DE102017110541B4

DE102017110541B4 - Klimakompressor und Kältemittelkreis mit einem solchen Klimakompressor

Info

Publication number: DE102017110541B4
Application number: DE102017110541.7A
Authority: DE
Inventors: Werner Hünemörder; Rainer Moskalczuk
Original assignee: Denso Automotive Deutschland GmbH
Current assignee: Denso Automotive Deutschland GmbH
Priority date: 2017-05-15
Filing date: 2017-05-15
Publication date: 2020-01-09
Anticipated expiration: 2037-05-16
Also published as: DE102017110541A1

Abstract

Klimakompressor (2) umfassend
- einen Niederdruckabschnitt (10) mit einem Saugeinlass (11) zum Ansaugen von Kältemittel in den Klimakompressor (2),
- einen Hochdruckabschnitt (12) mit einem Hochdruckauslass (13, 14, 35) zum Auslassen von verdichtetem Kältemittel aus dem Klimakompressor (2) heraus und
- ein zwischen dem Niederdruckabschnitt (10) und dem Hochdruckabschnitt (12) angeordnetes Verdichtertriebwerk (15) zum Verdichten von angesaugtem Kältemittel, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Hochdruckauslass (13, 14, 35) einen ersten Auslassanschluss (13) und einen zweiten Auslassanschluss (14) umfasst, welche mit jeweils voneinander getrennten Anschlussleitungen (25, 26) verbindbar sind,
- eine Schalteinrichtung (16) vorgesehen ist, mittels welcher wenigstens zwei Schaltstellungen ermöglicht werden, und
- ein Verbindungskanal (23, 30, 37, 40) zum Niederdruckabschnitt (10) des Klimakompressors (2) vorgesehen ist,
- wobei in einer ersten Schaltstellung der erste Auslassanschluss (13) und der Hochdruckabschnitt (12) verbindbar und der zweite Auslassanschluss (14) und der Hochdruckabschnitt (12) voneinander trennbar sind, und
- wobei in einer zweiten Schaltstellung der zweite Auslassanschluss (14) und der Hochdruckabschnitt (12) verbindbar und der erste Auslassanschluss (13) mit dem Verbindungskanal (23, 30, 37, 40) zum Niederdruckabschnitt (10) verbindbar und von dem Hochdruckabschnitt (12) trennbar sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Klimakompressor, eine Klimakompressoranordnung sowie einen Kältemittelkreis mit einem solchen Klimakompressor, insbesondere zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug.
Ein Klimakompressor, auch Kältemittelverdichter genannt, sorgt für die Verdichtung des Kältemittels im Kreislauf einer Klimaanlage. Klimakompressoren sind an sich lange und in unterschiedlichen Bauformen bekannt, wie beispielsweise Taumelscheibenverdichter, Hubkolbenverdichter oder Spiralverdichter. Unabhängig von der jeweiligen Bauart haben Klimakompressoren gemeinsam, dass sie einen Niederdruckabschnitt mit einem Saugeinlass, einen Hochdruckabschnitt mit einem Hochdruckauslass und ein dazwischen angeordnetes Verdichtertriebwerk aufweisen. Über den Saugeinlass angesaugtes Kältemittel gelangt so in den Klimakompressor, wird dem Verdichtertriebwerk zugeführt und dort verdichtet und anschließend über den Hochdruckauslass aus dem Hochdruckabschnitt verdichtet wieder ausgegeben.
Kältemittelkreise müssen je nach Betriebsart in unterschiedlicher Weise konfiguriert werden. Um mit einem Kältemittelkreis mehrere Betriebsarten (insbesondere einen Kühlbetrieb und einen Heizbetrieb) ermöglichen zu können, ergeben sich Anforderungen an den Kältemittelkreis und dessen Verschaltungsmöglichkeiten. Dadurch können sich gegebenenfalls auch unterschiedliche Anforderungen an den Klimakompressor ergeben. In der DE 10 2004 008 410 A1 wird beispielsweise eine Klimakompressoranordnung in einem Kältemittelkreis offenbart, mittels welcher eine Umschaltung des Hochdruckabschnitts auf zwei mögliche Verbindungskanäle ermöglicht wird. Dies erfolgt über den Auslassanschluss des Kompressors sowie mittels zweier schaltbarer Magnetventile, wobei der je nach Schaltstellung nicht mit dem Hochdruckabschnitt verbundene Verbindungskanal geschlossen ist. Aus der DE 103 07 039 A1 ist eine Klimakompressoranordnung in einem Kältemittelkreis bekannt, bei welcher zu dem Kältemittelkreis ein paralleler Erwärmungskreislauf zum Aufwärmen eines „kleinen Kühlwasserkreislaufs“ vorgesehen ist. Die beiden Kreisläufe werden gleichzeitig über den Kompressor-Auslass mittels einer abzweigenden Verbindung gespeist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Konfiguration von Kältemittelkreisen für unterschiedliche Betriebsarten zu erleichtern, bzw. Voraussetzungen zu schaffen, dass verschiedene Konfigurationsanforderungen des Kältemittelkreises flexibel und kostengünstig erfüllbar sind.
Diese Aufgabe wird durch einen Klimakompressor mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Klimakompressoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 sowie einen Kältemittelkreis mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Der erfindungsgemäße Klimakompressor ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckauslass einen ersten und einen zweiten Auslassanschluss umfasst, welche mit jeweils voneinander getrennten Anschlussleitungen verbindbar sind. Ferner ist eine Schalteinrichtung vorgesehen, mittels welcher wenigstens zwei Schaltstellungen ermöglicht werden, wobei in einer ersten Schaltstellung der erste Auslassanschluss und der Hochdruckabschnitt verbindbar und der zweite Auslassanschluss und der Hochdruckabschnitt voneinander trennbar sind, und in einer zweiten Schaltstellung der zweite Auslassanschluss und der Hochdruckabschnitt verbindbar und der erste Auslassanschluss und der Hochdruckabschnitt voneinander trennbar sind. Hierdurch wird ermöglicht, die wahlweise Verbindbarkeit zweier Komponenten mit dem Hochdruckabschnitt im Kompressor integriert bereitzustellen. Dies ist insbesondere beim Umschalten zwischen einem Heizbetrieb (auch als Wärmepumpenbetrieb bekannt) und einem Kühlbetrieb (auch als AC-Betrieb bekannt) von Vorteil, weil dann eine Leitungsanordnung mit einem separaten 3-Wege-Ventil entfallen kann. Auf die speziellen Konfigurationsmöglichkeiten wird weiter unten noch mit Bezug zum Kältemittelkreis und den Ausführungsbeispielen näher eingegangen.
Gemäß Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, dass in der ersten Schaltstellung der zweite Auslassanschluss komplett verschließbar ist. Ferner kann alternativ oder auch zusätzlich ein Verbindungskanal zum Niederdruckabschnitt vorgesehen sein, welcher in der zweiten Schaltstellung mit dem ersten Auslassanschluss verbindbar ist. Dies hat für solche Konfigurationen Vorteile, in welchen der erste Auslassanschluss mit einem Abschnitt des Kältemittelkreises verbunden ist, welcher wahlweise in den Hochdruckbereich des Kältemittelkreises und wahlweise inaktiv schaltbar sein soll. Auf diese Weise kann im inaktiv geschalteten Abschnitt angesammeltes Kältemittel über den Verbindungskanal in den Niederdruckabschnitt entweichen. Selbst bei nicht ganz dichten Rückschlagventilen wird somit Kältemittel immer wieder aus dem inaktiven Abschnitt abgesaugt. Ein Ansammeln von ggf. noch heißem Kältemittel und damit verbundene thermische Nachteile in einem angeschlossenen aber vorübergehend inaktiv geschalteten Wärmetauscher wird somit vermieden.
Der Verbindungskanal kann an sich beliebig ausgestaltet sein. Für den Absaugeffekt in den Niederdruckabschnitt reicht ein im Vergleich zum ersten Auslassanschluss erheblich kleinerer Strömungsquerschnitt aus. Dieser kann dann beispielsweise platzsparend im Gehäuse des Klimakompressors als Kapillare, Punktierung oder Drosselstelle zwischen dem Hochdruckabschnitt und dem Niederdruckabschnitt ausgebildet sein.
Gemäß einer Weiterbildung umfasst der Hochdruckauslass einen dritten Auslassanschluss, wobei in einer dritten Schaltstellung der erste Auslassanschluss mit dem Hochdruckabschnitt verbindbar und der zweite und dritte Auslassanschluss ohne Verbindung zum Hochdruckabschnitt miteinander kurzschließbar sind. Hiermit lässt sich ohne zusätzliche Mehrwegeventile ein Mischbetrieb (auch als Re-Heat-Betrieb bekannt, bei welchem für die Klimaanlage sowohl Kaltluft im Verdampfer als auch Warmluft im Heizwärmetauscher erzeugt werden) unter teilweiser Umgehung des Außenwärmetauschers konfigurieren, wenn der Außenwärmetauscher mit dem zweiten Auslassanschluss verbunden ist.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Schalteinrichtung ein verschieblich und/oder drehbar gelagertes Schließglied auf, mittels welchem zwischen wenigstens zwei verschiedenen Schaltstellungen umschaltbar ist. Dabei kann das Schließglied insbesondere zylinderförmig oder tellerförmig ausgebildet sein. Ein so ausgebildetes Schließglied lässt sich leicht betätigen und in die Wandung des Gehäuses des Klimakompressors integrieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Veränderung der Schaltstellung des Schließglieds durch den Druckunterschied zwischen dem Niederdruckabschnitt und dem Hochdruckabschnitt unterstützt wird. Zu diesem Zweck sind Oberflächenabschnitte des Schließgliedes über Passagen mit dem Hochdruck- bzw. dem Niederdruckabschnitt derart verbindbar, dass durch den Druckunterschied eine Stellbewegung hydraulisch ausgeführt wird. Beispielsweise werden die entgegengesetzten Enden des Schließgliedes mit unterschiedlichem Druck beaufschlagt, sodass sich hieraus eine Stellbewegung ergibt. Solche Servo-Ventile sind an sich bekannt, lassen sich aber in diesem Zusammenhang besonders raumsparend realisieren.
Erfindungsgemäß ist eine Klimakompressoranordnung mit einem zuvor genannten Klimakompressor und einer damit verbundenen Steuereinheit zum Steuern des Klimakompressors ausgestattet. Dabei ist vorgesehen, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, zusätzlich die Schalteinrichtung zu steuern. Sie kann insbesondere zwischen zwei verschiedenen Schaltstellungen umschalten. Eine Realisierung des Schaltprozesses auf derselben Steuereinheit zur Steuerung des Klimakompressors hat den Vorteil, dass Steuerleitungen und ein Controller für das Ventil eingespart werden können, da das Ventil für die Kommunikation mit der Fahrzeugelektronik (z.B. über CAN Bus) den vorhandenen Controller des Klimakompressors nutzen kann. Außerdem können ggf. synchron zum Schaltprozess anzupassende Steuersignale für den Klimakompressor leicht aufeinander abgestimmt werden. Insbesondere kann ggf. auch der Kompressor für den Umschaltzeitpunkt exakt abgestimmt heruntergeregelt oder kurzzeitig ganz angehalten werden.
Erfindungsgemäß umfasst ein Kältemittelkreis einen zuvor genannten Klimakompressor bzw. eine zuvor genannte Klimakompressoranordnung, einen ersten Hochdruckwärmetauscher, welcher für eine Heizfunktion für ein Klimagerät geeignet ist, und einen zweiten Hochdruckwärmetauscher, welcher zur Anordnung als Außenwärmetauscher geeignet ist. Dabei ist der Kältemittelkreis derart konfiguriert, dass der erste Hochdruckwärmetauscher über eine erste Anschlussleitung mit dem ersten Auslassanschluss und der zweite Hochdruckwärmetauscher über eine zweite Anschlussleitung mit dem zweiten Auslassanschluss verbunden sind. Der erste Wärmetauscher ist dabei typischerweise direkt zur Anordnung in einem Klimagerät geeignet. Alternativ ist der erste Wärmetauscher als Wärmequelle für einen wasserbasierten Sekundärkreislauf vorgesehen, wobei dann ein weiterer, wasserbasierter Wärmetauscher in einem Sekundärkreislauf zur Anordnung im Klimagerät vorgesehen ist.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist der dritte Auslassanschluss über eine dritte Anschlussleitung mit einem Expansionsorgan verbunden, welches stromabwärts mit einem Verdampfer verbunden ist. Diese Konfiguration ist vorteilhaft für einen zuvor bereits erwähnten Re-Heat-Betrieb und spart hier ggf. weitere Ventilanordnungen.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen und mit Bezug zu den Figuren näher erläutert.

Die 1 zeigt schematisch einen Kältemittelkreis, welcher gemäß dem Stand der Technik für einen Wärmepumpenbetrieb und einen Kühlbetrieb geeignet ist,
die 2 zeigt schematisch einen Klimakompressor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
die 3 zeigt schematisch eine Schalteinrichtung für zwei Schaltstellungen eines Klimakompressors, welche für einen Klimakompressor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwendbar ist,
die 4 zeigt schematisch eine Konfiguration eines Kältemittelkreisabschnitts mit einem Klimakompressor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
die 5 und 6 zeigen schematisch weitere Schalteinrichtung für zwei Schaltstellungen eines Klimakompressors,
die 7 zeigt schematisch eine Konfiguration eines Kältemittelkreises mit einem Klimakompressor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
die 8 und 9 zeigen schematisch weitere Schalteinrichtung für drei Schaltstellungen eines Klimakompressors, welche für einen Klimakompressor gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendbar sind.

Die im Folgenden dargestellten Ausführungsbeispiele beziehen sich auf die Anwendung der Erfindung auf Kraftfahrzeuge. Im Allgemeinen lässt sich die Erfindung auch in anderen Bereichen der Klimatechnik anwenden.
In der 1 ist schematisch ein Kältemittelkreis 1 dargestellt, welcher gemäß dem Stand der Technik für einen Wärmepumpenbetrieb und einen Kühlbetrieb geeignet ist. Ein Klimakompressor 2 treibt dabei im Kreislauf strömendes Kältemittel an, indem das Kältemittel angesaugt, verdichtet und unter hohen Druck wieder ausgestoßen wird. Stromabwärts des Klimakompressors 2 ist ein erster Hochdruckwärmetauscher 3 angeordnet, welcher je nach Kältemittel als Kondensator oder als Gaskühler bezeichnet wird. Über den Hochdruckwärmetauscher 3 wird Wärme an ein in wärmeleitendem Kontakt stehendes Medium abgegeben. Der Hochdruckwärmetauscher 3 fungiert hier als Wärmequelle zum Beheizen des Fahrgastraumes eines Kraftfahrzeugs.
Der Hochdruckwärmetauscher kann dabei ein Kältemittel-Luftwärmetauscher sein, welcher direkt im Luftkanal 6 der Fahrzeugklimaanlage angeordnet ist. Alternativ kann der Hochdruckwärmetauscher auch ein Kältemittel-Wasserwärmetauscher sein, welcher die erzeugte Wärme über einen Sekundärkreislauf an einen Wasser-Luftwärmetauscher weiterleitet, welcher dann stattdessen im Luftkanal 6 angeordnet ist (nicht dargestellt). Im Folgenden wird der Hochdruckwärmetauscher 3 stellvertretend als Kondensator 3 bezeichnet, ohne dabei aber auf die spezielle Ausführungsvariante eingeschränkt zu sein.
Stromabwärts des Kondensators 3 sind ein Außenwärmetauscher 4, ein Verdampfer 5, wenigstens ein Expansionsventil 7 und ggf. weitere Einrichtungen, wie beispielsweise Rückschlagventile 8, angeordnet. Typischerweise befindet sich ein Expansionsventil 7A an einer Verbindungsleitung zwischen Kondensator 3 und Außenwärmetauscher 4, um im Wärmepumpenbetrieb den Außenwärmetauscher 4 im Niederdruckbereich als Verdampfer arbeiten lassen zu können. Um ebenfalls einen Kühlbetrieb zuzulassen, kann der Kältemittelkreis 1 auch so konfiguriert und schaltbar sein, dass der Außenwärmetauscher 4 auch im Hochdruckbereich als Kondensator arbeitet und damit Wärme nach außen abgibt. Typischerweise ist ein weiteres Expansionsventil 7B stromabwärts vom Außenwärmetauscher 4 und stromaufwärts eines Verdampfers 5 vorgesehen. Der Verdampfer 5 liegt typischerweise ebenfalls im Luftkanal 6 der Kraftfahrzeugklimaanlage. Wie dem Fachmann bekannt, sind viele verschiedene Konfigurationen des Kältemittelkreises denkbar. Exemplarisch sind noch weitere Einrichtungen dargestellt, wie zwei Absperrventile 8A, 8B, ein Innerer Wärmetauscher 9A und ein Akkumulator 9B. Des Weiteren könnten im Kältemittelkreis 1 weitere Wärmetauscher, z.B. für eine Batteriekühlung (ein sogenannter Chiller) vorgehsehen sein (nicht dargestellt). Auf einen speziellen Aspekt der Konfiguration des Kältemittelkreises 1 wird weiter unten noch näher eingegangen, soweit dies für die vorliegende Erfindung von Belang ist.
Im exemplarisch dargestellten Kältemittelkreis 1 können nach an sich bekannter Art und Weise zwischen verschiedenen Betriebsarten umgeschaltet werden. Ein Kühlbetrieb wird erreicht, indem das Expansionsventil 7A ganz geöffnet und das Expansionsventil 7B gedrosselt wird.
Außerdem werden die Absperrventile 8A, 8B geschlossen. Auf diese Weise arbeitet der Außenwärmetauscher 4 im Hochdruckbereich. Stromabwärts passiert das Kältemittel die Hochdruckseite des Inneren Wärmetauschers 9A und das Expansionsventil 7B und gelangt so in den Verdampfer 5, von wo aus es weiter über den Akkumulator 9B und über die Niederdruckseite des Inneren Wärmetauschers 9A wieder zur Saugseite des Kompressors 2 gelangt.
Im Wärmepumpenbetrieb wird das Expansionsventil 7A gedrosselt und das Expansionsventil 7B geschlossen. Außerdem wird das Absperrventil 8A geöffnet und das Absperrventil 8B geschlossen. Auf diese Weise arbeitet der Außenwärmetauscher 4 im Niederdruckbereich. Der Leitungsabschnitt um den Verdampfer 5 ist inaktiv geschaltet und das Kältemittel strömt über den Akkumulator 9B zurück zur Saugseite des Kompressors 2.
Im Re-Heat-Betrieb wird das Expansionsventil 7A geöffnet und das Expansionsventil 7B gedrosselt. Außerdem wird das Absperrventil 8A geschlossen und das Absperrventil 8B geöffnet. Auf diese Weise können sowohl der Kondensator 3 als auch der Verdampfer 5 vom Kältemittel durchströmt werden, weil sich der Massenstrom des Kältemittels stromabwärts vom Kondensator 3 aufgrund des geöffneten Absperrventils 8B aufteilt.
In der 2 ist schematisch ein Klimakompressor 2 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es sind beispielsweise Taumelscheibenverdichter, Hubkolbenverdichter oder Spiralverdichter bekannt, welche hier als Klimakompressor 2 Anwendung finden können. Der Klimakompressor 2 umfasst unabhängig von seiner konkreten Bauart einen Niederdruckabschnitt 10 mit einem Saugeinlass 11 zum Ansaugen von Kältemittel in den Klimakompressor 2 sowie einen Hochdruckabschnitt 12 mit einem Hochdruckauslass zum Auslassen von verdichtetem Kältemittel aus dem Klimakompressor 2 heraus. Zwischen dem Niederdruckabschnitt 10 und dem Hochdruckabschnitt 12 ist ein Verdichtertriebwerk 15 zum Verdichten von angesaugtem Kältemittel angeordnet. Das Verdichtertriebwerk 15 weist dazu Verdichtungsmittel z.B. in Form von komprimierbaren Kolben, Schaufelanordnungen, Verdichterschnecken oder dergleichen auf und wird typischerweise von einem Motor angetrieben. Ein elektrischer Klimakompressor umfasst dann einen Elektromotor, während bei Kraftfahrzeugen der Klimakompressor auch über den Motor des Kraftfahrzeugs angetrieben werden kann. Je nach Bauart des Klimakompressors 2 ist das Verdichtertriebwerk 15 sehr unterschiedlich ausgestaltet, im Folgenden aber nicht wesentlich, weshalb auf eine genauere Beschreibung verzichtet wird. Der Klimakompressor 2 umfasst typischerweise im Gehäuse integriert eine Steuereinheit 17, welche über elektrische Leitungen anschließbar ist und mittels welcher der Klimakompressor 2 angesteuert wird.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel weist der Hochdruckauslass einen ersten Auslassanschluss 13 und einen zweiten Auslassanschluss 14 auf. Beide Auslassanschlüsse 13, 14 sind mit jeweils voneinander getrennten Anschlussleitungen verbindbar, sodass je nach Schaltstellung unterschiedliche Komponenten im Kältemittelkreis 1 mit Hochdruckkältemittel beaufschlagbar sind. Zu diesem Zweck ist eine Schalteinrichtung 16 vorgesehen, mittels welcher zwei Schaltstellungen ermöglicht werden. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Steuereinheit 17 derart eingerichtet, dass über sie die Schalteinrichtung 16 gesteuert werden kann, d.h. dass ein Umschalten zwischen zwei verschiedenen Schaltstellungen über die Steuereinheit 17 möglich ist.
Bezugnehmend zur 3 ist die Schalteinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel schematisch im Detail dargestellt. Mittels dieser werden zwei Schaltstellungen ermöglicht. Die Schalteinrichtung 16 weist zwei Schließgliedabschnitte 18, 19 auf, welche über einen Verbindungsstab 21 miteinander verbunden sind und über einen Aktuator 20 in Längsrichtung des Verbindungsstabs 21 verschoben werden können. Der Aktuator 20 ist beispielsweise ein ansteuerbarer Elektromagnet mit einer zylinderförmigen Kavität. Je nach Beschaltung des Elektromagneten wird das Endstück des Verbindungsstabs 21 in die zylinderförmige Kavität eingezogen oder ausgestoßen, sodass sich dadurch zwei Schaltstellungen ergeben.
In einer ersten Schaltstellung blockiert der zweite Schließgliedabschnitt 19 die Verbindung zwischen dem Niederdruckabschnitt 10 und dem ersten Auslassanschluss 13, welcher seinerseits dann aber mit dem Hochdruckabschnitt 12 verbunden ist. Das komprimierte Kältemittel kann dann über die so gebildete Hochdruckpassage 24 durch den ersten Auslassanschluss 13 in eine damit (nicht dargestellte) verbundene Hochdruckleitung entweichen, wie dies in der 3 (a) dargestellt ist. Der zweite Auslassanschluss 14 und der Hochdruckabschnitt 12 sind in dieser Schaltstellung voneinander getrennt. In dieser Schaltstellung blockiert der erste Schließgliedabschnitt 18 den zweiten Auslassanschluss 14 komplett, d.h. dieser ist auch nicht mit irgendeiner anderen Leitung verbunden.
In einer zweiten Schaltstellung sind die beiden Schließgliedabschnitte 18, 19 nach links verschoben. Dadurch wird der zweite Auslassanschluss 14 und der Hochdruckabschnitt 12 miteinander verbunden, sodass das komprimierte Kältemittel dann über die so gebildete Hochdruckpassage 22 durch den zweiten Auslassanschluss 14 in die damit (nicht dargestellte) verbundene Hochdruckleitung entweichen kann, wie dies in der 3 (b) dargestellt ist. Der erste Auslassanschluss 13 und der Hochdruckabschnitt 12 werden durch diese Schaltstellung voneinander getrennt, weil der zweite Schließgliedabschnitt 19 die Hochdruckpassage 24 blockiert. Durch die Verschiebung entsteht eine Saugpassage 23, welche einen Verbindungskanal zwischen dem ersten Auslassanschluss 13 und dem Niederdruckabschnitt 10 bereitstellt.
Eine erste Anwendung zur Konfiguration eines Kältemittelkreises mit einem Klimakompressor 2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist schematisch in der 4 dargestellt. In einem Kältemittelkreisabschnitt ist schematisch der Klimakompressor 2 angedeutet, bei welchem der erste Auslassanschluss 13 mit einer ersten Anschlussleitung 25 und der zweite Auslassanschluss 14 mit einer zweiten Anschlussleitung 26 verbunden ist. In der ersten Schaltstellung gemäß 3 (a) wird der erste Auslassanschluss 13 über die erste Anschlussleitung 25 mit dem im Luftkanal 6 des Klimagerätes angeordneten Kondensator 3 verbunden. Dieser wird dann mit Heißgas durchströmt und dient in dieser Schaltstellung als Heizwärmetauscher. (Luftstromaufwärts ist noch der Verdampfer 5 angedeutet, dessen Anschluss an den Kältemittelkreis nicht weiter dargestellt ist.) In der zweiten Schaltstellung gemäß 3 (b) wird der zweite Auslassanschluss 14 über die zweite Anschlussleitung 26 unter Umgehung des Kondensators 3 mit dem weiter stromabwärts liegenden Abschnitt des Kältemittelkreises verbunden. Um ein Zurückströmen des Kältemittels in den Kondensator 3 zu verhindern, wird in der Nähe des Ausgangs des Kondensators 3 ein Rückschlagventil 8 angeordnet.
In der zweiten Schaltstellung wird nun erreicht, dass über die Saugpassage 23 der Kondensator 3 mit dem Niederdruckabschnitt 10 des Klimakompressors 2 kommuniziert. Dies hat zwei Vorteile. Erstens wird, wenn die Heizfunktion des Kondensators 3 vorübergehend nicht benötigt wird, z.B. wenn von einem Heizbetrieb in einen Kühlbetrieb umgeschaltet wird, Heißgas aus dem Kondensator 3 abgesaugt. Hierdurch wird ein unerwünschtes Aufheizen des vom Verdampfer 5 abgekühlten Luftstroms reduziert, wenn dieser in der Nähe des Kondensators 3 vorbeiströmt. Zweitens wird durch ein ggf. nicht ganz dichtes Rückschlagventil 8 zurückströmendes Kältemittel und Öl sofort wieder in den Niederdruckabschnitt 10 zurückgeführt, statt sich im Kondensator 3 anzusammeln und somit dem Kreislauf nicht mehr zur Verfügung zu stehen.
Mit anderen Worten wird mit Verwendung eines erfindungsgemäßen Klimakompressors 2 nach dem ersten Ausführungsbeispiels ermöglicht, ohne zusätzliche Ventile den Kondensator 3 abzuschalten. Damit wird im Kühlbetrieb ein unerwünschtes Aufwärmen der kalten Luft, welche ausgangsseitig des Verdampfers 5 bereitgestellt wird, am weiter stromabwärts gelegenen Kondensator 3 reduziert. Die Ventilfunktion wird somit integriert im Klimakompressor 2 bereitgestellt. Des Weiteren kann folgendem Problem wirksam und kostensparend begegnet werden: Im Kühlbetrieb kann sich im Kondensator 3 Kältemittel und Öl ansammeln und/oder im Kondensator 3 kann verbleibendes Kältemittel durch den kalten Luftstrom im Luftkanal 6 kondensieren und ggf. durch ein leicht undicht gewordenes Rückschlagventil 8 lecken. Beides wird dadurch gemindert, dass durch die integral im Klimakompressor 2 vorgesehene Schalteinrichtung 16 eine Schaltung derart möglich, dass im Kondensator 3 verbleibendes Kältemittel kontinuierlich in den Niederdruckabschnitt 10 abgesaugt wird.
In den 5 und 6 sind schematisch weitere Schalteinrichtungen für zwei Schaltstellungen eines Klimakompressors gemäß alternativen Ausführungsvarianten dargestellt. Die dort gezeigten Merkmale sind exemplarisch und lassen sich durch die zuvor genannten Merkmalen der Schalteinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ersetzen bzw. mit diesen kombinieren.
Die Schalteinrichtung 16 gemäß 5 weist ein drehbar gelagertes, zylinderförmiges Schließglied 27 auf. Dieses weist zwei senkrecht zur Zylinderachse ausgerichtete Bohrungen 28, 29 auf, welche um 90° verdreht und seitlich versetzt zueinander angeordnet sind. Die erste Bohrung 28 ist bei geeignetem Drehwinkel zur Ausbildung einer Hochdruckpassage 22 zur Verbindung des zweiten Auslassanschlusses 14 mit dem Hochdruckabschnitt 12 des Klimakompressors 2 bringbar, wie dies in 5 (a) dargestellt ist. Dies entspricht der zweiten Schaltstellung. Der Zylinderquerschnitt des Schließglieds 27 entlang der Hochdruckpassage 22 ist mit Bezug zur 5 (b) dargestellt. Die zweite Bohrung 29 ist bei geeignetem Drehwinkel zur Ausbildung einer Hochdruckpassage 24 zur Verbindung des ersten Auslassanschlusses 13 mit dem Hochdruckabschnitt 12 des Klimakompressors 2 bringbar, wie dies in 5 (c) dargestellt ist. Dies entspricht der ersten Schaltstellung.
Ferner weist das Schließglied 27 eine weitere Schrägbohrung 30 auf, deren Achse in etwa in derselben Ebene wie die Achse der ersten Bohrung 28 liegt. Die Schrägbohrung kann vorzugsweise einen gegenüber den Bohrungen 28, 29 deutlich kleineren Querschnitt aufweisen. In der zweiten Schaltstellung ist der erste Auslassanschluss 13 über die Schrägbohrung 30 mit dem Niederdruckabschnitt 10 verbindbar, sodass sich eine Saugpassage 23 ausbildet.
Wie für den Fachmann leicht erkennbar ist, weist diese Ausführungsform der Schalteinrichtung ähnliche Eigenschaften wie die Schalteinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der 3 auf. Insbesondere lassen sich damit die mit Bezug zu der 4 gezeigten zwei Schaltstellungen und die damit verbundenen Vorteile erreichen.
Die Schalteinrichtung 16 gemäß 6 weist ein verschieblich gelagertes Schließglied 31 auf, welches an beiden Enden zwischen zwei Vorspannfedern 32 eingespannt ist. Je nach Schaltstellung kann der erste Auslassanschluss 13 (siehe 6 (b)) oder der zweite Auslassanschluss 14 (siehe 6 (a)) mit dem Hochdruckabschnitt 12 verbunden werden, wie dies im Prinzip mit den Ausführungsformen mit Bezug zu den 3 und 5 bereits erläutert wurde. Über die Servo-Fluidpassagen 33 können die Enden des Schließglieds 31 mit dem unter Hockdruck stehenden Kältemittel beaufschlagt werden. Ferner kann durch Öffnen des Ventils 34 das rechte Ende des Schließglieds 31 auch wahlweise mit dem Niederdruckabschnitt 10 fluiddynamisch verbunden werden. Auf diese Weise kann die Veränderung der Schaltstellung über diesen Servo-Antrieb unterstützt werden. Beim Öffnen des Ventils 34 liegt an der linken Stirnfläche des Schließglieds 31 hoher Druck und an der rechten Stirnfläche des Schließglieds 31 niedriger Druck an. Dies bewirkt ein Verschieben des Schließglieds 31 nach rechts und ergibt die zweite Schaltstellung (6a). Beim Schließen des Ventils 34 wird die Verbindung zum Niederdruckbereich 10 unterbrochen. Dadurch kann über die Servo-Fluidpassage 33 der nunmehr rückwärtig geschlossene Raum rechts des Schließgliedes 31 sowie der erste Auslassanschluss 13 mit Hochdruck-Kältemittel gefüllt werden. Dies bewirkt eine Verschiebung des Schließgliedes 31 nach links in die erste Schaltstellung (6b). Dies kann durch einen gewissen Druckabfall zwischen dem nun mit Hochdruck-Kältemittel beaufschlagten ersten Auslassanschluss 13 und dem zweiten Auslassanschluss 14, welcher mit etwas geringerem Druck beaufschlagt wird, noch unterstützt werden.
In der 7 ist schematisch eine Konfiguration eines Kältemittelkreises 1 mit einem Klimakompressor 2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Der Klimakompressor 2 ist ausgangsseitig mit drei Anschlussleitungen 25, 26 und 26'verbindbar. Die Verbindungsleitungen 25, 26 entsprechen dabei den mit Bezug zu der 4 gezeigten Konfiguration. Die Verbindungsleitung 26' ist direkt mit dem vor dem Verdampfer 5 angeordneten Expansionsventil 7 (7B, vgl. 1) mit dem Niederdruckabschnitt des Kältemittelkreislaufs 1 verbindbar. Der übrige Teil des Kältemittelkreises 1 entspricht im Wesentlichen dem Kältemittelkreis, welcher mit Bezug zu der 1 bereits erläutert wurde.
Der dazugehörige Klimakompressor 2 weist dazu einen Hochdruckauslass mit einem dritten Auslassanschluss 35 auf, wie dies mit Bezug zu den 8 (a) - 8 (c) im Folgenden näher erläutert wird. Der dritte Auslassanschluss 35 ist dann an die dritte Anschlussleitung 26' angeschlossen.
In der ersten Schaltstellung gemäß 8 (a) ist der erste Auslassanschluss 13 mit dem Hochdruckbereich 12 verbunden und der zweite Auslassanschluss 14 blockiert. In der zweiten Schaltstellung gemäß 8 (c) ist der zweite Auslassanschluss 14 mit dem Hochdruckbereich 12 verbunden und der erste Auslassanschluss 13 mit dem Niederdruckabschnitt 10 verbunden. Dies entspricht für die Auslassanschlüsse 13, 14 betreffend der ersten und zweiten Schaltstellung, welche bereits für die vorherigen Ausführungsbeispiele besprochen wurden. In beiden Schaltstellungen wird der dritte Auslassanschluss 35 blockiert.
in einer dritten Schaltstellung gemäß 8 (b) ist nun der erste Auslassanschluss 13 mit dem Hochdruckabschnitt 12 verbunden, wie dies den ersten Auslassanschluss 13 betreffend der ersten Schaltstellung entspricht. Der zweite Auslassanschluss 14 und dritte Auslassanschluss 35 werden in dieser dritten Schaltstellung allerdings nun ohne Verbindung zum Hochdruckabschnitt 12 miteinander kurzgeschlossen. Dies stellt einen Abzweigpunkt bereit, an welchem das aus dem Kondensator 3 strömende Hochdruckkältemittel teilweise dem Außenwärmetauscher 4 und teilweise dem Verdampfer 5 zugeführt wird, wie dies bei einem sogenannten Re-Heat-Betrieb zum Entfeuchten der Luft erwünscht ist.
Mit anderen Worten wird - zusätzlich zu den Vorteilen, welche in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Klimakompressor 2 nach dem ersten Ausführungsbeispiel genannt wurden - mit Verwendung eines erfindungsgemäßen Klimakompressors 2 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel ermöglicht, ohne zusätzliche Ventile in einen Re-Heat-Betrieb umzuschalten.
In der 9 ist schematisch eine weitere Schalteinrichtung 16 für drei Schaltstellungen dargestellt, wie diese für die Konfiguration gemäß 7 verwendbar ist. Die Schalteinrichtung 16 umfasst ein tellerförmiges Drehteller-Schließglied 36, welches einen ortsfesten und einen drehbar gelagerten Abschnitt umfasst, welche um eine Achse entlang der senkrecht zur Zeichenebene liegenden Hochdrucköffnung 39 gegeneinander verdrehbar sind. Das Drehteller-Schließglied 36 kann beispielsweise aus Stahl oder Keramik hergestellt sein. Zwischen dem ortsfesten und dem drehbar gelagerten Abschnitt kann ein geeignetes Schmiermittel verwendet werden.
Auf dem ortsfest gehaltenen Abschnitt weist das Drehteller-Schließglied 36 neben der zentral liegenden Hochdrucköffnung 39 noch die drei Auslassanschlüsse 13, 14 und 35 sowie eine Saugöffnung 40 auf, welche etwa jeweils 90° versetzt zueinander und von der zentralen Hochdrucköffnung 39 beabstandet angeordnet sind. Der drehbar gelagerte Abschnitt des Drehteller-Schließglieds 36 verdeckt den ortsfest gehaltenen Abschnitt. Der drehbar gelagerte Abschnitt weist dabei zur Kontaktfläche mit dem ortfesten Abschnitt Aussparungen 37, 38 auf. Eine erste Aussparung 37 ist von der Drehachse versetzt und länglich, während die zweite Aussparung 38 in etwa dreieckig ausgebildet ist, wobei eine Ecke im Drehpunkt die Hochdrucköffnung 39 überdeckt. Dies ermöglicht verschiedene Schaltstellungen mit gezielt ausbildbaren Passagen, welche im Folgenden näher erläutert werden.
In einer ersten Schaltstellung gemäß 9 (a) überdeckt die zweite Aussparung 38 den ersten Auslassanschluss 13 und die Hochdrucköffnung 39. Dies erlaubt das Ausbilden einer Hochdruckpassage, wie diese funktional der ersten Schaltstellung gemäß den vorherigen Ausführungsbeispielen entspricht.
In der zweiten Schaltstellung gemäß 9 (b) überdeckt die zweite Aussparung 38 den zweiten Auslassanschluss 13 und die Hochdrucköffnung 39. Ferner überdeckt die erste Aussparung 37 den ersten Auslassanschluss 13 und die Saugöffnung 40. Dies erlaubt das Ausbilden einer Hochdruckpassage und einer Saugpassage, wie diese funktional der zweiten Schaltstellung gemäß den vorherigen Ausführungsbeispielen entspricht.
In der dritten Schaltstellung gemäß 9 (c) überdeckt die zweite Aussparung 38 den ersten Auslassanschluss 14 und die Hochdrucköffnung 39. Ferner überdeckt die erste Aussparung 37 den zweiten Auslassanschluss 14 und den dritten Auslassanschluss 35. Dies erlaubt das Ausbilden einer Hochdruckpassage und einer Kurzschlusspassage (zwischen dem zweiten Auslassanschluss 14 und dritten Auslassanschluss 35), wie diese funktional der dritten Schaltstellung gemäß den Ausführungsbeispielen nach 7 und 8 entspricht.

Claims

Klimakompressor (2) umfassend - einen Niederdruckabschnitt (10) mit einem Saugeinlass (11) zum Ansaugen von Kältemittel in den Klimakompressor (2), - einen Hochdruckabschnitt (12) mit einem Hochdruckauslass (13, 14, 35) zum Auslassen von verdichtetem Kältemittel aus dem Klimakompressor (2) heraus und - ein zwischen dem Niederdruckabschnitt (10) und dem Hochdruckabschnitt (12) angeordnetes Verdichtertriebwerk (15) zum Verdichten von angesaugtem Kältemittel, dadurch gekennzeichnet, dass - der Hochdruckauslass (13, 14, 35) einen ersten Auslassanschluss (13) und einen zweiten Auslassanschluss (14) umfasst, welche mit jeweils voneinander getrennten Anschlussleitungen (25, 26) verbindbar sind, - eine Schalteinrichtung (16) vorgesehen ist, mittels welcher wenigstens zwei Schaltstellungen ermöglicht werden, und - ein Verbindungskanal (23, 30, 37, 40) zum Niederdruckabschnitt (10) des Klimakompressors (2) vorgesehen ist, - wobei in einer ersten Schaltstellung der erste Auslassanschluss (13) und der Hochdruckabschnitt (12) verbindbar und der zweite Auslassanschluss (14) und der Hochdruckabschnitt (12) voneinander trennbar sind, und - wobei in einer zweiten Schaltstellung der zweite Auslassanschluss (14) und der Hochdruckabschnitt (12) verbindbar und der erste Auslassanschluss (13) mit dem Verbindungskanal (23, 30, 37, 40) zum Niederdruckabschnitt (10) verbindbar und von dem Hochdruckabschnitt (12) trennbar sind.
Klimakompressor (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Schaltstellung der zweite Auslassanschluss (14) komplett verschließbar ist.
Klimakompressor (2) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Hochdruckauslass (13, 14, 35) einen dritten Auslassanschluss (35) umfasst und - in einer dritten Schaltstellung der erste Auslassanschluss (13) mit dem Hochdruckabschnitt (12) verbindbar und der zweite Auslassanschluss (14) und dritte Auslassanschluss (35) ohne Verbindung zum Hochdruckabschnitt (12) miteinander kurzschließbar sind.
Klimakompressor (2) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (16) ein verschieblich und/oder drehbar gelagertes Schließglied (18 - 21; 27; 31; 36) aufweist, mittels welchem zwischen zwei verschiedenen Schaltstellungen umschaltbar ist.
Klimakompressor (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließglied (27; 36) zylinderförmig oder tellerförmig ausgebildet ist.
Klimakompressor (2) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Schaltstellung des Schließglieds (31) durch den Druckunterschied zwischen dem Niederdruckabschnitt (10) und dem Hochdruckabschnitt (12) unterstützt wird.
Klimakompressoranordnung mit einem Klimakompressor (2) nach einem der Ansprüche 1-6 und einer damit verbundenen Steuereinheit (17) zum Steuern des Klimakompressors (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (17) eingerichtet ist, die Schalteinrichtung (16) zu steuern, insbesondere zwischen zwei verschiedenen Schaltstellungen umzuschalten.
Kältemittelkreis (1), umfassend einen Klimakompressor (2) nach einem der Ansprüche 1-6 und/oder eine Klimakompressoranordnung nach Anspruch 7, des Weiteren einen ersten Hochdruckwärmetauscher (3), welcher für eine Heizfunktion für ein Klimagerät geeignet ist, und einen zweiten Hochdruckwärmetauscher (4), welcher zur Anordnung als Außenwärmetauscher geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hochdruckwärmetauscher (3) über eine erste Anschlussleitung (25) mit dem ersten Auslassanschluss (13) und der zweite Hochdruckwärmetauscher (4) über eine zweite Anschlussleitung (26) mit dem zweiten Auslassanschluss (14) verbunden ist.
Kältemittelkreis (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Auslassanschluss (35) über eine dritte Anschlussleitung (26') mit einem Expansionsorgan (7) verbunden ist.