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Die
Erfindung betrifft einen Akkumulator für eine Klimaanlage,
insbesondere Kfz-Klimaanlage, umfassend ein Gehäuse mit
einem Einlass und einem Auslass für ein Kältemittel,
im Gehäuse eingesetzte oder einsetzbare Trocknungsmittel,
ein mit dem Auslass in Verbindung stehendes, in das Gehäuse
reichendes Rohr sowie mit Mitteln zum Erzeugen einer wirbelartigen
Strömung im Inneren des Gehäuses gemäß Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Aus
der
DE 199 10 775
C1 ist ein Akkumulator für eine nach dem Orifice-Prinzip
arbeitende Klimaanlage, insbesondere für eine Fahrzeugklimaanlage
vorbekannt. Gemäß der dortigen Lösung
weist ein Gehäuse einen Einlass und einen Auslass für
ein Kältemittel auf, wobei im unteren Bereich des Innenraums
des Gehäuses Trockenmittel untergebracht sind.
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Die
Aufgabenstellung der Lösung des Standes der Technik besteht
darin, dass die Abscheidung und Zurückhaltung der flüssigen
Phase des Kältemittels verbessert wird. Dies wird dadurch
gelöst, dass dem Einlass des Gehäuses benachbart
in dessen Innenraum eine Leiteinrichtung angeordnet ist, welche das
zuströmende Kältemittel so umlenkt, dass es eine
Wirbel-Strömungskomponente entlang der Innenmantelfläche
des Gehäuses erhält. Es wird also gemäß der
bekannten Lehre eine Nutzung der Zentrifugalkräfte vorgenommen,
die in einer wirbelartigen Strömung entstehen. Diese Zentrifugalkräfte
wirken primär auf die schwereren, flüssigen Bestandteile des
Kältemittels, drücken diese gegen die Innenmantelfläche
des Gehäuses, wo selbige dann nach unten in den unteren
Gehäusebereich abströmen können. Dort
sammelt sich die flüssige Phase des Kältemittels an
und wird hier durch das dort befindliche Trocknungsmittel von Feuchtgkeit
befreit. Verdampfendes Kältemittel vereinigt sich im oberen
Bereich des Gehäuses wieder mit dem zuströmenden
Kältemittel. Mit der vorbekannten Lösung soll
ausgeschlossen werden, dass flüssiges Kältemittel
den Akkumulator verlässt. Demnach gelingt es mit dem vorbekannten Akkumulator,
das eine Flüssigkeitskomponente enthaltende gasförmige
Kältemittel so aufzubereiten, dass Feuchtigkeit, insbesondere
Wasser entzogen wird, das Öl jedoch in den Kältemittelkreislauf
zurückfließt. Außerdem wird die flüssige
Phase weitgehend von der gasförmigen Phase getrennt, so
dass ausschließlich gasförmiges Kältemittel
den Akkumulator verlässt.
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Bei
einer Weiterentwicklung eines Akkumulators für Fahrzeugklimaanlagen
nach
EP 1 437 563 A2 ist
ein Rohreinsatz vorhanden, der sich an seinem oberen Ende in den
Gehäuseinnenraum öffnet. Der Rohreinsatz weist
einen absteigenden Rohrabschnitt in den unteren Bereich des Innenraums
hinein auf. Dort ist mindestens eine Durchgangsbohrung zum Ansaugen
von Öl vorhanden. Weiterhin ist ein aufsteigender Rohrabschnitt
zum Auslass des Gehäuses in Verbindung stehend.
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Damit
soll die Aufgabe gelöst werden, die Leiteinrichtung, welche
das zuströmende Kältemittel umlenkt, einfacher
auszugestalten, und zwar insbesondere ohne dass die Leiteinrichtung
ein mehrfaches Umlenken des Kältemittelstroms zu bewerkstelligen
hat.
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Zum
weiteren Stand der Technik sei noch auf die
EP 1 132 696 A1 aufmerksam
gemacht.
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Die
vorbekannten Akkumulatoren weisen zusammenfassend Leiteinrichtungen
auf, mit denen das Kältemittel in den Innenraum eines Gehäuses
in eine Wirbelströmung versetzt wird. Unter dem Einfluss
der Zentrifugalkraft wird hierbei die flüssige Phase des
Kältemittels gegen die Innenfläche des Gehäuses
gedrückt und strömt von dort in Schwerkraftrichtung
nach unten ab.
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Die
Leiteinrichtungen des Standes der Technik sind mehr oder weniger
aufwendig konstruiert und weisen spezielle Führungsflächen
auf, die über einen bestimmten Winkel um einen Rohreinsatz
geführt sind, der sich im Inneren des Akkumulatorgehäuses befindet.
Dadurch, dass gemäß dem Stand der Technik das
Kältemittel von oben in die jeweilige Leiteinrichtung einzuführen
ist, unterliegt selbiges der Schwerkrafteinwirkung. Um die notwendige
Trennung der Phasenflüssigkeit und Gas zu ermöglichen, müssen
hohe Beschleunigungskräfte erzeugt werden. Wenn man das
bekannte Prinzip der Erzeugung einer Wirbelströmung betrachtet,
dann steigt die Flüssigkeit durch die Fliehkräfte
nach oben. Wird, wie beim Stand der Technik, die Einführund
der Flüssigkeit von oben vorgenommen, behindert dies die
geforderte Ausbildung der gewünschten zentrifugalen Strömung.
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Aus
dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte
Einrichtung, insbesondere einen Akkumulator für eine Klimaanlage,
insbesondere Kfz-Klimaanlage anzugeben, der über eine einfache
Konstruktion verfügt, welcher zuverlässig arbeitet
und der mit geringen Kosten hergestellt werden kann.
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Die
Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Akkumulator
gemäß der Merkmalskombination nach Patentanspruch
1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige
Ausgestaltungen und Weiterbildungen beinhalten.
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Es
wird demnach von einem Akkumulator für eine Klimaanlage,
insbesondere Kfz-Klimaanlage ausgegangen, welche ein Gehäuse
mit einem Einlass und einem Auslass für ein Kältemittel
umfasst. Weiterhin ist oder sind im Gehäuse Trocknungsmittel angeordnet.
Der Akkumulator weist darüber hinaus ein mit dem Auslass
in Verbindung stehendes, in das Gehäuse reichendes Rohr
sowie Mittel zum Erzeugen einer wirbelartigen Strömung
im Inneren des Gehäuses auf.
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Erfindungsgemäß ist
im Gehäuse ein bodenseitig geschlossener Hohlzylinder befindlich,
wobei im Bodenbereichsnähe eine radial orientierte Düse angeordnet
ist, welche mit dem Einlass in Verbindung steht.
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Das
Rohr ist in Längsachse des Zylinders bis über
die offene Zylinderseite in einen oberen Gehäusebereich
geführt.
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Das
durch den Zylinder geführte Ende des Rohres weist an seiner
offenen Oberseite eine Membran auf, welche lediglich oder überwiegend
für gasförmiges Kältemittel durchlässig
ist, um dieses zum Auslass zu führen.
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Weiterhin
ist das Trocknungsmittel mindestens oberhalb des Zylinders zur Vermeidung
eines Überschlags der flüssigen Phase eingebracht.
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Am
Boden des Gehäuses ist ausgestaltend eine Auffangschale
für Öl oder für Ölpartikel vorgesehen,
wobei das Auslassrohr die Auffangschale durchdringt und im Durchtrittsbereich
des Auslassrohrs Mikrobohrungen zum Absaugen des in der Auffangschale
befindlichen Öls ausgebildet sind.
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Das
Trocknungsmittel ist in einer bevorzugten Ausführungsform
auf einer beabstandet vom oberen Zylinderende befindlichen Platte
angeordnet, wobei das Auslassrohr durch die Platte hindurch reicht
und oberhalb der Platte in einem Gassammelraum endet.
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Die
Wirbelströmung bildet sich ausgehend vom bodenseitig geschlossenen
Hohlzylinder entgegen der Schwerkraft nach oben aus, und zwar in Richtung
zum offenen Hohlzylinderende. Zwischen dem Hohlzylinder und dem
Außengehäuse verbleibt ein Raum, in dem dann die
Flüssigkeit über das obere offene Hohlzylinderende
tretend hineingelangt, so dass sich der gewünschte Trennungsvorgang
ergibt. In dem vorerwähnten Zwischenraum können
weitere Trocknungsmittel, z. B. in Form von Granulatmaterialien
angeordnet werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung besteht die Möglichkeit,
das Außengehäuse am unteren Ende konisch zu formen,
um dort den Ölsammelraum nach Art einer Schale zu bilden.
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Die
Gaszuführungs- oder Gasableitungs- bzw. Kühlmittelrohre,
insbesondere Verbindungsrohre zwischen Akkumulator und Klimakompressor, müssen über
eine gewisse Elastizität und Schwingungsbelastbarkeit verfügen.
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Erfindungsgemäß werden
mindestens Abschnitte dieser Rohre als ein Bündel einzelner
dünner Metall-, Glas-, Keramik- und/oder Kunststoffrohre ausgeführt.
Das Rohrbündel wird außenseitig von einem flexiblen
Material, z. B. einem Textilband umhüllt, so dass sich
eine kompakte Konstruktion ergibt, gleichzeitig jedoch die Elastizität
der gesamten Rohrverbindung gewährleistet ist. Einem Ermüdungsbruch
einer entsprechend ausgestalteten Verbindungsleitung kann daher
wirksam vorgebeugt werden.
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Gemäß der
Erfindung wird die Einführung des Kältemittels
quasi von unten in das Gehäuse, entgegen der Schwerkraft
realisiert. Das Kältemittel selbst wird in einen einfach
herzustellenden Zylinder oder zylinderähnlichen Körper
eingeführt, der nach oben begrenzt ist und an dem die nach
oben steigende Flüssigkeit in den Randbereich zwischen
dem Außengehäuse und dem inneren Zylinder ablaufen kann.
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Über
ein langgestrecktes Auslassrohr, das durch den Zylinder geführt
ist und welches am oberen Ende offen ist, kann die im oberen Bereich
des Gehäuses befindliche Gasmenge abgesaugt werden, und
zwar ohne Gefahr eines Überschlags der flüssigen
Phase.
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Die
Gefahr des Überschlags ist weiterhin dadurch reduziert,
dass auf den oberen Teil des Zylinders mit Abstand zum oberen Zylinderrand
eine Kartusche mit Trocknungsmaterialien platziert wird und/oder
die Öffnung des Absaugrohrs mit einer speziellen Membran
versehen wird. Die Trocknungskörner, die in einer Kartusche
vorliegen können, binden vorhandene Wassermoleküle
in der CO2-Kältemittelflüssigkeit.
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Vorstehend
wird bevorzugt von einem zylindrischen Körper innerhalb
des Außengehäuses gesprochen. Es ist jedoch hier
auch eine im Querschnitt andersartige Form, z. B. eine elliptische
Form denkbar oder eine Form mit einer Einschnürung, so
dass nur an definierten Stellen die zentrifugierte Flüssigkeit
am äußeren Rand des inneren Gehäuseeinsatzes
herunterläuft.
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Die
vorgeschlagene Konstruktion ermöglicht eine besonders einfache
und effektive Trennung der vorhandenen Phasen, da die notwendigen
Fliehkräfte ausreichend erzeugt werden können.
Durch die optimierte Trennung der Flüssigkeit von der Gasphase
kann die Größe des Akkumulators ingesamt verringert
werden, da kein separater Sicherheitsraum zwischen dem Flüssigkeitsspiegel
und dem Gasansaugrohr (Auslassrohr) vorhanden sein muss.
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Die
Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels
sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert
werden.
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Hierbei
zeigen:
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1 eine
prinzipielle Darstellung eines Teilschnitts durch einen erfindungsgemäßen
Akkumulator mit erkennbarem Funktionsprinzip der Trennung;
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2 eine
3D-Darstellung eines Teilschnitts durch eine erste Ausführungsform
des Akkumulators mit Trocknungsmitteln oberhalb des Zylinders und
im Zwischenraum Zylinder und Gehäuseinnenwandung und
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3 eine
Darstellung ähnlich derjenigen nach 2, jedoch
mit Trocknungsmitteln im unteren Bodenbereich des inneren Zylinders
sowie auf einer Platte oberhalb und beabstandet vom oberen, offenen
Teil des inneren Zylinders, bis zur Innenseitenwandung des Außengehäuses
reichend.
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Der
erfindungsgemäße Akkumulator gemäß den
Darstellungen nach 1 bis 3 besteht
aus einem Gehäuse 1 mit einem Einlass 2 und
einem Auslass 3.
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Im
Gehäuse 1 sind Trocknungsmittel 4, 5, 6 eingesetzt
bzw. einbringbar. Hier kann es sich um in Kartuschen verbrachtes
granulatförmiges Trocknungsmaterial zur Bindung von Wassermolekülen handeln.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren ist im Gehäuse 1 ein
bodenseitig geschlossener Hohlzylinder 7 eingebracht. Seitlich
in den unteren Bereich des Hohlzylinders 7 reicht eine
Düse 8 hinein, die mit einem Einlassrohr 9 in
Verbindung steht. Das unter Druck stehende, über das Einlassrohr 9 eintretende
Kältemittel wird in eine Wirbelströmung, symbolisiert
mit der Darstellung gemäß Bezugszeichen 10,
versetzt. Die von der Gasphase getrennten Flüssigkeitstropfen
oder -partikel 11 gelangen dann in den Zwischenraum zwischen
dem Gehäuse 1 und dem Hohlzylinder 7 und
dort zum Boden 12 des Gehäuses 1.
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Das
Auslassrohr 13 ist gemäß den Darstellungen
nach den 1 bis 3 quasi
konzentrisch durch den Zylinder 7 geführt und
ragt in den Gassammelraum 14 hinein, der sich am oberen
Gehäuseende befindet.
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Das
durch den Zylinder 7 geführte Ende 15 des
Rohres 13 weist an seiner offenen Seite eine Membran 16 auf,
welche lediglich oder überwiegend für gasförmiges
Kältemittel durchlässig ist, um dieses zum Auslass
zu führen.
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Am
Boden des Gehäuses 1 ist eine Auffangschale für Öl
oder Ölpartikel vorgesehen, wobei das Auslassrohr 13 die
Auffangschale durchdringt. Das Auslassrohr 13 weist im
Bereich des Sammelraums mindestens eine Mikrobohrung zum Absaugen
des in der Auffangschale befindlichen Öls auf.
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Die
Auffangschale kann, wie in der 3 dargestellt,
ein separates Bauteil sein, das das Rohr 13 umschließt.
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Alternativ
ist aber auch der Gehäuseboden als konische Auffangschale 17 ausbildbar.
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Der
in den Figuren als Hohlzylinder 7 bezeichnete innere Teil,
in dem sich die Wirbelströmung ausbildet, kann eine auch
von einem Kreiszylinder abweichende Querschnittsform aufweisen.
Maßgeblich ist das Erreichen einer entsprechend hohen Zentrifugalkraft
mit der Folge des Nachobentreibens von Flüssigkeitspartikeln,
die dann im Bereich zwischen Gehäuseinnenwandung und Zylinderaußenwand nach
unten gelangen.
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Die
Gasleitung 13 kann so gestaltet werden, dass eine Vielzahl
dünner Metall-, Glas-, Keramik- und/oder Kunststoffrohre,
z. B. Fluorkunststoff PTFE, zu einem Bündel zusammengeschlossen
werden, um eine notwendige und ausreichende Flexibilität
der Leitung zu gewährleisten, so dass Schwingungen, welche
im Betrieb des Akkumulators im Zusammenhang mit einem Klimakompressor
auftreten, nicht zu einem Ermüdungsbruch der Rohrleitung
führen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19910775
C1 [0002]
- - EP 1437563 A2 [0004]
- - EP 1132696 A1 [0006]