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Die Erfindung betrifft eine Fahrzeug-Klimaanlage.
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In gängigen Fahrzeug-Klimaanlagen wird ein Kältemittel, beispielsweise Kohlendioxid (unter der Bezeichnung R744) durch einen Kältemittelkreis befördert. Das Kältemittel wird in einem Kompressor komprimiert und durch einen Kühler geleitet, in dem es abgekühlt wird. Dann passiert das Kältemittel einen Hochdruckzweig eines inneren Wärmetauschers, in dem es sich durch Wärmeabgabe an den Niederdruckzweig des inneren Wärmtauschers weiter abkühlt. Von einem Auslass des inneren Wärmetauschers gelangt das Kältemittel, immer noch auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreises, zu einer Expansionsvorrichtung, wo es entspannt wird und von dort unter niedrigerem Druck zu einem Verdampfer gelangt, an dem es Wärmeenergie von den abzukühlenden Verbrauchern aufnimmt, beispielsweise von der Luft eines Fahrzeuginnenraums. Vom Verdampfer strömt das Kältemittel durch den Niederdruckzweig des inneren Wärmetauschers und zurück zum Kompressor, wo es wiederum komprimiert wird.
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Es gibt Bestrebungen, den benötigten Bauraum der Klimaanlage sowie auch die Zahl der insgesamt zu verbauenden Komponenten zu verringern, um Platz zu sparen und die Montagezeiten zu verkürzen.
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Beispielsweise ist in der
US 6 539 746 B1 vorgeschlagen, den Kühler und den inneren Wärmetauscher der Klimaanlage in ein gemeinsames Bauteil zu integrieren, wobei das Kältemittel auf der Hochdruckseite nach dem Kühler direkt den inneren Wärmetauscher passiert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Kompaktheit einer Fahrzeug-Klimaanlage weiter zu erhöhen und außerdem die Geräuschbelastung des Fahrzeuginnenraums zu senken.
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Diese Aufgabe wird bei einer Fahrzeug-Klimaanlage mit einem Frontendmodul gelöst, das einen Kühler und einen mit dem Kühler strömungsverbundenen inneren Wärmetauscher enthält, der von Kältemittel in einem Hochdruckzweig und einem Niederdruckzweig durchströmt wird. Es ist eine Expansionsvorrichtung vorgesehen, die stromabwärts eines Hochdruckausgangs des inneren Wärmetauschers in unmittelbarer Nähe zum inneren Wärmetauscher angeordnet ist. Unter einer Anordnung der Expansionsvorrichtung in unmittelbarer Nähe zum inneren Wärmetauscher ist vorzugsweise zu verstehen, dass ein Strömungsweg vom Ausgang des inneren Wärmetauschers zur Expansionsvorrichtung kürzer als ca. 200 mm ist. Durch die Platzierung der Expansionsvorrichtung im Bereich des Frontendmoduls wird die Hochdruckleitung im Kältemittelkreislauf verkürzt und damit das Volumen an unter hohem Druck stehenden Kältemittel reduziert. Außerdem wird die Geräuschentwicklung im Fahrzeuginnenraum verringert, da die auf diese Weise verlängerte Niederdruckleitung zwischen der Expansionsvorrichtung und dem Verdampfer in der Expansionsvorrichtung entstehende Geräusche dämpft.
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Vorzugsweise ist ein Strömungsweg von der Expansionsvorrichtung zu einem Verdampfer der Fahrzeug-Klimaanlage länger als ein Strömungsweg vom Hochdruckausgang des inneren Wärmetauschers zur Expansionsvorrichtung, was sich durch die Anordnung der Expansionsvorrichtung nahe des inneren Wärmetauschers im Frontendmodul einfach erreichen lässt.
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Das Frontendmodul bildet dabei ein einziges, im Fahrzeug zu verbauendes, komplett vorgefertigtes Bauteil, sodass sich die Zahl der zu verbauenden Bauteile einfach reduzieren lässt.
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Das Frontendmodul ist bevorzugt nahe der Fahrzeugfront angeordnet. Es kann beispielsweise ein Gehäuse aufweisen, das alle seine Komponenten umschließt oder einen Trägerrahmen, an dem die einzelnen Komponenten befestigt sind.
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Die Expansionsvorrichtung kann z.B. außen am Frontendmodul montiert sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist jedoch die Expansionsvorrichtung in das Frontendmodul selbst integriert, sodass es zusammen mit diesem im Fahrzeug verbaut werden kann.
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Es ist möglich, ein Absperrventil strömungsmäßig zwischen dem Hochdruckausgang des inneren Wärmetauschers und der Expansionsvorrichtung vorzusehen. Dieses ist vorzugsweise ebenfalls in das Frontendmodul integriert, sodass zum einen der Strömungsweg zwischen dem Hochdruckausgang des inneren Wärmetauschers und der Expansionsvorrichtung kurz gehalten werden kann und zum anderen auch hier die Zahl der Komponenten und der Montageaufwand beim Einbauen ins Fahrzeug verringert werden kann.
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Die Zahl der Bauteile lässt sich noch weiter reduzieren, indem ein Fluid-Akkumulator der Fahrzeug-Klimaanlage ebenfalls in das Frontendmodul integriert ist. Der Fluid-Akkumulator ist vorzugsweise strömungsmäßig zwischen einem Ausgang des Verdampfers und einem Niederdruckeingang des inneren Wärmetauschers angeordnet.
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In einem weiteren Integrationsschritt kann ein Bypasszweig, der die Expansionsvorrichtung überbrückt, ebenfalls in das Frontendmodul integriert sein.
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Um Platz zu sparen, ist es möglich, den inneren Wärmetauscher direkt mit dem Kühler zu verbinden.
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Der innere Wärmetauscher ist dabei vorzugsweise als Plattenwärmetauscher ausgebildet oder aus Flachrohren gebildet, um eine möglichst kompakte Form zu erzielen.
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Das Frontendmodul wiederum lässt sich in ein Fahrzeugkühlermodul integrieren, das einen Kühlerlüfter aufweist und das vorzugsweise den Hauptkühler des Fahrzeugantriebs umfasst. Hier ist oft auch eine entsprechende Verkleidung mit geeigneten Luftleitelementen vorgesehen, die ausgenutzt werden können, um auch den Kühler des Frontendmoduls optimal mit Frischluft zu versorgen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Kältemittelkreislaufs einer erfindungsgemäßen Fahrzeug-Klimaanlage;
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2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Fahrzeug-Klimaanlage gemäß einer ersten Ausführungsform; und
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3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Fahrzeug-Klimaanlage gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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1 zeigt schematisch den Kältemittelkreis einer erfindungsgemäßen Fahrzeug-Klimaanlage 10.
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Kältemittel, in diesem Fall Kohlendioxid (R744), wird in einem Kompressor 12 verdichtet, fließt von dort unter hohem Druck über eine Leitung 14 zu einem Fahrzeugfront-Kühler 16, in dem hier durch Luftkühlung die Temperatur des Kältemittels verringert wird, bevor es einen Hochdruckzweig 18a (siehe auch 2 und 3) eines inneren Wärmetauschers 18 durchläuft.
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Vom Hochdruckausgang 20 des inneren Wärmetauschers 18 strömt das Kältemittel zu einer Expansionsvorrichtung 22, beispielsweise einem Expansionsventil und/oder einer Drossel, wo es sich entspannt und seinen Druck schlagartig verringert.
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Von der Expansionsvorrichtung 22 fließt das Kältemittel in einer Niederdruckleitung in einem Strömungsweg 24 weiter zu einem Verdampfer 26, in dem es beispielsweise Wärme aus dem Fahrzeuginnenraum oder von einem anderen Verbraucher aufnimmt und so erwärmt wird.
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Über eine weitere Niederdruckleitung 28 strömt das Kältemittel durch einen Akkumulator 30, in dem eventuell noch vorhandene flüssige Bestandteile des Kältemittels abgeschieden werden. Das Kältemittel strömt weiter durch den Niederdruckzweig 18b des inneren Wärmetauschers 18 (siehe auch 2 und 3), woes weiter Wärme von der gegenläufig strömenden Hochdruckseite des inneren Wärmetauschers 18 aufnimmt. Nach Passieren des inneren Wärmetauschers 18 gelangt das Kältemittel zurück zum Kompressor 12.
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Der Kühler 16 und der innere Wärmetauscher 18 sind zu einem Frontendmodul 32 zusammengefasst, das als kompakte, vormontierte Baueinheit ausgeführt ist. Der innere Wärmetauscher 18 ist vorzugsweise baulich direkt mit dem Kühler 16 verbunden. In den gezeigten Beispielen ist der innere Wärmetauscher 18 als Plattenwärmetauscher ausgebildet oder besteht aus Flachrohren, sodass er gut an die Form des Kühlers 16 angeglichen werden kann.
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Das Frontendmodul 32 ist in diesem Beispiel baulich in ein Fahrzeugkühlermodul 34 integriert, das am Frontende des Fahrzeugs angeordnet ist und einen Kühlerlüfter 36 aufweist sowie (hier nicht dargestellt) den Hauptkühler des Fahrzeugantriebs sowie gegebenenfalls weitere Elemente wie eine Verkleidung mit Luftleitelementen, einen Ölkühler sowie einen Ladeluftkühler.
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Der Kühlerlüfter 36 kühlt in diesem Beispiel sowohl den (nicht dargestellten) Hauptkühler des Fahrzeugantriebs als auch den (beispielsweise parallel dahinter oder davor angeordneten) Kühler 16 der Fahrzeug-Klimaanlage 10. Es ist also kein eigener Lüfter für den Kühler 16 der Fahrzeug-Klimaanlage 10 vorgesehen.
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Das Frontendmodul 32 kann ein eigenes Gehäuse aufweisen oder einen Trägerrahmen, an dem sämtliche Komponenten befestigbar sind, wobei Gehäuse oder Tragerahmen natürlich so ausgelegt sind, dass eine gute Luftströmung durch den Kühler 16 erzielt wird.
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In den hier gezeigten Ausführungsbeispielen nach den 2 und 3 ist die Expansionsvorrichtung 22 jeweils in das Frontendmodul 32 baulich integriert und ist in unmittelbarer Nähe zum Hochdruckausgang des inneren Wärmetauschers 18 im Hochdruckzweig 18b angeordnet.
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Im Beispiel der 2 in der ersten Ausführungsform ist zwischen dem inneren Wärmetauscher 18 und der Expansionsvorrichtung 22 noch ein Absperrventil 38 zwischengeschaltet, was den Abstand zum inneren Wärmetauscher 18 und den Strömungsweg vom Ausgang des Hochdruckzweigs 18a zur Expansionsvorrichtung 22 aber nur unwesentlich erhöht. Auch in diesem Fall überschreitet die Länge der Strömungsverbindung vom Ausgang 20 des inneren Wärmetauschers 18 zur Expansionsvorrichtung 22 eine Länge von etwa 200 mm nicht.
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Es wäre auch möglich, die Expansionsvorrichtung 22 zwar in unmittelbarer Nähe des inneren Wärmetauschers 18 anzuordnen, aber außerhalb des Frontendmoduls 32 und des Fahrzeugkühlermoduls 34.
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In jedem Fall ist der Strömungsweg 24 im Niederdruckzweig von der Expansionsvorrichtung 22 bis zum Verdampfer 26 länger als der Strömungsweg 40 im Hochdruckzweig vom Hochdruckausgang 20 des inneren Wärmetauschers 18 bis zur Expansionsvorrichtung 22. Auf diese Weise werden die Länge und das Volumen des Hochdruckzweigs der Klimaanlage 10 gegenüber herkömmlichen Anordnungen reduziert. Da das Kältemittel im Hochdruckzweig eine hohe Dichte hat, lässt sich so insbesondere die Gesamt-Kältemittelfüllmenge reduzieren, wodurch es auch möglich wird, das Ausgleichsvolumen im Ausgleichsbehälter entsprechend zu verkleinern. Dies wiederum erlaubt eine Reduktion des Innenvolumens des Akkumulators.
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Aufgrund des großen Abstands zwischen der Expansionsvorrichtung 22 am oder im Frontendmodul 32 in der Nähe der Fahrzeugfront und dem Verdampfer 26 in der Nähe des Fahrzeuginnenraums werden zudem Betriebsgeräusche der Expansionsvorrichtung 22 wesentlich stärker gedämpft als bei der herkömmlichen Anordnung der Expansionsvorrichtung in unmittelbarer Nähe zum Verdampfer 26.
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In den hier gezeigten Ausführungsbeispielen ist außerdem ein Bypasszweig 42 vorgesehen, der die Expansionsvorrichtung 22 überbrückt und der mit einem nicht näher beschriebenen Überdruck-Rückschlagventil versehen ist. Auch der Bypasszweig 42 ist hier in beiden Beispielen in das Frontendmodul 32 integriert.
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Sämtliche Bestandteile des Frontendmoduls 32 sind in einer einzigen Baugruppe zusammengefasst und können als gemeinsames Bauteil vormontiert und in das Fahrzeug eingesetzt werden.
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Bei der in 2 dargestellten ersten Ausführungsform ist der Akkumulator 30 in der Nähe des Verdampfers 26 angeordnet und somit entfernt vom Frontendmodul 32 platziert.
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Im Unterschied dazu ist in der 3 dargestellten zweiten Ausführungsform bei der Fahrzeug-Klimaanlage 10' auch der Akkumulator 30 in das Frontendmodul 32 integriert. Er ist hier unmittelbar vor dem Niederdruckeingang des inneren Wärmetauschers 18 angeordnet.
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Die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen lassen sich natürlich im Ermessen des Fachmanns gegeneinander austauschen oder miteinander kombinieren. So könnte auch im zweiten Ausführungsbeispiel ein Absperrventil 38 vorgesehen sein, oder in der ersten Ausführungsform der Akkumulator 30 in das Frontendmodul 32 integriert sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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