Expansionsventil: Funktion und Einsatz

Funktionsweise der Expansionsventile: Einfach erklärt  

In seiner einfachsten Form ist das Bauteil eine genau bemessene Verengung im Rohrdurchmesser. Sie stört die Strömung eines Fluids und sorgt dafür, dass dessen Druck schnell sinkt. Während das passiert, dehnt sich das Medium schnell aus – es expandiert und sein Volumen nimmt zu.

Funktion am Beispiel eines Kältemittel-Kreislaufs  

Klimaanlagen und  Wärmepumpen  setzen auf einen Kreislauf, um Wärme von einem niederen zu einem höheren Temperaturniveau zu transportieren. Der sogenannte Kältemittel-Kreislauf besteht dabei aus vier wesentlichen Bauteilen:

• aus zwei Wärmeübertragern (Verdampfer und Verflüssiger)
• einem Verdichter und
• dem Expansionsventil

Am Verdampfer nimmt ein flüssiges Medium thermische Energie auf. Es ändert seinen Aggregatzustand und strömt dann dampfförmig zum Verdichter (zum Beispiel  Scrollverdichter). Dieser hebt mit dem Druck auch die Temperatur des Mediums an. Im Anschluss daran gibt das sogenannte  Kältemittel  am Verflüssiger Energie ab. Seine Temperatur sinkt und es strömt durch das Expansionsventil. Das Bauteil führt zu einer Verringerung des Drucks, wodurch sich das Kältemittel ausdehnt und wieder in seinen Ausgangszustand übergeht.

Dieser letzte Schritt ist besonders wichtig. Denn durch ihn kann der Kreislauf erneut beginnen. Außerdem stellt das Ventil sicher, dass kein flüssiges Kältemittel in den Verdichter strömt. Da Flüssigkeiten nicht kompressibel sind, würden sie erhebliche Schäden am Verdichter anrichten.

Ungeregelt oder geregelt: Die Arten der Ventile  

In der Praxis kommen heute verschiedene Ventilbauarten zum Einsatz. Grundsätzlich lassen sich dabei ungeregelte und geregelte Bauteile voneinander unterscheiden.

Ungeregelte Ausführung für Systeme mit kleiner Leistung

Ungeregelte Ventile sind immer für einen und denselben Auslegungsfall dimensioniert. Sie sind vergleichsweise günstig und einfach aufgebaut, im Einsatz dafür aber eher unflexibel. Herstellen lässt sich ein solches Expansionsventil aus einem langen dünnen Rohr. Das sogenannte Kapillarrohr bremst die Strömung eines Mediums aus und verringert somit dessen Druck. Es sorgt wie ein Trichter für einen gleichmäßigen Austritt und dafür, dass der Verdampfer einer Kältemaschine immer die gleiche Menge Kältemittel bekommt. Geeignet sind die einfachen Expansionsventile für Klimaanlagen mit sehr kleiner Leistung oder Kühlschränke. Also immer dann, wenn das Druckverhältnis zwischen Verflüssigung und Verdampfung klein ist.

Geregelte Expansionsventile für Wärmepumpen und Klimaanlagen

Ist die Leistung einer Kältemaschine höher oder sogar variabel, muss das Ventil höhere Anforderungen erfüllen. In solch einem Fall kommen geregelte Bauteile zum Einsatz. Diese passen ihren freien Querschnitt automatisch so an, dass immer die richtige Kältemittelmenge verdampft. Möglich ist das zum Beispiel mit thermostatischen Expansionsventilen (TEV). Diese reagieren auf die Temperatur vor dem Verdichter und den Druck im Verdampfer. Wenn Erstere ansteigt und der Verdampfungsdruck sinkt, öffnet sich das Ventil und lässt mehr Kältemittel hindurch. Steigt der Verdampfungsdruck zu stark an oder sinkt die Temperatur vor dem Verdichter? Dann mindert das Ventil den Kältemitteldurchfluss selbstständig.

Anlagen mit sehr großer Leistung setzen nicht mehr auf die einfachen thermostatischen Bauteile. Sie arbeiten mit elektronisch geregelten Expansionsventilen (EEV). Denn diese wirken deutlich genauer. Sie ermöglichen einen zuverlässigen Betrieb und eine hohe Effizienz von Wärmepumpen und Kältemaschinen.

Verschiedene Einsatzbereiche der Ventile im Überblick 

Zum Einsatz kommen die Bauteile immer dann, wenn es um den Betrieb von Kältemittel-Kreisläufen geht. So sitzt ein Ventil in der Wärmepumpe, um die Heizung effizient und zuverlässig betreiben zu können. Darüber hinaus kommen Expansionsventile auch in Klimaanlagen oder Kühlschränken zum Einsatz.