cold.wissen - Mechanische Kühlwasserregler

Kühlwasserregler sind Ventile, speziell für wassergekühlte Verflüssigungssätze

Aufbau – druckgeführte Wasser- ventile


Wasserventile – druck- und temperaturgesteuert

 

Kühlwasserregler haben zwei Anschlüsse für den Wasserkreislauf und einen für den Kältekreis. Die beiden Wasseranschlüsse – zumindest die der kleineren Geräte bis 1 ½“ Rohranschluss – sind als G-Zoll-Innengewinde ausgeführt, wie dies in der Wassertechnik seit langem Standard ist. Bei Anschlussgrößen von 2, 3 oder 4 Zoll sind Flanschanschlüsse Standard, die rohrseitig stumpf angeschweißt werden. Der Anschluss für die Hochdruckseite der Kälteanlage ist als 7/16 UNF-Bördelnippel ausgeführt. Dieser kann via 6 mm Kupferrohr oder über ein vorkonfektioniertes Kapillarrohr mit entsprechenden Überwurfmuttern mit der Kälteanlage verbunden werden. Beim Typ „WVFX“ bis Größe 25 befindet sich zur Justierung des Verflüssigungsdruck-Soll- wertes ein grauer Einstellknopf gegenüber der Kältemittelseite. Wird dieser Knopf in Richtung „+“ (gegen den Uhrzeigersinn) gedreht, so erhöht sich der Sollwert und somit der angestrebte Verflüssigungsdruck (bzw. die Verflüssigungstemperatur, denn im Nassdampfbereich des Verflüssigers verhalten sich Druck und Temperatur konstant zueinander). Soll also beispielsweise die Verflüssigungstemperatur mit dem Kältemittel R404A von 35 auf 40 °C angehoben werden, so ist der Einstellknopf in „+“ Richtung, also gegen den Uhrzeigersinn zu drehen. Im Gegensatz dazu bewirkt ein Drehen in „-“ Richtung eine Absenkung des Verflüssigungsdruckes bzw. der -temperatur.


 

 

Aufbau – temperaturgeführte Wasserventile

Wirkung und Einstellung sind bei temperaturgeführten Wasserventilen exakt gleich wie bei ihren druckgeführ- ten Verwandten. Der Unterschied besteht in erster Linie darin, dass nun tatsächlich eine Temperatur als Istwert aufgenommen wird. Zu diesem Zweck gibt es an temperaturgeführten Kühlwasserreglern (z.B. Typ „AVTA“) einen Fernfühler, der die aktuelle Temperatur misst. Das heißt, auch bei einem „ATVA“-Ventil muss in „+“ Richtung (gegen den Uhrzeigersinn) gedreht werden, um den Sollwert beispielsweise von 35 auf 40 °C zu erhöhen.


Einstellung „WVFX“ – „AVTA“


 

 

Fühlerplatzierung

Bei einem temperaturgeführten Gerät den Verflüssigungsdruck zu messen, ist nicht ganz einfach. Während bei der Druckversion „WVFX“ die Abgangsstelle der Steuerleitung für den Kältemittelanschluss an beliebiger Stelle auf der Druckseite der Kälteanlage (Heißgas- oder Flüssigkeitsseite) gewählt werden kann, ist dies bei der Temperaturversion „ATVA“ nicht möglich. So entspricht der gemessene Wert beim Anlegen des Fernfühlers an der Heißgasleitung nicht der Verflüssigungstemperatur, sondern ist wesentlich höher. Das liegt daran, dass das Kältemittel hier bereits vollständig gasförmig und überhitzt ist. Diese Stelle eignet sich damit nicht für die Anbringung des „AVTA“-Fühlers. Ähnlich verhält es sich mit der Flüssigkeitsleitung, da das flüssige Kältemittel dort bereits unterkühlt ist. Damit ist die tatsächliche Temperatur niedriger als der Wert, der am Hochdruckmanometer als Druck-Temperaturentsprechung abgelesen werden kann. Besser geeignet ist der Verflüssigerausgang, allerdings sollte der Fühler noch vor dem Sammler angebracht werden. Abgesehen von der beschriebenen Problematik muss auch ein guter Wärmeübergang von der Kälterohrleitung zum Fühler gegeben sein. Auf diesen Punkt sollte besonders dann geachtet werden, wenn der Fühler an einem Edelstahlrohr montiert wird. Edelstahl ist ein schlechter Wärmeleiter. Daher ist es möglich, dass die aktuelle Temperatur etwas zeitverzögert an den Fühler und den „AVTA“- Kühlwasserregler weitergeleitet wird. Dies führt zu einer trägeren Regelcharakteristik und damit häufig zu Schwankungen im Verflüssigungsdruck. Die Anbringung des Fühlers an die Kühlwasserleitung selbst empfiehlt sich normalerweise nicht, denn im Allgemeinen sollte der Fühler immer das zu kühlende Medium fühlen. Sollte ein „AVTA“ tatsächlich zur Konstanthaltung der Kühlwassertemperatur verwendet werden, dann ist folgendes unbedingt zu beachten: Um nach dem Schließen des Ventils eine Wiederöffnung zu ermöglichen, sollte ein Bypass über den Kühlwasserreg- ler installiert werden. Ansonsten besteht die Gefahr, dass der temperaturgeführte Kühlwasserregler nicht mehr öffnet, da die Temperatur an der Fühlerstelle niedrig ist (kein Öffnungsbedarf) und auch kein warmes Wasser mehr nach fließen kann.


„AVTA“ - temperaturgeführter Kühlwasserregler


 

 

Temperaturbereich

Ebenfalls entscheidend für die richtige Wahl eines temperaturgeführten Kühlwasserreglers ist der Regelbereich. Es gibt „AVTA“- und „WVTS“-Geräte mit einem Regelbereich von 0 bis 30 °C, 25 bis 65 °C und 50 bis 90 °C. Bei „AVTA“ gibt es noch einen Sonderbereich mit 10 bis 80 °C. Damit empfehlen sich für Standardkälteanlagen mit Verflüssigungstemperaturen zwischen 30 und 55 °C die „AVTA“- / „WVTS“-Versionen für Bereiche von 25 bis 65 °C. Auch 10 bis 80 °C ist theoretisch denkbar, da hier der Normalverflüssigungsbereich ebenfalls abgedeckt wird. In der Praxis ist in diesem Fall allerdings der 25/65-Variante der Vorzug zu geben, da dieser Regler aufgrund seines kleineren Temperaturbereiches eine bessere Regelauflösung besitzt. Im Servicefall, also beim Austausch eines Temperaturreglers, dessen Fühler in einer Tauchhülse sitzt, ist auch auf den Durchmesser der Fühler zu achten. Es gibt Ausfüh- rungen mit 9,5 und 18 mm Durchmesser. Die Erklärungen zeigen, dass der druckgeführte Kühlwasserregler grundsätzlich besser geeignet ist für den Einsatz in Kompressionskälteanlagen als die temperaturgeführte Version. Letztere empfiehlt sich eher für besondere Anwendungen wie zum Beispiel Sonderkältemittel mit hoher Drucklage.


Anordnung des Ventils im System


 

 

Anordnung des Kühlwasserreglers

Eine häufig gestellte Frage bezieht sich auf die Anordnung des Kühlwasserreglers. Er kann wasserseitig sowohl vor als auch nach dem Verflüssiger eingebaut werden. Dabei sollte in Wassersystemen grundsätzlich ein Grobschmutzfilter vor dem Kühlwasserregler montiert werden. Dieser dient dazu größere Fremdpartikel, die sich im Wassersystem befinden, herauszufiltern. Grob- schmutzfilter sind regelmäßig zu warten, wobei die Wartungsintervalle abhängig sind vom Verschmutzungsgrad des Kühlwassers. Als grober Richtwert kann von einer halbjährigen Wartung ausgegangen werden. Bei der Nutzung von aufbereitetem Flusswasser, wie oft in Großunternehmen nahe eines Flusses der Fall, kann sogar eine noch höhere Wartungsfrequenz nötig sein. Für die Verwendung von aggressiveren Medien, die das Gehäuse der Standardkühlwasserregler angreifen würden, gibt es auch Spezialausführungen von „WV- FX 10 - 25“ in Edelstahl. Die Beimischung von Frostschutzmittel oder die Verwendung einer Sole kann bei Stillstandsphasen im Winterbetrieb nötig sein, um ein Einfrieren des

 
Auslegungsdiagramm


 

 

Druckabfälle

Bei der Dimensionierung von temperatur- und druckgeführten Kühlwasserreglern spielen Wasservolumenstrom und Leistungsgröße des Kühlwasserreglers eine Rolle. Daraus ergibt sich ein bestimmter Druckabfall, der bei der Auslegung von Ventilen grundsätzlich zu beachten ist. Bei direktgesteuerten Kühlwasserreglern wie beispielsweise dem druckgeführten „WVFX“ oder dem temperaturgeführten „AVTA“ ist das Hauptaugenmerk auf die Vermeidung von zu hohen Druckabfällen zu richten, da beide Ventilserien auch bei kleinsten Druckabfällen stabil arbeiten können. Bei servogesteuerten Kühlwasserreglern, wie „WVS“ (Druck) und „WVTS“ (Temperatur) sind neben den maximalen auch unbedingt die minimalen Druckabfälle zu beachten. So benötigt ein „WV(T)S“ einen minimalen Wasserdruckabfall von 0,3 bar, um stabil arbeiten zu können. Ergibt sich bei der Auslegung eine Unterschreitung dieses Wertes, so muss eine kleinere Leistungsgröße gewählt werden. Ansonsten verfällt das Ventil in einen instabilen Regelbetrieb. Bei Pumpenbetrieb sollte man keine zu hohen Druckabfälle zulassen. Richtwert ist ein Druckabfall deutlich unterhalb der 1 barMarke.


Schnittbild „WVFX“ (druckgeführt)

 

Der Einsatz eines Strangregulierven- tils empfiehlt sich um zu verhindern, dass die Pumpe gegen ein geschlossenes 2-Wege-Ventil (den Kühlwasserregler) arbeitet. In einem solchen Fall (geschlossenes Ventil) lässt das Strangregulierventil das Wasser über einen Bypass zur Pumpe zurückströmen. So wird ein kontinuierlicher Wasservolumenstrom sichergestellt und gleichzeitig vermieden, dass die Pumpe beschädigt wird. Falls tatsächlich Stadtwasser vor dem Ventil ansteht (z.B. mit 4 bar Wasserdruck) und danach frei ausläuft, kann das Ventil durchaus kleiner ausgelegt werden. Der Druckabfall über dem Ventil wird dann in der Praxis immer 4 bar betragen.


Druckgeführtes Wasserventil „WVFX“ in Hochdruckversion


 

 

Kältemitteleignung

Allgemein eignen sich druckgeführte Kühlwasserregler für alle üblichen HFKW- und HFCKW - Kältemittel, solange der Regelbereich bei zulässigem Betriebsüberdruck mit den Auslegungskriterien der Gesamtanlage harmoniert. So hat beispielsweise ein „WVFX 15“ einen zulässigen Betriebsüberdruck von 26,4 bar für den Kältemittelanschluss und ist damit z.B. für eine Anlage mit dem Kältemittel R407C und einem maximalen Betriebsdruck von 25 bar geeignet. Bei einem Einstellsollwert von 40 °C (Taupunkttemperatur) auf der Hochdruckseite der Kälteanlage entspricht dies einem Manometerdruck von ca. 14 bar. „WVFX 15“ gibt es mit zwei verschiedenen Regelbereichen: 3,5 bis 16 bar Überdruck und 4 bis 23 bar Überdruck (Manometerdruck). Bei dem beschriebenen Fall eignet sich die Variante mit 3,5 bis 16 bar Überdruck. Bei der gleichen Anlage, betrieben mit 50 °C Kondensation, wäre es die Variante mit 4 bis 23 bar Überdruck, da 50 °C Verflüssigungstaupunkttemperatur etwa 19 bar Betriebsdruck entspricht. Allerdings ist letzteres eher ein theoretisches Beispiel, da bei Systemen mit wassergekühlten Verflüssigern in der Regel niedrigere Kondensationstemperaturen gefahren werden als bei luftgekühlten Systemen. Bei wassergekühlten Systemen sind Kondensationstemperaturen zwischen 30 und 40 °C, auch im Sommer, als Standard anzusehen. Bei luftgekühlten Systemen liegt dieser Wert nicht selten um 10 K höher. Für besonders hohe Drücke gibt es außerdem Spezialversionen von „WVFX 10 - 25“ mit maximal zulässigen Betriebsdrücken von bis zu 45,2 bar und einem Arbeitsbereich von 15 bis 29 bar Überdruck. Diese Geräte bieten sich für die Kältemittel R410A oder R744 (CO2) im unterkritischen Betrieb an.

Typ Verflüssigungsseite Flüssigkeitsseite k-Wert in m³/h
Kältemittel Einstellbe- reich des Schließdrucks bar Zul. Be- triebsüber- druck PB bar Max. Prüfdruck p´ bar Medium Zul. Be- triebsüber- druck PB bar Max. Prüfdruck p´ bar
WVFM 10 CFC, HCFC, HFC 3.5 / 10.0 15.0 16.5 Frischwasser, neutrale Sole, Meerwasser 10 10 2.4
WVFM 16 3.5 / 10.0 15.0 16.5 10 10 2.4
WVFM 10 3.5 / 16.0 26.4 29 16 24 1.4
WVFM 10 4.0 / 23.0 26.4 29 16 24 1.4
WVFM 15 3.5 / 16.0 26.4 29 16 24 1.9
WVFM 15 4.0 / 23.0 26.4 29 16 24 1.9
WVFM 20 3.5 / 16.0 26.4 29 16 24 3.4
WVFM 20 4.0 / 23.0 26.4 29 16 24 3.4
WVFM 25 3.5 / 16.0 26.4 29 16 24 5.5
WVFM 25 4.0 / 23.0 26.4 29 16 24 5.5
WVFM 32 4.0 / 17.0 24.1 26.5 10 10 11.0
WVFM 40 4.0 / 17.0 26.4 26.5 10 10 11.0
WVS 32 CFC, HCFC, HFC, R717 (NH3) 2.2 / 19.0 26.4 29.0 Frischwasser, neutrale Sole 10 16 12.5
WVS 40 2.2 / 19.0 26.4 29.0 10 10 21.0
WVS 50 2.2 / 19.0 26.4 29.0 10 16 32.0
WVS 65 2.2 / 10.0 26.4 29.0 10 16 45.0
WVS 80 2.2 / 19.0 26.4 29.0 10 16 80.0
WVS 100 2.2 / 19.0 26.4 29.0 10 16 125.0


Verflüssigerlüfterdrehzahlregler „XGE“ – „RGE“

 

 




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