DE19946217C1 - Akkumulator für eine nach dem "Orifice"-Prinzip arbeitende Klimaanlage, insbesondere Fahrzeugklimaanlage - Google Patents

Abstract

Ein Akkumulator für eine nach dem "Orifice"-Prinzip arbeitende Klimaanlage, insbesondere Fahrzeugklimaanlage, umfaßt ein Gehäuse (12), welches einen Einlaß (26) und einen Auslaß (28) für das Kältemittel aufweist. In Innenraum des Gehäuses (12) ist Trockenmittel (16) vorhanden. Der Strömungsweg des Kältemittels weist einen Anfangsabschnitt (32) auf, welcher vom oberen Bereich des Innenraums des Gehäuses (12) nach unten bis nahe an den Boden (22) des Gehäuses (12) führt. Der Strömungsweg umfaßt ferner einen sich an den Anfangsabschnitt (32) anschließenden Mittelabschnitt (34) in Bodennähe des Gehäuses (12), welcher eine kleine, mit dem Innenraum des Gehäuses (12) kommunizierende Öffnung (62) aufweist. Schließlich umfaßt der Strömungsweg noch einen Endabschnitt (50), welcher mit dem Auslaß (28) für das Kältemittel verbunden ist. Damit die transversale Außenabmessung des Akkumulators (10) möglichst gering ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das Trockenmittel (16) zumindest teilweise im Strömungsweg des Kältemittels anzuordnen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Akkumulator für eine nach dem "Orifice"-Prinzip arbeitende Klimaanlage, insbesondere Fahrzeugklimaanlage, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei nach dem "Orifice"-Prinzip arbeitenden Klimaanlagen ist der Trockner/Akkumulator dem Verdampfer nachgeordnet. Das aus dem Verdampfer kommende Kältemittel ist hauptsäch­ lich gasförmig, enthält jedoch noch eine Flüssigphase; insbesondere diese enthält Feuchtigkeit und Kompressoröl. Aufgabe des Trockners/Akkumulators ist es, u. a. dem Kältemittel die Feuchtigkeit (Wasser) zu entziehen, dasselbe jedoch wieder in den Kältemittelkreislauf zurück­ zuführen. Außerdem ist die flüssige Phase möglichst vollständig von der gasförmigen Phase zu trennen, so daß ausschließlich gasförmiges Kältemittel den Akkumula­ tor verläßt.

Ein Akkumulator der eingangs genannten Art ist z. B. in der DE 197 42 230 C2 beschrieben. Die Leitung für das Kältemittel ist hier von zwei koaxialen Rohren gebildet, wobei der Zwischenraum zwischen den beiden Rohren an seinem oberen Ende mit dem oberen Bereich des Innnenraums des Gehäuses kommuniziert und das innere Rohr direkt mit dem Auslaß verbunden ist.

Zwischen dem äußeren Rohr und der Innenwand des Gehäuses ist im Bereich des Bodens des Gehäuses ein ringförmiger Trockenmitteleinsatz angeordnet. Aufgrund der Umlenkung der Strömung zwischen dem Einlaß im Gehäuse und dem äußeren Rohr der Leitung wird die flüssige Phase des Kältemittels abgeschieden und fließt aufgrund der Schwer­ kraft durch den Trockenmitteleinsatz hindurch in Richtung Gehäuseboden. Beim Durchtritt durch den Trockenmittel­ einsatz wird dem flüssigen Kältemittel das Wasser ent­ zogen.

Nachteilig bei dem bekannten Akkumulator ist jedoch, daß sein Durchmesser relativ groß sein muß. Denn nur dann ist der zwischen der Gehäusewand und dem äußeren Leitungsrohr vorhandene Ringraum so groß, daß der Troc­ kenmitteleinsatz eine für die Trocknung der flüssigen Kältemittelphase ausreichende Menge an Trockenmittel aufnehmen kann. Für einige Anwendungsbereiche ist je­ doch ein kleiner bauender Akkumulator wünschenswert.

Die vorliegende Erfindung hat daher die Aufgabe, einen Akkumulator der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß seine transversale Außenabmessung möglichst klein ist.

Diese Aufgabe wird durch den im Anspruch 1 angegebenen Akkumulator gelöst.

Anstatt die Feuchtigkeit erst dem zum Boden des Gehäuses abfließenden flüssigen Kältemittel zu entziehen, ist erfindungsgemäß das Trockenmittel im Strömungsweg der Gasphase des Kältemittels angeordnet. So kann es die Feuch­ tigkeit direkt dem vorbeiströmenden Kältemittel entziehen. Auf diese Weise ist es möglich, auf den ausladenden ringförmigen Trockenmitteleinsatz zu verzichten, wodurch die transversale Abmessung des erfindungsgemäßen Akku­ mulators gegenüber dem bekannten Akkumulator kleiner gehalten werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unter­ ansprüchen angegeben.

Die Weiterbildung gemäß Anspruch 2 ist einfach und preis­ wert zu fertigen und leicht zu montieren.

Die Weiterbildung nach Anspruch 3 hat den Vorteil, daß für den Trockenmitteleinsatz möglichst viel Platz zur Verfügung steht, so daß dieser eine große Kapazität aufweisen kann.

Wenn der Einlaß und der Auslaß für das Kältemittel beide im oberen Bereich des Gehäuses angeordnet sein sollen, ist die Weiterbildung nach Anspruch 4 von Vorteil.

Bevorzugt ist auch die Weiterbildung nach Anspruch 5, in dem eine einfache Halterung für den Trockenmittelein­ satz angegeben ist.

Wenn gemäß Anspruch 6 im oberen Bereich des Innenraums des Gehäuses die Kältemittelströmung so geführt ist, daß sich ein Zyklon ausbildet, wird in diesem Bereich die Trennung der flüssigen von der gasförmigen Phase des Kältemittels erheblich begünstigt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand zweier Ausführungs­ beispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1: einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungs­ beispiel eines Akkumulators;

Fig. 2: eine perspektivische Explosionsdarstellung der im Inneren des Akkumulators von Fig. 1 vorhandenen Hauptkomponenten;

Fig. 3: einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungs­ beispiel eines Akkumulators; und

Fig. 4: eine perspektivische Explosionsdarstellung der im Inneren des Akkumulators von Fig. 3 vorhandenen Hauptkomponenten.

Der in Fig. 1 dargestellte Akkumulator trägt insgesamt das Bezugszeichen 10. Er umfaßt ein zweiteiliges Gehäuse 12, eine ebenfalls zweiteilige Strömungsführungseinheit 14, einen Trockenmitteleinsatz 16 und eine Einsatzhalte­ rung 18.

Das Gehäuse 12 besteht aus einem im wesentlichen zylin­ drischen Hauptabschnitt 20 und einem Boden 22. Der Haupt­ abschnitt 20 weist einen einstückig mit ihm verbundenen Deckel 24 auf, in den ein Einlaß 26 und ein Auslaß 28 für das Kältemittel eingeformt sind. Der etwas nach außen gewölbte Boden 22 weist an seinem Rand einen Umbug 30 auf, der an dem inneren Rand des Hauptabschnitts 20 befestigt, z. B. verschweißt, ist.

Die Strömungsführungseinheit 14 (vgl. Fig. 2) besteht aus einem Oberteil 32 und einem Unterteil 34. Das Oberteil 32 umfaßt einen zylindrischen Abschnitt 38, einen an dessen oberen Rand angeformten, sich nach oben hin verjün­ genden konischen Abschnitt 40 und einen wiederum an dessen oberen Rand angeformten zylindrischen Einlaßabschnitt 42. Dieser weist an seinem oberen Rand eine seitliche Ausneh­ mung 44 auf, welche sich über einen Winkelbereich von ungefähr 180° erstreckt. Im unteren Bereich des Einlaßab­ schnitts 42 sind an dessen äußere Mantelfläche über den Umfang verteilt drei Stege 46 angeformt, welche sich vom oberen Rand des konischen Abschnitts 40 bis in eine Position etwas unterhalb des unteren Randes der Ausnehmung 44 erstrecken. Der Einlaßabschnitt 42, der konische Abschnitt 40 und der zylindrische Abschnitt 38 bilden einen Anfangsabschnitt des Strömungswegs des Kältemittels.

Zwischen dem zylindrischen Abschnitt 38 und dem konischen Abschnitt 40 sind innen drei über den Umfang verteilte Rippen 47 angeordnet. Der Außendurchmesser des zylindri­ schen Abschnitts 38 ist ferner etwas kleiner als der Innendurchmesser des Gehäusehauptabschnitts 20.

Neben dem Einlaßabschnitt 42 sind zwei sich von ihm aus gesehen diametral gegenüberliegende vertikale Rohre angeordnet, nämlich ein Einlaßrohr 48 und ein Auslaßrohr 50. Das Einlaßrohr 48 ist auf die äußere Mantelfläche des konischen Abschnitts 40 des Oberteils 32 aufgeformt und weist in seinem unteren Bereich eine bezüglich der Längsachse des Akkumulators 10 nach radial außen entgegen der Ausnehmung 44 im Einlaßabschnitt 42 gerichtete Ausneh­ mung 52 auf. Der obere Rand des Einlaßrohrs 48 ist in Einbaulage mit dem Einlaß 26 im Deckel 24 des Gehäuses 12 verbunden.

Das den Endabschnitt des Kältemittel-Strömungsweges bildende Auslaßrohr 50 weist in der Nähe seines oberen Rands eine Gasansaugöffnung 53 auf, auf deren Bedeutung weiter unten eingegangen wird. Es erstreckt sich von der Höhe des unteren Rands des zylindrischen Abschnitts 38 der Strömungsführungseinheit 14 nach oben, durchdringt die Wand des konischen Abschnitts 40 und ist mit seinem oberen Bereich in Einbaulage dicht mit dem Auslaß 28 im Deckel 24 des Gehäuses 12 verbunden.

Das Unterteil 34 der Strömungsführungseinheit 14 begrenzt den Mittelabschnitt des Kältemittel-Strömungswegs und hat die Form einer flachen Schüssel mit einem ebenen Boden 54, einem hochgezogenen Rand 56 und einem zylindrischen Kragen 58. In einer Hälfte des Unterteils 34 ist der hoch­ gezogene Rand 56 etwas nach radial innen versetzt, so daß zwischen ihm und dem Kragen 58 ein Absatz 60 gebildet ist. In dem ebenen Boden 54 ist außermittig, etwas in Richtung des Absatzes 60 versetzt, eine Durchgangsbohrung 62 eingebracht. Sie liegt im Beginn einer bis zum Absatz 60 führenden, sich nach oben hin kontinuierlich erweitern­ den Rinne 64, die an ihrem Ende im Absatz 60 von oben gesehen ungefähr halbkreisförmigen Querschnitt aufweist. An die Unterseite des ebenen Bodens 54 des Unterteils 34 der Strömungsführungseinheit 14 ist schließlich ein Fuß 65 angeformt, der einen Zwischenraum zwischen dem ebenen Boden 54 des Unterteils 34 der Strömungsführungs­ einheit 14 und dem Boden 22 des Gehäuses 12 freihält.

Der Kragen 58 des Unterteils 34 arbeitet in Einbaulage mit dem unteren Rand des zylindrischen Abschnitts 38 des Oberteils 32 der Strömungsführungseinheit 14 dicht zusammen. Oberteil 32 und Unterteil 34 der Strömungsführungseinheit 14 sind ferner miteinander verrastet.

In Einbaulage stützt sich die Strömungsführungseinheit 14 einerseits über den Fuß 65 am ebenen Boden 54 ihres Unterteils 34 am Bodenabschnitt 22 des Gehäuses 12 und andererseits mit dem oberen Rand des Einlaßabschnitts 42 an der Innenwand des Deckels 24 des Gehäuses 12 ab. Um im Betrieb Klappergeräusche der Strömungsführungseinheit 14 im Gehäuse 12 zu vermeiden, ist eine Feder 67 vorgesehen, welche sich einerseits an den Stegen 46, die um den Einlaßabschnitt 42 herum angeordnet sind, und anderer­ seits an der Innenwand des Deckels 24 des Gehäuses 12 abstützt.

Nun wird auf den Trockenmitteleinsatz 16 Bezug genommen: Dieser besteht aus einem etwa zylindrischen Block 66, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser des zylin­ drischen Abschnitts 38 des Oberteils 32 der Strömungsfüh­ rungseinheit 14 entspricht. In Längsrichtung des Blocks 66 sind in diesen insgesamt acht Durchgangsöffnungen 68 unterschiedlichen Durchmessers eingebracht. Der Block 66 weist eine in seiner Längsrichtung von seiner Oberseite bis zur Unterseite verlaufende halbzylindrische Einbuchtung 70 auf, die kantenfrei in die zylindrische Mantelfläche des Blocks 66 übergeht. In Einbaulage ist der Trocken­ mitteleinsatz 16 von unten in den zylindrischen Abschnitt 38 des Oberteils 32 der Strömungsführungseinheit 14 so eingeschoben, daß sein oberer Rand an den Rippen zwischen zylindrischem Abschnitt 38 und konischem Abschnitt 40 der Strömungsführungseinheit 14 anliegt. Das Auslaßrohr 50 verläuft dabei durch die Einbuchtung 70 hindurch.

Die Einsatzhalterung 18 umfaßt ein mittiges, stabförmi­ ges und in Einbaulage in Längsrichtung des Akkumulators 10 verlaufendes rohrförmiges Distanzstück 72, welches sich in Einbaulage am ebenen Boden 54 des Unterteils 34 der Strömungsführungseinheit 14 abstützt. Vom oberen Rand des Distanzstücks 72 erstrecken sich insgesamt vier Speichen 74 durch einen Zwischenring 75 hindurch bis zu einem Ring 76, dessen Außenabmessung und Form der Außenkontur des Trockenmitteleinsatzes 16 entspricht.

Der oben beschriebene Akkumulator 10 arbeitet wie folgt:

Vom Verdampfer kommendes Kältemittel, welches eine flüssige und eine gasförmige Phase enthält, wird dem Innenraum des Gehäuses 12 des Akkumulators 10 über den Einlaß 28 im Gehäusedeckel 24 und das Einlaßrohr 48 zugeführt. Aus dem Einlaßrohr 48 tritt das Kältemittel durch die Ausnehmung 52 aus und verwirbelt in dem zwischen der äußeren Mantel­ fläche des konischen Abschnitts 40 des Oberteils 32 der Strömungsführungseinheit 14 und dem Hauptabschnitt 20 des Gehäuses 12 gebildeten Innenraum. Durch diese Ver­ wirbelung kommt es zu einer Trennung der flüssigen Phase und der gasförmigen Phase des Kältemittels. Die flüssige Phase schlägt sich an der Innenwand des Hauptabschnitts 20 des Gehäuses 12 und an der äußeren Mantelfläche des konischen Abschnitts 40 des Oberteils 32 der Strömungs­ führungseinheit 14 nieder und fließt aufgrund der Schwer­ kraft durch den zwischen dem zylindrischen Abschnitt 38 des Oberteils 32 der Strömungsführungseinheit 14 und dem Hauptabschnitt 20 des Gehäuses 12 gebildeten Spalt nach unten.

Das in dem Kältemittel außerdem enthaltene Öl sinkt aufgrund seines größeren spezifischen Gewichtes nach unten weiter ab und tritt in den Zwischenraum zwischen dem Unterteil 34 der Strömungsführungseinheit 14 und dem Boden 22 des Gehäuses 12 ein, wo es einen Ölsumpf bildet.

Die Gasphase des Kältemittels gelangt über die Ausnehmung 44 im Einlaßabschnitt 42 in das Innere der Strömungsfüh­ rungseinheit 14. Aufgrund der Erweiterung des Strömungs­ querschnitts im konischen Abschnitt 40 des Oberteils 32 der Strömungsführungseinheit 14 wird die Strömungsge­ schwindigkeit des Kältemittels verlangsamt. Diese relativ langsame Strömungsgeschwindigkeit wird durch die große Öffnungsweite der Durchgangsöffnungen 68 im Trockenmittel­ einsatz 16 und deren große Anzahl weitestgehend beibehalten. Durch die Mehrzahl der Durchgangsöffnungen 68 im Trocken­ mitteleinsatz 16 wird eine relativ große Kontaktfläche zwischen dem Trockenmittel und dem Kältemittel und der mitgeführten Feuchtigkeit geschaffen, so daß, zusammen mit der relativ geringen Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels im Trockenmitteleinsatz 16, dem Kältemittel Restfeuchtigkeit wirksam entzogen wird.

Vom Trockenmitteleinsatz 16 gelangt das Kältemittel in den Bereich des Unterteils 34 der Strömungsführungs­ einheit 14 und wird dort in Richtung des unteren Endes des Auslaßrohrs 50 umgelenkt.

Aufgrund des Abstandes zwischen der Unterseite des ebenen Bodens 54 des Unterteils 34 der Strömungsführungseinheit 14 und dem nach außen gewölbten Boden 22 des Gehäu­ ses 12 gelangt das Öl auch in den Bereich zwischen diesen beiden Elementen. Von dort strömt es nach dem Prinzip der "kommunizierenden Röhren" durch die kleine Durchgangsboh­ rung 62 hindurch und bildet auf dem ebenen Boden des Unterteils 34 der Strömungsführungseinheit 14 einen Ölspiegel. Dieser wird von dem vorbeistreichenden Kälte­ mittel als Ölfilm auf der Innenseite der Rinne 64 und des Auslaßrohres 50 nach oben getrieben. Von dort gelangt das getrocknete gasförmige Kältemittel und das mitgeführte Öl zum Auslaß 28 und weiter in das nicht dargestellte Kältemittelrohr.

Da das abgeschiedene flüssige Kältemittel leichter ist als Öl, bildet sich mit der Zeit ein über dem Ölspiegel liegender Kältemittelspiegel. Beim Anfahren der Klimaanlage aus dem Stillstand besteht nun die Gefahr, daß dieses stehende flüssige Kältemittel schlagartig mitgerissen wird und in den weiteren Kreislauf gelangt. Um dies zu vermeiden, ist die Gas-Ansaugöffnung 53 im oberen Bereich des Auslaßrohres 50 vorgesehen, so daß beim Anfahren der Klimaanlage gasförmiges Kältemittel aus dem Gehäuseinnen­ raum angesaugt und ein Ansaugen von flüssigem Kältemittel vermieden wird.

Nun wird auf das in den Fig. 3 und 4 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel eines Akkumulators 10 Bezug genommen. Funktionsäquivalente Teile tragen die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1 und 2. Nachfolgend wird nur auf die zwei wesentlichen Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel eingegangen.

Der erste Unterschied betrifft den Einlaßabschnitt 42 am Oberteil 32 der Strömungsführungseinheit 14: Dieser weist an seinem oberen Rand keine seitliche Ausnehmung auf. Statt dessen ist sein oberer Rand gerade ausgeführt. Allerdings ist die Gesamtlänge des Einlaßabschnitts 42 gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel deutlich kleiner, so daß er mit seinem oberen Rand nicht mehr am Deckel 24 des Gehäuses 12 anliegt.

Der zweite Unterschied betrifft das auf die äußere Mantel­ fläche des konischen Abschnitts 40 des Oberteils 32 aufgeformte Einlaßrohr 48. Die in seinem unteren Bereich vorhandene Ausnehmung 52 ist nicht nach radial außen sondern tangential in Umfangsrichtung der Strömungsführ­ ungseinheit 14 ausgerichtet (die Schnittebene von Fig. 3 liegt dabei exakt auf dem axial verlaufenden Rand der Ausnehmung 52).

Diese Ausrichtung der Ausnehmung 52 führt im Betrieb des Akkumulators 10 dazu, daß die aus ihr austretende Kältemittelströmung zwischen der Mantelfläche des konischen Abschnitts 40 des Oberteils 32 der Strömungsführungseinheit 14 und dem Hauptabschnitt 20 des Gehäuses 12 einen Zyklon bildet, welcher die Trennung der flüssigen Phase von der gasförmigen Phase des Kältemittels begünstigt.

Claims (6)

1. Akkumulator für eine nach dem "Orifice"-Prinzip arbeitende Klimaanlage, insbesondere Fahrzeugklima­ anlage, mit

• a) einem Gehäuse, welches einen Einlaß und einen Auslaß für das Kältemittel aufweist;
• b) einem im Innenraum des Gehäuses untergebrachten Trockenmittel;
• c) einem Strömungsweg für das Kältemittel mit einem Anfangsabschnitt, welcher vom oberen Bereich des Innenraumes des Gehäuses nach unten bis nahe an den Boden des Gehäuses verläuft, einem Mittelabschnitt in Bodennähe des Gehäuses, welcher eine kleine, mit dem Innenraum des Gehäuses kommunizierende Öffnung aufweist, und einem Endabschnitt, welcher mit dem Auslaß für das Kältemittel verbunden ist;

dadurch gekennzeichnet, daß

• a) das Trockenmittel (16) zumindest teilweise im Strömungs­ weg (38) angeordnet ist.

2. Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trockenmittel in Form eines Einsatzes (16) ausgebildet ist, welcher in Strömunsgrichtung des Kälte­ mittels verlaufende Durchgangssöffnungen (68) aufweist.

3. Akkumulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfangsabschnitt (38, 40, 42) des Strömungswegs einen sich in Strömungsrichtung trichterförmig erwei­ ternden Abschnitt (40) und einen sich daran anschlie­ ßenden Aufnahmeabschnitt (38) aufweist, in dem der Trocken­ mitteleinsatz (16) aufgenommen ist.

4. Akkumulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Endabschnitt (50) des Strömungswegs vom Mittelabschnitt (34) aus durch den Aufnahmeabschnitt (38) an dem Trockenmitteleinsatz (16) vorbei hindurchführt und die Wand des sich trichterförmig erweiternden Ab­ schnitts (40) axial nach oben zum Kältemittelauslaß (28) im Gehäuse (12) hin durchdringt.

5. Akkumulator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Aufnahmeabschnitt (38) und dem Mittelabschnitt (34) des Strömungswegs eine gitterförmige Einsatzhalterung (18) für den Trocken­ mitteleinsatz (16) angeordnet ist, welche sich am Mittel­ abschnitt (34) abstützt.

6. Akkumulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsmittelweg für das Kältemittel im oberen Bereich des Innenraums des Gehäuses (12) so geführt ist, daß sich ein Zyklon ausbildet.