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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kältemittelkondensatorbaugruppe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Kraftfahrzeugklimaanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 10.
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In Kältemittelkondensatorbaugruppen für eine Kraftfahrzeugklimaanlage wird dampfförmiges Kältemittel in einen flüssigen Aggregatzustand übergeführt und anschließend das flüssige Kältemittel weiter in einem Unterkühlungsbereich „unterkühlt”. Die Kältemittelkondensatorbaugruppe bildet einen Teil eines Kältekreises einer Kraftfahrzeugklimaanlage mit einem Verdampfer, einem Expansionsorgan und einem Verdichter. Die Kältemittelkondensatorbaugruppe umfasst dabei einen Wärmeübertrager mit Kühlrohren sowie zwei Sammelrohren sowie zusätzlich einem Sammelbehälter. Der Sammelbehälter hat die Aufgabe, nach der Kondensation des Kältemittels im Kondensationsbereich und der vorherigen Abkühlung im Überhitzungsbereich noch vorhandene gasförmige Kältemittelanteile abzuscheiden und sicherzustellen, dass nur flüssiges Kältemittel nach dem Austreten aus dem Sammelbehälter in den hydraulisch nach dem Sammelbehälter nachgeschalteten Unterkühlungsbereich dem Wärmeübertrager zugeführt wird. Der Unterkühlungsbereich ist dabei am Wärmeübertrager mit den Kühlrohren und den beiden Sammelrohren ausgebildet. In dem Sammelbehälter ist flüssiges Kältemittel angeordnet und die Auslassöffnung im Sammelbehälter (Sammelbehälter ohne Steigrohr) ist am untersten Punkt des Sammelbehälters angeordnet, damit aus dem Sammelbehälter ausschließlich flüssiges Kältemittel ausgeleitet wird. Im Regelfall liegt der Unterkühlungsbereich des Wärmeübertragers im unteren Abschnitt des Wärmeübertrags, sodass dadurch die Auslassöffnung an dem Sammelbehälter korrekt ausgerichtet ist.
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Aufgrund äußerer Bedingungen in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise einem dem Wärmeübertrager der Kältemittelkondensatorbaugruppe vorgeschalteten Ladeluftkühler, ist es erforderlich, den Unterkühlungsbereich nicht unten, sondern am oberen Bereich des Wärmeübertragers bzw. der Kältemittelkondensatorbaugruppe auszubilden, weil der Ladeluftkühler im unteren Bereich anzuordnen ist. Bei einer derartigen Anordnung, ist es erforderlich, das aus dem Sammelbehälter ausgeleitete Kältemittel an der untersten Stelle durch ein Steigrohr innerhalb des Sammelbehälters nach oben zu führen und am oberen Bereich des Sammelbehälters aus einer Auslassöffnung auszuleiten und dem Unterkühlungsbereich zuzuführen. Dieses Steigrohr ist im Allgemeinen als ein Kunststoffeinbauteil ausgeführt, welches neben der Strömungsführung auch andere Aufgaben innerhalb des Sammelbehälters, beispielsweise wie Filterung und/oder Trocknung, übernehmen kann. Das im Sammelbehälter gespeicherte flüssige Kältemittel muss zur korrekten Funktion einen ruhigen Flüssigkeitsspiegel ausbilden. Um dies zu erreichen, ist es erforderlich, das in den Sammelbehälter eingeleitete Kältemittel unterhalb des Flüssigkeitsspiegels einzuleiten. Ist die Einlassöffnung des Sammelbehälters bauartbedingt im oberen Bereich des Sammelbehälters angeordnet, ist es deshalb erforderlich, das an der Einlassöffnung in den Sammelbehälter eingeleitete Kältemittel durch ein absteigendes Rohr, nämlich ein Fallrohr, unterhalb des Flüssigkeitsspiegels des Kältemittels in dem Sammelbehälter einzuleiten. Dabei wird das Kältemittel an der Einlassöffnung nicht unmittelbar in das Fallrohr eingeleitet, sondern zunächst in eine Einlasskammer und analog wird das aus dem Steigrohr nach oben geleitete Kältemittel zunächst in eine Auslasskammer eingeleitet und aus der Auslasskammer strömt das Kältemittel durch die Auslassöffnung aus dem Sammelbehälter heraus.
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Der Sammelbehälter hat somit die Aufgabe, nach der Kondensation noch vorhandene gasförmige Kältemittelanteile abzutrennen und sicherzustellen, dass nur flüssiges Kältemittel in die nachgeschaltete Unterkühlstrecke gelangt. Die Abscheidung von gasförmigem Kältemittel aus dem flüssigen Kältemittel erfolgt in der Regel durch den Auftrieb der Gasphase in der Flüssigphase aufgrund des Dichteunterschiedes der beiden Phasen. Bei genügend hoher Strömungsgeschwindigkeit kann sich die Gasphase jedoch nicht nach oben absetzen, da die allgemeine Strömung, die zur Öffnung gerichtet ist, durch welche das Kältemittel ausgeleitet ist, die Gasblasen im Wesentlichen vollständig mitreißt. In der Regel ist das zweiphasige Kältemittel bei höheren Gasanteilen als Schaum ausgebildet. Zur Abtrennung der flüssigen Phase von der Gasphase ist hier eine gewisse Ruhezeit innerhalb einer Speicherkammer erforderlich, damit sich die Schaumzellen auflösen können und sich die Gasphase und flüssige Phase aufgrund der Schwerkraft trennen können. Da die Verweilzeit des strömenden Kältemittels im Sammler aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit jedoch nur im Bereich von Sekundenbruchteilen liegt, tritt das schaumförmige Kältemittel wieder aus dem Sammler aus, bevor eine Trennung stattfinden kann. Insbesondere bei niedrigem Flüssigkeitsstand im Sammelbehälter ergibt sich zusätzlich das Problem, dass gasförmiges Kältemittel aus dem Sammler ausgetragen wird, auch wenn flüssiges Kältemittel in den Sammler einströmt. Das flüssig einströmende Kältemittel bindet aufgrund der sehr hohen Strömungsgeschwindigkeit ein hochdynamisches Strömungsbild aus, das die große turbulente, teilweise mit Gas gefüllte Speicherkammer durchspült. Hierbei vermischt sich das flüssige Kältemittel zusammen mit dem Gas in der Speicherkammer und bildet einen zweiphasigen Schaum aus, welcher schließlich aus dem Sammelbehälter austritt.
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Die
DE 10 2005 025 451 A1 zeigt einen Kondensator für eine Klimaanlage, insbesondere für Kraftfahrzeuge, umfassend einen Kondensierabschnitt und einen über dem Kondensierabschnitt angeordneten Unterkühlabschnitt sowie einen etwa rohrförmigen Modulator, der durch eine Trennwand in einen unteren, mit dem Kondensierabschnitt verbundenen Abschnitt und einen oberen, mit dem Unterkühlabschnitt verbundenen Abschnitt unterteilt ist, ein Steigrohr zwischen unterem und oberem Abschnitt des Modulators und einen Behälter für Trocknungsmittel im unteren Abschnitt des Modulators, wobei der Modulator an der Oberseite mit einem Verschlussstopfen versehen und die Trennwand mit Trocknungsmittelbehälter nach Lösen des Verschlussstopfens nach oben aus dem Modulator herausnehmbar ist.
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Aus der
DE 103 45 921 A1 ist eine Aufnahmevorrichtung für das Trocknungsmittel des Kältemittels in einer Klimaanlage für Kraftfahrzeuge bekannt, die eine durchlöcherte Wand aufweist. In einen an einem der Sammelrohre des Kondensators der Klimaanlage angeordneten Sammler ist diese einsetzbar, wobei die Aufnahmevorrichtung mit einer Dichtung versehen ist zur Abdichtung gegenüber der Wand des Sammlers, wobei der Sammler über Ein- und Ausströmöffnungen in seiner Wandung mit dem Sammelrohr in Strömungsverbindung ist und wobei die Rohre des Kondensators in mehrere Stufen von dem Kältemittel durchströmbar sind, wobei in oder an der Aufnahmevorrichtung wenigstens eine Verbindungsleitung vorgesehen ist, um das Kältemittel aus einer Stufe in eine andere Stufe zu leiten.
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Aus der
DE 102 50 384 A1 ist ein Kühl- bzw. Kältemittelkondensator bekannt, welcher einen Kondensierungsbereich, einen Behälter und einen Filter umfasst.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Kältemittelkondensatorbaugruppe und eine Kraftfahrzeugklimaanlage zur Verfügung zu stellen, bei der in dem Sammelbehälter ein große Menge an Gasanteilen, insbesondere bei niedrigen Füllständen und/oder hohen Massenströmen, abgeschieden werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Kältemittelkondensatorbaugruppe für eine Kraftfahrzeugklimaanlage, umfassend Kühlrohre zum Durchleiten eines Kältemittels, zwei Sammelrohre zum Fluidverbinden der Kühlrohre, einen Sammelbehälter mit einer oberen Deckenwandung und unteren Bodenwandung und einer Seitenwandung sowie mit einer Einlassöffnung zum Einleiten des Kältemittels in den Sammelbehälter und einer Auslassöffnung zum Ausleiten des Kältemittels aus dem Sammelbehälter und ein erster Strömungsweg des Kältemittels durch eine Speicherkammer vorhanden ist, so dass durch die Ein- und Auslassöffnung der Sammelbehälter in Fluidverbindung zu dem Sammelrohr und/oder den Kühlrohren steht, der Sammelbehälter vorzugsweise eine Auslasskammer und ein Steigrohr umfasst und die Auslassöffnung in die Auslasskammer mündet und vorzugsweise die Auslasskammer mit dem Steigrohr verbunden ist, so dass durch das Steigrohr der erste Strömungsweg zu der Auslassöffnung führt und insbesondere innerhalb des Sammelbehälters und vorzugsweise außerhalb der Auslasskammer und vorzugsweise außerhalb des Steigrohres die Speicherkammer für das Kältemittel ausgebildet ist, vorzugsweise die Kühlrohre einen Überhitzungsbereich zum Kühlen des dampfförmigen Kältemittels, einen Kondensationsbereich zum Kondensieren des Kältemittels und einen Unterkühlungsbereich zum Kühlen des flüssigen Kältemittels aufweisen, wobei der Unterkühlungsbereich oberhalb des Überhitzungsbereiches und oberhalb des Kondensationsbereiches ausgebildet ist, wobei durch einen Bypass, insbesondere an dem Sammelbehälter, ein zweiter Strömungsweg von der Einlassöffnung zu der Auslassöffnung gebildet ist, welcher die Speicherkammer umgeht und vorzugsweise das Steigrohr wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig, umgeht.
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Das durch den zweiten Strömungskanal geleitete Kältemittel durchströmt nicht die Speicherkammer innerhalb des Sammelbehälters, so dass das durch die Einlassöffnung in den Sammelbehälter eingeleitete Kältemittel teilweise durch den Bypass unter Umgehung der Speicherkammer geleitet wird und die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels in der Speicherkammer absinkt, weil weniger Kältemittel durch die Speicherkammer geleitet wird. Dadurch kann die Ausbildung einer Turbulenzzone, insbesondere bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten des Kältemittels in der Speicherkammer, vermindert oder ausgeschlossen werden, weil das Kältemittel mit einer geringeren Geschwindigkeit durch die Speicherkammer strömt. Dadurch wird kein oder weniger gasförmiges Kältemittel aus dem oberen Bereich der Speicherkammer von dem Steigrohr angesaugt und es kann die Abscheidung von gasförmigem Kältemittel in dem Sammelbehälter verbessert werden. Der Bypass hat somit den positiven Effekt, dass eine bessere Abscheidung in der Speicherkammer auftritt, weil die Strömungsgeschwindigkeit absinkt und dadurch unter anderem auch eine längere Ruhezeit des Kältemittels in der Speicherkammer vorhanden ist. Darüber hinaus tritt jedoch durch den Bypass auch ein negativer Effekt möglicherweise auf, weil gasförmiges Kältemittel, welches gasförmig durch die Einlassöffnung in den Sammelbehälter einströmt, sich nicht an der Speicherkammer abscheiden kann, sondern direkt nach dem Einströmen durch die Einlassöffnung und dem Durchleiten durch den Bypass bzw. zweiten Strömungsweg wieder aus der Auslassöffnung ausströmt. Dabei ist der Bypass dahingehend dimensioniert, dass die positiven Effekte größer sind als die eventuellen negativen Effekte, so dass dadurch insgesamt ein positiver Effekt durch den Bypass erzielt werden kann.
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Der Bypass umgeht dabei vorzugsweise auch einen (Haupt-)Filter des Sammelbehälters. Um eine Gefährdung eines Verdichters aufgrund von Schmutzpartikeln in dem Kältemittel zu vermeiden, weist der Bypass wenigstens einen Spalt etwa in der Breite der Maschenweitung eines Filters auf oder es ist an dem Bypass ein Zusatzfilter eingearbeitet.
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Insbesondere sind die Kühlrohre als Flachrohre ausgebildet und/oder zwischen den Kühlrohren sind Wellrippen ausgebildet und/oder die obere Deckwandung und/oder untere Bodenwandung sind als ein Verschlussstopfen ausgebildet und/oder die Auslassöffnung mündet in den Unterkühlungsbereich und/oder die Einlassöffnung mündet in den Kondensationsbereich.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst der Sammelbehälter eine Einlasskammer und ein Fallrohr und die Einlassöffnung mündet in die Einlasskammer und die Einlasskammer ist mit dem Fallrohr verbunden und die Speicherkammer ist außerhalb der Einlasskammer und außerhalb des Fallrohres ausgebildet.
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In einer ergänzenden Ausführungsform ist der Bypass als ein Bypassrohr ausgebildet, welches das Fallrohr mit dem Steigrohr verbindet, insbesondere mündet das Bypassrohr mit einem Abstand zu einer Einlassrohröffnung des Steigrohres in das Steigrohr und/oder das Bypassrohr mündet mit einem Abstand zu einer Auslassrohröffnung des Fallrohres in das Fallrohr. Je größer der Abstand der Mündung des Bypassrohres zu der Einlassrohröffnung ist, desto geringer ist der Anteil des Steigrohres, welcher von dem Bypassrohr umgangen ist.
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Vorzugsweise durchströmt das Kältemittel beim Durchströmen des zweiten Strömungsweges kein Trocknergranulat und/oder keinen (Haupt-)Filter und/oder keine Speicherkammer. Optional kann jedoch in dem Bypass ein Zusatzfilter angeordnet sein und der Bypass umgeht somit einen (Haupt-)Filter, der zur Filterung desjenigen Kältemittels dient, welcher nicht durch den Bypass strömt.
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In einer Variante sind die Einlasskammer und/oder die Auslasskammer und/oder die Speicherkammer mit einem Trocknergranulat befüllt.
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Zweckmäßig ist die Einlasskammer als ein Einlass-Ringraum und/oder die Auslasskammer als ein Auslass-Ringraum zwischen der Seitenwandung und einem Rohrstutzen ausgebildet und vorzugsweise sind zwischen der Seitenwandung und dem Rohrstutzen wenigstens zwei Dichtungen, insbesondere Dichtringe, angeordnet zur Abdichtung zwischen dem Einlass-Ringraum und der Speicherkammer und/oder zwischen den Auslass-Ringraum und der Speicherkammer und/oder zwischen dem Einlass-Ringraum und dem Auslass-Ringraum.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist der Bypass als eine Bypassöffnung in der Dichtung zwischen den Einlass-Ringraum und den Auslass-Ringraum ausgebildet und/oder der Bypass ist ein Bypasskanal, welcher die Einlassöffnung, insbesondere Einlasskammer, mit der Auslasskammer, insbesondere Auslassöffnung, fluidleitend verbindet, vorzugsweise unter Umgehung der Speicherkammer.
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Insbesondere ist an dem Steigrohr, insbesondere einem unteren Ende des Steigrohres, ein Filter angeordnet.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung sind die Einlassöffnung und/oder die Auslassöffnung in der oberen Hälfte, insbesondere im oberen Drittel, des Sammelbehälters ausgebildet.
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In einer ergänzenden Variante sind die Deckwandung und/oder die Bodenwandung als Verschlussstopfen lösbar oder unlösbar mit der Seitenwandung des Sammelbehälters verbunden.
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In einer ergänzenden Ausgestaltung besteht die Seitenwandung wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus Metall, zum Beispiel Aluminium oder Stahl.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform bestehen die Deckwandung und/oder die Bodenwandung und/oder das Steigrohr und/oder das Fallrohr wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus Kunststoff.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform besteht das Steigrohr und/oder das Fallrohr und/oder die Deckwandung und/oder die Bodenwandung aus Metall, zum Beispiel Aluminium oder Stahl.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform ist die Seitenwandung als ein Rohr, insbesondere im Querschnitt kreisförmiges oder rechteckförmiges, Rohr ausgebildet und am oberen und unteren Ende von der Deckwandung und der Bodenwandung fluiddicht verschlossen.
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In einer ergänzenden Variante ist die Einlasskammer als ein Einlass-Rohr ausgebildet und/oder die Auslasskammer ist als ein Auslass-Rohr ausgebildet.
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Erfindungsgemäße Kältemittelkondensatorbaugruppe für eine Kraftfahrzeugklimaanlage, umfassend Kühlrohre zum Durchleiten eines Kältemittels, zwei Sammelrohre zum Fluidverbinden der Kühlrohre, einen Sammelbehälter mit einer oberen Deckenwandung und unteren Bodenwandung und einer Seitenwandung sowie mit einer Einlassöffnung zum Einleiten des Kältemittels in den Sammelbehälter und einer Auslassöffnung zum Ausleiten des Kältemittels aus dem Sammelbehälter, so dass durch die Ein- und Auslassöffnung der Sammelbehälter in Fluidverbindung zu dem Sammelrohr und/oder den Kühlrohren steht, der Sammelbehälter eine Auslasskammer und ein Steigrohr umfasst und die Auslassöffnung in die Auslasskammer mündet und die Auslasskammer mit dem Steigrohr verbunden ist, so dass durch das Steigrohr ein erster Strömungsweg zu der Auslassöffnung führt und innerhalb des Sammelbehälters und außerhalb der Auslasskammer und außerhalb des Steig- und Fallrohres eine Speicherkammer für das Kältemittel ausgebildet ist, eine Einlasskammer und ein Fallrohr und die Einlassöffnung mündet in die Einlasskammer und die Einlasskammer ist mit dem Fallrohr verbunden und die Speicherkammer ist außerhalb der Einlasskammer und außerhalb des Fallrohres ausgebildet, vorzugsweise die Kühlrohre einen Überhitzungsbereich zum Kühlen des dampfförmigen Kältemittels, einen Kondensationsbereich zum Kondensieren des Kältemittels und einen Unterkühlungsbereich zum Kühlen des flüssigen Kältemittels aufweisen, wobei der Unterkühlungsbereich oberhalb des Überhitzungsbereiches und oberhalb des Kondensationsbereiches ausgebildet ist, wobei das Steigrohr und das Fallrohr fluidleitend miteinander verbunden sind, so dass das Kältemittel durch das Steig- und Fallrohr unter Umgehung der Speicherkammer leitbar ist und an dem Steig- und/oder Fallrohr bzw. einem, vorzugsweis U-förmigen, Rohrabschnitt wenigstens eine Kommunikationsöffnung ausgebildet ist, so dass eine fluidleitende Verbindung in die Speicherkammer besteht. Der Rohrabschnitt verbindet Steigrohr mit dem Fallrohr.
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Erfindungsgemäße Kraftfahrzeugklimaanlage, umfassend eine Kältemittelkondensatorbaugruppe, einen Verdampfer, einen Verdichter, vorzugsweise ein Gebläse, vorzugsweise ein Gehäuse zur Aufnahme des Gebläses und des Verdampfers, vorzugsweise eine Heizeinrichtung, wobei die Kältemittelkondensatorbaugruppe als eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Kältemittelkondensatorbaugruppe ausgebildet ist.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform ist das Kältemittel HFO 1234yf oder R134a.
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Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
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1 eine perspektivische Ansicht einer Kältemittelkondensatorbaugruppe,
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2 eine perspektivische Teilansicht der Kältemittelkondensatorbaugruppe gemäß 1 und
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3 einen Längsschnitt eines Sammelbehälters in einem ersten Ausführungsbeispiel,
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4 einen Längsschnitt des Sammelbehälters in einem zweiten Ausführungsbeispiel und
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5 einen Langsschnitt des Sammelbehälters in einem dritten Ausführungsbeispiel.
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In 1 und 2 ist eine Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Die Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 ist Bestandteil einer Kraftfahrzeugklimaanlage mit einem Verdampfer und einem Verdichter (nicht dargestellt). Durch horizontal angeordnete Kühlrohre 2 als Flachrohre 3 strömt zu kondensierendes und zu kühlendes Kältemittel (1 und 2). Die Kühlrohre 2 münden an ihren jeweiligen Enden in ein vertikales Sammelrohr 5, d. h. es sind zwei Sammelrohre 5 jeweils an den Enden der Kühlrohre 2 vorhanden. In 2 ist nur ein Sammelrohr 5 dargestellt. Das Sammelrohr 5 weist hierfür Kühlrohröffnungen auf, durch welche die Enden der Kühlrohre 2 in das Sammelrohr 5 ragen. Innerhalb der Sammelrohre 5 sind Leitbleche 17 (5) ausgebildet mit denen ein bestimmter Strömungsweg des Kältemittels durch die Kühlrohre 2 erreicht werden kann.
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Zwischen den Kühlrohren 2 sind mäanderförmige Wellrippen 4 angeordnet, welche mit den Kühlrohren 2 in thermischer Verbindung mittels Wärmeleitung stehen. Dadurch wird die Fläche vergrößert, welche zum Kühlen des Kältemittels zur Verfügung steht. Die Kühlrohre 2, die Wellrippen 4 und die beiden Sammelrohre 4 bestehen im Allgemeinen aus Metall, insbesondere Aluminium, und sind stoffschlüssig als Lötverbindung miteinander verbunden. In vier Eckbereichen der Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 ist eine Befestigungseinrichtung 8 angeordnet, mit der die Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 an einem Kraftfahrzeug, insbesondere an einer Karosserie eines Kraftfahrzeuges, befestigt werden kann.
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An dem Sammelrohr 4 ist, ebenfalls vertikal ausgerichtet, ein Sammelbehälter 6 angeordnet (1, 2). Der Sammelbehälter 6 steht mittels einer Ein- und Auslassöffnung 18, 19 (3 bis 5) in Fluidverbindung mit dem Sammelrohr 5 und damit auch mittelbar in Fluidverbindung mit den Kühlrohren 2. Der Sammelbehälter 6 weist eine im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmige Seitenwandung 20 als Rohr, eine obere Deckwandung 21 und eine untere Bodenwandung 22 auf, welche einen fluiddichten Raum einschließen. Die Deckwandung 21 und die Bodenwandung 22 sind als ein Verschlussstopfen 23 aus Kunststoff ausgebildet. Dabei ist der untere Verschlussstopfen 23 lösbar mit der Seitenwandung 20 aus Aluminium verbunden, um Wartungsarbeiten, z. B. den Austausch eines Filter 16, ausführen zu können.
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Die Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 weist eine Baugruppen-Einlassöffnung 9 zum Einleiten des Kältemittels HFO 1234yf in die Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 auf und eine Baugruppen-Auslassöffnung 10 zum Ausleiten des Kältemittels aus der Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 auf (1). Die Enden der Kühlrohre 2 enden dabei in den Sammelrohren 5. In den Sammelrohren 5 sind Leitbleche 17 bzw. Strömungsführungsbleche 17 (3 bis 5) angeordnet, mit Hilfe denen ein bestimmtes vorgegebenes Strömungsschaltbild des Kältemittels erzielt werden kann, d. h. mit welchem Strömungsweg das Kältemittel durch die Vielzahl von übereinander angeordneten Kühlrohre 2 der Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 strömt.
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Die Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 stellt einen Wärmeübertrager zur Übertragung von Wärme von dem Kältemittel auf Luft dar, welche die Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 umgibt und diesen um- und durchströmt. Dabei wird der Wärmeübertrager im Wesentlichen von den Kühlrohren 2 und den beiden Sammelrohren 5 gebildet. Durch die Baugruppen-Einlassöffnung 9 wird das gasförmige Kältemittel von einem nicht dargestellten Verdichter zu der Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 geleitet. Das gasförmige Kältemittel wird dabei an einem Überhitzungsbereich 11 auf eine Sättigungstemperatur abgekühlt, d. h. an der Sättigungstemperatur tritt entsprechend dem vorhandenen Druck eine Kondensation des Kältemittels ein. In der Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem Überhitzungsbereich 11 schließt sich ein Kondensationsbereich 12 an, in welchem das Kältemittel kondensiert und somit verflüssigt wird. Das im Kondensationsbereich 12 verflüssigte Kältemittel wird als Flüssigkeit dem Sammelbehälter 6 durch die Einlassöffnung 18 zugeführt, anschließend durch eine Auslassöffnung 19 aus dem Sammelbehälter 6 ausgeleitet und dem Unterkühlungsbereich 13 zugeführt und im Unterkühlungsbereich 13 unterhalb der Siedetemperatur des Kältemittels abgekühlt. Dabei ist der Unterkühlungsbereich 13 oberhalb des Überhitzungsbereiches 11 und oberhalb des Kondensationsbereiches 12 angeordnet, welche im Wesentlichen von den Kühlrohren 21 gebildet sind.
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In 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des Sammelbehälters 6 dargestellt. In den Sammelbehälter 6 wird aus dem Kondensationsbereich 12 durch die Einlassöffnung 18 das Kältemittel eingeleitet und durch die Auslassöffnung 19 wird das Kältemittel aus dem Sammelbehälter 6 ausgeleitet in den Unterkühlungsbereich 13. Dabei ist der Unterkühlungsbereich 13 oberhalb des Überhitzungsbereiches 11 und des Kondensationsbereiches 12 ausgebildet, sodass die Einlassöffnung 18 und die Auslassöffnung 19 im oberen Bereich des Sammelbehälters 6 ausgebildet sind. Das durch die Einlassöffnung 18 eingeleitete Kältemittel strömt zunächst in eine Einlasskammer 26. Mit der Einlasskammer 26 ist ein Fallrohr 27 fluidleitend verbunden. Das in die Einlasskammer 26 eingeleitete Kältemittel strömt somit in das Fallrohr 27. Das untere Ende des Fallrohres 27 ist dabei dahingehend ausgebildet, dass dieses unterhalb des Flüssigkeitsspiegels des Kältemittels in der Speicherkammer 28 angeordnet ist. Im unteren Bereich der Speicherkammer 28 endet ein Steigrohr 25. Durch das Steigrohr 25 strömt das Kältemittel nach oben in eine Auslasskammer 24. Dabei mündet in die Auslasskammer 24 die Auslassöffnung 19, durch welche das Kältemittel aus der Auslasskammer 24 ausströmt. Innerhalb der Speicherkammer 28 ist Trocknergranulat als Trockner (nicht dargestellt) angeordnet. Das Trocknergranulat dient dazu, Wasser aufgrund seiner hygroskopischen Eigenschaften aus dem Kältemittel aufzunehmen.
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Die Seitenwandung 20 ist zweizeilig ausgebildet und weist im oberen Drittel einen ersten Teil und im unteren Drittel einen zweiten Teil auf. Dabei ist die Ein- und Auslassöffnung 18, 19 am oberen Drittel der Seitenwandung 20 vorhanden. Innerhalb des oberen Drittels der Seitenwandung 20, welche in der Querschnittsform kreisförmig ausgebildet ist, ist konzentrisch ein im Querschnitt kreisförmiger Rohrstutzen 31 angeordnet. Dabei ist zwischen dem Rohrstutzen 31 und dem oberen Drittel der Seitenwandung 20 ein oberer Dichtring 32, ein mittlerer Dichtring 33 und ein unterer Dichtring 34, jeweils als Dichtung 35, zum Beispiel aus einem elastischen Kunststoff bzw. Gummi, angeordnet. Dadurch bildet sich zwischen der Seitenwandung 20 und dem Rohrstutzen 31 die Auslasskammer 24 als Auslass-Ringraum 30 aus und die Einlasskammer 26 als Einlass-Ringraum 29 aus. In den Einlass-Ringraum 29 mündet die Einlassöffnung 18 und in den Auslass-Ringraum 30 mündet die Auslassöffnung 19. Der Rohrstutzen 31 ist dabei mittels Spritzgießen hergestellt, zum Beispiel aus Metall oder Kunststoff, und an dieses Spritzgussteil sind zugleich auch Anschlussstutzen zum Anschließen des Fallrohres 27 und des Steigrohres 25 ausgebildet. Das Steigrohr 25 und das Fallrohr 27 sind aus Kunststoff oder Metall mit einer sehr kleinen Strömungsquerschnittsfläche hergestellt. Aufgrund dieser angespritzten Anschlussstutzen an dem Rohrstutzen 31 kann das Steig- und Fallrohr 25, 27 einfach fluiddicht an diese Anschlussstutzen angeschlossen werden. Dabei weist der Rohrstutzen 31 entsprechende Öffnungen auf, sodass das Kältemittel von dem Steigrohr 25 in den Auslass-Ringraum 30 einströmen kann und aus dem Einlass-Ringraum 29 in das Fallrohr 27 einströmen kann. Am unteren Ende des Steigrohres 25 ist ein Filter 16 angeordnet.
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In 3 bis 5 ist auch das Sammelrohr 5 und der Überhitzungsbereich 11, der Kondensationsbereich 12 und der Unterkühlungsbereich 13 vereinfacht dargestellt. Ferner sind stark schematisiert an dem Sammelrohr 5 auch die Leitbleche 17 dargestellt zur Strömungsführung des Kältemittels durch die Kühlrohre 2. In 3 bis 5 sind die Kühlrohre 2 nicht einzeln abgebildet. Dabei ist an der Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 der Überhitzungsbereich 11 ganz unten angeordnet, darüberliegend der Kondensationsbereich 12 und oben der Unterkühlungsbereich 13. Das Kältemittel strömt dabei aus dem Kondensationsbereich 12 in die Einlassöffnung 18 ein und aus der Auslassöffnung 19 des Sammelbehälters 6 in den ganz oben angeordneten Unterkühlungsbereich 13. Das Anordnen des Unterkühlungsbereiches 13 an dem Wärmeübertrager der Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 ganz oben kann aus konstruktiven Gründen innerhalb eines Kraftfahrzeuges erforderlich sein, falls zum Beispiel vor der Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 im unteren Bereich ein Ladeluftkühler angeordnet ist.
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Der Rohrstutzen 31 kann dabei innerhalb der Seitenwandung 20 in dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 3 auch weiter unten als gemäß der Darstellung in 3 angeordnet werden, ohne dass hierfür weitere konstruktive Änderungen erforderlich sind. Lediglich die Ein- und Auslassöffnung 18, 19 und die Länge des Steig- und Fallrohres 25, 27 sind entsprechend anzupassen. Dadurch ist es möglich, mit einem im Wesentlichen nur geringfügig veränderten Sammelbehälter 6 eine Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 mit einer unterschiedlichen Größe des Unterkühlbereiches 13 herzustellen.
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Der mittlere Dichtring 33 ist mit einer Bypassöffnung 36 als Bypass 14 versehen. Dadurch bildet sich ein zweiter Strömungsweg getrennt von einem ersten Strömungsweg aus. Durch diesen zweiten Strömungsweg des Bypasses 14 kann das Kältemittel von der Einlassöffnung 18 unmittelbar zu der Auslassöffnung 19 strömen, ohne dass dabei das Kältemittel die Speicherkammer 28 durchströmt. Der erste Strömungsweg ist dabei gebildet durch die Einlasskammer 26, das Fallrohr 27, die Speicherkammer 28 sowie das Steigrohr 25 und die Auslasskammer 24. Durch den ersten Strömungsweg gelangt bzw. strömt das Kältemittel in der oben aufgeführten Reihenfolge durch. Zusätzlich kann somit das Kältemittel neben dem ersten Strömungsweg auch durch den zweiten Strömungsweg aufgrund des Bypasses 14 strömen. Dadurch strömt weniger Kältemittel durch die Speicherkammer 28 und in der Speicherkammer 28 wird somit die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels verringert. Dadurch kann in vorteilhafter Weise mehr gasförmiges Kältemittel in der Speicherkammer 28 abgeschieden werden, weil hier eine größere Ruhezeit des Kältemittels in der Speicherkammer 28 vorliegt. Ferner wird aufgrund der geringeren Strömungsgeschwindigkeit an einer Turbulenzzone im unteren Bereich der Speicherkammer weniger oder kein gasförmiges Kältemittel aus einem oberen Bereich der Speicherkammer 28 mitgenommen bzw. mitgerissen. Dadurch kann in vorteilhafter Weise die Abscheidung von gasförmigem Kältemittel an dem Sammelbehälter 6 verbessert werden.
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In 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Sammelbehälters 6 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 3 beschrieben. Der Bypass 14 ist durch ein Bypassrohr 15 gebildet. Das Bypassrohr 15 verbindet das Fallrohr 27 fluidleitend mit dem Steigrohr 25. Dabei mündet das Bypassrohr 15 in einem Abstand zu einer Einlassrohröffnung 38 des Steigrohres 25 in das Steigrohr 25 und in einem Abstand zu einer Auslassrohröffnung 39 des Fallrohres 27 in das Fallrohr 27. Der Abstand zwischen der Mündung des Bypassrohres 15 in das Steigrohr 25 zu der Einlassrohröffnung 38 gibt somit an, welcher Anteil des Steigrohres 25 von dem Bypassrohr 15 umgangen wird. Dabei ist der Filter 16 in Strömungsrichtung des Kältemittels in dem Steigrohr 25 nach der Mündung des Bypassrohres 15 an dem Steigrohr 25 angeordnet, so dass das durch den zweiten Strömungsweg geleitete Kältemittel auch durch den Filter 16 geleitet wird.
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In 5 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des Sammelbehälters 6 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 3 beschrieben. Das Fallrohr 27 und das Steigrohr 25 sind von einem U-förmigen Rohrabschnitt unmittelbar miteinander verbunden. An dem U-förmigen Rohrabschnitt ist wenigstens eine Kommunikationsöffnung 37 ausgebildet. Die wenigstens eine Kommunikationsöffnung 37 ist dabei vorzugsweise an der untersten Stelle des U-förmigen Rohrabschnittes bzw. der Rohrschleife angeordnet und ermöglicht eine fluidleitende Verbindung von dem Kältemittel, welches das Steigrohr 25 und das Fallrohr 27 durchströmt zu der Speicherkammer 28. Dadurch können Turbulenzen in der Speicherkammer 28 im Wesentlichen vermieden werden, weil nur sehr wenig Kältemittel durch die wenigstens eine Kommunikationsöffnung 27 in die Speicherkammer 28 ein- oder ausströmt.
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In einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Bypass 14 durch ein extern angebrachtes Rohr ausgebildet, welcher die Einlassöffnung 18 mit der Auslassöffnung 19 fluidleitend verbindet. Dabei kann dieses extern angebrachte Rohr auch außerhalb des Sammelbehälters 6 angeordnet sein. In einem zusätzlichen Ausführungsbeispiel kann der Bypasskanal 14 auch als ein in die Seitenwandung 20 extrudierter Kanal ausgebildet sein oder in die Seitenwandung 20 mit anderweitigen Herstellungsverfahren, z. B. spanabhebend, eingearbeitet sein.
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Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 wesentliche Vorteile verbunden. Durch den Bypass 14 steht dem Kältemittel beim Strömen von der Einlassöffnung 18 zu der Auslassöffnung 19 ein zweiter Strömungsweg unter Umgehung der Speicherkammer 28 zur Verfügung, so dass dadurch in der Speicherkammer 28 die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels in der Speicherkammer 28 verringert ist und somit die Abscheidungsrate von gasförmigem Kältemittel in der Speicherkammer 28 verbessert wird, d. h. weniger gasförmiges Kältemittel aus der Auslassöffnung 19 ausströmt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kältemittelkondensatorbaugruppe
- 2
- Kühlrohr
- 3
- Flachrohr
- 4
- Wellrippe
- 5
- Sammelrohr
- 6
- Sammelbehälter
- 7
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- 8
- Befestigungseinrichtung
- 9
- Baugruppen-Einlassöffnung
- 10
- Baugruppen-Auslassöffnung
- 11
- Überhitzungsbereich
- 12
- Kondensationsbereich
- 13
- Unterkühlungsbereich
- 14
- Bypass
- 15
- Bypassrohr
- 16
- Filter
- 17
- Leitblech
- 18
- Einlassöffnung
- 19
- Auslassöffnung
- 20
- Seitenwandung
- 21
- Obere Deckwandung
- 22
- Untere Bodenwandung
- 23
- Verschlussstopfen
- 24
- Auslasskammer
- 25
- Steigrohr
- 26
- Einlasskammer
- 27
- Fallrohr
- 28
- Speicherkammer
- 29
- Einlass-Ringraum
- 30
- Auslass-Ringraum
- 31
- Rohrstutzen
- 32
- Oberer Dichtring
- 33
- Mittlerer Dichtring
- 34
- Unterer Dichtring
- 35
- Dichtung
- 36
- Bypassöffnung
- 37
- Kommunikationsöffnung
- 38
- Einlassrohröffnung
- 39
- Auslassrohröffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005025451 A1 [0005]
- DE 10345921 A1 [0006]
- DE 10250384 A1 [0007]
