DE69819244T2

DE69819244T2 - Kältemittelkreislaufanlage

Info

Publication number: DE69819244T2
Application number: DE69819244T
Authority: DE
Inventors: Suzuki Kariya-city Aichi-pref. Takahisa; Ishii Kariya-city Aichi-pref. Katsuya; Iritani Kariya-city Aichi-pref. Kunio; Itoh Kariya-city Aichi-pref. Satoshi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-07-10
Filing date: 1998-07-09
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2018-07-10
Also published as: EP0890804A3; JPH1130445A; US6006532A; EP0890804B1; DE69819244D1; EP0890804A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kältemittelkreislaufanlage in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Der Kältemittelkreislauf eignet sich für eine Klimaanlage für ein Fahrzeug, wie etwa ein Hybridfahrzeug und ein elektrisches Fahrzeug.
4 zeigt einen derartigen herkömmlichen Kältemittelkreislauf, der einen Verdichter 122 mit einer Auslassöffnung 122a, einer Einlassöffnung 122b und einer Gaseinspritzöffnung 122c aufweist. Der Verdichter 122 ist ein solcher vom Spiraltyp, in dem die Gaseinspritzöffnung 122c gasförmiges Mitteldruckkältemittel in den Verdichter 122 einleitet, während der Verdichter 122 das Kältemittel beispielsweise verdichtet.
Wenn eine Klimaanlage für ein Fahrzeug sich in einer Heizbetriebsart befindet, wird gasförmiges Hochdruck-Hochtemperatur-Kältemittel, das durch den Verdichter 122 verdichtet wird, in einen ersten Wärmetauscher 121 eingeleitet, der in einem Luftkanal 102 angeordnet ist, der in einer Fahrgastzelle des Fahrzeugs vorgesehen ist. Der erste Wärmetauscher 121 führt einen Wärmetausch zwischen Luft, die durch ein Gebläse 106 geblasen wird, und dem gasförmigen Hochdruck-Hochtemperatur-Kältemittel durch, das durch den ersten Wärmetauscher 121 strömt. Während der Heizbetriebsart wird das Kältemittel dadurch in dem ersten Wärmetauscher 121 kondensiert und verflüssigt und Luft wird durch Absorbieren von Wärme von dem Kältemittel zum Wärmen der Luft erwärmt.
Das flüssige Kältemittel, das durch den ersten Wärmetauscher 121 kondensiert wird, wird in einem hochdruckseitigen Expansionsventil 126 (d. h., einer ersten Dekompressionseinrich tung) dekomprimiert (druckreduziert), bis es den Zustand eines Mitteldruck-Gas-/Flüssigkeits-Kältemittels einnimmt. Das Mitteldruck-Gas-/Flüssigkeits-Kältemittel wird in einen Gas/Flüssigkeitsseparator 127 eingeleitet, um in gasförmiges Kältemittel und flüssiges Kältemittel getrennt zu werden. Das gasförmige Kältemittel aus dem Gas-/Flüssigkeitsseparator 127 strömt durch einen Gaseinspritzdurchlass 129 und wird in einen Kompressionszwischenabschnitt des Verdichters 122 durch die Gaseinspritzöffnung 122c geleitet.
Das flüssige Kältemittel aus dem Gas-/Flüssigkeitsseparator 127 wird durch ein niederdruckseitiges Expansionsventil 128 (d. h., eine zweite Dekompressionseinrichtung) dekomprimiert, bis auf einen vorbestimmten, niedrigen Druck, bei welchem es als Gas-/Flüssigkeits-Zweiphasen-Kältemittels vorliegt. Das Gas-/Flüssigkeits-Zweiphasen-Kältemittel aus dem Expansionsventil 128 wird in einen zweiten Wärmetauscher 124 verdampft, der außerhalb der Fahrgastzelle angeordnet ist, durch Absorbieren von Wärme aus der Außenluft (d. h., der Luft außerhalb der Fahrgastzelle). Dieses gasförmige Kältemittel aus dem zweiten Wärmetauscher 124 wird in den Verdichter 122 durch die Einlassöffnung 122b eingeleitet. Bei dem Expansionsventil 128 handelt es sich um ein thermisches Expansionsventil, das den Überhitzungsgrad des Kältemittels ermittelt, das in die Einlassöffnung 122b des Verdichters 122 gesaugt wird, und es steuert den Durchsatz des Kältemittels, das in den zweiten Wärmetauscher 124 in Übereinstimmung mit dem ermittelten Überhitzungsgrad strömt. Das Expansionsventil 128 verhindert dadurch, dass flüssiges Kältemittel, das in dem zweiten Wärmetauscher 124 nicht verdampft werden kann, in die Einlassöffnung 122b des Verdichters 122 eingeleitet wird. In dem vorstehend genannten Kältemittelkreislauf mit der Gaseinspritzfunktion wird die Heizkapazität der Klimaanlage im Ver gleich zu der Heizkapazität einer Klimaanlage mit einem Kältemittelkreislauf ohne Gaseinspritzfunktion verbessert.
Schmieröl wird für den Verdichter 122 derart verwendet, dass ein Gleitabschnitt des Verdichters 122 sich glatt bzw. gleichmäßig bewegt. Das Schmieröl ist in flüssigem Kältemittel aufgelöst und zirkuliert durch den Kältemittelkreislauf zusammen mit dem flüssigen Kältemittel. In dem Bereich des gasförmigen Kältemittels in dem Kältemittelkreislauf zirkuliert das Schmieröl durch den Kältemittelkreislauf, während es durch gasförmiges Kältemittel entlang einer Innenwand eines Kältemittelrohrs gewaschen wird. D. h., das in dem flüssigen Kältemittel in dem Gas-/Flüssigkeitsseparator 127 gelöste Schmieröl durchsetzt das niederdruckseitige Expansionsventil 128 und strömt in den zweiten Wärmetauscher 124 zusammen mit dem Kältemittelstrom. Das Schmieröl aus dem zweiten Wärmetauscher 124 wird zu dem Verdichter 122 rückgeführt.
Wenn die Klimaanlage jedoch bei einer extrem niedrigen Temperatur, wie etwa –20°C, betrieben wird, wird die Verdampfungstemperatur des Kältemittels kleiner als –30°C in dem zweiten Wärmetauscher 124 auf Grund einer Verringerung des Öffnungsgrads des niederdruckseitigen Expansionsventils 128. Hierdurch kann die Viskosität des Schmieröls extrem hoch werden, was dazu führt, dass das Schmieröl an der Innenwand des Kältemittelrohrs haftet. Das Schmieröl kann deshalb nicht durch den Strom das gasförmigen Kältemittels strömen. D. h., bei einer extrem niedrigen Temperatur, wie vorstehend angesprochen, strömt das Schmieröl kaum aus dem zweiten Wärmetauscher 124 zu dem Verdichter 122, weshalb die Lebensdauer des Verdichters 122 verringert ist. Insbesondere, wenn es sich bei dem Verdichter 122 um einen solchen vom Spiraltyp handelt, kann die Reibung einer Gleitfläche im Bereich der Auslassöffnung 122a des Verdichters 122 ein großes Problem hervorrufen.
Die JP-A-3-260556 offenbart einen Kältemittelkreislauf mit Gaseinspritzfunktion, bei dem nicht nur gasförmiges Kältemittel in einem Gas-/Flüssigkeitsseparator eingeleitet wird, sondern bei dem auch flüssiges Kältemittel in dem Gas/Flüssigkeitsseparator in einem Verdichter durch einen Gaseinspritzdurchlass eingeleitet wird. In dem Kältemittelkreislauf ist der Gas-/Flüssigkeitsseparator mit einem Gasansaugrohr versehen, das mit dem Gaseinspritzdurchlass des Verdichters verbunden ist. In dem Gas-/Flüssigkeitsseparator ist das Gasansaugrohr in einen Bereich flüssigen Kältemittels eingetaucht, während ein Öffnungsende bzw. Ausmündungsende des Gasansaugrohrs in einem Bereich gasförmigen Kältemittels zu liegen kommt. Der eingetauchte Teil des Gasansaugrohrs weist ein Ansaugloch zum Ansaugen des flüssigen Kältemittels auf. Sowohl gasförmiges wie flüssiges Kältemittel in dem Gas/Flüssigkeitsseparator kann deshalb in den Verdichter 22 durch den Gaseinspritzdurchlass eingeleitet werden.
In dem vorstehend angesprochenen Kältemittelkreislauf wird flüssiges Kältemittel in das Gasansaugrohr durch das Ansaugloch durch Saugkraft des Kältemittels angesaugt, das durch das Gasansaugrohr strömt. Die Menge des flüssigen Kältemittels, die zu dem Verdichter durch den Gaseinspritzdurchlass zurückgeführt wird, wird deshalb in Übereinstimmung mit einem Durchsatz von gasförmigem Kältemittel ermittelt, das durch das Ansaugrohr und einen Öffnungsbereich des Ansauglochs strömt. Das Ansaugloch, das einen kleinen Durchmesser aufweist, kann jedoch auf Grund von Schmutz und Staub blockiert sein, die in dem Kältemittel enthalten sind, und es ist schwierig, flüssiges Kältemittel zur Rückführung zu dem Ver dichter über eine lange Zeitdauer anzusaugen. Wenn andererseits das Ansaugloch größer gemacht wird, wird zu viel flüssiges Kältemittel zu dem Verdichter durch den Gaseinspritzdurchlass rückgeführt, was zu einer Beeinträchtigung des Wirkungsgrads des Kältemittelkreislaufs führt. In diesem Fall kann der Betrieb des Verdichters auf Grund der Verdichtung des flüssigen Kältemittels durch den Verdichter beeinträchtigt sein.
Die EP-A-0529882 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Kühlanlage, wie etwa einer Transportkühlanlage, wobei die Notwendigkeit für ein Schwimmventil in einem Spültank der Kühlanlage mit Ekonomiser-Kreislauf entfällt und ein Spültank anstelle eines Wärmetauschers genutzt werden kann. Der Spültank ist zwischen einem Kondensator bzw. Verflüssiger und einem Verdampfer angeordnet und ein Flüssigkeitsunterkühlungsventil ist zwischen dem Verflüssiger und dem Spültank angeordnet, der das flüssige Kältemittel von dem gasförmigen Kältemittel über Schwerkraft trennt. Ein Uförmiges Rohr ist in dem Spültank vorgesehen und weist ein erstes Ende auf, das in einem Gasraum zu liegen kommt, und ein zweites Ende, das mit einer Zwischenöffnung eines Verdichters verbunden ist. In der Bucht bzw. Biegung des Uförmigen Rohrs ist eine kleine Öffnung vorgesehen, um Verdichterschmieröl zu dem Verdichter rückzuführen, das in dem Kältemittel während des Betriebs des Verdichters mitgerissen wird.
Die US-A-5201792 offenbart einen Akkumulator bzw. Sammelbehälter für eine Fahrzeugklimaanlage, wobei in dem-Sammelbehälter ein Auslassrohr allgemein U-förmig ist und Schmieröl in das Auslassrohr durch eine Ölrückführöffnung im unteren Teil des Rohrs zugemessen wird. Ein kleines Antisiphonloch ist im oberen Teil des Auslassrohrs vorgesehen, um unerwünschtes Schwerkraftzuführen großer Mengen von flüssigem Kältemittel zurück zum Verdichter zu unterbinden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Angesichts der vorstehend angesprochenen Probleme besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Kältemittelkreislaufanlage zu schaffen, in der ein Gas/Flüssigkeitsseparator ein Gasansaugrohr mit einem Ansaugloch aufweist, durch das flüssiges Kältemittel, das in den Verdichter eingeleitet werden soll, angesaugt wird, um zu verhindern, dass das Ansaugloch durch Schmutz oder Staub blockiert wird, der in dem Kältemittel enthalten ist, und um zu verhindern, dass flüssiges Kältemittel exzessiv zum Verdichter rückgeführt wird.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1.
Die Kältemittelkreislaufanlage umfasst einen Gas-/Flüssigkeitsseparator zum Trennen von Kältemittel in gasförmiges Kältemittel und flüssiges Kältemittel, und der Gas-/Flüssigkeitsseparator weist ein Gasansaugrohr zum Einleiten von gasförmigem Kältemittel aus dem Gas-/Flüssigkeitsseparator zu einem Verdichter durch ein Gaseinspritzrohr auf. Das Gasansaugrohr weist ein offenes Ende auf, das in gasförmiges Kältemittel in dem Gas-/Flüssigkeitsseparator ausmündet, wobei ein mittlerer Abschnitt dieses Rohrs in flüssiges Kältemittel in dem Gas-/Flüssigkeitsseparator eingetaucht ist und ein erstes Ansaugloch aufweist, durch das flüssiges Kältemittel eingeleitet wird, und ein zweites Ansaugloch auf einer kältemittelstromabwärtigen Seite des ersten Ansauglochs, das in gasförmigem Kältemittel des Gas-/Flüssigkeitsseparators zu liegen kommt bzw. vorgesehen ist. Flüssiges Kältemittel, das Schmieröl zum Schmieren des Verdichters enthält, wird dadurch in das Gasansaugrohr durch das erste Ansaugloch eingeleitet und kann zusätzlich in den Verdichter eingeleitet werden. Dem Verdichter wird dadurch Schmieröl in ausreichender Menge selbst bei extrem niedrigen Temperaturen der Außenluft zugeführt. Da das Gasansaugrohr das zweite Ansaugloch aufweist, das in dem gasförmigen Kältemittel in dem Gas-/Flüssigkeitsseparator auf einer kältemittelstromabwärtigen Seite des ersten Ansauglochs vorgesehen ist, kann ein Durchsatz des gasförmigen Kältemittels, das das erste Ansaugloch durchsetzt, verringert werden. Die Menge von flüssigem Kältemittel, die aus dem ersten Ansaugloch angesaugt wird, wird dadurch verringert und das erste Ansaugloch kann größer gemacht werden. Flüssiges Kältemittel wird demnach daran gehindert, exzessiv zum Verdichter selbst dann rückzukehren, wenn das erste Ansaugloch vergrößert ist, so dass das erste Ansaugloch nicht durch Schmutz und Staub blockiert wird, der in dem Kältemittel enthalten ist.
Bevorzugt weist das erste Ansaugloch einen Öffnungsquerschnitt auf, der kleiner ist als der jeweilige Öffnungsquerschnitt des zweiten Ansauglochs und des Ausmündungsendes bzw. offenen Endes des Gasansaugrohrs. Die Menge an flüssigem Kältemittel, die aus dem ersten Ansaugloch angesaugt werden kann, kann dadurch problemlos eingestellt werden.
Noch stärker bevorzugt besitzt das Gasansaugrohr in etwa U-Form mit ersten und zweiten Enden und einem Boden bzw. einem Verbindungsabschnitt für die U-Schenkel des Rohrs, wobei das Ausmündunsgsende des Gasansaugrohrs am ersten Ende des Uförmigen Rohrs gebildet ist, wobei das zweite Ende des U förmigen Rohrs mit dem Gaseinspritzrohr verbunden ist, und wobei das erste Ansaugloch im Boden bzw. Verbindungsabschnitt des U-förmigen Rohrs gebildet ist. Das Gasansaugrohr ist dadurch in geschickter Weise als Gas-/Flüssigkeitsseparator gebildet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen; in diesen zeigen:
1 schematisch ein Lüftungssystem und einen Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage für ein Fahrzeug in Übereinstimmung mit einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 ein Mollier-Diagramm des Kältemittelkreislaufs in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform,
3 eine schematische Schnittansicht eines Gas-/Flüssigkeitsseparators in Übereinstimmung mit einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
4 schematisch eine herkömmliche Klimaanlage für ein Fahrzeug.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nachfolgend unter Bezug auf die anliegenden Zeichnungen erläutert.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf 1 und 2 erläutert. Ein Belüftungssystem 1 einer Klimaanlage ist üblicherweise unter einem Instrumentenbrett in einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs, wie etwa eines Hybridfahrzeugs (HV) und eines elektrischen Fahrzeugs bzw. Elektrofahrzeugs (EV) angeordnet. Wie in 1 gezeigt, weist das Belüftungssystem 1 einen Luftkanal 2 auf, der einen Luftdurchlass zum Leiten von Luft in Richtung auf eine Fahrgastzelle des Fahrzeugs bildet. Ein Innenlufteinlass 3 zum Einleiten von Innenluft (d. h., Luft innerhalb der Fahrgastzelle) und ein Außenlufteinlass 4 zum Einleiten von Außenluft (d. h., Luft außerhalb der Fahrgastzelle) sind auf einer Endseite des Luftkanals 2 vorgesehen. Die Lufteinlässe 3, 4 werden durch eine Innen-/Außenluftumschaltklappe 5 geöffnet und geschlossen.
Ein Gebläse 6 zum Blasen von Luft, die aus den Lufteinlässen 3, 4 in den Luftkanal 2 eingeleitet wird, ist benachbart zu den Innen- und Außenlufteinlässen 3, 4 angeordnet. Das Gebläse 6 weist einen Elektromotor 6a und einen Zentrifugallüfter 6b auf, der durch den Elektromotor 6a betätigt ist. Auf der anderen Endseite des Luftkanals 2 sind Luftauslässe 7, 8, 9 in Verbindung mit der Fahrgastzelle vorgesehen. Die Luftauslässe 7, 8, 9 werden durch Betriebsartumschaltklappen 10, 11, 12 geöffnet und geschlossen.
Ein erster Wärmetauscher 21 (d. h., ein interner Wärmetauscher) des Kältemittelkreislaufs ist in dem Luftkanal 2 auf einer luftstromabwärtigen Seite des Gebläses 6 angeordnet. Wenn die Klimaanlage in einer Heizbetriebsart arbeitet, arbeitet der erste Wärmetauscher 21 als Kondensator bzw. Verflüssiger, der das aus dem Verdichter 22 ausgetragene Kältemittel kondensiert bzw. verflüssigt, so dass durch den Luftkanal 2 strömende Luft durch Latentwärme aus der Kondensation erwärmt wird. Wenn die Klimaanlage sich in der Kühlbe triebsart befindet, arbeitet der erste Wärmetauscher 21 als Verdampfer, in dem Niederdruckkältemittel Wärme aus Luft absorbiert, um Luft in dem Luftkanal 2 zu kühlen.
Bei dem Verdichter 22 handelt es sich um einen Spiraltyp-Verdichter beispielsweise und er weist eine Auslassöffnung 22a, eine Einlassöffnung 22b und eine Gaseinspritzöffnung 22c auf. Durch die Gaseinspritzöffnung 22c wird gasförmiges Kältemittel aus dem Gas-/Flüssigkeitsseparator 200 in den Verdichter 22 in einen Verdichtungszwischenzustand eingeleitet (d. h., im Verdichtungszwischenschritt des Verdichters).
Der Kältekreislauf weist ein Vierwegeventil 23 zum Umschalten der Strömungsrichtungen des Kältemittels auf. In 1 bezeichnet ein durchgezogener Pfeil eine Strömungsrichtung des Kältemittels während der Kühlbetriebsart, und der durchbrochen dargestellte Pfeil bezeichnet eine Strömungsrichtung des Kältemittels während der Heizbetriebsart. Ein zweiter Wärmetauscher 24 ist außerhalb der Fahrgastzelle angeordnet und führt einen Wärmetausch zwischen Außenluft, die durch einen Außenlüfter (nicht gezeigt) geblasen wird, und Kältemittel durch, das durch den zweiten Wärmetauscher 24 strömt. In der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung arbeitet der zweite Wärmetauscher 24 aus Verdampfer während der Heizbetriebsart und als Kondensator bzw. Verflüssiger während der Kühlbetriebsart.
Rückschlagventile 25a, 25d sind mit einem Ende des Wärmetauscher 24 parallel derart verbunden, dass ihre Öffnungsrichtungen bzw. Ausmündungsenden sich in Gegenüberlage zueinander befinden. Die Rückschlagventile 25b, 25c sind mit einem Ende des ersten Wärmetauschers 21 parallel derart verbunden, dass ihre Öffnungsrichtungen bzw. Ausmündungsenden sich in Gegen überlage zueinander befinden. Ein hochdruckseitiges Expansionsventil 26, der Gas-/Flüssigkeitsseparator 200 und ein niederdruckseitiges Expansionsventil 28 sind in Reihe zwischen die Auslassöffnungen der Rückschlagventile 25a, 25b und die Einlassöffnungen der Rückschlagventile 25c, 25d geschaltet.
Das hochdruckseitige Expansionsventil 26 bildet ein elektrisches Expansionsventil, das als erste Dekompressionseinrichtung zum Dekomprimieren von Hochdruckkältemittel auf Mitteldruckkältemittel arbeitet. D. h., ein Öffnungsgrad des hochdruckseitigen Expansionsventils 26 wird derart gesteuert, dass das Kältemittel einen mittleren Zieldruck aufweist. Der Gas-/Flüssigkeitsseparator 200 trennt das Mitteldruck-Gas/Flüssigkeits-Zweiphasen-Kältemittel in gasförmiges Kältemittel und flüssiges Kältemittel und bevorratet flüssiges Kältemittel im Innern.
Das niederdruckseitige Expansionsventil 28 arbeitet als zweite Dekompressionseinrichtung zum Dekomprimieren des flüssigen Mitteldruckkältemittels, das durch den Gas-/Flüssigkeitsseparator 200 abgetrennt wird auf Niederdruckkältemittel. Das niederdruckseitige Expansionsventil 28 ist ein thermisches Expansionsventil mit einem Temperatursensor 28a, der die Temperatur des gasförmigen Kältemittels ermittelt, das in die Einlassöffnung 22b des Verdichters 22 eingeleitet wird. Ein Öffnungsgrad des niederdruckseitigen Expansionsventils 28 wird derart gesteuert, dass der Überhitzungsgrad des gasförmigen Kältemittels, das in den Verdichter 22 eingeleitet wird, mit einem vorbestimmten Wert gewählt bzw. auf einen solchen eingestellt ist.
Als nächstes wird der Aufbau des Gas-/Flüssigkeitsseparators 200, der einen wesentlichen Punkt der Erfindung darstellt, näher erläutert. Der Gas-/Flüssigkeitsseparator 200 weist einen Behälter 270 auf, der aus Metall gebildet und im Wesentlichen in einen länglichen Zylinder gebildet ist, und einen Kappenabschnitt 271 zum Verschließen des oberen offenen Endes des Behälters 270. Ein Flüssigkältemittelbereich 272 ist im unteren Teil des Behälters 270 gebildet und ein Gaskältemittelbereich 273 ist im oberen Teil des Behälters 270 gebildet.
Ein Einlassrohr 274, ein Auslassrohr 275 und ein Gasansaugrohr 276 sind an dem Kappenabschnitt 271 angebracht. Das Einlassrohr 274 leitet Gas-/Flüssigkeits-Zweiphasen-Kältemittel, dekomprimiert in Mitteldruckkältemittel durch das hochdruckseitige Expansionsventil 26 in dem Gas-/Flüssigkeitsseparator 200 ein. Das offene Ende des Einlassrohrs 274 mündet in den Gaskältemittelbereich 273 aus in Gegenüberlage zu einer Innenwand des Behälters 270. Durch das Auslassrohr 275 wird flüssiges Kältemittel aus dem Gas-/Flüssigkeitsseparator 200 zugeführt. Das offene Ende bzw. Mündungsende des Auslassrohrs 275 mündet in die unterste Position des Flüssigkältemittelbereichs 272 im Bereich des Bodens bzw. der Unterseite des Gas/Flüssigkeitsseparators 200 aus. Das Gasansaugrohr 276 dient zum Einleiten von gasförmigem Kältemittel aus dem Gas/Flüssigkeitsseparator 200 in einen Gaseinspritzdurchlass 29, der mit der Gaseinspritzöffnung 22c des Verdichters 22 verbunden ist. Das Gasansaugrohr 276 ist in etwa in U-Form gebildet und weist ein offenes Ende 277 an einem Ende des Uförmigen Rohrs auf. Das offene Ende 277 des Gasansaugrohrs 276 kommt in dem Gaskältemittelbereich 273 zu liegen und gasförmiges Kältemittel wird aus dem Gas-/Flüssigkeitsseparator 200 in den Verdichter 22 durch das offene Ende 277 des Gasansaugrohrs 276 eingeleitet. Der mittlere Teil (d. h., der untere Teil) des U-förmigen Gasansaugrohrs 276 ist in den Flüssigkältemittelbereich 272 eingetaucht und weist ein erstes Ansaugloch 278 auf, das am untersten Teil des U-förmigen Gasansaugrohrs 276 vorgesehen ist, um flüssiges Kältemittel anzusaugen. Das Gasansaugrohr 276 weist ein zweites Einlassloch 279 auf, das in dem Gaskältemittelbereich 273 auf einer kältemittelstromabwärtigen Seite des ersten Einlasslochs 278 vorgesehen ist, um gasförmiges Kältemittel anzusaugen. Das andere Ende 280 des U-förmigen Gasansaugrohrs 276 ist in dem Kappenabschnitt 271 gehalten und steht mit dem Gaseinspritzdurchlass 29 in Verbindung.
Da das erste Einlassloch 278 zum ausreichenden Rückführen von Schmieröl zum Verdichter 22 selbst dann genutzt wird, wenn die Temperatur der Außenluft niedriger wird, ist ein Öffnungsquerschnitt des ersten Einlasslochs 278 kleiner gewählt als derjenige des zweiten Einlasslochs 279 bzw. des offenen Endes 277, um zu verhindern, dass flüssiges Kältemittel exzessiv zum Verdichter 22 rückgeführt wird. In der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Öffnungsquerschnitt des ersten Einlasslochs 278 im Wesentlichen gleich einem Öffnungsquerschnitt bzw. einer Fläche eines Kreises mit einem Durchmesser von 1,0 mm gewählt, der Öffnungsquerschnitt des offenen Endes 277 ist im Wesentlichen gleich einer Fläche eines Kreises mit einem Durchmesser von 6,0 mm gewählt und der Öffnungsquerschnitt des zweites Ansauglochs 279 ist im Wesentlichen gleich einer Fläche eines Kreises mit einem Durchmesser von 7,0 mm gewählt. Der Öffnungsquerschnitt des zweites Ansauglochs 279 ist deshalb größer als derjenige des offenen Endes 277 und der Öffnungsquerschnitt des offenen Endes 277 ist größer als derjenige des ersten Ansauglochs 278.
Das Gasansaugrohr 276 ist allgemein mit rundem Querschnitt gebildet. Da der Öffnungsquerschnitt des ersten Ansauglochs 278 ausreichend klein gemacht ist im Vergleich zum Öffnungs querschnitt des Gasansaugrohrs 276, kann ein erstes Ansaugloch 278 in einen Kreis gebildet werden. Andererseits ist es schwierig, das zweite Einlassloch 279 in einen Kreis auf dem Gasansaugrohr 276 zu bilden, weil der Öffnungsquerschnitt des zweites Einlasslochs 279 groß ist. In diesem Fall kann das zweite Einlassloch 279 in mehreren Kreisen gebildet sein oder in einem einzigen Rechteck mit einem Öffnungsquerschnitt größer als derjenige des ersten Einlasslochs 278.
Als nächstes wird die Arbeitsweise des vorstehend genannten Kältemittelkreislaufs der Klimaanlage erläutert. Wie in 1 gezeigt, strömt während der Heizbetriebsart gasförmiges Hochdruck-Hochtemperatur-Kältemittel, das aus dem Verdichter 22 ausgetragen wird, in den ersten Wärmetauscher 21, der in der Fahrgastzelle angeordnet ist, und zwar durch das Vierwegeventil 23, wie mit dem durchbrochenen Pfeil gezeigt. In dem ersten Wärmetauscher 21 wird das gasförmige Kältemittel zum Wärmetausch mit Luft gebracht, die durch das Gebläse 6 geblasen wird. Das gasförmige Kältemittel wird deshalb in flüssiges Hochdruckkältemittel kondensiert bzw. verflüssigt und die durch das Gebläse 6 geblasene Luft wird erwärmt und in Richtung auf die Fahrgastzelle geblasen.
Das flüssige Hochdruckkältemittel aus dem ersten Wärmetauscher 21 strömt in das hochdruckseitige Expansionsventil 26 über das Rückschlagventil 25b, wird in ein Mitteldruck-Gas/Flüssigkeits-Zweiphasen-Kältemittel durch das hochdruckseitige Expansionsventil 26 dekomprimiert und strömt in den Gas/Flüssigkeitsseparator 200 aus dem Einlassrohr 274. In dem Gas-/Flüssigkeitsseparator 200 wird Gas-/Flüssigkeits-Zweiphasen-Kältemittel in gasförmiges Kältemittel und flüssiges Kältemittel getrennt. Das flüssige Kältemittel wird im unteren Teil des Gas-/Flüssigkeitsseparators 200 bevorratet und bildet den Flüssigkältemittelbereich 272. Das flüssige Kältemittel, das aus dem Auslassrohr 275 des Gas-/Flüssigkeitsseparators 200 angesaugt wird, wird dem niederdruckseitigen Expansionsventil 28 zugeführt und in ein Niederdruckgas-/Flüssigkeits-Zweiphasen-Kältemittel durch das niederdruckseitige Expansionsventil 28 dekomprimiert.
Das Niederdruckgas-/Flüssigkeits-Zweiphasen-Kältemittel aus dem niederdruckseitigen Expansionsventil 28 strömt in den zweiten Wärmetauscher 24 durch das Rückschlagventil 25d, um einen Wärmetausch mit Außenluft durchzuführen. In dem zweiten Wärmetauscher 24 wird flüssiges Kältemittel verdampft, um gasförmiges Kältemittel zu werden, und das gasförmige Kältemittel wird in den Verdichter 22 durch die Einlassöffnung 22b über das Vierwegeventil 23 eingeleitet.
Andererseits wird gasförmiges Kältemittel in dem Gaskältemittelbereich 273, gebildet im oberen Teil des Gas-/Flüssigkeitsseparators 200, in das Gasansaugrohr 276 ausgehend von sowohl dem offenen Ende 277 wie dem zweiten Ansaugloch 279 gesaugt und strömt in den Gaseinspritzdurchlass 29. Gleichzeitig wird eine geringe Menge des flüssigen Kältemittels ebenfalls in das Gasansaugrohr 276 aus dem ersten Ansaugloch 278 gesaugt.
Das gasförmige Kältemittel aus dem Gas-/Flüssigkeitsseparator 200 strömt durch den Gaseinspritzdurchlass 29 und wird in dem Verdichter 22 aus der Gaseinspritzöffnung 22c eingeleitet, während der Verdichter 22 eine Verdichtung ausführt. Wie in 2 gezeigt, wird, weil gasförmiges Mitteldruckkältemittel (Gin) aus dem Gas-/Flüssigkeitsseparator 200 in einen Kompressionszwischenzustand des Verdichters 22 eingeleitet wird, die Enthalpie des zweiten Wärmetauschers 24 (Kondensator bzw.
Verflüssiger) um Δi erhöht, während die Wärmemenge, die durch Kältemittel in dem zweiten Wärmetauscher 24 absorbiert wird, vergrößert wird, und die Menge des zirkulierenden Kältemittels wird auf G1 + Gin vergrößert. Dies verbessert das Heizvermögen der Klimaanlage.
Wenn die Außenlufttemperatur extrem niedrig ist (beispielsweise –20°C), wird die Verdampfungstemperatur des Kältemittels kleiner als –30°C und die Viskosität des Schmieröls kann drastisch vergrößert werden in dem zweiten Wärmetauscher 24. Das Schmieröl neigt deshalb dazu, an der Innenwand des Auslassrohrs des zweiten Wärmetauschers 24 zu haften, was zu einem Unterschuss des Schmieröls führt, das zum Verdichter 22 rückgeführt wird.
In Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann Schmieröl enthaltendes flüssiges Kältemittel in das Gasansaugrohr 276 durch das erste Ansaugloch 278 gesaugt und in den Verdichter 22 durch die Gaseinspritzöffnung 22c zusammen mit gasförmigem Kältemittel eingeleitet werden. Der Verdichter 22 kann dadurch ausreichend mit Schmieröl versorgt werden und arbeitet selbst in einer extrem kalten Umgebung gleichmäßig.
In der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Gasansaugrohr 276 nicht nur das erste Ansaugloch 278 zum Ansaugen von flüssigem Kältemittel auf, sondern auch das zweite Ansaugloch 279 zum Ansaugen von gasförmigem Kältemittel. Der Öffnungsquerschnitt des ersten Ansauglochs 278 ist gleich einer Fläche eines Kreises mit einem Durchmesser von 0,5 mm gewählt, um zu verhindern, dass flüssiges Kältemittel exzessiv zum Verdichter 22 rückgeführt wird. In der ersten Ausführungsform ist jedoch das zweite Ansaugloch 279 zum Ansaugen von gasförmigem Kältemittel zusätzlich auf dem Gasansaugrohr 276 auf der kältemittelstromabwärtigen Seite des ersten Ansauglochs 278 gebildet. Der Durchsatz des gasförmigen Kältemittels, das das erste Ansaugloch 278 in dem Gasansaugrohr 276 durchsetzt, kann dadurch auf Grund des Einleitens des gasförmigen Kältemittels aus dem zweiten Ansaugloch 279 verringert werden, was zu einer Verringerung der Menge des flüssigen Kältemittels führt, das aus dem ersten Ansaugloch 278 eingeleitet wird. Auf Grund des zweiten Ansauglochs 279 kann dadurch der Öffnungsquerschnitt des ersten Ansauglochs 278 vergrößert werden. D. h., in der ersten Ausführungsform kann der Öffnungsquerschnitt des ersten Ansauglochs 278 auf eine Fläche eines Kreises mit einem Durchmesser von 1,0 mm vergrößert werden. Hierdurch kann verhindert werden, dass das erste Ansaugloch 278 durch Schmutz und Staub blockiert wird, die in dem flüssigen Kältemittel enthalten sind, während der Verdichter 22 mit einer geeigneten Menge des Schmieröls versorgt wird und über eine lange Zeitdauer gleichmäßig bzw. glatt arbeitet.
Während der Kühlbetriebsart wird andererseits gasförmiges Hochdruck-Hochtemperatur-Kältemittel, das aus dem Verdichter 22 ausgetragen wird, in den zweiten Wärmetauscher 24 eingeleitet, der außerhalb der Fahrgastzelle angeordnet ist, und zwar über das Vierwegeventil 23, um gekühlt und kondensiert bzw. verflüssigt zu werden, wie in 1 durch den durchgezogenen Pfeil gezeigt. Flüssiges Hochdruckkältemittel, das aus dem zweiten Wärmetauscher 24 ausgetragen wird, wird in das hochdruckseitige Expansionsventil 26 durch das Rückschlagventil 25a eingeleitet, um auf ein Mitteldruckgas/Flüssigkeits-Zweiphasen-Kältemittel dekomprimiert zu werden, woraufhin es in den Gas-/Flüssigkeitsseparator 200 eingeleitet wird. Flüssiges Kältemittel, das aus dem Gas-/Flüssig keits-Zweiphasen-Kältemittel durch den Gas-/Flüssigkeitsseparator 200 abgetrennt wird, wird in das niederdruckseitige Expansionsventil 28 eingeleitet, um dekomprimiert zu werden, und strömt daraufhin in den ersten Wärmetauscher 21 über das Rückschlagventil 25c.
In dem ersten Wärmetauscher 21 absorbiert Kältemittel Wärme aus der Luft, die durch das Gebläse 6 geblasen wird, um Luft zu kühlen, die in Richtung auf die Fahrgastzelle geblasen wird. Das verdampfte gasförmige Kältemittel wird in den Verdichter 22 aus der Einlassöffnung 22b durch das Vierwegeventil 23 gesaugt. Andererseits wird das gasförmige Kältemittel in dem Gas-/Flüssigkeitsseparator 200 in das Gasansaugrohr 276 durch sowohl das offene Ende 277 wie das zweite Ansaugloch 279 gesaugt und in den Gaseinspritzdurchlass 29 eingeleitet, während eine geringe Menge des flüssigen Kältemittels auch in den Gaseinspritzdurchlass 29 gesaugt und in diesen eingeleitet wird. Das gasförmige Kältemittel strömt durch den Gaseinspritzdurchlass 29 und wird in dem Verdichter 22 aus der Gaseinspritzöffnung 22c eingeleitet.
Während der Kühlbetriebsart werden gasförmiges Kältemittel und flüssiges Kältemittel angesaugt und aus dem Gas/Flüssigkeitsseparator 200 in den Verdichter 22 durch das Gasansaugrohr 276 ähnlich zu dem Betrieb in der Heizbetriebsart eingeleitet. Die Viskosität des in den Verdichter 22 einzuleitenden Schmieröls neigt jedoch dazu, geringer zu sein als diejenige in der Heizbetriebsart, weil die Verdampfungstemperatur des Kältemittels in dem ersten Wärmetauscher 21 üblicherweise höher als 0°C ist. Während der Kühlbetriebsart ist deshalb die Menge des Schmieröls, das zu der Ansaugöffnung 22b des Verdichters 22 aus dem ersten Wärmetauscher 21 rückgeführt wird, relativ groß. In der Kühlbetriebsart ist deshalb die Wahrscheinlichkeit für einen Unterschuss des Schmieröls ursprünglich nicht groß.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf 3 erläutert.
Wie in 3 gezeigt, weist in der zweiten Ausführungsform ein Gas-/Flüssigkeitsseparator 300 ein Einlassrohr 274, ein Auslassrohr 275 und ein Gasansaugrohr 276 ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform auf. Das Gasansaugrohr 276 weist ein erstes Ansaugloch 278 zum Ansaugen von flüssigem Kältemittel in dem Gas-/Flüssigkeitsseparator 300 auf. In der zweiten Ausführungsform ist ein Filter 281 am offenen Ende des Auslassrohrs 275 angebracht und ein Filter 282, der durch einen Block 283 gehalten ist, ist an dem Gasansaugrohr 276 angebracht, um das erste Ansaugloch 278 abzudecken. Flüssiges Kältemittel kann deshalb gefiltert werden, bevor es in das Auslassrohr 275 und das Gasansaugrohr 276 gelangt. Hierdurch wird verhindert, dass Schmutz und Staub, enthalten in dem flüssigen Kältemittel, in das Auslassrohr 275 und das Gasansaugrohr 276 eingeleitet werden. Hierdurch wird außerdem verhindert, dass das erste Ansaugloch 278 durch Schmutz und Staub blockiert wird, die in dem flüssigen Kältemittel enthalten sind. Die übrigen Teile der zweiten Ausführungsform sind ähnlich zu denjenigen der ersten Ausführungsform und ihre Erläuterung erübrigt sich.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen unter Bezug auf die anliegenden Zeichnungen vollständig erläutert wurde, wird bemerkt, dass sich dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik verschiedene Abwandlungen und Modifikationen erschließen.
In den vorstehend erläuterten Ausführungsformen ist der Öffnungsquerschnitt des zweiten Ansauglochs 279 größer als derjenige des offenen Endes 277 und der Öffnungsquerschnitt des offenen Endes 277 ist größer als derjenige des ersten Ansaugloch 278. Wenn der Öffnungsquerschnitt des ersten Ansauglochs 278 kleiner gemacht wird, kann jedoch der Öffnungsquerschnitt des zweites Ansauglochs 279 kleiner gemacht werden, weil der Öffnungsquerschnitt des zweiten Ansauglochs 279 in Übereinstimmung mit dem Öffnungsquerschnitt des ersten Ansauglochs 278 festgelegt wird. In diesem Fall kann der Öffnungsquerschnitt des offenen Endes 277 größer gemacht werden als derjenige des zweiten Ansauglochs 279 und der Öffnungsquerschnitt des zweiten Ansauglochs 279 kann größer gemacht werden als derjenige des ersten Ansauglochs 278.

Claims

Kältemittelkreislaufanlage für eine Klimaanlage für ein Fahrzeug mit einer Fahrgastzelle, wobei die Kältemittelkreislaufanlage aufweist: Einen ersten Wärmetauscher (21), der in der Fahrgastzelle angeordnet ist, um einen Wärmetausch zwischen in die Fahrgastzelle zu blasender Luft und Kältemittel durchzuführen, das durch den ersten Wärmetauscher strömt, einen zweiten Wärmetauscher (24), der außerhalb der Fahrgastzelle angeordnet ist, um einen Wärmetausch zwischen Luft außerhalb der Fahrgastzelle und Kältemittel durchzuführen, das durch den zweiten Wärmetauscher strömt, einen Verdichter (22) zum Verdichten von Kältemittel, wobei der Verdichter eine Einlassöffnung (22b) aufweist, um Niederdruckkältemittel einzuleiten, eine Gaseinspritzöffnung (22c) zum Einleiten von Mitteldruckkältemittel und eine Auslassöffnung (22a) zum Austragen von komprimiertem Hochdruckkältemittel, eine erste Dekompressionseinrichtung (26) zum Reduzieren eines Drucks von flüssigem Kältemittel, das entweder im ersten oder zweiten Wärmetauscher kondensiert bzw. verflüssigt wurde auf einen mittleren Druck, einen Gas-/Flüssigkeitsseparator (200, 300) zum Trennen des Mitteldruckkältemittels, das durch die erste Dekompressionseinrichtung dekomprimiert wurde, in gasförmiges Kältemittel und flüssiges Kältemittel, eine zweite Dekompressionseinrichtung (28) zum Dekomprimieren des flüssigen Kältemittels, das durch den Gas/Flüssigkeitsseparator getrennt wurde, und ein Gaseinspritzrohr (29) zum Einblasen von gasförmigem Kältemittel, das durch den Gas-/Flüssigkeitsseparator getrennt wurde, in die Gaseinspritzöffnung des Verdichters, dadurch gekennzeichnet, dass der Gas-/Flüssigkeitsseparator (200, 300) ein Gasansaugrohr (276) zum Einleiten von gasförmigem Kältemittel in das Gaseinspritzrohr aufweist, und das Gasansaugrohr (276) aufweist ein offenes Ende (277), das in das gasförmige Kältemittel in dem Gas-/Flüssigkeitsseparator ausmündet, einen mittleren Rohrabschnitt, der in das flüssige Kältemittel in dem Gas-/Flüssigkeitsseparator eingetaucht ist und ein erstes Ansaugloch (278) aufweist, durch das flüssiges Kältemittel eingeleitet wird, und ein zweites Ansaugloch (279) auf einer kältemittelstromabwärtigen Seite des ersten Ansauglochs, das in gasförmigem Kältemittel in dem Gas-/Flüssigkeitsseparator vorgesehen ist.
Kältemittelkreislaufanlage nach Anspruch 1, wobei das erste Ansaugloch einen Öffnungsquerschnitt aufweist, der kleiner ist als der Öffnungsquerschnitt des zweiten Ansauglochs und der Öffnungsquerschnitt des Gasansaugrohrs.
Kältemittelkreislaufanlage nach Anspruch 1, wobei: Das erste Ansaugloch einen Öffnungsquerschnitt aufweist, der kleiner ist als der Öffnungsquerschnitt des zweiten Ansauglochs, und der Öffnungsquerschnitt des zweiten Ansauglochs kleiner ist als der Öffnungsquerschnitt des offenen Endes des Gasansaugrohrs.
Kältemittelkreislaufanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: Die erste Dekompressionseinrichtung ein elektrisches Expansionsventil zum Reduzieren des Drucks des flüssigen Kältemittels auf den mittleren Druck ist, und die zweite Dekompressionseinrichtung ein thermisches Expansionsventil ist, das einen Überhitzungsgrad des in die Einlassöffnung des Verdichters einzuleitenden Kältemittels einstellt.
Kältemittelkreislaufanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, außerdem aufweisend: Ein Filterelement (282), das an dem ersten Ansaugloch des Gasansaugrohrs angebracht ist, um flüssiges Kältemittel zu filtern, bevor es in das Gasansaugrohr gesaugt wird, und ein Halteelement (283), das an dem Gasansaugrohr zum Halten des Filterelements angebracht ist.
Kältemittelkreislaufanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei: Das Gasansaugrohr ein in etwa U-förmiges Rohr mit ersten und zweiten Enden und einem Boden bzw. einer Unterseite ist, das offene Ende des Gasansaugrohrs an dem ersten Ende des U-förmigen Rohrs gebildet ist, das zweite Ende des U-förmigen Rohrs mit dem Gaseinspritzrohr verbunden ist, und das erste Ansaugloch in dem Boden des U-förmigen Rohrs gebildet ist.
Kältemittelkreislaufanlage nach Anspruch 1, wobei der Gas-/Flüssigkeitsseparator außerdem aufweist: Ein Kältemittelgehäuse (270) zum Aufnehmen von Kältemittel, ein Einlassrohr (274), durch das Gas/Flüssigkeitskältemittel in den Kältemittelkreislauf in das Kältemittelgehäuse eingeleitet wird, und ein Auslassrohr (275), durch das flüssiges Kältemittel in dem Kältemittelgehäuse dem Kältemittelkreislauf zugeführt wird.
Kältemittelkreislaufanlage nach Anspruch 6, wobei das Uförmige Rohr einen runden Querschnitt aufweist.