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Die
Erfindung betrifft eine Klimaanlage für einen Kraftwagen, mit einem
Kältemittelkreis,
in welchen ein Verdampfer, ein Kondensator und ein Sammelbehälter für ein Kältemittel
eingebunden sind. Hierbei ist in wenigstens einem von dem Kältemittelkreis
abzweigenden Leitungsstrang zumindest ein weiterer Verdampfer angeordnet.
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Bei
einer solchen, beispielsweise aus dem Kraftfahrzeugbau bekannten
Klimaanlage dient der Sammelbehälter
dem Speichern des flüssigen
Kältemittels
für den
Fall, dass die Klimaanlage bei hohen Außentemperaturen eine besonders
große
Kälteleistung
erbringen soll. In einem solchen Hochlastfall liegen auf der Hochdruckseite
des Kältemittelkreises, also
stromabwärts
eines Kältemittelverdichters,
und auf der Niederdruckseite des Kältemittelkreises, also stromaufwärts des
Kältemittelverdichters
andere Massen an Kältemittel
vor als bei einem lediglich geringen Kühlbetrieb der Klimaanlage.
Dies ist dadurch bedingt, dass im Hochlastfall, also hoher Sonneneinstrahlung
und hoher Außentemperatur,
auf der Hochdruckseite eine niedrigere Dichte vorliegt als bei Niedriglast
der Klimaanlage. Darüber
hinaus dient der Sammelbehälter
als Speicher für
das Kältemittel für den Fall,
dass über
die Betriebsdauer der Klimaanlage hinweg geringe Mengen an Kältemittel
aus dem Kältemittelkreis
entweichen. Solange die entwichene Menge an Kältemittel durch die in dem
Sammelbehälter
gespeicherte Menge ersetzt werden kann, ist die diesbezügliche Funktionsfähigkeit
der Klimaanlage sichergestellt.
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Es
kann vorkommen, dass ein weiterer Verdampfer über einen abzweigenden Leitungsstrang
in den Kältemittelkreis
eingebunden wird, etwa um die Kühlung
einer Batterie oder einer Leistungselektronik, die Kühlung von
Ladeluft oder eines speziellen Bereichs des Fahrgastraums, etwa
des Heckbereichs, zu ermöglichen.
In diesem Fall ist es aus dem Stand der Technik bekannt einen größeren Sammelbehälter zur
Verfügung zu
stellen, um die Funktion der Speicherung des Kältemittels auch für diesen, von
dem Kältemittelkreis
abzweigenden Leitungsstrang sicherzustellen.
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Wird
trotz der Erweiterung des Kältemittelkreises
um den abzweigenden Leitungsstrang der für den kleineren Kältemittelkreis
geeignete Sammelbehälter
eingesetzt, so kann dies insbesondere zur Folge haben, dass die
Wartungsfreiheit der Klimaanlage nicht über einen ausreichend langen
Zeitraum gewährleistet
ist.
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Das
Vergrößern des
Sammelbehälters
bringt jedoch einen vergrößerten Bauraumbedarf
mit sich. Darüber
hinaus ist es wünschenswert
lediglich einen, auf den nicht erweiterten Kältemittelkreis abgestimmten
Sammelbehälter
vorzusehen, so dass nicht je nach Umfang der Erweiterung des Kältemittelkreises eine
eigene, ein entsprechend größeres Volumen aufweisende
Variante des Sammelbehälters
eingesetzt zu werden braucht. Wird jedoch vorsorglich ein Sammelbehälter mit
einem vergleichsweise großen Volumen
verwendet, welcher für
den erweiterten Kältemittelkreis
geeignet ist, führt
dies bei einem Kraftwagen, welcher lediglich den Kältemittelkreis
in der nicht erweiterten Variante benötigt, zu einem unzweckmäßig hohen
Gewicht und entsprechend großem
Bauraumbedarf. Zudem fallen bei der Befüllung des Kältemittelkreises mit dem Kältemittel
unnötig hohe
Kosten an, wenn der Sammelbehälter
besonders groß ist.
Dies ist insbesondere beim Einsatz eines neuartigen, vergleichsweise
teuren Kältemittels von
Bedeutung.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist daher, eine Klimaanlage der eingangs
genannten Art zu schaffen, welche die Verwendung eines standardisierten,
vergleichsweise kleinen Sammelbehälters ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Klimaanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen
sind in den abhängigen
Patentansprüchen
angegeben.
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Die
erfindungsgemäße Klimaanlage
für einen
Kraftwagen, umfasst einen Kältemittelkreis,
in welchen ein Verdampfer, ein Kondensator und ein Sammelbehälter für ein Kältemittel
eingebunden sind. In wenigstens einem von dem Kältemittelkreis abzweigenden
Leitungsstrang ist zumindest ein weiterer Verdampfer angeordnet.
In dem den weiteren Verdampfer umfassenden Leitungsstrang ist zudem ein
weiterer Sammelbehälter
für das
Kältemittel
angeordnet. Der weitere Sammelbehälter kann also so bemessen
werden, dass sein Volumen dem Bedarf des den weiteren Verdampfer
umfassenden Leitungsstrangs deckt. Dieser weitere Sammelbehälter trägt dem Umstand
Rechnung, dass der abzweigende Leitungsstrang selber und die in
diesem angeordneten Komponenten weitere Trennstellen mit sich bringen,
an welchen ein Entweichen von – wenn
auch nur sehr geringen – Mengen
an Kältemittel
auftreten kann. Mit der den zusätzlichen
Sammelbehälter
aufweisenden Erweiterung des Kältemittelkreises
ist also gleichzeitig das zusätzlich
benötigte
Volumen für zusätzliches
Kältemittel
bereitgestellt. Es kann so ein besonders langer, insbesondere den
Garantie- oder Kulanzzeitraum der Klimaanlage abdeckender, wartungsfreier
Betrieb der Klimaanlage sichergestellt werden.
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Weiterer
Vorteil des zweiten Sammelbehälters
im abzweigenden Leitungsstrang ist die Tatsache, dass dort das Kondensat
des abzweigenden Leitungsstrangs gesammelt werden kann. Damit gewinnt
der abzweigenden Leitungsstrang Unabhängigkeit vom Haupt-Kältemittelkreis.
Der zweiten Sammelbehälter
verbessert den Betrieb des abzweigenden Leitungsstrangs. In der
Startphase wären, gäbe es nur
den ersten Sammelbehälter
im Haupt-Kältemittelkreis,
Zustände
denkbar, in denen das Kältemittel
im abzweigenden Leitungsstrangs nur gasförmig vorliegt und daher der
Kreislauf nicht effektiv betrieben werden kann. Durch den zweiten Sammelbehälter ist
immer ein Vorrat an flüssigem Kältemittel
vorhanden, mit dem abzweigenden Leitungsstrangs bereits vom Start
an effektiv arbeiten kann.
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Wird
lediglich der Kältemittelkreis
in seiner Standardvariante (also ohne die Erweiterung) verbaut,
bei welcher lediglich ein Verdampfer vorgesehen ist, so kann der
dieser Standardvariante zugeordnete Sammelbehälter in einer kleinen, standardisierten
Version ausgeführt
sein. Ein solcher standardisierter Sammelbehälter bringt also ein besonders geringes
Gewicht und einen geringen Bauraumbedarf sowie vergleichsweise geringe
Kosten beim Befüllen
des Kältemittelkreises
mit dem Kältemittel, etwa
im Rahmen der Erstbefüllung
und/oder Wartung, mit sich.
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Soll
die Klimaanlage jedoch zusätzlich
zu dem Kältemittelkreis
in seiner Standardvariante eine Erweiterung in Form wenigstens eines
von dem Kältemittelkreis
abzweigenden Leitungsstrangs mit zumindest einem weiteren Verdampfer
aufweisen, so ist diese Erweiterung der Standardvariante des Kältemittelkreises
ohne eine große
Veränderung
dieser Standardvariante möglich.
Insbesondere lässt
sich so sehr gut eine Modulstrategie verwirklichen, bei welcher
möglichst
wenige verschiedene Bauteile zum Einsatz kommen.
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Des
Weiteren werden durch das Vorsehen von wenigstens zwei Sammelbehältern das
Kältemittel
und mit dem Kältemittel
transportiertes Öl
zum Schmieren des Kältemittelverdichters
besonders gut in der Klimaanlage verteilt. Dies sorgt auch nach
einem längeren
Stillstand eines oder mehrerer Verdampferkreisläufe der Klimaanlage für ein sicheres, besonders
geräuscharmes
Anlaufen des Kältemittelverdichters.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der weitere
Sammelbehälter
stromaufwärts
des weiteren Verdampfers, insbesondere stromaufwärts einer dem weiteren Verdampfer
vorgeschalteten Expansionseinrichtung, in dem Leitungsstrang angeordnet.
Ein solcher, auf der Hochdruckseite der Klimaanlage und stromabwärts des Kondensators
angeordneter Sammelbehälter
kann vergleichsweise klein ausgelegt sein, da er das Kältemittel
in flüssiger
Form speichert.
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Die
vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen
sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder
in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen
sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch
in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne
den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den Ansprüchen,
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der
Zeichnung.
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Diese
zeigt schematisch eine Klimaanlage eines Kraftwagens mit einem Kältemittelkreis,
welcher zwei Verdampfer und zwei Sammelbehälter für Kältemittel aufweist.
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Eine
in der Figur schematisch gezeigte Klimaanlage 10 umfasst
einen Kältemittelkreis 12,
in welchen ein Kältemittelverdichter 14,
ein Kondensator 16, ein Expansionsventil 18 und
ein Verdampfer 20 eingebunden sind. In den Kondensator 16 ist
ein Sammelbehälter 22 integriert,
welche der Speicherung von flüssigem
Kältemittel
dient. Bei hoher Außentemperatur
und damit einhergehend hoher Kühlleistung
der Klimaanlage 10 kann der Sammelbehälter 22 das sich aufgrund
der höheren
Temperatur ausdehnende, flüssige
Kältemittel
speichern. Zudem sorgt das in dem Sammelbehälter 22 gespeicherte Kältemittel
für einen
Ausgleich von Verlusten von Kältemittel
an Leckagen des Kältemittelkreises 12.
Bei Anordnung der Klimaanlage 10 in einem Kraftwagen kann
der Verdampfer 20 dem Kühlen
von Luft für
einen Frontbereich des Fahrgastraums dienen.
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Die
Klimaanlage 10 umfasst einen weiteren Verdampfer 24,
welcher in einen von dem Kältemittelkreis 12 abzweigenden
Leitungsstrang 26 eingebunden ist. Dieser, den Kältemittelkreis 12 erweiternde Leitungsstrang 26 sorgt über den
in diesem angeordneten weiteren Verdampfer 24 beispielsweise
für die Kühlung eines
Heckbereichs des Fahrgastraums. Zusätzlich oder alternativ kann
der Verdampfer 24 der Kühlung
einer Batterie und/oder einer Leistungselektronik oder dergleichen
Komponenten mit Kühlbedarf
und/oder dem Kühlen
von Ladeluft dienen. Es können
auch je zusätzlicher
zu kühlender
Komponente noch mehr separate Leitungsstränge 26 mit jeweiligen
Verdampfern 24 vorgesehen sein.
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Um
auch für
den um den Leitungsstrang 26 und die in diesem angeordneten
Komponenten erweiterten Kältemittelkreis 12 ein
ausreichend großes Sammelbehältervolumen
bereitzustellen ist in dem Leitungsstrang 26 ein weiterer
Sammelbehälter 28 angeordnet.
Der Kältemittelkreis 12,
welcher dem Beaufschlagen des ersten Verdampfers 20 mit
Kältemittel
dient, kann also weiterhin mit dem standardisierten, ein vergleichsweise
geringes Volumen aufweisenden Sammelbehälter 22 ausgestattet
sein, und dennoch ist in der Klimaanlage 10 ein ausreichend
großes
Volumen an Sammelbehältern 22, 28 bereitgestellt.
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Das
Verwenden eines standardisierten Kondensators 16 mit integriertem
Sammelbehälter 22 ist im
Hinblick auf die gewünschte
Verwendung von möglichst
einheitlichen Bauteilen auch für
unterschiedliche Klimaanlagen 10 vorteilhaft. Ein unverhältnismäßig großer Sammelbehälter 22 an
einem standardisierten Kondensator 16 würde nämlich mit einem unnötig hohen
Gewicht und Bauraumbedarf einhergehen, wenn in dem Kraftwagen lediglich
der nicht um den Leitungsstrang 26 erweiterte Kältemittelkreis 12 verbaut
werden soll.
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Der
Sammelbehälter 28 stellt
sicher, dass in dem abzweigenden Leitungsstrang 26 ein
ausreichend großes
Volumen zum Speichern von Kältemittel
zur Verfügung
gestellt ist, welches einen lang andauernden, wartungsfreien Betrieb
der Klimaanlage ermöglicht,
auch wenn in dem Leitungsstrang 26 Leckageverluste auftreten.
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Nach
dem das durch den abzweigenden Leitungsstrang 26 strömende Kältemittel
den weiteren Verdampfer 24 durchströmt hat, mündet es stromabwärts des
Verdampfers 20 wieder in den Kältemittelkreis 12 ein,
und zwar im Bereich einer Leitung 30, welche den Verdampfer 20 mit
einem inneren Wärmeübertrager 32 verbindet.
An dem (optionalen) inneren Wärmeübertrager 32 findet
eine Wärmeübertragung
von dem verflüssigten
und noch nicht entspannten Kältemittel,
welches den Kondensator 16 verlässt, auf das mittels des Expansionsventils 18 entspannte
und infolge der Entspannung abgekühlte Kältemittel statt, welches den
Verdampfer 20 gasförmig
verlässt.
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Der
den weiteren Verdampfer 24 umfassende Leitungsstrang 26 ist
mittels eines Absperrventils 34 absperrbar, welches in
einer von dem Kondensator 16 ausgehenden Leitung 36 angeordnet
ist. Die Leitung 36 kann, wie beispielhaft gezeigt, ebenfalls stromabwärts zu dem
inneren Wärmeübertrager 32 und/oder
stromaufwärts
zum Expansionsventil 18 abzweigen.
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Dem
weiteren Verdampfer 24 ist ebenfalls ein Expansionsventil 38 vorgeschaltet.
Des Weiteren ist auch in dem von dem Kältemittelkreis 12 abzweigenden
Leitungsstrang 26 durch eine Zuleitung zu dem Verdampfer 24 und
durch eine von dem Verdampfer 24 zu der Leitung 30 führende Auslassleitung
ein (ebenfalls optionaler) weiterer innerer Wärmeübertrager 40 gebildet.
Der weitere Sammelbehälter 28 ist
stromaufwärts
des inneren Wärmeübertragers 40 angeordnet.
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In
einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform der Klimaanlage 10 kann
diese den ersten Verdampfer 20 zum Kühlen des Frontbereichs des Fahrgastraums,
den zweiten Verdampfer 24 zum Kühlen des Heckbereichs des Fahrgastraums
und einen dritten Verdampfer zum Kühlen einer Batterie umfassen.
Ein den dritten Verdampfer aufweisender Leitungsstrang weist dann
einen dritten Sammelbehälter
auf. Jede Erweiterung des Kältemittelkreises 12 erfordert
also keine Veränderung
an den mit Bezug auf die Figur gezeigten Bauteile der Klimaanlage 10,
abgesehen von den notwendigen Verzweigungsstellen zum Anschließen des
abzweigenden Leitungsstrangs, in welchen der dritte Verdampfer eingebunden
ist.
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Abweichend
davon kann die gemeinsame Nutzung von einem zusätzlichen Sammelbehälter durch
zwei oder mehrere zusätzliche
Verdampferteilkreisläufe
vorgesehen sein. In diesem Fall weist abweichend zur vorstehenden
Ausführungsform
der den dritten Verdampfer aufweisender Leitungsstrang dann einen
Abzweig stromabwärts
des zweiten Sammelbehälters
auf. Auch hier erfordert jede Erweiterung des Kältemittelkreises 12 keine
Veränderung
an den mit Bezug auf die Figur gezeigten Bauteile der Klimaanlage 10,
abgesehen von den notwendigen Verzweigungsstellen zum Anschließen des
abzweigenden Leitungsstrangs, in welchen der dritte Verdampfer eingebunden
ist.
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In
einer Ausführungsform
kann der weitere Sammelbehälter 28 und/oder
die Expansionseinrichtung 38 in den Verdampfer 24 integriert
sein. Insbesondere kann der beschriebene zusätzliche Sammelbehälter 28 in
den Verdampfer 24 mit integriertem Expansionsventil 38 stromaufwärts zum
Expansionsventil 38 integriert sein.