DE102008021753A1

DE102008021753A1 - Kombivorrichtung umfassend einen Akkumulator und einen Wärmetauscher für eine Kfz-Klimaanlage

Info

Publication number: DE102008021753A1
Application number: DE102008021753A
Authority: DE
Inventors: Peter Hellmann; Matthias Hauer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2008-04-30
Filing date: 2008-04-30
Publication date: 2009-11-05
Also published as: WO2009132795A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kombivorrichtung umfassend einen Akkumulator und einen Wärmetauscher für eine Kfz-Klimaanlage mit einem Kühlmittelkreislauf, wobei der Akkumulator und der Wärmetauscher gemeinsam in einem Druckbehälter mit einer Wandung angeordnet sind, und dem Wärmetauscher ein stromabwärts des Wärmetauschers angeordnetes oder anordenbares Expansionsorgan des Kühlmittelkreislaufs zugeordnet ist. Dazu ist das Expansionsorgan (7) in oder an einem äußeren Bereich der Wandung (5) angeordnet (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kombivorrichtung umfassend einen Akkumulator und einen Wärmetauscher für eine Kfz-Klimaanlage mit einem Kühlmittelkreislauf, wobei der Akkumulator und der Wärmetauscher gemeinsam in einem Druckbehälter mit einer Wandung angeordnet sind, und dem Wärmetauscher ein stromabwärts des Wärmetauschers angeordnetes oder anordenbares Expansionsorgan des Kühlmittelkreislaufs zugeordnet ist.
Eine solche Kombivorrichtung für eine Kfz-Klimaanlage ist beispielsweise aus der DE 10 2006 011 416 A1 bekannt.
Im Allgemeinen wird bei herkömmlichen Kfz-Klimaanlagen die Luft, die der Fahrgastzelle zugeführt wird, an einem Verdampfer gekühlt, wobei das in diesen geleitete Kühlmittel verdampft und die dafür erforderliche Wärmemenge der Luft entzieht.
Bei der aus der eingangs genannten DE 10 2006 011 416 A1 bekannten Kfz-Klimaanlage wird das Kühlmittel in einem Kreisprozess von einer Hochdruckseite eines Kompressors, in dem das gasförmige Kühlmittel verdichtet und dadurch erwärmt wird, an einen Hochdruckabschnitt des Kühlmittelkreislaufs geleitet. Der Hochdruckabschnitt umfasst folgende Komponenten nämlich einen stromabwärts des Kompressors angeordneten Gaskühler, in dem das verdichtete Kühlmittel verflüssigt wird, einen ersten Strömungszweig eines Wärmetauschers und ein Expansionsorgan, das zum einen das mit höherem Druck und mit höherer Temperatur versehene Kühlmittel wieder entspannt und zum anderen den Zustrom des Kühlmittels zu einem stromabwärts des Expansionsorgans angeordneten Verdampfer reguliert. Dann durchströmt das Kühlmittel durch einen Niederdruckabschnitt des Kühlmittelkreislaufs, der aus dem Verdampfer zum Verdampfen des Kühlmittels, einem in Strömungsrichtung nach dem Verdampfer angeordneten Akkumulator und einem zweiten Strömungszweig des Wärmetauschers, der mit einer Saugseite des Kompressors verbunden ist, besteht.
Bei dieser bekannten Weiterentwicklung einer Kfz-Klimaanlage, die von der Anmelderin entwickelt wurde, ist der Akkumulator und der Wärmetauscher zu einer Kombivorrichtung zusammengefasst. Eine derartige Ausgestaltung stellt eine kompakte Kfz-Klimaanlage bereit, die ebenfalls bei kleinen Fahrzeugen anordbar ist.
Bei praktischem Einsatz hat sich jedoch herausgestellt, dass die Geräuschbelastung, die mit Klimatisierung verbunden ist, nach wie vor relativ hoch ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Kombivorrichtung für eine Kfz-Klimaanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dahingehend weiterzuentwickeln, dass eine kompakte Kfz-Klimaanlage bereitgestellt wird, bei der zum einen der Aufbau und die Montage des gesamten Kühlmittelkreislaufs vereinfacht wird und zum anderen die mit der Klimatisierung verbundene Geräuschbelastung reduziert wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Kombivorrichtung für eine Kfz-Klimaanlage nach Anspruch 1 dadurch gelöst, dass das Expansionsorgan in oder an einem äußeren Bereich der Wandung angeordnet ist.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass keine zusätzliche Kühlmittelleitung in Form eines Rohres zwischen der Kombivorrichtung und dem Expassionsorgan notwendig ist, da das Expansionsorgan entweder an oder in der Wandung des Druckbehälters der Kombivorrichtung angeordnet ist. Es ist bekannt, dass sich in der Kühlmittelleitung, über die die Komponenten der Kfz-Klimaanlage miteinander verbunden sind, solche Strömungsprofile einstellen können, die zu erhöhten Strömungswiderständen und ferner zu einer erhöhten Geräuschbildung führen können. Demnach führt eine derartige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kombivorrichtung, bei der die Kühlmittelleitung zwischen der Kombivorrichtung und dem Expansionsmittel entfällt, zur Reduzierung der Geräuschbelastung.
Ferner hat eine derartige Ausgestaltung den Vorteil, dass die Kombivorrichtung mit dem Expassionsorgan in einem vormontierten Zustand geliefert werden kann, wodurch zum einem die Montage des gesamten Kühlmittelkreislaufs einer derartig ausgestalteten Kfz-Klimaanlage deutlich vereinfacht wird und zum anderen deren Herstellungskosten verringert werden. Darüber hinaus ist eine derartige Kfz-Klimaanlage, bei der drei Komponenten, nämlich der Akkumulator, der Wärmetauscher und das Expassionsorgan einen Zusammenbau bilden, noch kompakter und somit ebenfalls für kleine Fahrzeuge geeignet.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist der Druckbehälter einen Kopfbereich auf, in dem das Expansionsorgan an der Wandung angeordnet ist.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist der Kopfbereich eine verstärkte Wandung auf.
Diese Maßnahmen haben den Vorteil, dass durch die verstärkte Wandung in dem Kopfbereich eine besonders stabile Verbindungsstelle für das Expansionsorgan gewährleistet wird.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Wärmetauscher zwischen dem Kopfbereich und dem Akkumulator angeordnet.
Durch eine Anordnung des Wärmetauschers in der Nähe des Kopfbereichs wird erreicht, dass der Wärmetauscher möglichst nahe dem Expansionsorgan angeordnet ist, um den Weg des Kühlmittels zwischen den nacheinander angeordneten Komponenten Des Kühlmittelkreislaufs möglichst zu verkürzen.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung ist das Expansionsorgan mittels einer Schraubverbindung, Schweißverbindung und/oder einer Klebeverbindung mit der Wandung verbunden.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Schraubverbindung, Schweißverbindung und/oder Klebeverbindung besonders einfach zu bewerkstelligen ist.
Als Expansionsorgan wird vorteilhafterweise ein thermostatisches Expansionsventil eingesetzt.
Die erfindungsgemäße Klimaanlage eignet sich insbesondere für das Kühlmittel R744 (CO₂-Kühlmittel).
Vorgenannte Aufgabe wird – insbesondere in Verbindung mit vorgenannten Merkmalen – weiterhin durch eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug mit einem Kühlmittelkreislauf umfassend Kühlmittelleitung für ein Kühlmittel gelöst, bei der der Kühlmittelkreislauf einen Hochdruckabschnitt aufweist, der folgende Komponenten umfasst nämlich einen Kompressor der mit einer Hochdruckseite mit der Kühlmittelleitung verbunden ist, einen stromabwärts des Kompressors angeordneten Gaskühler, einen ersten Strömungszweig eines stromabwärts des Gaskühlers angeordneten Wärmetauschers und ein stromabwärts des Wärmetauschers angeordnetes Expansionsorgan, wobei der Kühlmittelkreislauf ferner einen Niederdruckabschnitt aufweist, und wobei die genannten Komponenten über die Kühlmittelleitung miteinander verbunden sind und in der angegebenen Reihenfolge vom Kühlmittel durchflossen werden können, und wobei ein Akkumulator und der Wärmetauscher eine Kombivorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 bilden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Niederdruckabschnitt folgende Komponenten nämlich einen stromabwärts des Expansionsorgans angeordneten Verdampfer, einen zweiten Strömungszweig des Wärmetauschers, wobei der zweite Strömungszweig mit einer Saugseite des Kompressors verbunden ist.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Rohrlänge der Kühlmittelleitung zwischen dem Ausgang des Expansionsorgans und dem Anschlussbereich des Verdampfers weniger als 140 cm.
Bei praktischem Einsatz hat sich herausgestellt, dass die durch das Expansionsmittel verursachte Geräuschbelastung reduziert wird, wenn der Abstand also die Rohrlänge der Kühlmittelleitung zwischen dem Ausgang des Expansionsorgans und dem Anschlussbereich des Verdampfers verringert wird. Durch Verkürzung der Rohrlänge der Kühlmittelleitung werden z. B. Flüssigkeitsschwingungen vermieden, die zu einer erhöhten Geräuschebildung führen, was für die Fahrzeugsinsassen störend ist.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Rohrlänge der Kühlmittelleitung zwischen dem Ausgang des Expansionsorgans und dem Anschlussbereich des Verdampfers weniger als 130 cm, vorzugsweise weniger als 120 cm, noch bevorzugter weniger als 110 cm, am bevorzugtesten 100 cm beträgt.
Vorgenannte Aufgabe wird – insbesondere in Verbindung mit vorgenannten Merkmalen – weiterhin durch ein Kraftfahrzeug gelöst, das eine Klimaanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 10 aufweist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist ein Kopfbereich eines Druckbehälters in Fahrtrichtung im Frontbereich des Kraftfahrzeuges angeordnet.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verdampfer im Schalttafel im Frontbereich des Kraftfahrzeuges angeordnet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines ausgewählten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung näher beschrieben und erläutert. Es zeigt:
1: ein Anlageschema einer Kfz-Klimaanlage mit einer erfindungsgemäßen Kombivorrichtung.
Die in 1 dargestellte Kfz-Klimaanlage weist in Strömungsrichtung folgende Komponenten auf, nämlich einen Kompressor 1, einen Gaskühler 2, eine Kombivorrichtung 3 umfassend einen Akkumulator 3.1 und einen Wärmetauscher 3.2, ein Expansionsorgan 7 und einen Verdampfer 8. Die Kombivorrichtung 3 weist einen Druckbehälter 4 mit einer Wandung 5 auf, in dem der Akkumulator 3.1 und der einen ersten Strömungszweig 3.2.1 und einen zweiten Strömungszweig 3.2.2 aufweisenden Wärmetauscher 3.2 angeordnet sind. Der Druckbehälter 4 weist einen Kopfbereich 6 auf. In dem Kopfbereich 6 des Druckhalters 4 ist an der Wandung 5 das Expansionsorgan 7 angeordnet. Wie es insbesondere aus der Darstellung in 1 hervorgeht ist die Wandung 5 in dem Kopfbereich 6, also in dem Bereich in dem das Expansionsorgan 7 angeordnet ist, verstärkt.
Durch die Anordnung des Expansionsorgans 7 an der Wandung 5 des Druckbehälters 4 entfällt eine Kühlmittelleitung zwischen der Kombivorrichtung 3 und dem Expansionsorgan 7. Die übrigen Komponenten sind jeweils über eine Kühlmittelleitung miteinander verbunden, wie es schematisch dargestellt ist.
Das CO₂-Kühlmittel weist auf einer Saugseite des Kompressors 1 einen Druck von etwa 35 bis 45 bar und eine Temperatur von etwa 20°C auf. In dem Kompressor 1 wird das CO₂-Kühlmittel auf etwa 100 bar verdichtet. Die Verdichtung verursacht die Temperaturerhöhung des CO₂-Kühlmittels auf etwa 100°C.
Das verdichtete und erwärmte CO₂-Kühlmittel wird an einen Hochdruckabschnitt umfassend den stromabwärts des Kompressors 1 angeordneten Gaskühler 2, den ersten Strömungszweig 3.2.1 des Wärmetauschers 3.2 und das Expansionsorgan 7, geleitet. In dem Gaskühler 2 wird das CO₂-Kühlmittel mittels vorbeiströmender Außenluft auf etwa 60°C gekühlt, wobei die dem CO₂-Kühlmittel entnommene Wärme mit der Außenluft abgeführt wird. Dann durchströmt das auf 60°C gekühlte CO₂-Kühlmittel den ersten Strömungszweig 3.2.1 des Wärmetauschers 3.2, in dem es weiter auf 25°C gekühlt wird. Die Kühlung erfolgt dadurch, dass das durch den ersten Strömungszweig 3.2.1 des Wärmetauschers 3.2 durchströmende CO₂-Kühlmittel die Wärme an das CO₂-Kühlmittel, das durch den zweiten Strömungszweig 3.2.2 des Wärmetauschers 3.2 durchströmt, abgibt. In dem Expansionsorgan 7 wird das flüssige, auf etwa 100–110 bar verdichtete und etwa 25°C aufweisende CO₂-Kühlmittel auf etwa 35–45 bar entspannt und auf eine Temperatur von etwa 0°C bis 10°C abgekühlt.
In diesem Zustand gelangt das CO₂-Kühlmittel in einen Niederdruckabschnitt bestehend aus dem Verdampfer 8, dem Akkumulator 3.1 und dem zweiten Strömungszweig 3.2.2 des Wärmetauschers 3.2. In dem Verdampfer 8 wird das CO₂-Kühlmittel in den gasförmigen Zustand überführt und weiter an den Akkumulator 3.1 geleitet, in dem die Resten des flüssigen CO₂-Kühlmittels zwischen gespeichert werden und das hygroskopische CO₂-Kühlmittels mit einem Trockengranulat getrocknet wird. Des Weiteren durchströmt das CO₂-Kühlmittel den zweiten Strömungszweig 3.2.2 des inneren Wärmetauschers 3.12, in dem es die Wärme des durch den ersten Strömungszweig 3.2.1 des Wärmetauschers 3.2 durchströmenden CO₂-Kühlmittels abnimmt und demnach auf etwa 20°C erwärmt wird und in diesem Zustand an die Saugseite des Kompressors 1 gelangt.

1: Kompressor
2: Gaskühler
3: Kombivorrichtung
3.1: Akkumulator
3.2: Wärmetauscher
3.2.1: erster Strömungszweig
3.2.2: zweiter Strömungszweig
4: Druckbehälter
5: Wandung
6: Kopfbereich
7: Expassionsorgan
8: Verdampfer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006011416 A1 [0002, 0004]

Claims

Kombivorrichtung umfassend einen Akkumulator und einen Wärmetauscher für eine Kfz-Klimaanlage mit einem Kühlmittelkreislauf, wobei der Akkumulator und der Wärmetauscher gemeinsam in einem Druckbehälter mit einer Wandung angeordnet sind, und dem Wärmetauscher ein stromabwärts des Wärmetauschers angeordnetes oder anordenbares Expansionsorgan des Kühlmittelkreislaufs zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsorgan (7) in oder an einem äußeren Bereich der Wandung (5) angeordnet ist.
Kombivorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (4) einen Kopfbereich (6) aufweist, in dem das Expansionsorgan (7) an der Wandung (5) angeordnet ist.
Kombivorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfbereich (6) eine verstärkte Wandung (5) aufweist.
Kombivorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (3.2) zwischen dem Kopfbereich (6) und dem Akkumulator (3.1) angeordnet ist.
Kombivorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsorgan (7) mittels einer Schraubverbindung, Schweißverbindung und/oder einer Klebeverbindung mit der Wandung (5) verbunden ist.
Kombivorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsorgan (7) ein thermostatisches Expansionsventil ist.
Kombivorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel R744 (CO2-Kühlmittel) ist.
Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug mit einem Kühlmittelkreislauf umfassend Kühlmittelleitung für ein Kühlmittel, wobei der Kühlmittelkreislauf einen Hochdruckabschnitt aufweist, der folgende Komponenten umfasst nämlich einen Kompressor (1), der mit einer Hochdruckseite mit der Kühlmittelleitung verbunden ist, einen stromabwärts des Kompressors (1) angeordneten Gaskühler (2), einen ersten Strömungszweig (3.2.1) eines stromabwärts des Gaskühlers (2) angeordneten Wärmetauschers (3.2) und ein stromabwärts des Wärmetauschers (3.2) angeordnetes Expansionsorgan (7), wobei der Kühlmittelkreislauf ferner einen Niederdruckabschnitt aufweist, und wobei die genannten Komponenten über die Kühlmittelleitung miteinander verbunden sind und in der angegebenen Reihenfolge vom Kühlmittel durchflossen werden können, dadurch gekennzeichnet, dass ein Akkumulator (3.1) und der Wärmetauscher (3.2) eine Kombivorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 bilden.
Klimaanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruckabschnitt folgende Komponenten umfasst nämlich einen stromabwärts des Expansionsorgans (7) angeordneten Verdampfer (8), einen zweiten Strömungszweig (3.2.2) des Wärmetauschers (3.2), wobei der zweite Strömungszweig (3.2.2) mit einer Saugseite des Kompressors (1) verbunden ist.
Klimaanlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrlänge der Kühlmittelleitung zwischen dem Ausgang des Expansionsorgans (7) und dem Anschlussbereich des Verdampfers (8) weniger als 140 cm beträgt.
Kraftfahrzeug dadurch gekennzeichnet, dass es eine Klimaanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 10 aufweist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kopfbereich (6) eines Druckbehälters (4) in Fahrtrichtung im Frontbereich des Kraftfahrzeuges angeordnet ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verdampfer (8) im Schalttafel im Frontbereich des Kraftfahrzeuges angeordnet ist.