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Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Klimagerät mit einer nominellen Kälteleistung, das eine Verdampferanordnung zur Verdampfung von sie durchströmendem Kältemittel, umfassend zwei mittels einer Überströmverbindung kältemittelseitig hintereinandergeschaltete Verdampferabschnitte, aufweist, wobei die nominelle Kälteleistung definiert ist als Durchschnittswert der Kälteleistung während der ersten 30 Minuten eines Pulldowns im Rahmen eines VDA-normierten Pulldown-Messverfahrens bei 40°C.
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Klimageräte für Kraftfahrzeuge und damit auch Kraftfahrzeuge mit einem derartigen Klimagerät sind bekannt aus der
EP 1 460 363 A2 .
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Kraftfahrzeug-Klimageräte umfassen typischerweise einen Kompressor, einen Kondensator/Gaskühler, ein Entspannungsorgan und eine Verdampferanordnung, die in der bezeichneten Reihenfolge kältemittelleitend miteinander verbunden sind. Das im Kompressor verdichtete Kältemittel wird im Kondensator/Gaskühler gekühlt und ggf. verflüssigt. Im Entspannungsorgan tritt eine Entspannung des verdichteten und gekühlten Kältemittels ein, welches dann in der Verdampferanordnung verdampft wird. Die hierfür erforderliche Verdampfungswärme wird einem Luftstrom entzogen, der die als Wärmeübertrager ausgebildete Verdampferanordnung durchströmt. Der so gekühlte Luftstrom wird in die Fahrgastzelle oder einen anderen zu kühlenden Raum des Kraftfahrzeugs eingeblasen. Diese Funktionsweise ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt.
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Unterschiedliche Klimageräte können gemäß ihrer nominellen Kälteleistung unterschieden werden, wobei die Definition der nominellen Kälteleistung weitgehend willkürlich ist. Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung soll die nominelle Kälteleistung wie folgt definiert sein. Der VDA (Verband der deutschen Automobilindustrie) hat zur standardisierten Vermessung von Klimageräten für Kraftfahrzeuge ein als „VDA pulldown“ bekanntes Protokoll zur Versuchsdurchführung vorgegeben. Gemäß diesem Protokoll wird ein Kraftfahrzeug, in welches das zu testende bzw. zu vermessende Klimagerät eingebaut ist, zunächst über einen Zeitraum von sieben Stunden in einer sogenannten Konditionierungsbox vorkonditioniert. Dabei sind sämtliche Türen des Kraftfahrzeugs geöffnet. Die Temperatur in der Konditionierungsbox beträgt 40°C, die relative Luftfeuchte 40%. Dabei wird mittels Gebläsen eine Fahrtwindgeschwindigkeit von 20 km/h simuliert. Danach wird das Kraftfahrzeug in die eigentliche Vermessungs-Klimakammer überführt, wo über den Zeitraum von einer Stunde eine Konditionierung unter den gleichen Bedingungen wie bei der vorgenannten Vorkonditionierung durchgeführt wird. Im Anschluss erfolgt eine Aufheizung des Kraftfahrzeugs über eine Stunde, wobei sämtliche Türen geschlossen sind und mittels Bestrahlungseinrichtungen eine Sonneneinstrahlung von 1000 W/m2 simuliert wird. Zugleich wird mittels Gebläsen eine Fahrtwindgeschwindigkeit von 10 km/h simuliert. Temperatur und Luftfeuchte bleiben wie bei der vorgenannten Konditionierung bzw. Vorkonditionierung eingestellt. Abschließend erfolgt der sogenannte Pulldown bei mit Maximalleistung betriebener Klimaanlage, wobei während 30 Minuten eine Motorlast von 250 N gefahren und eine Fahrtwindgeschwindigkeit von 32 km/h simuliert wird, während weiterer 15 Minuten der Motor im Leerlauf und ohne simulierten Fahrtwind betrieben wird und während weiterer 15 Minuten der Motor mit einer Motorlast von 250 N und einer Fahrtwindsimulation von 65 km/h betrieben wird. Als nominelle Kälteleistung des Klimagerätes soll hier die durchschnittliche Kälteleistung während der ersten 30 Minuten des Pulldown-Schrittes verstanden werden.
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Die Verdampferanordnung des in der o.g., gattungsbildenden Druckschrift offenbarten Klimagerätes ist als ein zweiteiliges Verdampfermodul aufgebaut. Es besteht aus zwei sowohl kältemittelseitig als auch luftseitig hintereinandergeschalteten Verdampferabschnitten, die in einem gemeinsamen Modul integriert sind. Das Kältemittel tritt durch einen Kältemitteleinlass in die Verdampferanordnung ein und durchströmt auf einem vorgegebenen, mäanderförmigen Pfad zunächst eine erste Verdampferebene, d.h. den ersten Verdampferabschnitt, und strömt dann über eine Mehrzahl von Überströmkanälen in den zweiten, sich parallel erstreckenden Verdampferabschnitt, wo es in der zweiten Verdampferebene erneut einen mäanderförmigen Strömungsweg durchläuft, bevor es an einem Kältemittelauslass die Verdampferanordnung verlässt. Dabei wird die Verdampferanordnung von dem zu kühlenden Luftstrom durchströmt, wobei der zweite Verdampferabschnitt lufteingangsseitig und der erste Verdampferabschnitt luftausgangsseitig angeordnet ist.
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Aus der
DE 10 2014 207 278 A1 ist eine Verdampferanordnung bekannt, bei der zwei Verdampferabschnitte bei unterschiedlichen Temperaturen betrieben werden. Insbesondere wird der lufteingangsseitig angeordnete Verdampferabschnitt bei einer Temperatur über 0°C und der luftausgangsseitig angeordnete Verdampferabschnitt bei einer Temperatur unter 0°C betrieben. Es wäre wünschenswert, einen derartigen Betrieb bei Verdampferanordnungen, die sich nur geringfügig von bekannten, standardisierten Verdampferanordnungen unterscheiden, zu ermöglichen.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Auslegung für eine Verdampferanordnung anzugeben, die einen Betrieb der unterschiedlichen Verdampferabschnitte bei unterschiedlichen Temperaturen, insbesondere bei Temperaturen unter 0°C einerseits und über 0°C andererseits, mit geringem technischen Aufwand ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Überströmverbindung an ihrer engsten Stelle eine feste lichte Weite aufweist, deren Maximalgröße zur nominellen Kälteleistung des Klimagerätes in einem Verhältnis Fmax = 16 mm2 + 9 mm2/kW × P steht, wobei Fmax die maximale lichte Weite in mm2 und P die nominelle Kälteleistung des Klimagerätes in kW bezeichnet.
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Üblicherweise wird die Überströmverbindung zwischen den beiden Verdampferabschnitten möglichst groß gewählt, sodass in beiden Verdampferabschnitten möglichst gleiche Bedingungen, insbesondere möglichst gleiche Kältemitteldrücke herrschen, sodass die Verdampferanordnung über ihr gesamtes Volumen eine möglichst einheitliche Wirkung erzielt. Die Erfindung setzt sich von diesem Ansatz grundlegend ab und sieht vor, durch gezielte Verengung der Überströmverbindung einen Druckabfall zwischen dem ersten und dem zweiten Verdampferabschnitt zu provozieren, der sich dann in unterschiedlichen Arbeitstemperaturen des ersten und des zweiten Verdampferabschnitts niederschlägt. Dabei haben die Erfinder erkannt, dass die für einen technisch befriedigenden und wirtschaftlich sinnvollen Betrieb des Klimagerätes erforderliche Maximalgröße der lichten Weite der Überströmverbindung im Wesentlichen in linearer Weise von der nominellen Kälteleistung des Klimagerätes abhängt. Diese lineare Relation bzw. ihre konstruktive Umsetzung in einer Verdampferanordnung eines Klimagerätes ist der Kern der vorliegenden Erfindung. Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß zwischen den beiden Verdampferabschnitten eine in ihrer lichten Weite definierte Fixdrossel eingesetzt.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Als für einen höheren Druckabfall und damit einen noch höheren Temperaturunterschied zwischen den beiden Verdampferabschnitten günstig hat sich erwiesen, wenn die Maximalgröße der lichten Weite zur nominellen Kälteleistung der Klimaanlage in einem Verhältnis von Fmax = 11 mm2 + 6 mm2/kW × P, insbesondere Fmax = 6 mm2 + 3 mm2/kW × P.
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Günstigerweise ist vorgesehen, dass die Verdampferabschnitte nacheinander von einem gemeinsamen Luftstrom durchströmbar sind und der kältemittelseitig vorgeschaltete, erste Verdampferabschnitt dem kältemittelseitig nachgeschalteten, zweiten Verdampferabschnitt auch luftseitig vorgeschaltet ist. Dies bedeutet eine Umkehrung der luftseitigen Anordnung der Verdampferabschnitte gegenüber dem Stand der Technik. Durch den durch die Fixdrossel eingeführten Druckabfall zwischen den Verdampferabschnitten ist der Kältemitteldruck im zweiten, d.h. kältemittelseitig nachgeschalteten Verdampferabschnitt geringer als im ersten, kältemittelseitig vorgeschalteten Verdampferabschnitt. Hieraus ergibt sich eine niedrigere Arbeitstemperatur im zweiten Verdampferabschnitt verglichen mit dem ersten Verdampferabschnitt. Beim bevorzugten Einsatz der Erfindung, bei der der kältere Verdampferabschnitt bei Temperaturen unter 0°C betrieben wird, ist es jedoch günstig, diesen kälteren Verdampferabschnitt luftausgangsseitig zu positionieren, damit der Luftstrom bei Durchströmung des wärmeren, über 0°C betriebenen Verdampferabschnitts bereits entfeuchtet werden kann, sodass beim luftausgangsseitig angeordneten, kälteren Verdampferabschnitt die eintretende Vereisung reduziert wird. Bei der bevorzugten Konstellation ist also der erste Verdampferabschnitt dem zweiten Verdampferabschnitt sowohl kältemittelseitig als auch luftseitig vorgeschaltet.
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Wie aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, ist auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass die Verdampferabschnitte in einem gemeinsamen Verdampfermodul integriert sind. Solche Verdampfermodule sind ausgesprochen platzsparend und – mit Ausnahmen der erfindungsgemäßen Auslegung der Überströmverbindungsgröße – kommerziell erhältlich. Dabei ist denkbar, dass die Überströmverbindung eine Mehrzahl paralleler, in das Verdampfermodul integrierter Überströmkanäle umfasst. Die erfindungsgemäße Auslegung bezieht sich dann auf die Summen der lichten Weiten an den engsten Stellen der die Verdampfermodule verbindenden Überströmkanäle. Eine solche Ausgestaltung wird häufig durch eine die Verdampferabschnitte trennende Lochplatte realisiert.
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Alternativ ist es auch möglich, die Verdampferabschnitte mittels einer externen Verbindungsleitung zu verbinden. Eine solche Ausgestaltung der Überströmverbindung ist auch in Fällen möglich, in denen die Verdampferabschnitte nicht in einem gemeinsamen Verdampfermodul integriert sind.
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Zur konstruktiven Umsetzung der erfindungsgemäßen Auslegung kann vorgesehen sein, dass die engste Stelle der Überströmverbindung durch eine die im Übrigen größere lichte Weite der Überströmverbindung verengende Blende realisiert ist. Praktisch ergibt sich hieraus die Möglichkeit, eine bekannte Verdampferanordnung, bspw. ein bekanntes Verdampfermodul durch Einsetzen einer verengenden Blende in die Überströmverbindung zu modifizieren um damit die erfindungsgemäßen Vorteile zu erreichen. Dies stellt die kostengünstigste und konstruktiv einfachste Variante zur Realisierung der vorliegenden Erfindung dar.
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Wie bei vielen Fixdrosseln üblich, ist es günstigerweise auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass die engste Stelle der Überströmverbindung mit einem Netz überspannt ist. Ein solches Netz steigert nochmals den Druckabfall zwischen den Verdampferabschnitten und dient zugleich als Filter für eventuelle Verschmutzungen. Im Hinblick auf die letztgenannte Wirkung ist es besonders vorteilhaft, wenn besagtes Netz austauschbar und, besonders bevorzugt, zu Austauschzwecken leicht erreichbar ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
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Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Verdampferanordnung,
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2 eine schematisierte, transparente Darstellung der Verdampferanordnung von 1.
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Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche oder analoge Elemente hin.
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Die 1 und 2, die nachfolgend im Wesentlichen gemeinsam diskutiert werden sollen, zeigen eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verdampferanordnung 10 in zwei unterschiedlichen Darstellungsarten. Während 1 die Verdampferanordnung 10 in perspektivischer Außenansicht zeigt, zeigt 2 ein Schema des inneren Strömungspfades des Kältemittels innerhalb der Verdampferanordnung 10.
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Die Verdampferanordnung 10 besteht aus einem ersten Verdampferabschnitt 12 und einem zweiten Verdampferabschnitt 14, wobei weder Verdampferabschnitt 12, 14 als ein selbständiger Luft/Kältemittel-Wärmeübertrager ausgebildet ist. Die beiden Verdampferabschnitte 12, 14 sind benachbart und parallel zueinander angeordnet. Dabei ist der erste Verdampferabschnitt 12 dem zweiten Verdampferabschnitt 14 kältemittelseitig vorgeschaltet. Dies bedeutet, dass Kältemittel, symbolisiert durch die schwarzen Pfeile in den 1 und 2, in den ersten Verdampferabschnitt 12 eingeleitet wird. Hierzu ist eine Zuleitung 16 vorgesehen, die in ein Deckelrohr 18 des ersten Verdampferabschnittes 12 mündet.
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Das Kältemittel strömt von dem Deckelrohr 18 in den Körper 20 des ersten Verdampferabschnitts 12, der, wie durch die weißen Pfeile in den 1 und 2 angedeutet, von einem Luftstrom durchströmt wird, dem die zur Verdampfung des Kältemittels erforderliche Wärme dabei entzogen wird. Der Körper des ersten Verdampferabschnitts 12 ist dabei ebenso wie das Deckelrohr 18 von einer Trennwand 22 durchzogen. Das Kältemittel durchströmt den Körper 20 daher bis zu einem Bodenrohr 24, wo sein Strom umgelenkt und unter der Trennwand 22 hindurch in den hinteren Teil des ersten Verdampferabschnitts 12 umgelenkt wird. Dort steigt es wieder zum Deckelrohr 18 auf, wo es durch eine als Lochblende 26 ausgebildete Überströmverbindung in den zweiten Verdampferabschnitt 14 und zwar insbesondere in dessen Deckelrohr 28 strömt. Vom Deckelrohr 28 strömt das Kältemittel in den hinteren Teil des Körpers 30 des zweiten Verdampferabschnitts 14, der, ebenso wie der Körper 20 des ersten Verdampferabschnitts 12, von einer Trennwand 32 in zwei Bereiche unterteilt ist. Der Kältemittelstrom wird daher auch im zweiten Verdampferabschnitt 14 in dessen Bodenrohr 34 und von dort zurück in den vorderen Teil des Körpers 30 geleitet. Schließlich erreicht der Kältemittelstrom einen Auslass 36 im Deckelrohr 28 des zweiten Verdampferabschnitts 14, der mit einem Auslassrohr 38 verbunden ist.
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Die Erfindung bezieht sich auf die spezielle Dimensionierung der Lochblende 26 bzw. allgemeiner der Überströmverbindung zwischen dem ersten Verdampferabschnitt 12 und dem zweiten Verdampferabschnitt 14.
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Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verdampferanordnung
- 12
- erster Verdampferabschnitt
- 14
- zweiter Verdampferabschnitt
- 16
- Kältemittel-Zuleitung
- 18
- Deckelrohr von 12
- 20
- Körper von 12
- 22
- Trennwand von 12
- 24
- Bodenrohr von 12
- 26
- Überströmverbindung/Lochblende
- 28
- Deckelrohr von 14
- 30
- Körper von 14
- 32
- Trennwand von 14
- 34
- Bodenrohr von 14
- 36
- Auslass
- 38
- Kältemittel/Auslassrohr
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1460363 A2 [0002]
- DE 102014207278 A1 [0006]
