DE4205681A1 - Verfahren zum betreiben einer klimaanlage und klimaanlage hierfuer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Klima­ anlage für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit in einem Kältemittelkreislauf angeordneten Kompressor, Kon­ densator, Flüssigkeitssammler, Expansionsventil und Verdampfer, sowie eine Klimaanlage für dieses Verfahren.

Bei einer derartigen Klimaanlage ist es bekannt (EP-A 02 56 305), die Kondensation des Kältemittels in einem Vorkondensator und in einem Hauptkondensator durchzuführen. Der Vorkondensator ist als ein Kältemittel/Wasser-Wärmetauscher ausgeführt und im Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine angeordnet. Der Hauptkon­ densator ist, wie das in der Regel bei Kraftfahrzeug-Klimaanla­ gen der Fall ist, im Luftstrom des Kühlerlüfters vor dem Kühl­ mittelwärmetauscher des Verbrennungsmotors angeordnet.

Derartige Klimaanlagen reagieren recht empfindlich auf unter­ schiedliche Befüllungszustände mit Kältemittel, insbesondere auf eine Unterfüllung. Eine derartige Unterfüllung (nicht ge­ nügend Kältemittel) führt nicht nur zu einer verringerten Kühl­ leistung, sondern auch zu einer verstärkten Geräuschbildung.

Bei modernen Fahrzeugen mit relativ niedrigem Geräuschpegel wird ein Zischgeräusch einer Klimaanlage hörbar und als störend empfunden. Ein derartiges Zischgeräusch kann aber auch aus an­ deren Gründen auftreten. Im Teillastbetrieb wird der Kompressor von Klimaanlagen üblicherweise taktweise eingeschaltet. Unter bestimmten Bedingungen tritt dann das unangenehme Zischgeräusch vor allem kurz nach dem Einschalten des Kompressors auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Empfindlichkeit einer Klimaanlage gegen nicht korrekte Befüllung und insbeson­ dere gegen eine Unterfüllung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren dadurch gelöst, daß das Kältemittel zwischen dem Flüssigkeitssammler und dem Expan­ sionsventil unterkühlt wird. Bei einer Klimaanlage zum Verwirk­ lichen dieses Verfahrens ist in dem Kreislauf nach dem Flüssig­ keitssammler eine Kühleinrichtung für das Kältemittel angeord­ net.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei einer Unter­ füllung aufgrund der Kältemittelmassenbilanz dann der Flüssig­ keitsanteil zugunsten des Dampfanteils geringer ist, d. h. es ergibt sich eine niedrige mittlere Dichte. Es besteht dann die Möglichkeit, daß in dem Flüssigkeitssammler wenig oder keine Flüssigkeit vorhanden ist, so daß vor dem Expansionsventil im wesentlichen ein Naßdampfgemisch vorliegt. Da der Querschnitt einer Drosselstelle im Expansionsventil jedoch auf die Dichte der Kältemittelflüssigkeit ausgelegt wird, kann der für das Einhalten einer festen Überhitzung notwendige Kältemittel­ massenstrom durch den Verdampfer auch bei voll geöffnetem Ex­ pansionsventil nicht mehr aufrechterhalten werden. Schon bei Füllungszuständen, bei denen die Unterkühlung des Kältemittels vor dem Expansionsanteil sehr gering ist und dadurch eine Nei­ gung zur Dampfblasenbildung besteht, kommt es zu einer sehr störenden Geräuschbildung (Zischgeräusch). Aufgrund der Unter­ kühlung des Kältemittels nach dem Flüssigkeitssammler wird er­ reicht, daß auch bei hohen Umgebungstemperaturen im Bereich der Flüssigkeitsleitung dem Expansionsventil weitest gehend blasen­ freies Kältemittel zugeführt wird, wenn eine relativ starke Unterfüllung vorliegt. Es wird damit auch bei einem Taktbetrieb des Kompressors und bei einem Wechsel der Anlagenbetriebszu­ stände die Gefahr erheblich vermindert, daß Siedezustände in der Flüssigkeitsleitung auftreten. Damit wird die Geräuschbil­ dung erheblich vermindert. Außerdem wird erreicht, daß bei ei­ ner Unterkühlung des Kältemittels vor dem Expansionsventil im Bereich von 10 K bis 20 K eine besonders hohe Leistung und ein Wirkungsgradmaximum erreicht werden. Außerdem wird das Regel­ verhalten des Expansionsventils positiv beeinflußt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels.

Fig. 1 zeigt einen Kältemittelkreislauf für eine erfindungs­ gemäße Klimaanlage,

Fig. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles II der Fig. 1 auf den Kondensator der Klimaanlage, in den eine Unterkühlstrecke für das Kälte­ mittel eingebaut ist, und

Fig. 3 eine Seitenansicht einer praktischen Kon­ struktion eines Kondensators.

In Fig. 1 ist schematisch ein Kältemittelkreislauf für eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges dargestellt, die einen Kom­ pressor (10), einen Kondensator (11), einen Flüssigkeitssammler (12), eine nachgeschaltete Kühleinrichtung (13), ein Expan­ sionsventil (14) und einen Verdampfer (15) enthält. Das dampf­ förmige Kältemittel wird von dem Kompressor (10) verdichtet und dem Kondensator (11) zugeführt, in welchem es kondensiert und in (möglichst) flüssigem Zustand zu dem Flüssigkeitssammler (12) gelangt. In der dem Flüssigkeitssammler (12) nachgeschal­ teten Kühleinrichtung (13) wird das flüssige Kältemittel in ei­ nem Bereich von 10 K bis 20 K unterkühlt und gelangt dann zu dem Expansionsventil (14). Das regelbare Expansionsventil (14) spritzt das flüssige Kältemittel in den Verdampfer (15) ein, wo es verdampft und dabei Wärme aufnimmt. Der Kondensator (11) ist in üblicher Weise so angeordnet, daß er von dem mit einem Pfeil (16) angedeuteten Fahrtwind durchströmt wird. Der Kondensator (11) ist vor einem Kühler der Kühlung des Verbrennungsmotors angeordnet. Das Durchströmen des Kondensators (11) mit Luft wird üblicherweise noch durch ein Kühlgebläse unterstützt.

Der Verdampfer (15) ist üblicherweise in einem Gehäuse angeord­ net, dem ein Gebläse vorgeschaltet ist, das Frischluft und/oder Umluft durch den Verdampfer (15) hindurchdrückt. Diese Frisch­ luft und/oder Umluft ist mittels eines Pfeiles (17) angedeutet.

Durch die gezielte Unterkühlung des bereits flüssigen Kältemit­ tels in der Kühleinrichtung (13) wird erreicht, daß die Gefahr von Siedezuständen in der Flüssigkeitsleitung vor dem Expan­ sionsventil wesentlich vermindert wird. Diese Gefahr besteht üblicherweise, wenn eine Klimaanlage unterfüllt ist, oder die Flüssigkeit Wärme aus der Umgebung aufnimmt und/oder wenn, was die Regel ist, der Kompressor im Teillastbereich getaktet wird. Es besteht dann die Gefahr, daß sich während der Stillstands­ zeit des Kompressors durch Unterschreitung des Sättigungsdruc­ kes Dampfanteile in der Flüssigkeitsleitung bilden und sich in hochliegenden Teilen der Flüssigkeitsleitung ansammeln. Durch eine gezielte Unterkühlung des Kältemittels in der Flüssig­ keitsleitung vor dem Expansionsventil (14) wird erreicht, daß die Gefahr derartiger Siedezustände beim Taktbetrieb des Kom­ pressors und bei Wechsel der Anlagenbetriebszustände erheblich vermindert wird. Darüber hinaus ergibt sich eine positive Be­ einflussung des Regelverhaltens des Expansionsventils (14).

Die Kühleinrichtung (13), die als Unterkühlstrecke bezeichnet werden kann, ist in den Kondensator (11) integriert. Der Kon­ densator (11) ist in üblicher Weise als ein Rohr-Rippenblock ausgebildet. Die Kühleinrichtung (13) wird dadurch in den Kon­ densator (11) integriert, das ein Teil des Rohr-Rippenblockes als diese Unterkühlstrecke geschaltet wird, d. h. daß das Kälte­ mittel nach Durchlaufen eines Teils des Kondensators (11) aus diesem heraus und in den Flüssigkeitssammler (12) geführt wird. Danach durchströmt das flüssige Kältemittel den Rest des Kon­ densators (11), d. h. die Kühleinrichtung (13) oder Unterkühl­ strecke. Zweckmäßigerweise wird dabei vorgesehen, daß eine Reihe von Rohren für diese Kühleinrichtung (13) verwendet wird, die auf der der anströmenden Luft (16) zugewandten Seite liegen, da dort die stärkste Kühlwirkung vorhanden ist. Wenn die Rohre des Kondensators (11) und damit auch der Kühleinrichtung (13) hori­ zontal verlaufen, wie dies allgemein üblich ist, so kann die vorderste Rohrreihe verwendet werden, wobei die unteren Rohre bis etwa zur Hälfte der Höhe des Kondensators (11) für die Kühleinrichtung (13) benutzt werden.

Der in Fig. 3 dargestellte Kondensator, der in üblicher Weise vor dem Kühler für die Motorflüssigkeit angeordnet wird, be­ sitzt vom Prinzip her einen üblichen Aufbau. Er ist als ein Rohr-Rippen-Block mit drei Rohr-Reihen ausgebildet. Die von dem Kompressor (10) kommende Leitung (18) wird im Bereich einer An­ schlußverschraubung (19) mit den fest an dem Kondensator (11) installierten Leitungen verbunden. Eine Zuleitung (20) führt nach oben und wird dort in zwei Zuläufe (21, 22) aufgeteilt. Entsprechend werden zwei Ausgangsleitungen (23, 24) am unteren Ende des Kondensators (11) vorgesehen, die über die Anschluß­ verschraubung (19) mit einer Leitung (25) verbunden sind, die zu dem Flüssigkeitssammler (12) führt.

Etwa die Hälfte der auf der Luftanströmseite (Pfeilrichtung 16) im unteren Bereich liegenden Rohre der vorderen Rohrreihe sind als die Unterkühlstrekke (13) geschaltet. Hierzu führt eine Leitung (26) zu einem Rohr der vorderen Rohrreihe. Die zu der Unterkühlstrecke (13) gehörenden Rohre sind zur Kenntlich­ machung in Fig. 3 schraffiert gezeichnet. Im Bereich des unteren Endes des Kondensators (11) ist dann eine Leitung (27) ange­ schlossen, die das die Unterkühlstrecke (13) verlassende, flüs­ sige Kältemittel zu dem Expansionsventil (14) führt.

Claims (5)

1. Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage für ein Fahr­ zeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit in einem Kühlmit­ telkreislauf angeordneten Kompressor, Kondensator, Flüssigkeits­ sammler, Expansionsventil und Verdampfer, dadurch gekennzeich­ net, daß das Kältemittel zwischen dem Flüssigkeitssammler und dem Expansionsventil unterkühlt wird.

2. Klimaanlage für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit in einem Kältemittelkreislauf angeordneten Kompressor, Kondensator, Flüssigkeitssammler, Expansionsventil und Verdampfer, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kreislauf nach dem Flüssigkeitssammler (12) eine Kühleinrichtung (13) für das Kältemittel angeordnet ist.

3. Klimaanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung (13) in den Kondensator (11) integriert ist.

4. Klimaanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kühleinrichtung und der Kondensator als ein einheitlicher Rohr-Rippenblock ausgebildet sind, der durch An­ schließen von Zuleitungen und Ableitungen in einen Kondensator­ bereich und einen Unterkühlbereich unterteilt ist.

5. Klimaanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterkühlbereich (13) auf der Luftanströmseite des Kon­ densators (11) angeordnet ist.