DE60311465T2 - Klimaanlage mit abschaltungsisolierung und entlüftung eines verdampfers unter verwendung eines h-förmigem ventils - Google Patents

Klimaanlage mit abschaltungsisolierung und entlüftung eines verdampfers unter verwendung eines h-förmigem ventils Download PDF

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Klimaanlage für ein Fahrzeug, die häufig als Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs(HVAC)-system bezeichnet wird. Solch ein System ist in der JP 2 001 194 032 offenbart.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Solche Systeme umfassen typischerweise einen Verdichter zum Verdichten eines Kältemittels, einen Kondensator zum Kondensieren des Kältemittels, einen Verdampfer zum Verdampfen des Kältemittels, eine Ausströmfluidleitung, die den Verdichter und den Kondensator verbindet, eine Flüssigfluidleitung, die den Verdampfer und den Kondensator verbindet, und eine Ansaugfluidleitung, die den Verdampfer und den Verdichter verbindet. Solche Systeme verwenden verschiedene Ventilanordnungen zum Regeln einer Strömung durch das System während eines Betriebes und während eines Abschaltens und/oder in Ansprechen auf ein Auslaufen von Kältemittel aus dem System. Einige Systeme verwenden Ventile zum Umgehen der Strömung von Kältemittel um den Verdampfer. Allerdings umfassen solche Systeme normalerweise die begleitende Installation, um die Umgehung zu beeinflussen.
  • Zusammenfassung und Vorteile der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung sieht eine kompakte Umgehungsanordnung vor, die die Ventile umfasst und neben dem oder benachbart zu dem Verdampfer angeordnet sein kann. Die Erfindung umfasst einen Ventilkörper mit einem Umgehungskanal, der sich zwischen der Flüssig- und der An saugfluidleitung erstreckt, und ein Umgehungsventil an dem Schnittpunkt zwischen der Flüssigfluidleitung und dem Umgehungskanal. Das Umgehungsventil weist eine normale Betriebsstellung, um eine Fluidströmung von der Flüssigfluidleitung zu dem Verdampfer zu leiten, und eine Umgehungsstellung auf, um eine Fluidströmung von der Flüssigfluidleitung zu dem Umgehungskanal zu leiten. Das Ventil weist auch ein Umgehungs-Rückschlagventil auf, um eine Fluidströmung in nur einer Richtung durch den Umgehungskanal zuzulassen, wenn das Umgehungsventil in der Umgehungsstellung ist.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch Bezugnahme auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser erkennbar und einfacher verständlich. In den Zeichnungen ist:
  • 1 eine schematische Darstellung eines ersten Systems, das die gegenständliche Erfindung enthält, wobei das Umgehungsventil in der Umgehungsstellung ist;
  • 2 eine schematische Darstellung des ersten Systems, wobei das Umgehungsventil in der normalen Betriebsstellung ist;
  • 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Systems, das die gegenständliche Erfindung enthält, wobei das Umgehungsventil in der Umgehungsstellung ist; und
  • 4 eine schematische Darstellung des zweiten Systems, wobei das Umgehungsventil in der normalen Betriebsstellung ist.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
  • Eine Klimaanlage für ein Fahrzeug ist in 1 schematisch dargestellt und umfasst typischerweise einen Verdichter 12 zum Verdichten eines Kältemittels, einen Kondensator 14 zum Kondensieren des Kältemittels und einen Verdampfer 16 zum Verdampfen des Kältemittels.
  • Eine Ausströmfluidleitung 18 verbindet den Verdichter 12 und den Kondensator 14 und eine Flüssigfluidleitung 20 verbindet den Kondensator 14 und den Verdampfer 16, während eine Ansaugfluidleitung 22 den Verdampfer 16 und den Verdichter 12 verbindet. In einigen Systemen kann eine Empfänger-/Trocknereinrichtung (R/D) 24 (1) in der Flüssigfluidleitung 20 angeordnet sein und in anderen kann eine Speicher-/Entwässerungseinrichtung mit einem Trocknungsmittel (A/D) 26 (3) in der Flüssigfluidleitung 22 angeordnet sein (wie im Stand der Technik gut bekannt ist).
  • 1 stellt eine Systemkonfiguration dar, bei der ein Wärmeexpansionsventil (TXV) 28 in den Fluidleitungen 20 und 22 in den Verdampfer 16 hinein und aus diesem heraus angeordnet ist, und 3 stellt eine Expansionsvorrichtung 30 wie z. B. ein Kapillarrohr dar, die zwischen dem Kondensator 14 und dem Verdampfer 16 in der Flüssigfluidleitung 20 angeordnet ist.
  • Das System umfasst ein integriertes Ventil 32 mit einem Umgehungskanal 34, der sich zwischen der Flüssig-20-und der Ansaug-22-Fluidleitung erstreckt. Das integrierte Ventil 22 umfasst ein Umgehungsventil 36 an dem Schnittpunkt zwischen der Flüssigfluidleitung 20 und dem Umgehungskanal 34, das eine normale Betriebsstellung, um eine Fluidströ mung von der Flüssigfluidleitung 20 zu dem Verdampfer 16 zu leiten, und eine Umgehungsstellung aufweist, um eine Fluidströmung durch den Umgehungskanal 34 zu leiten. Das integrierte Ventil 32 umfasst auch ein Umgehungs-Rückschlagventil 38, 40, um eine Fluidströmung in nur einer Richtung durch den Umgehungskanal 34 zuzulassen, wenn das Umgehungsventil 36 in der Umgehungsstellung ist.
  • Das integrierte Ventil 32 umfasst einen Ventilblock, ein solides und einteiliges Stück mit einer Flüssigkeitsleitungsbohrung 42, die sich hierdurch erstreckt, und einer Ansaugleitungsbohrung 44, die sich hierdurch erstreckt, wobei der Umgehungskanal 34 eine Querbohrung in dem Block 32 umfasst. Jede von der Flüssigkeits- und Ansaugbohrung würde Gewinde oder einen ähnlichen Anschluss zur Verbindung mit den Leitungen des Systems aufweisen. Die Querbohrung für den Umgehungskanal 34 könnte quer gebohrt und verschlossen sein. In der bevorzugten Ausführungsform sind die Flüssigkeitsleitungs- und die Ansaugleitungsbohrung 42, 44 parallel zueinander, wobei die Umgehungsbohrung 34 rechtwinklig zu der Flüssigkeitsleitungs- und der Ansaugleitungsbohrung 42, 44 ist.
  • Aus Gründen, die später besser verständlich werden, lässt das Umgehungs-Rückschlagventil 38 des ersten Systems der 1 und 2 eine Fluidströmung in nur einer Richtung durch den Umgehungskanal 34 von der Ansaugfluidleitung 22 zu der Flüssigfluidleitung 20 zu, wodurch zugelassen wird, dass das Kältemittel auf der Hochdruckseite in der R/D 24 bleibt, wohingegen das Umgehungs-Rückschlagventil 40 des zweiten Systems der 3 und 4 eine Fluidströmung in nur einer Richtung durch den Umgehungskanal 34 von der Flüssigfluidleitung 20 zu der Ansaugfluidleitung 22 zulässt, wodurch zugelassen wird, dass sich die A/D 26 mit Kältemittel füllt.
  • Ebenfalls in dem Ventilblock 32 integriert ist ein Ansaug-Rückschlagventil 46 in der Ansaugfluidleitung 22, um eine Fluidströmung in einer Richtung von dem Verdampfer 16 zu dem Verdichter 12 zuzulassen. Das Ansaug-Rückschlagventil 46 ist in der Ansaugleitungsbohrung 44 in dem Ventilblock 32 angeordnet.
  • Unterschiedliche Systeme können verschiedene Kombinationen von Steuerventilen verwenden. Die meisten Systeme werden ein Regelventil in einer von der Flüssig-20- und der Ansaug-22-Fluidleitung benachbart zu dem Kondensator 14 verwenden, um eine Fluidströmung hierdurch zu steuern und das System in einen Abschnitt auf beiden Seiten des Regelventils unterteilt, der sich zu einem weiteren, durch den Verdampfer 16 definierten Abschnitt erstreckt. In dem ersten System von 1 umfasst das Regelventil ein Flüssigkeitsrückschlagventil 54 in der Flüssigfluidleitung 20 an dem Ausgang des Kondensators 14. Dieses Flüssigkeitsrückschlagventil 54 unterteilt das erste System in drei Abschnitte. Der erste Abschnitt erstreckt sich von dem Flüssigkeitsrückschlagventil 54 zu dem Ansaug-Rückschlagventil 46. Der zweite Abschnitt umfasst den Verdampfer 16 und der dritte Abschnitt erstreckt sich von dem Umgehungsventil 36 zu dem Flüssigkeitsrückschlagventil 54. Wenn das Regelventil ein erstes offenes und geschlossenes Ventil 50 in der Ausströmfluidleitung 18 umfasst, ist der erste Abschnitt weiter in Unterabschnitte 1a und 1b unterteilt, wie in 3 veranschaulicht. Das erste System von 1 umfasst eine Empfänger-/Trocknereinrichtung 24, die in der Flüssigfluidleitung 20 zwischen dem Flüssigkeitsrückschlagventil 54 und dem Verdampfer 16 angeordnet ist, während das zweite System von 3 eine Sammel-/Entwässerungseinrichtung 26 umfasst, die in der Absaugleitung 22 angeordnet ist.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer typischen Fahrzeugklimaanlage, die die Kältemittelschleife mit dem Verdichter 12, dem Kondensator 14, der Expansionsvorrichtung 28, dem Verdampfer 16 und der Empfänger-/Entwässerungseinrichtung (R/D) 24 zeigt. In dieser Konfiguration ist die Expansionsvorrichtung 28 ein Wärmeexpansionsventil (TXV) 28, das zwischen dem Umgehungsventil 32 und dem Verdampfer 16 angeordnet ist, d. h., wobei sich das Umgehungsventil 32 zwischen dem TXV 28 und dem Verdampfer 16 befindet. Das TXV 28 könnte alternativ auf der anderen Seite des Verdampfers 16 von dem Ventil 32 angeordnet sein. Wie in 1 ersichtlich, besteht dieses System aus einem Flüssigkeitsleitungs-Rückschlagventil 54 und zwei Rückschlagventilen 38 und 46, die in einem Block, der das Umgehungsventil 36 umfasst, enthalten sind. Wie oben dargelegt, teilen diese Rückschlagventile das Kältemittel wirksam in drei getrennte Abschnitte auf. Wenn das System aus irgendeinem Grund abschaltet, bewegt sich das Umgehungsventil 36 in die Umgehungsstellung wie in 1 gezeigt. Das Flüssigkeitsleitungs-Rückschlagventil 54 lässt keinen Rückfluss zu und der Kondensator 14 befindet sich bei einem höheren Druck als die R/D. Somit wird Kältemittel in die R/D 24 (oder spezieller in den dritten Abschnitt) strömen, bis sich die zwei Drücke ausgleichen. An diesem Punkt kann die R/D 24 voll mit flüssigem Kältemittel werden, d. h. den Hauptanteil des Kältemittels enthalten. Auch wird das Ansaugleitungs-Rückschlagventil 46 zulassen, dass etwas von dem Kältemittel von dem Verdampfer 16 in den ersten Abschnitt des Systems hinein strömt. Das Umgehungs-Rückschlagventil 38 verhindert, dass sich Kältemittel aus dem dritten Abschnitt in den ersten Abschnitt hinein entleert, was es tun würde, da sich der erste Abschnitt bei einem niedrigeren Druck befindet. Somit wird das Kältemittel nun in drei Abschnitte getrennt, die verschiedene Mengen von Kältemitteln enthalten, wobei sich der Hauptanteil in dem dritten Abschnitt befindet.
  • Zu einem späteren Zeitpunkt könnte die Luftströmung des Verdampfers 16 eingeschaltet werden, um überschüssiges Kältemittel, abhängig von den Drücken in diesen Abschnitten, entweder in den ersten oder in den dritten Abschnitt hinein auszutreiben. Auch wird nach einer langen Fahrzeit, in der die Klimaanlage niemals eingeschaltet war, der Motorraum warm und erwärmt den Verdichter 14 und die R/D 24. Wenn der Verdichter 14 wärmer als die R/D 24 wird, wird Kältemittel entweder von dem Flüssigkeitsleitungs-Rückschlagventil 54 oder dem Umgehungs-Rückschlagventil 38 in den dritten Abschnitt hinein strömen. Im Allgemeinen weist der Verdichter 14 selbst eingebaute Pseudo-Rückschlagventile (nicht gezeigt) auf, die keinen Rückfluss in dem Verdichter 14 zulassen. Wenn sich der Verdichter 14 nicht erwärmt, wird er langsamer abkühlen als die R/D 24 und in diesem Zustand (vielleicht bei einem geparkten Fahrzeug oder beim Fahren im Winter) wird das Kältemittel wieder in den dritten Abschnitt hinein gezwungen.
  • Wenn sich in dem Verdampfer 16 eine undichte Stelle entwickelt, wird die Füllung in den zweiten Abschnitt hinein abgegeben. Wenn sich in dem ersten Abschnitt eine undichte Stelle entwickelt, werden sowohl der erste als auch der zweite Abschnitt ihre Füllung abgeben. Wenn sich in dem dritten Abschnitt eine undichte Stelle entwickelt, wird die gesamte Füllung ausgeleert. 2 zeigt dieselbe Konfiguration, wobei das Umgehungsventil 36 in der normalen Betriebsstellung ist.
  • Wenn ein Auslaufen aus dem Kondensator 14 minimiert werden soll, kann das über einen Schaltmagneten betätigte abgeschaltete oder offene und geschlossene Ventil 50 in der Ausströmfluidleitung 18 angeordnet sein (wie in 3 gezeigt). Dies wird nun den Kreis in vier Abschnitte trennen, indem der erste Abschnitt in Unterabschnitte 1a und 1b unterteilt wird. Eine undichte Stelle in dem zweiten Abschnitt wird darin resultieren, dass die Füllung in diesem Abschnitt abgegeben wird. Eine undichte Stelle in dem Unterabschnitt 1b wird nur in einer Abgabe der Füllung in diesem Unterabschnitt 1b resultieren. In ähnlicher Weise wird eine undichte Stelle in dem Unterabschnitt 1a in einer Abgabe der Füllung aus den Abschnitten zwei und drei wie auch dem Unterabschnitt 1a resultieren.
  • In dem System von 3 ist das Umgehungsventil 36 normalerweise offen, um den Verdampfer 16 von dem übrigen System zu isolieren, wenn das System abgeschaltet ist, entweder weil die Anforderung für die Klimaanlage abgestellt ist oder das Fahrzeug abgestellt ist. Wenn das Klimaanlagensystem eingeschaltet ist, öffnet das Regelventil 50 über einen Aktuator oder einen Schaltmagneten und das Umgehungsventil 36 schließt, um die Strömung anzuhalten, sodass sie den Verdampfer 16 nicht umgehen kann, wie in 4 gezeigt.
  • Dieses System lässt die Beseitigung eines von den Absperrventilen zu und vereinigt diese Funktion in den Ventilblock, der einfach an dem Armaturenbrett an dem Verdampfer 16 befestigt werden kann. Der Ventilblock 32 selbst würde sich in dem Motorraum befinden, was eine einfache Herstellung der Leitungsverbindungen in dem Montagewerk zulässt.
  • Es ist offensichtlich, dass viele Abwandlungen und Änderungen der vorliegenden Erfindung im Licht der oben stehenden Lehre möglich sind. Die Erfindung kann anders ausgeführt werden und ist durch den Umfang der beiliegenden Ansprüche beschränkt.

Claims (13)

  1. Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, die umfasst: einen Verdichter (12) zum Verdichten eines Kältemittels; einen Kondensator (14) zum Kondensieren des Kältemittels; einen Verdampfer (16) zum Verdampfen des Kühlmittels, eine Ausströmfluidleitung (18), die den Verdichter (12) und den Kondensator (14) verbindet; eine Flüssigfluidleitung (20), die den Kondensator (14) und den Verdampfer (16) verbindet; eine Ansaugfluidleitung (22), die den Verdampfer (16) und den Verdichter (12) verbindet; gekennzeichnet durch ein integriertes Ventil (32) mit einem Umgehungskanal (34), der sich zwischen der Flüssig(20) und der Ansaug(22)-Fluidleitung erstreckt, ein Umgehungsventil (36) an dem Schnittpunkt zwischen der Flüssigfluidleitung (20) und dem Umgehungskanal (34), das eine normale Betriebsstellung, um eine Fluidströmung von der Flüssigfluidleitung (20) zu dem Verdampfer (16) zu leiten, und eine Umgehungsposition aufweist, um eine Fluidströmung durch den Umgehungskanal (34) zu leiten, und ein Umgehungs-Rückschlagventil (38, 40), um eine Fluidströmung in nur einer Richtung durch den Umgehungskanal (34) zuzulassen, wenn das Umgehungsventil (36) in der Umgehungsstellung ist.
  2. System nach Anspruch 1, wobei das integrierte Ventil (32) einen Ventilblock mit einer Flüssigkeitsleitungsbohrung (42), die sich hindurch erstreckt, und einer Ansaugleitungsbohrung (44), die sich hindurch erstreckt, umfasst, wobei der Umgehungskanal (34) eine Querbohrung in dem Ventilblock umfasst.
  3. System nach Anspruch 2, wobei die Flüssigkeitsleitungsbohrung (42) und die Ansaugleitungsbohrung (44) zueinander parallel sind.
  4. System nach Anspruch 1, umfassend ein Ansaug-Rückschlagventil (46) in der Ansaugfluidleitung (22); um eine Fluidströmung in einer Richtung von dem Verdampfer (16) zu dem Verdichter (12) zuzulassen.
  5. System nach Anspruch 4, wobei das Ansaug-Rückschlagventil (46) in der Ansaugleitungsbohrung (44) in dem Ventilblock (32) angeordnet ist.
  6. System nach Anspruch 4, umfassend ein Regelventil in einer von der Flüssig(20)- und der Ansaug(22)-Fluidleitung benachbart zu dem Verdichter (14), um eine Fluidströmung hindurch zu regeln und das das System in einen Abschnitt auf beiden Seiten des Regelventils unterteilt, der sich zu einem weiteren, durch den Verdampfer (16) definierten Bereich erstreckt.
  7. System nach Anspruch 6, wobei das Regelventil ein erstes offenes und geschlossenes Ventil (50) in der Ansaugfluidleitung (18) umfasst.
  8. System nach Anspruch 6, wobei das Regelventil ein zweites offenes und geschlossenes Ventil (50) in der Flüssigfluidleitung (20) umfasst.
  9. System nach Anspruch 8, umfassend eine Expansionsvorrichtung (30), die in der Flüssigfluidleitung (20) angeordnet ist.
  10. System nach Anspruch 6, wobei das Regelventil ein Flüssigkeits-Rückschlagventil (54) in der Flüssigfluidleitung (20) umfasst.
  11. System nach Anspruch 10, umfassend eine Empfänger-/Trocknereinrichtung (24), die in der Flüssigfluidleitung (20) zwischen dem Flüssigkeits-Rückschlagventil (54) und dem Verdampfer (16) angeordnet ist.
  12. System nach Anspruch 1, wobei das Umgehungs-Rückschlagventil (38) eine Fluidströmung in nur einer Richtung von der Ansaugfluidleitung (22) zu der Flüssigfluidleitung (20) durch den Umgehungskanal (34) zulässt.
  13. System nach Anspruch 1, wobei das Umgehungs-Rückschlagventil (40) eine Fluidströmung in nur einer Richtung von der Flüssigfluidleitung (20) zu der Ansaugfluidleitung (22) durch den Umgehungskanal (34) zulässt.
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