied (51) einer Membran-Druckdose (49) verbunden ist, deren Membran (50) in Öffnungsrichtung vom Ver­ dampferdruck und in Schließrichtung von einer Soll­ wertfeder (18) belastet ist.

5. Verdampferdruck-Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein Ventilgehäuse-Ober­ teil (36), das eine gestufte Längsbohrung (37) und zwei axial gegeneinander versetzte, diagonal nicht­ durchgehende Querbohrungen (38, 39) besitzt, wobei die Eingangs-Querbohrung in den eine Hilfskraftkammer (10) bildenden Längsbohrungsabschnitt größeren Durch­ messers mündet und einen Anschlußstutzen (40) mit eingebauter fester Drosselstelle (12) aufnimmt sowie die Ausgangs-Querbohrung zwischen dem Längsbohrungs­ abschnitt mittleren Durchmessers, der einen Einsatz (45) mit dem Sitz (46) des Hilfsventils (13) aufnimmt, und dem Längsbohrungsabschnitt kleineren Durchmessers, der das Verschlußstück (47) des Hilfsventils führt, mündet.

6. Verdampferdruck-Regelventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Hauptventilgehäuse (20) verbundener Ventilgehäusedeckel (27) mit einem Stutzen (35) die Hilfskraftkammer (10) begrenzt und eine gestufte Deckel-Längsbohrung (26) aufweist, daß als Verschlußstück des Hauptventils (9) ein Stu­ fenkolben (25) vorgesehen ist, der in der gestuften Deckel-Längsbohrung geführt ist, und daß Kanäle (29, 30) die durch die Stufen von Bohrung und Kolben gebil­ deten Stufenräume (31) mit der Hilfskraftkammer (10) verbinden.

7. Verdampferdruck-Regelventil nch einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitz (46) des Hilfsventils (13) axial verstellbar ist.

8. Verdampferdruck-Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in die Hilfs­ leitung (11) den Drosselstellen (12, 13) ein Absperr­ ventil (15) nachgeschaltet ist.