AT525641A4 - Kältemittelkreis eines Kühlgeräts - Google Patents

Abstract

Es wird ein Kältemittelkreis eines Kühlgeräts mit einer zwischen einem mit Umgebungsluft beaufschlagten Kondensator (2) und einem Verdampfer (1) vorgesehenen Drosseleinrichtung (4) aus einer gekühlten Drosselkapillare (5) und einem an die Drosselkapillare (5) angeschlossenen Drosselventil (6) beschrieben, das ein vom Kältemittelstrom und einer Feder (14) beaufschlagtes Stellglied (12) aufweist. Um vorteilhafte Kreislaufbedingungen zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass das Drosselventil (6) einen Ventilsitz (10), einen mit dem Ventilsitz (10) zusammenwirkenden Ventilkörper (11) sowie ein das verschiebbar gelagerte, den Ventilkörper (11) bildende Stellglied (12) abstützendes Hubelement (17) umfasst, das mit dem Druck eines in Abhängigkeit von der Temperatur der Umgebungsluft beaufschlagten Dampfdruck-Temperaturfühlers (20) im Schließsinn des Ventilkörpers (11) beaufschlagt ist, dass die durch das Hubelement (17) auf das Stellglied (12) ausgeübte Schließkraft die durch die Kältemittelbeaufschlagung bedingte, im Öffnungssinn auf den Ventilkörper (11) wirkende Kraft übersteigt und dass die im Öffnungssinn wirkende Feder (14) den Ventilkörper (11) für einen vorgegebenen Druckabfall des Kältemittels öffnet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kältemittelkreis eines Kühlgeräts mit einer zwischen einem mit Umgebungsluft beaufschlagten Kondensator und einem Verdampfer vorgesehenen Drosseleinrichtung aus einer gekühlten Drosselkapillare und einem an die Drosselkapillare angeschlossenen Drosselventil, das ein vom

Kältemittelstrom und einer Feder beaufschlagtes Stellglied aufweist.

Um einen Kältemittelkreis eines Kühlgeräts effizient betreiben zu können, ist es notwendig, die Druckdifferenz zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite des Kältemittelkreises durch eine Drosseleinrichtung zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer abzubauen. Bei Kühlgeräten für den Haushalt, insbesondere zu Kühl- und Gefrierzwecken, wird üblicherweise eine Drosseleinrichtung in Form einer Drosselkapillare eingesetzt, die mithilfe des verdampften Kältemittels gekühlt wird, um am Ausgang der Drosselkapillare eine möglichst geringe spezifische Enthalpie des Kältemittels sicherzustellen. Für den Fall, dass im internen Wärmetauscher die Drosselkapillare ausreichend gekühlt wird, um ein Verdampfen des Kältemittels in der Drosselkapillare zu unterbinden, wird der Druckabfall in der Drosselkapillare im Wesentlichen durch den Massenstrom bestimmt. Der Druck des Kältemittels am Austritt aus der Drosselkapillare hängt dann einerseits von der Kondensationstemperatur und dem damit zusammenhängenden Kondensationsdruck und andererseits vom Massenstrom ab. Da mit zunehmendem Massenstrom der Druckabfall entlang der Drosselkapillare steigt, verringert sich mit zunehmendem Massenstrom die

Druckdifferenz zwischen dem Ausgang der Drosselkapillare und dem Verdampfer.

Messergebnissen abhängige Steuerung des Drosselventils ist allerdings aufwendig.

Zur Berücksichtigung von Druckschwankungen in einem Kältemittelkreis ist es bekannt (US 4 324 112), der Drosselkapillare ein Drosselventil nachzuordnen, das eine in einem Ventilgehäuse festgehaltene, entgegen der Strömungsrichtung in einen metallischen Faltenbalg ragende Düsennadel aufweist, die mit einer Drosselöffnung im Boden des Faltenbalgs zusammenwirkt. Das aus der Drosselkapillare ausströmende, den Balgboden beaufschlagende Kältemittel strömt durch die Drosselöffnung in den metallischen Faltenbalg und aus dem ausströmseitig offenen Faltenbalg zum Verdampfer. Steigt der Kondensationsdruck und damit der Druck des aus der Drosselkapillare strömenden Kältemittels, so verlagert sich der Balgboden aufgrund des gestörten Gleichgewichts zwischen der Federkraft des Faltenbalgs und der Kraft zufolge der Druckbeaufschlagung des Balgbodens durch den Kältemittelstrom mit der Wirkung, dass der Balgboden und damit die Drosselöffnung gegen die Düsennadel bewegt und damit der Strömungsquerschnitt durch die Drosselöffnung verkleinert wird, sodass sich der

Druckabfall am Drosselventil vergrößert.

Es ist auch bekannt (US 5 004 008), das Drosselventil eines Kältemittelkreises mit einem durch den Kondensationsdruck des Kältemittels gegen die Kraft einer Druckfeder beaufschlagten Stellglied zu versehen, das eine eine Hochdruckkammer mit einer Niederdruckkammer verbindende Drosselöffnung durchsetzt und ein Steuerprofil aufweist, das den ringförmigen Strömungsquerschnitt zwischen der Drosselöffnung und dem Stellglied in Abhängigkeit von der Verlagerung des

Stellglieds verändert, sodass bei einem größeren Kondensationsdruck der

am Drosselventil vergrößert wird.

Um eine von der Temperatur des Kältemittels abhängige, selbständige Steuerung des Druckabfalls in einer Drosselkapillare eines Kältemittelkreises zu ermöglichen, ist es zusätzlich bekannt (DE 10 2013 204 990 A1), am Austrittsende der Drosselkapillare eine unter Freilassung eines Ringspalts in die Drosselkapillare einführbare Nadel vorzusehen, die mithilfe eines temperaturabhängigen Stellglieds, beispielsweise einer im Verdampfer vorgesehenen Bimetallfeder, entlang der Drosselkapillare verstellt wird, sodass sich der Strömungswiderstand und damit der Druckabfall entlang der Drosselkapillare mit der temperaturabhängigen

Eingriffslänge der Nadel ändert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drosseleinrichtung für einen Kältemittelkreis eines häuslichen Kühlgeräts so auszugestalten, dass die verbleibende Druckdifferenz des Kältemittels zwischen dem Ausgang der Drosselkapillare und dem Verdampfungsdruck durch das der Drosselkapillare nachgeordnete Drosselventil im Sinne einer möglichst effizienten Kühlung mit

einfachen Konstruktionsmitteln abgebaut werden kann.

Ausgehend von einem Kältemittelkreis der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, dass das Drosselventil einen Ventilsitz, einen mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden Ventilkörper sowie ein das verschiebbar gelagerte, den Ventilkörper bildende Stellglied abstützendes Hubelement umfasst, das mit dem Druck eines in Abhängigkeit von der Temperatur der Umgebungsluft beaufschlagten Dampfdruck-Temperaturfühlers im SchließRsinn des Ventilkörpers beaufschlagt ist, dass die durch das Hubelement auf das Stellglied ausgeübte Schließkraft die durch die Kältemittelbeaufschlagung bedingte, im Öffnungssinn auf den Ventilkörper wirkende Kraft übersteigt und dass die im Öffnungssinn wirkende Feder den Ventilkörper für einen vorgegebenen Druckabfall

des Kältemittels öffnet.

Drosselkapillare sichergestellt werden kann.

Die von der Temperatur der Umgebungsluft abhängige Druckbeaufschlagung des Stellglieds des Drosselventils wird in einfacher Weise durch einen DampfdruckTemperaturfühler erreicht, der in üblicher Art durch eine Kapillare mit einem Beaufschlagungsraum des Hubelements verbunden ist. Um einfache Konstruktionsbedingungen vorgeben zu können, kann das Hubelement eine vom Dampfdruck-Temperaturfühler beaufschlagte, mit dem Stellglied verbundene Membran aufweisen. Diese Membran, die den Beaufschlagungsraum gegenüber dem Stellglied reibungsfrei und flüssigkeitsdicht abschließt, beaufschlagt das anliegende Stellglied aufgrund der Auslegung der Beaufschlagungsfläche in Abhängigkeit vom Beaufschlagungsdruck des Dampfdruck-Temperaturfühlers mit der erforderlichen Schließkraft.

am Ausgang der Drosselkapillare führt.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es

zeigen

Fig. 1 einen Kältemittelkreis eines Kühlgeräts mit einer erfindungsgemäßen Drosseleinrichtung in einem schematischen Schaltbild,

Fig. 2 das an eine Drosselkapillare angeschlossene Drosselventil in einem schematischen Längsschnitt und

Fig. 3 den Druckverlauf am Ein- und Ausgang des Drosselventils in Abhängigkeit vom Massenstrom bei unterschiedlichen Temperaturniveaus der

Umgebungsluft.

Der in der Fig. 1 schematisch dargestellte Kältemittelkreis für ein Kühlgerät, wie es beispielsweise im Haushalt zum Kühlen und Gefrieren von Waren zum Einsatz kommt, umfasst einen Verdampfer 1, einen mit Umgebungsluft beaufschlagten Kondensator 2, einen Kompressor 3 zwischen dem Verdampfer 1 und dem Kondensator 2 sowie eine Drosseleinrichtung 4, mit deren Hilfe das Kältemittel vom Kondensationsdruck auf den Verdampfungsdruck entspannt wird. Diese Drosseleinrichtung 4 weist eine Drosselkapillare 5 mit einem nachgeschalteten Drosselventil 6 auf, dem die Aufgabe zukommt, den am Ausgang der Drosselkapillare 5 herrschenden Überdruck des Kältemittels gegenüber dem Verdampfungsdruck abzubauen, sodass am Ausgang 7 des Drosselventils 6 der

Verdampfungsdruck herrscht.

durch den internen Wärmetauscher 8 angedeutet ist.

In der Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßes Drosselventil 6 näher dargestellt. Dieses Drosselventil 6 weist ein an die Drosselkapillare 5 angeschlossenes, zylindrisches Ventilgehäuse 9 mit einem stirnseitigen Ventilsitz 10 für einen Ventilkörper 11 auf. Der Ventilkörper 11 ist Teil eines im Ventilgehäuse 9 verschiebbar gelagerten Stellglieds 12, zwischen dem und dem Ventilgehäuse 9 ein Ringspalt 13 mit einer das Stellglied 12 umschliekenden Feder 14 vorgesehen ist, die sich mit dem ventilsitzseitigen Ende am Ventilgehäuse 9 und mit dem gegenüberliegenden Ende an einem im Ventilgehäuse 9 verschiebbar gelagerten Führungsbund 15 des Stellglieds 12 abstützt.

Das dem Ventilkörper 11 gegenüberliegende Ende 16 des Stellglieds 12 stützt sich auf einem Hubelement 17 ab, das eine einen Beaufschlagungsraum 18 gegenüber dem Ende 16 des Stellglieds 12 dicht abschließende Membran 19 aufweist und mit einem Druck beaufschlagt wird, der von der Temperatur der den Kondensator 2 beaufschlagenden Umgebungsluft abhängt. Zu diesem Zweck ist ein der Temperatur der Umgebungsluft oder einer von dieser Umgebungsluft abhängigen Temperatur ausgesetzter Dampfdruck-Temperaturfühler 20 vorgesehen, der entsprechend der Fig. 1 durch eine Kapillare 21 mit dem Beaufschlagungsraum 18 verbunden ist, der wie die Kapillare 21 das eingesetzte Mittel, vorzugsweise das

auch für den Kältemittelkreis verwendete Kältemittel, in flüssiger Phase enthält.

Drosselventil 6.

In der Fig. 3 sind die bei einem Kältemittelkreis für ein Haushaltskühlgerät, beispielsweise einem Gefrierschrank, auftretenden Druckverläufe in Abhängigkeit vom Massenstrom dargestellt, wobei auf der Abszisse der Massenstrom M [kg/h] und auf der Ordinate des Koordinatensystems der Druck p [bar] für einen typischen

Kühlmittelkreis abzulesen sind.

Der von der Temperatur der den Kondensator 2 beaufschlagenden Umluft abhängige Kondensationsdruck steigt mit dem Massenstrom M an und soll durch die Drosseleinrichtung 4 auf den Verdampfungsdruck abgebaut werden, der bei einem für eine Verdampfungstemperatur von -18 °C ausgelegten Verdampfer 1 auslegungsgemäß entsprechend dem Druckverlauf pv mit dem Massenstrom M geringfügig abfällt. Zum Unterschied dazu steigt der Kondensationsdruck mit dem Massenstrom M an, wie sich dies aus dem Druckverlauf pkıe für eine Temperatur

der Umgebungsluft von 16 °C ergibt.

Entlang der Drosselkapillare 5 wird der Kondensationsdruck prkı6 am Ausgang des Kondensators 2 in Abhängigkeit vom jeweiligen Massenstrom M entsprechend dem Druckabfall Apok abgebaut, sodass am Ausgang der Drosselkapillare 5 ein Druck pokı6 ansteht. Dieser Überdruck gegenüber dem auslegungsgemäßen Verdampfungsdruck pv ist in dem der Drosselkapillare 5 nachgeschalteten Drosselventil 6 abzubauen, um vorteilhafte Betriebsbedingungen für den Kältemittelkreis sicherstellen zu können. Hierfür bedarf es einer Beaufschlagung des Ventilkörpers 11 für eine diesen Druckabfall bedingende Ventilstellung. Da sich

aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung des Drosselventils 6 eine vom

Kurvenverlaufs popv erreicht werden.

Um die sich in Abhängigkeit von der Temperatur der den Kondensator 2 beaufschlagenden Umgebungsluft ändernden Druckverhältnisse im Kältemittelkreis zu verdeutlichen, ist in der Fig. 3 zusätzlich der Kondensationsdruck pkrz2 für eine Umgebungslufttemperatur von 32 °C in Abhängigkeit vom Massenstrom M eingezeichnet. Wie aus dem Druckverlauf prksz unmittelbar ersichtlich ist, hängt der Kondensationsdruck bei vorgegebenen Temperaturverhältnissen nur vom Massenstrom M ab, sodass sich für die Druckverläufe pkıe und praz parallele Graphen ergeben. Da der Druckabfall Appk entlang der Drosselkapillare 5 bei gegebenen Auslegungsbedingungen allein vom Massenstrom M abhängt, stellt sich am Ausgang der Drosselkapillare 5 ein Druck porks2z mit einem zum Druckverlauf ppkı6 parallelen Verlauf ein. Mit einer entsprechenden Wahl der auf das Stellglied 12 des Drosselventils 6 wirkenden Kraft der Feder 14 kann ein Druckabfall Appvsz am Drosselventil 6 eingestellt werden, der am Ausgang 7 des Drosselventils 6 wieder

einen Druck pov bedingt.

Da mit steigendem Massenstrom M der Druckabfall entlang der Drosselkapillare 5 größer wird und daher der Druck am Ausgang der Drosselkapillare 5 abnimmt,

müsste zur Berücksichtigung dieses Druckabfalls das Drosselventil 6 entsprechend

genommen werden.

Claims (3)

(344587.8) II Patentansprüche

1. Kältemittelkreis eines Kühlgeräts mit einer zwischen einem mit Umgebungsluft beaufschlagten Kondensator (2) und einem Verdampfer (1) vorgesehenen Drosseleinrichtung (4) aus einer gekühlten Drosselkapillare (5) und einem an die Drosselkapillare (5) angeschlossenen Drosselventil (6), das ein vom Kältemittelstrom und einer Feder (14) beaufschlagtes Stellglied (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselventil (6) einen Ventilsitz (10), einen mit dem Ventilsitz (10) zusammenwirkenden Ventilkörper (11) sowie ein das verschiebbar gelagerte, den Ventilkörper (11) bildende Stellglied (12) abstützendes Hubelement (17) umfasst, das mit dem Druck eines in Abhängigkeit von der Temperatur der Umgebungsluft beaufschlagten Dampfdruck-Temperaturfühlers (20) im Schließsinn des Ventilkörpers (11) beaufschlagt ist, dass die durch das Hubelement (17) auf das Stellglied (12) ausgeübte Schließkraft die durch die Kältemittelbeaufschlagung bedingte, im Öffnungssinn auf den Ventilkörper (11) wirkende Kraft übersteigt und dass die im Öffnungssinn wirkende Feder (14) den

Ventilkörper (11) für einen vorgegebenen Druckabfall des Kältemittels öffnet.

2. Kältemittelkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hubelement (17) eine vom Dampfdruck-Temperaturfühler (20) beaufschlagte, mit

dem Stellglied (12) verbundene Membran (19) aufweist.

3. Kältemittelkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in einem Ringraum zwischen dem Stellglied (12) und einem Ventilgehäuse (9) angeordnete Feder (14) als Schraubenfeder ausgebildet ist, deren Windungen im Ringraum einen schraubenförmigen Strömungskanal für das Kältemittel zwischen

dem Ventilsitz (10) und dem Ausgang (7) des Drosselventils (6) begrenzen.