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DE102006001919A1 - Kältemittel-Kreislauf für eine Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug - Google Patents

Kältemittel-Kreislauf für eine Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug Download PDF

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DE102006001919A1
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Ulrich Fochler
Horst Achim Schröter
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Volkswagen AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kältemittel-Kreislauf für eine Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug, der einen von dem Fahrzeugmotor angetriebenen Kompressor, einen mit dessen Ausgang verbundenen Kältemittelkühler, ein den Kältemittelfluss regelndes Expansionsorgan und einen mit diesem und dem Eingang des Kompressors verbundenen Verdampfer sowie die aufgeführten Komponenten verbindende Kältemittelleitungen aufweist. Sie löst die Aufgabe, einen derartigen Kältemittel-Kreislauf so zu gestalten, dass bei eingeschalteter Klimaanlage und Kompressorstillstand anfänglich weiterhin Kältemittel durch den Verdampfer strömt. Dazu ist hochdruckseitig ein aus dem Kreislauf speisbarer und mit dem Expansionsorgan (3) verbindbarer Kältemittelspeicher (5) für komprimiertes Kältemittel angeordnet, der bei Motor- und somit Kompressorstillstand und geforderter Kälteleistung einen Kältemittelfluss entspannten Kältemittels über den Verdampfer (4) bis zu einem Druckausgleich mit der Saugseite des Kompressors (1) aufrechterhält.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kältemittel-Kreislauf für eine Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug, bei dem der Kältemittelfluss durch einen vom Fahrzeugmotor angetriebenen Kompressor erzeugt wird.
  • Eine Klimaanlage in einem Fahrzeug weist einen dem Kompressor nachgeschalteten Kältemittelkühler, der in Abhängigkeit vom eingesetzten Kältemittel als Gaskühler oder Kondensator fungiert, ein den Kältemittelfluss regelndes Expansionsorgan und einen mit diesem und der Eingangsseite des Kompressors verbundenen Verdampfer sowie diese Komponenten verbindende Kältemittelleitungen auf. Da der Kältemittelfluss durch den vom Fahrzeugmotor angetriebenen Kompressor erzeugt wird, kommt dieser zum Erliegen, sobald der Fahrzeugmotor abgeschaltet wird, z.B. bei vorübergehendem Stillstand des Fahrzeugs beim Halten an einer Ampel (idle-stop-Betrieb). Die Klimaanlage soll jedoch in der Lage sein, den Fahrzeuginnenraum auch bei abgeschaltetem Fahrzeugmotor zumindest anfänglich und vorübergehend zu klimatisieren.
  • Zur Lösung des Problems beschreibt die DE 103 42 110 A1 einen Kältemittel-Kreislauf mit mindestens einem Kältemittelsammler und einer Druckabsenkungsvorrichtung vorgesehen, die eine Druckabsenkung im Falle eines Kompressorstillstandes bewirkt. Diese kann so gestaltet sein, dass sie den Kältemittelsammler aufweist, und ist vorteilhaft vor und/oder direkt nach dem Verdampfer angeordnet und/oder in diesen integriert. Die Verdampfung im Verdampfer geht auch bei einem Motorstop weiterhin vonstatten. Dabei wird das Problem des durch die anhaltende Verdampfung des Kältemittels im Verdampfer ansteigenden Druckes durch das Vorsehen mindestens eines Kältemittelsammlers, der als Druckabsenkungsvorrichtung dient, gelöst, in dem sich gasförmiges Kältemittel sammelt und kondensiert, so dass sich das Volumen verringert und dadurch der Druck absinkt.
  • In der DE 101 56 944 A1 ist vorgeschlagen, zusätzlich zu dem ersten Verdampfer einen zweiten Verdampfer zum Abkühlen der Luft vorzusehen, der zusätzlich ein Kältespeichermedium enthält, wobei die zu konditionierende Luft wahlweise durch jeden Verdampfer einzeln oder durch beide Verdampfer gemeinsam leitbar ist. Der zweite Verdampfer kann beladen werden, wenn ausreichend Kälteleistung zur Verfügung steht, und kann dann die Luft bei Kompressorstillstand abkühlen. Alternativ dazu ist nur ein Verdampfer angeordnet, der zwei Teilbereiche enthält, von denen einer ein Kältespeichermedium enthält, wobei die zu konditionierende Luft wahlweise durch jeden Teilbereich einzeln oder durch beide Teilbereiche gemeinsam leitbar ist.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kältemittel-Kreislauf für eine Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu gestalten, dass bei eingeschalteter Klimaanlage und Kompressorstillstand anfänglich weiterhin Kältemittel durch den Verdampfer strömt.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Kältemittelkreislauf nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
  • Die Erfindung besteht darin, dass bei einer Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug mit einem einen Kältemittelkreislauf bildenden Kompressor, der durch den Fahrzeugmotor angetrieben wird, einem Kältemittelkühler, einem Expansionsorgan und einem Verdampfer, hochdruckseitig ein Kältemittelspeicher für komprimiertes Kältemittel angeordnet ist. Dieser ist aus dem Kreislauf speisbar und mit der Hochdruckseite des Expansionsorganes verbindbar. Bei Kompressorstillstand und geforderter Kälteleistung wird der Kältemittelspeicher mit dem Expansionsorgan verbunden, so dass das in diesem gespeicherte Kältemittel anfänglich einen Kältemittelfluss über den Verdampfer aufrechterhält, bis der Druck zwischen dem Kältemittelspeicher und dem Kompressoreingang ausgeglichen ist. Dieser Kältemittelspeicher kann vorteilhaft auch zur Abfederung von Spitzenlasten herangezogen werden. Zudem verbessert dieser das Ansprechverhalten der Klimaanlage bei spontanem Kälteenergiebedarf, da verdichtetes Kältemittel sofort zur Verfügung steht. Überdies kann der Kältemittelspeicher auch zur Verkleinerung der Komponenten der Klimaanlage und zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs beitragen.
  • Der Kältemittelspeicher ist dabei in einer an die Hochdruckseite des Expansionsorgans gekoppelten Abzweig- oder in einer Neben- bzw. Parallelleitung angeordnet, über die in Verbindung mit steuerbaren Absperrorganen die Speisung und Entleerung desselben ermöglicht ist.
  • Zur Wirkungsverbesserung der Klimaanlage ist es von Vorteil, wenn auf der Niederdruckseite in einer Abzweig- oder in einer Neben- bzw. Parallelleitung zwischen dem Verdampfer und dem Eingang des Kompressors ein Kältemittelspeicher für entspanntes Kältemittel angeordnet ist, der bei Öffnung des Kältemittelspeichers für komprimiertes Kältemittel geöffnet und bis zu einem Druckausgleich befüllbar ist. Je größer das Volumen dieses zusätzlichen Kältemittelspeichers ist, desto länger kann bei Kompressorstillstand ein Kältemittelfluss über den Verdampfer aufrechterhalten werden. Zur Zu- und Abschaltung des Kältemittelspeichers sind ebenfalls steuerbare Absperrorgane in die Kältemittelleitungen integriert.
    •
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt einen Kältemittel-Kreislauf für eine Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug.
  • Dieser in 1 dargestellte Kältemittel-Kreislauf weist nacheinander, jeweils über eine Kältemittelleitung L miteinander verbunden, einen vom Fahrzeugmotor angetriebenen Kompressor 1, einen Kältemittelkühler 2, ein Expansionsventil 3 und einen Verdampfer 4 auf, der mit der Saugseite des Kompressors 1 verbunden ist, sowie einen in einer Nebenleitung L1 zwischen dem Kältemittelkühler 2 und der Hochdruckseite des Expansionsventils 3 angeordneten Kältemittelspeicher 5 mit einem Volumen von 1 dm2 zur Speicherung von etwa 1 kg komprimierten Kältemittels mit einem Druck von 15 bar und einen in einer Nebenleitung L2 zwischen dem Verdampfer 4 und der Saugseite des Kompressors 1 angeordneten Kältemittelspeicher 6 für entspanntes Kältemittel auf. Dieser (6) hat gegenüber dem Kältemittelspeicher 5 ein erheblich größeres Volumen von 70 dm2. In der Nebenleitung L1 sind vor und hinter dem Kältemittelspeicher 5 steuerbare Absperrventile A1 und A2 angeordnet und in der Nebenleitung L2 steuerbare Absperrventile A5 und A6. Zudem sind jeweils in dem Abschnitt der Kältemittelleitung, der von der jeweiligen Nebenleitung L1 bzw. L2 überbrückt wird, Absperrventile A3 und A4 bzw. A7 und A8 angeordnet.
  • Der Kältemittelspeicher 5 wird im Teillastbetrieb der Klimaanlage gefüllt, da in diesem Betrieb Kältemittel zur Erbringung der geforderten Kälteleistung überschüssig ist. Das überschüssige Kältemittel wird bei geöffnetem Absperrventil A1, geöffneten Absperrventilen A3 und A4 und geschlossenem Absperrventil A2 in den Kältemittelspeicher 5 geleitet, bis in diesem der Sättigungsdruck erreicht ist. Dann wird das Absperrventil A1 geschlossen.
  • Wird nun der Fahrzeugmotor bei eingeschalteter Klimaanlage ausgeschaltet, wird auch der Kompressor 1 ausgeschaltet. Der Kältemittel-Kreislauf kommt zum Erliegen. Zur Aufrechterhaltung der Klimatisierung werden zeitgleich hochdruckseitig die Absperrventile A3 und A4 geschlossen und das Absperrventil A2 geöffnet und niederdruckseitig die Absperrventile A7 und A8 geschlossen und A5 geöffnet, so dass entspanntes Kältemittel über den Verdampfer 4 in den Kältemittelspeicher 6 strömen kann. Das entspannte Kältemittel strömt so lange, solange ein Druckgefälle zur Saugseite vorhanden ist. Ist dieses ausgeglichen, muss zur weiteren Klimatisierung nach einer entsprechenden Absperrventilsteuerung der Kompressor 1 wieder eingeschaltet werden, durch die der Kältemittelspeicher 6 geleert wird und der Kältemittelspeicher 5 wieder befällt werden kann.
  • Das erheblich größere Volumen des Kältemittelspeichers 6 ermöglicht dabei ein beständiges Druckgefälle während einer vorbestimmten Zeitdauer und erhält während dieser einen Massenstrom über den Verdampfer aufrecht. Unter der Annahme von 1 kg Kältemittel unter einem Druck von 15 bar im Kältemittelspeicher 5 und einem Massenstrom von ca. 70 Kg/h könnte eine Klimatisierung von etwa 50 s Dauer realisiert werden, ohne dass es zu Kälteleistungseinbußen kommt.
    • 1
    Kompressor
    2
    Kältemittelkühler
    3
    Expansionsventil
    4
    Verdampfer
    5
    Kältemittelspeicher
    6
    Kältemittelspeicher
    L
    Kältemittelleitung
    L1
    Nebenleitung
    L2
    Nebenleitung
    A1 bis A8
    Absperrventile

Claims (5)

  1. Kältemittel-Kreislauf für eine Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug, mit einem von dem Motor des Kraftfahrzeugs angetriebenen Kompressor, einem mit dessen Ausgang verbundenen Kältemittelkühler, einem den Kältemittelfluss regelnden Expansionsorgan und einem mit diesem und dem Eingang des Kompressors verbundenen Verdampfer sowie mit die aufgeführten Komponenten verbindenden Kältemittelleitungen, dadurch gekennzeichnet, dass hochdruckseitig ein aus dem Kreislauf speisbarer und mit dem Expansionsorgan (3) verbindbarer Kältemittelspeicher (5) für komprimiertes Kältemittel angeordnet ist, der bei Motor- und somit Kompressorstillstand und geforderter Kälteleistung einen Kältemittelfluss über den Verdampfer (4) bis zu einem Druckausgleich mit der Saugseite des Kompressors (1) aufrechterhält.
  2. Kältemittel-Kreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelspeicher (5) in einer an die Hochdruckseite des Expansionsorgans (3) gekoppelten Abzweig- oder einer Nebenleitung (L1) angeordnet ist, über die in Verbindung mit steuerbaren Absperrorganen (A1 bis A4) die Speisung und Entleerung des Kältemittelspeichers (5) ermöglicht ist.
  3. Kältemittel-Kreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Abzweig- oder in einer Nebenleitung (L2) zur Saugleitung des Kompressors (1) hinter dem Verdampfer (4) ein Kältemittelspeicher (6) für entspanntes Kältemittel angeordnet ist, der bei Öffnung des Kältemittelspeichers (5) geöffnet und bis zu einem Druckausgleich befüllbar ist, wobei das Volumen des Kältemittelspeichers (6) um ein Vielfaches größer als das des Kältemittelspeichers (5) ist.
  4. Kältemittel-Kreislauf nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Abzweig- oder Nebenleitungen (L1, L2) und den durch diese überbrückten Kältemittelleitungen (L) steuerbare Absperrorgane (A1 bis A8) angeordnet sind, über die die Kältemittelspeicher (5, 6) zuschalt- oder absperrbar sind.
  5. Kältemittel-Kreislaufs nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelspeicher (5) bei Teillastbetrieb der Klimaanlage mit überschüssigem Kältemittel befällt wird.
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