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Die Erfindung betrifft einen Kältemittelspeicher für ein Kältemittel in einem Kältemittelkreislauf als ein Behältnis für ein Kältemittel, mit einem Einlass in das Behältnis und mit einen Auslass aus dem Behältnis. Außerdem betrifft die Erfindung einen Kältemittelkreislauf mit einem solchen Kältemittelspeicher sowie ein Kraftfahrzeug mit dem genannten Kältekreis. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelspeichers für ein Kältemittel der oben genannten Art.
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Kältemittelspeicher für Kältemittel in einem Kältemittelkreislauf dienen dem Sammeln und dem Zwischenspeichern von Kältemitteln des Kältemittelkreislaufs. Sind diese auf der Niederdruckseite eines Kältemittelkreislaufs verbaut, so werden sie in der Regel als Akkumulator bezeichnet, ist ein Kältemittelspeicher auf der Hochdruckseite vorgesehen, sind Begriffe wie Modulator oder auch Receiver bekannt. In dieser Erfindung wird primär der niederdruckseitige Kältemittelspeicher beschrieben und damit folglich im weiteren Verlauf der Begriff Akkumulator verwendet.
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Zur Schmierung von Bauteilen des Kältemittelkreislaufs, beispielsweise einem Verdichter, enthält das Kältemittel häufig einen geringen Anteil an gebundenem Schmiermittel, beispielsweise Öl. Dieses Schmiermittel kann sich an einer Unterseite bzw. am Fuße des Akkumulators ansammeln, da es im Regelfall eine etwas höhere Dichte als das Kältemittel aufweisen kann. Der Auslass für das Kältemittel ist im Gegensatz dazu üblicherweise eher an einer Oberseite des Behältnisses anzuordnen. Auf diese Weise werden vornehmlich gasförmige Anteile des Kältemittels aus dem Akkumulator angesaugt.
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Aus der
DE 103 44 794 A1 ist in diesem Kontext ein Behältnis mit einem Auslass bekannt, wobei in einem unteren Bereich des Auslasses ein Ölauslass zum Ansaugen von Öl angeordnet ist.
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Ferner ist aus der
DE 695 08 787 T2 ein Dampfkompressionssystem mit einer Flüssigkeitsabzugsleitung bekannt. Das Dampfkompressionssystem weist eine getrennte Dampfabzugsleitung, durch welche Dampf aus einem Sammelgefäß für die Zufuhr zum Kompressor abgezogen wird, und eine Flüssigkeitsleitung, durch welche flüssiges Kühlmittel aus einem Reservoir in die Dampfabzugsleitung für die Zufuhr zum Kompressor abgezogen wird, auf.
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Zuletzt ist aus der
DE 10 2008 011 255 A1 ein Klimaanlagenkreislauf mit einem Akkumulator bekannt, wie er beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug zum Einsatz kommt. Der Akkumulator weist eine Hauptleitung und eine Bypassleitung auf. Dabei ist die Hauptleitung U-Röhrenförmig ausgebildet, wohingegen die Bypassleitung im Wesentlichen gradlinig ausgebildet ist. Die Bypassleitung ist in unmittelbarer Nähe zur Seitenwand des Akkumulators angeordnet und erstreckt sich bis kurz vor die innere Bodenfläche des Akkumulators, sodass sich der Bypassleitungseingang in unmittelbarer Nähe zur inneren Bodenfläche des Akkumulators befindet. Eventuell dort angereichertes Öl kann somit über die Bypassleitung abgesaugt werden.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Steuerung des Ausleitens von Kältemittel bzw. Kältemittel-ÖI-Gemisch aus einem Kältemittelspeicher zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäße gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung geht aus von einem Kältemittelspeicher für ein Kältemittel in einem Kältemittelkreislauf, mit
- - einem Behältnis für das Kältemittel,
- - einem Einlass in das Behältnis, und
- - einem Auslass aus dem Behältnis,
- - wobei der Auslass zweiteilig ausgeführt ist und eine erste Leitung mit einem ersten Querschnitt und eine zweite Leitung mit einem geringeren zweiten Querschnitt aufweist.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Auslass mit einer steuerbaren Schließeinheit versehen ist, welche dazu ausgebildet ist, die erste Leitung und/oder die zweite Leitung variierbar zu verschließen.
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Der Kältemittelspeicher ist ausgebildet zum Sammeln und Zwischenspeichern von Kältemittel des Kältemittelkreislaufs. Ist der Kältemittelspeicher auf der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs verbaut bzw. zum Einbau auf der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs ausgebildet, so ist er insbesondere als Akkumulator ausgeführt bzw. wird als solcher bezeichnet. Ist der Kältemittelspeicher auf der Hochdruckseite verbaut bzw. zum Einbau auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs ausgebildet, so ist er insbesondere als Modulator oder auch Receiver ausgeführt bzw. wird als solcher bezeichnet. In dieser Erfindung wird primär der niederdruckseitige Kältemittelspeicher beschrieben und damit folglich im weiteren Verlauf der Begriff Akkumulator verwendet.
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Das Behältnis des Kältemittelspeichers kann einen zumindest teilweise umschlossenen Raum für das Kältemittel aufweisen. Dementsprechend kann das Behältnis beispielsweise von einer Wandung zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, umschlossen sein. Der Einlass und/oder der Auslass sind dabei jedoch aus dem Behältnis herausgeführt. Mit anderen Worten können der Einlass und/oder der Auslass durch die Umschließung beziehungsweise die Wandung hindurchgeführt sein. In weiterer Ausgestaltung können weitere Durchführungen aus dem Behältnis heraus vorgesehen sein, beispielsweise ein Überdruckventil, Durchgänge für Messeinheiten oder dergleichen. Vorzugsweise ist das Behältnis im Übrigen dicht, insbesondere gasdicht, ausgeführt, um das Kältemittel in dessen Inneren zu behalten. Dabei kann das Behältnis angepasst an bestimmungsgemäße Druckverhältnisse in dem Kältemittelkreislauf druckfest ausgeführt sein.
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Die erste Leitung des Auslasses ist insbesondere dazu ausgebildet, die Ausleitung gasförmigen Kältemittels aus dem Behältnis zu ermöglichen. Aufgrund des größeren Volumens der gasförmigen Phase und/oder da auslassseitig überwiegend gasförmiges Kältemittel benötigt wird, ist der erste Querschnitt der ersten Leitung größer ausgelegt als der zweite Querschnitt der zweiten Leitung. Die zweite Leitung kann demgegenüber insbesondere dem Absaugen von Öl bzw. flüssigem Kältemittel-ÖI-Gemisch, welches sich am Boden des Behältnisses sammelt, dienen. Da das durch die zweite Leitung abgesaugte Kältemittel-ÖI-Gemisch bzw. Öl einerseits eine höhere Dichte im Vergleich zur Gasphase der ersten Leitung aufweist und andererseits die Anteile an Flüssigphase für die Einstellung eines gewünschten Dampfgehaltes des Kältemittels bzw. einer vorteilhaften Kältemittelgütegezielt zu dosieren sind, ist der zweite Querschnitt der zweiten Leitung vergleichsweise gering.
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Der Auslass ist mit der steuerbaren Schließeinheit versehen, welche dazu ausgebildet ist, die erste und/oder die zweite Leitung variierbar zu verschließen. Mit anderen Worten kann die Schließeinheit entweder dazu ausgebildet sein, die erste und die zweite Leitung gleichermaßen variierbar zu verschlie-ßen, nur die erste oder die zweite Leitung variierbar zu verschließen oder beiden Leitungen unabhängig voneinander variierbar zu verschließen.
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Die Schließeinheit kann beispielsweise ein Rückschlagventil, insbesondere ein vorgespanntes Rückschlagventil, aufweisen. Ein solches Rückschlagventil kann insbesondere dazu ausgebildet sein, den Austritt von Kältemittel durch den Auslass, also insbesondere die erste oder die zweite Leitung, vollständig zu unterbinden, wenn sich die steuerbare Schließeinheit in einem geschlossenen Zustand befindet. Demgegenüber kann das Rückschlagventil den Auslass freigeben, wenn sich die Schließeinheit in einem geöffneten Zustand befindet. In dem geöffneten Zustand kann die Schließeinheit beziehungsweise das Rückschlagventil das Ausleiten von Kältemittel durch den Auslass aus dem Behältnis ermöglichen. Ein Rückschlagventil als Teil der Schließeinheit ist dabei insbesondere dazu ausgebildet, den Auslass vollständig zu verschließen, wenn es sich in dem geschlossenen Zustand befindet, oder vollständig freizugeben, wenn es sich in dem geöffneten Zustand befindet. Auf diese Weise ermittelt ein solches Rückschlagventil beispielsweise eine Positionierung des Auslasses an einer Unterseite des Kältemittelspeichers beziehungsweise Behältnisses.
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Im Allgemeinen kann der Auslass, wenn dieser die Schließeinheit mit dem Rückschlagventil aufweist, in einer unteren Hälfte des Behältnisses angeordnet sein. Ohne die Schließeinheit beziehungsweise das Rückschlagventil wäre eine derartige Positionierung von Nachteil, da das Behältnis durch den tiefliegenden Auslass auslaufen könnte beziehungsweise auf unerwünschte Weise Kältemittel durch den Auslass aus dem Behältnis austreten könnte, was sich insbesondere bei einem Systemstart und durch einen möglichen damit einhergehenden Nassanlauf des Verdichters nachteilig auswirken könnte. Sollten solche Konsequenzen insbesondere aus Robustheitsgründen akzeptabel, so kann auf die beschriebene Schließeinheit auch verzichtet werden. Ein Kältemittelaustritt könnte insbesondere dann erfolgen, wenn der Kältemittelkreislauf nicht betrieben wird. Durch die Schließmöglichkeit mit der Schließeinheit, insbesondere dem Rückschlagventil und die dadurch ermöglichte Anordnung des Auslasses an der Unterseite beziehungsweise in der unteren Hälfte des Behältnisses kann zudem ein Platzbedarf für die erste Leitung im Inneren des Behältnisses reduziert werden und die Einlagerungskapazität des Behälters an Kältemittel erhöht werden.
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Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass die Schließeinheit ein Ventil mit regelbarem Durchlass aufweist. Mit anderen Worten kann die Schließeinheit ein Ventil aufweisen, wobei ein Durchlass beziehungsweise ein Öffnungsgrad des Ventils regelbar ist. Durch ein solches Ventil kann ein Öffnungsgrad der ersten und/oder der zweiten Leitung variiert werden. Insbesondere ist das Ventil mit regelbarem Durchlass in der zweiten Leitung vorgesehen. In diesem Fall kann auf besonders einfache Art und Weise das Verhältnis der Öffnung zwischen erster und zweiter Leitung eingestellt werden. Mit anderen Worten kann das Ventil mit regelbarem Durchlass, wenn dieses in der zweiten Leitung angeordnet ist, dazu ausgebildet sein, den Durchlass von erster und zweiter Leitung im Verhältnis zu variieren. Da die zweite Leitung insbesondere an einer Unterseite des Behältnisses angeordnet sein kann, kann hierdurch insbesondere das Verhältnis zwischen ausgeleitetem gasförmigen Kältemittel und Schmiermittel, insbesondere Öl, und damit auch des Dampfgehaltes des Kältemittels bzw. dessen Austrittsgüte von der Unterseite des Behältnisses eingestellt werden. Durch die Variierung des Durchlasses der zweiten Leitung ermöglicht die Schließeinheit beziehungsweise das Ventil mit regelbarem Durchlass somit eine Variation des Anteils an flüssigem Kältemittel und folglich auch Schmiermittel im durch den Auslass ausgeleiteten Kältemittel.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Ventil mit regelbarem Durchlass eine Mindestöffnung aufweist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass stets zumindest eine geringe Menge an Schmiermittel durch die zweite Leitung aus dem Behältnis ausgeleitet wird, wenn der Kältemittelkreislauf mit dem Kältemittelspeicher in Betrieb ist. Mit anderen Worten wird durch die Mindestöffnung des Ventils mit regelbarem Durchlass sichergestellt, dass die zweite Leitung stets zumindest teilweise geöffnet ist. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass bei einem funktionalen Ausfall der Schließeinheit der Anteil an beigemischtem flüssigem Kältemittel in die Gasphase der ersten Leitung nicht unterbrochen und auf einem Mindestmaß fortgesetzt wird.
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Selbstverständlich kann die Schließeinheit auf jede erdenkliche Art und Weise ausgeführt sein. Somit beschränkt sich die Erfindung nicht auf eine Ausgestaltung der Schließeinheit als Ventil oder Rückschlagventil. Vielmehr kann die Schließeinheit alternativ oder zusätzlich einen Stopfen, eine Klappe und/oder ein beliebiges anderes Schließelement aufweisen.
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Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste Leitung und die zweite Leitung getrennt aus dem Behältnis herausgeführt sind. Mit anderen Worten können die erste und die zweite Leitung, welche gemeinsam Teil des Auslasses sind, an unterschiedlichen Stellen durch die Wandung des Behältnisses geführt sein. In weiterer Ausgestaltung kann das Behältnis beziehungsweise dessen Wandung eine jeweilige getrennte beziehungsweise separate Öffnung oder Durchführung für die erste Leitung und die zweite Leitung aufweisen. Mit anderen Worten können die erste und die zweite Leitung durch separate Öffnungen beziehungsweise Durchführungen aus dem Behältnis herausgeführt sein. Auf diese Weise kann einerseits die Absaugung des flüssigen Kältemittels und/oder des Schmiermittels durch die zweite Leitung verbessert werden, andererseits kann der Kältemittelspeicher auf einfachere Weise gefertigt werden, da eine Zusammenführung der ersten und der zweiten Leitung im Inneren des Behältnisses entfällt.
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Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Ende der ersten Leitung, mit welchem die erste Leitung in einem Inneren des Behältnisses endet, bezogen auf eine bestimmungsgemäße Lage des Kältemittelspeichers höher angeordnet ist als ein Ende der zweiten Leitung, mit welchem die zweite Leitung in dem Inneren des Behältnisses endet. Wobei im Extremfall der Abgang der ersten Leitung direkt unterhalb des Deckels und der Abgang der zweiten Leitung direkt am Boden des Kältemittelspeichers erfolgt. Mit anderen Worten ist das Ende der ersten Leitung im Inneren des Behältnisses bezogen auf die bestimmungsgemäße Lage des Kältemittelspeichers höher angeordnet, als das Ende der zweiten Leitung im Inneren des Behältnisses. Die bestimmungsgemäße Lage des Kältemittelspeichers bedeutet dabei insbesondere, dass der Kältemittelspeicher bestimmungsgemäß entlang seiner Hochachse ausgerichtet ist. Ein Betrieb des Kältemittelspeichers kann auf dessen bestimmungsgemäße Lage hin beziehungsweise ein bestimmungsgemäßer Betrieb des Kältemittelspeichers nur dann möglich sein, wenn sich der Kältemittelspeicher in seiner bestimmungsgemäßen Lage befindet. Durch die entsprechende relative Anordnung der Enden der ersten und der zweiten Leitung im Inneren des Behältnisses kann sichergestellt werden, dass durch die erste Leitung im Wesentlichen gasförmiges Kältemittel und durch die zweite Leitung im Wesentlichen flüssiges Kältemittel und/oder Schmiermittel vom Boden des Behältnisses aus dem Behältnis ausgeleitet wird.
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Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste Leitung bezogen auf eine bestimmungsgemäße Lage des Kältemittelspeichers ausschließlich in einer oberen Hälfte des Behältnisses angeordnet ist, insbesondere ausschließlich in derselben Höhe wie der Einlass. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass die erste Leitung im Inneren des Behältnisses keinen Bereich aufweist, der bezogen auf die bestimmungsgemäße Lage des Kältemittelspeichers unterhalb des Einlasses liegt. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der Abgang der ersten Leitung und die Eintrittsleitung in den Kältemittelspeicher konstruktiv getrennt ausgeführt sind, um einen Strömungskurzschluss zwischen Einlass und Auslass zu unterbinden. Eine solche Ausgestaltung des Kältemittelspeichers ist dadurch ermöglicht, dass eine Versorgung mit flüssigem Kältemittel sowie Schmiermittel ausschließlich über die zweite Leitung ermöglicht ist. Eine Führung der ersten Leitung in den unteren Teil des Behältnisses ist somit nicht nötig. Durch die steuerbare Schließeinheit ist zudem sichergestellt, dass der Auslass aus dem Behältnis dabei jeweils steuerbar ist.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft einen Kältemittelkreislauf mit einem erfindungsgemäßen Kältemittelspeicher. Der Kältemittelspeicher kann auf einer Hochdruckseite des Kältekreises oder auf einer Niederdruckseite des Kältekreises angeordnet sein. Der Begriff Akkumulator ist insbesondere gebräuchlich für Kältemittelspeicher, welche auf der Niederdruckseite des Kältekreises angeordnet sind. Insbesondere ist der Kältemittelspeicher als Teil des Kältekreises derart angeordnet, dass sich der Kältemittelspeicher in einem Betrieb des Kältekreises stets in seiner bestimmungsgemäßen Lage befindet. Der Kältemittelspeicher kann dazu ausgebildet sein, in dem Betrieb des Kältekreises überschüssiges Kältemittel aus dem Kältemittelkreislauf einzulagern und/oder zusätzliches, in dem Kältemittelspeicher bevorratetes Kältemittel bereitzustellen, wenn dies im Betrieb des Kältekreises benötigt wird.
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Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Kältekreis. Insbesondere ist der Kältemittelkreislauf Teil eines Temperierungssystems des Kraftfahrzeugs. Ein solches Temperierungssystem kann insbesondere zum Beheizen und/oder zum Kühlen eines Innenraums und/oder einer Fahrzeugkomponente des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein Kältemittelkreislauf mit einer Wärmepumpenfunktionalität zum Beheizen des Innenraums dienen und/oder einen Teil einer Klimaanlage zum Klimatisieren beziehungsweise Kühlen des Innenraums und/oder der Fahrzeugkomponente darstellen.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
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Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelspeichers für ein Kältemittel in einem Kältemittelkreislauf, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- - Einleiten eines Kältemittels in ein als Kältemittelspeicher funktionierendes Behältnis über einen Einlass, und
- - Ausleiten des Kältemittels aus dem Behältnis über einen zweiteiligen Auslass, welcher eine erste Leitung mit einem ersten Querschnitt und eine zweite Leitung mit einem geringeren zweiten Querschnitt aufweist.
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Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die erste Leitung und/oder die zweite Leitung des Auslasses mit einer steuerbaren Schließeinheit zumindest teilweise verschlossen wird. Dabei kann als Teil des letztgenannten Verfahrensschrittes vorgesehen sein, einen Grad der Verschließung der ersten und/oder der zweiten Leitung zu variieren. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass mittels der steuerbaren Schließeinheit ein Öffnungsgrad der ersten und/oder zweiten Leitung über die Zeit variiert wird.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kältemittelspeicher des erfindungsgemäßen Kältekreislaufs oder des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben worden sind. Dasselbe gilt analog auch umgekehrt. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombinationen der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 in einer äußerst schematischen Schnittansicht einen Kältemittelspeicher für ein Kältemittel gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform;
- 2 in einer äußerst schematischen Schnittdarstellung einen Kältemittelspeicher für ein Kältemittel gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform;
- 3 in einer äußerst schematischen Schnittdarstellung einen Kältemittelspeicher für ein Kältemittel gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform;
- 4 in einer äußerst schematischen Schnittdarstellung einen Kältemittelspeicher für ein Kältemittel gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform;
- 5 in einer äußerst schematischen Schnittdarstellung einen Kältemittelspeicher in der Ausführung insbesondere als Akkumulator für ein Kältemittel gemäß einer fünften beispielhaften Ausführungsform; und
- 6 einen beispielhaften Kältemittelkreislauf mit einem Kältemittelspeicher in der Ausführung insbesondere als Akkumulator für ein Kältemittel in einem Blockdiagramm.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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Die 1 bis 5 zeigen jeweils einen Kältemittelspeicher in der Ausführungsform eines Akkumulators 1 für ein Kältemittel in einer äußerst schematischen Schnittansicht. In den unterschiedlichen Ausführungsformen, welche in den 1 bis 5 dargestellt sind, weist der Akkumulator 1 jeweils ein Behältnis 2 für das Kältemittel, einen Einlass 3 in das Behältnis 2 und einen Auslass 4 aus dem Behältnis 2 auf. Insbesondere kann das Behältnis 2 nach außen jeweils durch einen Wandung 10 abgegrenzt sein. Insbesondere ist ein Inneres des Behältnisses 2 durch die Wandung 10 druckdicht umschlossen. In einem Betrieb des Akkumulators 1 beziehungsweise eines Kältekreises 20 (siehe 6) mit einem solchen Akkumulator 1 sammelt sich im Inneren des Behältnisses 2 das für den aktuellen Betriebspunkt des Systems nicht benötigte Kältemittel. Bei dem Kältemittel kann es sich beispielsweise um R1234yf, R134a oder R744 handeln. Dabei sammelt sich in einem unteren Bereich 11 des Behältnisses 2 insbesondere flüssiges Kältemittel, welches mit einem Schmiermittel, beispielsweise Öl, durchsetzt ist, sprich ein Kältemittel-ÖI-Gemisch. In einem oberen Bereich 12 des Behältnisses 2 sammelt sich insbesondere gasförmiges Kältemittel beziehungsweise das Kältemittel in einer gasförmigen Phase. Die Phase flüssigen Kältemittels im unteren Bereich 11 kann sich auf zwei getrennte Phasen aufteilen, wobei sich das Schmiermittel in diesem Fall am Boden des Behältnisses 2 absetzen kann. Mit anderen Worten kann sich im Inneren des Behältnisses 2 ein Sumpf bestehend aus dem Schmiermittel, etwa ein Ölsumpf, bilden. Mit anderen Worten kann, je nach gegebener Dichte der Fluide, im Regelfall innerhalb der flüssigen Phase im unteren Bereich 11 des Behältnisses 2 eine Ölkonzentration beziehungsweise eine Schmiermittelkonzentration des Schmiermittels nach unten hin zunehmen.
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Wie in 6 zu sehen ist, weist der Kältemittelkreislauf 20 üblicherweise einen Verdichter 22 auf. Eine Schmierung unter anderem des Verdichters 22 durch das Schmiermittel ist notwendig, um einen erhöhten Verschleiß am Verdichter 22 zu vermeiden. Aus diesem Grund ist es nötig, dass über den Auslass 4 aus dem Behältnis 2 ausgeleitetes Kältemittel eine ausreichende Ölkonzentration beziehungsweise Konzentration an Schmiermittel aufweist. Ein dauerhaftes Einlagern des Öl in dem Akkumulator 1 soll bzw. muss durch diesen Fluidaustrag vermieden werden.
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Der Einlass 3 und der Auslass 4 sind gemäß der 1 bis 5 jeweils als Durchlass durch die Wandung 10 des Behältnisses 2 ausgeführt. Mit anderen Worten kann der Einlass 3 beziehungsweise der Auslass 4 jeweils durch die Wandung 10 durchgeführt sein. Insbesondere sind Einlass 3 und Auslass 4 durch jeweils separate Öffnungen der Wandung 10 geführt. In den Ausführungsformen der 3 und 4 ist der Auslass 4 durch zwei separate Durchlässe in der Wandung 10 hindurchgeführt.
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Herkömmlicherweise kann der Auslass 4 eine Bohrung 13 zum Ansaugen von Schmiermittel bzw. Kältemittel-ÖI-Gemisch aus dem unteren Bereich 11 des Behältnisses 2 aufweisen. Hierzu ist es auch nötig, den Auslass 4 in den unteren Bereich 11 des Behältnisses 2 zu führen. Eine Absaugung von Schmiermittel durch die Bohrung 13 ist im Übrigen nur schlecht regelbar bzw. über die Bohrung 13 fest vorgegeben..
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Gemäß der Ausführungsbeispiele in den 1 bis 4 weist der Auslass 4 eine erste Leitung 5 und eine zweite Leitung 6 auf. Dabei weist die erste Leitung 5 einen ersten Querschnitt und die zweite Leitung 6 einen zweiten Querschnitt auf. Der zweite Querschnitt der zweiten Leitung 6 ist dabei kleiner als der erste Querschnitt der ersten Leitung 5. Mit anderen Worten weist die erste Leitung 5 einen größeren Querschnitt als die zweite Leitung 6 auf. Die erste Leitung 5 ist primär dazu vorgesehen, gasförmiges Kältemittel aus der gasförmigen Phase im oberen Bereich 12 des Behältnisses 2 abzuführen. Mit anderen Worten ist die erste Leitung 5 dazu ausgebildet, gasförmiges Kältemittel aus dem oberen Bereich 12 aus dem Behältnis 2 abzuleiten. Aus diesem Grund ist vorgesehen, dass ein Ende der ersten Leitung 5, mit welchem die erste Leitung 5 im Inneren des Behältnisses 2 endet, höher angeordnet ist als ein Ende der zweiten Leitung 6, in welchem die zweite Leitung 6 im Inneren des Behältnisses 2 endet. Dabei ist das Ende der ersten Leitung 5, mit welchem die erste Leitung 5 im Inneren des Behältnisses 2 endet, insbesondere im Bereich des Einlasses 3 und/oder im oberen Drittel des Akkumulators 1 angeordnet.
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Die zweite Leitung 6 ist dazu ausgebildet, flüssiges Kältemittel und insbesondere Schmiermittel bzw. ein Kältemittel-ÖI-Gemisch aus der flüssigen Phase im unteren Bereich 11 des Behältnisses 2 abzusaugen. Insbesondere saugt die zweite Leitung 6 über einen Unterdruckeffekt das Schmiermittel ab. Aus diesem Grund endet das Ende der zweiten Leitung 6 im Inneren des Behältnisses 2 insbesondere möglichst weit unten im Inneren des Behältnisses 2, insbesondere an einem Boden des Behältnisses 2. Auf diese Weise ist das Ende der zweiten Leitung 6 dort positioniert, wo sich in einem Betrieb des Akkumulators 1 üblicherweise der Ölsumpf beziehungsweise das Schmiermittel absetzt.
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Gemäß den 1 bis 4 ist die zweite Leitung 6 jeweils mit einem Ventil 7 mit regelbarem Durchlässe als steuerbare Schließeinheit versehen. Mit anderen Worten ist der Auslass 4 mit einer steuerbaren Schließeinheit versehen, welche ein Ventil 7 mit regelbarem Durchlass aufweist. Mit anderen Worten umfasst die Schließeinheit das Ventil 7. Durch das Ventil 7 ist eine Absaugung des Schmiermittels über die zweite Leitung 6 steuerbar beziehungsweise regelbar. Mit anderen Worten ist das Ventil 7 dazu ausgebildet, den Durchlass durch die zweite Leitung 6 zu variieren und somit die Absaugung des Schmiermittels über die zweite Leitung 6 variierbar zu gestalten. In der einfachsten Ausführungsform ist das Ventil 7 als Rückschlagventil ausgeführt, welches idealerweise vorgespannt ist, und variiert damit zwischen geschlossen im Ruhezustand des Systems bis hin zu einem maximalen Strömungsquerschnitt bei entsprechendem Unterdruck in der ersten Austrittsleitung 5.
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Im Ausführungsbeispiel von 1 ist die erste Leitung 5 auf herkömmliche Weise geformt. Insbesondere ist die erste Leitung 5 in dem unteren Bereich 11 des Behältnisses geführt und mit der Bohrung 13 versehen. Die zweite Leitung 6, welche auch als Kapillare bezeichnet werden kann, ist somit zusätzlich zu der Bohrung 13 zur Absaugung von Schmiermittel aus dem unteren Bereich 11 vorgesehen. Die zweite Leitung 5 ist dabei durch das Ventil 7 hinsichtlich ihres Durchlasses regelbar. Da durch die Bohrung 13 stets mit einem Mindestmaß an Absaugung von Schmiermittel zu rechnen ist, kann im Ausführungsbeispiel gemäß 1 beispielsweise vorgesehen sein, dass das Ventil 7 vollständig abregelbar ist. In diesem Fall erfolgt kein Durchlass durch die zweite Leitung 6, wobei ein Mindestmaß an Ableitung von Schmiermittel durch die Bohrung 13 noch gewährleistet ist.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist vorgesehen, dass die erste Leitung 5 ausschließlich in der oberen Hälfte des Behältnisses 2 angeordnet ist. Insbesondere ist die erste Leitung 5 ausschließlich in derselben Höhe angeordnet wie der Einlass 3. Auf diese Weise vergrößert sich ein nutzbares Volumen des Behältnisses 2, da ein Platzbedarf für den Auslass 4 gegenüber dem Stand der Technik reduziert ist. Eine Absaugung von Schmiermittel erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel ausschließlich über die zweite Leitung 6. Auch hier ist mittels des Ventils 7 variierbar beziehungsweise regelbar, wie viel Schmiermittel abgesaugt wird. Bei dieser Ausführungsform ist es vorteilhaft, wenn das Ventil 7 eine Mindestöffnung beziehungsweise einen Mindestöffnungsgrad aufweist, um stets ein Mindestmaß an Absaugung von Schmiermittel zu gewährleisten.
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Selbstverständlich sind die Ausführungsformen gemäß der 1 und 2 jeweils auch ohne das Ventil 7 möglich und Teil dieser Offenbarung. Im Falle von 1 kann auch insgesamt auf die zweite Leitung 6 verzichtet werden. In diesem Fall erfolgt die Absaugung von Schmiermittel ausschließlich über die Bohrung 13.
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Bei den Ausführungsbeispielen gemäß 3 und 4 sind die erste Leitung 5 und die zweite Leitung 6 getrennt voneinander aus dem Behältnis 2 herausgeführt. Mit anderen Worten weist das Behältnis 2 beziehungsweise dessen Wandung 10 separate Öffnungen für die erste Leitung 5 und die zweite Leitung 6 auf.
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Im Fall von 3 ist der Auslass 4 beziehungsweise die erste Leitung 5 und die zweite Leitung 6 jeweils im unteren Bereich 11 des Behältnisses 2 angeordnet beziehungsweise aus diesem herausgeführt. Dies kann dazu führen, dass der Akkumulator 1 ausläuft, wenn der Kältemittelkreislauf 20, in dem der Akkumulator 1 angeordnet ist, nicht betrieben wird. Mit anderen Worten wäre ein Auslaufen des Akkumulators 1 in einer Betriebspause des Kältekreises 20 möglich. Aus diesem Grund weist die Schließeinheit in dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 ein Rückschlagventil 8, insbesondere ein vorspannbares Rückschlagventil, auf. Dieses Rückschlagventil 8 ist dazu ausgebildet, den Auslass 4 beziehungsweise die erste Leitung 5 in einem geschlossenen Zustand abzudichten. In einem geöffneten Zustand ermöglicht das Rückschlagventil 8 hingegen das Ausleiten von Kältemittel durch den Auslass 4 beziehungsweise die erste Leitung 5. Im Ausführungsbeispiel von 3 umfasst die Schließeinheit somit beispielhaft sowohl das Ventil 7 als auch das Rückschlagventil 8.
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In einer kostengünstigeren bzw. vereinfachten Variante kann in 3 das Ventil 7 durch ein Rückschlagventil ersetzt werden. Alternativ mündet die zweite Leitung 6 stromaufwärts des Rückschlagventils 8 in die erste Leitung 5, wobei hier wiederum auf einen Aktor in der zweiten Leitung 6 auch verzichtet werden kann.
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Bei einer besonders niedrigen Anordnung der ersten Leitung 5 bzw. der Bohrung 13 im Behältnis kann durch horizontalen Austritt des Kältemittels auch vermehrt Öl/Kältemittelflüssigkeit-Gemisch durch die Bohrung 13 noch mitgerissen werden. In diesem Fall kann auf die zweite Leitung 6 (und damit auf das Ventil 7) verzichtet werden. Bei einem entsprechenden Einbau in den Kältemittelkreislauf bzw. Ausrichtung der anschließenden Klimaleitungen kann auf die Schließeinheit bzw. das Rückschlagventil 8 verzichtet werden.
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Auch im Ausführungsbeispiel von 4 sind die erste Leitung 5 und die zweite Leitung 6 getrennt aus dem Behältnis 2 herausgeführt. Doch bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die erste Leitung 5 und die zweite Leitung 6 bereits vor dem Blockanschluss 9 wieder zusammengeführt. Auch bei der Ausführungsform von 4 wäre die Anordnung eines Rückschlagventils 8 optional möglich. Dabei kann das Rückschlagventil entweder vor oder nach der Zusammenführung der ersten Leitung 5 mit der zweiten Leitung 6 angeordnet sein. Im ersteren Fall würde das optionale und in der 4 nicht dargestellte Rückschlagventil nur die erste Leitung 5 verschließen, wohingegen im anderen Fall ein Verschluss beider Leitungen 5, 6 durch das Rückschlagventil möglich wäre.
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Zuletzt ist der Einsatz eines Rückschlagventils 8 gemäß 5 auch dann möglich, wenn der Auslass 4 nur die erste Leitung 5 aufweist. Im Ausführungsbeispiel gemäß 5 ist der Auslass 4 beziehungsweise die einzige Leitung 5 im unteren Bereich 11 aus dem Behältnis 2 herausgeführt. Der untere Bereich 11 bezeichnet im vorliegenden Beispiel insbesondere das untere Drittel. Eine Ölabsaugung ist über die Bohrung 13 ermöglicht. Durch das Rückschlagventil 8, insbesondere das Vorspannbare Rückschlagventil 8, ist sichergestellt, dass ein Auslaufen des Akkumulators 1 vermieden wird, wenn sich der Kältemittelkreislauf 20 nicht im Betrieb befindet.
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Insgesamt ermöglicht der Akkumulator 1 eine Sicherstellung eines passenden Austrags an Schmiermittel aus dem Akkumulator 1 in allen Betriebszuständen des Akkumulators 1 beziehungsweise des Kältekreises 20. Insbesondere wird eine Mitnahme von Schmiermittel beziehungsweise ein Austrag von Schmiermittel bei geringer Last des Kältekreises 20 verbessert. Durch die Steuerbarkeit kann eine zu große Mitnahme von Schmiermittel bei hoher Last vermieden werden. Auf diese Weise ist die Schmierung des Verdichters 22 in allen Lastfällen verbessert.
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Zuletzt zeigt 6 ein Beispiel für den Kältemittelkreislauf 20. Der Kältemittelkreislauf 20 weist beispielhaft einen Gaskühler 21 beziehungsweise einen Kondensator 21, den Kompressor 22 beziehungsweise Verdichter 22, einen integrierten Wärmetauscher 23, einen Chiller 24, einen Verdampfer 25, einen Heizregister 26 und einen Luftheizer 27 auf. Zusätzlich weist der Kältemittelkreislauf 20 mehrere Ventile A1 bis A5 und mehrere Expansionseinheiten, insbesondere Expansionsventile, AE1 bis AE4 sowie zwei Rückschlagventile R1, R2 auf. Auf einer Niederdruckseite des Kältekreises 20 ist der Akkumulator 1 angeordnet. Alternativ oder zusätzlich wäre auch eine Anordnung der Akkumulators 1 auf einer Hochdruckseite des Kältekreises 20 möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10344794 A1 [0004]
- DE 69508787 T2 [0005]
- DE 102008011255 A1 [0006]