DE102013100884A1

DE102013100884A1 - Interner Wärmetauscher mit Trocknungsmittel

Info

Publication number: DE102013100884A1
Application number: DE201310100884
Authority: DE
Inventors: Tibor Györög; Stefan Herwig; Rainer Moskalczuk; Roland Priesemuth; Ingo Wegener; Dennis Wleklik; Andreas Wolf
Original assignee: Denso Automotive Deutschland GmbH; Denso Corp
Current assignee: Denso Automotive Deutschland GmbH; Denso Corp
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2014-09-18

Abstract

Die Erfindung betrifft einen interner Wärmetauscher (8) für einen Kältemittelkreislauf (1) einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, wobei der interne Wärmetauscher (8) zumindest eine Vorrichtung (9) aufweist, in welcher sich ein Trocknungsmittel (13) befindet, welches zumindest teilweise von dem flüssigen Kältemittel des Kältemittelkreislaufes (1) durchströmt wird. Mit dem Trocknungsmittel (13) wird das Kältemittel des Kältemittelkreislaufs (1) stabilisiert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen internen Wärmetauscher eines Kältemittelkreislaufs, insbesondere einen internen Wärmetauscher einer Klimaanlage eines Fahrzeugs. Gattungsgemäße Kältemittelkreisläufe umfassen einen Verdampfer zum Verdampfen eines Kältemittels, einen Kompressor zum Verdichten des in dem Verdampfer verdampften Kältemittels, sowie einen Kondensator zum Verflüssigen des verdichteten Kältemittels, welches vom Kompressor stromabwärts in den Kondensator strömt. Sie umfassen des Weiteren einen Auffangbehälter zum Zwischenspeichern von verflüssigtem Kältemittel und eine Expansionseinrichtung, in der das Kältemittel stromabwärts von Kondensator und Auffangbehälter expandiert und dem Verdampfer zugeführt wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Stabilisierung des Kältemittelkreislaufs und eine Klimaanlage mit dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher.
Bereits eine geringe Restfeuchte im Kältemittelkreislauf kann dessen operative Eigenschaften verschlechtern. Ferner kann beispielsweise im Kältemittel vorhandene Restfeuchte ausfrieren oder zu Korrosion an den Innenwänden der Rohrleitungen des Kältemittelkreislaufs führen. Das im Kältemittelkreislauf zirkulierende Kältemittel muss daher möglichst frei von Wasser gehalten werden. Zu diesem Zweck wird ein Trocknungsmittel in den Kältemittelkreislauf eingebracht. Dieses Trocknungsmittel verschleißt über die Zeit und muss in vielen Fällen in regelmäßigen Wartungsintervallen ausgetauscht werden. Die DE 10 2005 025 451 A1 beschreibt einen Kondensator mit einer Modulatorflasche, in der ein Trocknungsmittelbehälter austauschbar eingebracht und gehalten werden kann. Jedoch hat diese Lösung den Nachteil, dass damit die Modulatorflasche bei gleichbleibendem Volumen für das Kältemittel entsprechend größer wird, da das Trocknungsmittel in der Modulatorflasche Platz benötigt. So ist insbesondere der Platz im Frontbereich des Fahrzeugs limitiert, in dem die Modulatorflasche üblicherweise angebracht ist. Weiter muss die Modulatorflasche in geeigneter Weise zugänglich sein, um einen Austausch des Trocknungsmittels zu ermöglichen. Somit muss weiterer Raum freigehalten werden. Zudem muss diese Austauschmöglichkeit bei der Konstruktion des Fahrzeuges berücksichtigt werden. So schränkt diese bekannte Lösung die Flexibilität bei der Konstruktion des inneren Aufbaus des Fahrzeuges ein.
Bei Kältemittelkreisläufen der eingangs angegebenen Art werden mit der aus dem Verdampfer in den Fahrgastraum des Fahrzeugs einströmenden Luft häufig periodisch wiederkehrende zischelnde Geräusche in Abhängigkeit von der Betriebsart der Klimaanlage in den Fahrgastraum eingeleitet. Diese, bei bestimmten Betriebszuständen der Klimaanlage auftretenden Geräusche, sind im Fahrgastraum störend, wenn der Geräuschpegel aus der Umgebung niedrig ist, insbesondere bei Leerlauf des Motors oder im Stillstand des Fahrzeugs.
Untersuchungen haben ergeben, dass das strömende Kältemittel zwischen Kondensator und Expansionseinrichtung fluiddynamisch und thermodynamisch inhomogen bzw. instabil werden kann. Die Inhomogenitäten bzw. Instabilitäten breiten sich stromabwärts bis zur Expansionseinrichtung aus. Dies tritt insbesondere dann auf, wenn das Flüssigkeitsniveau des kondensierten Kältemittels im Auffangbehälter niedrig ist. Dies tritt insbesondere dann auf, wenn das Flüssigkeitsniveau des kondensierten Kältemittels im Auffangbehälter niedrig ist, da die Funktion des Auffangbehälters, flüssiges und gasförmiges Kältemittel zu separieren, in diesem Zustand verringert ist. Diese Inhomogenitäten sind insbesondere Gas- bzw. Dampfblasen in dem Kältemittel, welche eine hohe Enthalpie aufweisen, sowie Druck- und Strömungsgeschwindigkeitsschwankungen. Selbst wenn dem Kondensator stromabwärts ein Unterkühlabschnitt nachgeschaltet ist, breiten sich solche Inhomogenitäten stromabwärts aus.
Die oben erwähnten Geräusche entstehen dann, wenn in dem vom Kondensator verflüssigten Kältemittel noch Gasblasen oder auch Inhomogenitäten in der Flüssigkeit in Form von Druck- oder Strömungsgeschwindigkeitsschwankungen enthalten sind. Diese Instabilitäten führen im Expansionsventil zu Vibrationen. Diese Vibrationen werden über die Leitungsverbindung des Kältemittelkreislaufs auf den Verdampfer übertragen, der diese auf die umgebende Luft überträgt. Dabei entstehen Geräusche, die schließlich mit der Luft durch die Klimaanlage in den Fahrgastraum übertragen werden.
Um Gasblasen für eine Vibrationsentwicklung in der Expansionseinrichtung unschädlich zu machen, können größere Gasblasen in kleinere Gasblasen unterteilt werden, um die Vibrationsentwicklung zu verringern. Dies kann durch eine Mischer-artige Struktur in der Kältemittelleitung erreicht werden, in der größere Gasblasen mit dem flüssigen Kältemittel durchmischt und damit in kleinere Gasblasen unterteilt werden. Diese Mischerstruktur kann nun beispielsweise mit Hilfe von rippenartigen Strukturen der Kältemittelleitung ausgebildet werden, die in die Kältemittelleitung hineinragen, oder kann in Form einer abschnittsweise Kugelfüllung bzw. Granulatfüllung aus Metall, beispielsweise Aluminium, in der Kältemittelleitung ausgebildet sein.
So treten derartige in der Kältemittelleitung angeordnete Strukturen, welche eine großen Oberfläche und eine großen thermischen Masse aufweisen, mit den Gasblasen in Kontakt. Dabei werden die in der Kältemittelleitung vor der Expansionseinrichtung auftretenden Gasblasen zumindest in ihrer Größenausdehnung reduziert, indem den Gasblasen Energie entzogen bzw. deren Enthalpie verringert wird, nachdem die aus Kältemitteldampf bestehenden Gasblasen eine höhere Temperatur (Dampfsättigungstemperatur) haben als das flüssige Kältemittel. Die Strukturen werden somit zum (Nach-)Kondensieren der verbleibenden Gasphase des Kältemittels verwendet. Dabei werden die Strukturen immer wieder von dem flüssigen Kältemittel auf die Temperatur des Kältemittels heruntergekühlt, nachdem diese durch die wärmeren Gasblasen kurzzeitig erwärmt worden sind.
Jedoch hat diese Lösung den Nachteil, dass für die Entgasung eine weitere, zusätzliche Einrichtung in dem Kältekreislauf erforderlich ist, welche bei der Herstellung und der Wartung Kosten und Aufwand verursacht. Weiter benötigt diese zusätzlichen Platz. Auch muss diese Lösung bei der Konstruktion des Fahrzeugs berücksichtigt werden, was wiederum die Flexibilität bei der Konstruktion einschränkt.
Zusammengefasst gibt es somit mehrere Einflussfaktoren, die das operative Verhalten des Kältemittels in dem Kältemittelkreislauf negativ beeinflussen bzw. instabil machen, nämlich Wasser, Schwankungen von Enthalpie, Druck und Strömungsgeschwindigkeit, sowie Gasblasen. Für diese verschiedenen Problemkreise existieren derzeit nur individuelle, und in Folge auch jeweils konstruktiv individuell zu berücksichtigende Lösungen.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Kältemittelkreislauf im operativen Verhalten zu stabilisieren, Platz zu sparen und die Flexibilität bei der Anordnung der Komponenten des Kreislaufs zu erhöhen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch den Gegenstand der Ansprüche 1, 9 und 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen und Ausführungsformen sind Gegenstand der weiteren nebengeordneten und abhängigen Ansprüche.
Der erfindungsgemäße interne Wärmetauscher für einen Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs weist zumindest eine Vorrichtung auf, in welcher sich ein Trocknungsmittel befindet, welches zumindest teilweise von dem flüssigen Kältemittel eines Kältemittelkreislaufes durchströmt wird.
Die Integration der zumindest einen Vorrichtung mit dem Trocknungsmittel in dem Wärmetauscher erfüllt mehrere Funktionen zur Stabilisierung des Kältemittels, wie folgt erläutert.
Zunächst entzieht das Trocknungsmittel dem Kältemittelkreislauf Wasser. So ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung des Trocknungsmittels in der Strömung des internen Wärmetauschers eine aktive, erzwungene Durchströmung des Kältemittels durch das Trocknungsmittel gewährleistet, was zu einem effektiven Entziehen von Wasser aus dem Kältemittel führt. Bei der herkömmlichen Anordnung des Trocknungsmittels im Modulator wird im Gegensatz dazu keine Durchströmung des Trocknungsmittels erzwungen, da das Trocknungsmittel nicht direkt in der Strömung des Kältemittels angeordnet ist.
Weiter stabilisiert das im Wärmetauscher integrierte Trocknungsmittel die fluidthermodynamischen Parameter des Kältemittelkreislaufs. So wirkt das Trocknungsmittel in diesem Abschnitt des Kältemittelkreislaufs, in welchem das Kältemittel im Wesentlichen in kondensiertem bzw. flüssigem Zustand vorliegt, ausgleichend auf Enthalpie, Druck und Strömungsgeschwindigkeit, da dieses als kompensierender Energiespeicher in der Strömung des Kältemittels wirkt. So weist das Trocknungsmittel in der Strömung eine Dämpfungsfunktion für vorstehend genannte Schwankungen auf.
Weiter kann das Trocknungsmittel je nach Partikelform eine Mischer-Struktur bilden, in dem Gasblasen mit dem flüssigen Kältemittel durchmischt werden, diese dabei also verkleinert und zumindest teilweise nachkondensiert werden. Das Trocknungsmittel besitzt analog zu dem vorstehend erläuterten metallischen Granulat eine thermische Masse und eine Wärmeübergangsfläche, mit der abwechselnd flüssiges und gasförmiges Kältemittel in Kontakt tritt. Damit kann die Enthalpie der im verflüssigten Kältemittel enthaltenen Gasblasen verringert und/oder die Gasblasen in ihrem Volumen zumindest reduziert bzw. in kleinere Gasblasen unterteilt werden. Das Trocknungsmittel dient somit als Kältefalle für vorbeiströmende Gasblasen, die daraufhin zumindest teilweise kondensiert werden Das solcherart stabilisierte bzw. homogenisierte Kältemittel verursacht im Ergebnis weniger Vibrationen bei Durchtritt durch das Expansionsventil. Dieser Effekt wird durch die Anordnung des Trocknungsmittels in dem internen Wärmetauschers noch verstärkt, da das Trocknungsmittel nicht nur durch das flüssige Kältemittel der Hochdruckseite des internen Wärmetauschers gekühlt wird, sondern auch in örtlicher Nähe zu dem kälteren, gasförmigen Kältemittel der Niederdruckseite des Kreislaufs steht, womit auch eine Kühlung bzw. Konditionierung des Trocknungsmittel durch den Kältemittelstrom auf der Niederdruckseite realisiert bzw. unterstützt werden kann.
So kann bei Anwendung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers das Trocknungsmittel in dem Modulator entfallen bzw. in der Menge deutlich verringert werden, während zugleich keine weitere hochdruckseitige Mischerstruktur erforderlich ist, um das Kältemittel zu entgasen.
Damit sind in dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher mehrere herkömmliche Komponenten integriert, die sonst zusätzlichen Platz erfordern und den Fahrzeugkonstrukteur in der Flexibilität bei der Fahrzeugkonstruktion einschränken würden. Beispielsweise kann der Volumengewinn für eine Verkleinerung des Modulators genutzt werden. Dieser könnte beispielsweise in seinem Durchmesser etwas verkleinert werden, wodurch sich in Fahrzeuglängsrichtung zusätzlicher Bauraum ergibt. Das Kraftfahrzeug kann nun entweder kürzer gebaut werden oder der verfügbare Bauraum kann anderweitig genutzt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist bei dem internen Wärmetauscher die Vorrichtung näher am Auslass bzw. an der Austrittsöffnung des internen Wärmetauschers für das flüssige Kältemittel als am Einlass bzw. an der Eintrittsöffnung des internen Wärmetauschers für das flüssige Kältemittel angeordnet. Das flüssige Kältemittel der Hochdruckseite ist umso kälter, je länger dessen Verweildauer in dem internen Wärmetauscher ist, d. h., je näher dieses zu dem hochdruckseitigen Auslass des internen Wärmetauschers ist. Damit ist die Entgasung durch das Trocknungsmittel effektiver, da der Temperaturunterschied zwischen flüssigem und gasförmigem Kältemittel und damit zwischen Trocknungsmittel und gasförmigem Kältemittel größer als am Einlass des internen Wärmetauschers ist. Weiter führt eine Anordnung der Vorrichtung in der Nähe des Auslasses des internen Wärmetauschers dazu, dass diese gegebenenfalls auch leichter ausgetauscht werden kann, da nicht der gesamte Wärmetauscher sondern nur ein Teil zerlegt werden muss.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Vorrichtung in dem internen Wärmetauscher angeordnet oder als integrierte Anschlussleitung und/oder herausgeführte Leitung des internen Wärmetauschers ausgestaltet sein. Diese Ausgestaltungen der Anordnung der Vorrichtung an oder in dem internen Wärmetauscher (ihren zu einer erhöhten Flexibilität bei der Konstruktion des Kältemittelkreislaufs. Eine vollkommen in den internen Wärmetauscher integrierte Vorrichtung ist die platzsparendste Variante. Bei einer Anordnung der Vorrichtung in einer abschnittsweise herausgeführten Leitung ist die Vorrichtung in einem Bereich angeordnet, der wenigstens teilweise nicht an der Wärmetauscherstrecke liegt. Eine derartige Anordnung der Vorrichtung in einer abschnittsweise herausgeführten Leitung des internen Wärmetauschers ermöglicht einen Austausch der Vorrichtung, ohne dabei den internen Wärmetauscher selbst öffnen zu müssen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Vorrichtung des internen Wärmetauschers zumindest einen austauschbaren Behälter aufweisen, in dem sich das Trocknungsmittel befindet. Der Behälter für das pulver-, granulat-, oder kugelförmige Trocknungsmittel kann beispielsweise eine Patrone, eine Kartusche, ein Beutel oder eine Kartridge sein. Das Trocknungsmittel kann somit in einfacher Weise, beispielsweise im Falle eines routinemäßigen Austauschs, bei fehlerhaftem Material oder bei Verbrauch bzw. Sättigung des Trocknungsmittels beispielsweise in einer Kfz-Werkstatt ausgetauscht werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann sich in der Vorrichtung zumindest ein Filter befinden, welche vorzugsweise dem Trocknungsmittel stromabwärts nachgelagert angeordnet ist. Ein Filter wird in einem Kältemittelkreislauf verwendet, um Fremdkörper in der Kältemittelflüssigkeit (beispielsweise Abriebteile des Kompressors oder Fremdkörper, die bei einer Öffnung des Kältemittelkreislaufs eingedrungen sind) zurückzuhalten. Allerdings ist auch das Trocknungsmittel selbst Quelle solcher Fremdkörper, insbesondere in Form von Silikat. Somit ist es zweckmäßig den Filter gleich stromabwärts hinter der Stelle zu platzieren, an der Fremdkörper auftreten können. Der Filter stabilisiert so einen weiteren Parameter in dem Kältemittel: den Feststoffgehalt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Vorrichtung einen Strömungskanal aufweisen, welcher annähernd schrauben- oder helixförmig oder als Labyrinth ausgebildet ist. Dies resultiert in einer effektiven Verlängerung des Strömungswegs durch das Trocknungsmittel bei gleichbleibender Länge der Vorrichtung und erhöhter durchschnittlicher Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels. Damit kann die gleichmäßige Beaufschlagung des Trocknungsmittels durch den Kältemittelstrom verbessert werden. So ist es beispielsweise weniger wahrscheinlich, dass sich im Trocknungsmittel Gasblasen fangen bzw. halten, welche die Wirkung des Trocknungsmittels verschlechtern würden. Ebenso wird das Trocknungsmittel gleichmäßiger durchströmt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Vorrichtung strömungstechnisch derart ausgestaltet sein, dass das Trocknungsmittel möglichst vollständig durchströmt wird und/oder der Druckverlust möglichst niedrig ist. Je vollständiger das Trocknungsmittel durchströmt wird, umso besser ist das Volumen-Wirkungsverhältnis der Vorrichtung. Somit wird Platz gespart. Weiter führt das Trocknungsmittel in der Vorrichtung des internen Wärmetauschers zunächst zu einer Verringerung des effektiven Querschnitts der Strömungsführung und damit zu einem erhöhten Druckverlust in dem Kältemittelkreislauf, welcher unerwünscht ist. Dem kann man durch eine strömungstechnisch vorteilhafte Gestaltung der Vorrichtung begegnen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung können dem Trocknungsmittel Partikel beigemischt sein, welche vorzugsweise aus einem Material bestehen, das eine hohe Wärmekapazität aufweist, vorzugsweise Aluminium oder Kupfer. So beinhaltet das Trocknungsmittel zusätzliche Partikel, beispielsweise ein Granulat oder Kugeln, welche dann gemeinsam mit dem Trocknungsmittel in Wärmeaustausch mit dem umströmenden Kältemittel treten. Ein Material mit einer im Vergleich zu den für Trocknungsmittel üblichen Materialien höheren Wärmekapazität, erhöht damit die Gesamt-Wärmekapazität der Füllung der Vorrichtung im Vergleich zu einer Füllung, welche ausschließlich aus Trocknungsmittel besteht. Aufgrund dieser zusätzlichen Partikel vergrößert sich also die thermische Masse, welche in thermischen Austausch mit dem strömenden Kältemittel tritt. Damit wird die Homogenisierung und Stabilisierung der Kältemittelströmung nochmals verbessert.
Die zusätzlichen Partikel bestehen vorzugsweise aus einem metallischen Material. Besonders bevorzugt bestehen sie überwiegend aus Aluminium, z. B. einer Aluminiumlegierung. Sie sind vorteilhafterweise aus demselben Material hergestellt, wie das der Rohrleitungen und des Wärmetauschers des Kältemittelkreislaufs. Dies ermöglicht einerseits eine einfache Herstellung, und andererseits werden durch die Verwendung desselben Materials galvanische Effekte vermieden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Stabilisierung eines durch zumindest eine Vorrichtung eines internen Wärmetauschers fliesenden flüssigen Kältemittels eines Kältemittelkreislaufs vorgeschlagen, dass folgende Schritte aufweist: Ausbilden des Kältemittelkreislaufs durch Einbringen von Trocknungsmittel in die Vorrichtung oder die Vorrichtungen des internen Wärmetauschers, sowie eines Kältemittels in den Kältemittelkreislauf, und Durchströmen des Trocknungsmittels zumindest teilweise durch das Kältemittel des Kältemittelkreislaufs. Damit kann in effektiver, platzsparender und flexibler Weise ein Kältemittel in einem Kältemittelkreislauf stabilisiert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Austausch von Trocknungsmittel eines internen Wärmetauschers vorgeschlagen. Somit ist es erfindungsgemäß vorgesehen, das Trocknungsmittel durch Öffnen des Wärmetauschers, Entfernen von Trocknungsmittel aus der Vorrichtung des Wärmetauschers, Einbringen von neuem Trocknungsmittel in die Vorrichtung des Wärmetauschers und Schließen des Wärmetauschers auszutauschen. Damit kann das Trocknungsmittel in einfacher Weise bei Bedarf ausgetauscht werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welche den erfindungsgemäßen internen Wärmetauscher aufweist.
Die vorstehend beschriebenen Merkmale und Funktionen der vorliegenden Erfindung, sowie weitere Aspekte und Merkmale werden nachfolgend anhand der detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren weiter beschrieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Hierbei zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Kältemittelkreislaufs gemäß dem Stand der Technik,
2 einen Ausschnitt eines Kältemittelkreislaufs zwischen einem Front-Wärmetauscherblock und dem Expansionsventil gemäß dem Stand der Technik,
3 einen Ausschnitt eines Kältemittelkreislaufs zwischen einem Front-Wärmetauscherblock und dem Expansionsventil
4 einen Kältemittelkreislauf mit einem erfindungsgemäßen internen Wärmetauscher,
5 einen Ausschnitt eines Kältemittelkreislaufs zwischen einem Front-Wärmetauscherblock und dem Expansionsventil mit dem erfindungsgemäßen internen Wärmetauscher,
6 eine Prinzipskizze der Vorrichtung des erfindungsgemäßen internen Wärmetauschers,
7a–c drei Modifikationen der Vorrichtung des erfindungsgemäßen internen Wärmetauschers,
8 eine teilweise Querschnittsansicht eines internen Wärmetauschers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
9 eine teilweise Querschnittsansicht eines internen Wärmetauschers gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
10 eine teilweise Querschnittsansicht eines internen Wärmetauschers gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
11 eine teilweise Querschnittsansicht eines internen Wärmetauschers gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung,
12 eine teilweise Querschnittsansicht des internen Wärmetauschers gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung,
13 eine perspektivische Explosionszeichnung eines internen Wärmetauschers gemäß der dritten oder vierten Ausführungsform der Erfindung.
DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 zeigt schematisch den Aufbau eines Kältemittelkreislaufs 1 gemäß dem Stand der Technik. Angetrieben wird der Kältemittelkreislauf 1 von einem Kompressor 3, welcher verdampftes Kältemittel ansaugt, komprimiert und stromabwärts einem Kondensator 5 zuführt. Im Kondensator 5 verflüssigtes Kältemittel wird in einem Modulator 6 zwischengespeichert. Im Modulator 6 vorhandenes gasförmiges Kältemittel wird vom verflüssigten Kältemittel getrennt. Flüssiges Kältemittel strömt vom Modulator 6 weiter zu einem Expansionsventil 10, durch welches das Kältemittel expandiert wird und weiter stromabwärts einem Verdampfer 2 zugeführt wird, in welchem das Kältemittel verdampft und wiederum vom Kompressor 3 angesaugt wird. Die genannten Funktionseinheiten sind jeweils durch Rohrleitungen 11 zu einem geschlossenen Kreislauf miteinander verbunden. Der Teil des Kältemittelkreislaufs 1 von dem Expansionsventil 10 bis zu dem Kompressor 3 wird im Folgenden als Niederdruckseite bezeichnet, während der verbleibende Teil vom Kompressor 3 bis zum Expansionsventil 10 im Folgenden als Hochdruckseite bezeichnet wird.
Je nach Anwendung umfasst der Kältemittelkreislauf 1 stromabwärts von dem Modulator 6 optional einen Unterkühlabschnitt 7, in dem das Kältemittel weiter unterhalb der Siedetemperatur (d. h. der Kondensationstemperatur), die das Kältemittel bei dem gegeben Druck hat, abgekühlt wird.
Der Kondensator 5, der Modulator 6 und der Unterkühlabschnitt 7 können in einem Wärmetauscherblock 4 integriert sein, welcher in der Front eines Fahrzeuges untergebracht ist.
Weiter stromabwärts zu dem Modulator 6 weist der Kreislauf 1 einen internen Wärmetauscher 8 auf, in dem das Kältemittel auf der Hochdruckseite mit Hilfe des Kältemittels auf der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs weiter abgekühlt wird. Mit Hilfe des internen Wärmetauschers 8 wird aufgrund des Temperaturunterschiedes zwischen der Hochdruck- und der Niederdruckseite innere Energie des flüssigen Kältemittels von der Hochdruckseite zu dem gasförmigen Kältemittel der Niederdruckseite transferiert. Der interne Wärmetauscher 8 erhöht somit den Wirkungsgrad des Kreislaufs 1.
Weiter kann in einem Rohrabschnitt unmittelbar vor dem Expansionsventil 10 eine eingangs erläuterte Mischerstruktur 15 vorhanden sein. Diese beinhaltet eine Struktur und/oder Partikel aus Aluminium.
In der 2 ist schematisch ein Ausschnitt eines Kältemittelkreislaufs 1 zwischen einem Front-Wärmetauscherblock 4 und dem Expansionsventil 10 gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Der Kondensator 5 und der Unterkühlabschnitt 7 sind üblicherweise übereinander angeordnet und als ein integriertes flaches Bauteil für die Frontpartie eines Kraftfahrzeugs geeignet, wo sie typischerweise vertikal angeordnet werden. Der Modulator 6 ist üblicherweise ein im Wesentlichen zylindrisches Gefäß, welches entlang der Zylinderachse unmittelbar an einer Kante in der Ebene des flachen Bauteils, welches aus Kondensator 5 und Unterkühlabschnitt 7 gebildet wird, angrenzt. Die Bauhöhe des Front-Wärmetauscherblocks 4 ist im Wesentlichen durch die Frontpartie des Kraftfahrzeugs vorgegeben. In dieser herkömmlichen Konfiguration ist Trocknungsmittel 13 im Modulator 6 angeordnet und wird z. B. in einem Vlies-Säckchen gehalten. Eine Mischerstruktur 15 zur Entgasung der Flüssigkeit ist hier nicht vorgesehen.
3 zeigt schematisch einen Ausschnitt des Kreislaufs 1 auf der Hochdruckseite mit der Mischerstruktur 15. So ist die Mischerstruktur 15 zur Entgasung des Kältemittels zwischen Hochdruckventil 10 und internen Wärmetauscher 8 zur Entgasung angeordnet, während vorzugsweise zugleich bzw. zusätzlich in dem Modulator 6 Trocknungsmittel 13 zum Trocknen des Kältemittels angeordnet ist.
4 zeigt schematisch den Kältemittelkreislauf 1 mit einem erfindungsgemäßen internen Wärmetauscher 8 und zumindest einer Vorrichtung 9 in oder an dem Wärmetauscher 8. Der Wärmetauscher 8 umfasst neben der Wärmetauscherstrecke auch Anschlussblöcke- und leitungen, durch die das Kältemittel zu der Wärmetauscherstrecke zugeführt wird. Der Wärmetauscher 8 kann beispielsweise auch als Wärmetauscher-Modul bzw. als Wärmetauscher-Zusammenbau ausgeführt sein, da dieser wiederum aus einzelnen Funktionskomponenten besteht.
Der Wärmetauscher 8 ist üblicherweise in der Form eines Doppelrohr- oder Mantelrohrwärmeübertragers ausgeführt. Bei einer derartigen Bauform befindet sich ein Rohr, das Innenrohr, innerhalb eines anderen Rohrs, dem Aussenrohr, wobei diese vorzugsweise konzentrisch zueinander angeordnet sind. Alternativ kann der interne Wärmetauscher 8 ein extrodierter Wärmetauscher oder ein Plattenwärmetauscher sein. So kann der Gegenstand der Erfindung auch auf andere Arten von Wärmetauschern angewandt werden. So ist es für die Funktionsweise der Erfindung ausreichend, dass die Vorrichtung 9 der vorliegenden Erfindung im Strömungspfad des Kältemittels in und an dem internen Wärmetauscher 8 liegt. Weiterhin kann der Wärmetauscher beispielsweise als Gegenstromwärmetauscher, als Gleichstromwärmetauscher oder als Kreuzstromwärmetauscher ausgeführt sein. Bevorzugt wird ein Gegenstromwärmetauscher.
Die zumindest eine Vorrichtung 9 ist Bestandteil des internen Wärmetauschers 8 und kann entweder als integraler Bestandteil des internen Wärmetauschers ausgeführt sein oder extern, über herausgeführte Anschlüsse, an den internen Wärmetauscher angebracht sein. Die Strömungsführung des internen Wärmetauschers 8 führt das Kältemittel durch die zumindest eine Vorrichtung 9 hindurch. In der Vorrichtung befindet sich Trocknungsmittel 13.
Das Trocknungsmittel 13 kann ein geeignetes Trocknungsmittel 13 nach dem Stand der Technik sein, welches sich für den Einsatz in den gattungsgemäßen Kältemittelkreisläufen bewährt hat. Insbesondere kann das Trocknungsmittel 13 wenigstens einen Bestandteil ausgewählt aus der Gruppe der synthetischen Zeolithe beinhalten, z. B. das als Molekularsieb am Markt erhältliche XH7^TM oder XH9^TM. Derartige Trocknungsmittel 13 liegen üblicherweise in Granulat-, Kugel oder Partikelform vor. Weiter kann das Trocknungsmittel 13 auch mit einem weiteren Material, das eine höhere Wärmekapazität als das Trocknungsmittel 13 aufweist, beispielsweise Aluminiumgranulat, vermischt sein. Der Einfachheit halber wird nachstehend mit Trocknungsmittel 13 entweder reines Trocknungsmittel 13 oder eine beliebige Mischung mit einem geeigneten weiteren Material, wie vorstehend erläutert, verstanden.
Das Kältemittel kann ein geeignetes Kältemittel nach dem Stand der Technik sein, welches sich für den Einsatz in den gattungsgemäßen Kältemittelkreisläufen bewährt hat. Dies kann beispielsweise das Kältemittel R134a sein.
5 zeigt einen Ausschnitt eines Kältemittelkreislaufs zwischen einem Front-Wärmetauscherblock 4 und dem Expansionsventil 10 mit dem erfindungsgemäßen internen Wärmetauscher 8. Die zumindest eine Vorrichtung 9 ist vorzugsweise in der Nähe des Auslasses der Hochdruckseite angeordnet, um, wie weiter oben schon näher erläutert, die Effizienz der Stabilisierung des Kältemittels zu verbessern. Jedoch kann die Vorrichtung in oder an dem internen Wärmetauscher 8 beliebig je nach konstruktiven Erfordernissen positioniert werden. Die Vorrichtung 9 kann beispielsweise auch in der Nähe des Einlasses des flüssigen Kältemittels in den internen Wärmetauscher 8 angeordnet sein. Weiter können auch mehr als eine Vorrichtung 9, beispielsweise zwei, drei, oder vier Vorrichtungen 9, in oder an dem internen Wärmetauscher 8 angeordnet sein. Beispielsweise können eine Vorrichtung 9 in der Nähe des Auslasses, und eine weitere Vorrichtung 9a in der Nähe des Einlasses des Kältemittels angeordnet sein, um einen kumulativen Gesamteffekt zu erzielen. Zudem kann die Vorrichtung 9 auch in der Mitte angeordnet sein. Weiter ist es nicht erforderlich, dass es, wenn mehr als eine Vorrichtung 9 vorgesehen ist, diese Vorrichtungen 9 in Bauweise und Größe identisch zueinander sind.
Die Funktionsweise der Vorrichtung wird nun in Bezug auf die Prinzipskizze der 6 der Vorrichtung des erfindungsgemäßen internen Wärmetauschers näher erläutert. Das Kältemittel fließt stromabwärts vom Kondensator 5 im Wesentlichen als flüssiges Kältemittel FL in Richtung Expansionsventil 10. So können bei niedrigem Flüssigkeitsniveau im Modulator 6 vermehrt kleinere oder größere Gasblasen G in der flüssigen Phase FL des Kältemittels eingeschlossen sein. Ferner können lokale Schwankungen der fluidthermodynamischen Parameter des strömenden Kältemittels auftreten, d. h. insbesondere Temperaturschwankungen und damit verbundene Schwankungen der Strömungsgeschwindigkeit, sowie lokale Dichteschwankungen.
Die Integration des Trocknungsmittels 13 im Strömungsquerschnitt der Vorrichtung 9 hat zunächst eine Mischerfunktion. Dies wirkt sich ausgleichend auf die vorhandenen fluidthermodynamischen Schwankungen aus. Ferner werden lokale Stoff-Inhomogenitäten, d. h. das Vorhandensein bzw. Nichtvorhandensein von Restfeuchte ausgeglichen und die Restfeuchte effektiv gebunden.
Das Trocknungsmittel 13 hat noch die weitere Eigenschaft, Wärme zu speichern bzw. diese wieder abzugeben. Diese Wärmeaustauschfunktion wird ggf. durch ein Additiv, wie beispielsweise Aluminiumgranulat, noch erheblich verstärkt. Das Trocknungsmittel 13 und ggf. das Aluminiumgranulat kühlen sich allgemein im Strom des flüssigen Kältemittels FL auf dessen Durchschnittstemperatur ab. Das flüssige Kältemittel weist dabei eine Temperatur unterhalb der zu dem jeweiligen Druck vorherrschenden Siedetemperatur des Kältemittels auf.
Vorbeiströmende (wärmere) Gasblasen G geben in Folge Enthalpie an das (kältere) Trocknungsmittel 13 und ggf. das Aluminiumgranulat ab. Die Gasblasen G werden damit in der Vorrichtung abgekühlt und kondensieren teilweise oder vollständig zu flüssigem Kältemittel nach bzw. aus.
Das Trocknungsmittel 13 wird dabei durch geeignete Rückhaltemittel 22, 23 in der Strömung in Position gehalten. Diese können beispielsweise in der Vorrichtung angebrachte Siebe, Gitter oder Filter sein. Die Rückhaltemittel 22, 23 können gleicher oder unterschiedlicher Art sein. Beispielsweise kann dem Trocknungsmittel 13 vorgelagert ein Gitter und diesem nachgelagert ein Filter als Rückhaltemittel angeordnet sein. Dabei dient der Filter dem Herausfiltern für sowohl Fremdkörper in der Flüssigkeit als auch für aus dem Trocknungsmittel 13 ausgeschwemmte Partikel. Zudem kann auch ein Behälter, welcher das Trocknungsmittel 13 beinhaltet verwendet werden, um die Position des Trocknungsmittels 13 in der Strömung zu fixieren. Dieser Behälter kann vorzugsweise aus einem Material, beispielsweise ein Vliesbeutel, bestehen oder entsprechende Einbauten aufweisen, welches oder welche eine Filterfunktion aufweist.
Als vorteilhafte Ausgestaltung haben sich weiter Kügelchen oder Granulate mit unterschiedlichen Korngrößen herausgestellt, wobei sich dies gleichermaßen auf die Verwendung einer Mischung aus Trocknungsmittel 13 und Aluminiumgranulat 14 und auf die ausschließliche Verwendung von Trocknungsmittel 13 bezieht. Die Korngrößen liegen bei gattungsgemäßen Anwendungen typischerweise im Millimeterbereich mit 1 mm–3 mm Durchmesser, wobei auch größere Kugeldurchmesser oder auch ein pulverförmiger Anteil vorhanden sein kann.
Die 7a, b und c zeigen drei Modifikationen der Vorrichtung des erfindungsgemäßen internen Wärmetauschers. Dabei sind jeweils unterschiedlich konstruktive als auch strömungstechnische Vorgaben berücksichtigt, wie im Folgenden erläutert.
7a zeigt einen Abschnitt der Wärmetauscherstrecke eines Doppelrohrwärmetauschers, wobei innen das gasförmige Kältemittel fließt, und zwischen Innenrohr 18 und Aussenrohr 17, das weitgehend flüssige Kältemittel der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs fließt. Das durch das Trocknungsmittel 13 der Vorrichtung 9 beanspruchte Volumen weist annähernd die Form eines Hohlzylinders auf, welcher von dem das flüssige Kältemittel durchströmt wird. Alternativ kann das flüssige Kältemittel auch innen strömen und das Gasförmige außen. Das durch das Trocknungsmittel 13 der Vorrichtung 9 beanspruchte Volumen wird in diesem Falle annähernd eine Zylinderform aufweisen.
7b zeigt einen Doppelrohrwärmetauscher, bei dem die Vorrichtung 9 einen gegenüber der Wärmetauscherstrecke für das flüssige Kältemittel erweiterten Querschnitt aufweist. Das Trocknungsmittel in der Vorrichtung 9 des internen Wärmetauschers führt zunächst zu einer Verringerung des effektiven Querschnitts der Strömungsführung bzw. zu einem erhöhten Strömungswiderstand und damit zu einem erhöhten Druckverlust in dem Kältemittelkreislauf. Durch die Erweiterung des Querschnitts der Vorrichtung 9 kann dieser Druckverlust verringert werden. Weiter vergrößert sich auf diese Weise das effektiv wirksame Volumen des Trocknungsmittels 13, welches auch in diesem Falle grob angenähert die Form eines Hohlzylinders aufweist.
7c zeigt einen Doppelrohrwärmetauscher, bei dem der Strömungsverlauf des flüssigen Kältemittels herausgeführt ist. So befindet sich die Vorrichtung 9 an dem internen Wärmetauscher 8. Damit kann diese in einfacher Weise, beispielsweise mit Hilfe von Schraubverschlüssen oder ähnlichen Leitungsverbindern, als Ganzes ersetzt werden. Weiter ist das Kältemittel bei dieser Modifikation gezwungen, vollständig durch die Vorrichtung 9 zu fließen, da die Zwischenstrecke zwischen den beiden Herausführungen zu der Vorrichtung 9 innerhalb der Wärmetauscherstrecke vollständig blockiert ist. Das Volumen, das von dem Trocknungsmittel 13 definiert ist, ist in diesem Fall vorzugsweise zylinderförmig, kann alternativ aber auch kegelförmig sein, wenn sich die Vorrichtung 9 beispielsweise in eine Richtung verjüngt.
8 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht eines internen Wärmetauschers 8 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Hierbei ist die Vorrichtung 9 zwischen der Wärmetauscherstrecke (vgl. rechte Seite der 8) und einem Anschlussblock 16 (vgl. linke Seite der 8) angeordnet. Der Anschlussblock 16 weist einen Niederdruckanschluss 19 und einen Hochdruckanschluss 20 auf. Durch den Niederdruckanschluss 19 fließt im Wesentlichen gasförmiges Kältemittel in das Innenrohr 18 des Wärmetauschers 8 oder in umgekehrter Richtung. Durch den Hochdruckanschluss 20 fließt im Wesentlichen flüssiges Kältemittel durch den mit dem Innenrohr 18 und der Dichtung 32 von dem gasförmigen Kältemittel abgetrennten Bereich des Anschlussblocks 16 in die Vorrichtung 9 und deren Trocknungsmittel 13 zu dem Bereich der Wärmetauscherstrecke zwischen Aussenrohr 17 und Innenrohr 18 oder in umgekehrter Richtung.
Die Vorrichtung 9 ist um das bzw. auf dem Innenrohr 18 angeordnet, wobei diese mit Hilfe eines Anschlussstücks, beispielsweise einer Schraubverbindung, mit dem Anschlussblock 16 verbunden ist. Die Vorrichtung 9 des Wärmetauschers 8 ist mit dem Aussenrohr 17 mit einem geeigneten Verschluss 31, beispielsweise einem Bajonettverschluss oder alternativ mit einer Schraubverbindung, verbunden. Hierbei sorgt optional eine Dichtung 25 für die entsprechend notwendige Dichtigkeit. Alternativ können die Verbindungen auch aus einer Klemmverbindung oder einer Glattrohrverbindung bestehen.
Eine Aussenwand 24 der Vorrichtung 9 ist gegenüber dem Aussendurchmesser des Aussenrohrs 17 erweitert, um das für das Trocknungsmittel 13 zur Verfügung stehende Volumen zu vergrößern. Die Aussenwand 24 ist in einem Übergangsabschnitt 27 angeschrägt, um den Durchmesser der Vorrichtung 9 auf das Maß des Gegenstücks der Verbindung des Anschlussblocks 16 zu verringern. Der Winkel alpha der Tangente der Innenoberfläche dieser Anschrägung des Übergangsabschnitts 27 in Bezug auf eine Mittenachse A der Vorrichtung 9 liegt vorzugsweise in etwa zwischen 22 und 60 Grad. Je flacher bzw. kleiner dieser Winkel ist, umso länger wird die Vorrichtung 9 und umso niedriger ist der Strömungswiderstand bzw. Druckverlust dieses Abschnitts des Strömungskanals für das flüssige Kältemittel. Umgekehrt sind die Länge umso kleiner und der Druckverlust der Vorrichtung 9 umso größer, je steiler bzw. größer der Winkel ist. Weiter ist zu berücksichtigen, dass auch in verschiedenen Einbaulagen des internen Wärmetauschers 8 Toträume im Strömungskanal entstehen, in denen sich Gas ansammeln kann. So kann beispielsweise in Randbereichen des Übergangsabschnitts 27 die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels zu gering werden, um dort angesammeltes Gas mitzunehmen bzw. fortzutragen, wenn der Winkel entsprechend groß wird.
Das Trocknungsmittel 13 befindet sich in dem von flüssigen Kältemittel durchströmten annähernd hohlzylinderförmigen Volumen, das durch die Innenwände der Vorrichtung 9 definiert wird. Dieses Volumen kann alternativ auch hohlkegelförmig oder hohlquaderförmig ausgestaltet sein. Das Trocknungsmittel 13 wird insbesondere stromabwärts von geeigneten Rückhaltemitteln 22, 23, z. B. einem Sieb, Gitter oder Filter in Position gehalten.
Die dem Trocknungsmittel 13 zugewandte Innenwandung der Vorrichtung 9 kann optional eine Randrippung 21 aufweisen. Diese kann alternativ auch eine Randnoppung (halbkugel- oder annähernd kegelförmig), Randriffelung oder Randaufrauhung sein. Damit werden Randströmungen des Kältemittels in dem Volumen des Trocknungsmittels 13 vermieden, da andernfalls bei einer glatten Innenwandung der Strömungswiderstand in der Nähe der Wand niedriger wäre, als in der Mitte des Trocknungsmittels 13. Somit wird das Trocknungsmittel 13 aufgrund der Randrippung 13 gleichmäßiger durchströmt, was die Effektivität der Stabilisierung des Kältemittels verbessert.
Das Trocknungsmittel 13 kann lose in das dafür vorgesehen Volumen eingefüllt werden, wenn der Verschluss 31 der Vorrichtung 9 geöffnet ist. Ist der Verschluss 31 geschlossen, so ist das Trocknungsmittel 13 in dem dafür vorgesehen Volumen fixiert.
9 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht eines internen Wärmetauschers 8 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Die mechanische Ausführung und die Strömungsführung der Vorrichtung 9 entsprechen dabei weitgehend der ersten Ausführungsform. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform befindet sich das Trocknungsmittel 13 in einem Behälter, hier in einem Beutel 26, beispielsweise aus Vlies. Der Behälter oder Beutel 26 kann zudem die Funktion eines Filters erfüllen und ist üblicherweise austauschbar. Dazu wird der Verschluss 31 geöffnet, dann wird der Beutel 26 ausgetauscht und danach wird der Verschluss 31 wieder geschlossen. Der Beutel 26 liegt vorzugsweise auf einem Abschnitt 18a des Innenrohrs 18 auf. Damit wird der Beutel 26 bzw. das darin enthaltene Trocknungsmittel 13 durch das kältere, gasförmige Kältemittel in dem Innenrohr 18 über den Abschnitt 18a zusätzlich gekühlt, was die Effektivität der Stabilisierung des Kältemittels verbessert.
10 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht eines internen Wärmetauschers 8 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Die mechanische Ausführung, sowie die Strömungsführung der Vorrichtung 9 entsprechen dabei weitgehend der ersten Ausführungsform. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform befindet sich das Trocknungsmittel 13 in einem Behälter, hier in einer Kartusche 28, vorzugsweise aus einem kältemittelbeständigen Kunststoff, beispielsweise aus Polycarbonat (PC) oder Polyimid (Kapton^TM). Alternativ kann man die Kartusche 28 auch als Patrone bezeichnen. Die Kartusche ist vorzugsweise in gleicher Weise, wie der Beutel 26 der zweiten Ausführungsform austauschbar. Zudem sind die Rückhaltemittel 22, 23 vorzugsweise in die Kartusche 28 mit integriert. Damit können diese zusammen mit dem Trocknungsmittel 13 ausgetauscht werden, wenn diese beispielsweise als Filter ausgestaltet sind. Alternativ können die Rückhaltemittel 22, 23 auch in die Vorrichtung 9 integriert sein. Ebenso wird das Trocknungsmittel 13 ähnlich der zweiten Ausführungsform vorteilhaft über die Wand der Kartusche 28 und den Abschnitt 18a des Innenrohrs 18 gekühlt.
11 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht eines internen Wärmetauschers 8 und 12 eine Gitteransicht gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Die mechanische Ausführung, die Ausgestaltung des Behälters des Trocknungsmittels 13 als Kartusche 28, sowie die Strömungsführung der Vorrichtung 9 entsprechen dabei weitgehend der dritten Ausführungsform. Zusätzlich ist die Strömungsführung der Kartusche 28 für das Kältemittel mit Hilfe einer schraubenförmigen Wendel 29 schraubenförmig ausgestaltet. So wird das Kühlmittel gezwungen, schraubenförmig bzw. wendelförmig um das Innenrohr 18 durch das Trocknungsmittel 13 zu fließen. Durch die solchermaßen definierte Strömungswegverlängerung wird das Trocknungsmittel gleichmäßiger mit Kältemittel beaufschlagt, womit die Effektivität der Stabilisierung des Kältemittels durch das Trocknungsmittel 13 verbessert. Zudem wird einer Gasansammlung in der Kartusche 28 entgegengewirkt, da Toträume mit niedriger oder vernachlässigbarer Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels vermieden werden. Dadurch wird die Vorrichtung 9 bzw. der interne Wärmetauscher 8 lageunabhängiger. Alternativ können für das Kältemittel in die Kartusche 28 auch mehrere Ein- und Auslässe und mehrere schraubenförmige Wendeln vorhanden sein, womit dann eine Mehrfach-Helix, bei beispielsweise zwei schraubenförmigen Wendeln 29 ist diese eine Doppel-Helix, ausgestaltet ist. Weiter kann je nach Anzahl der Schraubengänge und Anzahl der Wendeln 29 ein Optimum zwischen Druckverlust und der Beaufschlagung des Trocknungsmittels 13 durch das Kältemittel in der Kartusche 28 gefunden werden. In ähnlicher Weise können auch andere Arten bzw. Geometrien der Strömungswegverlängerungen verwendet werden, um die Beaufschlagung des Trocknungsmittels 13 zu verbessern, beispielsweise Labyrinthe.
13 zeigt eine perspektivische Explosionszeichnung eines internen Wärmetauschers 8 mit der Kartusche 28, der Aussenwandung 24, den Dichtungen 25 und 32, dem Innenrohr 18, dem auf dem Innenrohr 18 aufgesetztem Verschluss 31, dem Aussenrohr 17 und dem Anschlussblock 16 mit den Niederdruck- und Hochdruckanschlüssen 19 und 20 gemäß der dritten oder vierten Ausführungsform der Erfindung zur Verdeutlichung des mechanisches Aufbaus.
Die Erfindung lässt neben den erläuterten Ausführungsformen weitere Gestaltungsansätze zu.
Obschon bei den vorliegenden Ausführungsformen ein Doppelrohrwärmetauscher beispielhaft aufgeführt ist, kann der Gegenstand der Erfindung auch auf andere Bauformen von internen Wärmetauschern 8, beispielsweise extrudierte Wärmetauscher oder Plattenwärmetauscher, angewandt werden. So ist es nur erforderlich, die Vorrichtung 9 der Erfindung mechanisch an die jeweilige Bauform des internen Wärmetauschers 8 derart anzupassen, dass diese in die jeweilige Bauform des internen Wärmetauschers integriert ist und der Strömungsverlauf des Kältemittels geeignet durch die Vorrichtung 9 mit dem Trocknungsmittel 13 erfolgt. Auch kann die Vorrichtung bei der herausgeführten Modifikation der Vorrichtung 9 (vgl. 7c) im Wesentlichen unabhängig von dem inneren Aufbau des entsprechenden Wärmetauschers 8 verwendet werden.
Es ist im Sinne der Erfindung, dass die verschiedenen Varianten prinzipiell beliebig miteinander kombinierbar sind. Insbesondere kann für die stabilisierende Wirkung erfindungsgemäß nur Trocknungsmittel oder auch eine Mischung aus Trocknungsmittel und zusätzlichen wärmetauschenden Strukturen und/oder Partikel eingesetzt werden.
Die Erfindung ist auch nicht auf die konkrete Bauform der Funktionseinheiten beschränkt, vielmehr können der Kondensator 5, Modulator 6 und Unterkühlabschnitt 7 in einem Front-Wärmetauscherblock 4 integriert sein.
Auch kann der Modulator 6 noch zusätzliches Trocknungsmittel 13 enthalten, d. h. es kann in dem Kältemittelkreislauf neben dem Trocknungsmittel 13 der Vorrichtung 9 des internen Wärmetauschers noch weiteres Trocknungsmittel 13 angeordnet sein.
Die vorliegende Erfindung kann bei beliebigen Kältekreisläufen eingesetzt werden, die einen derartigen internen Wärmetauscher aufweisen. So kann diese beispielsweise auch bei Kältekreisläufen von Klimaanlagen für Lastkraftwagen oder Schiffe bzw. Boote eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Kältemittelkreislauf
2: Verdampfer
3: Kompressor
4: Front-Wärmetauscherblock
5: Kondensator
6: Modulator
7: Unterkühlabschnitt
8: Interner Wärmetauscher
9: Vorrichtung
10: Expansionsventil
11: Rohrleitungen
12: Sieb
13: Trocknungsmittel
FL: Flüssiges Kältemittel
G: Gasförmiges Kältemittel
15: Mischerstruktur
16: Anschlussblock
17: Aussenrohr
18: Innenrohr
18a: Abschnitt des Innenrohrs
19: Niederdruckanschluss
20: Hochdruckanschluss
21: Randrippung
22: Eingangsseitiges Rückhaltemittel
23: Ausgangsseitiges Rückhaltemittel
24: Aussenwandung
A: Achse
25: Verschlussdichtung
26: Beutel
27: Übergangsabschnitt
28: Kartusche
29: Wendel
30: Abschlussabschnitt
31: Verschluss
32: Innendichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005025451 A1 [0002]

Claims

Interner Wärmetauscher (8) für einen Kältemittelkreislauf (1) einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, wobei der interne Wärmetauscher (8) zumindest eine Vorrichtung (9) aufweist, in welcher sich ein Trocknungsmittel (13) befindet, welches zumindest teilweise von dem flüssigen Kältemittel des Kältemittelkreislaufes (1) durchströmt wird.
Interner Wärmetauscher (8) gemäß Anspruch 1, wobei die Vorrichtung (9) näher am Auslass des internen Wärmetauschers (8) für das flüssige Kältemittel als am Einlass des internen Wärmetauschers (8) für das flüssige Kältemittel angeordnet ist.
Interner Wärmetauscher (8) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Vorrichtung (9) in dem internen Wärmetauscher (9) angeordnet oder als integrierte Anschlussleitung und/oder herausgeführte Leitung des internen Wärmetauschers (8) ausgestaltet ist.
Interner Wärmetauscher (8) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Vorrichtung (9) zumindest einen austauschbaren Behälter (26, 28) aufweist, in dem sich das Trocknungsmittel (13) befindet.
Interner Wärmetauscher (8) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei sich in der Vorrichtung (9) zumindest ein Filter befindet, welcher vorzugsweise dem Trocknungsmittel (13) stromabwärts nachgelagert angeordnet ist.
Interner Wärmetauscher (8) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Vorrichtung (9) einen Strömungskanal aufweist, welcher annähernd schrauben- oder helixförmig oder als Labyrinth ausgebildet ist.
Interner Wärmetauscher (8) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Vorrichtung (9) strömungstechnisch derart ausgestaltet ist, dass das Trocknungsmittel (13) möglichst vollständig durchströmt wird und/oder der Druckverlust möglichst niedrig ist.
Interner Wärmetauscher (8) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei dem Trocknungsmittel (13) Partikel beigemischt sind, welche vorzugsweise aus einem Material bestehen, das eine hohe Wärmekapazität aufweist, vorzugsweise Aluminium oder Kupfer.
Verfahren zur Stabilisierung eines durch zumindest eine Vorrichtung (9) eines internen Wärmetauschers (8) fliesenden flüssigen Kältemittels eines Kältemittelkreislaufs (1), aufweisend folgende Schritte: Ausbilden des Kältemittelkreislaufs (1) durch Einbringen von Trocknungsmittel (13) in die Vorrichtung (9) oder die Vorrichtungen (9) des internen Wärmetauschers (8), sowie eines Kältemittels in den Kältemittelkreislauf (1), Durchströmen des Trocknungsmittels (13) zumindest teilweise durch das Kältemittel des Kältemittelkreislaufs (1).
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei das Trocknungsmittel austauschbar ist und der Austausch des Trocknungsmittels (13) des internen Wärmetauschers (8) mit folgenden Schritten erfolgt: Öffnen des Wärmetauschers (8); Entfernen von Trocknungsmittel (13) aus der Vorrichtung (9) des Wärmetauschers (8); Einbringen von neuem Trocknungsmittel (13) in die Vorrichtung (9) des Wärmetauschers (8); Schließen des Wärmetauschers (8).
Verfahren zum Austausch von Trocknungsmittel (13) eines internen Wärmetauschers (8) gemäß Anspruch 10, wobei sich das Trocknungsmittel (13) in einem Behälter (26, 28) befindet, der vorzugsweise eine Kartusche (28), Patrone oder ein Beutel (26) ist.
Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug mit einem internen Wärmetauscher (8) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.