DE102012222620A1

DE102012222620A1 - Gaskühleinrichtung für optimierten Winterbetrieb

Info

Publication number: DE102012222620A1
Application number: DE201210222620
Authority: DE
Inventors: Karsten Berg; Peter Satzger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2014-06-12

Abstract

Die Erfindung offenbart eine Gaskühleinrichtung, der dazu ausgebildet ist, in einer Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug angeordnet zu werden, mit – einer Eintrittsöffnung, über die ein Fluid in den Gaskühleinrichtung eintreten kann, – einer Austrittsöffnung, über die ein Fluid aus dem Gaskühleinrichtung austreten kann, – einer Kondensationsfläche, über die das Fluid strömt, nachdem es durch die Eintrittsöffnung in den Gaskühleinrichtung eingetreten ist, und die dazu ausgebildet ist, dass ein Fluid daran kondensieren kann, gekennzeichnet durch eine Schalteinrichtung, die dazu ausgebildet ist, die Wärmetauscherfläche, über die das Fluid strömen kann, zu verändern. Die Gaskühleinrichtung kann ein Kondensator oder ein Gaskühler sein.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kondensator, der sowohl während des Sommers als auch während des Winters einen optimalen Betrieb einer Kältemaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, sicherstellt.
Bei einem elektrisch angetrieben Kraftfahrzeug muss eine elektrische Hochspannungsbatterie in der Regel gekühlt werden. Die Kühlung kann beispielsweise durch den Kältekreislauf der Fahrzeugklimaanlage oder über einen Wasser-Glykol-Kreislauf erfolgen. Auch im Winter muss der Kältekreislauf die Kühlleistung für die Hochspannungsbatterie zur Verfügung stellen.
Im Winter kann der Kondensationsdruck des Kältekreislaufes einer Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug so niedrig sein, dass die Druckdifferenz zwischen dem Kondensator und dem Einlass in das Expansionsventil an der Hochspannungsbatterie so niedrig ist, dass die Kältemittelmenge nicht ausreichen kann, um die Hochspannungsbatterie oder den Wasser-Glykol-Kühlkreis ausreichend zu kühlen. Daher kann eine erhöhte Temperatur im Verdampfer an der Hochspannungsbatterie entstehen, was eine ungleichmäßige Kühlung der Hochspannungsbatterie verursacht. Dadurch kann die Hochspannungsbatterie beschädigt werden.
Kondensatoren für Klimaanlagen in einem Kraftfahrzeug sind beispielsweise in der DE 100 18 478 A1 und DE 197 14 501 A1 beschrieben.
Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe, einen Gaskühleinrichtung zu schaffen, der sowohl im Winter als auch im Sommer die Funktion einer Kältemaschine sicherstellen kann.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Gaskühleinrichtung gelöst, der dazu ausgebildet ist, in einer Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug angeordnet zu werden und eine Eintrittsöffnung, über die ein Fluid in der Gaskühleinrichtung eintreten kann, und eine Austrittsöffnung aufweist, über die ein Fluid aus der Gaskühleinrichtung austreten kann. Die Gaskühleinrichtung umfasst auch eine Kondensationsfläche, über die das Fluid strömt, nachdem es durch die Eintrittsöffnung in die Gaskühleinrichtung eingetreten ist und die dazu ausgebildet ist, dass ein Fluid daran kondensieren kann. Typischerweise kondensiert an der Kondensationsfläche ein Gas zu einer Flüssigkeit. Die Gaskühleinrichtung kann eine Schalteinrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, die Kondensationsfläche, über die das Fluid strömen kann, zu verändern.
Der Begriff Gaskühleinrichtung kann sowohl eine Kondensator als auch einen Gaskühler umfassen. Falls bei der Wärmeabgabe des Kältemittels Kondensation auftritt, wird von einem Kondensator gesprochen. Falls das Kältemittel zumindest bei bestimmten höheren Außentemperaturen überkritisch abgekühlt wird, beispielsweise bei dem Kältemittel Kohlendioxid, so spricht man von einem Gaskühler.
Die Schalteinrichtung kann ein Ventil sein, die ein Teil der Gaskühleinrichtung im Winterbetrieb still legt, so dass nur noch eine kleinere Kondensationsfläche zur Verfügung steht. Die Kühlung an der Gaskühleinrichtung bestimmt die Hochdruckeigenschaften des Kältekreislaufes. Im Winter kann der Druck im Kältekreislauf zu niedrig für eine ordnungsgemäße Kühlung sein. Daher schlägt die Erfindung vor, die Kondensationsfläche zu reduzieren, um den Druck im Kältekreislauf zu erhöhen und dadurch einen ordnungsgemäßen Betrieb der Klimaanlage sicherzustellen.
Die Gaskühleinrichtung kann eine Druckbestimmungseinrichtung aufweisen, die den Druck in der Gaskühleinrichtung ermittelt, wobei die Schalteinrichtung dazu ausgebildet ist, die Kondensationsfläche in Abhängigkeit des Druckes zu verändern. Der Druck in einem Kondensator soll bei Verwendung des Kältemittels R134a vorzugsweise etwa 2,5 bar bis etwa 3 bar betragen. Die Kondensationsfläche kann mittels der Schalteinrichtung und der Druckbestimmungseinrichtung reduziert werden, wenn der Druck in der Gaskühleinrichtung unter einen Schwellenwert fällt, beispielsweise unter etwa 2,5 bar. Bei anderen Kältemitteln sind Drücke zu verwenden, die typischerweise Kondensationstemperaturen von –5° bis 10°C entsprechen. Der Druck kann vor oder nach der Gaskühleinrichtung in einer Kältemittelleitung oder in der Gaskühleinrichtung gemessen werden.
Die Gaskühleinrichtung kann auch eine Temperaturbestimmungseinrichtung aufweisen, die die Temperatur in der Gaskühleinrichtung ermittelt, wobei die Schalteinrichtung dazu ausgebildet ist, die Kondensationsfläche in Abhängigkeit der Temperatur zu verändern. Die Temperatur kann vor oder nach der Gaskühleinrichtung in einer Kältemittelleitung oder in der Gaskühleinrichtung gemessen werden. Alternativ hierzu oder zusätzlich kann die Außenlufttemperatur gemessen werden.
Die Gaskühleinrichtung kann die Druckbestimmungseinrichtung, die den Druck in der Gaskühleinrichtung ermittelt, und die Temperaturbestimmungseinrichtung, die die Temperatur vor, nach und/oder in der Gaskühleinrichtung ermittelt, aufweisen, wobei die Schalteinrichtung dazu ausgebildet ist, die Kondensationsfläche in Abhängigkeit des Druckes und/oder der Temperatur zu verändern. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung werden zwei Kriterien zum Bestimmen der optimalen Kondensationsfläche verwendet.
Die Druckbestimmungseinrichtung kann mit der Schalteinrichtung mechanisch verbunden sein. Die Temperaturbestimmungseinrichtung kann mit der Schalteinrichtung mechanisch verbunden sein. In diesen Fällen erfolgt das Variieren der Wärmetauscherfläche auf mechanischem Wege, ohne dass eine elektrische Steuerungseinrichtung zwischengeschaltet ist. Es ist aber auch möglich, dass die Druckbestimmungseinrichtung und/oder die Temperaturbestimmungseinrichtung ein elektrisches Signal an eine Steuerungseinrichtung abgeben und die Steuerungseinrichtung ein elektrisches Signal an die Schalteinrichtung, beispielsweise ein elektrisch betätigtes Ventil, abgibt.
An die Gaskühleinrichtung kann ein Sammelbehälter angeschlossen sein, der im Kühlkreislauf nicht benötigtes Kondensat aufnimmt. Der Sammelbehälter kann zumindest eine Fluidverbindung mit der Gaskühleinrichtung aufweisen.
Die Gaskühleinrichtung kann ein erstes Gaskühlelement aufweisen, in dem das Fluid in eine erste Richtung strömt. Ferner kann die Gaskühleinrichtung ein zweites Gaskühlelement aufweisen, in dem das Fluid in eine zweite Richtung strömt, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist. Ferner kann die Gaskühleinrichtung ein drittes Gaskühlelement, in dem das Fluid in eine erste Richtung strömt, und ein viertes Gaskühlelement aufweisen, in dem das Fluid in die zweite Richtung strömt. Die Gaskühleinrichtung umfasst ferner ein erstes Leitungselement, das mit einem Einlass des ersten Gaskühlelementes, einem Auslass des zweiten Gaskühlelementes und einem Einlass des dritten Gaskühlelementes verbunden ist.
Die Schalteinrichtung ist in dem ersten Leitungselement zwischen dem Einlass des ersten Gaskühlelementes und dem Auslass des zweiten Gaskühlelementes angeordnet. Während des Normalbetriebes, beispielsweise bei einem ausreichend hohen Druck und/oder einer ausreichend hohen Temperatur im Kondensator, strömt das Fluid sukzessive durch das erste Gaskühlelement, das zweite Gaskühlelement, das dritte Gaskühlelement und das vierte Gaskühlelement. In diesem Fall ist das Schaltelement, das zwischen dem Einlass des ersten Gaskühlelementes und dem Auslass des zweiten Gaskühlelementes angeordnet ist, geschlossen.
Im Winterbetrieb, falls beispielsweise der Druck in der Gaskühleinrichtung unter einem Druckschwellenwert und/oder die Temperatur unter einem Temperaturschwellenwert fällt, wird die Schalteinrichtung zwischen dem Einlass des ersten Gaskühlelementes und dem Auslass des zweiten Gaskühlelementes geöffnet. Das Fluid strömt in diesem Fall nicht durch das erste Kondensationselement und nicht durch das zweite Kondensationselement sondern direkt durch das Schaltelement in den Einlass des dritten Gaskühlelementes, da der Strömungswiderstand aufgrund des ersten Gaskühlelementes und des zweiten Gaskühlelementes höher als der Strömungswiderstand aufgrund des Leitungselementes bzw. der Schalteinrichtung im Leitungselement ist. Der Sammelbehälter kann zwischen dem Auslass des dritten Gaskühlelementes und dem Einlass des vierten Gaskühlelementes angeordnet sein. Dadurch lassen sich sowohl Volumenschwankungen aufgrund der Temperatur des Kältemittels als auch Volumenschwankungen aufgrund der Änderung der Kondensationsfläche kompensieren.
Durch diese Ausgestaltung kann die Gaskühleinrichtung kompakt aufgebaut werden und die Einrichtungen zum Anpassen der Kondensationsfläche an die jeweiligen Betriebsbedingungen befinden sich im Kondensator.
Die Gaskühleinrichtung kann das erste Gaskühlelement, in dem das Fluid in die erste Richtung strömt, das zweite Gaskühlelement, in dem das Fluid in die zweite Richtung strömt, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, das dritte Gaskühlelement, in dem das Fluid in die erste Richtung strömt und das vierte Gaskühlelement aufweisen, in dem das Fluid in die zweite Richtung strömt. Die Gaskühleinrichtung kann ferner ein erstes Verteilelement aufweisen, das mit dem Einlass des ersten Gaskühlelementes und dem Einlass des dritten Gaskühlelementes verbunden ist. Die Schalteinrichtung kann in dem ersten Verteilelement zwischen dem Einlass des ersten Gaskühlelementes und dem Einlass des dritten Gaskühlelementes angeordnet sein.
Während des Normalbetriebes, beispielsweise bei einer hinreichend hohen Temperatur und einem hinreichend hohen Druck in der Gaskühleinrichtung strömt das Fluid aufgrund der Stellung der Schalteinrichtung vom ersten Verteilelement in das erste Gaskühlelement. Während des Winterbetriebes, falls beispielsweise die Temperatur in der Gaskühleinrichtung unter einen Temperaturschwellenwert und/oder der Druck unter einen Druckschwellenwert fällt, ändert die Schalteinrichtung ihre Stellung in der Gestalt, dass das Fluid vom ersten Verteilelement in das dritte Gaskühlelement strömt. Dadurch kann die Kondensationsfläche der Gaskühleinrichtung angepasst werden. Das Verteilelement ist zusätzlich an der Gaskühleinrichtung angeordnet.
Die Gaskühleinrichtung kann das erste Gaskühlelement, in dem das Fluid in eine erste Richtung strömt, das zweite Gaskühlelement, in dem das Fluid in die erste Richtung strömt, und das dritte Gaskühlelement aufweisen, in dem das Fluid in die zweite Richtung strömt, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist. Das erste Leitungselement, das mit dem Einlass des ersten Gaskühlelementes und dem Einlass des zweiten Gaskühlelementes verbunden ist, kann die Schalteinrichtung zwischen dem Einlass des ersten Gaskühlelementes und dem Einlass des zweiten Gaskühlelementes aufweisen. Im Normalbetrieb, d. h., falls ein hinreichend hoher Druck und eine hinreichend hohe Temperatur im Gaskühleinrichtung vorhanden ist, strömt das Fluid aufgrund der Stellung der Schalteinrichtung sowohl durch das erste Gaskühlelement als auch durch das zweite Gaskühlelement. Im Winterbetrieb, d. h., falls die Temperatur im Gaskühleinrichtung unter einen Temperaturschwellenwert und/oder der Druck in der Gaskühleinrichtung unter einen Druckschwellenwert fällt, wird die Schalteinrichtung so geschaltet, dass das Fluid lediglich durch das erste Gaskühlelement strömt. Dadurch kann die Kondensationsfläche verkleinert werden.
Der Sammelbehälter kann zwischen dem Auslass des ersten Gaskühlelementes und dem Einlass des dritten Gaskühlelementes angeschlossen sein.
Es versteht sich, dass das Gaskühlelement ein Kondensatorelement sein kann.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren mithilfe nicht beschränkender Ausführungsformen detaillierter beschrieben. Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gaskühleinrichtung im Normalbetrieb;
2 die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gaskühleinrichtung im Winterbetrieb;
3 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gaskühleinrichtung im Normalbetrieb;
4 die zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gaskühleinrichtung im Winterbetrieb;
5 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gaskühleinrichtung im Normalbetrieb; und
6 die dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gaskühleinrichtung im Winterbetrieb.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf drei Ausführungsformen detaillierter beschrieben. Im Kontext dieser Erfindung bedeutet Normalbetrieb, dass der Druck in der Gaskühleinrichtung über einem vorbestimmten Druckschwellenwert liegt und/oder die Temperatur des Fluids in der Gaskühleinrichtung über einem vorbestimmten Temperaturschwellenwert liegt. Der Ausdruck Winterbetrieb bedeutet, dass der Druck in der Gaskühleinrichtung unter einem vorbestimmten Druckschwellenwert liegt und/oder die Temperatur in der Gaskühleinrichtung unter einem vorbestimmten Temperaturschwellenwert liegt. Der Ausdruck Gaskühleinrichtung kann eine Gaskühler und/oder einen Kondensator umfassen. Der Ausdruck Gaskühlelement kann ein Gaskühlerelement und/oder ein Kondensatorelement umfassen.
1 zeigt eine Frontansicht einer Gaskühleinrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Gaskühleinrichtung umfasst einen Einlass 2, der mit einem ersten Sammelrohr 4 verbunden ist. An den Einlass 2 ist ein erstes Gaskühlelement 8 angeschlossen, wobei im Normalbetrieb Fluid vom ersten Sammelrohr 4 in einen Einlass 16 des ersten Gaskühlelementes 8 und über einen Auslass 18 des ersten Gaskühlelementes 8 in ein zweites Sammelrohr 32 strömt. An das zweite Sammelrohr 32 ist ein Einlass 22 eines zweiten Gaskühlelementes 10 angeschlossen wobei das Fluid vom Einlass 22 zum Auslass 20 des zweiten Gaskühlelementes 10 strömt. Die Strömungsrichtung des Fluids im zweiten Gaskühlelement 10 ist der Strömungsrichtung im ersten Gaskühlelement 8 entgegengesetzt. Der Ausdruck „entgegengesetzte Strömungsrichtung” kann beispielsweise ein Mäandrieren bedeuten. Das Fluid muss ich nicht geradlinig in der Gaskühleinrichtung bewegen. Daher bedeutet der Ausdruck entgegengesetzt nicht geradlinig oder antiparallel. Die entgegengesetzte Strömungsrichtung bewirkt, dass das Fluid in die Nähe des Ausgangspunktes zurückkehrt, um dann je nach thermodynamischen Bedingungen aus der Gaskühleinrichtung auszutreten oder diese weiterhin zu durchlaufen.
Das Fluid tritt aus dem Auslass 20 des zweiten Gaskühlelementes 10 in das erste Sammelrohr 4 ein. Anschließend tritt das Fluid in einen Einlass 24 des dritten Gaskühlelementes 12 ein und strömt im Wesentlichen in der gleichen Richtung wie im ersten Gaskühlelement 8 zu einem Auslass 26. Vom Auslass 26 strömt das Fluid in einen Sammelbehälter 34. Der Sammelbehälter 34 nimmt Fluid auf, um unterschiedliche Füllstände einer Klimaanlage zu kompensieren sowie Volumenänderungen des Kältemittels (Fluids) aufgrund von Druckschwankungen und/oder Volumenschwankungen zu kompensieren.
Vom Sammelbehälter 34 tritt das Fluid in einen Einlass 30 eines vierten Gaskühlelementes 14 ein. Im vierten Gaskühlelement 14 strömt das Fluid im Wesentlichen in der gleichen Richtung wie im zweiten Gaskühlelement 10. Aus dem Auslass 28 des vierten Gaskühlelementes 14 tritt das Fluid in einen Auslass 36 der Gaskühleinrichtung 1 ein.
Es versteht sich, dass das Fluid von einem Verdichter (nicht gezeigt) verdichtet wird und als das mit einem vergleichsweise hohen Druck im gasförmigen Zustand in den Einlass 2 der Gaskühleinrichtung 1 eintritt. Das Fluid kondensiert in der Gaskühleinrichtung zu einer Flüssigkeit und tritt im flüssigen Zustand aus dem Auslass 36 der Gaskühleinrichtung 1 aus. In der Gaskühleinrichtung erfolgt je nach Drucklage ebenfalls eine Kondensation bzw. nur ein überkritisches Abkühlen das Fluids. Das Fluid wird vom Auslass 36 der Gaskühleinrichtung 1 zu einem Verdampfer (nicht gezeigt) geführt, wo es verdampft und die durch die Verdampfung erzeugte Kälte abgeben kann, beispielsweise an eine Hochspannungsbatterie. Vom Verdampfer wird das Fluid wieder zum Verdichter geleitet, wodurch sich der Kühlkreislauf schließt.
Die Gaskühleinrichtung gibt die bei der Kondensation bzw. Abkühlung entstehende Wärme an die Umgebung ab, beispielsweise an die das Fahrzeug umgebende Luft. Die Gaskühleinrichtung kann beispielsweise durch den Fahrtwind gekühlt werden.
Die Funktionsweise von Kältemaschinen und Klimaanlagen ist dem Fachmann bekannt und wird im Sinne der Prägnanz nicht detailliert beschrieben.
Im ersten Sammelrohr 4 ist zwischen dem Einlass 16 des ersten Gaskühlelementes 8 und dem Auslass 20 des zweiten Gaskühlelementes 10 ein Ventil 6 angeordnet. Im Normalbetrieb ist das Ventil 6 geschlossen, so dass das in den Einlass 2 der Gaskühleinrichtung 8 eintretende Fluid sukzessive durch die Gaskühlelemente 8, 10, 12, 14 strömt.
In 1 wurden exemplarisch vier Gaskühlelemente (Pässe) dargestellt. Es versteht sich, dass der Gaskühleinrichtung 1 mehr als vier Gaskühlelemente (Pässe) umfassen kann und dass das Ventil 6 eine beliebige Teilmenge der Gaskühlelemente deaktivieren kann, d. h. es wird kein oder nur ein geringer Fluidfluss durch die deaktivierten Gaskühlelemente ermöglicht, so dass die Wärmetauscherfläche bzw. Kondensationsfläche deutlich variiert werden kann.
2 zeigt die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gaskühleinrichtung 1 im Winterbetrieb. Im Winterbetrieb ist das Ventil 6 im ersten Sammelrohr 4 geöffnet, so dass das über den Einlass 2 in die Gaskühleinrichtung 1 eintretende Fluid im ersten Sammelrohr 4 das Ventil 6 passiert und vom ersten Sammelrohr 4 in das dritte Gaskühlelement 12 eintritt. Vom dritten Gaskühlelement 12 tritt das Fluid über den Sammelbehälter 34 in das vierte Gaskühlelement 14 ein. Aus dem vierten Gaskühlelement 14 tritt das Fluid über den Auslass 36 der Gaskühleinrichtung 1 in Richtung Verdampfer aus.
Dadurch wurde die Kondensationsfläche der erfindungsgemäßen Gaskühleinrichtung 1 reduziert, da kein Fluid über die deaktivierten Gaskühlelemente 8, 10 strömt. Durch die Reduzierung der Kondensationsfläche werden zum einen der Druck in der Gaskühleinrichtung 1 und zum anderen die Temperatur des Fluids in der Gaskühleinrichtung 1 erhöht. Dadurch kann die Arbeitsweise der Kältemaschine bzw. der Klimaanlage bei niedrigen Außentemperaturen stabilisiert werden, wodurch eine Hochspannungsbatterie zuverlässig gekühlt werden kann.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gaskühleinrichtung 101 im Normalbetrieb. Die zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gaskühleinrichtung 101 entspricht im Wesentlichen der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gaskühleinrichtung 1. Daher wird auf eine detaillierte Beschreibung derjenigen Elemente verzichtet, die in beiden Ausführungsformen identisch sind. Insbesondere sind in beiden Ausführungsformen die Funktionsweise und die Anordnung des ersten Gaskühlelementes 8, des zweiten Gaskühlelementes 10, des dritten Gaskühlelementes 12, des vierten Gaskühlelementes 14, des Sammelbehälters 34 und des Auslasses 36 identisch.
Die zweite Ausführungsform der Gaskühleinrichtung 101 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform 1 dadurch, dass kein Ventil 6 im ersten Sammelrohr 4 angeordnet ist.
Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform der Gaskühleinrichtung 1 umfasst die zweite Ausführungsform der Gaskühleinrichtung 101 eine externe Verteilleitung, die durch ein Ventil 106 in eine obere Verteilleitung 103 und eine untere Verteilleitung 105 geteilt wird. Die obere Verteilleitung 103 ist an den Einlass 16 des ersten Gaskühlelementes 8 angeschlossen. In dem ersten Sammelrohr 104 ist zwischen dem Einlass des ersten Gaskühlelementes 8 und dem Auslass des zweiten Gaskühlelementes 18 eine Trennwand 107 angeordnet, so dass das Fluid vom oberen Verteilrohr 103 durch das erste Gaskühlelement 8 und anschließend durch das zweite Gaskühlelement 10 strömt.
Im Normalbetrieb ist das Ventil 106 geschlossen. Somit strömt durch den Einlass 102 eintretendes Fluid durch die obere Verteilleitung 103 in das Sammelrohr 104 und sukzessive durch das erste Gaskühlelement 8, das zweite Gaskühlelement 10, das dritte Gaskühlelement 12, den Sammelbehälter 34, das zweite Gaskühlelement 14 zum Auslass 36. Somit steht im Wesentlichen die gesamte Wärmetauscherfläche der Gaskühleinrichtung 101 zum Kondensieren bzw. Abkühlen des Kühlfluids zur Verfügung.
4 zeigt die zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gaskühleinrichtung 101 im Winterbetrieb. Im Winterbetrieb ist das Ventil 106 geöffnet, so dass das über den Einlass 102 eintretende Fluid über die untere Verteilleitung 105 in das dritte Gaskühlelement 12 eintritt, ohne zuvor durch das erste Gaskühlelement 8 und das zweite Gaskühlelement 10 zu strömen. Das Fluid strömt vom dritten Gaskühlelement 12 durch den Sammelbehälter 34 und durch das vierte Gaskühlelement 14 zum Auslass 36. Somit wurde durch Öffnen des Ventils 106 die Wärmetauscherfläche der Gaskühleinrichtung 101 erheblich reduziert, wodurch sich der Fluiddruck und/oder die Temperatur des Fluids in der Gaskühleinrichtung erheblich erhöht haben. Dadurch kann die ordnungsgemäße Funktionsweise der Kältemaschine bzw. der Klimaanlage auch im Winter bei niedrigen Außentemperaturen sichergestellt werden.
5 zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gaskühleinrichtung 201. Die Gaskühleinrichtung 201 umfasst einen Einlass 202, ein erstes Sammelrohr 204, ein erstes Gaskühlelement 208, ein zweites Gaskühlelement 209 und ein drittes Gaskühlelement 214. Zwischen einem Einlass 214 des ersten Gaskühlelementes 208 und einem Einlass 220 des zweiten Gaskühlelementes ist ein Ventil 206 angeordnet. Zwischen einem Auslass 218 des ersten Gaskühlelementes 208 und einem Auslass 226 des zweiten Gaskühlelementes 209 ist ein Rückschlagventil in einer zweiten Sammelleitung 232 angeordnet, die mit dem Auslass 218, 226 des ersten Gaskühlelementes 208 und des zweiten Gaskühlelementes verbunden ist. Die zweite Sammelleitung 223 ist mit dem Einlass eines Sammelbehälters 234 verbunden. Der Auslass des Sammelbehälters 234 ist an einen Einlass 230 des dritten Gaskühlelementes 214 verbunden. Der Auslass des dritten Gaskühlelementes 214 ist mit dem Auslass der Gaskühleinrichtung 236 verbunden.
5 zeigt die dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gaskühleinrichtung 201 im Normalbetrieb. Im Normalbetrieb ist das Ventil 206 offen und das Rückschlagventil 233 bewirkt, dass das Fluid vom zweiten Gaskühlelement 209 zum Sammelbehälter 234 strömen kann, aber nicht umgekehrt. Im Normalbetrieb strömt das Fluid vom Verdichter durch den Einlass 202 in das erste Gaskühlelement 208 und durch das geöffnete Ventil 209 durch das zweite Gaskühlelement 209. Somit steht die Kondensationsfläche des ersten Gaskühlelementes 208 und des zweiten Gaskühlelementes 209 zur Kondensation zur Verfügung. Das Fluid strömt vom zweiten Gaskühlelement 209 durch das Rückschlagventil 233 in den Sammelbehälter 234 und vom ersten Gaskühlelement 208 in den Sammelbehälter 234. Das Fluid strömt im ersten Gaskühlelement 208 und im zweiten Gaskühlelement 209 im Wesentlichen in die gleiche Richtung. Aus dem Sammelbehälter 234 strömt das Fluid durch das dritte Gaskühlelement 214 in einer Richtung, die der Strömungsrichtung des Fluids im ersten Gaskühlelement 208 und im zweiten Gaskühlelement 209 entgegengesetzt ist.
6 zeigt die dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gaskühleinrichtung 201 im Winterbetrieb, in dem das Ventil 206 geschlossen ist. Folglich strömt das Fluid nicht durch das zweite Gaskühlelement 209, wodurch die Kondensationsfläche bzw. Wärmetauscherfläche reduziert wird. Dadurch steigen, wie zuvor beschrieben wurde, der Druck in der Gaskühleinrichtung und die Temperatur des Fluides bzw. Kältemittels im Kondensator, wodurch der ordnungsgemäße Betrieb der Kältemaschine auch bei niedrigen Außentemperaturen sichergestellt werden kann.
Die erste, die zweite und die dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gaskühleinrichtung 1, 101, 201 umfassen je einen Drucksensor 38, der den Druck des Fluids vor und/oder nach der Gaskühleinrichtung 1, 101, 201 ermitteln kann. Alternativ hierzu oder zusätzlich umfassen die erste Ausführungsform, die zweite Ausführungsform und die dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gaskühleinrichtung 1, 101, 201 zumindest einen Temperatursensor 40, der die Temperatur des Fluids und/oder die Außentemperatur ermitteln kann. Der Drucksensor 38 und/oder der Temperatursensor 40 können direkt mit dem Ventil 6, 106, 206 verbunden sein und/oder eine Baueinheit sein, um dessen Stellung, beispielsweise mechanisch, zu steuern. Ein Beispiel ist hier ein in der Kältetechnik bekannter Druckschalter bzw. ein mechanischer Thermostat.
Der Drucksensor 38 und/oder der zumindest einen Temperatursensor 40 können an eine elektronische Steuerungseinrichtung 42 angeschlossen sein, die die Position des Ventils in Abhängigkeit des ermittelten Drucks und/oder in Abhängigkeit der ermittelten Temperatur elektronisch steuert.
Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, dass eine Gaskühleinrichtung geschaffen wird, der sich den klimatischen Bedingungen automatisch anpassen kann und der sicherstellt, dass im Kältekreislauf das obere Druckniveau auch unter niedrigen Außentemperaturen die ordnungsgemäße Funktionsweise des Kreislaufs gewährleistet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10018478 A1 [0004]
DE 19714501 A1 [0004]

Claims

Gaskühleinrichtung (1; 101; 201), der dazu ausgebildet ist, in einer Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug angeordnet zu werden, mit – einer Eintrittsöffnung (2; 102; 202), über die ein Fluid in die Gaskühleinrichtung eintreten kann, – einer Austrittsöffnung (36; 236), über die ein Fluid aus die Gaskühleinrichtung austreten kann, – einer Kondensationsfläche, über die das Fluid strömt, nachdem es durch die Eintrittsöffnung (2) in die Gaskühleinrichtung eingetreten ist, und die dazu ausgebildet ist, dass ein Fluid daran kondensieren und/oder abkühlen kann, gekennzeichnet durch eine Schalteinrichtung (6; 106; 206), die dazu ausgebildet ist, die Wärmtauscherfläche, über die das Fluid strömen kann, zu verändern.
Gaskühleinrichtung (1; 101; 201) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Druckbestimmungseinrichtung (38), die den Druck vor, in und/oder nach der Gaskühleinrichtung (1; 101; 201) ermittelt, wobei die Schalteinrichtung (6; 106; 206) dazu ausgebildet, die Wärmetauscherfläche in Abhängigkeit des Druckes zu verändern.
Gaskühleinrichtung (1; 101; 201) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Temperaturbestimmungseinrichtung (40), die die Temperatur vor, in und/oder nach der Gaskühleinrichtung ermittelt, wobei die Schalteinrichtung (6; 106; 206) dazu ausgebildet, die Wärmetauscherfläche in Abhängigkeit der Temperatur zu verändern.
Gaskühleinrichtung (1; 101; 201) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Druckbestimmungseinrichtung (38), die den Druck vor, in und/oder nach der Gaskühleinrichtung ermittelt, und die Temperaturbestimmungseinrichtung (40), die die Temperatur vor, in und/oder nach der Gaskühleinrichtung ermittelt, wobei die Schalteinrichtung (6; 106; 206) dazu ausgebildet ist, die Wärmetauscherfläche in Abhängigkeit des Druckes und/oder der Temperatur zu verändern.
Gaskühleinrichtung (1; 101; 201) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der Gaskühleinrichtung ein Sammelbehälter (34; 234) angeschlossen ist, der im Kühlkreislauf nicht benötigtes Kondensat aufnimmt.
Gaskühleinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein erstes Gaskühlelement (8), in dem das Fluid in eine erste Richtung strömt, ein zweites Gaskühlelement (10), in dem das Fluid in eine zweite Richtung strömt, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, ein drittes Gaskühlelement (12), in dem das Fluid in die erste Richtung strömt, ein viertes Gaskühlelement (14), in dem das Fluid in die zweite Richtung strömt, und ein erstes Leitungselement (4), das mit einem Einlass (16) des ersten Gaskühlelementes (8), einem Auslass (20) eines zweiten Gaskühlelementes (10) und einem Einlass (24) des dritten Gaskühlelementes (12) verbunden ist, wobei die Schalteinrichtung (6) in dem ersten Leitungselement (4) zwischen dem Einlass (16) des ersten Gaskühlelementes (8) und dem Auslass (20) des zweiten Gaskühlelementes (10) angeordnet ist.
Gaskühleinrichtung (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch das erste Gaskühlelement (8), in dem das Fluid in die erste Richtung strömt, das zweite Gaskühlelement (10), in dem das Fluid in die zweite Richtung strömt, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, das dritte Gaskühlelement (12), in dem das Fluid in die erste Richtung strömt, das viertes Gaskühlelement (14), in dem das Fluid in die zweite Richtung strömt, und ein erstes Verteilelement (103, 105), das mit dem Einlass (16) des ersten Gaskühlelementes (8) und dem Einlass (24) des dritten Gaskühlelementes (12) verbunden ist, wobei die Schalteinrichtung (106) in dem ersten Verteilelement (103, 105) zwischen dem Einlass (16) des ersten Gaskühlelementes (8) und dem Einlass (12) des dritten Gaskühlelementes (12) angeordnet ist.
Gaskühleinrichtung (201) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch das erste Gaskühlelement (208), in dem das Fluid in eine erste Richtung strömt, das zweite Gaskühlelement (110), in dem das Fluid in die erste Richtung strömt, das dritte Gaskühlelement (214), in dem das Fluid in die zweite Richtung strömt, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, und das erstes Leitungselement (204), das mit einem Einlass (214) des ersten Gaskühlelementes (208) und dem Einlass (220) des zweiten Gaskühlelementes (209) verbunden ist, wobei die Schalteinrichtung (206) in dem ersten Leitungselement (204) zwischen dem Einlass (214) des ersten Gaskühlelementes (208) und dem Einlass (220) des zweiten Gaskühlelementes (209) angeordnet ist.
Gaskühleinrichtung (1; 101; 201) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch ein thermostatisches Ventil, das dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit der Außentemperatur und oder der Fluidtemperatur die Schalteinrichtung (6; 106; 206) zu betätigen.
Gaskühleinrichtung (1; 101; 201) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (6; 106; 206) einen mechanischen Druckschalter umfasst, der die Kondensationsfläche in Abhängigkeit des Druckes in der Gaskühleinrichtung variiert.