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Kälteaggregat Die Erfindung betrifft ein Kälteaggregat mit einem durch einen Kompressor, einen Kondensator, eine Drosselstelle und einen Verdampfer führenden Kältemittelkreislauf und einer den Kompressor kurz- schliessenden Umgehungsleitung, deren Durchfluss durch ein Ventil gesteuert wird.
Bei solchen Kälteaggregaten bekannter Bauart steht der Ventilkörper des den Durchfluss der Umgehungsleitung steuernden Ventils unter einer in schliessendem Sinne wirkenden Federkraft und ab- strömseitig unter Niederdruck, und der öffnungs- druck des Ventils ist daher auch vom Niederdruck abhängig und schwankt deshalb in sehr weitem Bereich und nimmt vor allem sehr hohe, betrieblich nicht notwendige Werte an. Dies bedingt eine stärkere Ausführung des gesamten Hochdruckteils des Kälteaggregates, was sich raum-, gewichts- und kostensteigernd auswirkt.
Die Erfindung bezweckt, diese erwähnten Nachteile zu vermeiden. Zur Erreichung dieses Zieles wird ein Kälteaggregat der eingangs geschilderten Art mit einer den Kompressor kurzschliessenden Umgehungsleitung, deren Durchfluss durch ein Ventil gesteuert wird, erfindungsgemäss derart ausgebildet, dass das Ventil bei einem vorgegebenen, konstante, vom Niederdruck im wesentlichen unabhängigen Öffnungsdruck öffnet.
Die Erfindung beruht auf folgenden überlegun- gen: Der durch die Schliessfeder allein aufzubringende Teil der Schliesskraft des Ventils muss bei Verwendung herkömmlicher Ventile, bei denen der Öffnungsdruck auch vom Niederdruck abhängt, der Differenz zwischen dem betrieblich notwendigen minimalen Hochdruckwert und dem niedrigsten im Betrieb vorkommenden Niederdruckwert angepasst sein. Da der Niederdruck innerhalb sehr grosser Grenzen schwankt, variiert auch der Öffnungsdruck und mit diesem das Druckniveau des gesamten Hochdruckteils des Kälteaggregates entsprechend breit zwischen Extremwerten.
Demgegenüber lässt sich das Hochdruckniveau dann im wesentlichen konstant bzw. innerhalb der vergleichsweise engen Grenzen der betrieblich notwendigen und ausreichenden Werte halten, wenn das Ventil erfindungsgemäss bei einem vorgegebenen, konstanten, vom Niederdruck im wesentlichen unabhängigen Öffnungsdruck öffnet.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt.
Fig. 1 zeigt ein Schema eines Kälteaggregates, Fig. 2 zeigt einen axialen Schnitt durch ein Ventil der Anlage in grösserem Masstab und Fig.3 einen axialen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Ventils.
Das in Fig. 1 dargestellte Schema des Kälteaggre- gates weist einen Kompressor 1 auf, der über eine Hochdruckleitung 2 mit einem Speichergefäss 3 verbunden ist, das über eine Hochdruckleitung 4 in einen Kondensator 5 mündet. Vom Kondensator führt eine Hochdruckleitung 6 zu einer Drosselstelle 7 und von dieser eine Niederdruckleitung 8 in einen Verdampfer 9, von welchem eine weitere Niederdruckleitung 10 zurück in den Kompressor 1 mündet.
Die Hoch- und die Niederdruckseite des Kompres- sors sind durch die Umgehungsleitung 11 kurzgeschlossen, die an der Verbindungsleitung 10 zwischen Kompressor 1 und Verdampfer 9 sowie am Speicher- gefäss 3 abzweigt.
Der Durchfluss der Umgehungsleitung 11 wird durch ein Ventil 12 gesteuert. In die Hochdruckverbindungsleitung 4 zwischem dem Spei- chergefäss 3 und dem Kondensator 5 ist ein willkürlich verstellbares Absperrventil 13 eingefügt.
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Der durch einen nicht gezeigten Motor angetriebene Kompressor 1 verdichtet das aus der Niederdruckleitung 10 kommende Kältemittel, und dieses gelangt über die Hochdruckleitung 2, den Speicherbehälter 3 und die Hochdruckleitung 4 in den Kondensator 5, wo es unter Wärmeabgabe kondensiert. Das Kondensat gelangt über die Hochdruckleitung 6 in die Drosselstelle 7, wo es auf Niederdruck entspannt wird. Das entspannte Kältemittel strömt von der Drosselstelle in den Verdampfer 9, wo es der Umgebung Wärme entzieht und gelangt hernach durch die Niederdruckleitung 10 in den Kompressor 1 zurück.
Steigt der Druck in den Leitungen 2 und 4 sowie im. Speicherbehälter 3 unzulässig hoch an, was namentlich dann eintreten kann, wenn das bei Stille- gung der Anlage zu schliessende Absperrventil 13 in der Hochdruckleitung 4 bei Wiederinbetriebnahme versehentlich nicht geöffnet wird,
so öffnet das in der Umgehungsleitung 11 liegende Ventil 12 selbsttätig und lässt das vom Kompressor über das für die Aufrechterhaltung des betrieblich notwendigen Hochdruckniveaus hinaus geförderte Kältemittel- quantum von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite des Kompressors überströmen.
Der Vorteil der erfindungsgemässen Verwendung eines bei einem vorgegebenen, konstanten, vom Niederdruck im wesentlichen unabhängigen öffnungs- druck öffnenden Ventils in der Umgehungsleitung des Kompressors besteht darin, dass der Hochdruck die auftretenden grossen Schwankungen des Niederdruk- kes nicht mitgeteilt erhält.
Insbesondere ergibt sich der Vorteil, dass der Hochdruck nicht über das betrieblich erwünschte Mass hinaus ansteigt, was eine raum-, gewichts- und kostensparende Ausführung des gesamten Hochdruckteiles der Anlage, einschliesslich Kondensator und Drosselstelle erlaubt.
Bei einer ausgeführten Anlage konnte der Maxi- malhochdruck durch Umstellung auf die erfindungs- gemässe Verwendung eines niederdruckunabhängi- gen Ventils von 20,5 ata auf 12,2 ata, somit um 40 % reduziert werden.
Das in Fig.2 dargestellte Drucksicherheitsventil weist ein Ventilgehäuse 14 mit einem Ventilsitz 15, einem Hochdruckstutzen 16, einem Niederdruckstut- zen 17, sowie einen Ventilkörper 18 und eine Schliessfeder 19 auf. Die dem Ventilsitz 15 gegen- überliegende Gehäusewand ist durch eine Öffnung 20 unterbrochen, welche durch eine in Bewegungsrichtung des Ventilkörpers 18 bewegliche, mit dem Ventilkörper 18 und der Gehäusewand verbundenen Hüllwand, nämlich einen Balg 21, überdeckt ist.
Die Verbindung zwischen dem oberen Ende des Balges 21 und der Gehäusewand und die Verbindung zwischen dem unteren Ende des Balges 21 und einem Federteller 22 des Ventilkörpers 18 ist durch eine Schweissnaht 23 bzw. 24 hergestellt. Ausser aus dem Federteller 22 besteht der Ventilkörper noch aus einem Bolzen 25 und einer Ventilplatte 26.
Die Projektion auf eine zur Ventilachse senk- rechte Ebene der unter Hochdruck stehenden Fläche 27 ist gleich gross wie die entsprechende Projektion der von der Berührungslinie des Balges 21 mit dem Federteller 22 eingegrenzten Flächen 28, 29 des Ventilkörpers 18.
Als Folge davon sind die Projektionen (auf eine zur Ventilachse senkrechte Ebene) der in der Zeichnung nach oben schauenden unter Niederdruck stehenden Flächen des Ventilkörpers 18 gleich gross, wie die in der Zeichnung nach unten schauenden unter Niederdruck stehenden Flächen des Ventilkörpers 18, so dass die auf den Ventilkörper wirkenden Nie- derdruckkräfte im Gleichgewicht sind.
Auf diese Weise ist der Abblasedruck des Druck- sicherheitsventils nur vom konstanten Atmosphärendruck und von der vorgegebenen Federspannung abhängig. Gleich welche Werte der Niederdruck auch einnimmt, der Abblasedruck bleibt konstant auf dem vorgegebenen Wert.
Bei der Dimensionierung des Drucksicherheits- ventils ist zu beachten, dass der Durchmesser der wirksamen Hochdruckfläche zwischen dem inneren und äusseren Durchmesser der kreisringförmigen Berührungsfläche des Ventilkörpers 18 mit dem Ventilsitz 15 liegt. Er kann durch Rechnung oder Versuch ermittelt werden.
Unter Umständen kann der Steuervorgang durch teilweises Mitwirken des Niederdruckes günstig beeinflusst werden, indem die Projektion auf die zur Ventilachse senkrechte Ebene der von der Atmosphäre beaufschlagten Ventilkörperfläche 28, 29 grösser oder kleiner gewählt wird, als die entsprechende unter Hochdruck stehende Ventilkörperfläche 27.
Die Schliessfeder 19 ist als Druckfeder ausgebildet und koaxial zum Bolzen 25 und Metallbalg 21 angeordnet. Feder, Bolzen und Metallbalg sind dabei innerhalb des Gehäuses 1 angeordnet.
Das in Fig. 3 gezeigte Ventil weist neben den der Konstruktion nach Fig.2 entsprechenden, mit den gleichen Bezugszeichen versehenen Teilen am Bolzen 25 einen Bund 30 auf, an welchem ein mit dem Metallbalg 21 fest verbundener Schweissring 31 an- geschweisst ist. Weiter ist auf dem Bolzen 25 ein Schraubengewinde 32 angebracht, auf welchem der mit einem entsprechenden Gewinde versehene Federteller 22 in Achsrichtung des Bolzens 25 verschiebbar ist.
Eine Mutter 33 dient zur gegenseitigen Fixierung von Bolzen 25 und Federteller 22. Ausser- dem ist auf dem Bolzen 25 ein ebenfalls verschiebbarer Vollhubteller 34 angebracht. Die Innenseite, d. h. die Atmosphärenseite des Balges 21 ist durch eine Bohrung 35 des in der Gehäuseöffnung 20 geführten Bolzens 25 mit der Umgebung verbunden.
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Refrigeration unit The invention relates to a refrigeration unit with a refrigerant circuit leading through a compressor, a condenser, a throttle point and an evaporator and a bypass line short-circuiting the compressor, the flow of which is controlled by a valve.
In such refrigeration units of known design, the valve body of the valve controlling the flow of the bypass line is under a spring force acting in the closing sense and under low pressure on the downstream side, and the opening pressure of the valve is therefore also dependent on the low pressure and therefore fluctuates over a wide range and Above all, it assumes very high values that are not operationally necessary. This requires a stronger design of the entire high-pressure part of the refrigeration unit, which increases space, weight and costs.
The invention aims to avoid these disadvantages mentioned. To achieve this goal, a refrigeration unit of the type described above with a bypass line short-circuiting the compressor, the flow of which is controlled by a valve, is designed according to the invention in such a way that the valve opens at a predetermined, constant opening pressure that is essentially independent of the low pressure.
The invention is based on the following considerations: When using conventional valves, in which the opening pressure also depends on the low pressure, the part of the closing force of the valve to be applied by the closing spring alone must be the difference between the operationally required minimum high pressure value and the lowest low pressure value occurring during operation be adjusted. Since the low pressure fluctuates within very large limits, the opening pressure and with it the pressure level of the entire high-pressure part of the refrigeration unit also varies accordingly broadly between extreme values.
In contrast, the high pressure level can then be kept essentially constant or within the comparatively narrow limits of the operationally necessary and sufficient values if the valve according to the invention opens at a predetermined, constant opening pressure essentially independent of the low pressure.
In the drawing, exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown in simplified form.
1 shows a diagram of a refrigeration unit, FIG. 2 shows an axial section through a valve of the system on a larger scale, and FIG. 3 shows an axial section through a further embodiment of a valve.
The diagram of the refrigeration unit shown in FIG. 1 has a compressor 1 which is connected via a high pressure line 2 to a storage vessel 3 which opens into a condenser 5 via a high pressure line 4. A high-pressure line 6 leads from the condenser to a throttle point 7 and from this a low-pressure line 8 leads into an evaporator 9, from which a further low-pressure line 10 opens back into the compressor 1.
The high and low pressure sides of the compressor are short-circuited by the bypass line 11, which branches off on the connecting line 10 between the compressor 1 and the evaporator 9 and on the storage vessel 3.
The flow through the bypass line 11 is controlled by a valve 12. An arbitrarily adjustable shut-off valve 13 is inserted into the high-pressure connection line 4 between the storage vessel 3 and the condenser 5.
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The compressor 1, which is driven by a motor (not shown), compresses the refrigerant coming from the low-pressure line 10, and this passes via the high-pressure line 2, the storage container 3 and the high-pressure line 4 into the condenser 5, where it condenses while giving off heat. The condensate reaches the throttle point 7 via the high pressure line 6, where it is expanded to low pressure. The relaxed refrigerant flows from the throttle point into the evaporator 9, where it extracts heat from the surroundings and then returns to the compressor 1 through the low-pressure line 10.
If the pressure increases in lines 2 and 4 and in the. Storage tank 3 is unacceptably high, which can occur in particular if the shut-off valve 13 in the high-pressure line 4, which is to be closed when the system is shut down, is inadvertently not opened when restarting,
the valve 12 located in the bypass line 11 opens automatically and allows the refrigerant quantity pumped by the compressor to flow from the high pressure side to the low pressure side of the compressor beyond the high pressure level required to maintain the operationally high pressure level.
The advantage of the use according to the invention of a valve in the bypass line of the compressor that opens at a given, constant opening pressure essentially independent of the low pressure is that the high pressure is not informed of the large fluctuations in the low pressure that occur.
In particular, there is the advantage that the high pressure does not rise beyond the operationally desired level, which allows a space, weight and cost saving design of the entire high pressure part of the system, including the condenser and throttle point.
In one installed system, it was possible to reduce the maximum high pressure from 20.5 ata to 12.2 ata, thus by 40%, by changing over to the use of a low-pressure-independent valve according to the invention.
The pressure safety valve shown in FIG. 2 has a valve housing 14 with a valve seat 15, a high pressure connection 16, a low pressure connection 17, as well as a valve body 18 and a closing spring 19. The housing wall opposite the valve seat 15 is interrupted by an opening 20 which is covered by an envelope wall, namely a bellows 21, which is movable in the direction of movement of the valve body 18 and connected to the valve body 18 and the housing wall.
The connection between the upper end of the bellows 21 and the housing wall and the connection between the lower end of the bellows 21 and a spring plate 22 of the valve body 18 is produced by a weld 23 and 24, respectively. In addition to the spring plate 22, the valve body also consists of a bolt 25 and a valve plate 26.
The projection onto a plane of the high pressure surface 27 perpendicular to the valve axis is the same size as the corresponding projection of the surfaces 28, 29 of the valve body 18 delimited by the contact line of the bellows 21 with the spring plate 22.
As a result, the projections (on a plane perpendicular to the valve axis) of the low-pressure surfaces of the valve body 18 facing upward in the drawing are the same size as the low-pressure surfaces of the valve body 18 facing downward in the drawing, so that the the low pressure forces acting on the valve body are in equilibrium.
In this way, the blow-off pressure of the pressure safety valve only depends on the constant atmospheric pressure and the specified spring tension. Regardless of which value the low pressure takes, the blow-off pressure remains constant at the specified value.
When dimensioning the pressure safety valve, it must be ensured that the diameter of the effective high pressure surface lies between the inner and outer diameter of the annular contact surface of the valve body 18 with the valve seat 15. It can be determined by calculation or experiment.
Under certain circumstances, the control process can be favorably influenced by the partial contribution of the low pressure, in that the projection on the plane perpendicular to the valve axis of the valve body surface 28, 29 exposed to the atmosphere is selected to be larger or smaller than the corresponding valve body surface 27 under high pressure.
The closing spring 19 is designed as a compression spring and is arranged coaxially to the bolt 25 and metal bellows 21. The spring, bolt and metal bellows are arranged within the housing 1.
The valve shown in FIG. 3, in addition to the parts corresponding to the construction according to FIG. 2 and provided with the same reference numerals, has a collar 30 on the bolt 25 to which a welding ring 31 firmly connected to the metal bellows 21 is welded. Furthermore, a screw thread 32 is attached to the bolt 25, on which the spring plate 22, which is provided with a corresponding thread, can be displaced in the axial direction of the bolt 25.
A nut 33 serves to fix the bolt 25 and the spring plate 22 to one another. In addition, a full-lift plate 34, which can also be displaced, is attached to the bolt 25. The inside, d. H. the atmospheric side of the bellows 21 is connected to the environment through a bore 35 of the bolt 25 guided in the housing opening 20.