DE19830757A1 - Klimaanlage - Google Patents

Klimaanlage

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Abstract

Bei einer Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug wird ein innerer Wärmeübertrager vorgesehen, der mit einem Kondensator und einem Sammler kombiniert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Kompressor, einem Kondensator (Gas­ kühler) einem Expansionsventil, einem Verdampfer, einem Sammler und einem inneren Wärmeübertrager.
Bei einer bekannten Klimaanlage der eingangs genannten Art (EP 0 611 926 B1) ist der innere Wärmeübertrager zu einer Baueinheit mit dem Verdampfer und dem Expansionsventil zusam­ mengefaßt. Es ist auch bekannt (US 5,544,498, EP 0 710 808 A1 ), bei einer derartigen Klimaanlage den inneren Wärmetau­ scher mit dem Verdampfer oder mit dem Expansionsventil zu kombinieren. Mit Hilfe des inneren Wärmeübertragers wird Wär­ me von dem verdichteten Kältemittel auf das entspannte Kälte­ mittel übertragen. Dadurch ist es möglich, die Leistungszahl, d. h. das Verhältnis von Kälteleistung zu Antriebsleistung, der Klimaanlage deutlich zu verbessern. Der innere Wärmeüber­ trager, der mit dem Verdampfer und/oder dem Expansionsventil kombiniert ist, führt zu einem erhöhten Bedarf an Bauraum in­ nerhalb der Armaturentafel eines Fahrzeuges, in deren Bereich der zur Verfügung stehende Bauraum jedoch sehr begrenzt ist.
In den meisten Fällen werden Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge ohne inneren Wärmetauscher verwendet. Die mit herkömmlichem Kältemittel (R 134a) arbeitenden Klimaanlagen werden übli­ cherweise so betrieben, daß der kritische Druck des Kältemit­ tels nicht überschritten wird. Wärmezufuhr und Wärmeabfuhr erfolgen im Zweiphasengebiet durch Verdampfung und Kondensa­ tion des Kältemittels. In Klimaanlagen für Fahrzeuge, die das Kältemittel R 744 (CO2) enthalten, kann der Druck des Kälte­ mittels in der Anlage größer als der kritische Druck des Käl­ temittels werden. Eine Verflüssigung des Kältemittels erfolgt dann nicht mehr. Um bei einer derartigen Klimaanlage eine Leistungszahl zu erhalten, die gleich oder besser als die Leistungszahl der mit herkömmlichem Kältemittel betriebenen Klimaanlagen ist, ist ein innerer Wärmeübertrager vorgesehen. Bei einer derartigen Klimaanlage (DE 196 35 454 A1) ist es bekannt, den inneren Wärmeübertrager mit einem Sammler zu kombinieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Klimaanlage zu schaffen, die insbesondere für das Kältemittel R 744 geeignet ist und bei welcher der innere Wärmeübertrager in vorteilhaf­ ter Weise untergebracht ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der innere Wärmeüber­ trager mit dem Kondensator (Gaskühler) kombiniert ist.
Der Kondensator ist üblicherweise in dem Motorraum des be­ treffenden Fahrzeuges untergebracht, in welchem etwas mehr Bauraum zur Verfügung steht als im Bereich der Armaturenta­ fel, so daß die Unterbringung des inneren Wärmeübertragers im Bereich des Kondensators keine größeren Probleme bereitet.
In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß der innere Wärmeübertrager in den Sammler integriert ist, der mit dem Kondensator (Gaskühler) kombiniert ist. Bei ent­ sprechender Führung der Kältemittelleitungen ist es möglich, den Sammler als Hochdrucksammler oder als Niederdrucksammler auszubilden. Durch die Kombination des Sammlers mit inte­ griertem inneren Wärmeübertrager mit dem Kondensator (Gas­ kühler) und insbesondere durch Ausbilden einer diese drei Elemente enthaltenden Baueinheit ergeben sich Kostenvorteile und auch Sicherheitsvorteile. Es werden weniger Verbindungs­ stellen in dem Kältemittelkreislauf benötigt, so daß die Ge­ fahr von Kältemittelverlusten verringert ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen darge­ stellten Ausführungsbeispiele und den Unteransprüchen.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungs­ gemäße Klimaanlage für eine Fahrzeug,
Fig. 2 eine teilweise geschnittene (Schnitt II-II der Fig. 3) Ansicht einer Kombination aus Kondensator, Samm­ ler und innerem Wärmeübertrager,
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III der Fig. 2,
Fig. 4 eine teilweise entlang der Linie IV-IV der Fig. 5 geschnittene Ansicht einer weiteren Ausführungs­ form,
Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V der Fig. 4,
Fig. 6 eine teilweise entlang der Linie VI-VI der Fig. 7 geschnittene Ansicht einer weiteren Ausführungsform mit einem Niederdrucksammler und
Fig. 7 einen Schnitt entlang der Linie VII-VII der Fig. 6.
Die in Fig. 1 als Blockschaltbild dargestellte Klimaanlage enthält einen von dem Verbrennungsmotor eines Fahrzeuges an­ getriebenen Kompressor 10, einen Kondensator oder Gaskühler 11, ein Expansionsventil 12, einen Verdampfer 13 und einen Sammler 14, in den ein innerer Wärmeübertrager integriert ist. Der Sammler 14 mit dem inneren Wärmeübertrager und der Kondensator 11 sind miteinander kombiniert oder als Bauein­ heit ausgebildet, wie dies anhand der Fig. 2 bis 7 noch wei­ ter erläutert wird. Wie weiter noch erläutert werden wird, kann der Sammler 14 als Hochdrucksammler oder als Nieder­ drucksammler ausgebildet sein, d. h. als Sammler für das ver­ dichtete Kältemittel oder als Sammler für das entspannte Käl­ temittel. Die Klimaanlage ist insbesondere für das Kältemit­ tel R 744 bestimmt. Sie ist jedoch auch ohne weiteres mit dem Kältemittel R 134a oder anderen Kältemitteln betreibbar.
Der Kondensator 11 ist bei den nachfolgenden Ausführungsbei­ spielen als sogenannter Flachrohrkondensator ausgebildet, der zwei seitliche Sammelrohre 15, 16 aufweist, die mittels Flachrohren 17 miteinander verbunden sind. Zwischen den Flachrohren 17 sind Wellrippen 18 angeordnet. Neben dem Sam­ melrohr 16 und parallel dazu ist ein rohrförmiger Sammler 14 angeordnet. Abweichend von dem dargestellten Ausführungsbei­ spiel können das Sammelrohr 16 und der Sammler 14 so zu einer Baueinheit miteinander kombiniert sein, wie dies beispiels­ weise aus der DE 43 19 293 A1 oder der DE 44 10 986 A1 be­ kannt ist, insbesondere als mehrteiliges Profilrohr.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 und 3 ist der Sammler 14 ein Hochdrucksammler. Sein Innenraum steht über eine Lei­ tung 28 mit dem Sammelrohr 16 des Kondensators 11 in Verbin­ dung. Das verdichtete Kältemittel strömt somit in den Sammler 14 und dann über einen Anschluß 19 zu dem Expansionsventil 12.
In den Sammler 14 ist eine helix-förmig gestaltete Rohr­ schlange 20 verlegt, deren Eingang 21 an den Ausgang des Ver­ dampfers 13 und deren Ausgang 22 an den Sauganschluß des Kom­ pressors 10 angeschlossen ist. Die Rohrschlange 20 bildet so­ mit mit dem Sammler 14 den inneren Wärmeübertrager, in wel­ chem Wärme von dem Kältemittel der Hochdruckseite auf das Kältemittel der Niederdruckseite übertragen wird. Die Wärme­ übertragung erfolgt hierbei durch freie Konvektion.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 und 5 ist in dem rohrförmigen Sammler 14' eine helix-förmige Doppelrohrschlan­ ge 23 angeordnet. In dem Sammler 14' ist jeweils oben und un­ ten mittels Zwischenwänden eine Kammer 24, 25 abgeteilt. Das Außenrohr der Doppelrohrschlange 23 mündet jeweils in der oberen und der unteren Kammer 24, 25. Das Innenrohr ist je­ weils nach außen geführt und bildet Anschlüsse 21, 22, so daß das Innenrohr zwischen der Saugseite des Kompressors 10 und dem Ausgang des Verdampfers 13 angeordnet ist. Das verdichte­ te Kältemittel, das über den Anschluß 28 in den Sammler 14 eindringt, gelangt durch eine Bohrung 26 hindurch in die Kam­ mer 24 und von dort in das Außenrohr der Doppelrohrschlange 23, in welchem es zu der Kammer 25 strömt, aus der es an ei­ nem Anschluß 27 austritt, der zu dem Expansionsventil 12 führt. Das entspannte Kältemittel strömt im Gegenstrom von dem Anschluß 21 zu dem Anschluß 22, so daß die Doppelrohr­ schlange 23 einen inneren Wärmeübertrager mit erzwungener Konvektion bildet.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 und 7 ist der mit dem Kondensator 11 kombinierte rohrförmige Sammler 14' als Nie­ derdrucksammler eingesetzt. Das Sammelrohr 16' des Kondensa­ tors 11 ist an das Innenrohr 27 einer helix-förmigen Doppel­ rohrschlange 29 angeschlossen. Das Innenrohr tritt aus dem Sammler 14'' oben aus und ist an ein Expansionsventil 12 an­ geschlossen. Von dem Sammler 14'' sind jeweils oben und unten Kammern 30, 31 mittels Trennwänden abgetrennt. An diese Kam­ mern schließen die Enden des Außenrohrs der Doppelrohrschlan­ ge 29 an. Zu dem Inneren des Sammlers 14'' führt ein Anschluß 32, der mit dem Ausgang des Verdampfers 13 verbunden ist. Im Inneren des Sammlers 14 ist ein U-förmiges Rohr 33 angeord­ net, dessen eines Ende in die Kammer 31 mündet und dessen an­ deres Ende dicht unterhalb der Kammer 31 liegt. Die untere Kammer 30 ist mit einem Sauganschluß 34 für den Kompressor 10 versehen.
Durch den Anschluß 32 hindurch strömt gasförmiges und flüssi­ ges Kältemittel, das vom Verdampfer 13 kommt, in den Sammler 14''. Aufgrund der Schwerkraft sammelt sich das flüssige Käl­ temittel im unteren Bereich und das gasförmige Kältemittel im oberen Bereich des Sammlers 14''. Das U-förmige Rohr 33 bil­ det mit seinem innerhalb des Sammlers 14'' liegenden Ende ei­ ne Ansaugöffnung 35 für den Sauganschluß 34, so daß im we­ sentlichen nur gasförmiges Kältemittel aus dem Sammler 14'' abgesaugt wird. Das gasförmige Kältemittel strömt im Gegen­ strom im Außenrohr der Doppelrohrschlange 29 zu dem im Innen­ rohr 27 geführten, verdichteten Kältemittel, so daß im Gegen­ strom Wärme von der Hochdruckseite aufgenommen wird.
Das U-förmige Rohr 33 ist im Bereich seines unteren Endes mit einer kleinen Bohrung 36 versehen, die vermeidet, daß sich in dem Sammler 14'' dauerhaft Öl absetzen kann. Das Öl wird zu­ sammen mit dem gasförmigen Kältemittel abgesaugt.
Bei einer vereinfachten Ausführungsform ähnlich Fig. 6 und 7 wird anstelle einer Doppelrohrschlange 29 nur eine einfache Rohrschlange vorgesehen, in der das verdichtete Kältemittel von dem Kondensator 11 (oder Gaskühler) zu dem Expansionsven­ til 12 strömt. Der Sammler ist dann in seinem oberen Bereich mit einem zum Kompressor führenden Sauganschluß und in seinem unteren Bereich mit einem von dem Verdampfer 13 kommenden Zu­ laufanschluß versehen. Gegebenenfalls kann dann in dem Samm­ ler noch ein zusätzlicher innerern Behälter vorgesehen wer­ den, um die Wärmeübertragung zu verbessern. Es ist auch mög­ lich, beidseitig Sammelräume vorzusehen.
Gegebenenfalls reicht es auch aus, nur einen inneren Wärme­ übertrager mit dem Kondensator 11 oder Gaskühler zu kombinie­ ren und einen Sammler an anderer Stelle anzuordnen, insbeson­ dere einen Niederdrucksammler. Beispielsweise könnte das Aus­ führungsbeispiel nach Fig. 6 dann so abgewandelt werden, daß der von dem Verdampfer 13 kommende Zuführanschluß 32 an die obere Kammer angeschlossen wird, so daß das expandierte Käl­ temittel direkt zu der Doppelrohrschlange 29 führt. Es genügt dann somit, die Kombination einer Doppelrohrschlange 29 mit einem Kondensator 11 oder Gaskühler, wobei ein Rohr der Dop­ pelrohrschlange zwischen dem Sammelrohr 16' des Kondensators 11 und einem Expansionsventil 12 und das andere Rohr der Dop­ pelrohrschlange zwischen dem Ausgang des Verdampfers 13 und der Saugseite des Kompressors 10 angeordnet sind.

Claims (11)

1. Klimaanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Kompressor, einem Kondensator (Gaskühler), einem Expan­ sionsventil, einem Verdampfer, einem Sammler und einem inne­ ren Wärmeübertrager, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Wärmeübertrager mit dem Kondensator (Gaskühler) (11) kombiniert ist.
2. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Wärmeübertrager in den Sammler (14, 14', 14'') integriert ist, der mit dem Kondensator (11) kombiniert ist.
3. Klimaanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß parallel zu einem Sammelrohr (16, 16') des Kon­ densators (11) ein rohrförmiger Sammler (14, 14', 14'') ange­ ordnet ist, innerhalb von welchem der innere Wärmeübertrager untergebracht ist.
4. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des rohrförmigen Sammlers (14), der an den Kondensator (11) angeschlossen ist, eine Rohr­ schlange (20) geführt ist, die zwischen einem Ausgang des Verdampfers (13) und einem Sauganschluß des Kompressors (10) liegt.
5. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Sammlers (14'), der an den Kondensator (11) angeschlossen ist, eine Doppelrohrschlange (23) geführt ist, deren Innenrohr zwischen einem Ausgang des Verdampfers (13) und einem Sauganschluß des Kompressors (10) liegt und deren Außenrohr mit dem Sammler (14') und einem Ex­ pansionsventil (12) verbunden ist.
6. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Sammler (14'') eine Doppelrohr­ schlange (29) angeordnet ist, deren Innenrohr (27) zwischen einem Ausgang des Kondensators (11) und dem Expansionsventil (12) angeordnet ist und deren Außenrohr zwischen einem Aus­ gang des Verdampfers (13) und einem Sauganschluß des Kompres­ sors (10) liegt.
7. Klimaanlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anschlüsse zu und von der Doppelrohrschlan­ ge (23, 29) derart angeordnet sind, daß ein Gegenstrom gege­ ben ist.
8. Klimaanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammler (14', 14'') mit einer oberen Kammer (25, 31) und/oder einer unteren Kammer (24, 30) versehen ist, mit de­ nen jeweils das Außenrohr der Doppelrohrschlange (23, 29) verbunden ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Kammer (31) mittels eines U-förmig gebogenen Rohres (33) mit dem oberen Bereich des an den Ausgang des Verdichters (13) angeschlossenen Sammlers (14'') verbunden ist, und daß die untere Kammer an den Sauganschluß des Kom­ pressors (10) angeschlossen ist.
10. Klimaanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das U-förmig gebogene Rohr (33) in der Nähe des Bodens des Sammlers (14'') mit einer Bohrung versehen ist.
11. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Expansionsventil (12) mit dem Sammler (14) kombiniert ist.
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