EP1179165A1 - Kältemittelsammler für eine fahrzeugklimaanlage - Google Patents

Kältemittelsammler für eine fahrzeugklimaanlage

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EP1179165A1
EP1179165A1 EP00929400A EP00929400A EP1179165A1 EP 1179165 A1 EP1179165 A1 EP 1179165A1 EP 00929400 A EP00929400 A EP 00929400A EP 00929400 A EP00929400 A EP 00929400A EP 1179165 A1 EP1179165 A1 EP 1179165A1
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EP
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shell
refrigerant collector
refrigerant
tube
upper half
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Baroto Adiprasito
Heinz RÖHE
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
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    • F25B2309/06—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide
    • F25B2309/061—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide with cycle highest pressure above the supercritical pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
    • F25B9/008—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being carbon dioxide

Definitions

  • the invention relates to a refrigerant collector for a vehicle air conditioning system.
  • a refrigerant collector for receiving and dispensing liquid refrigerant within a refrigeration process of a vehicle air conditioning system with special properties for high operating pressures, in particular for the operation of a vehicle air conditioning system that uses CO 2 as the refrigerant.
  • refrigerant collectors are cylindrical and with special connection bases, e.g. B., made from domed bobbin lace.
  • connection bases e.g. B.
  • this design results in a high mass and also large dimensions.
  • several welds must be made to fasten the connection bases, which experience has shown that, not least because of the large number of weak points.
  • large dimensions and high masses mean that these refrigerant collectors cannot be used in compact small vehicles.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a refrigerant collector of the type mentioned at the outset which, with technically simple means, provides high pressure resistance with a low mass and is also easy to manufacture.
  • a refrigerant collector of the type mentioned in that it consists of upper and lower half-shells which are connected to one another by means of a weld seam. This not only reduces the dimensions and the mass of a refrigerant collector, but also the manufacturing time, since only a single weld seam has to be produced.
  • the two half-shells can be both concave and hemispherical, these half-shells being arranged vertically one above the other.
  • the concave or hemispherical design of the lower half-shell advantageously causes the separated liquid to converge in the lowest point of the container.
  • Both half-shells can consist of both plastic and metal, although half-shells made of metal can withstand higher pressure.
  • the upper half-shell has a separator pipe which is passed through the wall of the upper half-shell and is provided with a pipe connection lying outside the upper half-shell on one inlet side.
  • the upper half-shell has a pipe connection for a mixing tube on an outlet side, which runs through the deepest area of the lower half-shell and back into the upper half-shell, it is also no longer possible for the medium to enter the mixing tube.
  • the mixing tube has at least one tube bore facing the wall of the lower half-shell in the deepest region of the lower half-shell, it is possible that in this way an almost complete suction of the separated refrigerant takes place.
  • the mixing tube has at least one bore above the maximum expected level of a liquid sump. This ensures that the function known from collectors ensures that a mixture of liquid and gaseous media is produced at the outlet.
  • the respective diameters of the at least one pipe bore and the at least one bore are dimensioned such that a mixing ratio of the liquid mass drawn in from the liquid sump and the gas mass flowing through is established, which is almost independent of the mass flow rate through the mixing pipe.
  • FIG. 1 shows a cross section in the vertical direction through a cold collector.
  • FIG. 2 shows a cross section in the horizontal direction through the refrigerant collector according to FIG. 1.
  • a refrigerant collector 1 consists of two concave or hemispherical half shells 5 and 6, namely an upper half shell 5 and a lower half shell 6, which are connected to one another only by a single weld 7.
  • the concave design of the lower half-shell 6 advantageously causes the separated liquid to converge at the lowest point of the refrigerant collector 1.
  • One end of a separator tube 3 is passed through the wall of the upper half shell 5 and connected to a pipe connection 2a on an inlet side 8a.
  • One end of a mixing tube 4 is passed through the wall of the upper half-shell 5 and connected to a tube connection 2b on an outlet side 8b.
  • This mixing tube 4 is guided downward from the tube connection 2b to the deepest area or lowest point of the lower half-shell 6 and from there back into the upper half-shell 5.
  • One or more tube bores 9 are advantageously provided in a lower region of curvature of the mixing tube 4. It is possible that a bore opening is located at the lowest point of the pipe curvature of the mixing pipe 4 at a short distance above the lowest point of the bottom of the lower half-shell 6. In this way, the separated refrigerant is almost completely extracted.
  • the mixing tube 4 advantageously has a further bore 10 above a maximum expected liquid level.
  • the end of the pipe section 3 located inside the refrigerant collector 1 is advantageously laterally bent. This ensures that an entering medium 11 can not enter the mixing tube 4, the jet-entering medium 11 is directed to the inner wall of the refrigerant collector 1, the liquid components are separated thereby and the foaming of separated liquid in a liquid sump 12 is avoided by the incoming jet becomes.
  • the respective diameter of the tube bore 9 and the bore 10 of the mixing tube 4 can be dimensioned such that a mixing ratio of the liquid mass drawn in from the liquid sump 12 and the gas mass flowing through is almost independent of the mass throughput through the mixing tube 4.

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Abstract

Ein Kältemittelsammler (1) für eine Fahrzeugklimaanlage besteht aus oberen und unteren Halbschalen (5, 6), die mittels einer Schweissnaht (7) miteinander verbunden sind.

Description

Kältemittelsammler für eine Fahrzeugklimaanlage
Die Erfindung betrifft einen Kältemittelsammler für eine Fahrzeugklimaanlage. Insbesondere betrifft sie einen Kältemittelsammler zur Aufnahme und Abgabe von flüssigem Kältemittel innerhalb eines Kälteprozesses einer Fahrzeugklimaanlage mit speziellen Eigenschaften für hohe Betriebsdrücke, insbesondere für den Betrieb einer mit CO2 als Kältemittel arbeitenden Fahrzeugklimaanlage.
Es ist bekannt, daß bei einem dynamischen Betrieb einer Fahrzeugklimaanlage auf der Austrittsseite eines Verdampfers nicht verdampftes flüssiges Kältemittel austreten kann, das zwischengespeichert werden muß und nur in kleinen Mengen den nachfolgenden Bauteilen, z. B. Zwischenwärmetauschern, zugeführt werden darf, um Schäden am Kompressor zu vermeiden. Ein entsprechender Kältemittelsammler ist z. B. in dem Patent von Lorentzen et. al. in dem U.S.-Patent mit der Nr. 5,245,836, ausgegeben am 21. September 1993, beschrieben.
Allerdings sind die bisher bekannten und beschriebenen Kältemittelsammler zylindrisch und mit speziellen Anschlußböden, z. B., aus gewölbten Klöpperböden hergestellt. Diese Bauform hat bei hohen Betriebsbrücken eine hohe Masse und auch große Abmessungen zur Folge. Außerdem müssen mehrere Schweißnähte zur Befestigung der Anschlußböden gefertigt werden, die erfahrungsgemäß nicht zuletzt aufgrund der großen Anzahl Schwachstellen aufweisen können. Außerdem führen große Abmessungen und hohe Massen dazu, daß diese Kältemittelsammler in kompakten Kleinfahrzeugen nicht verwendet werden können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kältemittelsammler der eingangs genannten Art anzugeben, der mit technisch einfachen Mitteln eine hohe Druckfestigkeit bei gleichzeitig geringer Masse zur Verfügung stellt und außerdem leicht zu fertigen ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Kältemittelsammler der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß er aus oberen und unteren Halbschalen besteht, die mittels einer Schweißnaht miteinander verbunden sind. Dies reduziert nicht nur die Abmessungen und auch die Masse eines Kältemittelsammlers, sondern auch noch die Fertigungszeit, da lediglich eine einzige Schweißnaht herzustellen ist.
Da nur eine einzelne Schweißnaht herzustellen ist, ist auch die Gefahr einer Schwachstelle der Schweißnaht reduziert, da eine einzelne Schweißnaht wesentlich einfacher und auch schneller zu überprüfen ist.
Die beiden Halbschalen können sowohl konkav als auch halbkugelförmig ausgebildet sein, wobei diese Halbschalen vertikal übereinander angeordnet sind.
Die konkave oder halbkugelförmige Ausbildung der unteren Halbschale bewirkt in vorteilhafter Weise das Zusammenlaufen von abgeschiedener Flüssigkeit im tiefsten Punkt des Behälters.
Beide Halbschalen können sowohl aus Kunststoff als auch aus Metall bestehen, wobei allerdings aus Metall gefertigte Halbschalen einem höheren Druck widerstehen können.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die obere Halbschale ein Abscheiderohr auf, daß durch die Wandung der oberen Halbschale durchgeführt und mit einem außerhalb der oberen Halbschale liegenden Rohranschluß an einer Eintrittsseite versehen ist.
Wenn das Ende des Abscheiderohrs im Innern des Kältemittelsammlers seitlich abgebogen ist, ist es vorteilhafterweise möglich, das strahlförmig eintretende Medium an die Innenwand des Kältemittelsammlers zu leiten und die Flüssigkeitsanteile dadurch dort abzuscheiden. Außerdem wird dadurch ein Aufschäumen abgeschiedener Flüssigkeit in einem Flüssigkeitssumpf durch den eintretenden Strahl vermieden.
Wenn zudem die obere Halbschale an einer Austrittsseite einen Rohranschluß für ein Mischrohr aufweist, das durch den tiefsten Bereich der unteren Halbschale und wieder zurück in die obere Halbschale verläuft, ist es zudem nicht mehr möglich, daß das eintretende Medium in das Mischrohr eintreten kann.
Wenn das Mischrohr im tiefsten Bereich der unteren Halbschale mindestens eine zur Wandung der unteren Halbschale weisende Rohrbohrung aufweist, ist es möglich, daß auf diese Weise eine nahezu vollständige Absaugung des abgeschiedenen Kältemittels erfolgt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Mischrohr oberhalb des maximal zu erwartenden Spiegels eines Flüssigkeitssumpfes mindestens eine Bohrung auf. Dadurch ist die von Sammlern bekannte Funktion gewährleistet, daß sich eine Mischung von flüssigen und gasförmigen Medien am Ausgang einstellt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die jeweiligen Durchmesser der mindestens einen Rohrbohrung und der mindestens einen Bohrung derart bemessen, daß sich ein von dem Massendurchsatz durch das Mischrohr nahezu unabhängiges Mischungsverhältnis von der aus dem Flüssigkeitssumpf eingezogenen Flüssigkeitsmasse und der durchströmten Gasmasse einstellt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie aus den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt in vertikaler Richtung durch eine Kältesammler; und
Fig. 2 einen Querschnitt in horizontaler Richtung durch den Kältemittelsammler gemäß Fig. 1.
Wie in den Figuren zu sehen, besteht ein Kältemittelsammler 1 aus zwei konkav oder halbkugelförmig ausgebildeten Halbschalen 5 und 6, nämlich einer oberen Halbschale 5 und einer unteren Halbschale 6, die lediglich über einzige Schweißnaht 7 miteinander verbunden sind.
Dabei bewirkt die konkave Ausbildung der unteren Halbschale 6 in vorteilhafter Weise das Zusammenlaufen von abgeschiedener Flüssigkeit im tiefsten Punkt des Kältemittelsammlers 1. Ein Ende eines Abscheiderohrs 3 ist durch die Wandung der oberen Halbschale 5 hindurchgeführt und mit einem Rohranschluß 2a an einer Eintrittsseite 8a verbunden.
Ein Ende eines Mischrohres 4 ist durch die Wandung der oberen Halbschale 5 hindurchgeführt und mit einem Rohranschluß 2b an einer Austrittsseite 8b verbunden.
Dieses Mischrohr 4 wird von dem Rohranschluß 2b nach unten zu dem tiefsten Bereich bzw. tiefsten Punkt der unteren Halbschale 6 und von dort wieder zurück in die obere Halbschale 5 geführt.
In vorteilhafter Weise sind in einem unteren Krümmungsbereich des Mischrohrs 4 eine oder mehrere Rohrbohrungen 9 angebracht. Dabei ist es möglich, daß sich eine Bohrungsöffnung am tiefsten Punkt der Rohrkrümmung des Mischrohrs 4 in einem geringen Abstand oberhalb des tiefsten Punktes des Bodens der unteren Halbschale 6 befindet. Auf diese Weise erfolgt eine nahezu vollständige Absaugung des abgeschiedenen Kältemittels.
Ferner weist das Mischrohr 4 in vorteilhafter Weise oberhalb eines maximal zu erwartenden Flüssigkeitspegels eine weitere Bohrung 10 auf.
Durch die Rohrbohrung 9 und durch die Bohrung 10 ist die von Kältemittelsammlern bekannte Funktion gewährleistet, daß sich eine Mischung von flüssigen und gasförmigen Medien am Ausgang 8b einstellt.
Des weiteren ist das im Innern des Kältemittelsammlers 1 befindliche Ende des Rohrstücks 3 in vorteilhafter Weise seitlich abgebogen. Dadurch wird erreicht, daß ein eintretendes Medium 11 nicht in das Mischrohr 4 eintreten kann, das strahlförmig eintretende Medium 11 an die Innenwand des Kältemittelsammlers 1 geleitet wird, die Flüssigkeitsanteile dadurch abgeschieden werden und das Aufschäumen abgeschiedener Flüssigkeit in einem Flüssigkeitssumpf 12 durch den eintretenden Strahl vermieden wird.
Die jeweiligen Durchmesser der Rohrbohrung 9 und der Bohrung 10 des Mischrohrs 4 können dabei so bemessen sein, daß sich ein von dem Massendurchsatz durch das Mischrohr 4 nahezu unabhängiges Mischungsverhältnis von der aus dem Flüssigkeitssumpf 12 eingezogenen Flüssigkeitsmasse und der durchströmenden Gasmasse einstellt.

Claims

PATENTANSPRUCHE
1. Kältemittelsammler (1 ) für eine Fahrzeugklimaanlage, dadurch gekennzeichnet, daß er aus oberen und unteren Halbschalen (5,6) besteht, die mittels einer Schweißnaht (7) miteinander verbunden sind.
2. Kältemittelsammler (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die untere Halbschale (6) konkav ausgebildet ist.
3. Kältemittelsammler (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch die obere Halbschale (5) konkav ausgebildet ist.
4. Kältemittelsammler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Halbschalen (5,6) halbkugelförmig ausgebildet sind.
5. Kältemittelsammler (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschalen (5,6) aus Kunststoff oder Metall bestehen.
6. Kältemittelsammler (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Halbschale (5) ein Abscheiderohr (3) aufweist, daß durch die Wandung der oberen Halbschale (5) durchgeführt und mit einem außerhalb der oberen Halbschale (5) liegenden Rohranschluß (2a) an einer Eintrittsseite (8a) versehen ist.
7. Kältemittelsammler (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Abscheiderohrs (3) im Innern des Kältemittelsammlers (1) seitlich abgebogen ist.
8. Kältemittelsammler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Halbschale (5) an einer Austrittsseite (8b) einen Rohranschluß (2b) für ein Mischrohr (4) aufweist, das durch den tiefsten Bereich der unteren Halbschale (6) und wieder zurück in die obere Halbschale (5) verläuft.
9. Kältemittelsammler (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischrohr (4) im tiefsten Bereich der unteren Halbschale (6) mindestens eine zur Wandung der unteren Halbschale (6) weisende Rohrbohrung (9) aufweist.
10. Kältemittelsammler (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischrohr (4) oberhalb des maximal zu erwartenden Spiegels eines Flüssigkeitssumpfes (12) mindestens eine Bohrung (10) aufweist.
11. Kältemittelsammler (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Durchmesser der mindestes einen Rohrbohrung (9) und der mindestens einen Bohrung (10) derart bemessen sind, daß sich ein von dem Massendurchsatz durch das Mischrohr (4) nahezu unabhängiges Mischungsverhältnis von der aus dem Flüssigkeitssumpf (12) eingezogenen Flüssigkeitsmasse und der durchströmten Gasmasse einstellt.
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