Was ist ein thermisches Expansionsventil? Wie ein TXV den Kältemittelfluss steuert

Wenn Sie einen kalten Raum betreten, der sich nicht herunterfahren lässt, ist der Kompressor oft der erste Verdacht. In vielen echten Servicefällen ist jedoch eine viel kleinere Komponente am Verdampfereinlass der Übeltäter: das thermische Expansionsventil. Dieses Messgerät regelt die genaue Menge des flüssigen Kältemittels, das in den Verdampfer gelangt. Bei einer Fehlfunktion zeigt das gesamte System verwirrende Symptome, von schlechter Kühlung bis hin zu schnellen, kurzen Zyklen.

Was ist ein thermisches Expansionsventil?

Ein thermisches Expansionsventil (TXV oder TEV) ist eine Drosselvorrichtung, die in Kühl- und Klimaanlagen verwendet wird. Es sitzt zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer. Das Ventil reduziert den Hochdruck des flüssigen Kältemittels vom Kondensator auf den niedrigeren Druck, der im Verdampfer benötigt wird. Gleichzeitig dosiert es den Kältemittelfluss, sodass der Verdampfer die richtige Flüssigkeitsmenge für die vorhandene Wärmelast erhält.

Der Name Thermostat kommt von der Fähigkeit des Ventils, die Temperatur am Verdampferauslass zu erfassen und seine Öffnung anzupassen. Wenn zu viel Kältemittel zugeführt wird, kann Flüssigkeit zum Kompressor zurückfließen. Wenn zu wenig zugeführt wird, wird der Verdampfer ausgehungert und das System verliert an Kapazität. Aus diesem Grund wird das TXV als das Gehirn der unteren Seite des Kühlkreislaufs bezeichnet.

Wie funktioniert ein thermisches Expansionsventil?

Das Funktionsprinzip eines mechanischen TXV ist ein Gleichgewicht dreier Kräfte. An der Saugleitung am Verdampferauslass ist ein Fühlerkolben befestigt. Der Kolben enthält eine Kältemittelfüllung, deren Druck sich mit der Temperatur des Sauggases ändert. Dieser Druck wird über ein Kapillarrohr auf die Oberseite einer Membran im Ventilkörper übertragen. Die Unterseite der Membran spürt den Verdampferdruck und eine Feder drückt die Ventilnadel in Schließrichtung. Das Ventil setzt sich an der Öffnung ein, wo diese drei Kräfte im Gleichgewicht sind.

Das Ziel des Ventils besteht darin, eine konstante Überhitzung am Verdampferausgang aufrechtzuerhalten. Überhitzung ist die Differenz zwischen der tatsächlichen Saugleitungstemperatur und der Sättigungstemperatur für den Saugdruck. Eine typische Einstellung liegt bei 5 bis 8 Kelvin (9 bis 14 Grad Fahrenheit). Wenn das Auslassgas wärmer wird, steigt der Kolbendruck, die Membran bewegt sich nach unten und das Ventil öffnet sich weiter, um mehr Kältemittel in die Spule zu leiten. Kühlt sich das austretende Gas ab, geschieht das Gegenteil und das Ventil schließt sich ein wenig. Diese einfache Rückkopplungsschleife hält den Verdampfer aktiv, ohne dass Flüssigkeit zum Kompressor geleitet wird.

In Systemen, die einen Kältemittelverteiler verwenden oder einen großen Druckabfall am Verdampfer haben, wird ein extern ausgeglichenes TXV verwendet. Diese Version erfasst den Verdampferdruck am Auslass und nicht am Ventileinlass, sodass die Überhitzungseinstellung auch bei Druckabfall genau bleibt.

Was passiert schief, wenn ein TXV eine Fehlfunktion hat?

Probleme mit Expansionsventilen bringen das System selten vollständig zum Stillstand. Sie äußern sich in der Regel in schlechter Leistung, seltsamen Vereisungsmustern oder dem Auslösen von Schutzvorrichtungen. Ein Servicetechniker muss häufig Drücke und Temperaturen messen, um einen TXV-Fehler von einem Kompressor- oder Kondensatorfehler zu unterscheiden.

Zu den häufigsten Symptomen gehören:

• Zu niedriger Saugdruck bei ausgehungertem Verdampfer und hoher Überhitzung
• Zu hoher Saugdruck mit Flüssigkeitsrückfluss und geringer Überhitzung
• Ungleichmäßiger Frost auf der Verdampferoberfläche
• Der Kompressor läuft kontinuierlich, aber die Raumtemperatur sinkt sehr langsam
• Flüssigkeitsschwallgeräusche vom Kompressor

Typische Grundursachen sind ein Verlust der Ladung des Fühlerkolbens, eine verstopfte Öffnung, ein verstopftes Filtersieb, eine gebrochene Kapillare, eine ermüdete Feder oder eine falsch eingestellte Überhitzung. Zu den regelmäßigen Wartungsarbeiten gehören die Überprüfung des Kontakts und der Isolierung der Fühlerbirne, die Reinigung des Siebs und die Überprüfung, ob das Ventil bei korrekter Überhitzung arbeitet.

Thermostatisches Expansionsventil vs. elektronisches Expansionsventil

Ein elektronisches Expansionsventil (EEV) ersetzt die mechanische Sensorbirne und -feder durch einen Schrittmotor und eine Steuerung. Die Steuerung überwacht Temperatur- und Drucksensoren und positioniert dann das Ventil so, dass eine Zielüberhitzung oder ein Zielflüssigkeitsstand gehalten wird. Ein EEV reagiert schneller als ein mechanisches TXV, behält eine strengere Kontrolle bei und kann sich an veränderte Bedingungen wie große Schwankungen der Wärmelast anpassen.

Hersteller kombinieren heute elektronische Steuerung mit Kompressoren mit variabler Kapazität, um den Energieverbrauch zu senken. AUSSNs AI-Heißfluor-Einheit mit Temperaturregelung und variabler Frequenz ist ein Beispiel für diese Richtung. Es passt die Kompressorgeschwindigkeit und den Kältemittelfluss gemeinsam an die Kühlraumlast an. Für einfache Dauerlastanwendungen bleibt ein herkömmliches TXV eine zuverlässige und wirtschaftliche Wahl.

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Dimensionierung und Auswahl eines Expansionsventils für Ihr System

Bei der Auswahl des richtigen TXV kommt es nicht auf die passenden Rohrdurchmesser an. Das Ventil muss entsprechend dem Kältemitteltyp, dem Verdampfungstemperaturbereich, der erforderlichen Kühlkapazität, dem Druckabfall in der Flüssigkeitsleitung und der erforderlichen Ausgleichsart ausgewählt werden. Hier sind die Hauptfaktoren:

1. Kältemitteltyp, da jedes Kältemittel ein anderes Druck-Temperatur-Verhältnis hat
2. Verdampfungstemperatur, normalerweise die Sättigungstemperatur am Verdampferauslass
3. Kühlleistung des Verdampfers im Betriebszustand, nicht die PS-Nennleistung des Kompressors
4. Druckabfall in der Flüssigkeitsleitung, der zu Flash-Gas und Ventilmangel führen kann
5. Interner oder externer Ausgleicher, je nach Druckabfall im Verteiler

Ein klareres Bild der Komponente, die das Ventil speist, finden Sie unter wie Kühlraumverdampfer funktionieren . Ein überdimensioniertes Ventil schwingt, öffnet und schließt sich schnell und verursacht eine instabile Überhitzung. Ein zu kleines Ventil verstopft den Verdampfer und verringert die Abkühlgeschwindigkeit.

Für schnelle Pull-Down-Anwendungen a Schnellabzugsverdampfer für mittlere Temperaturen wird oft mit einem TXV kombiniert, das für eine große transiente Last ausgelegt ist. Das Ventil muss die Spule während des anfänglichen Herunterfahrens aktiv halten und sich dann beruhigen, wenn sich der Raum dem Sollwert nähert.

Auch die vorgeschaltete Verflüssigungseinheit beeinflusst die Ventilleistung. Ein Pflicht-Matched Luftgekühlte Verflüssigungseinheit für mittlere bis niedrige Temperaturen sorgt für einen stabilen Flüssigkeitsdruck am Ventileinlass. Wenn die Kondensationseinheit über- oder unterdimensioniert ist, sieht das Ventil schwankende Drücke und kann nie die richtige Überhitzung halten.

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Fazit

Das thermische Expansionsventil ist eine kleine Komponente mit großem Einfluss auf ein Kühlsystem. Es schützt den Kompressor vor Überschwemmung und den Verdampfer vor Unterkühlung. Die richtige Dimensionierung, die richtige Einstellung der Überhitzung und ein sauberer Kältemittelkreislauf sorgen dafür, dass ein TXV jahrelang funktioniert. Ganz gleich, ob Sie sich für ein herkömmliches mechanisches Ventil oder eine elektronische Alternative entscheiden: Der Lohn ist eine stabile Raumtemperatur, ein geringerer Energieverbrauch und weniger Ausfälle.

Bewerten Sie bei der Planung eines Kühlraums oder eines gewerblichen Kühlprojekts das Ventil, den Verdampfer und die Kondensatoreinheit als ein aufeinander abgestimmtes System. Wenn Sie einen Hersteller konsultieren, der alle drei Komponenten entwickelt und baut, können Sie Kompatibilitätsprobleme vermeiden, die zu teuren Serviceeinsätzen führen.