EP1293736A1 - Kältesystem zur Klimatisierung eines Fahrzeuges und Kühleinrichtung zum Einsatz in einem derartigen Kältesystem - Google Patents

Kältesystem zur Klimatisierung eines Fahrzeuges und Kühleinrichtung zum Einsatz in einem derartigen Kältesystem Download PDF

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EP1293736A1
EP1293736A1 EP02018044A EP02018044A EP1293736A1 EP 1293736 A1 EP1293736 A1 EP 1293736A1 EP 02018044 A EP02018044 A EP 02018044A EP 02018044 A EP02018044 A EP 02018044A EP 1293736 A1 EP1293736 A1 EP 1293736A1
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EP
European Patent Office
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oil
cooling device
refrigeration system
cooling
ölabscheideeinheit
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EP02018044A
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EP1293736B1 (de
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Hans-Joachim Dipl.-Ing. Krauss
Roland Dipl.-Phys. Burk
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Mahle Behr GmbH and Co KG
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Behr GmbH and Co KG
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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
    • F25B43/00—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat
    • F25B43/02—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat for separating lubricants from the refrigerant
    • 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
    • F25B31/00—Compressor arrangements
    • F25B31/002—Lubrication
    • F25B31/004—Lubrication oil recirculating arrangements
    • 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
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/04—Condensers

Definitions

  • the invention relates to a refrigeration system, in particular refrigeration cycle system for the air conditioning of a vehicle, with a cooling device by means of a to be cooled and oil (refrigeration oil) containing gas medium enforceable is, and with a ⁇ labscheideisme, according to the preamble of the claim 1. Furthermore, the invention relates to a cooling device for use in Such a refrigeration system according to the preamble of claim 14.
  • Refrigeration systems and cooling devices of the type mentioned are known.
  • refrigeration oil Proportion of oil (refrigeration oil) in a same prevailing refrigerant (Gas medium) need.
  • compressors Because of cost reasons, such compressors have no own oil sump or oil separator to the Keep refrigeration oil away from other refrigeration cycle components, circulate relatively high refrigeration oil content with the refrigerant through all components of the refrigeration cycle with correspondingly negative effects on the achievable Cooling capacity or on the cooling capacity.
  • an oil separator in a hot gas line between a compressor and a condenser of a refrigeration cycle system integrate.
  • Such external oil separators are relatively large and expensive and usually have a relatively high basic charge with refrigeration oil for controlling the flow of cold oil by means of a float valve.
  • These oil separators to a relatively high degree of separation designed by over 95%.
  • the one with the refrigerant circulating refrigerant oil fraction is relatively large and leads to different performance and efficiency-reducing effects.
  • the refrigeration system is characterized the oil separation unit is integrated in the cooling device. there it may at the cooling device (heat-dissipating component) to a condenser or a gas cooler, for example in circuits with supercritical heat dissipation, act.
  • the oil separation unit is preferably integrated on the hot gas medium side in the cooling device and provides a technically relatively easy to implement solution because no additional screw connections or the like is needed such as when integrating an oil separator would be necessary in an extended hot gas line. advantageously, requires the integrated in the cooler oil separation practically no additional space.
  • the oil separation unit is enforceable by means of the gas medium Wire and / or metal plate structure formed.
  • the ⁇ labscheidetician For example, as a pack of a knitted wire, a Wire mesh, a wire mesh or as a stack of expanded metal plates be educated.
  • Such ⁇ labscheidetician is in proportion easily integrated in the cooling device and is used for oil separation by a hot gas medium flows through (interspersed).
  • suitable design options the ⁇ labscheidetician conceivable.
  • the oil separation unit preferably contains a surface-enlarging, geometric macrostructuring. This is under macro structuring one of the enforcement structure (eg, wire knit) of the oil separation unit superimposed geometric structuring of in relation to the Enforcement direction of the gas medium front and / or back Surface (interface) of the ⁇ labscheideech understood.
  • the oil separation unit may be formed as a longitudinally pleated pack be, by means of which an improved separation effect of the refrigeration oil from the oil separating unit passing through the gas medium and an optimized Refrigeration oil drain from the oil separation unit can be achieved.
  • it is also a curved configuration of the front and / or rear side (entrance or exit surface) of the ⁇ labscheidetician to achieve the mentioned effects possible.
  • the oil separation unit contains at the with respect to the direction of enforcement of the gas medium downstream boundary surface at least one substantially perpendicular downwardly extending oil drain edge, which is a U-shaped or V-shaped in cross-section Profile.
  • a basically desirable refrigeration oil drain favors or supports the oil separation unit and tearing cold oil drops into the oil separation unit Gas medium flow prevented.
  • the ⁇ labscheideech is enforceable in a gas medium Integrated collection tube of the cooling device, with a cooling device connected to an evaporator suction line of the refrigeration system connected is.
  • a manifold is a manifold or about an inlet-side section of a distributor tube the cooling device in which relatively simpler and more effective Way the oil separation unit is integrated.
  • the oil separation unit in the form of a wire and / or metal plate structure during the manufacturing process the cooling device and in particular before a soldering process for Prepare the same in the manifold in a low-assembly manner or use.
  • a first, with respect to the direction of enforcement of the gas medium upstream chamber and a second, downstream chamber formed.
  • the upstream chamber is used for the pre-distribution of the hot Gas medium-refrigerant oil mixture on the entire face of the oil separation unit, while the downstream chamber is undergoing further homogenization the self-adjusting velocity distribution of the now largely refrigerant oil-free gas medium via the associated cooling lines (for example Capacitor lines) of the cooling device is used, so that a largely the same large gas medium mass flow (refrigerant mass flow) in all cooling pipes (condenser pipes) connected to the manifold is achievable.
  • Capacitor lines for example Capacitor lines
  • the ⁇ labscheideech is frontally preferably spaced from the respective Inlet opening of gas medium cooling lines arranged. hereby This avoids that in the example, as a wire and / or metal plate structure trained oil separation unit deposited and along selbiger down-going refrigerant oil due to capillary action can get into the cooling lines.
  • the manifold in the first chamber in a lower Area an oil drain opening.
  • the collecting pipe in lower area a boundary wall, pointing to the oil drain opening Edge is located lower than her to the gas medium cooling lines directed edge.
  • the oil drain opening is preferably mounted lower than the lowest, with the manifold related cooling line, wherein the edge of the boundary wall pointing to the oil drain opening deeper for this purpose is arranged as her directed to the gas medium cooling lines edge.
  • the boundary wall can be as a flat, obliquely arranged sheet or be formed as graded form sheet.
  • the boundary wall a partition wall integrated within the cooling device which, in the case of a shaped sheet, preferably as a deep-drawn part or is designed as a flow molding.
  • the oil drain opening with a particular capillary tube trained oil return line connected is the oil return line in terms of pressure loss (diameter, length) designed so that at normal pressure differences between high pressure and Low-pressure side of the deposited by means of ⁇ labscheideech cooling oil mass flow completely from the manifold (manifold) of the cooling device (Capacitor) can be dissipated, but in the presence of a Gas medium at the oil discharge opening of the gas medium mass flow (hot gas mass flow) due to the lower density of the gas medium and due to the relatively small cross section of the oil drain opening or the oil return line remains negligibly small.
  • a pressure reduction takes place to a present Saugdruckieri in the particular short throttle tube ("Orifice") immediately in front of a junction in a suction line.
  • the oil return line can thus with a slightly larger Be executed diameter.
  • this variant allows a more effective Cooling the refrigeration oil during its return through the oil return line, because a temperature-lowering relaxation process only in one End region (seen in oil return direction) of the oil return line takes place and thus a larger temperature difference between each to be returned refrigerant oil in the oil return line and the ambient temperature can be used.
  • cooling device for use in a corresponding refrigeration system, with the features of claim 14.
  • the cooling device according to the invention is characterized in that the ⁇ labscheideiki is integrated in the cooling device.
  • FIG 1 shows a block diagram of a generally designated 10 Refrigeration system, in particular a refrigeration cycle system, for example for Air conditioning of a vehicle.
  • the refrigeration system 10 includes a cooling device 12, with an evaporator 14 to form a closed Circulatory is operatively connected. From the evaporator 14 leads as an arrow 22 shown refrigerant line to an expansion valve 16, of which a refrigerant line shown as arrow 24 to a connection point 26 leads.
  • the refrigerant is in particular a Gas medium and in the present embodiment to hot gas.
  • an oil return line shown as arrow 28 separated oil (refrigeration oil) from the cooling device 12 in the of Evaporator 14 incoming refrigerant supplied to form a refrigerant-oil mixture, that according to arrow 30 through a corresponding feed line a compressor 18 is supplied. From the compressor 18 leads a as arrow 32 shown feed line to the cooling device 12 for acting the same with the now under higher pressure refrigerant-oil mixture.
  • an integrated oil separator unit 46- finds an oil separation described in detail later the refrigerant-oil mixture instead, the separated oil, as already mentioned, by the oil return line shown as arrow 28 of the cooling device 12 is conducted to the connection point 26.
  • the refrigerant will passed through the cooling device 12 and through a refrigerant return line (Arrow 34) directed to a collector or dryer 20, from which a refrigerant return line shown as arrow 36 to the expansion valve 16 leads.
  • the expansion valve 16 is finally by means of a Arrow 38 shown return line connected to the evaporator 14.
  • the lines 22, 24, 28, 30 are suction lines while the lines 32, 34, 36, 38 are pressure lines.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a possible embodiment a cooling device 12, which in the refrigeration system 10 of Figure 1 can be used.
  • FIG. 3 shows a detail of the cooling device 12 of FIG. 2 in FIG shown enlarged scale.
  • the cooling device 12 of Figures 2 and 3 is connected to the supply line 32 for supplying the refrigerant-oil mixture connected according to arrow 40 in the cooling device 12.
  • the cooling device 12 a manifold 48, which through a lower boundary wall 62 (partition wall) is limited.
  • the ⁇ labscheideech 46 arranged such that a first, with respect to the feed direction (Arrow 40) of the refrigerant-oil mixture upstream chamber 50 and a second, downstream chamber 52 is formed.
  • the oil separation unit 46 is formed for example as a wire and / or metal plate structure and by the refrigerant (gas medium) enforceable.
  • the oil separation unit 46 frontally spaced to a plurality of inlet openings 54 of refrigerant cooling lines 56 (gas medium cooling lines) arranged.
  • refrigerant cooling lines 56 gas medium cooling lines
  • the oil drain opening 60 is with a particular as Capillary tube formed oil return line 28 for oil return according to Arrow 44 connected.
  • the guided by the cooling device 12 refrigerant (Gas medium) is through the refrigerant return line 34 according to arrow 42nd returned to the evaporator 14 (see also Figure 1).
  • Cooling device 12 is the boundary wall 62 as a flat, obliquely arranged Sheet metal formed.
  • the pointing to the oil drain opening 60 Edge 64 of the boundary wall 62 arranged lower than her to the refrigerant cooling lines 56 directed edge 66.
  • Figure 4 shows an alternative embodiment with respect to the geometric Configuration of the boundary wall 62.
  • the boundary wall 62 is formed as a stepped shaped sheet, in which case the edge 64 pointing to the oil drain opening 60 is also arranged lower is as the directed to the cooling lines 56 edge 66th
  • the ⁇ labscheidetician 46 of Figures 2 to 4 is as a wire and / or metal plate structure formed and has a substantially flat front structure (adjacent to the first chamber 50) and a corresponding formed structural back (adjacent to the second chamber 52) on.
  • the oil separation unit 46 may also have a surface-enlarging, geometric Have macrostructuring. The macrostructuring proceeds the ⁇ labscheidetician 46 in a plan view of Figure 5 zig-zag (longitudinally pleated structure), while in Figure 6 a with respect to the Refrigerant supply (arrow 40) concavely curved configuration of Oil separation unit 46 is shown in a plan view thereof.
  • Oil drainage edge 58 becomes a reliable and effective oil separation from the refrigerant-oil mixture allows.
  • the in the oil separation unit 46 separated oil is through the oil return line 28 from the manifold 48 passed and the connection point 26 (see also Figure 1) supplied under formation of a closed oil circuit.
  • the oil separation unit 46 requires, apart from one relatively thin and preferably flexible and therefore relatively easy to install oil return line 28, no additional Space. In this case, takes place in the oil return line 28, an automatic cooling the recirculating oil (refrigeration oil) instead.
  • an automatic cooling the recirculating oil refrigeration oil
  • the oil separator unit 46 separatation package made of aluminum remains the purity of the Cooling device 12 (capacitor or capacitor module) maintained.

Abstract

Das Kältesystem (10) ist insbesondere als Kältekreislaufsystem ausgebildet und dient vorzugsweise zur Klimatisierung eines Fahrzeugs. Das Kältesystem (10) ist mit einer Kühleinrichtung (12) versehen, die mittels eines zu kühlenden und Öl enthaltenden Gasmediums durchsetzbar ist. Ferner enthält das Kältesystem (10) eine Ölabscheideeinheit (46). Hierbei ist vorgesehen, dass die Ölabscheideeinheit (46) in der Kühleinrichtung (12) integriert ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Kältesystem, insbesondere Kältekreislaufsystem zur Klimatisierung eines Fahrzeugs, mit einer Kühleinrichtung, die mittels eines zu kühlenden und Öl (Kälteöl) enthaltenden Gasmediums durchsetzbar ist, und mit einer Ölabscheideeinheit, entsprechend Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Kühleinrichtung zum Einsatz in einem derartigen Kältesystem, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 14.
Kältesysteme und Kühleinrichtungen der eingangs genannten Art sind bekannt. Dabei werden insbesondere bei Kältekreislaufsystemen zur Fahrzeugklimatisierung Kompressoren eingesetzt, die zu deren Schmierung einen Anteil an Öl (Kälteöl) in einem selbige durchsetzenden Kältemittel (Gasmedium) benötigen. Da vor allem aus Kostengründen derartige Kompressoren keinen eigenen Ölsumpf oder Ölabscheider aufweisen, um das Kälteöl von weiteren Kältekreislaufkomponenten fernzuhalten, zirkulieren relativ hohe Kälteölanteile mit dem Kältemittel durch sämtliche Komponenten des Kältekreislaufs mit entsprechend negativen Auswirkungen auf die erzielbare Kälteleistung beziehungsweise auf die Kälteleistungszahl.
Ferner ist es bekannt, einen Ölabscheider in einer Heißgasleitung zwischen einem Kompressor und einem Kondensator eines Kältekreislaufsystems zu integrieren. Derartige externe Ölabscheider sind verhältnismäßig groß und teuer und besitzen üblicherweise eine relativ hohe Grundfüllung mit Kälteöl zur Regelung des Kälteölrückflusses mittels eines Schwimmerventils. Dabei sind diese Ölabscheider auf einen verhältnismäßig hohen Abscheidegrad von über 95 % ausgelegt.
Auch ist es bekannt, einen Ölabscheider in einem Kompressor mit Ölsumpf zu integrieren. Dies führt allerdings zu einer nicht erwünschten Vergrösserung der Gehäuseabmessungen und der Massen des (motorfesten) Kompressors. Ferner ist eine effektive Kühlung des Kälteöls in einem derartigen Kompressor nicht möglich.
Bei Kältekreislaufsystemen ohne Ölabscheidung ist der mit dem Kältemittel zirkulierende Kälteölanteil relativ groß und führt zu verschiedenen leistungsund wirkungsgradmindernden Effekten. Insbesondere ergibt sich eine Verschlechterung des kältemittelseitigen Wärmeübergangskoeffizienten aufgrund einer Ausbildung eines schlecht wärmeleitenden Kälteölfilms. Ferner stellt sich eine Erhöhung des kältemittelseitigen Druckverlustes aufgrund einer höheren Viskosität des Kältemittel-Kälteöl-Gemisches ein. Auch ist es nachteilig, dass eine Erhöhung der Siedetemperatur des Kältemittels bewirkt wird. Durch die gute Löslichkeit des Kälteöls im Kältemittel bleibt bei der Verdampfung des Gemisches immer auch ein Teil des Kältemittels im Öl gelöst und trägt nicht zur Kälteerzeugung bei.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Kältesystem der eingangs genannten Art zu schaffen, in welchem eine Ölabscheidung aus einem Gasmedium möglich und gleichzeitig eine verhältnismäßig einfache Ausgestaltung des Kältesystems realisierbar ist.
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine geeignete Kühleinrichtung zum Einsatz in einem derartigen Kältesystem vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Kältesystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Erfindungsgemäß ist das Kältesystem dadurch gekennzeichnet, dass die Ölabscheideeinheit in der Kühleinrichtung integriert ist. Dabei kann es sich bei der Kühleinrichtung (wärmeabführende Komponente) um einen Kondensator oder auch um einen Gaskühler, beispielsweise bei Kreisläufen mit überkritischer Wärmeabfuhr, handeln. Die Ölabscheideeinheit ist vorzugsweise auf der heißen Gasmediumseite in der Kühleinrichtung integriert und stellt eine technisch verhältnismäßig einfach zu realisierende Lösung dar, da keine zusätzlichen Schraubverbindungen oder ähnliches benötigt werden, wie dies beispielsweise bei einer Integration eines Ölabscheiders in einer erweiterten Heißgasleitung notwendig wäre. Vorteilhafterweise erfordert die in der Kühleinrichtung integrierte Ölabscheideeinheit praktisch keinen zusätzlichen Bauraum.
Mit Vorteil ist die Ölabscheideeinheit als mittels des Gasmediums durchsetzbare Draht- und/oder Metallplattenstruktur ausgebildet. Dabei kann die Ölabscheideeinheit beispielsweise als Packung eines Drahtgestrickes, eines Drahtgeflechtes, eines Drahtnetzes oder als Stapel von Streckmetallplatten ausgebildet sein. Eine derartige Ölabscheideeinheit ist in verhältnismäßig einfacher Weise in der Kühleinrichtung integrierbar und wird zur Ölabscheidung von einem heißen Gasmedium zwangsdurchströmt (durchsetzt). Selbstverständlich sind auch weitere, geeignete Ausgestaltungsmöglichkeiten der Ölabscheideeinheit denkbar.
Die Ölabscheideeinheit enthält vorzugsweise eine oberflächenvergrößernde, geometrische Makrostrukturierung. Hierbei wird unter Makrostrukturierung eine der Durchsetzungsstruktur (beispielsweise Drahtgestrick) der Ölabscheideeinheit überlagerte geometrische Strukturierung der in Bezug auf die Durchsetzungsrichtung des Gasmediums vorderseitigen und/oder rückseitigen Oberfläche (Grenzfläche) der Ölabscheideeinheit verstanden. Die Ölabscheideeinheit kann beispielsweise als eine längsplissierte Packung ausgebildet sein, mittels welcher eine verbesserte Abscheidewirkung des Kälteöls aus dem die Ölabscheideeinheit durchsetzenden Gasmedium sowie ein optimierter Kälteölablauf aus der Ölabscheideeinheit erzielbar ist. Alternativ ist auch eine gekrümmte Ausgestaltung der Vorder- und/oder Hinterseite (Eintritts- beziehungsweise Austrittsfläche) der Ölabscheideeinheit zur Erzielung der genannten Effekte möglich.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Ölabscheideeinheit an der in Bezug auf die Durchsetzungsrichtung des Gasmediums stromabseitigen Grenzfläche mindestens eine im Wesentlichen senkrecht nach unten verlaufende Ölablaufkante, die ein im Querschnitt U- oder V-förmiges Profil aufweist. Hierdurch wird ein grundsätzlich erwünschter Kälteölablauf an der Ölabscheideeinheit begünstigt beziehungsweise unterstützt sowie ein Abreißen von Kälteöltropfen in den die Ölabscheideeinheit durchsetzenden Gasmediumstrom verhindert.
Mit Vorteil ist die Ölabscheideeinheit in einem vom Gasmedium durchsetzbaren Sammelrohr der Kühleinrichtung integriert, das mit einer die Kühleinrichtung mit einem Verdampfer verbindenden Saugleitung des Kältesystems verbunden ist. Bei einem derartigen Sammelrohr handelt es sich um ein Verteilrohr beziehungsweise um einen eintrittsseitigen Abschnitt eines Verteilrohres der Kühleinrichtung, in welchem in verhältnismäßig einfacher und effektiver Weise die Ölabscheideeinheit integriert ist. Bei dieser Ausführungsform ist es vorteilhafterweise möglich, die Ölabscheideeinheit beispielsweise in Form einer Draht- und/oder Metallplattenstruktur während des Fertigungsprozesses der Kühleinrichtung und insbesondere vor einem Lötprozeß zur Herstellung derselben in das Sammelrohr in montagegünstiger Weise einzuschieben beziehungsweise einzusetzen.
Vorteilhafterweise ist mittels der im Sammelrohr angeordneten Ölabscheideeinheit eine erste, in Bezug auf die Durchsetzungsrichtung des Gasmediums stromaufseitige Kammer und eine zweite, stromabseitige Kammer gebildet. Dabei dient die stromaufseitige Kammer der Vorverteilung des heißen Gasmedium-Kälteöl-Gemisches auf die gesamte Stirnfläche der Ölabscheideeinheit, während die stromabseitige Kammer einer weiteren Homogenisierung der sich einstellenden Geschwindigkeitsverteilung des nun weitgehend kälteölfreien Gasmediums über die zugeordneten Kühlleitungen (beispielsweise Kondensatorleitungen) der Kühleinrichtung dient, so dass ein weitgehend gleich großer Gasmediummassenstrom (Kältemittelmassenstrom) in allen mit dem Sammelrohr in Verbindung stehenden Kühlrohren (Kondensatorrohren) erzielbar ist.
Die Ölabscheideeinheit ist stirnseitig vorzugsweise beabstandet zur jeweiligen Eintrittsöffnung von Gasmedium-Kühlleitungen angeordnet. Hierdurch wird vermieden, dass das in der beispielsweise als Draht- und/oder Metallplattenstruktur ausgebildeten Ölabscheideeinheit abgeschiedene und entlang selbiger nach unten ablaufende Kälteöl aufgrund einer Kapillarwirkung in die Kühlleitungen gelangen kann.
Mit Vorteil weist das Sammelrohr in der ersten Kammer in einem unteren Bereich eine Ölablauföffnung auf. Mittels einer derartigen Ölablauföffnung wird in einfacher Weise eine zuverlässige Kälteölabfuhr aus dem Sammelrohr und gegebenenfalls eine Kälteölrückführung im Kältesystem gewährleistet.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform weist das Sammelrohr im unteren Bereich eine Begrenzungswand auf, deren zur Ölablauföffnung weisender Rand tiefer angeordnet ist als ihr zu den Gasmedium-Kühlleitungen gerichteter Rand. Um zu verhindern, dass wesentliche Kälteölmengen in die unterste Kühlleitung der Kühleinrichtung (zum Beispiel Kondensator) gelangen können, ist die Ölablauföffnung vorzugsweise tiefer angebracht als die unterste, mit dem Sammelrohr in Verbindung stehende Kühlleitung, wobei der zur Ölablauföffnung weisende Rand der Begrenzungswand hierzu tiefer angeordnet ist als ihr zu den Gasmedium-Kühlleitungen gerichteter Rand.
Die Begrenzungswand kann als ebenes, schräg angeordnetes Blech oder als abgestuftes Formblech ausgebildet sein. Gegebenenfalls kann die Begrenzungswand eine innerhalb der Kühleinrichtung integrierte Trennwand sein, welche im Falle eines Formblechs vorzugsweise als Tiefziehteil oder als Fliespressteil ausgebildet ist.
Vorteilhafterweise ist die Ölablauföffnung mit einer insbesondere als Kapillarrohr ausgebildeten Ölrückführleitung verbunden. Bei einer Kapillarrohrausbildung ist die Ölrückführleitung bezüglich Druckverlust (Durchmesser, Länge) so ausgelegt, dass bei üblichen Druckdifferenzen zwischen Hochdruckund Niederdruckseite der mittels der Ölabscheideeinheit abgeschiedene Kälteölmassenstrom vollständig aus dem Sammelrohr (Verteilrohr) der Kühleinrichtung (Kondensator) abgeführt werden kann, jedoch bei Vorliegen eines Gasmediums an der Ölablauföffnung der Gasmedium-Massenstrom (Heißgas-Massenstrom) aufgrund der geringeren Dichte des Gasmediums und aufgrund des verhältnismäßig kleinen Querschnitts der Ölablauföffnung beziehungsweise der Ölrückführleitung vernachlässigbar klein bleibt.
Entsprechend einer alternativen Ausführungsform kann die Ölablauföffnung unter Zwischenschaltung eines Drosselrohres mit der Ölrückführleitung verbunden sein. Hierbei erfolgt ein Druckabbau auf ein vorliegendes Saugdruckniveau in dem insbesondere kurzen Drosselrohr ("Orifice") unmittelbar vor einer Einmündungsstelle in eine Saugleitung. Bei dieser Ausführungsvariante kann die Ölrückführleitung somit auch mit einem etwas größeren Durchmesser ausgeführt sein. Ferner erlaubt diese Variante eine wirkungsvollere Kühlung des Kälteöls während dessen Rückführung durch die Ölrückführleitung, da ein temperaturabsenkender Entspannungsprozeß erst in einem Endbereich (in Ölrückführungsrichtung gesehen) der Ölrückführleitung erfolgt und somit eine größere Temperaturdifferenz zwischen dem jeweils rückzuführenden Kälteöl in der Ölrückführleitung und der Umgebungstemperatur genutzt werden kann. Darüber hinaus ist eine günstigere Regelung des rückzuführenden Kälteölmassenstroms nach dem Prinzip des Drosselrohres ("Orifice") möglich.
Ferner wird die Aufgabe gelöst mittels einer Kühleinrichtung zum Einsatz in einem entsprechenden Kältesystem, mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Die Kühleinrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Ölabscheideeinheit in der Kühleinrichtung integriert ist. Mittels einer derartigen Kühleinrichtung ist es bei Einsatz in einem entsprechenden Kältesystem möglich, die oben erwähnten Vorteile zu erzielen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand einer zugehörigen Zeichnung näher erläutert: Es zeigen:
Figur 1
ein erfindungsgemäßes Kältesystem in Form eines Kältekreislaufsystems anhand eines Blockschaltbildes;
Figur 2
eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht einer detailliert dargestellten Kühleinrichtung des Kältesystems der Figur 1;
Figur 3
ein Detail der Kühleinrichtung der Figur 2 in vergrößertem Maßstab;
Figur 4
eine alternative Ausführungsform eines Details der Kühleinrichtung der Figur 2 in vergrößertem Maßstab;
Figur 5
eine schematische Draufsicht einer alternativen Ölabscheideeinheit und
Figur 6
eine schematische Draufsicht einer weiteren, alternativen Ölabscheideeinheit.
Figur 1 zeigt anhand eines Blockschaltbildes ein allgemein mit 10 bezeichnetes Kältesystem, insbesondere ein Kältekreislaufsystem, beispielsweise zur Klimatisierung eines Fahrzeugs. Das Kältesystem 10 enthält eine Kühleinrichtung 12, die mit einem Verdampfer 14 unter Ausbildung eines geschlossenen Kreislaufs wirkverbunden ist. Vom Verdampfer 14 führt eine als Pfeil 22 dargestellte Kältemittelleitung zu einem Expansionsventil 16, von welchem eine als Pfeil 24 dargestellte Kältemittelleitung zu einer Verbindungsstelle 26 führt. Bei dem Kältemittel handelt es sich insbesondere um ein Gasmedium und im vorliegenden Ausführungsbeispiel um Heißgas. In der Verbindungsstelle 26 wird mittels einer als Pfeil 28 dargestellten Ölrückführleitung abgeschiedenes Öl (Kälteöl) aus der Kühleinrichtung 12 in das vom Verdampfer 14 kommende Kältemittel zugeführt unter Ausbildung eines Kältemittel-ÖI-Gemischs, das gemäß Pfeil 30 durch eine entsprechende Zuführleitung einem Kompressor 18 zugeführt wird. Vom Kompressor 18 führt eine als Pfeil 32 dargestellte Zuführleitung zur Kühleinrichtung 12 zur Beaufschlagung derselben mit dem nun unter höherem Druck stehenden Kältemittel-Öl-Gemisch. Innerhalb der Kühleinrichtung 12 -in einer integrierten Ölabscheideeinheit 46- findet eine später detailliert beschriebene Ölabscheidung aus dem Kältemittel-Öl-Gemisch statt, wobei das abgeschiedene Öl, wie bereits erwähnt, durch die als Pfeil 28 dargestellte Ölrückführleitung von der Kühleinrichtung 12 zur Verbindungsstelle 26 geleitet wird. Das Kältemittel wird durch die Kühleinrichtung 12 geführt und durch eine Kältemittel-Rückführleitung (Pfeil 34) zu einem Sammler oder Trockner 20 geleitet, von welchem eine als Pfeil 36 dargestellte Kältemittelrückführleitung zum Expansionsventil 16 führt. Das Expansionsventil 16 ist schließlich mittels einer mit Pfeil 38 dargestellten Rückführleitung mit dem Verdampfer 14 verbunden. Bei den Leitungen 22, 24, 28, 30 handelt es sich um Saugleitungen, während die Leitungen 32, 34, 36, 38 Druckleitungen sind.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines möglichen Ausführungsbeispiels einer Kühleinrichtung 12, welche im Kältesystem 10 der Figur 1 einsetzbar ist. In Figur 3 ist ein Detail der Kühleinrichtung 12 der Figur 2 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Die Kühleinrichtung 12 der Figuren 2 und 3 ist mit der Zuführleitung 32 zur Zuführung des kältemittel-ÖI-Gemischs gemäß Pfeil 40 in die Kühleinrichtung 12 verbunden. Hierzu weist die Kühleinrichtung 12 ein Sammelrohr 48 auf, das durch eine untere Begrenzungswand 62 (Trennwand) begrenzt ist. Im Sammelrohr 48 ist die Ölabscheideeinheit 46 derart angeordnet, dass eine erste, in Bezug auf die Zuführrichtung (Pfeil 40) des Kältemittel-ÖI-Gemischs stromaufseitige Kammer 50 und eine zweite, stromabseitige Kammer 52 gebildet ist. Die Ölabscheideeinheit 46 ist beispielsweise als Draht- und/oder Metallplattenstruktur ausgebildet und vom Kältemittel (Gasmedium) durchsetzbar. Dabei ist die Ölabscheideeinheit 46 stirnseitig beabstandet zu einer Mehrzahl an Eintrittsöffnungen 54 von Kältemittel-Kühlleitungen 56 (Gasmedium-Kühlleitungen) angeordnet. In der ersten Kammer 50 des Sammelrohrs 48 befindet sich im unteren Bereich eine Ölablauföffnung 60, welche unmittelbar oberhalb der Begrenzungswand 42 liegt. Die Ölablauföffnung 60 ist mit einer insbesondere als Kapillarrohr ausgebildeten Ölrückführleitung 28 zur Ölrückführung gemäß Pfeil 44 verbunden. Das durch die Kühleinrichtung 12 geführte Kältemittel (Gasmedium) wird durch die Kältemittel-Rückführleitung 34 gemäß Pfeil 42 wieder zum Verdampfer 14 zurückgeführt (siehe auch Figur 1).
Gemäß dem in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Kühleinrichtung 12 ist die Begrenzungswand 62 als ebenes, schräg angeordnetes Blech ausgebildet. Dabei ist der zur Ölablauföffnung 60 weisende Rand 64 der Begrenzungswand 62 tiefer angeordnet als ihr zu den Kältemittel-Kühlleitungen 56 gerichteter Rand 66. Hierdurch wird eine Anordnung der Ölablauföffnung 60 unterhalb der untersten, mit dem Sammelrohr 48 verbundenen Kühlleitung 56 ermöglicht, wobei gleichzeitig mittels der Begrenzungswand 62 ein zuverlässiger Ölablauf in die Ölrückführleitung 28 erzielbar ist.
Figur 4 zeigt eine alternative Ausführungsform hinsichtlich der geometrischen Ausgestaltung der Begrenzungswand 62. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Begrenzungswand 62 als abgestuftes Formblech ausgebildet, wobei auch hier der zur Ölablauföffnung 60 weisende Rand 64 tiefer angeordnet ist als der zu den Kühlleitungen 56 gerichtete Rand 66.
Die Ölabscheideeinheit 46 gemäß Figuren 2 bis 4 ist als Draht- und/oder Metallplattenstruktur ausgebildet und weist eine im Wesentlichen ebene Strukturvorderseite (an die erste Kammer 50 grenzend) und eine entsprechend ausgebildete Strukturrückseite (an die zweite Kammer 52 grenzend) auf. Entsprechend den dargestellten Ausführungsbeispielen der Figuren 5 und 6 kann die Ölabscheideeinheit 46 auch eine oberflächenvergrößernde, geometrische Makrostrukturierung aufweisen. Dabei verläuft die Makrostrukturierung der Ölabscheideeinheit 46 in einer Draufsicht gemäß Figur 5 zick-zackförmig (längsplissierte Struktur), während in Figur 6 eine in Bezug auf die Kältemittelzuführrichtung (Pfeil 40) konkav gekrümmte Ausgestaltung der Ölabscheideeinheit 46 in einer Draufsicht auf selbige gezeigt ist. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 5 enthält eine stromabseitige Grenzfläche 57 der Ölabscheideeinheit 46 eine Mehrzahl, im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei, senkrecht nach unten verlaufende Ölablaufkanten 58, die ein im Querschnitt U- beziehungsweise V-förmiges Profil aufweisen. Mittels derartiger Ölablaufkanten 58 wird eine zuverlässige und effektive Ölabscheidung aus dem Kältemittel-Öl-Gemisch ermöglicht. Das in der Ölabscheideeinheit 46 abgeschiedene Öl wird durch die Ölrückführleitung 28 aus dem Sammelrohr 48 geleitet und der Verbindungsstelle 26 (siehe auch Figur 1) zugeführt unter Ausbildung eines geschlossenen Ölkreislaufes.
Gegenüber einem traditionellen Kältesystem ohne Ölabscheidung ergeben sich bei einer Überhitzungseinstellung des Expansionsventils 16 von circa 7 K und bei einer Reduktion des umlaufenden Ölanteils von 6 % auf 1 % die thermodynamischen Vorteile, dass die Kälteleistung um circa 2,5 % gesteigert, die Kälteleistungszahl bei gleichzeitiger Mehrleistung von circa 11 % verbessert und die Kompressor-Antriebsleistung im Teillastbetrieb (also bei gleicher Kälteleistung) um bis zu 18 % verringert werden kann.
Vorteilhafterweise erfordert die Ölabscheideeinheit 46, abgesehen von einer relativ dünnen und vorzugsweise flexiblen und dementsprechend verhältnismäßig einfach zu verlegenden Ölrückführleitung 28, keinen zusätzlichen Bauraum. Dabei findet in der Ölrückführleitung 28 eine automatische Kühlung des rückzuführenden Öls (Kälteöl) statt. Bei Ausführung der Ölabscheideeinheit 46 (Abscheidepaket) aus Aluminium bleibt die Sortenreinheit der Kühleinrichtung 12 (Kondensator oder Kondensatormodul) gewahrt.

Claims (14)

  1. Kältesystem, insbesondere Kältekreislaufsystem zur Klimatisierung eines Fahrzeugs, mit einer Kühleinrichtung, die mittels eines zu kühlenden und Öl enthaltenden Gasmediums durchsetzbar ist, und mit einer Ölabscheideeinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölabscheideeinheit (46) in der Kühleinrichtung (12) integriert ist.
  2. Kältesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölabscheideeinheit (46) als mittels des Gasmediums durchsetzbare Drahtund/oder Metallplattenstruktur ausgebildet ist.
  3. Kältesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölabscheideeinheit (46) eine oberflächenvergrößernde, geometrische Makrostrukturierung aufweist.
  4. Kältesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölabscheideeinheit (46) an der in Bezug auf die Durchsetzungsrichtung (40) des Gasmediums stromabseitigen Grenzfläche (57) mindestens eine im Wesentlichen senkrecht nach unten verlaufende Ölablaufkante (58) enthält, die ein im Querschnitt U- oder V-förmiges Profil aufweist.
  5. Kältesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölabscheideeinheit (46) in einem vom Gasmedium durchsetzbaren Sammelrohr (48) der Kühleinrichtung (12) integriert ist, das mit einer die Kühleinrichtung (12) mit einem Verdampfer (14) verbindenden Saug-leitung (32) des Kältesystems (10) verbunden ist.
  6. Kältesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der im Sammelrohr (48) angeordneten Ölabscheideeinheit (46) eine erste, in Bezug auf die Durchsetzungsrichtung (40) des Gasmediums stromaufseitige Kammer (50) und eine zweite, stromabseitige Kammer (52) gebildet ist.
  7. Kältesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölabscheideeinheit (46) stirnseitig beabstandet zur jeweiligen Eintrittsöffnung (54) von Gasmedium-Kühl-leitungen (56) angeordnet ist.
  8. Kältesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sammelrohr (48) in der ersten Kammer (50) in einem unteren Bereich eine Ölablauföffnung (60) aufweist.
  9. Kältesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sammelrohr (48) im unteren Bereich eine Begrenzungswand (62) aufweist, deren zur Ölablauföffnung (60) weisender Rand (64) tiefer angeordnet ist als ihr zu den Gasmedium-Kühlleitungen (56) gerichteter Rand (66).
  10. Kältesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungswand (62) als ebenes, schräg angeordnetes Blech oder als abgestuftes Formblech ausgebildet ist.
  11. Kältesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölablauföffnung (60) mit einer insbesondere als Kapillarrohr ausgebildeten Ölrückführleitung (28) verbunden ist.
  12. Kältesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölablauföffnung (60) unter Zwischenschaltung eines Drosselrohres mit der Ölrückführleitung (28) verbunden ist.
  13. Kältesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (12) ein Kondensator ist.
  14. Kühleinrichtung zum Einsatz in einem Kältesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölabscheideeinheit (46) in der Kühleinrichtung (12) integriert ist.
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