DE102008005074A1

DE102008005074A1 - Ejektor für eine Klimaanlage

Info

Publication number: DE102008005074A1
Application number: DE102008005074A
Authority: DE
Inventors: Roland Haussmann
Original assignee: Valeo Klimasysteme GmbH
Current assignee: Valeo Klimasysteme GmbH
Priority date: 2008-01-18
Filing date: 2008-01-18
Publication date: 2009-07-23
Also published as: JP5653000B2; ATE525619T1; JP2009168438A; EP2080967A1; EP2080967B1; ES2377265T3

Abstract

Ein Ejektor (3) für einen Kältemittelkreislauf, mit einer Düse (4), die einen Eingang (10) für flüssiges Kältemittel aufweist, einer Saugkammer (13), die einen Eingang (15) für gasförmiges Kältemittel aufweist, einem verstellbaren Ventilelement (18), mit dem der Strömungsquerschnitt der Düse (4) verändert werden kann, und einer Feder (20), die auf das Ventilelement (18) einwirkt, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (20) stromabwärts des Ventilelements (18) angeordnet ist. Es ist auch ein Kältemittelkreislauf (100) mit einem solchen Ejektor vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ejektor für einen Kältemittelkreislauf, mit einer Düse, die einen Eingang für flüssiges Kältemittel aufweist, einer Saugkammer, die einen Eingang für überwiegend gasförmiges Kältemittel aufweist, einem verstellbaren Ventilelement, mit dem der Strömungsquerschnitt der Düse verändert werden kann, und einer Feder, die auf das Ventilelement einwirkt.
Ein solcher Ejektor ist beispielsweise aus der JP-5 312 421 bekannt. Er kann als Expansionselement in einem Kältemittelkreislauf verwendet werden, der zum Kühlen von Luft verwendet wird, die beispielsweise einem Innenraum eines Kraftfahrzeugs zugeführt werden kann. Ein Beispiel für einen solchen Kältemittelkreislauf ist in 1 gezeigt.
Der Kältemittelkreislauf weist einen Kompressor 1 auf, der Kältemittel verdichtet, welches anschließend durch einen Kondensator bzw. Gaskühler 2 geleitet wird. Dort kondensiert das Kältemittel und wird in flüssigem Zustand dem Ejektor 3 zugeführt oder es wird als überkritisches Gas nur abgekühlt und im überkritischen Zustand in den Ejektor eingeleitet. Dort strömt das Kältemittel durch eine Düse 4, wodurch Druck und Temperatur des Kältemittels verringert werden, und anschließend zusammen mit dem vom Verdampfer angesaugten, überwiegend gasförmigen Kältemittel durch einen Diffusor 5. Am Ausgang des Ejektors 3 besteht das Kältemittel aus einem Gemisch von überwiegend flüssiger Phase und überwiegend gasförmiger Phase. Diese Phasen werden in einem Separator 6 getrennt, wobei der überwiegend gasförmige Anteil des Kältemittels über einen Verdampfer 7 wieder dem Kompressor 1 zugeführt wird. Der überwiegend flüssige Anteil des Kältemittels wird einem zweiten Verdampfer 8 zugeführt und von dort in den Ejektor 3 gesaugt. Die im Verdampfer zum Verdampfen des Kältemittels benötigte Wärme kann beispielsweise der Luft entzogen werden, die dann gekühlt in den Fahrzeuginnenraum geleitet wird.
Bei einem solchen oder einem ähnlichen Kältemittelkreislauf besteht grundsätzlich das Problem, daß der Ejektor 3 auf einen bestimmten Massendurchsatz an Kältemittel ausgelegt werden muß. Bei einem höheren und einem niedrigeren Massendurchsatz als dem optimalen Massendurchsatz ist die Wirkung des Ejektors nicht optimal. Wird der Kältemittelkreislauf beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug eingesetzt, variiert der Kältemittel-Massenstrom durch den Ejektor zwischen 5 kg/h und 400 kg/h. Derartige Unterschiede des Kältemittel-Massenstroms können mit einem Ejektor mit konstantem Strömungsquerschnitt nicht beherrscht werden. Daher sind Ejektoren bekannt, bei denen im Bereich der Düse ein elektromagnetisch gesteuertes Ventilelement vorgesehen ist. Solche Ejektoren sind sehr aufwendig. Aus der eingangs genannten japanischen Patentanmeldung ist ein Ejektor bekannt, bei dem das Ventilelement mit einer Prallplatte versehen ist, die im Strömungsweg des flüssigen Kältemittels liegt. In Abhängigkeit von Massendurchsatz wird das Ventilelement geöffnet.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Ejektor der eingangs genannten Art zu schaffen, der sich durch eine bessere Effizienz auszeichnet.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Ejektor der eingangs genannten Art vorgesehen, daß die Feder stromabwärts des Ventilelements angeordnet ist. Auf diese Weise stört die Feder die Strömung des Kältemittels weniger, so daß sich ein besserer Wirkungsgrad ergibt.
Gegenüber anderen, aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen zeichnet sich die Erfindung durch geringe Kosten aus, da keine elektronische Steuerung notwendig ist, um über alle Betriebszustände gute Strömungsverhältnisse aufrechtzuerhalten. Weiterhin zeichnet sich die Erfindung durch einen geringen Druckverlust aus, da keine Vordrossel notwendig ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Ventilelement stromaufwärts der Düse angeordnet ist. Dies gewährleistet, daß die Strömung im sensibelsten Bereich des Ejektors, also im Bereich der Düse, vom Ventilelement nicht gestört wird.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß das Ventilelement den Strömungsquerschnitt eines separaten Kanals freigeben kann. Dieser Kanal kann konzen trisch mit der Düse angeordnet sein, so daß im Zustand mit nicht geöffnetem Querschnitt ein vergleichsweise kleiner Ringspalt um den Kanal herum als Strömungsquerschnitt geöffnet ist, während bei geöffnetem Ventilelement zusätzlich der Kanal als Strömungsquerschnitt zur Verfügung steht.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß das Ventilelement sich durch die Düse erstreckt. Bei dieser Ausführungsform kontrolliert das Ventilelement unmittelbar den Strömungsquerschnitt im Bereich der Düse.
Vorzugsweise ist das Ventilelement eine Ventilnadel, die stromaufwärts und stromabwärts der Düse mit Führungsfortsätzen versehen ist, die in Führungen verschiebbar aufgenommen sind. Durch die Führungen beiderseits der Düse ist das Ventilelement besonders sicher geführt, so daß ein Flattern des Ventilelementes (und eine daraus resultierende Beeinträchtigung der Strömung durch die Düse) bei allen Betriebszuständen zuverlässig verhindert ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß der Strömungsquerschnitt der Düse bei geschlossenem Ventilelement in der Größenordnung von 0,1 mm² bis 0,3 mm² liegt. Dies gewährleistet, daß auch bei geringem Kältemittel-Massenstrom eine ausreichende Saugwirkung in der Saugkammer erzeugt wird.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Strömungsquerschnitt der Düse bei maximal geöffnetem Ventilelement in der Größenordnung von 3 mm² liegt. Dieser Querschnitt ermöglicht den notwendigen hohen Massendurchsatz bei hoher Kühllast.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß das Ventilelement öffnet, wenn am Eingang für flüssiges Kältemittel ein Druck im Bereich von 100 bis 140 bar anliegt. Auf diese Weise erfolgt eine automatische Druckbegrenzung auf der Hochdruckseite.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:
1 schematisch ein Beispiel für einen Kältemittelkreislauf, bei dem ein erfindungsgemäßer Ejektor verwendet werden kann;
2 einen Ejektor gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Schnittansicht; und
3 einen Ejektor gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Schnittansicht.
In 2 ist ein Ejektor 3 gezeigt, der einen Eingang 10 für flüssiges Kältemittel aufweist. Der Eingang 10 gehört zu einer Düse 4, an die sich ein Diffusor 5 anschließt. Die Düse 4 wird von einer Saugkammer 13 umgeben, die einen Eingang 15 für gasförmiges Kältemittel aufweist.
Konzentrisch innerhalb der Düse ist ein Rohr 14 angeordnet, das innenseitig einen Kanal 16 bildet. Das Rohr 14 schließt bündig mit dem stromabwärtigen Ende der Düse 4 ab und weist an seinem stromaufwärtigen Ende ein Ventilelement 18 auf, das von einer Feder 20 entgegen der Strömungsrichtung des flüssigen Kältemittels gegen einen Ventilsitz 22 am Rohr 14 gedrückt wird. Die Düse 4 weist somit zwei Strömungsquerschnitte auf, nämlich einen ersten, ringförmigen Strömungsquerschnitt um das Rohr 14 herum, und einen vom Kanal 16 gebildeten Querschnitt.
Wenn das Ventilelement 18, das hier als Ventilkugel ausgebildet ist, geschlossen ist, liegt der Strömungsquerschnitt im Ringspalt zwischen dem Rohr 14 und der Innenseite der Düse 4 im Bereich von 0,1 bis 0,3 mm². Dieser Strömungsquerschnitt steht unabhängig vom jeweiligen Betriebszustand immer zur Verfügung. Wenn der Druck am Hochdruckeingang der Düse 4 groß genug ist, wird das Ventilelement 18 entgegen der Wirkung der Feder 20 nach rechts verschoben, so daß der Strömungsweg durch den Kanal 16 freigegeben wird. In diesem Fall steht insgesamt ein Strömungsquerschnitt in der Größenordnung von 3 mm² zur Verfügung.
Der besondere Vorteil der ersten Ausführungsform besteht darin, daß das Ventilelement 18 außerhalb des engsten Querschnittes der Düse 4 angeordnet ist, so daß dort im wesentlichen ungestörte Strömungsverhältnisse vorliegen. Außerdem kann das Kältemittel durch den Diffusor 5 in axialer Richtung abströmen.
In 3 ist eine zweite Ausführungsform gezeigt. Für die von der ersten Ausführungsform bekannten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insoweit auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
Der wesentliche Unterschied gegenüber der ersten Ausführungsform besteht darin, daß bei der zweiten Ausführungsform das Ventilelement 18 als Ventilnadel ausgeführt ist, die sich durch die Düse 4 hindurcherstreckt. Die Ventilnadel hat eine leicht kegelige Außenfläche mit einem Neigungswinkel im Bereich von 2 bis 10°.
Stromaufwärts und stromabwärts der Düse 4 ist das Ventilelement 18 mit Führungsfortsätzen 19 versehen, die in Führungen 21 verschiebbar aufgenommen sind. Auf diese Weise ist das Ventilelement 18 flatterfrei geführt. Die Feder 20 ist in großem Abstand stromabwärts zur Düse 4 angeordnet, und zwar im Bereich der stromabwärtigen Führung 21. In diesem Bereich zweigt auch der Ausgang vom Diffusor 5 in radialer Richtung ab.
Auch bei der zweiten Ausführungsform liegt bei „geschlossenem" Ventilelement 18, also wenn dieses maximal nach links verschoben ist, ein freier Strömungsquerschnitt in der Größenordnung von 0,1 bis 0,3 mm² vor. Bei geöffnetem Ventilelement, also wenn dieses maximal nach rechts verschoben ist, vergrößert sich der Strömungsquerschnitt auf etwa 3 mm². Im Unterschied zur ersten Ausführungsform wird jedoch nicht ein zweiter Strömungsquerschnitt zugeschaltet, sondern die Größe des ersten und einzigen Strömungsquerschnitts variiert.
Bei beiden Ausführungsformen ist die Feder 20 so ausgelegt, daß das Ventilelement 18 bei einem Druck auf der Hochdruckseite des Ejektors in der Größenordnung von 100 bis 140 bar öffnet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 5312421 [0002]

Claims

Ejektor (3) für einen Kältemittelkreislauf, mit einer Düse (4), die einen Eingang (10) für flüssiges Kältemittel aufweist, einer Saugkammer (13), die einen Eingang (15) für überwiegend gasförmiges Kältemittel aufweist, einem verstellbaren Ventilelement (18), mit dem der Strömungsquerschnitt der Düse (4) verändert werden kann, und einer Feder (20), die auf das Ventilelement (18) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (20) stromabwärts des Ventilelements (18) angeordnet ist.
Ejektor (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (18) stromaufwärts der Düse (4) angeordnet ist.
Ejektor (3) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (18) den Strömungsquerschnitt eines separaten Kanals (16) freigeben kann.
Ejektor (3) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der separate Kanal (16) konzentrisch mit der Düse (4) angeordnet ist.
Ejektor (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (18) sich durch die Düse (4) erstreckt.
Ejektor (3) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (18) eine Ventilnadel ist.
Ejektor (3) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel stromaufwärts und stromabwärts der Düse (4) mit Führungsfortsätzen (19) versehen ist, die in Führungen (21) verschiebbar aufgenommen sind.
Ejektor (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt der Düse (4) bei geschlossenem Ventilelement (18) in der Größenordnung von 0,1 mm² bis 0,3 mm² liegt.
Ejektor (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt der Düse (4) bei maximal geöffnetem Ventilelement (18) in der Größenordnung von 3 mm² liegt.
Ejektor (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (18) öffnet, wenn am Eingang (10) für flüssiges Kältemittel ein Druck im Bereich von 100 bis 140 bar anliegt.
Kältemittelkreislauf (100) mit einem Ejektor (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.