DE102010040403A1 - Apparatus for drying fluorocarbon-containing refrigerant of vehicle-mounted air-conditioner, includes a receptacle storing desiccant through which refrigerant flows, and acid-binding agent - Google Patents

Apparatus for drying fluorocarbon-containing refrigerant of vehicle-mounted air-conditioner, includes a receptacle storing desiccant through which refrigerant flows, and acid-binding agent Download PDF

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Abstract

The drying apparatus includes a receptacle (9) storing a desiccant through which the refrigerant flows. The receptacle further stores an acid-binding agent such as hydrogen fluoride, aluminum oxide, calcium carbonate or ion exchanger such as zeolite. The desiccant receptacle is mounted inside a refrigerant accumulator (3) and between a vaporizer and an inner heat exchanger.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Trocknen eines Fluorkohlenwasserstoff-haltigen Kältemittels mit einer Klimaanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for drying a fluorohydrocarbon-containing refrigerant with an air conditioner according to the preamble of claim 1.

Der Behälter mit dem Trockenmittel, meist ein Molekularsieb, ist bei einer Klimaanlage zum Beispiel im Kältemittelsammler angeordnet. Mit dem Trockenmittel, durch das das Kältemittel hindurchfließt, wird die im Kältemittel vorhandene Feuchtigkeit gebunden, welche durch unsachgemäße Inbetriebnahme oder Wartung der Klimaanlage, aber auch durch Wasserdampfpenetration in den Kältemittelkreislauf der Klimaanlage gelangen kann.The container with the desiccant, usually a molecular sieve, is arranged in an air conditioner, for example, in the refrigerant collector. With the desiccant, through which the refrigerant flows, the moisture present in the refrigerant is bound, which can get into the refrigerant circuit of the air conditioner by improper startup or maintenance of the air conditioning, but also by steam penetration.

Kältekreisläufe von Fahrzeugklimaanlagen haben mehrere Schläuche im Leitungsverlauf, um Relativbewegungen auszugleichen, Körperschall- und Vibrationsübertragung zu dämpfen und die Montage in engen Einbauräumen zu ermöglichen. Das Risiko von Wasserdampfeindringen in das Kältemittel-Öl-Gemisch ist deshalb deutlich erhöht gegenüber stationären Kälteanlagen mit geringem Schlauchanteil.Refrigeration circuits of vehicle air conditioning systems have several hoses in the line path to compensate for relative movements, to attenuate structure-borne noise and vibration transmission and to allow installation in tight installation spaces. The risk of water vapor penetration into the refrigerant-oil mixture is therefore significantly higher than stationary refrigeration systems with a low hose content.

Vor allem durch den Einsatz neuartiger Kältemittel bzw. Kältemittelsysteme, die Fluorkohlenwasserstoffe und Schmiermittel, beispielsweise Polyalkylenglykol-Schmiermittel enthalten, besteht vermehrt das Risiko, dass sich durch das Zusammenwirken von Kältemittel, Wasser, Sauerstoff, Schmiermittel und/oder metallischen Katalysatoren unter dem Einfluss variierender Temperaturen und Drücke des Kältemittelkreislauf der Klimaanlage Säure bildet. Die Säure kann sich negativ auf die Lebensdauer von Betriebsstoffen und Komponenten der Klimaanlage auswirken, beispielsweise Oberflächenbeschichtungen, Kunststoffe, Elastomere (Dichtungen) und sogar zur Korrosion von z. B. aus Aluminium bestehenden Wärmeübertragern, wie dem Kondensator und Verdampfer der Klimaanlage führen. Damit kann eine regelmäßige Wartung der Klimaanlage erforderlich sein.Above all, through the use of novel refrigerants or refrigerant systems which contain fluorinated hydrocarbons and lubricants, for example polyalkylene glycol lubricants, there is an increased risk that the interaction of refrigerant, water, oxygen, lubricants and / or metallic catalysts under the influence of varying temperatures and pressures of the refrigerant circuit of the air conditioning acid forms. The acid can adversely affect the life of HVAC supplies and components, such as surface coatings, plastics, elastomers (seals) and even corrosion of e.g. B. made of aluminum heat exchangers, such as the condenser and evaporator lead the air conditioning. This may require regular maintenance of the air conditioning system.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, mit einfachen Mitteln eine Klimaanlage vor Schäden durch eine Säure im Kältemittelkreislauf zu schützen.The object of the invention is therefore to protect with simple means an air conditioner from damage by an acid in the refrigerant circuit.

Dies wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Vorrichtung erreicht. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wiedergegeben.This is inventively achieved by the characterized in claim 1 device. In the subclaims advantageous embodiments of the invention are shown.

Nach der Erfindung wird der Behälter, durch den das Kältemittel fließt, außer mit einem Trockenmittel mit einem säurebindenden Mittel gefüllt.According to the invention, the container through which the refrigerant flows is filled with an acid-binding agent except a desiccant.

Damit kann der Behälter, der heutzutage das Trockenmittel enthält, auch zur Aufnahme des säurebindenden Mittels verwendet werden. D. h. der Trockenmittel-Behälter braucht lediglich durch einen Behälter ersetzt zu werden, der zusätzlich ein säurebindendes Mittel enthält. Irgendeine weitere Änderung der Klimaanlage ist damit nicht erforderlich.Thus, the container containing the desiccant nowadays can also be used for receiving the acid-binding agent. Ie. the desiccant container only needs to be replaced by a container which additionally contains an acid-binding agent. Any further change of the air conditioning is not required.

Das Trockenmittel und das säurebindende Mittel können als Gemisch in dem Behälter enthalten sein oder beispielsweise in getrennten Schichten.The desiccant and the acid-binding agent may be contained as a mixture in the container or, for example, in separate layers.

Die Menge des säurebindenden Mittels in dem Behälter ist dabei im allgemeinen kleiner als die des Trockenmittels. So kann das Gewichtsverhältnis von Trockenmittel zu säurebindenden Mittel beispielsweise 60 zu 40, insbesondere 80 zu 20 oder mehr betragen. Die Menge des Trockenmittels und des säurebindenden Mittels zusammen kann z. B. 50–150 g pro kg Kältemittel betragen.The amount of acid-binding agent in the container is generally smaller than that of the desiccant. Thus, the weight ratio of desiccant to acid-binding agent, for example, 60 to 40, in particular 80 to 20 or more. The amount of the drying agent and the acid-binding agent together may, for. B. 50-150 g per kg of refrigerant.

Als Trockenmittel kann, wie üblich, ein Molekularsieb, insbesondere ein Zeolith verwendet werden. Jedoch ist auch der Einsatz anderer Trockenmittel, beispielsweise von Silicagel möglich.As a drying agent, as usual, a molecular sieve, in particular a zeolite can be used. However, the use of other desiccants, such as silica gel is possible.

Bei Verwendung von fluorkohlenwasserstoffhaltigen Kältemitteln, die als Schmiermittel beispielsweise Polyalkylenglykole oder Polyester enthalten, kann im Zusammenwirken mit Wasser, Sauerstoff und dergleichen neben organischer Säure insbesondere Fluorwasserstoff entstehen. Dies gilt insbesondere für 2,3,3,3-Tetrafluorpropen (R1234yf) als Fluorkohlenwasserstoff, aber auch z. B. für Tetrafluorethan. Dabei wird nach dem AHRI-Standard 700-2004 bereits eine Fluorwasserstoffkonzentration von mehr 3 ppm als kritisch angesehen. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann dieser Grenzwert ohne weiteres eingehalten werden. 2,3,3,3-Tetrafluorpropen ist dabei von besonderer Bedeutung, weil es die Voraussetzungen der EU-Richtlinie für Automobil-Klimaanlagen hinsichtlich des Ozonabbaupotentials und des Treibhauspotentials erfüllt.When using fluorohydrocarbon refrigerants containing as a lubricant, for example, polyalkylene glycols or polyesters, hydrogen fluoride can be formed in combination with water, oxygen and the like in addition to organic acid in particular. This applies in particular to 2,3,3,3-tetrafluoropropene (R1234yf) as a fluorohydrocarbon, but also z. B. for tetrafluoroethane. It is after the AHRI standard 700-2004 already considered a hydrogen fluoride concentration of more than 3 ppm as critical. With the device according to the invention, this limit can be readily adhered to. 2,3,3,3-Tetrafluoropropene is of particular importance because it meets the requirements of the EU Directive for automotive air conditioning systems with regard to the ozone depletion potential and the global warming potential.

Das säurebindende Mittel kann eine basische Verbindung, also beispielsweise Aluminiumoxid, ein Carbonat, insbesondere Calziumcarbonat oder ein Ionenaustauscher sein, einschließlich Gemische dieser Verbindungen.The acid-binding agent may be a basic compound, for example alumina, a carbonate, in particular calcium carbonate or an ion exchanger, including mixtures of these compounds.

Die Reaktion Aluminiumoxid bzw. Calciumcarbonat mit Fluorwasserstoff läuft nach folgenden Gleichungen (1) und (2) ab: Al2O3 + 6HF → 2AIF3 + H2O (1) CaCO3 + 2HF → CaF2 + H2O + CO2 (2) The reaction aluminum oxide or calcium carbonate with hydrogen fluoride proceeds according to the following equations (1) and (2): Al 2 O 3 + 6HF → 2AIF 3 + H 2 O (1) CaCO 3 + 2HF → CaF 2 + H 2 O + CO 2 (2)

Als Ionenaustauscher können insbesondere Zeolithe Mn[(AlO2) × (SiO2)y] × H2O verwendet werden.In particular zeolites M n [(AlO 2 ) (SiO 2 ) y] x H 2 O can be used as ion exchangers.

Dabei wird das Wasser (H2O), das bei den Reaktionen (1) und (2) sowie beim Ionenaustausch entsteht durch das Trockenmittel ebenfalls gebunden. In this case, the water (H 2 O) which is formed in the reactions (1) and (2) and in the ion exchange is also bound by the desiccant.

Da Kalziumfluorid (CaF2) in Wasser unlöslich ist, werden bei Verwendung eines Calzium-Salzes, wie Calziumcarbonat, die Fluorionen in dem Trockenmittel fest gebunden und damit im Behälter zurückgehalten. Gleiches gilt beispielsweise bei der Verwendung des Ionenaustauschers als säurebindendes Mittel.Since calcium fluoride (CaF 2 ) is insoluble in water, using a calcium salt such as calcium carbonate, the fluorine ions are firmly bound in the desiccant and thus retained in the container. The same applies, for example, when using the ion exchanger as an acid-binding agent.

Der Behälter ist vorzugsweise im Kältemittelsammler der Klimaanlage angeordnet. Der Kältemittelsammler kann dabei hochdruckseitig in den Kondensator der Klimaanlage integriert oder dem Kondensator nachgeschaltet sein.The container is preferably arranged in the refrigerant tank of the air conditioner. The refrigerant collector can be integrated high-pressure side in the condenser of the air conditioner or downstream of the condenser.

Wenn der Kondensator mehrere Fluten aufweist, durch die das Kältemittel mäanderförmig strömt, kann der Kältemittelsammler in den Kondensator beispielsweise dadurch integriert sein, dass das Kältemittel von der vorletzten Flut des Kondensators in den Kältemittelsammler strömt, in dem sich der Behälter mit dem Trockenmittel und dem säurebindenden Mittel befindet, und dann von dem Kältemittelsammler in die letzte Flut des Kondensators zurückströmt.For example, if the condenser has a plurality of flows through which the refrigerant meanders, the refrigerant receiver may be integrated into the condenser by flowing the refrigerant from the penultimate flow of the condenser into the refrigerant receiver in which the desiccant and acid-binding container Center, and then flows back from the refrigerant collector in the last flood of the condenser.

Zudem ist es möglich, den Kältemittelsammler niederdruckseitig dem Kältemittelverdichter vorzuschalten. Wenn beispielsweise die Klimaanlage einen inneren Wärmetauscher aufweist, der dem Expansionsorgan und Verdampfer hochdruckseitig vorgeschalten ist und dem Verdichter niederdruckseitig vorgeschaltet ist, kann. beispielsweise der Sammler mit dem Trockenmittel, dem Säurebinder und dem Kältemittel auf der kalten Seite (Niederdruckseite) des inneren Wärmetauschers zwischen Verdampfer und innerem Wärmetauscher vorgesehen sein.In addition, it is possible to connect the refrigerant collector low-pressure side of the refrigerant compressor. If, for example, the air conditioner has an internal heat exchanger, which is upstream of the expansion element and evaporator on the high pressure side and the compressor is connected upstream of the low pressure side, can. For example, the collector with the desiccant, the acid binder and the refrigerant to be provided on the cold side (low pressure side) of the inner heat exchanger between the evaporator and the inner heat exchanger.

Der Kältemittelsammler stellt ein Kältemittelreservoir für den Kältemittelkreislauf der Klimaanlage dar. Er weist dazu ein mit dem entsprechenden Kältemittelvorrat gefülltes Gefäß auf, das beispielsweise durch eine Hülse gebildet werden kann. In diesem Gefäß ist der Behälter mit dem Trockenmittel und dem säurebindenden Mittel in das Kältemittel getaucht. Der Kältemittelsammler kann dazu über einen Anschluss verfügen, durch den das Kältemittel in den Sammler strömt und einen weiteren Anschluss, aus dem es austritt. Dabei kann der Zwischenraum zwischen der Gefäßwand und der Behälterwand zwischen den beiden Anschlüssen durch eine Dichtung getrennt sein, so dass das Kältemittel in einer vorgegebenen Richtung den Behälter durchströmt.The refrigerant collector is a refrigerant reservoir for the refrigerant circuit of the air conditioner. For this purpose, it has a vessel filled with the corresponding refrigerant supply, which can be formed, for example, by a sleeve. In this vessel, the container with the desiccant and the acid-binding agent is immersed in the refrigerant. The refrigerant collector may have a port through which the refrigerant flows into the collector and another port from which it exits. In this case, the intermediate space between the vessel wall and the container wall between the two connections can be separated by a seal, so that the refrigerant flows through the container in a predetermined direction.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist generell für Klimaanlagen geeignet, jedoch vor allem für Fahrzeug- und insbesondere für Automobil-Klimaanlagen bestimmt.The device according to the invention is generally suitable for air conditioning systems, but intended primarily for vehicle and in particular for automotive air conditioning.

Kältekreisläufe von Fahrzeugklimaanlagen weisen nämlich mehrere Schläuche im Leitungsverlauf auf, um Relativbewegungen auszugleichen, Körperschall- und Vibrationsübertragung zu dämpfen und die Montage in engen Einbauräumen zu ermöglichen. Das Risiko von Wasserdampfeindringen in das Kältemittel-Öl-Gemisch ist deshalb deutlich erhöht gegenüber stationären Kälteanlagen mit geringem Schlauchanteil.Namely, refrigeration circuits of vehicle air conditioners have a plurality of hoses in the line course to compensate for relative movements, to attenuate structure-borne sound and vibration transmission and to allow installation in tight installation spaces. The risk of water vapor penetration into the refrigerant-oil mixture is therefore significantly higher than stationary refrigeration systems with a low hose content.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Darin zeigen jeweils schematisch:The invention is explained in more detail by way of example with reference to the accompanying drawing. In each case schematically show:

1 das Fließschema einer Automobil-Klimaanlage; 1 the flow chart of an automotive air conditioning system;

2 einen Längsschnitt durch einen Kondensator mit integriertem Kältemittelsammler; und 2 a longitudinal section through a condenser with integrated refrigerant collector; and

3 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform des Kältemittelsammlers. 3 a longitudinal section through another embodiment of the refrigerant collector.

Gemäß 1 sind in dem Kältemittelkreislauf der Klimaanlage ein Verdichter 1, ein Kondensator 2, ein Kältemittelsammler 3, eine Unterkühlstrecke 4 und wenigstens ein Verdampfer 6 vorgesehen, dem eine Drossel 5 vorgeschaltet ist.According to 1 are in the refrigerant circuit of the air conditioner, a compressor 1 , a capacitor 2 , a refrigerant collector 3 , an undercooling section 4 and at least one evaporator 6 provided that a throttle 5 upstream.

Zwischen der Unterkühlstrecke 4 und der Drossel 5 des Kältemittelkreislaufs ist die heiße Seite und zwischen dem Verdampfer 6 und dem Verdichter 1 die kalte Seite eines inneren Wärmetauscher 7 vorgesehen.Between the subcooling line 4 and the throttle 5 of the refrigerant circuit is the hot side and between the evaporator 6 and the compressor 1 the cold side of an internal heat exchanger 7 intended.

Die Luft, die den Kondensator 2 und die Unterkühlstrecke 4 kühlt, ist durch die Pfeile 8 angedeutet. Sie kann durch den Fahrtwind, den Kühlerventilator und/oder eine andere Luftströmung in dem Automobil gebildet werden.The air, the condenser 2 and the subcooling line 4 is cool, is through the arrows 8th indicated. It may be formed by the airstream, the radiator fan and / or other air flow in the automobile.

In dem Kältemittelsammler 3 ist ein Behälter 9 angeordnet, der ein Trockenmittel und ein säurebindendes Mittel enthält.In the refrigerant collector 3 is a container 9 arranged containing a desiccant and an acid-binding agent.

Gemäß 2 strömt in den beispielsweise vierflutigen Kondensator 2 das Kältemittel in die oberste Flut ein, dann mäanderförmig weiter und über die unterste Flut zu der Unterkühlstrecke 4. Der in dem Kondensator 2 integrierte Kältemittelsammler 3, der den Behälter 8 mit dem Trockenmittel und dem säurebindenden Mittel enthält, wird von dem Kältemittel durchströmt.According to 2 flows into the example four-flow capacitor 2 Insert the refrigerant into the upper tide, then continue meandering and over the lowest tide to the subcooling section 4 , The one in the capacitor 2 integrated refrigerant collector 3 that the container 8th contains the desiccant and the acid-binding agent, is flowed through by the refrigerant.

Wie aus 3 ersichtlich, ist das Gefäß 11 des Kältemittelsammlers 3 durch eine Hülse gebildet, in der der Behälter 9 mit dem Trockenmittel und dem säurebindenden Mittel angeordnet ist. Das Gefäß 11 verfügt über einen Anschluss 12, durch den das Kältemittel in den Sammler 3 strömt und einen weiteren Anschluss 13, aus dem es austritt. Dabei kann der Raum zwischen dem Behälter 9 und dem Sammlergefäß 11 zwischen den beiden Anschlüssen 12 und 13 durch eine Dichtung 14 getrennt sein. Durch einen Stopfen 10, bzw. einen Schraubstopfen ist das Sammlergefäß 11 verschlossen.How out 3 it can be seen, is the vessel 11 of the refrigerant collector 3 formed by a sleeve in which the container 9 with the desiccant and the acid-binding agent is arranged. The container 11 has a connection 12 through which the refrigerant enters the collector 3 flows and another connection 13 from which it exits. It can be the space between the container 9 and the collector vessel 11 between the two connections 12 and 13 through a seal 14 be separated. Through a stopper 10 , or a screw plug is the collector vessel 11 locked.

Wie in 1 gestrichelt angedeutet, kann der Sammler 3, in dem der Behälter 9 mit dem Trockenmittel und dem säurebindenden Mittel angeordnet ist auch zwischen dem Verdampfer 6 und dem inneren Wärmetauscher 7 angeordnet sein.As in 1 indicated by dashed lines, the collector 3 in which the container 9 with the desiccant and the acid-binding agent is also disposed between the evaporator 6 and the inner heat exchanger 7 be arranged.

Die Wandung 15 des Behälters 9 ist für das Kältemittel durchlässig ausgebildet. Dazu kann sie, wie in 2 und 3 schematisch dargestellt, beispielsweise aus einem Netz bestehen. Das Trockenmittel und das säurebindende Mittel können aus einem Granulat oder dergleichen Teilchen bestehen, deren Teilchengröße, vorzugsweise größer als die Öffnungen in dem Netz bzw. der Wandung 15 des Behälters 9 sind.The wall 15 of the container 9 is designed to be permeable to the refrigerant. For this she can, as in 2 and 3 shown schematically, for example, consist of a network. The desiccant and the acid-binding agent may consist of a granulate or similar particles whose particle size, preferably greater than the openings in the net or the wall 15 of the container 9 are.

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • AHRI-Standard 700-2004 [0012] AHRI standard 700-2004 [0012]

Claims (9)

Vorrichtung zum Trocknen eines Fluorkohlenwasserstoff-haltigen Kältemittels einer Klimaanlage mit einem ein Trockenmittel enthaltenden Behälter (9), durch den das Kältemittel fließt, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (9) außer dem Trockenmittel ein säurebindendes Mittel enthält.Device for drying a fluorohydrocarbon-containing refrigerant of an air conditioning system with a container containing a desiccant ( 9 ) through which the refrigerant flows, characterized in that the container ( 9 ) contains an acid-binding agent in addition to the desiccant. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das säurebindende Mittel zur Bindung von Fluorwasserstoff ausgebildet ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the acid-binding agent for binding of hydrogen fluoride is formed. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das säurebindende Mittel Aluminiumoxid, ein Carbonat und/oder ein Ionenaustauscher ist.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the acid-binding agent is alumina, a carbonate and / or an ion exchanger. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Carbonat Calciumcarbonat ist.Device according to claim 3, characterized in that the carbonate is calcium carbonate. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionenaustauscher ein Zeolith ist.Apparatus according to claim 3, characterized in that the ion exchanger is a zeolite. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (9) im Kältemittelsammler (3) der Klimaanlage angeordnet ist.Device according to claim 1, characterized in that the container ( 9 ) in the refrigerant collector ( 3 ) is arranged the air conditioning. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (9) eine für das Kältemittel durchlässige Wandung (15) aufweist.Device according to claim 1, characterized in that the container ( 9 ) a wall permeable to the refrigerant ( 15 ) having. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimaanlage eine Fahrzeugklimaanlage ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the air conditioning system is a vehicle air conditioning system. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel als Fluorkohlenwasserstoff Tetrafluorethan (R134a) und/oder 2,3,3,3-Tetrafluorpropen (R1234yf) aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the refrigerant comprises as fluorohydrocarbon tetrafluoroethane (R134a) and / or 2,3,3,3-tetrafluoropropene (R1234yf).
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