[0001] Die Erfindung betrifft einen Akkumulator mit innerem Wärmetauscher, insbesondere
für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
[0002] Um die Funktion eines Verdichters in einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage, bei welcher
R744 als Kältemittel verwendet wird, zu gewährleisten, muss dieser mit einem Kältemaschinenöl
geschmiert werden. Beim Verdichtungsprozess leckt jedoch üblicherweise ein geringer
Teil des zum Schmieren verwendeten Kältemaschinenöls und gelangt dadurch in den Kältemittelkreislauf,
so dass es im Kältemittelkreislauf als Kältemittel-Kältemaschinenöl-Gemisch umgewälzt
wird. Da somit über die Betriebsdauer die Menge an Kältemaschinenöl im Verdichter
abnehmen würde, was zu einem Schaden am Verdichter führen würde, muss sichergestellt
werden, dass das Kältemaschinenöl nicht dauerhaft im Kältemittelkreislauf verbleibt,
sondern wieder dem Verdichter als Schmiermittel zugeführt wird. Die Abtrennung des
Kältemaschinenöls vom Kältemittel erfolgt normalerweise in einem Akkumulator, in welchem
das Kältemittel im flüssigen Zustand gesammelt wird.
[0003] Aus der
WO 20051038359 A1 ist ein Akkumulator für die Verwendung in einer Klimaanlage, insbesondere einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage,
bekannt, welcher ein Sammelrohr zum Abführen von Flüssigkeit aus einem Reservoir des
Akkumulators aufweist, um Öl zum Verdichter zurückzuführen. Hierbei kann ein Filter
am unteren Ende des Sammelrohres angeordnet sein, durch welchen das einströmende Öl
in das Sammelrohr einströmt. Der Akkumulator hat wenigstens eine Einlassöffnung und
eine Auslassöffnung. Ferner hat der Akkumulator einen Deflektor, um sicherzustellen,
dass das Fluid nicht direkt von der Einlassöffnung zur Auslassöffnung strömt. Im Deflektor
ist ein Auslassrohr ausgebildet, welches in Verbindung mit der Auslassöffnung ist.
Es hat einen ersten Bereich mit einem relativ großen Durchmesser und einen zweiten
Bereich mit einem relativ kleinen Durchmesser, welcher näher an der Auslassöffnung
ist als der erste Bereich. Das Sammelrohr ist in Verbindung mit dem zweiten Bereich.
[0004] Aus der
US 5,628,200 A, die ein Wärmepumpensystem betrifft, ist eine Akkumulator-Wärmetauscher-Kombinationseinheit
bekannt, bei welcher im Inneren eines Akkumulators ein U-Rohr angeordnet ist. Die
Eintrittsöffnung an einem Schenkelende befindet sich in einem Bereich, in dem sich
ausschließlich gasförmiges Kältemittel befindet. Ferner ist eine Bohrung im unteren
Bereich des U-Rohrs angeordnet. Durch diese im Bereich des Akkumulators mit ausschließlich
flüssiger Phase angeordnete Bohrung wird das sich im entsprechenden Bereich sammelnde
Öl zusammen mit flüssigem Kältemittel dem vorbeiströmenden Kältemittelgasstrom zugeführt,
bevor dieser zum nachfolgend angeordneten Verdichter gelangt. Im unteren Bereich des
Akkumulators und somit des U-Rohres, in welchem sich das flüssige Kältemittel und
das in den Kältemittelkreislauf gelangte Öl sammelt, ist eine wendelförmig verlaufende
Leitung angeordnet, die als innerer Wärmetauscher dient (siehe Fig. 4 der oben genannten
US-Patentschrift). Dabei erwärmt das durch die wendelförmige Leitung strömende, flüssige
Kältemittel das im Akkumulator gesammelte flüssige Kältemittel samt Öl.
[0005] Derartige Akkumulatoren lassen noch Wünsche offen.
[0006] Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Akkumulator mit innerem Wärmetauscher,
insbesondere für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage, zur Verfügung zu stellen.
[0007] Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Akkumulator mit den Merkmalen des Anspruchs
1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
[0008] Erfindungsgemäß ist ein Akkumulator vorgesehen mit einem Kältemittel-Eintritt, durch
welchen das Kältemittel in den Akkumulator eintritt, einem Kältemittel-Austritt, durch
welchen im Wesentlichen gasförmiges Kältemittel aus dem Innenraum des Akkumulators
austritt, und mit einem Kapillarrohr, durch welches Öl-Kältemittel-Gemisch, insbesondere
bevorzugt im Wesentlichen reines Öl, welches sich abgesetzt hat, wobei das Kältemittel
in flüssiger Phase vorliegt, vom unteren Bereich des Akkumulator-Innenraums gefördert
und dem gasförmigen Kältemittel beigemischt wird, wobei in den Akkumulator ein innerer
Wärmetauscher integriert ist, der vom im Wesentlichen gasförmigen Kältemittel, das
aus dem Innenraum des Akkumulators kommt, durchströmbar ist. Dadurch, dass das Vermischen
der gasförmigen Phase des Kältemittels und des flüssigen Öls nicht im Kapillarrohr
sondern am Ende desselben erfolgt, kann ein gerade ausgebildetes Kapillarrohr verwendet
werden - im Gegensatz zu den herkömmlicherweise verwendeten U-Rohren mit einer Bohrung
für den Öleinlass im unteren Bereich. Die Verwendbarkeit eines geraden Kapillarrohrs
vergrößert den zur Verfügung stehenden Bauraum in Inneren des Akkumulator bzw. ermöglicht
eine größere Freiheit bei der Formgestaltung des Akkumulators bei gleichem Volumen.
Der Begriff "im Wesentlichen gasförmiges Kältemittel" ist dabei breit auszulegen.
So ist ein Anteil von mehreren Prozent flüssigem Kältemittel im den Inneren Wärmetauscher
verlassenden Kältemittelstrom insbesondere in bestimmten Betriebszuständen nicht ungewöhnlich
und für übliche Kompressoren unschädlich. Speziell vor dem Inneren Wärmetauscher ist
der Anteil an flüssigem Kältemittel im Kältemittelstrom üblicherweise noch größer,
da der Innere Wärmetauscher unter anderem auch den Vorteil hat, durch "Nachverdampfung"
den Anteil an flüssigem Kältemittel im Kompressorvorlauf zu verringern.
[0009] Das aus dem unteren Bereich des Akkumulator-Innenraums durch das Kapillarrohr angesaugte
Öl wird dem im Wesentlichen gasförmigen Kältemittel vorzugsweise kurz vor dem Ende,
am Ende des inneren Wärmetauschers und/oder nach dem inneren Wärmetauscher beigemischt.
Dies kann über eine oder ggf. auch mehrere Öffnungen erfolgen.
[0010] Der innere Wärmetauscher wird vom im Wesentlichen gasförmigen Kältemittel vorzugsweise
spiralförmig von innen nach außen durchströmt.
[0011] Vorzugsweise ist der innere Wärmetauscher im oberen Bereich des Akkumulators angeordnet.
Der innere Wärmetauscher ist dabei vorzugsweise direkt in den Deckel des Akkumulators
integriert, was insbesondere im Falle einer spiralförmigen Ausgestaltung des inneren
Wärmetauschers besonders raumsparend ist. Dies ermöglicht eine besonders kompakte
Ausgestaltung und vereinfacht die Herstellung.
[0012] Als Kältemittel wird vorzugsweise R744 verwendet, jedoch kann auch ein anderes geeignetes
Kältemittel verwendet werden. Insbesondere ist dabei an Kältemittel zu denken, bei
denen das Vorsehen eines Inneren Wärmetauschers einen thermodynamischen und/oder Leistungsvorteil
bringt.
[0013] Der Innendurchmesser des Kapillarrohrs beträgt vorzugsweise 0,1 mm bis 3 mm, insbesondere
bevorzugt 0,2 bis 2,5 und besonders bevorzugt 0,2 bis 1,5 mm. Der Innendurchmesser
des Kapillarrohrs ist bevorzugt über die gesamte Länge desselben im Wesentlichen konstant.
[0014] Vorzugsweise ist am ÖI-Eintritt in das Kapillarrohr ein Filter angeordnet, der das
Kältemittel-Öl-Gemisch von Verunreinigungen befreit und dadurch den an späterer Stelle
im Kältemittelkreislauf angeordneten Verdichter vor Beschädigungen schützt. Entsprechend
ist vorzugsweise auch am Kältemittel-Austritt aus dem Innenraum des Akkumulators in
den inneren Wärmetauscher ein Filter angeordnet.
[0015] Dadurch, dass - im Gegensatz zu den üblicherweise verwendeten U-Rohren - bei gleichem
Volumen mehr freier Bauraum im Inneren Akkumulator vorhanden ist, können beispielsweise
ein Trockner mit einem Trockenmittel, ein Füllventil, das zum Beispiel in den Akkumulator
eingeschraubt werden kann, und/oder eine eingeschraubte Berstscheibe vorgesehen werden.
[0016] Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt die einzige Figur eine
schematische Darstellung eines Akkumulators mit integriertem Wärmetauscher, welcher
in einem nicht näher dargestellten R744-Kältemittelkreislauf einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage
angeordnet ist.
[0017] Der Akkumulator 1 weist einen Kältemittel-Eintritt 2, durch welchen das Kältemittel
in den Akkumulator 1 eintritt, ein Kapillarrohr 3 und einen den Akkumulator 1 oben
abschließenden Deckel 4 auf. Das eine Ende des -Kapillarrohrs 1 ist im untersten Bereich
des Akkumulators 1 und das andere Ende am oben angeordneten Deckel 4 des Akkumulators
1 angeordnet. Das Kapillarrohr 3 dient dem Abführen und späteren Beimischen des sich
im unteren Bereich des Akkumulators 1 sammelnden Öls und flüssigen Kältemittels, wobei
es vorliegend einen konstanten Innendurchmesser von 1,2 mm aufweist.
[0018] In den Deckel 4 integriert ist vorliegend ein als Spirale ausgebildeter innerer Wärmetauscher
5 ausgebildet, durch welchen das im Wesentlichen gasförmige Kältemittel von innen
nach außen strömt und in welchem ein Wärmetausch erfolgt. Dem im Wesentlichen gasförmigen
Kältemittel wird auf seinem Weg durch den inneren Wärmetauscher 5 das durch das Kapillarrohr
3 aus dem Akkumulator 1 abgeführte Öl-Kältemittel-Gemisch zugefügt, kurz bevor es
aus dem inneren Wärmetauscher 5 am Austritt 6 austritt, also auf der Niederdruckseite
des inneren Wärmetauschers 5, und zum nachfolgenden Verdichter (nicht dargestellt)
gelangt.
[0019] Sowohl am Eintritt des Kapillarrohrs 3 als auch am Eintritt des gasförmigen Kältemittels
in den inneren Wärmetauscher 5 ist ein Filter 7 bzw. 8 angeordnet, in welchen Verunreinigungen
o.ä. ausgefiltert werden.
[0020] Vorliegend ist im unteren Drittel des Akkumulators 1 ein Trockner 9 mit einem Trockenmittel
angeordnet, jedoch kann der Trockner 9 auch entfallen.
[0021] Da sich auf Grund des Druckverlusts in Strömungsrichtung des Kältemittels im inneren
Wärmetauscher 5, und insbesondere am Austritt 6 desselben, stellt sich hier ein niedrigerer
Druck ein, so dass durch das Kapillarrohr 3 Öl und flüssiges Kältemittel vom Bodenbereich
des Akkumulators 1 angesaugt wird. Dabei kann die Menge des angesaugten Öl-Kältemittel-Gemischs
durch die Position des unteren Endes des Kapillarrohrs 3 (sowie ggf. vorhandener weiterer
Eintrittsöffnungen) und durch die Position des Eintritts des Öl-Kältemittel-Gemischs
in den inneren Wärmetauscher 5 beeinflusst werden.
1. Akkumulator mit einem Kältemittel-Eintritt (2), einem Kältemittel-Austritt (6), durch
welchen im Wesentlichen gasförmiges Kältemittel aus dem Innenraum des Akkumulators
(1) austritt, und mit einem Kapillarrohr (3), durch welches Öl vom unteren Bereich
des Akkumulator-Innenraums gefördert und dem im Wesentlichen gasförmigen Kältemittel
beigemischt wird, wobei in den Akkumulator (1) ein innerer Wärmetauscher (5) integriert
ist, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Wärmetauscher (5) vom im Wesentlichen gasförmigen Kältemittel, das aus
dem Innenraum des Akkumulators (1) kommt, durchströmbar ist.
2. Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem unteren Bereich des Akkumulator-Innenraums durch das Kapillarrohr (3)
angesaugte Öl dem im Wesentlichen gasförmigen Kältemittel kurz vor dem Ende, am Ende
des inneren Wärmetauschers (5) und/oder nach dem inneren Wärmetauscher (5) beigemischt
wird.
3. Akkumulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Wärmetauscher (5) vom im Wesentlichen gasförmigen Kältemittel spiralförmig
von innen nach außen durchströmt wird.
4. Akkumulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Wärmetauscher (5) im oberen Bereich des Akkumulators (1) angeordnet ist.
5. Akkumulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Wärmetauscher (5) in den Deckel (4) des Akkumulators (1) integriert ist.
6. Akkumulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kältemittel R744 vorgesehen ist.
7. Akkumulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Kapillarrohrs (3) 0,1 mm bis 3 mm, insbesondere 0,2 bis
1,5 mm, beträgt.
8. Akkumulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Kapillarrohrs (3) über die gesamte Länge desselben konstant
ist.
9. Akkumulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Öl-Eintritt in das Kapillarrohr (5) ein Filter (7) angeordnet ist.
10. Akkumulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Kältemittel-Austritt aus dem Innenraum des Akkumulators (1) in den inneren Wärmetauscher
(5) ein Filter (8) angeordnet ist.
11. Akkumulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum des Akkumulators (1) ein Trockner (9) angeordnet ist.