EP1215451A1 - Entspannungsorgan, insbesondere für den Einsatz in kombinierten Kälteanlagen und Wärmepumpen mit Kohlendioxid als Kältemittel - Google Patents

Entspannungsorgan, insbesondere für den Einsatz in kombinierten Kälteanlagen und Wärmepumpen mit Kohlendioxid als Kältemittel Download PDF

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EP1215451A1
EP1215451A1 EP00127635A EP00127635A EP1215451A1 EP 1215451 A1 EP1215451 A1 EP 1215451A1 EP 00127635 A EP00127635 A EP 00127635A EP 00127635 A EP00127635 A EP 00127635A EP 1215451 A1 EP1215451 A1 EP 1215451A1
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EP
European Patent Office
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refrigerant
channel
throttle
shut
flow
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EP00127635A
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English (en)
French (fr)
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Peter Dr. Heyl
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Original Assignee
Visteon Global Technologies Inc
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Publication date
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    • 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
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30—Expansion means; Dispositions thereof
    • F25B41/38—Expansion means; Dispositions thereof specially adapted for reversible cycles, e.g. bidirectional expansion restrictors
    • 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
    • F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
    • 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 relaxation organ, which in particular for Use in combined refrigeration systems and heat pumps with carbon dioxide as Refrigerant is suitable.
  • Relaxation organs are components of refrigeration systems and Heat pumps, which are used to relax the refrigerant.
  • Refrigeration systems and heat pumps are used to cool or heat Utility rooms.
  • the seasonal climatic changes Conditions often require a heating system in winter and in the Transitional period and a cooling system in summer.
  • Refrigeration systems or heat pumps combinations of these are known.
  • utility rooms such as Living or office rooms as well as storage rooms or for cooling and Heating the passenger compartments of motor vehicles.
  • a refrigeration system is all in one Motor vehicle with an internal combustion engine modified such that with a additional exhaust gas heat exchanger and two additional Reusable shut-off devices with wiring according to the invention both a Refrigeration as well as a heat pump operation, depending on the Temperature requirements inside the passenger compartment is possible.
  • the refrigerant R134a is predominantly used in the Motor vehicle air conditioning used, but other refrigerants, such as Carbon dioxide, propane or butane for their possible uses examined.
  • the high-pressure refrigerant carbon dioxide plays an important role in this. in the Compare processes with R134a and carbon dioxide, for example this has approximately the same efficiency in refrigeration system operation. Become However, in the future systems in heat pump operation will be striven for Carbon dioxide due to the supercritical heat emission, the low Pressure ratio, a constant overpressure of the carbon dioxide on the Low pressure side - and therefore particularly suitable in the overall system. The latter property means that there is none due to the constant overpressure Impurities or foreign gases can get into the system.
  • the concept of the invention is that the relaxation organ of both sides can be flowed through with refrigerant and that the flowable cross section of the relaxation organ automatically at one Change in the flow direction of the refrigerant changes, which Relaxation organ to at least one, the throttling effect in one Has flow direction enabling throttle channel and that continues at least one other, only in the other direction of flow flow-through shut-off throttle duct is present, the shut-off effect is brought about by a mechanical closure element, which by the Pressure of the flowing refrigerant closes the shut-off throttle duct and thereby automatically depending on the flow direction of the Shut-off throttle duct can either be flowed through by refrigerant or is closed.
  • the proposed solution provides a simple and effective solution Multi-channel solution. At least one throttle channel is used in both Flows through the flow. Another channel, below Shut-off throttle channel is only in one direction of flow flow through.
  • the shut-off effect in the other is advantageous Direction of flow caused by a mechanical closure element, which by the pressure of the flowing refrigerant the shut-off throttle duct closes and thereby automatically depending on the flow direction of the Shut-off throttle channel can be flowed through once by refrigerant and in the other direction the shut-off throttle duct is closed.
  • the Expansion device 1 is in a refrigerant circuit Refrigerant connection lines 2 integrated and has as a mechanical Closing element one movable in a refrigerant and pressure tight Housing 6 arranged channel disc 3, which depending on the Flow direction 8 of the refrigerant in two different positions Housing 6 occupies. In each position there is a different one Flow cross section released by the expansion device 1.
  • the Expansion device 1 has at least one throttle duct 4, which is shown in FIG. 1 is advantageously integrated into the housing 6 of the relaxation element 1.
  • the channel disk 3 has two shut-off throttle channels 5 for refrigerant. In the flow direction 8.1 of the refrigerant shown is only the Throttle channel 4 flows through. In the other position of the not shown Channel plate 3 with opposite flow direction of the refrigerant flow through the throttle duct 4 and the shut-off throttle ducts 5.
  • An advantageous embodiment, not shown, is to design the throttle duct 4 so that it can be shut off. In this way, it is possible for the relaxation element 1, if necessary, to have the function of a non-return valve also implemented. It is also advantageous to design the throttle duct 4 simply as a groove in the duct disc 3 or the housing 6 in terms of production technology.
  • Fig. 2 shows a relaxation element 1, which is also a mechanical Closing element a movable in the refrigerant and pressure tight Housing 6 arranged channel plate 3. Again it takes Channel disk 3 two different depending on the flow direction 8 Positions in the housing 6. There is a different one in each position Flow cross section from the expansion element 1 for the refrigerant released, the channel disc 3 in this advantageous embodiment both at least one throttle channel 4 and at least one Shut-off throttle duct 5.
  • FIG. 3 shows a relaxation element 1 according to the invention Function when refrigerant flows in the flow direction 8.1, For example, in a combined heat pump circuit Refrigeration system - heat pump.
  • the channel disc is affected by the flow pressure pressed against the housing 6.
  • the surfaces of Housing 6 and channel disk 3 are designed as sealing surfaces 7, that the throttling effect of the relaxation element 1 as a whole and the Shut-off effect of the shut-off throttle duct 5 are realized. In this position the channel disk, only the throttle channel 4 is flowed through by refrigerant Shut-off throttle channels 5 are not flowed through.
  • Fig. 4 shows the inventive Relaxation device 1 in function when refrigerant flows through Flow direction 8.2, for example in the refrigeration system circuit combined refrigeration system - heat pump. Both the Throttle channel 4 and the shut-off throttle channels 5 of refrigerant flows through. In this position, the sealing surfaces 7 have the channel disk 3 the function of keeping the refrigerant flow through the housing 6 low or completely prevent it. The refrigerant essentially only flows through the channels provided, the throttle channels 4, the shut-off channels 5th
  • Fig. 5 shows a cross section to the flow direction 8.
  • the housing 6 and the channel disk 3 and the channels 4, 5 are each with an oval cross section executed. Equally advantageous is the design of the channels with a round one or other cross-sections deviating from the round cross-section.
  • sealing surface 7 merely causes that not uncontrolled refrigerant through the housing 6 and on the Channel disk 3 passes the relaxation element 1.
  • the quality of the Overall, sealing surfaces 7 only have to be so precise that the desired one Throttling effect is still given. This makes it easy to do designed sealing surface 7 calculate the amount of refrigerant passing and it can be dispensed with complex to produce sealing surfaces 7 what again an inexpensive manufacture of the invention Relaxation organ allows.
  • Both the throttle duct 4 and / or the shut-off throttle duct 5 can According to the invention in the channel disk 3 rectilinear, arcuate or be spiral shaped. This way it is possible with one longer duct to accommodate it in a compact duct disc and thus a space-saving relaxation element 1 according to the invention To make available.
  • the Ratio of the duct cross sections of throttle duct 4 and Shut-off throttle channel 5 to each other and the length of the channels can be Relaxation organ 1 according to the invention for use in Adapt refrigerant circuits with different refrigerants. Partially all that is required is to replace the channel disk 3 in order to combine it Refrigeration - heat pump system with the invention Switch relaxation device 1 to a new refrigerant, which is also seen cost-effectively over a longer period of time. So can by replacing the channel disk 3, the exchange of the entire Component when switching to a new refrigerant for a combined Refrigeration system - heat pump can be avoided.
  • channel disks for the refrigerants carbon dioxide, R134a and R290 can be optimized.
  • the use of the relaxation organ according to the invention is about mobile application of use in motor vehicles also for stationary systems advantageous.

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Abstract

Das Entspannungsorgan (1) soll in kombinierten Kälteanlagen - Wärmepumpen einsetzbar sein und weiterhin die Besonderheiten der Prozessführung des kombinierten Kälteanlagen - Wärmepumpenbetriebs durch seine konstruktive Gestaltung berücksichtigen. Die Konzeption der Erfindung besteht darin, dass das Entspannungsorgan (1) mindestens einen Drosselkanal (4) und mindestens einen Absperrdrosselkanal (5) aufweist und von beiden Seiten mit Kältemittel durchströmbar ist und dass sich der durchströmbare Querschnitt des Entspannungsorgans (1) selbsttätig bei einem Wechsel der Strömungsrichtung des Kältemittels ändert. Dies wird durch ein mechanisches Verschlusselement (3) bewirkt, welches durch den Druck des fließenden Kältemittels in einer Strömungsrichtung einen Absperrdrosselkanal verschließt, welcher in der anderen Strömungsrichtung von Kältemittel durchströmt werden kann. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Entspannungsorgan, welches insbesondere für den Einsatz in kombinierten Kälteanlagen und Wärmepumpen mit Kohlendioxid als Kältemittel geeignet ist.
Entspannungsorgane sind Komponenten von Kälteanlagen und Wärmepumpen, welche zur Entspannung des Kältemittels eingesetzt werden.
Kälteanlagen und Wärmepumpen dienen der Kühlung oder Heizung von Nutzräumen. Die jahreszeitlich verursachten wechselnden klimatischen Bedingungen erfordern häufig ein Heizsystem im Winter und in der Übergangszeit und ein Kühlsystem im Sommer.
Im Stand der Technik sind, über die monofunktionelle Nutzung von Kälteanlagen oder Wärmepumpen hinaus, Kombinationen von diesen bekannt. Beispielsweise für die alternative Heizung oder Kühlung von Nutzräumen, wie Wohn- oder Büroräumen als auch von Lagerräumen oder für die Kühlung und Heizung der Fahrgastzellen von Kraftfahrzeugen.
Letzterer Anwendungsfall verdeutlicht sehr gut die Möglichkeit der Kombination und der gegenseitigen Ergänzung von Kälteanlagen und Wärmepumpen.
Die herkömmliche Fahrgastraumheizung durch die Motorabwärme für den Winter ist zwar eine Standardkomponente in Kraftfahrzeugen, jedoch wird es immer wichtiger, alternative Wärmequellen dafür zu erschließen. Dies hängt damit zusammen, dass moderne Verbrennungs- oder Elektromotoren immer weniger Abwärme erzeugen und somit die für die Fahrgastraumheizung nutzbaren Wärmemengen immer geringer werden.
Außerdem wird im Winter gerade beim Starten mit kaltem Motor nicht sofort ausreichend Abwärme für die Fahrgastraumheizung zur Verfügung gestellt.
Zunehmend werden Kraftfahrzeuge für die Kühlung des Fahrgastraumes im Sommer auch mit einer Kälteanlage, einer Klimaanlage ausgestattet.
Damit lag es nahe, sich als zusätzliche Wärmequelle für die Fahrgastraumheizung die Umgebungswärme mittels einer Wärmepumpe zu erschließen und dazu die vorhandene Kälteanlage für einen kombinierten Kälteanlagen - Wärmepumpenbetrieb zu modifizieren oder aber zumindest einen Teil der Verdichtungsarbeit des Kältemittelkompressors für die Fahrgastraumheizung zu nutzen.
Letzteres Konzept verwirklicht eine Lösung nach der US 6 041 849. Diese sieht die Schaltung einer Kälteanlage vor, welche mit einem zusätzlichen Entspannungsorgan und einer Druckregelung die Verdichtungsarbeit des Kältemittelkompressors in für die Fahrgastraumheizung nutzbare Wärmeenergie umwandelt. Jedoch nutzt diese Lösung nur die Verdichtungsarbeit und wandelt diese in Wärmeenergie um, die Wärmepumpenfunktion der Nutzung von Umgebungswärme wird dadurch nicht realisiert.
In Kraftfahrzeugen liegen aber insgesamt günstige Einsatzbedingungen für den kombinierten Kälteanlagen - Wärmepumpenbetrieb und eine Nutzung der Umgebungswärme vor.
Nach dem Konzept der EP 0 945 290 A2 wird eine Kälteanlage in einem Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor derart modifiziert, dass mit einem zusätzlichen Abgaswärmeübertrager und zwei zusätzlichen Mehrwegabsperrorganen mit erfindungsgemäßer Verschaltung sowohl ein Kälteanlagen- als auch ein Wärmepumpenbetrieb, abhängig von den Anforderungen an die Temperatur im Inneren des Fahrgastraumes, möglich ist.
Als besonders nachteilig an diesem bekannten Stand der Technik ist festzustellen, dass bei der Lösung nach der US 6 041 849 nur die Verdichtungsarbeit des Kältemittelkompressors zur Wärmeerzeugung genutzt wird und dass weiterhin eine Druckregelung und ein zugehöriges Regelventil für den Betrieb der Vorrichtung notwendig ist.
Die erfindungsgemäße Lehre der EP 0 945 290 A2 überwindet die genannten Nachteile, jedoch legt die Offenbarung der Ausführung des Entspannungsorgans für den kombinierten Kälteanlagen-Wärmepumpenbetrieb den Schluss nahe, dass ein von beiden Seiten durchströmbares Entspannungsorgan in der beschriebenen Ausführungsform aufwendig gestaltet ist. Das Entspannungsorgan soll in einer räumlichen Einheit als kombiniertes Expansionsventil ausgeführt und in beide Strömungsrichtungen schaltbar sein.
Derartige Expansionsventile oder auch Anordnungen von diesen, welche in den verschiedenen Strömungsrichtungen beschaltet werden, sind konstruktionsbedingt relativ teuer. Dies ist ein wesentlicher Nachteil, da das Expansionsventil selbst bereits einen relativ zur Kälteanlage hohen Wert besitzt und sich die kombinierte Kälteanlage oder Wärmepumpe durch ein komplizierteres Expansionsventil oder gar zwei Expansionsventile mit den nötigen Verbindungsleitungen und Absperrorganen erheblich verteuern würde.
Zudem ist der Prozessverlauf in der Kälteanlagen- oder der Wärmepumpenschaltung insbesondere bei Prozessen mit Kohlendioxid als Kältemittel verschieden. Vor der Entspannung des Kältemittels liegt diese dabei mit unterschiedlicher Dichte vor. Dies führt dazu, dass ein Entspannungsorgan diese verschiedenen Prozessführungen ermöglichen sollte, was wiederum die technischen und konstruktiven Anforderungen erhöht und eine solche Komponente verteuert.
Zum gegenwärtigen Zeitpunkt wird überwiegend das Kältemittel R134a bei der Kraftfahrzeugklimatisierung eingesetzt, jedoch werden weitere Kältemittel, wie Kohlendioxid, Propan oder Butan auf deren Einsatzmöglichkeiten hin untersucht.
Eine wichtige Rolle spielt dabei das Hochdruckkältemittel Kohlendioxid. Im Vergleich von Prozessen mit R134a und Kohlendioxid beispielsweise weisen diese im Kälteanlagenbetrieb eine annähernd gleiche Effizienz auf. Werden jedoch in Zukunft Systeme im Wärmepumpenbetrieb angestrebt, so ist Kohlendioxid auf Grund der überkritischen Wärmeabgabe, des geringen Druckverhältnisses, eines ständigen Überdrucks des Kohlendioxids auf der Niederdruckseite - und somit im Gesamten System - besonders geeignet. Letztere Eigenschaft führt dazu, dass durch den ständigen Überdruck keine Verunreinigungen oder Fremdgase in das System gelangen können.
Hinzu kommt weiterhin, dass die Leistungszahl des Prozesses mit Kohlendioxid bei einer Austrittstemperatur des Kohlendioxids aus dem Gaskühler - Wärmeübertrager für die Fahrgastraumheizung - von 30°C den Leistungszahlen vergleichbarer Systeme mit R134a oder R290 deutlich überlegen ist. Je geringer die Temperatur ist, desto besser ist Kohlendioxid als Kältemittel für die genannten Anwendungen geeignet.
Der höhere Betriebsdruck in einer Anlage mit Kohlendioxid als Kältemittel erfordert neue Komponenten, dies ist aber, wie die Vergangenheit gezeigt hat, als beherrschbar einzustufen. Es wurden dazu Komponenten mit geringen Strömungsquerschnitten und Füllvolumina entwickelt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Entspannungsorgan konstruktiv einfach auszubilden, welches damit auch kostengünstig herstellbar ist. Zudem soll das Entspannungsorgan in kombinierten Kälteanlagen - Wärmepumpen einsetzbar sein und weiterhin die Besonderheiten der Prozessführung des kombinierten Kälteanlagen - Wärmepumpenbetriebs durch seine konstruktive Gestaltung berücksichtigen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmalskombination des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Die Konzeption der Erfindung besteht darin, dass das Entspannungsorgan von beiden Seiten mit Kältemittel durchströmbar ist und dass sich der durchströmbare Querschnitt des Entspannungsorgans selbsttätig bei einem Wechsel der Strömungsrichtung des Kältemittels ändert, wobei das Entspannungsorgan dazu mindestens einen, die Drosselwirkung in einer Strömungsrichtung ermöglichenden Drosselkanal aufweist und dass weiterhin mindestens ein weiterer, nur in der anderen Strömungsrichtung durchströmbarer Absperrdrosselkanal vorhanden ist, wobei die Absperrwirkung durch ein mechanisches Verschlusselement bewirkt wird, welches durch den Druck des fließenden Kältemittels den Absperrdrosselkanal verschließt und dadurch selbsttätig in Abhängigkeit der Strömungsrichtung der Absperrdrosselkanal entweder von Kältemittel durchströmt werden kann oder verschlossen ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Gegenstand lässt sich vorteilhaft sowohl der Wärmepumpen- als auch der Kälteanlagenbetrieb realisieren. Speziell bei der Verwendung von Kohlendioxid als Kältemittel ändert sich die Dichte vor dem Entspannungsorgan sehr deutlich. Es ist deshalb während des Wärmepumpenbetriebes nur ein deutlich kleinerer Strömungsquerschnitt im Entspannungsorgan notwendig verglichen mit dem des Kälteanlagenbetriebes.
Eine einfache und wirkungsvolle Lösung stellt die vorgeschlagene Mehrkanallösung dar. Mindestens ein Drosselkanal wird dabei in beiden Strömungsrichtungen durchströmt. Ein weiterer Kanal, im Folgenden Absperrdrosselkanal genannt, ist nur in einer Strömungsrichtung durchströmbar. Vorteilhaft wird die Absperrwirkung in der anderen Stömungsrichtung durch ein mechanisches Verschlusselement bewirkt, welches durch den Druck des fließenden Kältemittels den Absperrdrosselkanal verschließt und dadurch selbsttätig in Abhängigkeit der Strömungsrichtung der Absperrdrosselkanal einmal von Kältemittel durchströmt werden kann und in der anderen Richtung der Absperrdrosselkanal verschlossen ist.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1:
Längsschnitt eines Entspannungsorgans mit Drosselkanal im Gehäuse
Fig. 2:
Längsschnitt eines Entspannungsorgans mit Drosselkanal in der Kanalscheibe
Fig. 3:
Längsschnitt eines Entspannungsorgans im Wärmepumpenbetrieb
Fig. 4:
Längsschnitt eines Entspannungsorgans im Kälteanlagenbetrieb
Fig. 5:
Querschnitt V-V, Kanalscheibe in Absperrstellung
Fig. 6:
Querschnitt VI-VI, Kanalscheibe in Durchflussstellung
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform dargestellt. Das Entspannungsorgan 1 ist in einen Kältemittelkreislauf über Kältemittelverbindungsleitungen 2 eingebunden und weist als mechanisches Verschlusselement eine beweglich in einem kältemittel- und druckdichten Gehäuse 6 angeordnete Kanalscheibe 3 auf, welche in Abhängigkeit der Strömungsrichtung 8 des Kältemittels zwei verschiedene Positionen im Gehäuse 6 einnimmt. In jeder Position wird dabei ein unterschiedlicher Strömungsquerschnitt vom Entspannungsorgan 1 freigegeben. Das Entspannungsorgan 1 weist mindestens einen Drosselkanal 4 auf, der in Fig. 1 vorteilhaft in das Gehäuse 6 des Entspannungsorgans 1 integriert ist. Weiterhin weist die Kanalscheibe 3 zwei Absperrdrosselkanäle 5 für Kältemittel auf. In der dargestellten Strömungsrichtung 8.1 des Kältemittels wird nur der Drosselkanal 4 durchströmt. In der nicht dargestellten anderen Position der Kanalscheibe 3 bei entgegengesetzter Strömungsrichtung des Kältemittels werden der Drosselkanal 4 und die Absperrdrosselkanäle 5 durchströmt.
Eine vorteilhafte, nicht dargestellte Ausführungsform stellt es dar, den Drosselkanal 4 absperrbar auszugestalten. Auf diese Art gelingt es, vom Entspannungsorgan 1, wenn dies notwendig ist, die Funktion einer Rückschlagklappe mit realisieren zu lassen.
Ebenfalls von Vorteil ist es, den Drosselkanal 4 fertigungstechnisch einfach als eine Nut in der Kanalscheibe 3 oder dem Gehäuse 6 auszubilden.
Fig. 2 zeigt ein Entspannungsorgan 1, welches ebenfalls als mechanisches Verschlusselement eine beweglich in dem kältemittel- und druckdichten Gehäuse 6 angeordnete Kanalscheibe 3 aufweist. Wiederum nimmt die Kanalscheibe 3 in Abhängigkeit der Strömungsrichtung 8 zwei verschiedene Positionen im Gehäuse 6 ein. Dabei wird in jeder Position ein unterschiedlicher Strömungsquerschnitt vom Entspannungsorgan 1 für das Kältemittel freigegeben, wobei die Kanalscheibe 3 in dieser vorteilhaften Ausführungsform sowohl mindestens einen Drosselkanal 4 als auch mindestens einen Absperrdrosselkanal 5 aufweist.
Die Darstellung in Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Entspannungsorgan 1 in Funktion beim Durchströmen von Kältemittel in Strömungsrichtung 8.1, beispielsweise in einer Wärmepumpenschaltung einer kombinierten Kälteanlage - Wärmepumpe. Die Kanalscheibe wird durch den Strömungsdruck an das Gehäuse 6 gedrückt. Die dabei aufeinanderliegenden Flächen von Gehäuse 6 und Kanalscheibe 3 sind derart als Dichtungsflächen 7 ausgebildet, dass die Drosselwirkung des Entspannungsorgans 1 insgesamt und die Absperrwirkung des Absperrdrosselkanals 5 realisiert sind. In dieser Position der Kanalscheibe wird nur der Drosselkanal 4 von Kältemittel durchströmt, die Absperrdrosselkanäle 5 werden nicht durchströmt.
In Ergänzung zu Fig. 3 zeigt Fig. 4 das erfindungsgemäßes Entspannungsorgan 1 in Funktion beim Durchströmen von Kältemittel in Strömungsrichtung 8.2, beispielsweise in der Kälteanlagenschaltung einer kombinierten Kälteanlage - Wärmepumpe. Dabei werden sowohl der Drosselkanal 4 als auch die Absperrdrosselkanäle 5 von Kältemittel durchströmt. Die Dichtflächen 7 haben in dieser Position der Kanalscheibe 3 die Funktion, den Kältemitteldurchfluss durch das Gehäuse 6 gering zu halten oder gänzlich zu unterbinden. Das Kältemittel fließt somit im Wesentlichen nur durch die dafür vorgesehenen Kanäle, die Drosselkanäle 4 die Absperrkanäle 5.
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt zur Strömungsrichtung 8. Das Gehäuse 6 und die Kanalscheibe 3 sowie die Kanäle 4, 5 sind jeweils mit ovalem Querschnitt ausgeführt. Ebenso vorteilhaft ist die Ausgestaltung der Kanäle mit rundem oder weiteren, vom runden Querschnitt abweichenden Querschnitten möglich.
Zu sehen sind die Enden der Drosselkanäle 4 und der Absperrdrosselkanäle 5, wobei die Absperrdrosselkanäle 5 bei Strömungsrichtung 8.1 von der Dichtfläche 7 abgesperrt und somit nicht von Kältemittel durchströmt werden.
In Strömungsrichtung 8.2 werden gemäß Fig. 6 die Kanäle 4, 5 von Kältemittel durchströmt. Die Dichtungsfläche 7 bewirkt in dieser Position lediglich, dass nicht unkontrolliert Kältemittel durch das Gehäuse 6 hindurch und an der Kanalscheibe 3 vorbei das Entspannungsorgan 1 passiert. Die Qualität der Dichtflächen 7 muss aber insgesamt nur so genau sein, dass der gewünschte Drosseleffekt noch gegeben ist. Damit lässt sich bei einer unaufwendig gestalteten Dichtfläche 7 die passierende Kältemittelmenge kalkulieren und es kann auf aufwendig herzustellende Dichtungsflächen 7 verzichtet werden, was wiederum eine kostengünstige Fertigung des erfindungsgemäßen Entspannungsorgans ermöglicht.
Sowohl der Drosselkanal 4 und / oder der Absperrdrosselkanal 5 kann erfindungsgemäß in der Kanalscheibe 3 geradlinig, bogenförmig oder spiralförmig ausgebildet sein. Auf diese Weise ist es möglich bei einem längeren Kanal, diesen in einer kompakten Kanalscheibe unterzubringen und damit platzsparend ein erfindungsgemäßes Entspannungsorgan 1 zur Verfügung zu stellen.
Weiterhin ist es von Vorteil die Kanalscheibe 3 im Gehäuse 6 bei ihrer Bewegung von einer Position in die andere nach einer Änderung der Strömungsrichtung 8 des Kältemittels mechanisch zu führen. Eine solche mechanische Führung ist vorteilhaft als Ausnehmung mit einem korrespondierenden Vorsprung auszuführen.
Über die Gestaltung und die quantitative Variation der Kanalquerschnitte, des Verhältnisses der Kanalquerschnitte von Drosselkanal 4 und Absperrdrosselkanal 5 zueinander und der Länge der Kanäle lässt sich ein erfindungsgemäßes Entspannungsorgan 1 an den Einsatz in Kältemittelkreisläufen mit unterschiedlichen Kältemitteln anpassen. Teilweise ist dazu lediglich der Austausch der Kanalscheibe 3 nötig, um ein kombiniertes Kälteanlagen - Wärmepumpen - System mit dem erfindungsgemäßen Entspannungsorgan 1 auf ein neues Kältemittel umzustellen, was sich auch über einen längeren Zeitraum gesehen kostengünstig auswirkt. Somit kann durch den Austausch der Kanalscheibe 3 der Austausch der gesamten Komponente bei der Umstellung auf ein neues Kältemittel für eine kombinierte Kälteanlage - Wärmepumpe vermieden werden.
Insbesondere können die Kanalscheiben für die Kältemittel Kohlendioxid, R134a und R290 optimiert werden.
Der Einsatz des erfindungsgemäßen Entspannungsorgans ist über den mobilen Anwendungsfall des Einsatzes in Kraftfahrzeugen hinaus auch für stationäre Anlagen vorteilhaft.
LISTE DER BEZUGSZEICHEN
1
Entspannungsorgan
2
Kältemittelverbindungsleitung
3
Kanalscheibe
4
Drosselkanal
5
Absperrdrosselkanal
6
Gehäuse
7
Dichtungsfläche
8
Kältemittelströmungsrichtung
8.1
Kältemittelströmungsrichtung im Wärmepumpenbetrieb
8.2
Kältemittelströmungsrichtung im Kälteanlagenbetrieb

Claims (10)

  1. Entspannungsorgan, insbesondere für den Einsatz in kombinierten Kälteanlagen und Wärmepumpen mit Kohlendioxid als Kältemittel, dadurch gekennzeichnet, dass das Entspannungsorgan (1) von beiden Seiten mit Kältemittel durchströmbar ist und dass sich der durchströmbare Querschnitt des Entspannungsorgans selbsttätig bei einem Wechsel der Strömungsrichtung des Kältemittels (8) ändert, wobei das Entspannungsorgan (1) dazu mindestens einen, die Drosselwirkung in einer Strömungsrichtung (8.1) ermöglichenden Drosselkanal (4) aufweist und dass weiterhin mindestens ein weiterer, nur in der anderen Strömungsrichtung (8.2) durchströmbarer Absperrdrosselkanal (5) vorhanden ist, wobei die Absperrwirkung in der Stömungsrichtung (8.1) durch mindestens ein mechanisches Verschlusselement bewirkt wird, welches durch den Druck des fließenden Kältemittels den Absperrdrosselkanal (5) verschließt und dadurch selbsttätig in Abhängigkeit der Strömungsrichtung (8) der Absperrdrosselkanal (5) entweder von Kältemittel durchströmt werden kann oder verschlossen ist.
  2. Entspannungsorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entspannungsorgan (1) als mechanisches Verschlusselement eine beweglich in einem kältemittel- und druckdichten Gehäuse (6) angeordnete Kanalscheibe (3) aufweist, welche in Abhängigkeit der Strömungsrichtung (8) zwei verschiedene Positionen im Gehäuse (6) einnimmt und in jeder Position ein unterschiedlicher Strömungsquerschnitt vom Entspannungsorgan (1) freigegeben wird, wobei das Entspannungsorgan (1) mindestens einen Drosselkanal (4) und die Kanalscheibe (3) mindestens einen Absperrdrosselkanal (5) für Kältemittel aufweist und dass in einer Strömungsrichtung (8.1) des Kältemittels der Drosselkanal (4) durchströmt wird und dass in der anderen Strömungsrichtung (8.2) des Kältemittels der Drosselkanal (4) und der Absperrdrosselkanal (5) durchströmt werden.
  3. Entspannungsorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entspannungsorgan (1) als mechanisches Verschlusselement eine beweglich in einem kältemittel- und druckdichten Gehäuse (6) angeordnete Kanalscheibe (3) aufweist, wobei die Kanalscheibe (3) sowohl mindestens einen Absperrdrosselkanal (5) und mindestens einen Drosselkanal (4) aufweist.
  4. Entspannungsorgan nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkanal (4) absperrbar ausgebildet ist.
  5. Entspannungsorgan nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkanal (4) als Nut im Inneren des Gehäuses (6) oder als Nut in der Kanalscheibe (3) ausgebildet ist.
  6. Entspannungsorgan nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die während der Strömung des Kältemittels durch das Entspannungsorgan (1) sich berührenden Flächen der Kanalscheibe (3) und des Gehäuses (6) derart als Dichtungsflächen (7) ausgebildet sind, dass die Drosselwirkung des Entspannungsorgans (1) insgesamt und die Absperrwirkung des Absperrdrosselkanals (5) in Strömungsrichtung (8.1) realisiert sind.
  7. Entspannungsorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkanal (4) und der Absperrdrosselkanal (5) kreisförmige Querschnitte aufweisen.
  8. Entspannungsorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkanal (4) und / oder der Absperrdrosselkanal (5) geradlinig, bogenförmig oder spiralförmig ausgebildet sind.
  9. Entspannungsorgan nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalscheibe (3) im Gehäuse (6) bei der Bewegung nach Änderung der Strömungsrichtung (8) des Kältemittels mechanisch geführt wird.
  10. Entspannungsorgan nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Entspannungsorgan (1) mit verschiedenen Kanalscheiben (3) an den Einsatz in Kältemittelkreisläufen mit unterschiedlichen Kältemitteln wie beispielsweise Kohlendioxid, R134a oder R290 anpassbar und in stationären oder mobilen Anlagen einsetzbar ist.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7802441B2 (en) 2004-05-12 2010-09-28 Electro Industries, Inc. Heat pump with accumulator at boost compressor output
US7849700B2 (en) 2004-05-12 2010-12-14 Electro Industries, Inc. Heat pump with forced air heating regulated by withdrawal of heat to a radiant heating system
US7861541B2 (en) 2004-07-13 2011-01-04 Tiax Llc System and method of refrigeration

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2069630A (en) * 1935-10-24 1937-02-02 Gen Electric Flow controlling device for refrigerating systems
US4926658A (en) * 1989-04-14 1990-05-22 Lennox Industries, Inc. Two way flow control device
US5345780A (en) * 1990-07-18 1994-09-13 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce Bi-flow expansion device
US5706670A (en) * 1996-11-25 1998-01-13 Carrier Corporation Bidirectional meterd flow control device
US5715862A (en) * 1996-11-25 1998-02-10 Carrier Corporation Bidirectional flow control device
EP0851189A2 (de) * 1996-12-30 1998-07-01 Carrier Corporation Zweirichtungsdurchflussregelvorrichtung
US5813244A (en) * 1996-11-25 1998-09-29 Carrier Corporation Bidirectional flow control device
EP0945290A2 (de) 1998-03-27 1999-09-29 DaimlerChrysler AG Verfahren und Vorrichtung zum Heizen und Kühlen eines Nutzraumes eines Kraftfahrzeuges
US6041849A (en) 1996-01-31 2000-03-28 Valeo Climatisation Heating device for vehicle using the coolant fluid circuit

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2069630A (en) * 1935-10-24 1937-02-02 Gen Electric Flow controlling device for refrigerating systems
US4926658A (en) * 1989-04-14 1990-05-22 Lennox Industries, Inc. Two way flow control device
US5345780A (en) * 1990-07-18 1994-09-13 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce Bi-flow expansion device
US6041849A (en) 1996-01-31 2000-03-28 Valeo Climatisation Heating device for vehicle using the coolant fluid circuit
US5706670A (en) * 1996-11-25 1998-01-13 Carrier Corporation Bidirectional meterd flow control device
US5715862A (en) * 1996-11-25 1998-02-10 Carrier Corporation Bidirectional flow control device
US5813244A (en) * 1996-11-25 1998-09-29 Carrier Corporation Bidirectional flow control device
EP0851189A2 (de) * 1996-12-30 1998-07-01 Carrier Corporation Zweirichtungsdurchflussregelvorrichtung
EP0945290A2 (de) 1998-03-27 1999-09-29 DaimlerChrysler AG Verfahren und Vorrichtung zum Heizen und Kühlen eines Nutzraumes eines Kraftfahrzeuges

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7802441B2 (en) 2004-05-12 2010-09-28 Electro Industries, Inc. Heat pump with accumulator at boost compressor output
US7849700B2 (en) 2004-05-12 2010-12-14 Electro Industries, Inc. Heat pump with forced air heating regulated by withdrawal of heat to a radiant heating system
US7861541B2 (en) 2004-07-13 2011-01-04 Tiax Llc System and method of refrigeration

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