DE19956965A1

DE19956965A1 - Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage sowie Kälteanlage

Info

Publication number: DE19956965A1
Application number: DE19956965A
Authority: DE
Inventors: Ullrich Hesse; Manfred Rautenberg
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-11-26
Filing date: 1999-11-26
Publication date: 2001-06-07
Also published as: WO2001038117A1

Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage, insbesondere einer Klimaanlage für Kraftfahrzeuge, sieht vor, als Verdichter einen Staurohrverdichter (12) vorzusehen. Damit werden Pulsationen im Ansaugstrang und im Druckgasstrang vermieden. Der Staurohrverdichter (12) erzielt gute Leistungen auch bei einem geringen Massenstrom und bei einer hohen Druckdifferenz und wird vorzugsweise durch einen Elektromotor (30) angetrieben. Ferner wird eine entsprechend mit einem Staurohrverdichter (12) versehene Kälteanlage beschrieben.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage, insbeson dere eine in einem motorisch angetriebenen Fortbewegungsmittel untergebrachte Kälteanlage, mit einem Kältemittelkreislauf, in dem wenigstens ein Verdichter an geordnet ist.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Kälteanlage mit einem Kältemittelkreis lauf, in dem ein Verdichter angeordnet ist.

Bei Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen werden heutzutage ausschließlich Ver dichter eingesetzt, die nach dem Verdrängerprinzip arbeiten. Gebräuchlich sind dabei vor allem mehrzylindrige Axialkolbenverdichter, Flügelzellenverdichter und sogenannte Scrollverdichter. Diese Verdichter führen prinzipbedingt zu Pulsatio nen im Ansaugstrang und Druckgasstrang, die sich als unerwünschtes Geräusch in den Fahrgastraum übertragen können. Um dies zu verhindern, ist zum Teil ein erheblicher baulicher und konstruktiver Aufwand erforderlich. Darüber hinaus ist die Anzahl der bewegten Teile der Verdichter relativ hoch, und die Verdichter er fordern eine exakte Schmierung an den bewegten Verdichterteilen. Öl zur Schmierung dieser bewegten Verdichterteile gelangt aber zwangsläufig in den Kältemittelkreislauf, wo es den Wärmeübergang sowohl im Verdampfer als auch im Verflüssiger verschlechtert, was wiederum die zum Antrieb der Kälteanlage erforderliche Leistung erhöht.

Bei stationären Kälteanlagen, die mehrere hundert Kilowatt bis einige Megawatt Kälteleistung erzielen, sind Turboverdichter im Einsatz, die als Strömungsmaschi nen den Kältemittelmassenstrom kontinuierlich verdichten, so daß Pulsationen nicht auftreten. Allerdings werden diese Turboverdichter bislang nicht für Kraft fahrzeug-Klimaanlagen verwendet, denn bei Kraftfahrzeug-Klimaanlagen sind nur relativ geringe Massenströme bei allerdings hohen Druckdifferenzen erforderlich, was für einen Turboverdichter untypisch ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage, ins besondere für Kraftfahrzeuge zu schaffen, durch das selbst bei geringen Mas senströmen Pulsationen im Ansaugstrang und Druckgasstrang vermieden werden können. Zudem soll eine Kälteanlage geschaffen werden, die mit einem Verdich ter arbeitet, welcher aus wenigen Teilen zusammengesetzt ist und ebenfalls keine Pulsationen im Ansaugstrang und Druckgasstrang erzeugt. Anzustreben ist ferner ein Verdichter, der durch sein Prinzip für eine ölfreie Ausführung gut geeignet ist.

Vorteile der Erfindung

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als Verdichter ein Staurohrverdichter im Kältemittelkreislauf verwendet wird bzw. bei der erfindungsgemäßen Kälteanlage ein Staurohrverdichter im Kältemittelkreislauf angeordnet ist.

Ein Staurohrverdichter, auch Zentrifugal- oder Pitotpumpe genannt, nutzt neben der Druckerhöhung durch Zentrifugalkraft auch den Staudruck. Eine Kälteanlage mit einem Staurohrverdichter weist die Vorteile des Einsatzes eines Turboverdich ters auch bei geringem Massenstrom und hoher Druckdifferenz auf. Aus diesem Grund kann die erfindungsgemäße Kälteanlage vorzugsweise als Kraftfahrzeug- Klimaanlage eingesetzt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen bilden die Gegenstände der Unteransprü che.

Vorzugsweise wird beim erfindungsgemäßen Verfahren für die Fahrzeuganwen dung als Kältemittel R134a oder CO₂ verwendet. Andere Kältemittel vorzugsweise mit hohem Molekulargewicht können ebenfalls eingesetzt werden.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß der Staurohrverdichter einen Rotor aufweist, welcher sich durch eine Lagerung auszeichnet, die keine Zufuhr von Schmiermittel erfordert. Damit kann der Kältemittelkreislauf frei von Schmiermittel bleiben, was den Wärmeübergang im Verdampfer und im Verflüssiger verbessert. Hierzu ist vorzugsweise eine Gas- oder Magnetlagerung oder die Verwendung von gekapselten, dauergeschmierten Lagern vorgesehen.

Als Antrieb des Staurohrverdichters sieht die Erfindung vorzugsweise einen Elek tromotor vor. Dieser kann hochdrehend ausgebildet und ohne Übersetzungsge triebe, das heißt unmittelbar mit dem Rotor des Staurohrverdichters verbunden sein. Die andere Möglichkeit besteht darin, zwischen Elektromotor und Rotor ein Übersetzungsgetriebe vorzusehen, damit die hohe Drehzahl des Rotors, die für eine ausreichende Leistung notwendig ist, erreicht wird. Gegebenenfalls kommt dann auch ein konventionell mechanischer Antrieb über die Getriebeeingangswel len infrage.

Zeichnungen

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug ge nommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Kälteanlage mit einem Kältemittelkreislauf, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird, und

Fig. 2 eine schematische Ansicht des bei der Kälteanlage in Fig. 1 ein gesetzten Staurohrverdichters.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist eine Kälteanlage, z. B. eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage mittels ihres Kältemittelkreislaufs dargestellt. Die Kälteanlage wird nicht mechanisch, sondern elektrisch mittels eines hochdrehenden Elektromotors 10 angetrieben. Damit ist die Kälteanlage unabhängig von der Drehzahl des Motors und arbeitet auch dann, wenn der Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs ausgeschaltet ist.

Der Elektromotor 10, z. B. ein bürstenloser, mit Permanentmagneten ausgestat teter Gleichstrommotor, treibt einen Staurohrverdichter 12 an, welcher in Fig. 2 näher gezeigt ist. Neben dem Staurohrverdichter sind im Kältemittelkreislauf ein Verflüssiger 14, eine Expansionsvorrichtung 16, ein Verdampfer 18 und ein Ge bläse 20 für den Verdampfer vorgesehen.

Anstelle des hochdrehenden, unmittelbar mit dem Staurohrverdichter verbunde nen Elektromotors 10 kann auch ein Elektromotor mit geringerer Maximaldrehzahl vorgesehen sein. In diesem Fall wird jedoch zwischen Staurohrverdichter 12 und Elektromotor 10 ein Übersetzungsgetriebe 22, vorzugsweise ein Planetengetriebe, angeordnet.

Als Kältemittel werden für die Kfz-Anwendung entweder R134a oder vorzugs weise CO₂ im Kältemittelkreislauf verwendet. Andere Kältemittel können ebenfalls eingesetzt werden.

Fig. 2 zeigt den Staurohrverdichter 12 detaillierter. Der Staurohrverdichter weist ein Staurohr 24 auf, welches einen längs der Drehachse A verlaufenden Abschnitt sowie einen rechtwinklig abgewinkelten Abschnitt 26 mit einer Einlaßöffnung 28 hat. Das Staurohr 24 ist stationär, dreht sich also nicht. Um das Staurohr, insbe sondere den abgewinkelten Abschnitt 26 herum, ist ein Rotor 30 angeordnet, der eine innere Kammer 32 aufweist, in der das Staurohr 24 untergebracht ist. Am Außengehäuse 34 des Rotors 30 sind in die Kammer 32 vorstehende Rippen 36 vorgesehen. Der Rotor 30 weist ein Lager auf, das wartungsfrei ist und kein Schmiermittel zum Betrieb erfordert, so daß auch kein Schmiermittel in den Käl temittelkreislauf gelangen kann. Das Lager ist beispielsweise ein Magnetlager 38, wie an der unteren Hälfte des Rotors 30 dargestellt, oder ein sogenanntes Gasla ger 40, wie an der oberen Hälfte des Rotors 30 dargestellt. Andere, konventionel lere Lager können ebenfalls eingesetzt werden. Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang gekapselte Lager. 42 bezeichnet eine Gaszuführleitung und 44 einen Wellenfortsatz des Rotors 30.

Im Betrieb gelangt über eine Kältemittelzuführleitung 46 das Kältemittel vom Ver dampfer 18 in die Kammer 32, wo es durch die Rippen 36 mitgenommen, auf grund der Zentrifugalkraft nach außen transportiert wird und über den Einlaß 28 in das Staurohr 24 und über eine Leitung und mit hohem Druck zum Verflüssiger 14 gelangt.

Indem die Kälteanlage mit einem Staurohrverdichter betrieben wird, lassen sich die Vorteile eines Turboverdichters auch bei einem geringen Massenstrom und einer hohen Druckdifferenz in einer Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug nutzen. Der Bauraum eines Staurohrverdichters ohne Antriebsmotor für eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs dürfte etwa im Durchmesser 20 bis 50% größer als und in der Länge etwa halb so groß sein wie bislang verwendete Axialkolbenverdichter.

Der Rotor sollte sich im Betrieb mit 10 000 bis 50 000 Umdrehungen/Minute bewe gen, wobei typische Drehzahlen im Bereich 20 000 bis 35 000/min liegen dürften. Andere Abmessungen und Drehzahlen sind möglich.

Bezugszeichenliste

10

Elektromotor

12

Staurohrverdichter

14

Verflüssiger

16

Expansionsvorrichtung

18

Verdampfer

20

Gebläse

22

Übersetzungsgetriebe

24

Staurohr

26

Abschnitt

28

Einlaßöffnung

30

Rotor

32

Kammer

34

Außengehäuse

36

Rippen

38

Magnetlager

40

Gaslager

42

Gaszuführleitung

44

Wellenfortsatz

46

Kühlmittelzuführleitung

Claims

1. Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage, insbesondere einer Kälteanlage in einem motorisch angetriebenen Fortbewegungsmittel, mit einem Kältemittelkreislauf, in dem wenigstens ein Verdichter angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Verdichter ein Staurohrverdichter (12) verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kälteanlage der Klimatisierung des Fahrgastinnenraums eines Kraftfahrzeugs dient.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kälte mittel R134a oder CO₂ verwendet wird.

4. Kälteanlage, mit einem Kältemittelkreislauf, in dem wenigstens ein Verdichter angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter ein Staurohrverdichter (12) ist.

5. Kälteanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kälteanlage eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs ist.

6. Kälteanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stau rohrverdichter (12) einen Rotor (30) mit einer kein Schmiermittel erfordernden La gerung aufweist.

7. Kälteanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (30) eine Lagerung mit gekapselten, dauergefetteten Lagern, eine Gaslagerung (40) oder Magnetlagerung (38) aufweist.

8. Kälteanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet durch einen Elektromotor (10) als Antrieb des Staurohrverdichters (12).

9. Kälteanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (10) hochdrehend und unmittelbar mit dem Rotor (30) des Staurohrverdichters (12) verbunden ist.

10. Kälteanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Elek tromotor (10) oder einem Direktantrieb und zwischen dem Rotor (30) des Staurohrverdichters (12) ein Übersetzungsgetriebe (22) geschaltet ist.