-
Die
Erfindung betrifft eine Komponente eines Kältemittelkreislaufes,
insbesondere eines Kältemittelkreislaufes einer Klimaanlage
für ein Fahrzeug, mit einem Gehäuse, das jeweils
wenigstens eine Öffnung für den Zulauf und den
Ablauf des Kältemittels aufweist. Ferner betrifft die Erfindung
eine Klimaanlage mit einer solchen Komponente.
-
Komponenten
eines Kältemittelkreislaufes können beispielsweise
ein Kompressor, ein Kondensator, ein Verdampfer oder ein Wärmetauscher
sein. Sie dienen dazu, eine bestimmte Menge Kältemittel derart
aufzubereiten, dass Wärme eines außerhalb des
Kreislaufes befindlichen Mediums zu- und/oder abgeführt
werden kann. Das außerhalb des Kreislaufes befindliche
Medium kann beispielsweise die Luft eines Fahrgastraumes eines Kraftfahrzeuges
sein, die in einem weiteren Kreislauf zirkuliert.
-
Zur
Aufbereitung des Kältemittels wird das Kältemittel
den verschiedenen, vorstehend genannten Komponenten zugeführt,
wo es verdichtet, verflüssigt und entspannt wird, bevor
es wieder verdichtet wird. Jede Komponente des Kältemittelkreislaufes ist
demnach an wenigstens einer Zulauf- und an einer Ablaufleitung des
Kältemittels angeschlossen. Dabei kann der Zulauf des Kältemittels über
vorgeschaltete Ventile, die Stellglieder darstellen, geregelt werden. Ventile
ermöglichen zudem, den Kreislauf zu erweitern, indem weitere
Komponenten über zu- und/oder abschaltbare Verbindungsleitungen
in den Kreislauf eingebunden werden. Des Weiteren können
Ventile auch zur Aufbereitung des Kältemittels eingesetzt werden,
indem das Kältemittel beim Durchströmen der Ventile
eine Zustandsänderung erfährt. Ein Expansionsventil
beispielsweise dient dazu, den Druck eines einströmenden
Mediums zu mindern. Ein solches Ventil ist in der Regel dem Verdampfer
eines Kältemittelkreislaufes vorgeschaltet, um das im Kompressor
verdichtete Kältemittel zu entspannen, so dass es im Verdampfer
Wärme aufnehmen kann.
-
Ein
Kältemittelkreislauf umfasst herkömmlich mehrere
verschiedene Komponenten und technische Bauteile, die über
Leitungen miteinander verbunden sind. Dabei ist es ein allgemeines
Anliegen, die Anzahl der jeweiligen Komponenten und technischen Bauteile
zu reduzieren, um den erforderlichen Bauraum zu verringern und Leitungswege
zu verkürzen. Eine Bauteilreduzierung wirkt sich in der
Regel auch günstig auf die Kosten aus. Aus dem Stand der
Technik sind daher Maßnahmen bekannt, die eine solche Bauteilreduzierung
ermöglichen sollen.
-
DE 103 06 395 A1 beispielsweise
zeigt eine Klimaanlage für ein Fahrzeug mit einem ersten
und einem zweiten Verdampfer. Der erste Verdampfer ist mit einem
Heizungswärmetauscher zu einem Klimagerät kombiniert,
um die durch den Heizungswärmetauscher geführte
Luft eines Fahrgastraumes kühlen oder erwärmen
zu können. Der zweite Verdampfer ist als umschaltbare Wärmepumpe
ausgebildet, die sowohl zum Kühlen, als auch zum Heizen
eingesetzt werden kann. Hierzu ist der zweite Verdampfer zum einen über
eine Parallelschaltung in den Hauptkreislauf eingebunden, zum anderen über
eine Nebenleitung mit dem Ausgang des Kompressors verbunden. Somit
erübrigt sich eine Kombination des zweiten Verdampfers
mit einem weiteren Heizungswärmetauscher. Die vorgeschlagene
Anordnung der Komponenten eines Kältemittelkreislaufes
erweist sich jedoch nur im Zusammenhang mit einer Klimaanlage mit
mehreren Verdampfern als sinnvoll.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine in einem Kältemittelkreislauf
einsetzbare Komponente bereitzustellen, deren konkrete Ausgestaltung
einen wenig Bauraum erfordernden Kältemittelkreislauf mit
verkürzten Leitungswegen ermöglicht.
-
Zur
Lösung der Aufgabe wird die Komponente mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Bevorzugte Ausführungsformen
werden in den Unteransprüchen beschrieben. Die Aufgabe
wird ebenfalls gelöst durch eine Klimaanlage für
ein Fahrzeug entsprechend Anspruch 8.
-
Erfindungsgemäß ist
im Gehäuse der Komponente eine Aufnahmebohrung für
einen Stellkörper eines Stellgliedes vorgesehen. Indem
zumindest ein Teil des Stellgliedes in der Komponente selbst angeordnet
ist, kann auf eine Verbindungsleitung zwischen Stellglied und Komponente
verzichtet werden. Somit verkürzen sich nicht nur die Leitungswege, sondern
es verringert sich auch die Zahl der Anschlussstellen, deren Dichtheit
jeweils gewährleistet sein muss. Bei einer Komponente eines
Kältemittelkreislaufes im Sinne der Erfindung kann es sich
um einen Kompressor, einen Kondensator, einen Verdampfer oder einen
Wärmetauscher handeln.
-
Nach
einer bevorzugten Ausführungsform ist die Zulauföffnung
für den Zulauf des Kältemittels mit der Aufnahmebohrung
für den Stellkörper des Stellgliedes über
einen gehäuseseitigen Kanal verbunden. Alternativ kann
die Zulauföffnung selbst als Aufnahmebohrung für
den Stellkörper des Stellgliedes ausgebildet sein. Der
Zulauf des Kältemittels erfolgt dann über einen
Kanal innerhalb des Stellkörpers des Stellgliedes. Hierdurch
kann die Anzahl der Öffnungen am Gehäuse der Komponente
weiter reduziert werden, da zusätzlich zu der Aufnahmebohrung für
den Stellkörper nur noch eine Öffnung für
den Ablauf des Kältemittels vorgesehen werden muss. Dies wirkt
sich wiederum günstig auf die Dichtheit des Systems aus.
Die Minimierung der Gefahr, dass Kältemittel durch Leckagen
nach außen dringen, kann, stellt zudem den zuverlässigen
Betrieb der an den Kältemittelkreislauf angeschlossenen
Anlage sicher.
-
Weitere
Vorteile der Erfindung sind aufgrund der Verkürzung der
Leitungslängen darin zu sehen, dass der Einsatz einer solchen
Komponente in einem Kältemittelkreislauf eine kompakte
Anordnung der Bauteile ermöglicht. Die Anlage kann somit
bauraumschonend ausgeführt werden. Durch eine Verkürzung
der Leitungslängen verringern sich auch die Strömungsverluste,
so dass die Effektivität der Anlage steigt.
-
Weiterhin
bevorzugt ist das Stellglied in die Komponente integriert, das heißt
die Komponente umfasst das Stellglied. Dabei ist die Ausgestaltung des Stellgliedes
und der Komponente derart aufeinander abgestimmt, dass diese modular
zusammengesetzt werden können. Auch der Austausch eines Teils
ist somit ohne großen Aufwand möglich, sollte dies
erforderlich sein.
-
Bevorzugt
ist das Stellglied ein Regelventil oder ein Proportionalventil.
Ein solches kann beispielsweise dazu eingesetzt werden, die Kälteleistung
einer Klimaanlage zu regeln, indem über das Ventil der
Hub des Kompressors eingestellt wird. Weiterhin bevorzugt ist das
Stellglied ein elektronisch geregeltes Proportionalventil, das feinfühlig
regelbar ist und dabei besonders geräuscharm arbeitet.
Alternativ oder zusätzlich zur Kompressorregelung können
Regel- beziehungsweise Proportionalventile auch dazu eingesetzt
werden, den gesamten Kältemittelkreislauf zu regeln, oder – bei
Mehrverdampfer-Kreisläufen – einen zusätzlichen
Verdampfer zu- und/oder abzuschalten.
-
Eine
bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Komponente
ein Verdampfer und das Stellglied ein Expansionsventil ist. Das
Expansionsventil ist hierbei dem Verdampfer vorgeschaltet und dient dazu,
den Druck eines durchströmenden Kältemittels soweit
zu mindern, dass das Kältemittel im Verdampfer Wärme
aufnehmen kann. Weiterhin bevorzugt sind der Verdampfer und das
Stellglied in einem Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage,
insbesondere einer Klimaanlage für ein Fahrzeug angeordnet.
Die zu kühlende Luft des Fahrgastraumes gibt im Verdampfer
Wärme an das Kältemittel ab, wobei das Kältemittel
verdampft.
-
Vorzugsweise
ist die Komponente derart ausgebildet, dass CO2 als
Kältemittel (R744) einsetzbar ist. An einen Kältemittelkreislauf,
der CO2 als Kältemittel einsetzt,
bestehen besondere Anforderungen. Während andere Kältemittel
einsetzende Kreisläufe bei Betriebsdrücken von
etwa 40 bar arbeiten, erfordert der Kältemittelkreislauf
beispielsweise einer R744-Klimaanlage Betriebsdrücke bis
etwa 140 bar. Die Komponente ist daher derart ausgelegt, dass den ungleich
höheren Betriebsdrücken Rechnung getragen wird.
Ferner hat CO2 die unangenehme Eigenschaft,
dass es in elastomere Dichtelemente und Kunststoffe diffundiert
und diese bei raschem Druckabfall zur „explosiven Dekompression",
das heißt, zum Zerplatzen bringt. Deshalb sind Abdichtungen der
Komponente, die mit dem Kältemittel in Kontakt kommen,
bevorzugt als metallische Abdichtungen ausgeführt.
-
Gegenstand
der Erfindung ist ferner eine Klimaanlage für ein Fahrzeug,
die wenigstens eine vorstehend beschriebene erfindungsgemäße
Komponente umfasst. Eine solche Komponente kann wiederum ein Kompressor,
ein Kondensator, ein Verdampfer oder ein Wärmetauscher
sein.
-
Nach
einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die Klimaanlage
einen Mehrverdampfer-Kreislauf. Ein solches System ist dazu ausgelegt, mittels
eines ersten Verdampfers einen ersten Bereich des Fahrgastraumes
zu kühlen und/oder zu erwärmen sowie mittels eines
zweiten Verdampfers einen zweiten Bereich des Fahrgastraumes zu
kühlen und/oder zu erwärmen. Der zweite Verdampfer
ist in der Regel ein Heckverdampfer. Bei beiden Verdampfern kann
die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Komponente
eines Kältemittelkreislaufes zum Tragen kommen, so dass
in beiden Gehäusen jeweils eine Aufnahmebohrung für
einen Stellkörper eines Stellgliedes vorgesehen ist. Vorzugsweise
handelt es sich bei dem Stellglied um ein Expansionsventil, dass dem
jeweiligen Verdampfer vorgeschaltet ist.
-
Weiterhin
bevorzugt wird in der Klimaanlage CO2 als
Kältemittel (Kältemittel R744) eingesetzt. Kohlendioxid
ist ungiftig, kostengünstig und kann nahezu unbegrenzt
gewonnen werden. Wird es der natürlichen Umgebung entnommen,
verursacht es keinen zusätzlichen Treibhauseffekt.
-
Bevorzugt
weist die Klimaanlage zudem die Zusatzfunktion einer Wärmepumpe
auf. Gegebenenfalls kann dadurch die Anordnung eines Zusatzheizers
entfallen, so dass die Anzahl der zum Betrieb des gesamten Klimasystems
erforderlichen Komponenten und Bauteile weiter reduziert werden
kann. In der Folge verringert sich auch der Montageaufwand, was
sich ebenfalls günstig auf die Kosten auswirkt. Weiterhin
können Leitungswege verkürzt und somit leckageanfällige
Anschlussstellen reduziert werden.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen:
-
1 eine
schematische Schnittzeichnung im Bereich des Gehäuses einer
erfindungsgemäßen Komponente nach einer ersten
Ausführungsform,
-
2 eine
schematische Schnittzeichnung im Bereich des Gehäuses einer
erfindungsgemäßen Komponente nach einer zweiten
Ausführungsform.
-
Bei
dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 weist
der Gehäuseabschnitt 1 der Komponente wenigstens
drei Öffnungen auf. Davon sind zwei Öffnungen 5, 6 für
den Zulauf beziehungsweise Ablauf eines Kältemittels vorgesehen,
das die Komponente durchströmt. An die Öffnungen 5, 6 anschließende
Verbindungsleitungen 8 verbinden die Komponente mit weiteren
Komponenten des Kältemittelkreislaufes. Die dritte Öffnung
ist als Aufnahmebohrung 2 für einen Stellkörper 3 eines
Stellgliedes 4 ausgebildet. Die Aufnahmebohrung 2 und
der Stellkörper 3 weisen in der Darstellung endseitig
eine konisch verlaufende Ausbildung auf. Die Erfindung ist hierauf
jedoch nicht beschränkt. Die Aufnahmebohrung 2 und
der Stellkörper 3 können somit jegliche andere
Form aufweisen, die es erlaubt, einen von der Aufnahmebohrung 2 wegführenden
Kanal 9 zu schließen und/oder zu öffnen.
Es sei in diesem Zusammenhang angemerkt, dass es sich bei den 1 und 2 lediglich
um schematische Darstellungen handelt. Demnach kann auch die Ausbildung
des Gehäuses 1 der Komponente völlig
anders ausgestaltet sein. Entsprechendes gilt für die Anordnung
der Zulaufbeziehungsweise Ablauföffnungen.
-
Des
Weiteren ist 1 ein gehäuseseitiger Kanal 7 zu
entnehmen, der die Zulauföffnung 5 mit der Aufnahmebohrung 2 verbindet.
Eine axiale Verschiebung des Stellkörpers 3 des
Stellgliedes 4 legt eine Öffnung 10 der
Aufnahmebohrung 2 frei, in die der gehäuseseitige
Zulaufkanal 7 mündet. Eine axiale Verschiebung
des Stellkörpers 3 des Stellgliedes 4 bewirkt
somit eine Veränderung des Durchflussvolumens des durch
die Öffnung 5 zugeführten Kältemittels.
In Abhängigkeit von der Funktion des jeweiligen Stellgliedes
können durch eine axiale Verschiebung des Stellkörpers 3 in
der Aufnahmebohrung 2 auch der Druck sowie die Geschwindigkeit
des durchströmenden Kältemittels beeinflusst werden.
Entsprechend der jeweiligen Funktion des Stellgliedes 4 erfolgt
auch die Anordnung der Zu- und Ablaufkanäle 7, 9 sowie
deren Ausgestaltung.
-
Im
Unterschied zu der Aufführungsform nach 1,
weist die Komponente gemäß 2 lediglich eine Öffnung 6 für
den Ablauf des Kühlmittels sowie eine Aufnahmebohrung 2 zur
Aufnahme eines Stellkörpers 3 eines Stellgliedes 4 auf.
Die Aufnahmebohrung 2 ist jedoch zugleich als Zulauföffnung 5 ausgebildet,
in die ein durch den Stellkörper 3 verlaufender Kanal 11 mündet.
Vorliegend wird die Verbindung zwischen dem Kanal 11 und
der Aufnahmebohrung 2 über abzweigende Seitenkanäle 12 hergestellt. Durch
eine axiale Verschiebung des Stellkörpers 3 in der
Aufnahmebohrung 2 können die Austrittsöffnungen
der seitlichen Kanäle 12 geschlossen oder geöffnet
werden, indem der Stellkörper 3 in Anlage mit
den den Öffnungen 12 gegenüberliegenden
Innenwandflächen der Aufnahmebohrung 2 gebracht
oder von diesen weggeführt wird. Je nach Funktion des Stellgliedes 4 können
jedoch auch hier sämtliche Kanäle 9, 11, 12 anders
angeordnet und/oder dimensioniert sein. Es wird nochmals darauf
hingewiesen, dass es sich bei den 1 und 2 lediglich
um schematische Darstellungen zum Aufzeigen der prinzipiellen Unterschiede
beider Ausführungsformen handelt.
-
Ein
Grundgedanke der Erfindung – und somit beiden Ausführungsformen
gemein – besteht darin, dass das Stellglied 4 zumindest
teilweise in dem Gehäuse 1 der Komponente integriert
ist. Dabei kann die Aufnahmebohrung 2 auch derart ausgelegt
sein, dass es das Stellglied 4 vollständig aufnimmt.
-
Die
Vorteile der Erfindung sind unter anderem darin zu sehen, dass die
bislang erforderliche Verbindungsleitung zwischen Stellglied und
Komponente entfallen kann und sich damit die Anzahl der Anschlussstellen
reduziert, an denen Leckagen auftreten können. Ferner sind
Klimaanlagen durch Einsatz einer erfindungsgemäßen
Komponente bauraumschonend und aufgrund des geringen Montageaufwandes
kostengünstig zu realisieren.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-