DE60118722T2

DE60118722T2 - Kältemittelrohrleitung für eine Fahrzeugklimaanlage

Info

Publication number: DE60118722T2
Application number: DE60118722T
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Ullrich Hesse
Original assignee: Zexel Valeo Climate Control Corp
Current assignee: Valeo Thermal Systems Japan Corp
Priority date: 2001-07-23
Filing date: 2001-07-23
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2021-07-24
Also published as: EP1701117B1; EP1701117A2; DE60118722D1; DE60136983D1; EP1701117A3; EP1279911B1; EP1279911A1; DE60118722T3; EP1279911B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Rohrleitung zur Verwendung beim Transport eines Kühlmittels in einer Fahrzeugklimaanlage, und insbesondere auf eine Rohrleitung zur Verwendung beim Transport eines CO₂-Kühlmittels. Solch eine Rohrleitung ist aus den Dokumenten EP-A-0 990 828 und EP-A-1 020 691 bekannt.
Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge verwenden einen Kaltdampfkompressionskühlkreislauf, bei dem ein Kühlmittel in einem geschlossenen Kreislauf umgewälzt wird, der aus einem Kompressor, einem Kondensator, einem Expansionsventil und einem Verdampfer besteht. Im Verdampfer wird das unter niedrigem Druck stehende Kühlmittel zu einer Gasphase verdampft. Die Verdampfung senkt die Temperatur der Luft, die den Verdampfer umgibt und ihn durchströmt. Solche Luft kann dann in die Fahrgastzelle des Fahrzeugs geblasen werden. Der Kompressor saugt das Kühlmittel aus dem Verdampfer an, verdichtet es und leitet es an den Kondensator weiter, wo das Kühlmittel seine Wärme an die Umgebung abgibt, und als Ergebnis seines erhöhten Drucks und Wärmeverlustes in eine flüssige Phase rückkondensiert. Schließlich expandiert das flüssige Kühlmittel über das Expansionsventil zu einem niedrigeren Dampfdruck und kehrt zum Verdampfer zurück.
In einem Kraftfahrzeug wird der Kompressor für gewöhnlich direkt vom Fahrzeugmotor angetrieben, und dazu ist er üblicherweise an diesem als zusätzliches Bauteil angebracht. Die Rohrleitung, die das Kühlmittel zu den verschiedenen Bauteilen des Kühlkreislaufs transportiert, muss deshalb flexibel genug sein, um die relative Bewegung des Motors im Hinblick auf diese Bauteile und das Fahrzeugchassis auszugleichen.
Herkömmlicher Weise wurde Tetrafluorethan (R134a) als Kühlmittel in Kraftfahrzeugklimaanlagen verwendet, und dies ermöglichte es, dass eine mehrschichtige Rohrleitung, die typischerweise eine Diffusionssperre aus Nylon und eine gewebeverstärkte Gummischicht umfasst, zum Transport des Kühlmittels durch das Kühlsystem verwendet werden konnte. Die Verwendung von Kohlendioxid (CO₂) als Kühlmittel wird nun weitgehend untersucht, um R134a als Kühlmittel in Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen zu ersetzen. Allerdings hat es im Gegensatz zu herkömmlichen Kühlmitteln wie R134a einen deutlich höheren Dampfdruck und zersetzt sich oder diffundiert in oder durch Elastomere weit schneller als R134a. Dies führt letztlich insbesondere bei nachlassendem Druck zur Zerstörung des Elastomers und deshalb jeder elastomerhaltigen, das CO₂ transportierenden Rohrleitung. Bislang sind alle Versuche fehlgeschlagen, eine geeignete Elastomerrohrleitung zum Transport von CO₂ zu entwickeln. Im Ergebnis wird eine verstärkte Wellrohrleitung aus Metall verwendet. Diese ist jedoch teuer und überträgt Schall weit stärker als die Elastomerrohrleitung, die zum Transport von R134a verwendet wird.
Um die vorstehend erwähnten Nachteile zu überwinden, wurden Rohrleitungswerkstoffe ausprobiert, die Metallfolien als Diffusionssperre eingebaut haben. Diese waren jedoch nicht erfolgreich, weil die Folien nicht in der Lage sind, den mechanischen Belastungen standzuhalten, denen sie im Gebrauch ausgesetzt sind und im Ergebnis oft brechen oder reißen, was dazu führt, dass sie nicht länger wirksam als Diffusionssperre arbeiten.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine flexible Rohrleitung zur Verwendung beim Transport des Kühlmittels und insbesondere eines CO₂-Kühlmittels in einer Fahrzeugklimaanlage bereitzustellen, die in ihrer Grundform undurchlässig für Diffusion und in der Lage ist, den mechanischen Belastungen standzuhalten, der sie im Gebrauch ausgesetzt wird, und in einer weiterentwickelteren Form alle der vorstehend erwähnten Nachteile überwindet oder im Wesentlichen abschwächt, insbesondere diejenigen, die mit Schall zu tun haben.
Nach der vorliegenden Erfindung wird eine Rohrleitung zur Verwendung beim Transport eines Kühlmittels in einer Fahrzeugklimaanlage bereitgestellt, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein flexibles Metallkapillarrohrbündel umfasst.
Jedes der Kapillarrohre hat einen Innendurchmesser im Größenbereich von 1,0 bis einschließlich 4,0 mm und besteht vorzugsweise aus Kupfer, Stahl, Messing oder Aluminium oder einer Kombination davon.
Vorzugsweise ist das Rohrbündel auch in einem Elastomermaterial eingeschlossen, das beispielsweise ein natürliches oder synthetisches Polymermaterial wie Gummi umfassen kann. Eine Zwischenschicht wie eine Gewebeschicht kann zwischen dem Rohrbündel und der Umschließung aus Elastomermaterial angeordnet sein.
In einer ersten Ausführungsform ist das Bündel aus Metallkapillarrohren vorzugsweise zu Gruppen zusammengefasst und kann verdrillt sein, um eine Leitungsschnur zu bilden.
Alternativ sind die Abschnitte der Metallrohre Seite an Seite verlegt, um ein Band zu bilden.
Wird keine Umschließung aus einem Elastomermaterial verwendet, lässt sich das Bündel oder die Schnur zum Wärmeaustausch einsetzten, z. B. zum Vorkühlen heißen Abgases.
Die vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben:
1 ist eine Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform einer Rohrleitung nach der vorliegenden Erfindung; und
2 ist eine Ansicht ähnlich 1, aber von einer zweiten Ausführungsform der Rohrleitung.
Wie in der Zeichnung gezeigt ist, umfasst die Rohrleitung 1 nach der vorliegenden Erfindung mehrere Metallkapillarrohre 2, die zu Bündeln zusammengefasst sind. Jedes der Rohre 2 hat einen Innendurchmesser im Größenbereich von 1,0 bis einschließlich 4,0 mm, und aufgrund ihres kleinen Durchmessers stellte sich heraus, dass die Rohrleitung zur Verwendung beim Transport eines Kühlmittels in einer Fahrzeugklimaanlage flexibel genug ist. Insbesondere ist die Rohrleitung 1 flexibel genug, um bei der Zirkulation des Kühlmittels in einem Fahrzeugmotor verwendet werden zu können.
Kapillarrohre 2, die aus Kupfer, Stahl, Messing oder Aluminium oder einer Kombination aus diesen bestehen, eignen sich zur Verwendung bei der Rohrleitung 1.
Die Transporteigenschaften von CO₂ sind gut, und da hohe Drücke eingesetzt werden müssen, wenn es als Kühlmittel verwendet wird, ist auf jeden Fall eine Rohrleitung mit einem nur geringen Durchmesser erforderlich. Dies bedeutet, dass die Kapillarrohre 2 in der Rohrleitung 1 der vorliegenden Erfindung sich besonders beim Transport eines CO₂-Kühlmittels eignen, wobei sich der Kühlmittelmassenstrom jeweils zwischen den einzelnen Kapillarrohren 2 verteilt. Der Druckverlust wird dann in Abhängigkeit von der Anzahl der verwendeten Kapillarrohre 2 und ihren Durchmessern eingestellt. Die CO₂ innewohnenden Eigenschaften sind in dieser Hinsicht vorteilhaft und ermöglichen es, einen annehmbar niedrigen Druckverlust aufrechtzuerhalten. Es stellte sich heraus, dass sieben Kapillarrohre 2 zur Verwendung beim Transport eines CO₂-Kühlmittels für eine Kraftfahrzeugklimaanlage ausreichen können, aber es wird klar sein, dass die Anzahl der Rohre 2, die die Rohrleitung bilden, für verschiedene Anwendungen abgeändert werden kann.
Um einen Schutz gegen Korrosion bereitzustellen, die Schalldämpfung zu verbessern und die Stabilität der Rohrleitung 1 zu erhöhen, ist das Rohrbündel 2 vorzugsweise in einem Elastomermaterial 3 eingeschlossen. Geeignete Materialien 3 sind natürliche oder synthetische Polymermaterialien wie Gummi. Eine (nicht gezeigte) Zwischenschicht, wie etwa eine Gewebeschicht, kann zwischen dem Rohrbündel 2 und der Umschließung aus Elastomermaterial 3 angeordnet sein.
In einer wie in 1 gezeigten Ausführungsform ist das Rohrbündel 2 vorzugsweise zu Gruppen zusammengefasst und entlang seiner Abschnitte wie Stränge einer Schnur oder eines Seils verdrillt.
Alternativ können die Abschnitte der Metallrohre 2, wie in 2 gezeigt ist, Seite an Seite verlegt sein, um ein Band zu bilden. Solch eine Anordnung ist besonders für den Gebrauch in einem Fahrzeug vorteilhaft, weil die Bandrohrleitung beispielsweise entlang der Karosserie eines Fahrzeugs auf platzsparende Weise verlegt werden kann.
Sowohl Schnur oder Seil als auch Band können dazu verwendet werden, eine zusätzliche Wärmeübertragungsfläche bereitzustellen, wenn keine Ausführungsform mit Elastomer verwendet wird. Somit kann zum Beispiel der Bedarf nach einer großen Wärmeaustauschfläche des Gaskühlers reduziert werden.

Claims

Rohrleitung zur Verwendung beim Transport eines Kühlmittels in einer Fahrzeugklimaanlage, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein flexibles Metallkapillarrohrbündel (2) umfasst, wobei jedes der Kapillarrohre (2) einen Innendurchmesser im Größenbereich von 1,0 bis einschließlich 4,0 mm hat.
Rohrleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrbündel (2) in einem Elastomermaterial (3) eingeschlossen ist.
Rohrleitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomermaterial (3) ein natürliches oder synthetisches Polymermaterial umfasst.
Rohrleitung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zwischenschicht zwischen dem Rohrbündel (2) und der Umschließung aus Elastomermaterial (3) angeordnet ist.
Rohrleitung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht eine Gewebeschicht umfasst.
Rohrleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bündel aus Metallkapillarrohren (2) zu Gruppen zusammengefasst sind.
Rohrleitung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte der zu Gruppen zusammengefassten Metallrohre (2) verdrillt sind, um eine Leitungsschnur zu bilden.
Rohrleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte der Metallrohre (2) Seite an Seite verlegt sind, um ein Band zu bilden.
Rohrleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallrohre (2) aus Kupfer, Stahl oder Aluminium oder einer Kombination davon bestehen.
Verwendung der Rohrleitung nach Anspruch 1 in einem Wärmetauscher.
Verwendung der Rohrleitung nach Anspruch 1 als Teil der Kühlmittelauslassrohrleitung aus dem Kompressor einer Fahrzeugklimaanlage in einem Gaskühler, um das Abgas des Kompressors zu kühlen.