DE102009020543A1

DE102009020543A1 - Variable Kältemittel-Expansionsvorrichtung mit Druckentlastung

Info

Publication number: DE102009020543A1
Application number: DE102009020543A
Authority: DE
Inventors: Jan Troy Lu; Harry E. Troy Eustice; Edwin J. Pontiac Stanke
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-05-22
Filing date: 2009-05-08
Publication date: 2010-02-04
Anticipated expiration: 2029-05-09
Also published as: CN101586895A; US20090288436A1; US7913504B2; CN101586895B; DE102009020543B4

Abstract

Eine Kältemittel-Expansionsanordnung und ein Betriebsverfahren zur Verwendung in einer Kraftfahrzeugklimaanlage sind offenbart. Ein Drosselanschlusskabel verbindet einen Drosseleinlassanschluss mit einem Drosselauslassanschluss und umfasst einen Ventilsitz. Eine variable Drosselanordnung ist in dem Drosselkanal angebracht und umfasst einen festen Drosseldurchgang, der sich axial durch einen variablen Drosselkörper hindurcherstreckt, welcher einen Dichtflansch aufweist, der gegen einen Ventilsitz über eine Drosselfeder abzudichten vermag. Ein Drosselumgebungsventil umfasst eine Sperrkugel, die durch eine Umgehungsfeder gegen einen Kugelsitz vorgespannt ist und selektiv zulässt, dass etwas von dem Kältemittel die variable Drosselanordnung umgeht. Die Kältemittel-Expansionsanordnung kann auch eine Berstscheibe unterstromig der variablen Drosselanordnung umfassen.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Kraftfahrzeugklimaanlagen und im Spezielleren variable Kältemittel-Expansionsvorrichtungen für Kraftfahrzeugklimaanlagen, die nicht herkömmliche Kältemittel mit höherem Druck verwenden.
Neue Vorschriften für Kältemittel, die in Kraftfahrzeugklimaanlagen verwendet werden, bringen es mit sich, dass einige Kraftfahrzeugklimaanlagen Kältemittel einsetzen, die bei viel höheren Drücken arbeiten als herkömmliche in Kraftfahrzeugen verwendete Kältemittel. Bei diesen viel höheren Drücken sind die typischen, mit den herkömmlichen Kältemitteln verwendeten Expansionsvorrichtungen nicht ausreichend. Demzufolge wurden thermische Expansionsventile gelegentlich modifiziert, um bei den höheren Drücken der neuen Kältemittel zu arbeiten; allerdings bestehen Nachteile im Zusammenhang mit der Membran, die in dem thermischen Expansionsventil zwischen dem Zuflusskältemittelstrom und dem Abflusskältemittelstrom angeordnet ist, und mit einem Rohr, das für einen Temperatursensor verwendet wird und bei der Montage leicht bricht. Andere haben versucht, Drosselrohre vorzusehen, die mit den Kältemitteln bei höherem Druck verwendet werden können, indem eine Berstscheibe zum Schutz eines Verdampfers vor Überdruck und eine Balganordnung koaxial mit der Drossel vorgesehen wurden, die als eine Kältemittelumgehung verwendet wird. Diese Drosselrohranordnung ist jedoch übermäßig komplex und kostspielig herzustellen und zu montieren. Es ist daher wünschenswert, eine Expansionsvorrichtung vorzusehen, die in der Lage ist, unter den höheren Drücken von neueren Kraftfahrzeugkältemitteln zu arbeiten und gleichzeitig einen relativ kostengünstigen und einfachen Aufbau vorzusehen, der die gewünschten Funktionen ausführt.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Ausführungsform zieht eine Kältemittel-Expansionsanordnung zur Verwendung in einer Kraftfahrzeugklimaanlage in Erwägung. Die Anordnung kann einen Drosseleinlassanschluss, der derart ausgebildet ist, um ein Kältemittel von einem Kondensator zu empfangen, einen Drosselauslassanschluss, der derart ausgebildet ist, um das Kältemittel zu einem Verdampfer zu senden, und einen Drosselkanal umfassen, welcher den Drosseleinlassanschluss mit dem Drosselauslassanschluss verbindet und einen Ventilsitz umfasst. Die Anordnung kann auch eine variable Drosselanordnung, die in dem Drosselkanal angebracht ist und einen variablen Drosselkörper umfasst, der axial in dem Drosselkanal verschiebbar ist, wobei der variable Drosselkörper einen Dichtflansch, der mit dem Ventilsitz abdichtend in Eingriff bringbar ist, einen oberstromigen variablen Drosseldurchgang, der sich oberstromig von dem Dichtflansch erstreckt, einen unterstromigen variablen Drosseldurchgang, der sich unterstromig von dem Dichtflansch erstreckt, und einen festen Drosseldurchgang umfassen, der sich axial durch den variablen Drosselkörper hindurch erstreckt, wobei die variable Drosselanordnung eine Drosselfeder umfasst, die derart ausgebildet ist, um den Dichtflansch in Eingriff mit dem Ventilsitz vorzuspannen. Die Anordnung kann auch einen oberstromigen Umgehungskanal, der sich von dem Drosselkanal oberstromig von der variablen Drosselanordnung weg erstreckt und einen Kugelsitz umfasst, einen unterstromigen Umgehungskanal, der sich von dem Drosselkanal unterstromig von der variablen Drosselanordnung weg erstreckt, eine Umgehungskammer, welche den oberstromigen Umgehungskanal mit dem un terstromigen Umgehungskanal verbindet, eine Sperrkugel, die in der Umgehungskammer angebracht und mit dem Kugelsitz abdichtend in Eingriff bringbar ist, und eine Umgehungsfeder umfassen, die mit der Sperrkugel funktionell in Eingriff steht, um die Sperrkugel in abdichtenden Eingriff mit dem Kugelsitz vorzuspannen.
Eine Ausführungsform zieht eine Kältemittel-Expansionsanordnung zur Verwendung in einer Kraftfahrzeugklimaanlage in Erwägung. Die Anordnung kann einen Drosseleinlassanschluss, der derart ausgebildet ist, um ein Kältemittel von einem Kondensator zu empfangen, einen Drosselauslassanschluss, der derart ausgebildet ist, um das Kältemittel zu einem Verdampfer zu senden, und einen Drosselkanal umfassen, welcher den Drosseleinlassanschluss mit dem Drosselauslassanschluss verbindet und einen Ventilsitz umfasst. Die Anordnung kann auch eine variable Drosselanordnung umfassen, die in dem Drosselkanal angebracht ist und einen variablen Drosselkörper umfasst, der axial in dem Drosselkanal verschiebbar ist, wobei der variable Drosselkörper einen Dichtflansch, der mit dem Ventilsitz abdichtend in Eingriff bringbar ist, einen oberstromigen variablen Drosseldurchgang, der sich oberstromig von dem Dichtflansch erstreckt, einen unterstromigen variablen Drosseldurchgang, der sich unterstromig von dem Dichtflansch erstreckt, und einen festen Drosseldurchgang umfasst, der sich axial durch den variablen Drosselkörper hindurch erstreckt, wobei die variable Drosselanordnung eine Drosselfeder umfasst, die derart ausgebildet ist, um den Dichtflansch in Eingriff mit dem Ventilsitz vorzuspannen. Die Anordnung kann auch einen Druckentlastungs-Auslasskanal, der mit dem Drosselkanal zwischen der variablen Drosselanordnung und dem Drosselauslassanschluss verbunden ist, und eine Berstscheibe umfassen, die ein Ende des Druckentlastungs-Auslasskanals umgibt, wobei die Berstscheibe bersten wird, wenn ein Kältemitteldruck benachbart zu dem Druckentlastungs-Auslasskanal einen vorbestimmten Druckschwellenwert überschreitet, um zuzulassen, dass das Kältemittel in die Umgebung entweicht.
Eine Ausführungsform zieht ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftfahrzeugklimaanlage, die eine Kältemittel-Expansionsanordnung aufweist, in Erwägung, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: ein Kältemittel durch einen Drosseleinlassanschluss, einen Drosselkanal mit einem festen Drosseldurchgang durch eine variable Drosselanordnung und einen Drosselauslassanschluss hindurch geleitet wird, bevor das Kältemittel in einen Verdampfer geleitet wird; ein Kältemitteldruck oberstromig der variablen Drosselanordnung auf eine Sperrkugel gegen eine Vorspannung einer Umgehungsfeder und einen variablen Drosselkörper der variablen Drosselanordnung gegen eine Vorspannung einer Drosselfeder aufgebracht wird; der variable Drosselkörper gegen die Vorspannung der Drosselfeder in eine offene Position gedrückt wird, wenn der Kältemitteldruck einen ersten vorbestimmten Druckschwellenwert überschreitet, um zuzulassen, dass das Kältemittel durch einen oberstromigen variablen Drosseldurchgang und einen unterstromigen variablen Drosseldurchgang in der variablen Drosselanordnung hindurch strömt; die Sperrkugel gegen die Vorspannung der Umgehungsfeder in eine offene Position gedrückt wird, wenn der Kältemitteldruck einen zweiten vorbestimmten Druckschwellenwert überschreitet, der ein höherer Druck ist als der erste vorbestimmte Druckschwellenwert, um zuzulassen, dass das Kältemittel an der Sperrkugel vorbei durch eine Umgehungskammer hindurch strömt, um dadurch die variable Drosselanordnung zu umgehen; die Umgehungsfeder die Sperrkugel in eine geschlossene Position vorspannt, wenn der Kältemitteldruck unter den zweiten vorbestimmten Druckschwellenwert fällt, um dadurch das gesamte Kältemittel zu zwingen, durch die variable Drosselanordnung hindurch zu strömen; und die Drosselfeder den variablen Drosselkörper in eine geschlossene Position vorspannt, wenn der Kälte mitteldruck unter den ersten vorbestimmten Druckschwellenwert fällt, um dadurch das gesamte Kältemittel zu zwingen, durch den festen Drosseldurchgang hindurch zu strömen.
Ein Vorteil einer Ausführungsform besteht darin, dass die Kältemittel-Expansionsanordnung sowohl ein Drosselumgehungsventil zum Ablassen von hohem Druck oberstromig der Drossel, als auch ein Überduckventil aufweist, welches Kältemitteldruck ablassen wird, wenn der Druck so hoch ist, dass ein Schaden an dem Verdampfer möglich ist – all das in einer relativ einfachen, kostengünstigen und zuverlässigen Anordnung. Die Druckentlastung ist insbesondere nützlich, wenn Kältemittel verwendet werden, die bei einem höheren Druck betrieben werden als herkömmliche Kraftfahrzeugkältemittel, wie z. B. Kohlendioxid-Kältemittelsysteme. Das Drosselumgehungsventil weist einen einfachen, kostengünstigen und zuverlässigen Aufbau auf, um die gewünschte Druckentlastung zu erzielen.
Ein Vorteil einer Ausführungsform besteht darin, dass die Drosselanordnung variabel ist, was eine verbesserte Kältemittelströmung ermöglicht, indem eine variable Kältemittelströmung durch die Drossel hindurch ermöglicht wird.
Ein Vorteil einer Ausführungsform besteht darin, dass ein Kältemittelfilterelement zur Wartung entfernbar ist, um damit Kosten in Verbindung mit der Montage und Wartung eines verstopften Filters zu reduzieren.
Ein Vorteil einer Ausführungsform besteht darin, dass die Kältemittel-Expansionsanordnung einen kompakten Aufbau mit vier parallelen Anschlussverbindungen umfasst, um so eine einfachere Unterbringung in dem Kraftfahrzeug zuzulassen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Veranschaulichung einer Kraftfahrzeugklimaanlage, die eine Kältemittel-Expansionsanordnung verwendet.
2 ist eine perspektivische Darstellung der Kältemittel-Expansionsanordnung.
3 ist eine perspektivische Darstellung der Kältemittel-Expansionsanordnung, unter einem anderen Winkel betrachtet als in 2.
4 ist eine partielle Schnittansicht entlang der Linie 4-4 in 2.
5 ist eine Ansicht ähnlich 4, zeigt jedoch eine variable Drosselanordnung und ein Drosselumgehungsventil in offenen Positionen.
Detaillierte Beschreibung
1 veranschaulicht einen Abschnitt einer Kraftfahrzeugklimaanlage 12 zur Verwendung mit alternativen Kältemitteln, die bei einem viel höheren Druck arbeiten als herkömmliche Kältemittel, welche in Automobilen verwendet werden. Das Hochdruckkältemittel kann z. B. ein Kohlendioxidkältemittel anstelle eines herkömmlichen Kraftfahrzeugkältemittels wie z. B. R134a oder Freon sein. Die Klimaanlage 12 umfasst einen Kältemittelverdichter 14, der ein Kältemittel verdichtet, bevor er es über eine Kältemittelleitung 16 zu einem Kondensator 18 schickt, wo Wärmeenergie aus dem Kältemittel entfernt wird. Eine weitere Kältemittelleitung 20 leitet das Kältemittel von dem Kondensator 18 zu einem Drosseleinlassanschluss 22 einer Kältemittel-Expansionsanordnung 24. Eine noch weitere Kältemittelleitung 26 stellt eine Verbindung zwischen einem Drosselauslassanschluss 28 der Expansionsanordnung 24 und einem Verdampfer 30 her.
Der Verdampfer 30 wird gelegentlich auch als eine Kältemaschine bezeichnet und umfasst eine Sekundärkreislauf-Auslassleitung 32 und eine Sekundärkreislauf-Einlassleitung 34, die eine Flüssigkeit wie z. B. ein Kühlmittel durch einen sekundären Kreislauf 36 (von dem nur ein Abschnitt gezeigt ist) der Klimaanlage 12 transportiert. Alternativ kann der Verdampfer 30 als ein herkömmlicherer Verdampfer ohne einen sekundären Kreislauf in der Klimaanlage wirken. In jedem Fall erstreckt sich eine weitere Kältemittelleitung 38 von dem Verdampfer 30 zu einem Rücklaufeinlassanschluss 40 der Kältemittel-Expansionsanordnung 24, und eine weitere Kältemittelleitung 42 erstreckt sich von einem Rücklaufauslassanschluss 44 der Expansionsanordnung 24 zu dem Verdichter 14, um einen Kältemittelkreislauf 46 der Kraftfahrzeugklimaanlage zu vervollständigen.
Die 2–5 veranschaulichen die in 1 gezeigte Kältemittel-Expansionsanordnung 24 in größerem Detail. Die Kältemittel-Expansionsanordnung 24 weist einen Hauptkörper 50 auf, der ein Paar Befestigungsbohrungen 48 zum Befestigen der Anordnung 24 definiert.
Der Hauptkörper 50 definiert auch den Drosseleinlassanschluss 22, den Drosselauslassanschluss 28, den Rücklaufeinlassanschluss 40 und den Rücklaufauslassanschluss 44. Der Rücklaufeinlassanschluss 40 und der Rücklaufauslassanschluss 44 sind koaxial miteinander ausgerichtet und sind durch einen Kältemittelrücklaufkanal 52 verbunden, der sich durch den Hauptkörper 50 hindurch erstreckt. Der Drosseleinlassanschluss 22 und der Drosselauslassanschluss 28 sind koaxial miteinander ausgerichtet und erstrecken sich parallel zu dem Rücklaufeinlass- und -auslassanschluss 40, 44, sind jedoch nicht mit dem Rücklaufeinlass- und -auslassanschluss 40, 44 verbunden oder stehen in keinerlei Wechselwirkung damit (wie es bei einem thermischen Expansionsventil der Fall ist, das eine Öffnung zwischen den Drosselanschlüssen und den Rücklaufanschlüssen aufweist, welche mit einer Membran abgedeckt ist, die verwendet wird, um die Ventilöffnung zu beeinflussen). Der Drosseleinlassanschluss 22 ist mit dem Drosselauslassanschluss 28 durch einen Drosselkanal 54 verbunden, der sich durch den Hauptkörper 50 hindurch erstreckt, wobei der Drosselkanal 54 eine darin angebrachte variable Drosselanordnung 56 umfasst.
Ein oberstromiger Umgehungskanal 58 erstreckt sich rechtwinklig von dem Drosselkanal 54 – direkt oberstromig der variablen Drosselanordnung 56 – zu einem Ventilsitz 60, der sich in eine Umgehungskammer 62 hinein öffnet, die durch einen Umgehungsventilflansch 64 definiert ist, welcher sich von dem Hauptkörper 50 weg erstreckt. Ein unterstromiger Umgehungskanal 66 erstreckt sich von der Umgehungskammer 62, direkt unterstromig der variablen Drosselanordnung 56, weg. Ein Drosselumgehungsventil 68 umfasst eine Sperrkugel 70, einen Umgehungskolben 72 (mit einem Schaft 73) und eine Schraubenfeder 74, die alle in der Umgehungskammer 62 angeordnet sind. Die Sperrkugel 70 ist durch die Wirkung der Schraubenfeder 74, die gegen den Umgehungskolben 72 drückt, zu dem Ventilsitz 60 hin vorgespannt. Das gegenüberliegende Ende der Schraubenfeder 74 ist durch eine Sicherungsmutter 76 festgehalten, die auf den Umgehungsventilflansch 64 geschraubt ist. Alternativ können die Schraubenfeder 74 und der Umgehungskolben 72 durch eine andere Federanordnung ersetzt sein, sofern die Federanordnung die Sperrkugel 70 in den Ventilsitz 60 vorspannt.
Ein Überduckventil 82 umfasst einen Druckentlastungs-Auslasskanal 78, der sich von dem Drosselkanal 54 zwischen der variablen Drosselanordnung 56 und dem Drosselauslassanschluss 28 erstreckt. Der Druckentlastungs-Auslasskanal 78 erstreckt sich durch einen Druckentlastungsflansch 80 hindurch zu einem Berstscheibenabschnitt 84 des Überduckventils 82 an dem Ende des Druckentlastungsflansches 80.
Ein entfernbares Filter 86 ist in dem Drosselkanal 54 benachbart zu dem Drosseleinlassanschluss 22 befestigt. Das entfernbare Filter 86 erstreckt sich über den Drosselkanal 54 hinweg, sodass das gesamte Kältemittel, welches durch den Kanal 54 hindurch strömt, durch das Filter 86 hindurch gelangen wird. Das entfernbare Filter 86, das sich benachbart zu dem Drosseleinlassanschluss 22 mit größerem Durchmesser befindet, ist einfach für eine Wartung oder einen Austausch entfernbar.
Die variable Drosselanordnung 56 umfasst eine variable Drosselmutter 88, die in den Drosselkanal 54 geschraubt ist und eine Bohrung 90 umfasst. Die variable Drosselanordnung 56 umfasst auch einen variablen Drosselkörper 92 und eine variable Drosselfeder 94. Der variable Drosselkörper 92 kann teleskopisch in der Bohrung 90 gleiten und umfasst einen festen Drosseldurchgang 95, der sich axial dadurch erstreckt und eine kontinuierliche fluidtechnische Verbindung zwischen dem Drosseleinlassanschluss 22 und dem Drosselauslassanschluss 28 aufrechterhält. Der variable Drosselkörper 92 umfasst auch einen Dichtflansch 96, der die variable Drosselfeder 94 zwischen der variablen Drosselmutter 88 und dem Dichtflansch 96 festhält, wobei die Feder 94 den Körper 92 oberstromig in Eingriff mit einem Ventilsitz 98 in dem Drosselkanal 54 vorspannt. Der variable Drosselkörper 92 umfasst auch oberstromige variable Drosseldurchgänge 100, die sich axial oberstromig des Dichtflansches 96 er strecken, und unterstromige variable Drosseldurchgänge 102, die sich axial unterstromig von dem Dichtflansch 96 erstrecken.
Der Betrieb der Kraftfahrzeugklimaanlage 12 und der Kältemittel-Expansionsanordnung 24 der 1–5 wird nun erläutert. Der Verdichter 14 wird aktiviert und verdichtet und drückt das Kältemittel durch das System 12 hindurch. Luft, die durch den Kondensator 18 hindurch strömt, absorbiert Wärme von dem Kältemittel, bevor es in die Expansionsanordnung 24 strömt. Wenn das Kältemittel in den Drosseleinlassanschluss 22 strömt, strömt es durch das entfernbare Filter 86, das Verunreinigungen auffängt. Das Kältemittel strömt dann durch den Drosselkanal 54 hindurch, wobei die variable Drosselanordnung 56 die Kältemittelströmung regelt und eine Abnahme des Kältemitteldruckes bewirkt. Das Kältemittel strömt dann aus dem Drosselauslassanschluss 28 auf seinem Weg zu dem Verdampfer 30 aus, wo das Kältemittel Wärme absorbiert. Das Kältemittel bewegt sich dann von dem Verdampfer 30 weg und durch den Rücklaufeinlassanschluss 40, den Kältemittelrücklaufkanal 52 und den Rücklaufauslassanschluss 44 hindurch auf seinem Weg zurück zu dem Verdichter 14, um den Zyklus abzuschließen.
Unter Betriebsbedingungen, bei denen das Kältemittel direkt oberstromig der variablen Drosselanordnung bei Drücken unterhalb eines ersten vorbestimmten Schwellenwerts arbeitet, entwickelt die variable Drosselfeder 94 eine ausreichende Kraft, um zu bewirken, dass der Dichtflansch 96 des variablen Drosselkörpers 92 gegen den Ventilsitz 98 abdichtend bleibt, und die Schraubenfeder 74 stellt eine ausreichende Kraft bereit, um die Sperrkugel 70 abgedichtet gegen den Ventilsitz 60 zu halten (in 4 sind geschlossene Positionen gezeigt). Dann wird das gesamte Kältemittel nur durch die feste Drosselöffnung 95 hindurch geleitet.
Wenn dieser Kältemitteldruck jedoch den ersten vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, wird der variable Drosselkörper 92 beginnen, sich axial unterstromig gegen die Vorspannung der variablen Drosselfeder 94 zu verschieben und den Dichtflansch 96 von dem Ventilsitz 98 weg zu bewegen. Dies öffnet die oberstromigen variablen Drosseldurchgänge 100 zu den unterstromigen variablen Drosseldurchgängen 102 und lässt zu, dass Kältemittel sowohl durch den festen Drosseldurchgang 95 als auch die variablen Drosseldurchgänge 100, 102 hindurch strömt. Die Änderung in der Strömung ist abhängig von dem Betrag des Hubes des Dichtflansches 96 von dem Ventilsitz 98 weg (bis zu dem maximalen Hub). Diese Änderung in der Kältemittelströmung lässt dann eine verbesserte Kältemittelströmungssteuerung unter normalen Klimaanlagen-Betriebsbedingungen zu.
Wenn die Kraftfahrzeugklimaanlage 12 mit Hochdruckkältemitteln (wie z. B. Kohlendioxid) betrieben wird, kann es Zeiten geben, zu denen der Kältemitteldruck höher ist als erwünscht. Das Drosselumgehungsventil 68 und das Überduckventil 82 sehen einen Systemschutz durch Ablassen des Überdruckes vor.
Wenn der Kältemitteldruck direkt oberstromig der variablen Drosselanordnung 56 einen zweiten vorbestimmten Schwellenwert (der höher als der erste Schwellenwert ist) überschreitet, wird der Druck, der auf die Sperrkugel 70 durch den oberstromigen Umgehungskanal 58 hindurch nach oben drückt, die Vorspannung der Schraubenfeder 74 überwinden, den Umgehungskolben 72 nach oben drücken und die Sperrkugel 70 von dem Ventilsitz 60 weg in eine offene Position (in 5 gezeigt) anheben. Der Schaft 73, der sich an dem Umgehungskolben 72 nach oben erstreckt, kann mit der Federsicherungsmutter 76 in Kontakt stehen, um die Aufwärtsbewegung des Umgehungskolbens 72 zu begrenzen. Wenn die Sperrkugel 70 von dem Ventilsitz 60 angehoben ist, wird das Kältemittel durch den oberstromigen Umgehungskanal 58, die Umgehungskammer 62 und den unterstromigen Umgehungskanal 66 hindurch strömen, die variable Drosselanordnung 56 umgehen und somit etwas von dem Druck ablassen. Selbstverständlich wird die variable Drosselanordnung 56 vollständig offen sein (wie in 5 gezeigt), wenn der Kältemitteldruck bei diesem zweiten Druckschwellenwert liegt, da sich die variable Drosselanordnung 56 bei einer viel kleineren Druckdifferenz verändert als das Drosselumgehungsventil 68.
Wenn der Kältemitteldruck unter den zweiten vorbestimmten Schwellenwert fällt, wird die Vorspannung der Schraubenfeder 74 bewirken, dass der Umgehungskolben 72 die Sperrkugel 70 in abdichtenden Eingriff mit dem Ventilsitz 60 drückt, wodurch das gesamte Kältemittel gezwungen wird, wieder durch die variable Drosselanordnung 56 anstatt durch das Drosselumgehungsventil 68 hindurch zu strömen.
Wenn der Kältemitteldruck einen dritten, noch höheren vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, ist dies ein Anzeichen dafür, dass, obwohl das Drosselumgehungsventil 68 eine gewisse Druckentlastung zulässt, der Kältemitteldruck zu hoch ist und auf einem Niveau liegen kann, auf dem ein Schaden an dem Verdampfer 30 auftreten kann. Die Berstscheibe 84 ist derart dimensioniert und geformt, dass, wenn der Druck diesen dritten vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, die Berstscheibe 84 aufbricht und zulässt, dass das Überdruckkältemittel durch das Überduckventil hindurch in die Umgebung entweicht.
Während bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben wurden, wird ein Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich die Erfindung bezieht, verschiedene alternative Ausgestaltungen und Ausführungsformen erkennen, um die Erfindung auszuführen, die durch die nachfolgenden Ansprüche definiert ist.

Claims

Kältemittel-Expansionsanordnung zur Verwendung in einer Kraftfahrzeugklimaanlage, umfassend: einen Drosseleinlassanschluss, der derart ausgebildet ist, um ein Kältemittel von einem Kondensator zu empfangen; einen Drosselauslassanschluss, der derart ausgebildet ist, um das Kältemittel zu einem Verdampfer zu senden; einen Drosselkanal, welcher den Drosseleinlassanschluss mit dem Drosselauslassanschluss verbindet und einen Ventilsitz umfasst; eine variable Drosselanordnung, die in dem Drosselkanal angebracht ist und einen variablen Drosselkörper umfasst, der axial in dem Drosselkanal verschiebbar ist, wobei der variable Drosselkörper einen Dichtflansch, der mit dem Ventilsitz abdichtend in Eingriff bringbar ist, einen oberstromigen variablen Drosseldurchgang, der sich oberstromig von dem Dichtflansch erstreckt, einen unterstromigen variablen Drosseldurchgang, der sich unterstromig von dem Dichtflansch erstreckt, und einen festen Drosseldurchgang umfasst, der sich axial durch den variablen Drosselkörper hindurch erstreckt, wobei die variable Drosselanordnung eine Drosselfeder umfasst, die derart ausgebildet ist, um den Dichtflansch in Eingriff mit dem Ventilsitz vorzuspannen; einen oberstromigen Umgehungskanal, der sich von dem Drosselkanal oberstromig von der variablen Drosselanordnung weg erstreckt und einen Kugelsitz umfasst; einen unterstromigen Umgehungskanal, der sich von dem Drosselkanal unterstromig von der variablen Drosselanordnung weg erstreckt; eine Umgehungskammer, welche den oberstromigen Umgehungskanal mit dem unterstromigen Umgehungskanal verbindet; eine Sperrkugel, die in der Umgehungskammer angebracht und mit dem Kugelsitz abdichtend in Eingriff bringbar ist; und eine Umgehungsfeder, die mit der Sperrkugel funktionell in Eingriff steht, um die Sperrkugel in abdichtenden Eingriff mit dem Kugelsitz vorzuspannen.
Anordnung nach Anspruch 1, welche einen Umgehungskolben umfasst, und wobei die Umgehungsfeder eine Schraubenfeder ist, die den Umgehungskolben funktionell in Kontakt mit der Sperrkugel in Eingriff bringt.
Anordnung nach Anspruch 1, welche einen Rücklaufeinlassanschluss, die derart ausgebildet ist, um das Kältemittel von dem Verdampfer zu empfangen, einen Rücklaufauslassanschluss, der derart ausgebildet ist, um das Kältemittel an einen Kältemittelverdichter zu senden, und einen Kältemittelrücklaufkanal, der sich parallel zu dem Drosselkanal erstreckt und den Rücklaufeinlassanschluss mit dem Rücklaufauslassanschluss verbindet.
Anordnung nach Anspruch 1, welche einen Druckentlastungs-Auslasskanal, der mit dem Drosselkanal zwischen der variablen Drosselanordnung und dem Drosselauslassanschluss verbunden ist, und eine Berstscheibe umfasst, die ein Ende des Druckentlastungs-Auslasskanals umgibt, wobei die Berstscheibe bersten wird, wenn ein Kältemitteldruck benachbart zu dem Druckent lastungs-Auslasskanal einen vorbestimmten Druckschwellenwert überschreitet, um zuzulassen, dass das Kältemittel in die Umgebung entweicht.
Anordnung nach Anspruch 1, welche ein Kältemittelfilter umfasst, das entfernbar in dem Drosselkanal benachbart zu dem Drosseleinlassanschluss angebracht und derart ausgebildet ist, um durch den Drosseleinlassanschluss hindurch entfernbar zu sein.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die variable Drosselanordnung eine Federsicherungsmutter umfasst, die in Bezug auf den Drosselkanal fest ist und ein Bohrung umfasst, innerhalb der der variable Drosselkörper verschiebbar ist, und wobei die Drosselfeder zwischen der Federsicherungsmutter und dem Dichtflansch zusammengedrückt ist.
Kältemittel-Expansionsanordnung zur Verwendung in einer Kraftfahrzeugklimaanlage, umfassend: einen Drosseleinlassanschluss, der derart ausgebildet ist, um ein Kältemittel von einem Kondensator zu empfangen; einen Drosselauslassanschluss, der derart ausgebildet ist, um das Kältemittel zu einem Verdampfer zu senden; einen Drosselkanal, welcher den Drosseleinlassanschluss mit dem Drosselauslassanschluss verbindet und einen Ventilsitz umfasst; eine variable Drosselanordnung, die in dem Drosselkanal angebracht ist und einen variablen Drosselkörper umfasst, der axial in dem Drosselkanal verschiebbar ist, wobei der variable Drosselkörper einen Dichtflansch, der mit dem Ventilsitz abdichtend in Eingriff bringbar ist, einen oberstromigen variablen Drosseldurchgang, der sich oberstromig von dem Dichtflansch erstreckt, einen unterstromigen variablen Drosseldurchgang, der sich unterstromig von dem Dichtflansch erstreckt, und einen festen Drosseldurchgang umfasst, der sich axial durch den variablen Drosselkörper hindurch erstreckt, wobei die variable Drosselanordnung eine Drosselfeder umfasst, die derart ausgebildet ist, um den Dichtflansch in Eingriff mit dem Ventilsitz vorzuspannen; und einen Druckentlastungs-Auslasskanal, der mit dem Drosselkanal zwischen der variablen Drosselanordnung und dem Drosselauslassanschluss verbunden ist, und eine Berstscheibe, die ein Ende des Druckentlastungs-Auslasskanals umgibt, wobei die Berstscheibe bersten wird, wenn ein Kältemitteldruck benachbart zu dem Druckentlastungs-Auslasskanal einen vorbestimmten Druckschwellenwert überschreitet, um zuzulassen, dass das Kältemittel in die Umgebung entweicht.
Anordnung nach Anspruch 7, welche ein Kältemittelfilter umfasst, das entfernbar in dem Drosselkanal benachbart zu dem Drosseleinlassanschluss angebracht und derart ausgebildet ist, um durch den Drosseleinlassanschluss hindurch entfernbar zu sein.
Anordnung nach Anspruch 8, welche ferner umfasst: einen oberstromigen Umgehungskanal, der sich von dem Drosselkanal oberstromig von der variablen Drosselanordnung weg erstreckt und einen Kugelsitz umfasst; einen unterstromigen Umgehungskanal, der sich von dem Drosselkanal unterstromig von der variablen Drosselanordnung weg erstreckt; eine Umgehungskammer, welche den oberstromigen Umgehungskanal mit dem unterstromigen Umgehungskanal verbindet; eine Sperrkugel, die in der Umgehungskammer angebracht und mit dem Kugelsitz abdichtend in Eingriff bringbar ist; und eine Umgehungsfeder, die mit der Sperrkugel funktionell in Eingriff steht, um die Sperrkugel in abdichtenden Eingriff mit dem Kugelsitz vorzuspannen.
Anordnung nach Anspruch 9, welche einen Umgehungskolben umfasst, und wobei die Umgehungsfeder eine Schraubenfeder ist, die den Umgehungskolben funktionell in Kontakt mit der Sperrkugel in Eingriff bringt.
Anordnung nach Anspruch 7, welche einen Rücklaufeinlassanschluss, die derart ausgebildet ist, um das Kältemittel von dem Verdampfer zu empfangen, einen Rücklaufauslassanschluss, der derart ausgebildet ist, um das Kältemittel an einen Kältemittelverdichter zu senden, und einen Kältemittelrücklaufkanal, der sich parallel zu dem Drosselkanal erstreckt und den Rücklaufeinlassanschluss mit dem Rücklaufauslassanschluss verbindet.
Anordnung nach Anspruch 7, wobei die variable Drosselanordnung eine Federsicherungsmutter umfasst, die in Bezug auf den Drosselkanal fest ist und eine Bohrung umfasst, innerhalb der der variable Drosselkörper verschiebbar ist, und wobei die Drosselfeder zwischen der Federsicherungsmutter und dem Dichtflansch zusammengedrückt ist.
Verfahren zum Betreiben einer Kraftfahrzeugklimaanlage, die eine Kältemittel-Expansionsanordnung aufweist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: (a) ein Kältemittel durch einen Drosseleinlassanschluss, einen Drosselkanal mit einem festen Drosseldurchgang durch eine variable Drosselanordnung, und einen Drosselauslassanschluss hindurch geleitet wird, bevor das Kältemittel in einen Verdampfer geleitet wird; (b) ein Kältemitteldruck oberstromig der variablen Drosselanordnung auf eine Sperrkugel gegen eine Vorspannung einer Umgehungsfeder und einen variablen Drosselkörper der variablen Drosselanordnung gegen eine Vorspannung einer Drosselfeder aufgebracht wird; (c) der variable Drosselkörper gegen die Vorspannung der Drosselfeder in eine offene Position gedrückt wird, wenn der Kältemitteldruck einen ersten vorbestimmten Druckschwellenwert überschreitet, um zuzulassen, dass das Kältemittel durch einen oberstromigen variablen Drosseldurchgang und einen unterstromigen variablen Drosseldurchgang in der variablen Drosselanordnung hindurch strömt; (d) die Sperrkugel gegen die Vorspannung der Umgehungsfeder in eine offene Position gedrückt wird, wenn der Kältemitteldruck einen zweiten vorbestimmten Druckschwellenwert überschreitet, der ein höherer Druck ist als der erste vorbestimmte Druckschwellenwert, um zuzulassen, dass das Kältemittel an der Sperrkugel vorbei durch einen Umgehungskammer hindurch strömt, um dadurch die variable Drosselanordnung zu umgehen; (e) die Umgehungsfeder die Sperrkugel in eine geschlossene Position vorspannt, wenn der Kältemitteldruck unter den zweiten vorbestimmten Druckschwellenwert fällt, um dadurch das gesamte Kältemittel zu zwingen, durch die variable Drosselanordnung hindurch zu strömen; und (f) die Drosselfeder den variablen Drosselkörper in eine geschlossene Position vorspannt, wenn der Kältemitteldruck unter den ersten vor bestimmten Druckschwellenwert fällt, um dadurch das gesamte Kältemittel zu zwingen, durch den festen Drosseldurchgang hindurch zu strömen.
Verfahren nach Anspruch 13, welches ferner die Schritte umfasst, dass: (g) ein entfernbares Filter benachbart zu dem Drosseleinlassanschluss bereitgestellt wird; (h) das gesamt Kältemittel, das durch den Drosselkanal hindurch strömt, durch das entfernbare Filter hindurch geleitet wird; (i) detektiert wird, wenn das Filter verstopft ist; und (j) das Filter entfernt und ausgetauscht wird, wenn detektiert wird, dass das Filter verstopft ist.
Verfahren nach Anspruch 13, welches ferner die Schritte umfasst, dass: (g) der Kältemitteldruck gegen eine Berstscheibe unterstromig der variablen Drosselanordnung aufgebracht wird; und (h) die Berstscheibe zum Bersten gebracht wird, um zuzulassen, dass das Kältemittel in die Umgebung strömt, wenn der Kältemitteldruck, der gegen die Berstscheibe wirkt, einen dritten vorbestimmten Druckschwellenwert überschreitet, der höher ist als der zweite vorbestimmte Druckschwellenwert.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt (d) ferner dadurch definiert ist, dass die Sperrkugel gegen einen Umgehungskolben gedrückt wird, um dadurch den Umgehungskolben gegen die Vorspannung der Umgehungsfeder zu bewegen, wobei die Umgehungsfeder eine Schraubenfeder ist.