DE69717202T2

DE69717202T2 - Absperrventil mit eingebauter Expansionsdüse für unter Druck stehende Umlaufmittel einer Heiz- und Kühlanlage von Luft

Info

Publication number: DE69717202T2
Application number: DE69717202T
Authority: DE
Inventors: Daniele Casiraghi
Original assignee: Parker Hannifin Corp
Current assignee: Parker Hannifin Corp
Priority date: 1996-06-21
Filing date: 1997-06-14
Publication date: 2003-05-08
Anticipated expiration: 2017-06-15
Also published as: US5893273A; ES2184956T3; EP0821210A1; ITMI961270A1; DE69717202D1; ITMI961270A0; EP0821210B1; IT1284057B1; IL121088A0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Absperrventil für unter Druck stehende Fluide einer Luftkühl-/Luftermrärmungsvorrichtung, wie zum Beispiel Klimaanlagen und dergleichen, wobei das Ventil mindestens eine Leitung umfasst, in der eine Düse angeordnet ist, in welcher eine so ausgelegte Kapillarleitung koaxial ausgebildet ist, dass eine schnelle Expansion des Fluids bewirkt wird, sobald es aus der Düse austritt, wobei das Rohr den Kondensator und den Verdampfer der Vorrichtung verbindet.
In dem mit der Konstruktion von Klimaanlagen befassten Sektor ist die Notwendigkeit bekannt, einen Umlauf der Umgebungsluft durch zwei Wärmetauscher zu bewirken, welche jeweils den Kondensator und den Verdampfer des Kühlzyklus bilden.
Ferner ist bekannt, dass der Kondensator und der Verdampfer mittels Absperrventilen und Vorrichtungen, wie zum Beispiel Thermostatventilen oder Kapillaren, die so ausgelegt sind, dass eine schnelle Expansion des Kühlfluids bewirkt wird, wenn Letzteres von einem Teil zum anderen strömt, miteinander in Verbindung gesetzt werden müssen.
Diese Ventile und Expansionsmittel sind normalerweise im Inneren der Klimaanlage angeordnet, wenn Letztere von herkömmlicher Art mit einem einzigen Aufbau ist; wenn die Klimaanlage dagegen mit einem separaten Verdampfer ausgeführt ist, der in dem Raum aufzustellen ist, ist das Ventil außerhalb und das Expansionsmittel innerhalb der Klimaanlage selbst angeordnet.
Insbesondere kann die Expansion stromaufwärts des Absperrventils durchgeführt werden, d. h. in dem Kondensator, oder stromabwärts des Absperrventils, d. h. in dem Verdampfer.
Da die Bemessung der Mittel für die Expansion des Kühlfluids von der Wirksamkeit der Klimaanlage im Verhältnis zu den unterschiedlichen Außentemperaturen steht, liegt das sich stellende technische Problem darin, ein Expansionselement, welches von außen zugänglich und leicht austauschbar ist, entsprechend der Schwankung der Außentemperaturen, bei denen die Klimaanlage eingesetzt wird, und entsprechend der Länge ihrer Rohre vorzusehen, ohne dass komplexe Schweißarbeiten notwendig werden.
Im Rahmen dieses technischen Problems besteht ein weiterer Bedarf darin, dass das Fluidexpansionsmittel mit dem Ventil für das Absperren des Fluids während seiner Strömstrecke von/zu dem Kondensator/Verdampfer in Verbindung stehen sollte, wodurch eine größere Standardisierung der Bauteile mit einer Verringerung von Lager- und Transportkosten möglich wird.
Aus der Patentbeschreibung US-A-5 507 468 ist es bekannt, eine Düse in einer Leitung vorzusehen, wobei die Düse eine Kapillarleitung umfasst, durch welche Fluid strömt und welche so ausgelegt ist, dass eine schnelle Expansion des Fluids bewirkt wird, wenn dieses aus der Düse austritt, und wobei das Ende des Rohrs nach außen hin aufgeweitet ist und zwischen einer der Aufweitung angepassten Mutter und einem konischen Ende eines Drosselelements gehalten wird. Die Düse ist jedoch von dem aufgeweiteten Rohr beabstandet und ist ansonsten hierzu und zur der der Aufweitung angepassten Mutter beweglich.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ferner darin, ein zu einem Fluidexpansionsventil gehöriges Ventil zur Hand zu geben, welches gleichermaßen für den Betrieb der Vorrichtung in Kühlzyklen (Klimaanlagen) oder Heizzyklen (Wärmepumpen) verwendet werden kann.
Diese Ergebnisse werden durch die vorliegende Erfindung verwirklicht, welche ein Absperrventil für unter Druck stehende Fluide, insbesondere für Luftkühl- /Lufterwärmungsvorrichtungen zum Ziel hat, welche mindestens einen Kondensator und mindestens einen Fluidverdampfer umfassen, die mittels eines Rohrs miteinander in Verbindung zu setzen sind, wobei das Ventil mindestens eine Leitung umfasst, die eine in ihr angeordnete Düse aufweist, in welcher eine so ausgelegte Kapillarleitung koaxial ausgebildet ist, dass eine schnelle Expansion des Fluids bewirkt wird, wenn Letzteres aus der Düse austritt, wobei die Düse durch Mittel zum Befestigen des Rohrs an dem Ventil festgehalten wird.
Weitere Einzelheiten lassen sich der folgenden Beschreibung eines Beispiels der Ausführung der Erfindung entnehmen, in welcher Bezug auf die Begleitzeichnungen genommen wird. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine auseinander gezogene Teilschnittansicht des erfindungsgemäßen Ventils, wobei das einfachwirkende Expansionselement integriert ist;
Fig. 2 eine Teilschnittansicht des Ventils mit dem Expansionselement in zusammengebautem Zustand;
Fig. 3 eine Teilschnittansicht des erfindungsgemäßen Ventils, wobei das doppeltwirkende Expansionsmittel für den Betrieb als Klimaanlage offen ist;
Fig. 4 einen Querschnitt entlang der durch IV-IV in Fig. 3 angezeigten Ebene,
Fig. 5 eine Teilschnittansicht des erfindungsgemäßen Ventils mit doppeltwirkenden Expansionsmittel, das für den Betrieb als Wärmepumpe offen ist;
Fig. 6 eine Teilschnittansicht einer Abwandlung eines Beispiels der Ausführung des Ventils mit doppeltwirkendem Expansionsmittel.
Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, ist das erfindungsgemäße Ventil 10 ein Dreiwegeventil und besteht im Wesentlichen aus einem Ventilgehäuse 11, worin jeweils drei Leitungen ausgebildet sind: 12 für die Zufuhr des Fluids von dem Kondensator, 13 für das Koppeln mit dem Rohr 15 (Fig. 2) für die Verbindung mit dem (nicht abgebildeten) Verdampfer und 16 für das Einführen eines Messgeräts 16a (Fig. 2) für das Feststellen und Messen des Drucks der in den Rohren der Vorrichtung vorhandenen Flüssigkeit.
Das Ventil wird durch einen Verschluss 18 vervollständigt, der mittels eines auf eine Einstellmutter 18a wirkenden Schraubenschlüssels gesteuert werden kann.
Die Leitung 13 wird in einem Auslass 13a mit einem Außengewinde 13b gebildet; der Auslass weist in seinem Inneren jeweils zwei koaxiale Passflächen 13c und 13d für das Unterbringen und anliegende Aufnehmen eines Filterelements 17 und einer in seinen Passflächen durch eine Mutter 13e, die an dem Gewinde 13b des Auslasses 13 angezogen werden kann, gehaltenen Düse 20.
Die Düse 20 hat eine mit mindestens zwei konischen Flächen 21 und 22 entgegengesetzter Neigung ausgebildete Außenfläche, die so ausgelegt ist, dass eine Abdichtung jeweils mit der Leitung 13 des Ventilgehäuses und dem Rohr 15 für die Verbindung mit dem Verdampfer sichergestellt wird.
An der Außenfläche der Düse 20 ist ferner eine ringförmige Nut 23 für das teilweise Aufnehmen einer ringförmigen Dichtung 23a ausgebildet.
Die gegenüberliegenden Vorderflächen 24 und 25 der Düse weisen jeweilige ausgesparte Passflächen 24a, 25a auf, welche durch eine in der Düse 20 koaxial ausgebildete und so ausgelegte Kapillarleitung 26, dass die gewünschte schnelle Expansion des Fluids vor seiner Übertragung vom Kondensator zum Verdampfer bewirkt wird, miteinander verbunden werden.
Zwar wurde eine bevorzugte Dreiwegeausführung beschrieben, doch ist aber offensichtlich, dass das erfindungsgemäße Ventil auch mit einem Zweiwegeventil verwirklicht werden kann, wenn es nicht erforderlich wäre, die Messung des Druckwerts der Flüssigkeit mittels des Messgeräts 18 zu nehmen.
Wie in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellt, kann das erfindungsgemäße Ventil auch mit einer doppeltwirkenden Expansionsdüse 120 zur Verwendung in einer Vorrichtung konstruiert werden, welche sowohl als Klimaanlage als auch als Wärmepumpe funktioniert.
In diesem Fall ist es aber erforderlich, dass die Expansion in der einen oder der anderen Richtung erfolgt.
In dieser Ausführung wird angestrebt, dass der Auslass 113a länglich ist, so dass er eine Innenleitung 113 mit einer solchen Länge bildet, dass diese zwei zueinander identische Düsen 120, die aber einander gegenüberliegend angeordnet sind und in axialer Richtung entlang der Leitung 113 selbst bewegbar sind, enthalten kann, wie nachstehend klarer beschrieben wird.
Jede Düse weist jedoch eine axiale Kapillarleitung mit einem abhängig von der unterschiedlichen Expansion, die sie vornehmen muss, unterschiedlichen Maß auf.
Insbesondere ist in der Leitung 113 eine Passfläche 113c für den Filter 17 sowie eine weitere Passfläche 113d für das Unterbringen einer Buchse 127 vorgesehen, in welcher die Düse 120 koaxial eingesetzt ist, welche eine stumpfkegelige vordere Stirnfläche 121 für das Bewirken der Abdichtung mit der entsprechenden Passfläche und einen mit radialen Rippen 120a versehenen hinteren Teil aufweist, an deren Ende ein Vorsprung 120b ausgebildet ist, der mit dem hinteren Ende 127a der Buchse 127 in Berühren kommen soll, und mit einem in die Leitung 113 eingesetzten und mit einer ringförmigen Vertiefung 128a versehenen Abstandshalter 128 versehen ist, welcher ein beschränktes Maß axialen Gleitens der Düse 120 erlaubt.
Wie deutlich in den Fig. 3 und 5 gezeigt wird, sind die zwei Düsen 120 und die anderen Teile so angeordnet, dass sie ein exaktes Spiegelbild ausbilden. Daher erzeugt während des Betriebs als Klimaanlage (Fig. 3), bei dem die Expansion des Fluids während des Strömens des Fluids vom Ventil 10 zum Rohr 15 erfolgen muss, der Druck des Fluids selbst ein Gleiten der beiden Düsen 120 nach rechts, wodurch ein Öffnen der zwischen der Düse 120 und der Buchse 127 der rechten Düse ausgebildeten Öffnung 113f und ein Schließen der zwischen der Buchse 127 und der linken Düse 120 ausgebildeten Öffnung 113g bewirkt wird.
In dieser Konfiguration kann das Fluid von der Leitung 12 des Ventils 10 frei fließen, bis es auf die linke Düse trifft, wo es, um diese zu durchströmen, notwendigerweise in das Kapillarrohr 126 geleitet wird, an dessen Auslass die gewünschte Expansion eintritt.
Bei Betrieb der Vorrichtung als Wärmepumpe erfolgt der Betrieb in genau dieser Weise, jedoch in entgegengesetzter Richtung, wie in Fig. 5 gezeigt, in welcher die rechte Düse offen und die linke Düse geschlossen ist.
Fig. 6 zeigt schließlich eine Abwandlung der Ausführung des Ventils 10 mit bidirektionaler Expansion, wobei das Ventil 10 eine identische Konfiguration zu Fig. 2 aufweist und daher nicht weiter beschrieben wird, während die zweite Düse 120 in dem an dem Verdampfer befestigten Verbindungsstück 30 eingesetzt ist, welches bei 40 nur schematisch gezeigt wird.
Das Verbindungsstück hat einen rohrförmigen Abschnitt 33 mit Gewinde 33a, in den die Düse 120 eingesetzt wird, wie bereits bei Fig. 3 und 5 beschrieben.
Schließlich wird das Rohr 15 eingesetzt und durch die Mutter 34 gehalten, was den bereits erwähnten, bei Fig. 3 und b beschriebenen gleichen Betrieb bewirkt, jedoch mit einer größeren Standardisierung der Bauteile. In diesem Fall kann das Ventil 10 aber bezüglich der einfachwirkenden Konfiguration nach Fig. 2 unverändert bleiben.
Bezüglich der Verwirklichung der Teile, welche die Erfindung bilden, können viele Varianten vorgestellt werden, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, die durch die folgenden Ansprüche definiert wird.

Claims

1. Absperrventil für unter Druck stehende Fluide, insbesondere für eine Luftkühlungs-/erwärmungsanlage, welche mindestens einen Kondensator und mindestens einen Fluidverdampfer, die mittels eines Rohrs (15) miteinander in Verbindung zu bringen sind, umfasst, wobei das Ventil mindestens eine Leitung (13; 113) aufweist, in welcher innen eine Düse (20; 120) angeordnet ist, in welcher eine Kapillarleitung (26; 126) koaxial ausgebildet ist, durch welche das Fluid strömt und welche so ausgelegt ist, dass eine schnelle Expansion des Fluids veranlasst wird, sobald es aus der Düse austritt, dadurch gekennzeichnet, dass: die Düse durch Mittel (13e) zum Befestigen des Rohrs (15) an dem Ventil festgehalten wird und die Düse zwei gegenüberliegende geneigte Flächen (21, 22) aufweist, wovon eine Fläche (21) mit einer entsprechenden Fläche (13c, 13d) der Leitung (13, 113) greift, um ein das Durchströmen des Fluids verhindernde Dichtung vorzusehen, und wovon die andere Fläche (22) mit einem aufgeweiteten Ende des Rohrs greift, wobei das Mittel zum Befestigen eine auf das Ventil geschraubte, der Aufweitung angepasste Mutter (13e) ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Körper der Düse (20) eine ringförmige Passfläche (23) zum Unterbringen eines ringförmigen Dichtelements (23a) vorgesehen ist.

3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (13) eine Passfläche (13c) für das Unterbringen und anliegende Aufnehmen eines Elements (17) zum Filtern des Expansionsfluids aufweist.

4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil ein Dreiwegeventil ist.

5. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil ein Zweiwegeventil ist.

6. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (113) längliche Maße aufweist, um zwei einander gegenüberliegende Düsen (120) für eine Expansion in zwei Richtungen aufzunehmen.

7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die längliche Leitung (113) Passflächen (113d) zum Unterbringen jeweiliger Düsenbuchsen (127) aufweist, in welchen eine zugehörige Düse (120) koaxial eingesetzt ist.

8. Ventil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Düsen (120) radiale Rippen (120a) aufweisen, an deren hinterem Ende ein Vorsprung (120b) vorgesehen ist.

9. Ventil nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (120) in der Leitung (113) koaxial gleiten können.

10. Ventil nach Anspruch 8 oder 9 in Verbindung mit Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitung (113) ein Abstandshalter (128) angeordnet ist, welcher mit einem so ausgelegten ringförmigen Vorsprung (128a) versehen ist, dass er mit den Vorsprüngen (120b) der Düsen (120) in Berührung kommt, um die axiale Bewegung derselben zu beschränken.

11. Ventil nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (120) untereinander eine koaxialen Innenleitung unterschiedlichen Durchmessers aufweisen.

12. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Düse (120) in ein an einem Verdampfer (40) befestigtes Verbindungsstück (30), welches mittels des Rohrs (15) mit dem Kondensator verbunden ist, eingesetzt ist.