DE19537871C2 - Klimagerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Klimagerät nach dem Oberbegriff des einzigen Patentanspruchs.

Derartige Klimageräte sind beispielsweise für lufttransportfähige Kabinen für technische Geräte bestimmt, die während langer Perioden unüberwacht arbeiten sollen. Sie können auch in Führerkabinen und/oder Fahrgasträumen von öffentlichen Verkehrsmitteln auf der Erde verwendet werden und unterliegen dann einer erheblichen Abnutzung.

Solche Klimageräte müssen also lange Zeit und/oder ggf. sehr intensiv ohne Ausfall betrieben werden können. außerdem sollen die für die Betriebsfähigkeit erforderlichen Wartungsoperationen einerseits eingeschränkt sein und ande­ rerseits in möglichst großen Zeitabständen erfolgen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die derzeit bekannten Klimageräte zu verbessern, indem neue Elemente mit höherer Wirksamkeit und Zuverlässigkeit die bisher verwendeten Bauelemente ersetzen. Weiter soll der Betrieb dieser Klimageräte durch Einsatz von wirkungsvolleren Kontrollprozessen und insbesondere Regelprozessen besser beherrschbar werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Klimagerät mit den Merkmalen des einzigen Patentanspruchs gelöst.

Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeich­ nungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt das Schema eines bekannten Klimageräts.

Fig. 2 zeigt das Schema eines erfindungsgemäßen Klimageräts.

Das in Fig. 1 gezeigte bekannte Klimagerät enthält einen Verdampfer 1, einen luftgekühlten Kondensator 2 und einen Kompressor 3, die zu einem Kreis zusammengefügt sind, in dem ein Kühlfluid umläuft. Diesem Kreis sind Steuer- und Meßgeräte sowie nachfolgend erläuterte Hilfseinrichtungen zugeordnet. Der Verdampfer 1 ist beispielsweise vom Rippentyp und empfängt das Kühlfluid im flüssigen Zustand vom Kondensator 2 über ein Entwässerungsfilter 4. Dem Verdampfer ist ein Ventilator 5 zugeordnet, der die abge­ kühlte Luft in den zu klimatisierenden Raum drücken soll.

Der Kondensator 2 ist hier zwangsbelüftet, d. h. ihm ist ein Ventilator 6 zugeordnet, der den Zwangsumlauf der Luft bewirkt, die die Wärme des Kühlfluids abführen soll, die dieses beim Durchströmen des Verdampfers 1 und des Kompressors 3 aufgenommen hat. Der Kompressor 3 ist hier ein Rotationskompressor und komprimiert das mit geringem Druck und in Gasform vom Verdampfer 1 kommende Kühlfluid bis zu einem hohen Druck. Ein Flüssigkeitsabscheider 7 zur Trennung zwischen Flüssigkeit und Gas liegt zwischen dem Verdampfer 1 und dem Kompressor 3 und soll die ggf. im vom Verdampfer 1 kommenden Gasstrom vorhandenen Tröpfchen zurückhalten, so daß diese Tröpfchen den Kompressor 3 nicht erreichen.

Eine Messung, üblicherweise eine Temperaturmessung, erfolgt über einen Fühler 8, der zwischen den Verdampfer 1 und den Flüssigkeitsabscheider 7 eingefügt ist. Dieser Meßwert wird von einem Stellglied ausgewertet, das mindestens ein Entspannungsorgan 9 enthält, welches zwischen dem Kondensator 2 und dem Verdampfer 1 liegt und eine kontrollierte Entspannung des Kühlfluids, das den Verdampfer 1 füllt, und eine homogene Füllung des Verdampfers 1 bewirken soll. Der Meßfühler 8 sitzt beispielsweise auf einem Kopf 0, der den Ausgang des Verdampfers 1 mit dem Flüssigkeitsabscheider 7 verbindet. Dieser Kopf 0 kann die Temperaturänderungen des in Höhe des Meßfühlers 8 gemessenen Kühlfluids in Fluiddruckänderungen umwandeln.

Das Entspannungsorgan 9 ist beispielsweise ein ther­ mostatisch gesteuertes Ventil, das auf die von den Tempera­ turänderungen des Kühlfluids in Höhe des Kopfes 0 induzierten Druckänderungen anspricht. Gegebenenfalls wird dieses Organ 9 auch über eine nicht dargestellte elektronische Steuerung des Klimageräts gesteuert.

Das Entspannungsorgan 9 ist einerseits an den Eingang des Verdampfers 1, an den es das Kühlfluid im flüssigen Zu­ stand abgibt, und andererseits an den Ausgang dieses Ver­ dampfers 1 über eine Rohrleitung 17 zum Fluiddruckausgleich angeschlossen, wobei dieses Fluid dann gasförmig ist.

Ein Einfüllstutzen 10 ist im allgemeinen in der Lei­ tung zwischen dem Kopf 0 und dem Flüssigkeitsabscheider 7 vorgesehen, um das Klimagerät bei Bedarf mit Kühlflüssigkeit zu füllen.

Druckregler 11 und 12 sind zwischen den Kompressor 3 und einerseits den Flüssigkeitsabscheider 7 sowie andererseits den Kondensator 2 in die Leitungen eingefügt, die den Kompressor 3 mit diesen beiden Elementen verbinden, um den Eingangsdruck und den Ausgangsdruck des Kompressors 3 zu regeln. Ein Manometeranschluß 13 sitzt auf der Leitung zwischen dem Kompressor 3 und dem Kondensator 2.

Das Entspannungsorgan 9 wird vom Kondensator 2 mit Kühlfluid ggf. über ein üblicherweise in Regelanordnungen enthaltenes Füllventil, beispielsweise ein digital gesteuer­ tes Elektroventil 14 gespeist. Es ist an den Kondensator 2 über das Entwässerungsfilter 4 und eine Akkumulatorflasche 15 angeschlossen, die eine Reserve für unter Druck stehendes und flüssiges Kühlfluid am Ausgang des Kondensators 2 bildet.

Mindestens ein Schauglas 16 erlaubt die Überprüfung des Zustands des umlaufenden Kühlfluids an der Stelle, an der das Schauglas 16 sitzt, d. h. hier vor dem Entspannungsorgan 9 und zwischen dem Entwässerungsfilter 4 und dem Elektroventil 14.

Ein Beispiel für ein Klimagerät gemäß der Erfindung ist in Fig. 2 gezeigt. Es enthält einen Verdampfer 1', einen luftgekühlten Kondensator 2' und einen Kompressor 3', die den entsprechenden Elementen des anhand von Fig. 1 gezeigten Klimageräts entsprechen. Ventilatoren 5' und 6' sind dem Verdampfer 1' bzw. dem Kondensator 2' mit den gleichen Funktionen wie die der Ventilatoren 5 und 6 in Fig. 1 zugeordnet.

Der Verdampfer 1' empfängt das Kühlfluid im flüssigen Zustand vom Kondensator 2' über eine Leitung, die insbeson­ dere und nacheinander eine Akkumulatorflasche 15', ein Ent­ wässerungsfilter 4' sowie eine Regelanordnung enthält, zu der ein Entspannungsorgan 9' und ggf. ein Elektroventil 14' gehören, je nachdem, ob das Entspannungsorgan 9' zur Überwa­ chung des Füllzustands des Verdampfers vorgesehen ist oder nicht. In der dargestellten Ausführungsform sitzt ein Schau­ glas 16' hinter dem Entwässerungsfilter 4' bezüglich des Kondensators 2'. Die oben erwähnten Elemente 4', 9', 15' und 16' entsprechen den Elementen 4, 9, 15 und 16 nach Aufbau und Funktion. Das Entspannungsorgan 9' und/oder das Ventil 14' können wie oben beschrieben gesteuert werden, es ist jedoch vorzugsweise eine Steuerung über einen Wärmeflußmessert 18' vorgesehen. Mit diesem Wärmeflußmesser 18' kann man schnell und genau den Zustand des Kühlfluids an der Stelle erfassen, an der der Wärmeflußmesser auf der von diesem Fluid durchflossenen Leitung sitzt. Der Wärmeflußmesser 18' ist beispielsweise eine Vorrichtung, wie sie in der Druckschrift FR-2 598 803 beschrieben ist. Es liefert eine Angabe in Form einer elektromotorischen Kraft, die vom Steuerkreis des Klimageräts berücksichtigt wird, um die Regelanordnung zu steuern. Diese Wärmeflußmessung wird hier in einer Hochdruckzone des Kühlfluidkreises des Klimageräts, also hinter dem Kompressor 3' und beispiels­ weise an einem Gleichgewichtspunkt vorgenommen, der prak­ tisch in Höhe des mit Rippen versehenen Kondensators 2' liegt. Der Wärmeflußmesser 18' wird hier als ein Zylinder symbolisch dargestellt, der die Kühlfluidleitung 19' zwi­ schen dem Kompressor 3' und dem Kondensator 2' umgibt.

In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Wärmeflußmesser 18' aus einer elastischen Druckschaltung, die um den für die Messung vorgesehenen Bereich der Kühlfluidleitung 19' herumgelegt und befestigt werden kann. Dann ist es nicht mehr nötig, eine ins Innere des Kühlfluidkreises hineinragende Sonde für ein Manometer zu verwenden, da der Druck bereits bei der Messung durch der Wärmeflußmesser 18' berücksichtigt wurde. Daher kann man einen vollständig geschlossenen Kühlmittelumlauf vorsehen, wie er üblicherweise in Kühlgeräten für den Heimbedarf vorgesehen ist, wobei dann die in Hinblick auf die Wartung und Zuverlässigkeit eines solchen Umlaufkreises bekannten Vorteile auftreten.

Der Wärmeflußmesser 20' des Verdampfers 1' sitzt in Höhe des Verdampferendes an der Schnittstelle zwischen Gas und Flüssigkeit dieses Verdampfers 1'. Thermisch ist dieser Wärmeflußmesser 20' also an zwei aufeinanderfolgende Abschnitte der den Verdampfer 1' bildenden Leitung gekoppelt. Diese Abschnitte liegen zu beiden Seiten der Stelle, an der sich der Übergang zwischen Flüssigkeit und Gas befindet. Der Wärmeflußmesser 20' mißt also einen Differenzwert zwischen den Wärmeflüssen an zwei betrachteten Leitungsabschnitten. In einer besonders für Klimageräte geeigneten Variante, die im Betrieb Beschleunigungskräften und Vibrationen ausgesetzt sind, also z. B. in Fahrzeugen, sind Maßnahmen speziell dazu bestimmt, die Wirkungen der Vibrationen und Beschleunigungskräfte in Grenzen zu halten. Eine erste bekannte Maßnahme besteht natürlich darin, vibrationsdämpfende Schellen für die Befestigung des Klimageräts und derjenigen Elemente dieses Geräts zu verwenden, die ggf. Vibrationen erzeugen können und/oder besonders vibrationsempfindlich sind.

Bekanntlich kann der Kühlfluiddurchsatz in flüssiger Form, der dem Verdampfer in einem Klimagerät zugeführt wird, durch äußere Beschleunigungen störend verändert werden, bei­ spielsweise bei der Bewegung des Fahrzeugs, in dem sich die­ ses Klimagerät befindet. Es kann sich daher entweder ein Überlaufen oder ein Mangel an Flüssigkeit am Ausgang dieses Verdampfers ergeben, was entweder zu einem Flüssigkeitsstoß oder zu einer Überhitzung der in Höhe des Kompressors ange­ saugten Gase führen kann, der hiergegen sehr empfindlich ist. Außerdem können Vibrationen und/oder störende Beschleu­ nigungskräfte zu Verschiebungen der Flüssigkeit in den Roh­ ren des Verdampfers und damit zu den erwähnten störenden Erscheinungen führen. Außerdem besteht die Gefahr einer Fehlfunktion des Entspannungsorgans, wenn das ihm zugeführte Steuersignal fehlerbehaftet ist.

Eine andere bekannte Maßnahme zur Begrenzung der Wirkung der Beschleunigungen und Vibrationen auf das Klima­ gerät besteht darin, einen Flüssigkeitsabscheider 7' zur Trennung von flüssigen und gasförmigen Anteilen vor dem Saugeingang des Kompressors 3' einzufügen, um das Kühlfluid in flüssiger Form zurückzuhalten, insbesondere im Fall von Flüssigkeitsstößen.

Eine andere einfache Maßnahme besteht darin, einen Kompressor 3' vom volumetrischen Typ vorzusehen, der weniger empfindlich gegenüber Flüssigkeitsstößen als die Kolbenkom­ pressoren ist.

Schließlich wird erfindungsgemäß ein doppelter Gas- Flüssigkeits-Wärmetauscher in den Kreis für das Kühlfluid am Ausgang des Verdampfers eingefügt, um bestmöglich die Folgen eines eventuellen Flüssigkeitsüberlaufs in diesen Verdampfer zu begrenzen.

In dem vorgeschlagenen Beispiel, das in Fig. 2 ge­ strichelt angedeutet ist, besteht der doppelte Wärmetauscher aus zwei Gas-Flüssigkeits-Wärmetauschern 22' und 23', bei­ spielsweise koaxialen Wärmetauschern, die in Reihe so ange­ ordnet sind, daß sie ohne Einfluß auf die Energiebilanz sind, da die dort erzeugte Überhitzung durch Unterkühlung des Kühlfluids in flüssiger Form wiedergewonnen wird. Hierzu fließt das Kühlfluid vom Kondensator 2' hier insbesondere über das Schauglas 16' in Richtung zum Verdampfer 1' durch je einen ersten Teil der beiden in Reihe liegenden Wärmetau­ scher 22' und 23'. Das vom Verdampfer 1' über die Leitung 21' kommende Kühlfluid verläuft durch einen zweiten Teil jedes der Wärmetauscher 22' und 23', der vom ersten Teil getrennt ist, wobei die zweiten Teile vor dem Flüssigkeitsabscheider 7' und dem Kompressor 3' zu beiden Seiten des Kopfes 0' in Reihe geschaltet sind. Dadurch kann das Kühlfluid in flüssiger Form, das ggf. bis zum Wärmetauscher 23' gelangt, bei einem Überlauf in diesem Wärmetauscher 23' verdampfen. Dadurch wird die erforderliche Überhitzung des Kühlfluids am Ausgang des Verdampfers 1' durch den Wärmetausch 22' und nicht durch den Verdampfer 1' selbst bewirkt, was die Wirksamkeit der Rippenkühlung des Verdampfers 1' erhöht. Parallel dazu kompensiert eine Unterkühlung der Flüssigkeit des Kondensators 2' die Überhitzung, die an anderer Stelle erzeugt wurde. Dann kann man einen Wärmeflußmesser 24' vorsehen, um Messungen im Differentialmodus zu beiden Seiten des Wärmetauschers 22', beispielsweise in Höhe der Leitung 21', wie wenn ein Wärmeflußmesser 20' vorgesehen wäre, sowie in Höhe des Kopfes 0' durchzuführen. Der Wärmeflußmesser 24' ermöglicht dann über eine Leitung 17' die Steuerung des Stellglieds, das aus dem Entspannungsorgan 9' und/oder dem Elektroventil 14' besteht.

Claims (1)

1. Klimagerät mit einem Verdampfer (1'), einem luftgekühlten Kondensator (2') und einem Kompressor (3'), die in einen Kreis zusammengefügt sind, in dem ein Kühlfluid zirkuliert, wobei der Zufluß dieses vom Kondensator (2') kommenden Fluids zum Verdampfer (1') durch mindestens eine Vorrichtung gesteuert wird, die einen Meßwert bezüglich des in dem Kreis umlaufenden Fluids liefert und auf mindestens ein Stellglied (14' oder 9') einwirkt, das zwischen den Kondensator (2') und den Verdampfer (1') eingefügt ist, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens einen Wärmeflußmesser (20') aufweist, der eine Differentialmessung des Wärmeflusses am Ausgang des Verdampfers (1') zwischen zwei aufeinanderfolgenden Leitungsabschnitten durchführt, an die dieser Wärmeflußmesser thermisch gekoppelt ist, wobei der ermittelte Meßwert des Wärmeflusses zumindest teilweise das Stellglied (14', 9') steuert.