DE19645089A1 - Kälteanlage, insbesondere Fahrzeugklimaanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kälteanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie beispielsweise in Fahr­ zeugen als Klimaanlage in Gebrauch ist.

Die vorliegende Anmeldung ist eine Zusatzanmeldung zu der deutschen Patentanmeldung 196 13 684.9 als Hauptanmeldung. Der Inhalt dieser Hauptanmeldung dient als Basis für die vor­ liegende Anmeldung und wird daher zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen in vollem Umfang hierin durch Verweis aufge­ nommen.

In der Hauptanmeldung sind Kälteanlagen der eingangs genann­ ten Art beschrieben, welche die Merkmale a.1 und a.2 des An­ spruchs 1 aufweisen. Diese Kälteanlagen ermöglichen eine ver­ gleichsweise hohe Ausnutzung der erzeugten Kälteleistung da­ durch, daß am Verdampfer gebildetes, kaltes Kondenswasser nicht ungenutzt abläuft, sondern gesammelt und einem Verdun­ stungs-Wärmeübertrager zugeführt wird, wo es verdunstet wird und dadurch das über diesen Wärmeübertrager geführte, im Käl­ tekreislauf zirkulierende Kältemittel abkühlt. Beispielhaft ist in der Hauptanmeldung angegeben, daß der Verdunstungs- Wärmeübertrager in den Kondensator oder die Kältemittel- Hochdruckleitung zwischen Kondensator und einem Expansions­ ventil des Kältekreislaufs integriert und aus einem Verdun­ stungsrohrprofil gebildet sein kann, das eine außenseitige Verdunstungsstruktur mit Verdunstungskanälen aufweist, in die das zugeleitete Kondenswasser eingeleitet wird und von denen enge Kapillarspalte nach außen führen. Das Profil kann zu ei­ ner Spiralform gebogen sein. Zur Luftstrombeaufschlagung wird dort vorgeschlagen, bei Integration in den Kondensator einen vorhandenen Kondensatorlüfter zu verwenden oder ansonsten dem Verdunstungs-Wärmeübertrager ein eigenes Gebläse zuzuordnen.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstel­ lung einer bezüglich der Kälteanlage gemäß Anspruch 1 der Hauptanmeldung vorteilhaft weitergebildeten Kälteanlage zu­ grunde, die verhältnismäßig einfach zu realisieren ist, und/oder bei welcher der Wirkungsgrad der Anlage weiter ver­ bessert ist.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Kälteanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 2.

Bei der Kälteanlage nach Anspruch 1 zweigt ein Verdunstungs­ luftstromkanal von der Druckseite eines Verdampfergebläses ab, das üblicherweise ohnehin zur Bereitstellung eines Zu­ luftstroms vorhanden ist, aus dem die Kälteanlage den ge­ wünschten Klimatisierungsluftstrom erzeugt. Der Verdunstungs­ luftstromkanal führt zum Verdunstungs-Wärmeübertrager und dient dazu, letzteren bei Bedarf aktiv mit einem Verdun­ stungsluftstrom beaufschlagen zu können. So kann im Fall ei­ ner Fahrzeugklimaanlage insbesondere im Betriebsfall kleiner Kompressordrehzahlen ein Teil der durch das Verdampfergebläse gelieferten Luftansaugleistung zur Steigerung der Leistung der Leistung des Verdunstungs-Wärmeübertragers verwendet wer­ den, ohne daß dies die Wirksamkeit der übrigen Anlagenkompo­ nenten beeinträchtigt, so daß sich insgesamt der Anlagenwir­ kungsgrad erhöhen läßt.

Bei der Kälteanlage nach Anspruch 2 ist der Verdunstungs-Wärme­ übertrager aus einem Verdunstungsrohrprofil gebildet, das außenseitig mit einem Verdunstungsgewebe versehen ist, welches Kondenswasser aufzunehmen vermag, das über einen oder mehrere Zufuhrkanäle zugeführt wird, die strömungstechnisch von einem oder mehreren Kältemittelströmungskanälen des Pro­ fils getrennt sind. Das wie üblich aus gut wärmeleitfähigem Material gebildete Rohrprofil leitet Wärme vom durchströmen­ den Kältemittel zum Verdunstungsgewebe, so daß sich das Käl­ temittel unter Verdunstung des zugeführten Kondenswassers ab­ kühlt.

Bei einer nach Anspruch 3 weitergebildeten Kälteanlage be­ steht das Verdunstungsrohrprofil aus einem Flachrohrprofil, das von einem Verdunstungsgewebe umgeben wird, welches längs einer Schmalseite klemmend am Flachrohrprofil festgelegt ist. Dabei ist in fertigungstechnisch günstiger Weise wenigstens ein Kondenswasser-Zufuhrkanal von einem durch das Festklemmen entlang der betreffenden Profilschmalseite entstehenden Kanal und/oder von einem auf der entgegengesetzten Schmalseite vor­ gesehenen Kanal gebildet.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Fahrzeugklimaanla­ ge mit Verdunstungs-Wärmeübertrager,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines ersten Verdunstungs-Flach­ rohrprofils für einen Verdunstungs-Wärmeübertrager und

Fig. 3 eine Querschnittansicht eines zweiten Verdunstungs-Flach­ rohrprofils für einen Verdunstungs-Wärmeübertrager.

Die in Fig. 1 gezeigte Fahrzeugklimaanlage beinhaltet in Übereinstimmung mit derjenigen von Fig. 1 der Hauptanmeldung ein Klimagerät 1, das einen Verdampfer 1a, ein Verdampferge­ bläse 1b und einen Heizkörper 1c aufweist, einen Kondensator 2 in Rohr-Rippenblock-Bauweise mit integriertem Sammler 2a und Lüfter 2b, einen Kompressor 3, ein Expansionsventil 4, eine Kältemittel-Hochdruckleitung 5 vom Kondensator 2 zum Ex­ pansionsventil 4, eine Kältemittel-Niederdruckleitung als Sauggasleitung 6 vom Expansionsventil 4 zum Kompressor 3, ein zusätzliches Wärmeübertragerelement in Form eines Verdun­ stungs-Wärmeübertragers 7a sowie eine Wasserpumpe 8 und einen Kondenswasserspeicher 9, mit denen das am Verdampfer 1a ge­ bildete Kondenswasser gesammelt und dem Verdunstungs-Wärme­ übertrager 7a zugeleitet wird. Der Verdunstungs-Wärme­ übertrager 7 bildet in diesem Beispiel einen gemeinsamen Abschnitt der von flüssigem Kältemittel unter hohem Druck durchströmten Kältemittel-Hochdruckleitung und der von gas­ förmigem Kältemittel mit niedrigem Druck durchströmten Saug­ gasleitung 6. Er dient dazu, das flüssige Kältemittel in der Hochdruckleitung durch Wärmeaustausch mit verdunstendem Kon­ denswasser einerseits und dem Sauggas in der Sauggasleitung 6 andererseits zu unterkühlen.

Insoweit ist die vorliegende Fahrzeugklimaanlage von Fig. 1 von gleichem Aufbau wie diejenige von Fig. 1 der Hauptanmel­ dung und besitzt dementsprechend auch die gleiche Funktions­ weise, wozu auf die Hauptanmeldung verwiesen werden kann. Un­ terschiedlich ist lediglich, daß bei der vorliegenden Fahr­ zeugklimaanlage durch das Verdampfergebläse 1b eine aktive Luftstrombeaufschlagung der Verdunstungsoberfläche des Ver­ dunstungs-Wärmeübertragers 7a bewirkt werden kann, so daß dem Verdunstungs-Wärmeübertrager 7a zu diesem Zweck kein eigenes Gebläse zugeordnet werden braucht. Dies wird dadurch er­ reicht, daß ein Verdunstungsluftstromkanal 50 geschaffen ist, der von der Druckseite des Verdampfergebläses 1b zur expansi­ onsventilseitigen Stirnseite des Verdunstungs-Wärmeübertra­ gers 7a geführt ist, dessen Verdunstungsoberfläche unter Be­ lassung eines Ringspalts umgibt und von der gegenüberliegen­ den Stirnseite des Verdunstungs-Wärmeübertragers 7a nach au­ ßen abführt, z. B. in den Motorraum. Die durch den so gebilde­ ten Verdunstungsluftstromkanal 50 hindurchtretende Luftstrom­ menge kann mittels einer ansteuerbaren Luftklappe 51 regu­ liert werden, die am Eintritt des Verdunstungsluftstromkanals 50 schwenkbeweglich angeordnet ist.

Damit kann je nach Bedarf Luft, die vom Verdampfergebläse 1b gefördert wird, über die ansteuerbare Luftklappe 51 in einem einstellbaren Maß in den Verdunstungsluftstromkanal 50 abge­ zweigt werden, in dem sich der hier rohrförmig gestaltete Verdunstungs-Wärmeübertrager 7a befindet. Damit läßt sich ei­ ne gezielte Belüftung der feuchten Verdunstungsoberfläche dieses Wärmeübertrager 7a und somit eine deutliche Steigerung der Verdunstungsleistung erzielen. Insbesondere kann die An­ lage so betrieben werden, daß in Betriebsphasen mit niedriger Kompressordrehzahl, z. B. im Ruhebetrieb oder im Stop-and-go-Betrieb ein Teil der- vom Verdampfergebläse 1b bereitgestell­ ten Luftmenge zur Steigerung der Leistung des Verdunstungs-Wärme­ übertragers 7a verwendet wird. Da dies den Betrieb der anderen Anlagenkomponenten nicht nachteilig beeinflußt, läßt sich auf diese Weise der Gesamtwirkungsgrad der Klimaanlage erhöhen.

In den Fig. 2 und 3 sind Ausführungsbeispiele von Verdun­ stungsrohrprofilen in Form von Flachrohrprofilen dargestellt, die sich grundsätzlich auch für den Verdunstungs-Wärme­ übertrager von Fig. 1 eignen, besonders vorteilhaft je­ doch für die Bildung spiralförmiger Verdunstungs-Wärmeüber­ trager der in Fig. 7 der Hauptanmeldung gezeigten Art benutzt werden können. Im Unterschied zu dem in der Hauptanmeldung für den spiraligen Wärmeübertrager von Fig. 7 verwendeten Flachrohrprofil von Fig. 8 besitzen die vorliegenden Verdun­ stungs-Flachrohrprofile keine außenseitige Aluminiumprofil-Kapillar­ spaltstruktur, sondern ein sehr eng gewebtes Poly­ estergewebe als Verdunstungsstruktur.

Das Verdunstungs-Flachrohrprofil von Fig. 2 beinhaltet ein extrudiertes Aluminiumprofil 52, das im Inneren mehrere, von­ einander getrennte, stirnseitig ausmündende Kältemittelströ­ mungskanäle 53 aufweist. Entlang einer Schmalseite ist das Aluminiumprofil 52 als ein M-förmiger Klemmprofilabschnitt 52a gestaltet, während es auf der gegenüberliegenden Seite einen nach außen offenen Kanal 54 aufweist, der als Kondens­ wasser-Zufuhrkanal dient. Das Aluminiumprofil 52 ist von ei­ ner eng anliegenden Polyestergewebematte 55 umgeben, die mit ihren beiden längsverlaufenden Endbereichen 55a, 55b vom Klemmprofilabschnitt 52a an der betreffenden Profilschmalsei­ te festgeklemmt gehalten ist. Die leicht ballige Form des Aluminiumprofils 52 begünstigt eine zuverlässige Anlage der dünnen Polyestergewebematte an der Aluminiumprofilaußenseite und gewährleistet dadurch einen guten wärmeleitenden Kontakt des durch Verdunstung gekühlten Polyestergewebes 55 zur Pro­ filaußenseite.

Bei Bedarf kann das Polyestergewebe 55 nach Festklemmung am Aluminiumprofil 52 durch Wärmezufuhr geschrumpft werden, um die Anlagespannung noch zu erhöhen. Das Polyestergewebe 55, das den Kondenswasser-Zufuhrkanal 54 quer nach außen abdeckt, wird über diesen mit zu verdunstendem Kondenswasser versorgt, das dem Zufuhrkanal 54 stirnseitig zugeführt wird. Von dem zum Polyestergewebe 55 hin offenen Zufuhrkanal 54 verteilt sich das Kondenswasser durch die Kapillarwirkung der Poly­ estergewebefasern auf der gesamten Oberfläche des Polyester­ gewebes 55, so daß es von dort aus großflächig verdunsten kann.

Auch das Verdunstungs-Flachrohrprofil von Fig. 3 besteht aus einem extrudierten Aluminiumprofil 56 mit mehreren Kältemit­ tel-Strömungskanälen 57 und einem schmalseitigen Klemmpro­ filabschnitt 56a sowie aus einer das Aluminiumprofil 56 umge­ benden, eng gewebten Polyestergewebematte 58, die mit ihren längsverlaufenden Endbereichen 58a, 58b am Klemmprofilab­ schnitt 56a festgeklemmt gehalten ist und im übrigen gegen die Aluminiumprofilaußenseite mit Ausnahme von deren Stirn­ seiten anliegt. Im Unterschied zum Profil von Fig. 2 ist der Klemmprofilabschnitt 56a beim Verdunstungs-Flachrohrprofil von Fig. 3 so gestaltet, daß durch das Festklemmen der Poly­ estergewebematte 58, d. h. durch das Hereinbiegen der äußeren Klemmprofilflanken gegen die mittlere Klemmprofilflanke, auf jeder Seite der mittleren Klemmprofilflanke je ein Hohlkanal 59a, 59b entsteht. Diese beiden Hohlkanäle 59a, 59b dienen in diesem Fall als zwei Kondenswasser-Zufuhrkanäle, denen das Kondenswasser wiederum stirnseitig zugeführt werden kann. Von den Mattenendbereichen 58a, 58b wird dann das Kondenswasser durch Kapillarwirkung der Gewebefasern auf die gesamte Ober­ fläche des Polyestergewebes verteilt. Der Kondenswasser-Zufuhr­ kanal auf der dem Klemmprofil entgegengesetzten Schmal­ seite des Aluminiumprofils, wie er bei Fig. 2 vorgesehen ist, ist in diesem Fall nicht zwingend erforderlich und daher beim Beispiel von Fig. 3 nicht vorgesehen.

Es versteht sich, daß weitere, nicht gezeigte Varianten der erfindungsgemäßen Kälteanlage realisiert werden können. So kann ein Polyestergewebe als Verdunstungsstruktur nach Art der Fig. 2 und 3 auch für runde Aluminiumrohrprofile gemäß Fig. 2 der Hauptanmeldung oder für flache Aluminiumrohrpro­ file gemäß Fig. 4 der Hauptanmeldung anstelle der dortigen Kapillarspaltstruktur verwendet werden. Statt oder zusätzlich zu der gezeigten klemmenden Fixierung kann die Polyestergewe­ bematte auf das innenliegende Aluminiumprofil aufgeklebt sein.

Claims (3)

1. Kälteanlage, insbesondere Fahrzeugklimaanlage, mit
a.1) einem Kältekreislauf, der einen Kondensator (2), einen Verdampfer (1a) und ein zirkulierendes Kältemittel aufweist, gekennzeichnet durch

• a.2) einen Verdunstungs-Wärmeübertrager (7a) zur Wärmeüber­ tragung zwischen dem durchströmenden Kältemittel einerseits und am Verdampfer (1a) gebildetem Kondenswasser andererseits, das am Verdampfer gesammelt und dem Verdunstungs-Wärmeübertrager zugeleitet wird, und
• a.3) einen von der Druckseite eines dem Verdampfer (1a) zuge­ ordneten Verdampfergebläses (1b) abzweigenden Verdunstungs­ luftstromkanal (50), über den der Verdunstungs-Wärmeüber­ trager mit einem Verdunstungsluftstrom beaufschlagbar ist.

2. Kälteanlage, insbesondere nach Anspruch 1, mit

• b.1) einem Kältekreislauf, der einen Kondensator (2), einen Verdampfer (1a) und ein zirkulierendes Kältemittel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
• b.2) ein Verdunstungs-Wärmeübertrager (7a) zur Wärmeübertra­ gung zwischen dem durchströmenden Kältemittel einerseits und am Verdampfer (1a) gebildeten Kondenswasser andererseits vor­ gesehen ist, das am Verdampfer gesammelt und dem Verdun­ stungs-Wärmeübertrager zugeleitet wird, und
• b.3) der Verdunstungs-Wärmeübertrager aus einem Verdunstungs­ rohrprofil gebildet ist, das außenseitig mit einer Verdun­ stungsstruktur in Form eines kondenswasseraufnahmefähigen Verdunstungsgewebes (55, 58) versehen ist und wenigstens ei­ nen quer nach außen zum Verdunstungsgewebe hin offenen Kon­ denswasser-Zufuhrkanal (54; 59a, 59b) sowie wenigstens einen davon fluidströmungsgetrennten und quer nach außen geschlos­ senen Kältemittelströmungskanal (53, 57) aufweist.

3. Kälteanlage nach Anspruch 2, weiter dadurch gekennzeich­ net, daß

• - das Verdunstungsrohrprofil aus einem Flachrohrprofil (52, 56) besteht, das von dem Verdunstungsgewebe (55, 56) umgeben ist und dieses entlang einer Schmalseite festgeklemmt hält, und
• - der wenigstens eine quer nach außen zum Verdunstungsgewebe hin offene Kondenswasser-Zufuhrkanal von einem durch das Festklemmen entlang der betreffenden Profilschmalseite ent­ stehenden Kanal (59a, 59b) und/oder einem auf der entgegenge­ setzten Profilschmalseite vorgesehenen Kanal (54) gebildet ist.