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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kältemittelsammler. Die Erfindung betrifft außerdem ein Thermomodul und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kältemittelsammler.
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Kältemittelsammler werden in modernen Temperiereinrichtungen, beispielsweise Klimaanlagen oder Kühleinrichtungen, insbesondere auch in Elektrofahrzeugen, eingesetzt und dienen der Bevorratung von Kältemittel. Um dabei das im Kältemittelsammler bevorratete Kältemittelvolumen in einen Kältemittelkreislauf einspeisen zu können, ist der Kältemittelsammler über kältemittelführende Fluidkanäle mit dem Kältemittelkreislauf, in welchem beispielsweise ein Verdichter und ein Verdampfer angeordnet sind, verbunden. Ein Anschluss der Fluidkanäle an den Kältemittelsammler erfolgt dabei beispielsweise durch eine mechanische oder eine stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise ein Anschweißen des Fluidkanals an den Kältemittelsammler.
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Aufgrund von stetig steigenden Umweltstandards rücken zunehmend Alternativen zu bekannten Kältemitteln, wie beispielsweise Kohlendioxid (R744) in den Fokus der Betrachtung, da insbesondere CO2 nicht nur eine hohe Kälteleistung aufweist, sondern auch nicht brennbar ist und zudem keine Zerfallsprodukte bildet. Zudem ist es weltweit äußerst kostengünstig verfügbar und kontaminiert die Umgebung bei einem unerwünschten Austritt aus einem Kältemittelkreislauf nicht.
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Nachteilig bei der Verwendung von Kältemitteln, die einen höheren erforderlichen Betriebsdruck aufweisen, beispielsweise CO2, ist jedoch, dass der im Betrieb auftretende Druck weit über 30 bar betragen kann, wodurch sämtliche Komponenten eines Kältemittelkreislaufs, insbesondere auch ein Behälter eines Kältemittelsammlers für einen derartig hohen Druck ausgelegt werden müssen. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Kältemittelsammlern, bei welchen die Fluidkanäle beispielsweise über Schweißverbindungen an einen Behälter des Kältemittelsammlers angeschweißt wurden, stellen derartige Schweißnähte jedoch langfristig eine Schwachstelle und damit ein Leckagerisiko dar und können daher nicht verwendet werden. Wird beispielsweise eine mechanische Befestigung der Fluidkanäle an dem Behälter des Kältemittelsammlers erwägt, so ist dies konstruktiv aufwendig und damit auch teuer.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt daher mit dem Problem, für einen Kältemittelsammler eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere auch zusätzlich die Verwendung von Kältemitteln mit höherem Betriebsdruck ohne zusätzliche Kosten ermöglicht.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem an sich bekannten Kältemittelsammler einen Behälter zur Aufnahme von Kältemittel und einen daran angeschlossenen ersten Fluidkanal gemeinsam aus einem Stück herzustellen, das heißt einstückig auszubilden und dadurch sämtliche in Bezug auf beispielsweise eine Schweißverbindung oder eine mechanische Verbindung bekannten Nachteile zu vermeiden. Der Kältemittelsammler besitzt dabei den zuvor erwähnten Behälter zur Aufnahme bzw. Speicherung von Kältemittel und zumindest einen Fluidkanal zur Fluidführung von Kältemittel, der über eine erste Öffnung kommunizierend mit dem Behälter verbunden ist. Der Behälter und dieser erste Fluidkanal sind dabei erfindungsgemäß gemeinsam aus einem Stück, das heißt einstückig, hergestellt. Mit dem erfindungsgemäß einstückig mit dem Behälter hergestellten zumindest einen (ersten) Fluidkanal lässt sich somit die bislang erforderliche stoffschlüssige oder mechanische Anbindung erübrigen und dadurch der gesamte Kältemittelsammler nicht nur kostengünstiger, sondern auch deutlich zuverlässiger im Hinblick auf eine Leckage herstellen. Insbesondere ermöglicht eine derartige einstückige Ausbildung auch die Verwendung von Kältemitteln mit höherem Betriebsdruck, insbesondere CO2 als Kältemittel, mit den damit einhergehenden Vorteilen.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kältemittelsammlers sind der Behälter und der erste Fluidkanal mittels Urformen, insbesondere mittels Aluminiumdruckguss-Verfahren, hergestellt. Hierbei können sämtliche geeignete Urformverfahren verwendet werden, bei welchen aus einem formlosen Stoff ein fester Körper hergestellt wird. Denkbar sind dabei insbesondere Urform-Verfahren aus dem flüssigen Zustand, wie beispielsweise Schwerkraftgießen, Druckgießen, Niederdruckgießen oder Schleudergießen sowie auch Urformverfahren aus einem plastischen Zustand, wie beispielsweise Spritzgießen, Pressformen, Spritzpressen, Strangpressen, Blasformen, etc.. Sämtlichen Urformverfahren ist dabei gemein, dass mittels diesen sowohl der Behälter als auch der zumindest eine erste Fluidkanal zur Fluidführung des Kältemittels einstückig und damit ohne zusätzliche stoffschlüssige oder mechanische Verbindung hergestellt werden können.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Herstellung mittels Urformen-Verfahren kann der Behälter und der erste Fluidkanal mittels Aluminiumdruckguss, hergestellt werden. Hierbei kann Aluminium in flüssigem oder teigigem Zustand unter hohem Druck in eine vorgewärmte Stahlform gepresst werden. Aluminiumdruckguss bietet den großen Vorteil, dass Metallteile schnell und mit hoher Oberflächengüte herstellbar sind. Gleichzeitig bietet ein Aluminiumdruckguss-Verfahren den großen Vorteil, Bauteile mit hoher Stückzahl und geringen Stückkosten herzustellen.
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Zweckmäßig ist an dem ersten Fluidkanal eine Anschlusskontur angeordnet. Eine derartige Anschlusskontur kann beispielsweise ein Gewinde oder eine andere Kontur sein, über welche ein weiteres Bauteil, beispielsweise eine Messeinrichtung und/oder eine Ventileinrichtung angeschlossen werden können/kann. Eine derartige Anschlusskontur kann vorzugsweise ebenfalls beim Urformen des Behälters und des ersten Fluidkanal zusammen mit diesen Bauteilen hergestellt werden, wodurch sich aufgrund der insbesondere beim Aluminiumdruckguss-Verfahren hohen Oberflächengüte ein lediglich geringer Nachbearbeitungsaufwand ergibt.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kältemittelsammlers sind/ist an der Anschlusskontur eine Messeinrichtung und/oder eine Ventileinrichtung angeschlossen. Eine derartige Messeinrichtung kann ein Drucksensor sein, während eine Ventileinrichtung eine Verteilung eines Kältemittels Stroms innerhalb eines Kältemittelkreislaufs ermöglicht. Auch eine Ausbildung der Ventileinrichtung als Expansionsventil ist denkbar.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kältemittelsammlers ist zumindest ein weiterer Fluidkanal zur Fluidführung von Kältemittel vorgesehen bzw. an dem Behälter angeordnet, wobei der Behälter und der zumindest eine weitere Fluidkanal gemeinsam aus einem Stück hergestellt sind. Im günstigsten Fall sind somit nicht nur der Behälter und der erste Fluidkanal, sondern zusätzlich auch noch der zumindest eine weitere Fluidkanal mittels Urformen, d. h. aus einem Stück, insbesondere aus einem Guss, hergestellt, wodurch auch ein zusätzlicher Anschluss des zumindest einen weiteren Fluidkanal über beispielsweise eine leckageempfindliche Schweißverbindung und/oder eine konstruktiv aufwendige und damit teure mechanische Verbindung entfallen kann. Dies ist insbesondere für Kältemittelsammler von großem Vorteil, die mit Kohlendioxid (R 744) als Kältemittel und damit unter hohem Druck arbeiten.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der zumindest eine weitere Fluidkanal kommunizierend mit dem ersten Fluidkanal und/oder dem Behälter verbunden. Der zumindest eine weitere Fluidkanal, beispielsweise ein zweiter Fluidkanal, ist somit Bestandteil des Kältemittelkreislaufs und kann beispielsweise einen Rücklauf oder einen Vorlauf bilden.
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Zweckmäßig ist eine Befestigungskontur vorgesehen, die gemeinsam mit dem Behälter aus einem Stück hergestellt ist. Beim Urformen des Behälters mit dem ersten Fluidkanal ist es somit denkbar, auch noch die Befestigungskontur gleichzeitig herzustellen, d. h. in dem gemeinsamen Urform-Prozess, beispielsweise einem Aluminiumdruckguss-Verfahren, wodurch eine mechanische oder stoffschlüssige Anbindung der Befestigungskontur am Behälter und die damit verbundenen Montagekosten entfallen können. Über eine solche Befestigungskontur können selbstverständlich auch weitere Bauteile an den Kältemittelsammler angebaut werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Kältemittelsammler eine Trockenpatrone auf, die beispielsweise die Funktion eines Drosselorgans erfüllen kann. Insbesondere bei einer ersten Inbetriebnahme des Kältemittelsammlers bindet das in der Trockenpatrone vorhandene Trockenmittel die Feuchtigkeit, die mit dem Einfüllen des Kältemittels in den Kältemittelkreislauf gelangt. Rein theoretisch kann eine derartige Trockenpatrone auch noch ein Filterelement aufweisen, welches Fremdkörper aus dem Kältemittel entfernt. Durch das Trocknen des flüssigen Kältemittels können neben Verunreinigungen auch Lufteinschlüsse aus dem flüssigen Kältemittel abgeschieden werden, wodurch der Wirkungsgrad eines mit einem derartigen Kältemittelsammler ausgestatteten Thermomoduls, beispielsweise einer Kühleinrichtung oder einer Klimatisierungseinrichtung, gesteigert werden kann.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Thermomodul mit einem in den vorherigen Absätzen beschriebenen Kältemittelsammler auszustatten und dadurch die bezüglich des Kältemittelsammlers beschriebenen Vorteile auf das Thermomodul zu übertragen. Konkret handelt es sich dabei um eine kostengünstigere Herstellungsweise, da die einzelnen Fluidkanäle bzw. eine Anschlusskontur oder eine Befestigungskontur nicht mehr nachträglich mit einem Behälter des Kältemittelsammlers des Thermomoduls verbunden werden müssen, sondern bereits beim Herstellen des Behälters, beispielsweise durch einen Urform-Prozess, zusammen mit diesem einstückig hergestellt werden können. Hierdurch kann auch eine Dichtigkeit des Systems deutlich erhöht werden, wodurch der erfindungsgemäßen Kältemittelsammler und damit auch das erfindungsgemäße Thermomodul insbesondere für den Einsatz für CO2 (R744) als Kältemittel aber auch für alle anderen gängigen Kältemittel geeignet ist.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrzeug, mit einem in den vorherigen Absätzen beschriebenen Kältemittelsammler oder einem im vorherigen Absatz beschriebenen Thermomodul auszustatten. Hierdurch können sich die bezüglich der Herstellung des Thermomoduls bzw. des Kältemittelsammlers reduzierten Herstellungskosten in positiver Weise auch auf das Kraftfahrzeug, insbesondere das Elektrofahrzeug, übertragen werden. Gleichzeitig kann ein Kältemittelkreislauf des Elektrofahrzeugs durch Einsetzen des erfindungsgemäßen Thermomoduls insbesondere mittels CO2 als Kältemittel betrieben werden, was sich positiv auf eine Ökobilanz und ebenfalls auf die Kosten auswirkt.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Vorstehend genannte und nachfolgend noch zu nennende Bestandteile einer übergeordneten Einheit, wie z.B. einer Einrichtung, einer Vorrichtung oder einer Anordnung, die separat bezeichnet sind, können separate Bauteile bzw. Komponenten dieser Einheit bilden oder integrale Bereiche bzw. Abschnitte dieser Einheit sein, auch wenn dies in den Zeichnungen anders dargestellt ist.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
- 1 eine Ansicht auf einen erfindungsgemäßen Kältemittelsammler,
- 2 eine Darstellung wie in 1, jedoch mit einer zusätzlich an dem Kältemittelsammler angeordneten Ventileinrichtung,
- 3 eine Ansicht auf eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kältemittelsammlers mit angeschlossener Ventileinrichtung,
- 4 eine Darstellung wie in 3, jedoch mit zusätzlich angeschlossenem Wärmeübertrager und Chiller.
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Entsprechend den 1 bis 4 weist ein erfindungsgemäßer Kältemittelsammler 1 einen Behälter 2 zur Aufnahme von Kältemittel auf, sowie einen ersten Fluidkanal 3 zur Fluidführung von Kältemittel, der kommunizierend mit dem Behälter 2 verbunden ist. Erfindungsgemäß sind nun der Behälter 2 und der erste Fluidkanal 3 gemeinsam aus einem Stück hergestellt, beispielsweise mittels Urform-Verfahren, insbesondere mittels Aluminiumdruckguss-Verfahren. An dem ersten Fluidkanal 3, der über eine erste Öffnung kommunizierend mit dem Behälter 2 verbunden ist, ist an einer nach außen weisenden zweiten Öffnung eine Anschlusskontur 4 angeordnet, über welche beispielsweise eine Messeinrichtung 5 und/oder eine Ventileinrichtung 6, beispielsweise ein Expansionsventil, angeschlossen sind/ist (vergleiche die 2 und 3). In den 2 und 3 ist dabei dasselbe Bauteil mit den Bezugszeichen 5 und 6 bezeichnet, sodass dieses kumulativ oder alternativ für eine Messeinrichtung 5 oder eine Ventileinrichtung 6 bzw. einen Wärmeübertrager 8 stehen kann. Ein derartiger Wärmeübertrager 8 ist beispielsweise entsprechend der 4 dargestellt. Ebenfalls an eine derartige Anschlusskontur 4 angeschlossen sein kann ein Chiller 9 (vergleiche ebenfalls 4).
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Betrachtet man die 1 bis 4 weiter, so kann man erkennen, dass zumindest ein weiterer Fluidkanal 10 bzw. weitere Fluidkanäle 10 zur Fluidführung von Kältemittel vorgesehen sind, wobei der Behälter 2 und zumindest einer der weiteren Fluidkanäle 10 gemeinsam aus einem Stück hergestellt sind. Dies kann ebenfalls wiederum vorzugsweise mittels Urform-Verfahren, insbesondere beispielsweise mittels Aluminiumdruckguss-Verfahren, erfolgen.
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Der zumindest eine weitere Fluidkanal 10 ist kommunizierend mit dem ersten Fluidkanal 3 und/oder dem Behälter 2 des Kältemittelsammler 1 verbunden und in einen Kältemittelkreislauf eingebettet.
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Die Anschlusskontur 4 kann dabei selbstverständlich auch an dem zumindest einen weiteren Fluidkanal 10 angeordnet und insbesondere einstückig mit dem zugehörigen Fluidkanal 3, 10 ausgebildet sein. Bevorzugt ist somit die Anschlusskontur 4, beispielsweise ein Innengewinde, gemeinsam aus einem Stück mit dem zugehörigen Fluidkanal 3, 10 und dem Behälter 2 hergestellt, beispielsweise mittels Urform-Verfahren. Hierdurch lässt sich ein vergleichsweise einfacher und trotzdem zuverlässiger dichter Anschluss von weiteren Bauteilen 12, insbesondere einer Messeinrichtung 5, einer Ventileinrichtung 6, eines Wärmeübertragers 8 oder eines Chillers 9 einfach bewerkstelligen.
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Am Behälter 2 kann darüber hinaus eine Befestigungskontur 11 angeordnet sein, über welche der Kältemittelsammler 1 bzw. konkret der Behälter 2 an einem weiteren Bauteil 12 (vergleiche 4) angeordnet oder über welche das weitere Bauteil 12 am Behälter 2 fixierbar ist. Auch die Befestigungskontur 11 bzw. das Bauteil 12 können dabei zusammen mit dem Behälter 2 mittels Urformen, d. h. gemeinsam aus einem Stück hergestellt sein, was den großen Vorteil bietet, dass eine nachträgliche Montage der Befestigungskontur 11 am Behälter 2 entfallen kann, wodurch sich ein Montageaufwand und damit die Herstellungskosten reduzieren lassen.
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Der Kältemittelsammler 1 kann darüber hinaus eine Trockenpatrone 13 aufweisen, die insbesondere im Behälter 2 angeordnet ist und eine Trocknung des Kältemittels bewirkt, wodurch sich der Wirkungsgrad des Kältemittels und damit eines mit diesem Kältemittel betriebenen Kältemittelsammler 1 steigern lassen. Eingesetzt werden kann der erfindungsgemäße Kältemittelsammler 1 in einem Thermomodul 14, welches beispielsweise zur Steuerung eines Kältemittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug 7, insbesondere in einem Elektrofahrzeug, eingesetzt wird.
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Alles in allem kann mit dem erfindungsgemäßen Kältemittelsammler 1 ein bislang erforderliches Anschließen des zumindest eines Fluidkanals 3, 10 an einen Behälter 2 des Kältemittelsammlers 1, insbesondere durch eine mechanische Befestigung oder eine stoffschlüssige Befestigung, insbesondere Schweißen, entfallen, wodurch sich die Montagekosten des erfindungsgemäßen Kältemittelsammler 1 reduzieren lassen.
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Von besonderem Vorteil ist darüber hinaus, dass aufgrund des Wegfalls von beispielsweise Schweißnähten, potenzielle Schwachstellen vermieden werden können, die insbesondere den Einsatz von Kältemitteln mit höherem erforderlichen Betriebsdruck, wie beispielsweise CO2, bislang schwierig machten. Der erfindungsgemäße Kältemittelsammler 1 ermöglicht hingegen den uneingeschränkten Einsatz sämtlicher Kältemittel, insbesondere auch den Einsatz von CO2 (R744) als Kältemittel, wodurch ein effektiver und umweltfreundlicher Betrieb des Kältemittelsammlers 1 und darüber auch eines damit ausgestatteten Thermomoduls 14 bzw. eines das Thermomodul 14 aufweisenden Kraftfahrzeugs 7 gewährleistet werden kann.
