DE102020120772A1

DE102020120772A1 - Verdichtermodul

Info

Publication number: DE102020120772A1
Application number: DE102020120772.7A
Authority: DE
Inventors: Toni Spies; Philipp Kozalla; Roman Heckt; Thomas Klotten; Jörn Fröhling; Torsten Gehm; Stephan Köster; Felix Girmscheid
Original assignee: Hanon Systems Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2019-09-17
Filing date: 2020-08-06
Publication date: 2021-03-18
Also published as: CN114072298A; KR102667771B1; WO2021054634A1; JP2022548720A; EP4031388A1; EP4031388A4; US20220307500A1; KR20220031916A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verdichtermodul (33) für einen Kältemittelkreislauf einer Kraftfahrzeugklimaanlage, aufweisend ein modulartig zusammensetzbares mehrteiliges Gehäuse mit einem Kältemitteleingang bei Niederdruck und einem Kältemittelausgang bei Hochdruck und einen Verdichter (34), welches dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Innerer Wärmeübertrager (1) des Kältemittelkreislaufes in das Verdichtermodul (33) integriert ausgebildet ist, wobei das Gehäuse des Verdichtermoduls (33) den Inneren Wärmeübertrager (1) vollständig umgibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verdichtermodul für einen Kältemittelkreislauf einer Kraftfahrzeugklimaanlage. Das Verdichtermodul realisiert ein integriertes Design verschiedener Komponenten und Funktionalitäten eines Kältemittelkreislaufes innerhalb einer modulartig aufgebauten Komponente.
Besonders bevorzugt wird das Verdichtermodul für R744-Kältemittelkreisläufe mit Kohlendioxid als Kältemittel eingesetzt.
Kältemittelkreisläufe sind aus diversen technischen Komponenten aufgebaut und es besteht ein Bestreben bei der Entwicklung der Komponenten, diese möglichst kosteneffizient und beispielsweise auch möglichst platzsparend zu gestalten. So sind in Wärmeübertragern oder in Kältemittelverdichtern integrierte Sammler bereits im Stand der Technik bekannt.
Im Stand der Technik ist beispielsweise ein Kältemittelverdichter mit einem integrierten Sammler aus der US 2004/0141859 A1 bekannt. Allerdings ist die erreichbare Einsparung von Platz begrenzt. Auch sind die Vorteile durch die Integration des Sammlers in das Gehäuse des Verdichters in Bezug auf den Nutzen für den Kältemittelkreislauf und die Stabilität der Komponente nicht wesentlich.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht insbesondere darin, die Komplexität integrierter modulartig aufgebauter Komponenten für Kältemittelkreisläufe mit R744 als Kältemittel zu verringern. Weiterhin wird angestrebt, die Anzahl der erforderlichen Einzelkomponenten und Einzelteile eines Kältemittelkreislaufes zu minimieren und Synergien zwischen den einzelnen Komponenten hinsichtlich des Einsparungspotenzials der besonderen Aufwendungen für die Druckfestigkeit derartiger Komponenten zu erreichen.
Die Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die Aufgabe der Erfindung wird insbesondere durch ein Verdichtermodul für einen Kältemittelkreislauf einer Kraftfahrzeugklimaanlage gelöst, welche ein modulartig zusammensetzbares, mehrteiliges Gehäuse mit einem Kältemitteleingang bei Niederdruck und einem Kältemittelausgang bei Hochdruck sowie einen Kältemittelverdichter aufweist. Das Verdichtermodul ist darüber hinaus insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass ein Innerer Wärmeübertrager des Kältemittelkreislaufes in das Verdichtermodul integriert ausgebildet ist, wobei das Gehäuse des Verdichtermoduls den Inneren Wärmeübertrager vollständig umgibt und diesen somit neben dem Verdichter aufnimmt.
Die Konzeption der Erfindung besteht somit darin, die Komponente des Verdichters und die Komponente des Inneren Wärmeübertragers miteinander in einem Verdichtermodul beziehungsweise als ein Verdichtermodul auszuführen. In besonders vorteilhafter Weise wird dadurch nicht nur der Vorteil einer vereinfachten Montage des Moduls im Kältemittelkreislauf genutzt, sondern darüber hinaus wird das Gehäuse des Verdichters modulartig erweitert durch Gehäuse- beziehungsweise Gehäuseteile, die den Inneren Wärmeübertrager aufnehmen, so dass dieser kein eigenes druckfestes Gehäuse separat mehr aufweisen muss.
Das Verdichtermodul enthält bevorzugt mindestens einen Kältemittelsensor, welcher in das Gehäuse des Verdichtermoduls integriert ausgebildet ist. Somit sind auch neben diversen, bevorzugt in das Gehäuse integrierten Kältemittelleitungen, auch die an den entsprechenden Punkten des Kreislaufes erforderlichen Kältemittelsensoren in einem druckdichten und den Anforderungen des Kältemittels R744 genügenden Gehäuse angeordnet beziehungsweise von dem Gehäuse umgeben.
Bevorzugt ist neben dem Inneren Wärmeübertrager auch ein Kältemittelsammler des Kältemittelkreislaufes in das Gehäuse des Verdichtermoduls integriert ausgebildet.
Die Aufnahme des Kältemittelsammlers in das Verdichtermodul reduziert weiterhin die Anzahl der erforderlichen Einzelkomponenten und Verbindungsteile des Kältemittelkreislaufes, was sich auf eine vereinfachte Montage und darüber hinaus auch auf die vorteilhafte druckdichte Ausgestaltung eines Gesamtgehäuses für das Verdichtermodul und damit eine kosteneffiziente Herstellung auswirkt.
Bevorzugt ist ein weiterer Wärmeübertrager des Kältemittelkreislaufes in das Gehäuse des Verdichtermoduls integriert.
Bevorzugt handelt es sich bei diesem weiteren Wärmeübertrager um einen Chiller und ein dem Chiller vorgeschaltetes Expansionsorgan, welche gemeinsam in das Gehäuse des Verdichtermoduls integriert und von diesem umgeben sind und entsprechend druckdicht nach außen hin von diesem aufgenommen werden.
Das Konstruktionsprinzip des Gehäuses des Verdichtermoduls wird beispielhaft dadurch beschrieben, dass die Gehäuseteile des Verdichtermoduls scheibenartig zusammengesetzt und dadurch auch modulartig erweiterbar ausgeführt sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Gehäuse des Verdichtermoduls aus einem Invertergehäuse, einem Motorgehäuse, einem Zentralgehäuse und einem Hochdruckgehäuse aufgebaut, wobei das Kältemittel vom Kältemitteleingang bei Niederdruck über das Invertergehäuse, das Motorgehäuse und das Zentralgehäuse zum Hochdruckgehäuse hin geführt wird. Der Innere Wärmeübertrager ist dabei im Zentralgehäuse angeordnet.
Besonders bevorzugt ist das Gehäuse des Verdichtermoduls aus einem Gehäuse für den Kältemittelsammler, einem Gehäuse für den Inneren Wärmeübertrager, einem Motorgehäuse, einem Zentralgehäuse und einem Hochdruckgehäuse aufgebaut. Das Kältemittel strömt dabei in Reihe vom Kältemitteleingang bei Niederdruck über den Kältemittelsammler, den Inneren Wärmeübertrager, das Motorgehäuse und das Zentralgehäuse zum Hochdruckgehäuse. Der Innere Wärmeübertrager ist zwischen dem Kältemittelsammler und dem Motorgehäuse angeordnet.
In einer alternativen Ausgestaltung des Verdichtermoduls ist das Gehäuse des Verdichtermoduls aus einem Gehäuse für den Chiller und das Expansionsorgan, einem Gehäuse für den Kältemittelsammler, einem Gehäuse für den Inneren Wärmeübertrager, einem Motorgehäuse, einem Zentralgehäuse und einem Hochdruckgehäuse aufgebaut. Das Kältemittel strömt dabei vom Kältemitteleingang bei Niederdruck über das Expansionsorgan und den nachfolgenden Chiller, den Kältemittelsammler, den Inneren Wärmeübertrager, das Motorgehäuse und das Zentralgehäuse zum Hochdruckgehäuse hin. Der Innere Wärmeübertrager ist hierbei zwischen dem Kältemittelsammler und dem Motorgehäuse angeordnet.
Ein vorteilhaft abgewandeltes Verdichtermodul wird dadurch erzeugt, dass das Gehäuse des Verdichtermoduls aus einem Invertergehäuse, einem Motorgehäuse, einem Gehäuse für den Inneren Wärmeübertrager, einem Zentralgehäuse und einem Hochdruckgehäuse aufgebaut ist. Das Kältemittel strömt dabei vom Kältemitteleingang bei Niederdruck über das Motorgehäuse und das Zentralgehäuse zum Hochdruckgehäuse. Der Innere Wärmeübertrager ist im Zentralgehäuse und zwischen dem Motorgehäuse und dem Hochdruckgehäuse angeordnet.
Vorteilhaft ist das Gehäuse des Verdichtermoduls aus einem Invertergehäuse, einem Gehäuse für den Inneren Wärmeübertrager, einem Motorgehäuse, einem Zentralgehäuse und einem Hochdruckgehäuse aufgebaut. Das Kältemittel wird vom Kältemitteleingang bei Niederdruck über das Invertergehäuse, das Gehäuse für den Innere Wärmeübertrager, das Motorgehäuse und das Zentralgehäuse zum Hochdruckgehäuse geführt. Der Innere Wärmeübertrager ist dabei zwischen dem Invertergehäuse und dem Motorgehäuse angeordnet.
Wiederum alternativ ist das Gehäuse des Verdichtermoduls vorteilhaft aus einem Invertergehäuse, einem Motorgehäuse, einem Zentralgehäuse und einem Hochdruckgehäuse aufgebaut, wobei das Kältemittel vom Kältemitteleingang bei Niederdruck über das Invertergehäuse, den Innere Wärmeübertrager, das Motorgehäuse und das Zentralgehäuse zum Hochdruckgehäuse oder über das Invertergehäuse, das Motorgehäuse, den Inneren Wärmeübertrager und das Hochdruckgehäuse oder über das Invertergehäuse und parallel über den Inneren Wärmeübertrager und das Motorgehäuse und nachfolgend über das Zentralgehäuse zum Hochdruckgehäuse geführt wird. Der Innere Wärmeübertrager ist dabei im Motorgehäuse und zwischen dem Invertergehäuse und dem Zentralgehäuse angeordnet.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist das Gehäuse des Verdichtermoduls vorteilhaft aus einem Gehäuse für einen Kältemittelsammler, einem Gehäuse für den Inneren Wärmeübertrager, einem Motorgehäuse, einem Zentralgehäuse und einem Hochdruckgehäuse aufgebaut. Das Kältemittel wird dabei vom Kältemitteleingang bei Niederdruck über das Gehäuse für den Kältemittelsammler, das Gehäuse für den Inneren Wärmeübertrager, das Motorgehäuse und das Zentralgehäuse zum Hochdruckgehäuse geführt. Der Innere Wärmeübertrager ist dabei zwischen dem Kältemittelsammler und dem Motorgehäuse angeordnet.
Nach einer weiteren alternativen Ausgestaltung ist das Gehäuse des Verdichtermoduls vorteilhaft aus einem Gehäuse für den Kältemittelsammler, einem Gehäuse für den Inneren Wärmeübertrager, einem Invertergehäuse, einem Motorgehäuse, einem Zentralgehäuse und einem Hochdruckgehäuse aufgebaut, wobei das Kältemittel vom Kältemitteleingang bei Niederdruck über das Gehäuse für den Kältemittelsammler, das Gehäuse für den Inneren Wärmeübertrager, das Invertergehäuse, das Motorgehäuse und das Zentralgehäuse zum Hochdruckgehäuse geführt wird. Der Innere Wärmeübertrager ist dann zwischen dem Kältemittelsammler und dem Invertergehäuse angeordnet.
Vorteilhaft und alternativ ist das Gehäuse des Verdichtermoduls aus einem Gehäuse für einen Kältemittelsammler, einem Gehäuse für den Inneren Wärmeübertrager, einem Motorgehäuse, einem Zentralgehäuse und einem Hochdruckgehäuse aufgebaut. Das Kältemittel wird vom Kältemitteleingang bei Niederdruck über das Gehäuse für den Kältemittelsammler, den Inneren Wärmeübertrager, das Motorgehäuse und das Zentralgehäuse zum Hochdruckgehäuse geführt. Der Innere Wärmeübertrager ist zwischen dem Motorgehäuse und dem Zentralgehäuse angeordnet.
Eine weitere Alternative und vorteilhafte Variante besteht darin, das Gehäuse des Verdichtermoduls aus einem Gehäuse für den Kältemittelsammler, einem Motorgehäuse, einem Zentralgehäuse und einem Hochdruckgehäuse aufzubauen, wobei das Kältemittel vom Kältemitteleingang bei Niederdruck über den Kältemittelsammler, den Inneren Wärmeübertrager, das Motorgehäuse und das Zentralgehäuse zum Hochdruckgehäuse oder über den Kältemittelsammler, das Motorgehäuse, den Inneren Wärmeübertrager und das Hochdruckgehäuse oder über den Kältemittelsammler und parallel über den Inneren Wärmeübertrager und das Motorgehäuse und nachfolgend über das Zentralgehäuse zum Hochdruckgehäuse geführt wird. Der Innere Wärmeübertrager ist im Motorgehäuse und zwischen dem Kältemittelsammler und dem Zentralgehäuse angeordnet.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, das Gehäuse des Verdichtermoduls aus einem Gehäuse für den Chiller und das Expansionsorgan, einem Gehäuse für den Kältemittelsammler, einem Gehäuse für den Inneren Wärmeübertrager, einem Invertergehäuse, einem Motorgehäuse, einem Zentralgehäuse und einem Hochdruckgehäuse aufzubauen. Das Kältemittel wird vom Kältemitteleingang bei Niederdruck über das Expansionsorgan, den Chiller, den Kältemittelsammler, den Inneren Wärmeübertrager, das Invertergehäuse, das Motorgehäuse und das Zentralgehäuse zum Hochdruckgehäuse geführt. Der Innere Wärmeübertrager ist zwischen dem Kältemittelsammler und dem Invertergehäuse angeordnet.
Alternativ ist das Gehäuse des Verdichtermoduls aus einem Gehäuse für den Chiller und das Expansionsorgan, einem Gehäuse für den Kältemittelsammler, einem Motorgehäuse, einem Gehäuse für den Inneren Wärmeübertrager, einem Zentralgehäuse und einem Hochdruckgehäuse aufgebaut. Das Kältemittel wird vom Kältemitteleingang bei Niederdruck über das Expansionsorgan, den Chiller, den Kältemittelsammler, das Motorgehäuse, den Inneren Wärmeübertrager und das Zentralgehäuse zum Hochdruckgehäuse geführt. Der Innere Wärmeübertrager ist zwischen dem Motorgehäuse und dem Zentralgehäuse angeordnet.
Alternativ ist das Gehäuse des Verdichtermoduls aus einem Gehäuse für den Chiller und das vorgeschaltete Expansionsorgan, einem Gehäuse für den Kältemittelsammler, einem Motorgehäuse, einem Zentralgehäuse und einem Hochdruckgehäuse aufgebaut. Das Kältemittel wird vom Kältemitteleingang bei Niederdruck über das Expansionsorgan, den Chiller, den Kältemittelsammler, den Inneren Wärmeübertrager, das Motorgehäuse und das Zentralgehäuse zum Hochdruckgehäuse oder über das Expansionsorgan, den Chiller, den Kältemittelsammler, das Motorgehäuse, den Inneren Wärmeübertrager und das Hochdruckgehäuse oder über das Expansionsorgan, den Chiller, den Kältemittelsammler und parallel über den Inneren Wärmeübertrager und das Motorgehäuse und nachfolgend über das Zentralgehäuse zum Hochdruckgehäuse geführt. Der Innere Wärmeübertrager im Motorgehäuse ist im Motorgehäuse und zwischen dem Kältemittelsammler und dem Zentralgehäuse angeordnet.
Bevorzugt ist der Innere Wärmeübertrager als eine zylindrische Rohrwendel ausgeführt, die koaxial zur Welle des Verdichtermoduls angeordnet ist. Die zylindrische Rohrwendel führt den Kältemittelmassenstrom bei Hochdruck und wird umgeben vom Kältemittelmassenstrom bei Niederdruck, dem Saugdruck des Verdichters.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Innere Wärmeübertrager in axialer Richtung teilweise vom Motorgehäuse und teilweise vom Zentralgehäuse aufgenommen und in radialer Richtung vom Motorgehäuse und vom Zentralgehäuse umgeben.
Der Innere Wärmeübertrager ist in radialer Richtung zwischen einem Außenführungsgehäuse und einem Innenführungsgehäuse koaxial angeordnet.
Der Kältemittelsammler ist bevorzugt in einem Mittelgehäuse und einem das Gehäuse axial endseitig begrenzenden Gehäusedeckel angeordnet, wobei der Kältemittelsammler zur Abscheidung von Kältemittelflüssigkeit aus dem Kältemittelgasstrom einen Flüssigkeitsabscheider, ein becherförmiges Abscheideelement und ein Gasansaugrohr für die Niederdruckseite des Inneren Wärmeübertragers aufweist.
Vorteilhaft ist der Innere Wärmeübertrager in radialer Richtung zwischen dem Innenführungsgehäuse und einem zylindrischen Bereich des Gehäusedeckels koaxial angeordnet, wobei in axialer Richtung ein scheibenartiges Begrenzungselement als Abgrenzung zum Kältemittelsammler hin angeordnet ist.
Der Innere Wärmeübertrager ist vorteilhaft in radialer Richtung zwischen dem Außenführungsgehäuse und einem Innenführungsgehäuse koaxial angeordnet, wobei in axialer Richtung das Außenführungsgehäuse ein scheibenartiges Begrenzungselement als Abgrenzung zum Kältemittelsammler aufweist.
Das Innenführungsgehäuse ist bevorzugt zur Aufnahme des Trocknermaterials ausgebildet und weist einen Filter für das Kältemittel auf.
Der Verdichter ist bevorzugt als elektrischer Verdichter ausgebildet, wobei der Verdichter besonders bevorzugt als Spiralverdichter ausgebildet ist.
Zusammenfassend können die Vorteile der Erfindung folgendermaßen beschrieben werden:

Durch die Integration von Bauteilen beziehungsweise Komponenten des Kältemittelkreislaufes in den Verdichter wird direkt die Komplexität des Gesamtsystems gesenkt.

Die P-T-Sensor-Integration in den Verdichter führt zur Einsparung von Steckern, Gehäuse, Kabelbaum und Installationsaufwand beim Fahrzeugzusammenbau, mithin zu einer Reduzierung von Zeit, Kosten und Bauraum.
Auch die Integration des Inneren Wärmeübertragers führt zu Synergien im Druckgehäuse. Es kann mindestens eine Kältemittelleitung eingespart werden und eine Reduzierung der Anschraubpunkte der Komponenten im Fahrzeug wird erreicht. Wiederum ist eine Reduzierung des Installationsaufwandes im Fahrzeugbau als vorteilhafter Effekt der Integration der Komponenten zu verzeichnen.
Die Integration des Kältemittelsammlers führt dazu, dass eine Ölrückführung mit Ölspeicherung im Kältemittelsammler auf der Niederdruckseite realisiert werden kann, ohne dass das Öl durch das Gesamtsystem zirkulieren muss. Es wird im Kältemittelsammler von Heißgastemperatur auf Sauggastemperatur temperiert und somit die Viskosität des Öls erhöht. Die erhöhte Viskosität ist für den Verdichterbetrieb vorteilhaft, da dann die Schmierfähigkeit für Lager und weitere Bauteile erhöht wird.
Die Integration des Chillers führt ebenfalls zu Synergien im Druckgehäuse, insbesondere durch den Wegfall von Kältemittelleitungen und einen geringeren Installationsaufwand beim Fahrzeugzusammenbau.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:

1: Schaltbild Kältemittelkreislauf mit Verdichtermodul und integriertem Inneren Wärmeübertrager,
2: Prinzipskizze Verdichtermodul mit mehrteiligem Gehäuse,
3: Schaltbild Kältemittelkreislauf mit Verdichtermodul und integriertem Wärmeübertrager sowie Kältemittelsammler,
4: Prinzipskizze Verdichtermodul mit mehrteiligem Gehäuse,
5: Schaltbild Kältemittelkreislauf mit Verdichtermodul, Innerem Wärmeübertrager, Kältemittelsammler und Chiller,
6: Prinzipskizze Verdichtermodul mit mehrteiligem Gehäuse,
7: Schaltbild Kältemittelkreislauf mit Prinzipskizze Verdichtermodul,
8: Prinzipskizze Verdichtermodul mit mehrteiligem Gehäuse,
9: Prinzipskizze Verdichtermodul mit mehrteiligem Gehäuse,
10: Schaltbild Kältemittelkreislauf mit Prinzipskizze Verdichtermodul,
11: Prinzipskizze Verdichtermodul mit mehrteiligem Gehäuse,
12: Prinzipskizze Verdichtermodul mit mehrteiligem Gehäuse,
13: Schaltbild Kältemittelkreislauf mit Prinzipskizze Verdichtermodul,
14: Prinzipskizze Verdichtermodul mit mehrteiligem Gehäuse,
15: Prinzipskizze Verdichtermodul mit mehrteiligem Gehäuse,
16: Längsschnitt Verdichtermodul mit integriertem Inneren Wärmeübertrager
17: Längsschnitt Teilansicht Verdichtermodul mit integriertem Kältemittelsammler und Innerem Wärmeübertrager
18: Längsschnitt Verdichtermodul mit endseitigem Inneren Wärmeübertrager
19: Verdichtermodul mit Innerem Wärmeübertrager im Motorgehäuse.

In 1 ist ein Schaltbild eines Kältemittelkreislaufes für R744 mit einem Verdichtermodul 33 dargestellt. Das Verdichtermodul 33 ist aus mehreren Komponenten zusammengesetzt. Es beinhaltet neben den Hauptkomponenten, dem elektrischen Verdichter 34 für das Kältemittel sowie dem Inneren Wärmeübertrager 1 auch verschiedene Kältemittelsensoren, insbesondere Druck/Temperatursensoren 40. Dabei ist ein Kältemittelsensor für Druck und Temperatur am Verdichteraustritt ausgeordnet, ein weiterer Kältemittelsensor 40 ist innerhalb des Verdichtermoduls 33 am Eingang des Kältemittels in das Verdichtermodul 33 nach dem Gaskühler 35 und vor dem Inneren Wärmeübertrager 1 angeordnet. Nach der Hochdruckseite des Inneren Wärmeübertragers 1 wird das Kältemittel über den parallel im Kreislauf angeordneten Verdampfer 36 mit zugeordnetem Expansionsorgan 37 sowie den Chiller 38 mit zugeordneten Expansionsorgan 39 je nach Betriebsweise und Schaltstellung der nicht dargestellten Ventile parallel oder alternativ geführt. Der Kältemitteldampf wird dann im Kältemittelsensor 40 nach dem Eingang in das Verdichtermodul 33 auf der Niederdruckseite vermessen, bevor der Kältemitteldampf in den außerhalb des Verdichtermoduls angeordneten Kältemittelsammler 15 geleitet und nachfolgend in den Inneren Wärmeübertrager 1 des Verdichtermoduls 33 geführt wird. Der Kältemitteldampf aus dem Inneren Wärmeübertrager 1 gelangt schließlich zur Saugseite des Verdichters 34. Der Kreislauf wird komplettiert durch Temperatursensoren 41, die beispielsweise der Lufttemperaturmessung am Verdampfer 36 sowie der Kühlmitteltemperaturmessung am Chiller 38 dienen. Die Integration der Komponenten des Verdichters 34 sowie des Inneren Wärmeübertragers 1 sowie der Kältemittelsensoren 40 in ein Verdichtermodul 33 reduziert durch das hohe Integrationsniveau die Gesamtkosten des Systems. Erreicht wird dies dadurch, dass die Anzahl der Einzelkomponenten des Kälteanlagensystems für ein Kältemittel R744 durch die hohe Integration der Komponenten verringert wird. Die Integration des Inneren Wärmeübertragers 1 erfolgt durch dessen Aufnahme in das Gehäuse des Verdichters, welches dann als Gehäuse des Verdichtermoduls 33 bezeichnet wird. Dabei werden die Vorteile der bestehenden Druckgehäusestruktur des Verdichters 34 genutzt und der Innere Wärmeübertrager 1 kann mit geringen Kosten auf der Niederdruckseite in das Gehäuse integriert werden. Auch werden alle erforderlichen Kältemittelsensoren 40 in das Gehäuse integriert, so dass keine weiteren Kältemittelsensoren im Kreislauf an anderen Stellen platziert werden müssen. Die zentrale Anordnung der Kältemittelsensoren innerhalb des Verdichtermoduls 33 kann in einem Bereich des Inverterboards erfolgen. Dies führt zu einer Reduzierung der Leckage, einer weniger komplexen, elektrischen Verbindung der Komponenten und darüber hinaus ist kein spezielles Sensorgehäuse für die Sensoren erforderlich. Die Sensorsignale werden übertragen über die für den Verdichter bestehenden Datennetze, beispielsweise über CAN/CAN_FD oder _LIN. Weiterhin resultiert aus der Integration eine verbesserte Inverter- und/oder Motoreffizienz des elektrischen Verdichters 34 durch das niedrigere Temperaturniveau, da durch die Integration eine bessere Kühlung der elektrischen Komponenten des Verdichtermotors erfolgt.
2 zeigt eine Prinzipskizze eines Verdichtermoduls 33, welches aus scheibenartigen Gehäusemodulen zusammengesetzt ist. Die scheibenartigen Gehäusemodule sind über Dichtungen miteinander verbunden und bilden ein kompaktes Verdichtermodulgesamtgehäuse aus. In den Ausführungsbeispielen sind verschiedene Varianten und Kombinationen der Gehäusemodule nachfolgend beschrieben.
Dabei ist nach der Ausgestaltung gemäß 2 das Invertergehäuse 23 endseitig innerhalb des Verdichtermoduls 33 angeordnet. Es schließt sich das Motorgehäuse 20 mit dem Kältemitteleingang 42 bei Niederdruck an. Nachfolgend ist das Zentralgehäuse 22 mit dem Inneren Wärmeübertrager 1 und endseitig das Hochdruckgehäuse 27 mit den mechanischen Verdichterwirkelementen angeordnet. In der gezeigten Ausführungsform als Spiralverdichter sind die Verdichterwirkelemente als feststehende und orbitierende Spirale ausgebildet. Weiterhin sind Kältemittelsensoren 40 in das Gehäuse integriert.
Der Kältemittelausgang 43 bei Hochdruck ist am Hochdruckgehäuse 27 radial angeordnet. Der Innere Wärmeübertrager 1 ist im Zentralgehäuse 22 positioniert und die Kältemittelfließrichtung auf der Niederdruckseite erfolgt vom Kältemitteleingang 42 bei Niederdruck über das Invertergehäuse 23 sowie den Elektromotor im Motorgehäuse 20, über den Inneren Wärmeübertrager 1 des Zentralgehäuses 22 hin zum Hochdruckgehäuse 27, wo der Kältemitteldampf verdichtet wird und schließlich über den Kältemittelausgang 43 bei Hochdruck das Verdichtermodul 33 verlässt. Der Kältemittelfluss durch die angeführten Komponenten erfolgt in Reihenschaltung dieser Komponenten vom Eingang zum Ausgang und wird durch einen Pfeil grafisch verdeutlicht.
In 3 ist ein Schaltbild des Kältemittelkreislaufes mit dem selben Aufbau wie in 1 dargestellt. Im Unterschied zur Darstellung gemäß 1 ist in 3 das Verdichtermodul 33 durch die Aufnahme des Kältemittelsammlers 15 in das Verdichtermodul 33 erweitert gezeigt. Alle anderen Komponenten und der Kältemittelkreislauf an sich sind unverändert. Durch das nochmals erhöhte Integrationsniveau des Verdichtermoduls 33 durch Aufnahme des Kältemittelsammlers 15 werden nochmals die Gesamtkosten des Systems reduziert.
In 4 ist das in 3 schematisch angedeutete Verdichtermodul 33 als Prinzipskizze mit dem Aufbau aus scheibenartigen Gehäusemodulen dargestellt. Das Verdichtermodul 33 wird endseitig begrenzt durch den Kältemittelsammler 15. Nachfolgend ist in axialer Richtung der Innere Wärmeübertrager 1 sowie das Motorgehäuse 20, das Zentralgehäuse 22 und schließlich das Hochdruckgehäuse 27 angeordnet. Die Kältemittelsensoren 40 sind an den entsprechenden dargestellten Punkten in das Gehäuse des Verdichtermoduls 33 integriert und schematisch gekennzeichnet. Der Kältemittelsammler 15, der auch als Akkumulator bezeichnet wird, ist am Kältemitteleingang angeordnet und der Innere Wärmeübertrager 1 befindet sich zwischen dem Kältemittelsammler 15 und dem Elektromotor des Verdichters und dessen Motorgehäuse 20. Der Kältemittelfluss auf der Niederdruckseite erfolgt vom Kältemitteleingang über den Kältemittelsammler 15, den Inneren Wärmeübertrager 1 auf der Niederdruckseite, den Elektromotor im Motorgehäuse 20 hin zum Hochdruckgehäuse 27 mit dem Spiralverdichter und von dort zum Kältemittelausgang 43 bei Hochdruck.
In 5 ist wiederum ein Schaltbild eines Kältemittelkreislaufes analog den Kreisläufen aus 1 und 3 dargestellt. Der Kältemittelkreislauf nach 5 zeigt das Verdichtermodul 33 um eine weitere Komponente erweitert. Es handelt sich dabei um einen Wärmeübertrager, der in das Verdichtermodul 33 mit integriert wird. Der Wärmeübertrager ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Chiller 38 mit zugeordnetem Expansionsorgan 39 ausgeführt.
In 6 ist ein Beispiel für ein Verdichtermodul 33 gemäß dem Kreislauf in 5 gezeigt. Der Kältemittelsammler 15 ist in das Verdichtermodul 33 ebenso integriert wie der Chiller 38 und das zugehörige Expansionsorgan 39. Weiterhin ist der Innere Wärmeübertrager 1 zwischen dem Kältemittelsammler 15 und dem Motorgehäuse 20 angeordnet. Es schließt sich das Zentralgehäuse 22 und das Hochdruckgehäuse 27 an. Der Kältemittelsammler 15 kann dabei mehr als einen Kältemitteleingang aufweisen und die Komponenten Kältemittelsammler 15, Innerer Wärmeübertrager 1 und Chiller 38 sowie das Expansionsorgan 39 sind in das Gehäuse des Verdichtermoduls 33 integriert. Somit kann der Kältemittelsammler 15, der Chiller 39 und der Innere Wärmeübertrager 1 auf der Niederdruckseite von den vorhandenen Druckgefäßstrukturen des Gehäuses des Verdichters Gebrauch machen, was zu einer Reduzierung von Kosten führt. Weiterhin sind alle erforderlichen Kältemittelsensoren in das Gehäuse des Verdichtermoduls 33 integriert, so dass auch dabei und mit der zentralen Steuerung und der Anordnung auf einem Teil des Inverterboards Vorteile entstehen.
Es sind wiederum insbesondere eine verminderte Leckage, eine weniger komplexe, elektrische Verschaltung und keine speziellen Sensorgehäuse erforderlich, was die Kosten deutlich reduziert. Ebenso ist, wie vorbeschrieben die Signalübertragung zusätzlich zu den Verdichtersignalen über die entsprechenden, vorhandenen Netze zur Verdichtersteuerung möglich. Es ergibt sich eine verbesserte Inverter- und Elektromotoreffizienz durch die niedrigeren Temperaturen innerhalb des Verdichtermoduls 33 durch die Sauggaskühlung. Der Kältemittelfluss startet zunächst mit Kältemittel bei Hochdruck am Expansionsorgan 39. Das expandierte Kältemittel mit Niederdruck gelangt nun über den Chiller 38 und über den Kältemittelsammler 15, den Inneren Wärmeübertrager 1 und den Elektromotor im Motorgehäuse 20 hin zur Spiralverdichtereinheit in dem Hochdruckgehäuse 27 hin zum Kältemittelausgang 43 bei Hochdruck.
In 7 ist ein Kältemittelkreislauf dargestellt, welcher ein Verdichtermodul 33, eingebunden in einen Kreislauf, zeigt, wobei wahlweise ein Kältemittelsammler 15 im Niederdruckbereich nach dem Verdampfer 36 oder vor dem Expansionsorgan 37 des Verdampfers 36 im Hochdruckbereich angeordnet ist. Das Verdichtermodul 33 besteht dabei aus dem Invertergehäuse 23, dem Motorgehäuse 20, dem Zentralgehäuse 22 mit dem Inneren Wärmeübertrager 1 sowie dem Hochdruckgehäuse 27. Der Kältemittelkreislauf wird vervollständigt durch den Gaskühler 35. In dieser Ausgestaltung kann der Kältemittelkreislauf für ein Multiverdampfersystem eingesetzt werden. Der Kältemittelfluss in Richtung des Pfeiles auf der Niederdruckseite erfolgt über den Inverter im Invertergehäuse 23, den Elektromotor im Motorgehäuse 20, über den Inneren Wärmeübertrager 1 im Zentralgehäuse 22 hin zum Hochdruckgehäuse 27 zum Ausgang für das Kältemittel.
In 8 ist eine Abweichung hinsichtlich der Anordnung des Inneren Wärmeübertragers 1 im Vergleich zur Darstellung gemäß 7 gezeigt. Dabei ist die Position des Inneren Wärmeübertragers 1 und des Motorgehäuses 20 getauscht. Nach einer weiteren nicht dargestellten Alternative ist der Innere Wärmeübertrager 1 mit dem Invertergehäuse 23 getauscht, so dass das Kältemittel auf der Niederdruckseite über den Inneren Wärmeübertrager 1 und das Invertergehäuse 23 strömt und nachfolgend über das Motorgehäuse 20, das Zentralgehäuse 22 zum Hochdruckgehäuse 27 gelangt.
In 9 ist ein Verdichtermodul 33 dargestellt, welches den Inneren Wärmeübertrager 1 in einer anderen konstruktiven Ausgestaltung integriert. Der Innere Wärmeübertrager 1 ist parallel zum Elektromotor des Verdichters angeordnet. Der Kältemittelfluss kann auf verschiedene Weise auf der Niederdruckseite erfolgen. Einmal vom Kältemitteleingang 42 bei Niederdruck über den Inverter im Invertergehäuse 23 zum Elektromotor im Motorgehäuse 20, schließlich über den Inneren Wärmeübertrager 1 und das Zentralgehäuse 22 hin zum Hochdruckgehäuse 27 mit der Spiralverdichtungseinheit. Das Kältemittel verlässt unter Hochdruck am Kältemittelausgang 43 bei Hochdruck das Verdichtermodul 33.
Alternativ erfolgt der Kältemittelfluss auf der Niederdruckseite vom Kältemitteleingang bei Niederdruck 42 über den Inverter im Invertergehäuse 23 zum Inneren Wärmeübertrager 1 und danach zum Elektromotor im Motorgehäuse 20 über das Zentralgehäuse zum Hochdruckgehäuse 27. Wiederum alternativ erfolgt der Kältemittelfluss bei Niederdruck vom Kältemitteleingang 42 bei Niederdruck über den Inverter im Invertergehäuse 23 und nun parallel über den Inneren Wärmeübertrager 1 und den Elektromotor im Motorgehäuse 20 hin zum Hochdruckgehäuse 27.
In 10 ist ein Kältemittelkreislauf mit dem Verdichtermodul 33 ähnlich der Darstellung des Kreislaufes in 7 gezeigt. Das Verdichtermodul 33 zeichnet sich hier nun dadurch aus, dass der Kältemittelsammler 15 in das Gehäuse des Verdichtermoduls 33 integriert ist. Weiterhin ist der Innere Wärmeübertrager 1 in das Gehäuse des Verdichtermoduls 33 integriert und auch bei dieser Gestaltung werden der Vorteil des existierenden Druckgehäuses des Verdichtergehäuses für den Kältemittelsammler 15 und den Inneren Wärmeübertrager 1 auf der Niederdruckseite genutzt, was zu einer Reduzierung der Kosten führt. Auch hier sind alle erforderlichen Kältemittelsensoren in das Gehäuse des Verdichtermoduls 33 integriert. Auf die Vorteile durch reduzierte Leckage, weniger komplexe Verdrahtung und keine speziellen Sensorgehäuse sowie die Übertragungsmöglichkeit der Sensorsignale über das Signalsystem des Verdichters und die verbesserte Inverter- und Motoreffizienz durch die niedrigeren Temperaturen wurde vorangehend schon hingewiesen.
Der Kältemittelfluss auf der Niederdruckseite erfolgt vom Kältemittelsammler 15 über den Inneren Wärmeübertrager 1, das Invertergehäuse 23 sowie den Elektromotor im Motorgehäuse 20 und das Zentralgehäuse 22 hin zum Hochdruckgehäuse 27.
In 11 ist der Kältemittelsammler 15 mit dem Kältemitteleingang in das Verdichtermodul 33 gezeigt, nachfolgend ist der Innere Wärmeübertrager 1 zwischen dem Elektromotor und der Spiralverdichtungseinheit und somit zwischen dem Motorgehäuse 20 und dem Zentralgehäuse 22 sowie dem Hochdruckgehäuse 27 angeordnet. Der Kältemittelfluss auf der Niederdruckseite erfolgt vom Kältemitteleingang bei Niederdruck über den Kältemittelsammler 15, den Elektromotor im Motorgehäuse 20, den Inneren Wärmeübertrager 1 zum Hochdruckgehäuse 27 hin zum Verdichterausgang, dem Kältemittelausgang 43 bei Hochdruck. Weiterhin sind Kältemittelsensoren 40 in das Gehäuse integriert.
In 12 ist eine Prinzipskizze des Verdichtermoduls 33 in ähnlicher Verschaltung wie in 9 gezeigt, wobei der Inverter mit dem Invertergehäuse 23 aus 9 ersetzt ist durch den Kältemittelsammler 15 in 12. Der Kältemittelfluss auf der Niederdruckseite erfolgt wieder in drei Varianten. Zum einen über den Kältemittelsammler 15 zum Elektromotor im Motorgehäuse 20, über den Inneren Wärmeübertrager 1 zum Hochdruckgehäuse 27 mit der Spiralverdichtereinheit. In der nachfolgenden Variante der Strömung des Kältemittels auf der Niederdruckseite ist die Position von Innerem Wärmeübertrager 1 und Elektromotor vertauscht und in einer weiteren Variante strömt das Kältemittel auf der Niederdruckseite parallel über den Elektromotor und den Inneren Wärmeübertrager 1.
In 13 ist ein Kältemittelkreislauf mit dem Verdichtermodul 33 ähnlich der Darstellung aus 10 und 7 gezeigt. Im Unterschied zu vorgenannten Ausführungsformen erfolgt der Kältemittelfluss auf der Niederdruckseite über den Ansaugstutzen des Verdichtermoduls 33 zum Kältemittelsammler 15 und nachfolgend über den Inverter im Invertergehäuse 23 zum Elektromotor im Motorgehäuse 20 sowie das Zentralgehäuse 22 zum Hochdruckgehäuse 27.
Das Verdichtermodul 33 aus 13 wird näher dargestellt in 14. Der Chiller 38 mit zugehörigem Expansionsorgan 39 sind in das Verdichtermodul 33 integriert. Nachfolgend ist der Kältemittelsammler 15, das Motorgehäuse 20, der Innere Wärmeübertrager 1, das Zentralgehäuse 22 und das Hochdruckgehäuse 27 in Reihe hintereinander angeordnet. Der Kältemittelfluss auf der Niederdruckseite startet mit Kältemittel bei Hochdruck am Expansionsorgan 39 des Chillers 38 und führt über den Kältemittelsammler 15 zum Elektromotor im Motorgehäuse 20 über den Inneren Wärmeübertrager 1 zum Zentralgehäuse 22 und zum Hochdruckgehäuse 27 hin zum Kältemittelausgang 43 bei Hochdruck.
Schließlich ist in 15 ein Verdichtermodul 33 dargestellt, welches analog zu den Modulen aus 12 und 9 ausgeführt ist, wobei der Chiller 38 mit dem Expansionsorgan 39 und nachfolgend der Kältemittelsammler 15 sowie im Motorgehäuse 20 der Innere Wärmeübertrager 1 und anschließend das Zentralgehäuse 22 und das Hochdruckgehäuse 27 angeordnet sind. Der Kältemittelfluss auf der Niederdruckseite startet wiederum mit Kältemittel bei Hochdruck am Expansionsorgan 39 des Chillers 38. Der Innere Wärmeübertrager ist parallel zum Elektromotor im Motorgehäuse 20 angeordnet. In wiederum drei Betriebsvarianten wird das Expansionsorgan 39, der Chiller 38 und der Kältemittelsammler 15 durchströmt bevor in einer alternativen Variante der Elektromotor im Motorgehäuse 20 sowie nachfolgend der Innere Wärmeübertrager 1 und dann die Spiralverdichtereinheit im Hochdruckgehäuse 27 durchströmt wird.
In einer Variante wird nach dem Kältemittelsammler 15 der Innere Wärmeübertrager 1 und dann der Elektromotor im Motorgehäuse 20 und nachfolgend die Spiralverdichtereinheit durchströmt und wiederum alternativ wird der Elektromotor und der Innere Wärmeübertrager 1 parallel durchströmt, bevor das Kältemittel zum Hochdruckgehäuse 27 mit der Spiralverdichtereinheit geführt wird.
In 16 ist der Längsschnitt eines Verdichtermoduls 33 dargestellt. Dabei sind die einzelnen Komponenten des Verdichtermoduls 33 entlang der Mittellinie der Welle 4a des Verdichters dargestellt. Das Verdichtermodul 33 enthält als Hauptkomponente den Verdichter für das Kältemittel sowie darüber hinaus einen Inneren Wärmeübertrager 1. Der Innere Wärmeübertrager weist eine Rohrwendel 13 als Hochdruckstrang mit dem Eintritt 8 Innerer Wärmeübertrager 1 und dem Austritt 7 Innerer Wärmeübertrager für das Kältemittel unter Hochdruck auf. Der Niederdruckströmungspfad innerhalb des Verdichtermoduls 33 wird gebildet vom Kältemitteleingang 42 bei Niederdruck zum Kältemittelausgang 43 bei Hochdruck nach der Verdichtung des Kältemittels. Auf dem Weg vom Kältemitteleingang 42 zum Kältemittelausgang 43 passiert das Kältemittelgas die Rohrwendel 13 mit dem Kältemittel bei Hochdruck des Inneren Wärmeübertragers 1 und nimmt von dieser Wärme auf.
Die elektronischen Komponenten des elektrischen Kältemittelverdichters, der vom Verdichterprinzip als Spiralverdichter ausgeführt ist, sind im Invertergehäuse 23 angeordnet. Im Anschluss an das Invertergehäuse 23 ist in axialer Richtung das Motorgehäuse 20 platziert, in welches das Invertergehäuse 23 übergeht. Im Motorgehäuse 20 ist die Welle 4a des Verdichters im Motorlager 4 gelagert. Um die Welle 4a herum ist der Rotor 25 des Elektromotors des elektrischen Verdichters angeordnet, der Stator 24 ist radial dazu koaxial beabstandet. Im Motorgehäuse 20 wird die Welle 4a endseitig im Motorlager 4 gehalten und auf der anderen Seite ist das Hauptlager 31 im Zentralgehäuse 22 angeordnet. Die Welle 4a bewegt die orbitierende Spirale 29, welche im Lager 30 der orbitierenden Spirale gelagert ist. Die feste Spirale 28 ist im Hochdruckgehäuse 27 fixiert. Zwischen dem Motorgehäuse 20 und dem Hochdruckgehäuse 27 ist das Zentralgehäuse 22 angeordnet, welches das Hauptlager 31 und das Lager 30 der orbitierenden Spirale und das Gegengewicht 26 aufnimmt. Der Strömungspfad des gasförmigen Kältemittels erfolgt vom Kältemitteleingang 42 bei Niederdruck durch die Komponenten des Motors zu dessen Kühlung hindurch, umströmt die Rohrwendel 13 des Inneren Wärmeübertragers 1 und gelangt schließlich zwischen die Spiralen 28 und 29, wo die Verdichtung des Kältemittels stattfindet. Das verdichtete Kältemittel verlässt dann über den Kältemittelausgang 43 bei Hochdruck das Hochdruckgehäuse 27 und damit das Verdichtermodul 33.
In 17 ist auszugsweise ein Verdichtermodul 33 gezeigt, wobei sich die Darstellung auf den Bereich vor dem eigentlichen Verdichtungsprozess beschränkt. Die Ausgestaltung des Verdichtermoduls 33 in dieser Ausführungsform besteht aus einem Gehäusedeckel 18, einem Mittelgehäuse 19 und daran anschließend dem Motorgehäuse 20. Zwischen den einzelnen Gehäusemodulen, die segmentartig und scheibenartig das Gehäuse für das gesamte Verdichtermodul 33 bilden, sind Gehäusedichtungen 12 zwischen den einzelnen Modulen angeordnet, die das Gehäuse nach außen hin druckdicht ausgestalten.
Der Gehäusedeckel 18 und das Mittelgehäuse 19 umgeben den Bereich des Kältemittelsammlers 15, in welchem das flüssige Kältemittel aus dem Kältemitteldampfstrom bei Niederdruck abgeschieden und gesammelt wird. Im Kältemittelsammler 15 ist ein Abscheideelement 16 becherförmig ausgebildet, in welches das Gasansaugrohr 17 des Inneren Wärmeübertragers 1 hineinragt. Der Flüssigkeitsabscheider 14 überspannt trichterartig nach außen das Abscheideelement 16 und der gegebenenfalls Kältemittelflüssigkeit in Form von Tröpfchen aufweisende Kältemitteldampf gelangt über den Kältemitteleingang 42 bei Niederdruck und den Flüssigkeitsabscheider 14 in den Kältemittelsammler 15 hinein. An den Wänden des Flüssigkeitsabscheiders 14 tropft die anhaftende Kältemittelflüssigkeit ab und wird am Boden im Kältemittelsammler 15 gesammelt. Der Kältemitteldampf gelangt nachfolgend über das Gasansaugrohr 17 in den Inneren Wärmeübertrager 1 und umströmt die Rohrwendel 13. Das in der Rohrwendel 13 strömende warme Kältemittel bei Hochdruck wird von dem die Rohrwendel 13 im Inneren Wärmeübertrager 1 umströmenden kalten Kältemittelgas gekühlt. Das Kältemittel bei Hochdruck strömt vom Eintritt 8 in den Inneren Wärmeübertrager 1 und verlässt nach Durchlaufen der Rohrwendel 13 am Austritt 7 das Verdichtermodul 33.
Die Rohrwendel 13 ist am Austritt 7 aus dem Verdichtermodul 33 durch eine Dichtung 10 gesichert und am Eintritt 8 ist korrespondierend eine Dichtung 9 vorgesehen.
Der Innere Wärmeübertrager 1 wird gebildet und nach außen hin begrenzt durch ein Außenführungsgehäuse 2 und ein Innenführungsgehäuse 3, wobei das Innenführungsgehäuse 3 in der gezeigten Ausgestaltung in axialer Richtung hohlzylindrisch ausgebildet ist und einen Boden 32 aufweist. Der Boden 32 als axiale Begrenzung und die hohlzylindrische Wand als radiale Begrenzung bilden eine topfförmige Konstruktion für das Innenführungsgehäuse 3.
Das Außenführungsgehäuse 2 ist in ähnlicher Weise mit einer hohlzylindrischen Wand ausgeführt und besitzt auch einen Boden 44, wodurch sich wiederum eine topfförmige Konstruktion ergibt. Diese beiden topfförmigen Gehäuse sind koaxial zur Welle 4a im Motorgehäuse 20 angeordnet und nehmen zwischen den zylindrischen, sich in axialer Richtung erstreckenden Wandungen die Rohrwendel 13 auf. Das Kältemittelgas strömt vom Gasansaugrohr 17 kommend in den Zwischenraum zwischen dem topfförmigen Außenführungsgehäuse 2 und dem topfförmigen Innenführungsgehäuse 3 ein und umströmt wärmeübertragend die Rohrwendel 13 in axialer Richtung, bevor der Kältemitteldampf dann in das Innere des Innenführungsgehäuses 3 gelangt. Dort ist ein Trocknermaterial 21 angeordnet, welches gegebenenfalls Feuchtigkeit des Kältemitteldampfes bindet. Das Innenführungsgehäuse 3 ist in das Außenführungsgehäuse 2 eingesetzt und der Boden 32 liegt am Boden 44 an. Die beiden Böden 32 und 44 des Außenführungsgehäuses 2 und des Innenführungsgehäuses 3 sind mittels einer Schraube 11 miteinander mechanisch verbunden. Nach Durchströmung des Innenführungsgehäuses 3 des Inneren Wärmeübertragers 1 gelangt das Kältemittelgas über den Saugdruckkanal 6 zum Verdichter.
In der Darstellung gemäß 17 ist die Welle 4a und deren endseitiges Motorlager 4 angedeutet.
Das System wird ergänzt durch einen Filter 5, welcher typischerweise in dem Kältemittelkreislauf als 100% Filter für Partikel eingebaut ist. Der Filter 5 kann mehrere Positionen haben, wie beispielsweise zwischen dem Inneren Wärmeübertrager 1 und dem Motorgehäuse 20, im Einströmbereich in den Verdichter oder an anderen Stellen, wo das Kältemittel in einem begrenztem Bauraum durch die Bauteile strömt.
In 18 ist eine andere Ausgestaltung des Verdichtermoduls 33 gezeigt. Ein wesentlicher Unterschied besteht darin, dass der Kältemittelsammler 15 nunmehr aus dem Gehäusedeckel 18 verlagert wurde in das Motorgehäuse 20 hinein, wohingegen der Innere Wärmeübertrager 1 aus dem Motorgehäuse 20 in den Gehäusedeckel 18 verlagert wurde. Der Aufbau des Kältemittelsammlers 15 aus dem Flüssigkeitsabscheider 14, dem Abscheideelement 16 und dem Gasansaugrohr 17 entspricht im Wesentlichen dem bereits in 17 beschriebenen Kältemittelsammler 15.
Der Innere Wärmeübertrager 1 ist wiederum als Rohrwendel 13 ausgeführt und zwischen einem zylindrischen Abschnitt des Gehäusedeckels 18 und einem Innenführungsgehäuse 3 des Inneren Wärmeübertragers 1 angeordnet. Zur Begrenzung des Raumes für das Trocknermaterial 21 ist ein scheibenförmiges Begrenzungselement 45 als Begrenzungsplatte ausgeführt. Diese weist entsprechende Aufnahmen für das Innenführungsgehäuse 3 auf. Der Boden 32 des Innenführungsgehäuses 3 ist mittels einer Schraube 11 im Gehäusedeckel 18 fixiert. Eine Besonderheit dieser Konstruktion besteht darin, dass die Rohrwendel 13 zum Eintritt 8 und Austritt 7 aus dem Inneren Wärmeübertrager hin in radialer Richtung zum Gehäusedeckel 18 geführt ist. Gedichtet werden die Enden der Rohrwendel 13 über Dichtungen 9 und 10. Der Kältemitteleingang 42 bei Niederdruck befindet sich ebenfalls am Gehäusedeckel 18. Der Saugdruckkanal 6 leitet das Kältemittelgas zum Verdichter hin, der nur durch die Welle 4a und das Motorlager 4 angedeutet ist. Der Boden 44 ist reduziert auf den Ansatz zur Halterung des Gasansaugrohres 17.
Zwischen dem Gehäusedeckel 18 und dem Motorgehäuse 20 ist eine Gehäusedichtung 12 angeordnet. Ein Filter 5 ergänzt das System zum Schutz der Komponenten vor Partikeln.
In 19 ist eine weitere alternative Ausführungsform des Verdichtermoduls 33 dargestellt. Dabei ist der Innere Wärmeübertrager 1 im Motorgehäuse 20 und der Kältemittelsammler 15 im Gehäusedeckel 18 angeordnet. Die Ausgestaltung des Kältemittelsammlers 15 mit seinen Komponenten, dem becherförmigen Abscheideelement 16 sowie dem Gasansaugrohr 17 und dem Flüssigkeitsabscheider 14 mit dem Anschluss für den Kältemitteleingang 42 bei Niederdruck entspricht den aus den 17 und 18 beschriebenen Konstruktionen.
Der Innere Wärmeübertrager 1 ist aus einem zylindrischen Außenführungsgehäuse 2 mit Boden 44 und einem zylindrischen Innenführungsgehäuse 3 mit Boden 32 und zwischen den zylindrischen Bereichen angeordneter Rohrwendel 13 für das Kältemittel unter Hochdruck ausgeführt. Der Boden 32 des topfförmigen Innenführungsgehäuses 3 ist in dieser Ausgestaltung dem Boden 44 des Außenführungsgehäuses 2 gegenüberliegend angeordnet. Im Zwischenraum ist das Trocknermaterial angeordnet und schematisch dargestellt. Eine Gehäusedichtung 12 ist zwischen dem Gehäusedeckel 18 und dem Motorgehäuse 20 ausgeführt. Der Saugdruckkanal 6 zum Verdichter hin ist ähnlich der Darstellung 17 und 18 ausgeführt. Die Rohrwendel 13 ist endseitig als Eintritt 8 und Austritt 7 aus dem Inneren Wärmeübertrager 1 über Dichtungen 9 und 10 den Boden 32 in axialer Richtung durchdringend eingebunden und die entsprechenden Anschlüsse werden von außen an das Verdichtermodul 33 herangeführt. Der Verdichter selbst ist ähnlich wie in den 18 und 17 angedeutet durch die Welle 4a und das Motorlager 4 und selbst nicht im Einzelnen dargestellt.
Wiederum ist ein Filter 5 zum Schutz der Komponenten des Kältemittelkreislaufes vor Partikeln vorhanden.
Bezugszeichenliste

1: Innerer Wärmeübertrager
2: Außenführungsgehäuse Innerer Wärmeübertrager
3: Innenführungsgehäuse Innerer Wärmeübertrager
4: Motorlager
4a: Welle
5: Filter
6: Saugdruckkanal zum Verdichter
7: Austritt Innerer Wärmeübertrager
8: Eintritt Innerer Wärmeübertrager
9: Dichtung
10: Dichtung
11: Schraube
12: Gehäusedichtung
13: Rohrwendel
14: Flüssigkeitsabscheider
15: Kältemittelsammler
16: Abscheideelement
17: Gasansaugrohr
18: Gehäusedeckel
19: Mittelgehäuse
20: Motorgehäuse
21: Trocknermaterial
22: Zentralgehäuse
23: Invertergehäuse
24: Stator
25: Rotor
26: Gegengewicht
27: Hochdruckgehäuse
28: Feste Spirale
29: Orbitierende Spirale
30: Lager der orbitierenden Spirale
31: Hauptlager
32: Boden des Innenführungsgehäuses
33: Verdichtermodul
34: Verdichter
35: Gaskühler
36: Verdampfer
37: Expansionsorgan
38: Chiller
39: Expansionsorgan
40: Druck/Temperatursensor Kältemittelsensor
41: Temperatursensor
42: Kältemitteleingang bei Niederdruck
43: Kältemittelausgang bei Hochdruck
44: Boden des Außenführungsgehäuses
45: Begrenzungselement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2004/0141859 A1 [0004]

Claims

Verdichtermodul (33) für einen Kältemittelkreislauf einer Kraftfahrzeugklimaanlage, aufweisend ein modulartig zusammensetzbares mehrteiliges Gehäuse mit einem Kältemitteleingang bei Niederdruck und einem Kältemittelausgang bei Hochdruck und einen Verdichter (34), dadurch gekennzeichnet, dass ein Innerer Wärmeübertrager (1) des Kältemittelkreislaufes in das Verdichtermodul (33) integriert ausgebildet ist, wobei das Gehäuse des Verdichtermoduls (33) den Inneren Wärmeübertrager (1) vollständig umgibt.
Verdichtermodul (33) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kältemittelsensor (40) in das Gehäuse des Verdichtermoduls (33) integriert ausgebildet ist.
Verdichtermodul (33) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kältemittelsammler (15) des Kältemittelkreislaufes in das Gehäuse des Verdichtermoduls (33) integriert ausgebildet ist.
Verdichtermodul (33) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Wärmeübertrager des Kältemittelkreislaufes in das Gehäuse des Verdichtermoduls (33) integriert ausgebildet ist.
Verdichtermodul (33) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager als Chiller (38) ausgebildet ist und ein dem Chiller (38) vorgeschaltetes Expansionsorgan (39) in das Gehäuse des Verdichtermoduls (33) integriert ausgebildet ist.
Verdichtermodul (33) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Verdichtermoduls (33) aus scheibenartigen Gehäuseteilen zusammengesetzt ist.
Verdichtermodul (33) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Verdichtermoduls (33) aus einem Invertergehäuse (23), einem Motorgehäuse (20), einem Zentralgehäuse (22) und einem Hochdruckgehäuse (27) aufgebaut ist und das Kältemittel vom Kältemitteleingang bei Niederdruck über das Invertergehäuse (23), das Motorgehäuse (20) und das Zentralgehäuse (22) zum Hochdruckgehäuse (27) geführt wird und dass der Innere Wärmeübertrager (1) im Zentralgehäuse (22) angeordnet ist.
Verdichtermodul (33) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Verdichtermoduls (33) aus einem Gehäuse für den Kältemittelsammler (15), einem Gehäuse für den Inneren Wärmeübertrager (1), einem Motorgehäuse (20), einem Zentralgehäuse (22) und einem Hochdruckgehäuse (27) aufgebaut ist und das Kältemittel vom Kältemitteleingang bei Niederdruck über den Kältemittelsammler (15), den Inneren Wärmeübertrager (1), das Motorgehäuse (20) und das Zentralgehäuse (22) zum Hochdruckgehäuse (27) geführt wird und dass der Innere Wärmeübertrager (1) zwischen dem Kältemittelsammler (15) und dem Motorgehäuse (20) angeordnet ist.
Verdichtermodul (33) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Verdichtermoduls (33) aus einem Gehäuse für den Chiller (38) und das Expansionsorgan (39), einem Gehäuse für den Kältemittelsammler (15), einem Gehäuse für den Inneren Wärmeübertrager (1), einem Motorgehäuse (20), einem Zentralgehäuse (22) und einem Hochdruckgehäuse (27) aufgebaut ist und das Kältemittel vom Kältemitteleingang bei Niederdruck über das Expansionsorgan (39), den Chiller (38), den Kältemittelsammler (15), den Inneren Wärmeübertrager (1), das Motorgehäuse (20) und das Zentralgehäuse (22) zum Hochdruckgehäuse (27) geführt wird und dass der Innere Wärmeübertrager (1) zwischen dem Kältemittelsammler (15) und dem Motorgehäuse (20) angeordnet ist.
Verdichtermodul (33) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Verdichtermoduls (33) aus einem Invertergehäuse (23), einem Motorgehäuse (20), einem Gehäuse für den Inneren Wärmeübertrager (1), einem Zentralgehäuse (22) und einem Hochdruckgehäuse (27) aufgebaut ist und das Kältemittel vom Kältemitteleingang bei Niederdruck über das Motorgehäuse (20) und das Zentralgehäuse (22) zum Hochdruckgehäuse (27) geführt wird und dass der Innere Wärmeübertrager (1) im Zentralgehäuse (22) und zwischen dem Motorgehäuse (20) und dem Hochdruckgehäuse (27) angeordnet ist.
Verdichtermodul (33) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Verdichtermoduls (33) aus einem Invertergehäuse (23), einem Gehäuse für den Inneren Wärmeübertrager (1), einem Motorgehäuse (20), einem Zentralgehäuse (22) und einem Hochdruckgehäuse (27) aufgebaut ist und das Kältemittel vom Kältemitteleingang bei Niederdruck über das Invertergehäuse (23), das Gehäuse für den Inneren Wärmeübertrager (1), das Motorgehäuse (20) und das Zentralgehäuse (22) zum Hochdruckgehäuse (27) geführt wird und dass der Innere Wärmeübertrager (1) zwischen dem Invertergehäuse (23) und dem Motorgehäuse (20) angeordnet ist.
Verdichtermodul (33) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Verdichtermoduls (33) aus einem Invertergehäuse (23), einem Motorgehäuse (20), einem Zentralgehäuse (22) und einem Hochdruckgehäuse (27) aufgebaut ist und das Kältemittel vom Kältemitteleingang bei Niederdruck über das Invertergehäuse (23), den Inneren Wärmeübertrager (1), das Motorgehäuse (20) und das Zentralgehäuse (22) zum Hochdruckgehäuse (27) oder über das Invertergehäuse (23), das Motorgehäuse (20), den Inneren Wärmeübertrager (1) und das Hochdruckgehäuse (27) oder über das Invertergehäuse (23) und parallel über den Inneren Wärmeübertrager (1) und das Motorgehäuse (20) und nachfolgend über das Zentralgehäuse (22) zum Hochdruckgehäuse (27) geführt wird und dass der Innere Wärmeübertrager (1) im Motorgehäuse (20) und zwischen dem Invertergehäuse (23) und dem Zentralgehäuse (22) angeordnet ist.
Verdichtermodul (33) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Verdichtermoduls (33) aus einem Gehäuse für einen Kältemittelsammler (15), einem Gehäuse für den Inneren Wärmeübertrager (1), einem Motorgehäuse (20), einem Zentralgehäuse (22) und einem Hochdruckgehäuse (27) aufgebaut ist und das Kältemittel vom Kältemitteleingang bei Niederdruck über das Gehäuse für den Kältemittelsammler (15), das Gehäuse für den Inneren Wärmeübertrager (1), das Motorgehäuse (20) und das Zentralgehäuse (22) zum Hochdruckgehäuse (27) geführt wird und dass der Innere Wärmeübertrager (1) zwischen dem Kältemittelsammler (15) und dem Motorgehäuse (20) angeordnet ist.
Verdichtermodul (33) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Verdichtermoduls (33) aus einem Gehäuse für einen Kältemittelsammler (15), einem Gehäuse für den Inneren Wärmeübertrager (1), einem Invertergehäuse (23), einem Motorgehäuse (20), einem Zentralgehäuse (22) und einem Hochdruckgehäuse (27) aufgebaut ist und das Kältemittel vom Kältemitteleingang bei Niederdruck über das Gehäuse für den Kältemittelsammler (15), das Gehäuse für den Inneren Wärmeübertrager (1), das Invertergehäuse (23), das Motorgehäuse (20) und das Zentralgehäuse (22) zum Hochdruckgehäuse (27) geführt wird und dass der Innere Wärmeübertrager (1) zwischen dem Kältemittelsammler (15) und dem Invertergehäuse (23) angeordnet ist.
Verdichtermodul (33) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Verdichtermoduls (33) aus einem Gehäuse für einen Kältemittelsammler (15), einem Motorgehäuse (20), einem Gehäuse für den Inneren Wärmeübertrager (1), einem Zentralgehäuse (22) und einem Hochdruckgehäuse (27) aufgebaut ist und das Kältemittel vom Kältemitteleingang bei Niederdruck über das Gehäuse für den Kältemittelsammler (15), das Motorgehäuse (20), den Inneren Wärmeübertrager (1) und das Zentralgehäuse (22) zum Hochdruckgehäuse (27) geführt wird und dass der Innere Wärmeübertrager (1) zwischen dem Motorgehäuse (20) und dem Zentralgehäuse (22) angeordnet ist.
Verdichtermodul (33) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Verdichtermoduls (33) aus einem Gehäuse für den Kältemittelsammler (15), einem Motorgehäuse (20), einem Zentralgehäuse (22) und einem Hochdruckgehäuse (27) aufgebaut ist und das Kältemittel vom Kältemitteleingang bei Niederdruck über den Kältemittelsammler (15), den Inneren Wärmeübertrager (1), das Motorgehäuse (20) und das Zentralgehäuse (22) zum Hochdruckgehäuse (27) oder über den Kältemittelsammler (15), das Motorgehäuse (20), den Inneren Wärmeübertrager (1) und das Hochdruckgehäuse (27) oder über den Kältemittelsammler (15) und parallel über den Inneren Wärmeübertrager (1) und das Motorgehäuse (20) und nachfolgend über das Zentralgehäuse (22) zum Hochdruckgehäuse (27) geführt wird und dass der Innere Wärmeübertrager (1) im Motorgehäuse (20) und zwischen dem Kältemittelsammler (15) und dem Zentralgehäuse (22) angeordnet ist.
Verdichtermodul (33) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Verdichtermoduls (33) aus einem Gehäuse für den Chiller (38) und das Expansionsorgan (39), einem Gehäuse für den Kältemittelsammler (15), einem Gehäuse für den Inneren Wärmeübertrager (1), einem Invertergehäuse (23), einem Motorgehäuse (20), einem Zentralgehäuse (22) und einem Hochdruckgehäuse (27) aufgebaut ist und das Kältemittel vom Kältemitteleingang bei Niederdruck über das Expansionsorgan (39), den Chiller (38), den Kältemittelsammler (15), den Inneren Wärmeübertrager (1), das Invertergehäuse (23), das Motorgehäuse (20) und das Zentralgehäuse (22) zum Hochdruckgehäuse (27) geführt wird und dass der Innere Wärmeübertrager (1) zwischen dem Kältemittelsammler (15) und dem Invertergehäuse (23) angeordnet ist.
Verdichtermodul (33) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Verdichtermoduls (33) aus einem Gehäuse für den Chiller (38) und das Expansionsorgan (39), einem Gehäuse für den Kältemittelsammler (15), einem Motorgehäuse (20), einem Gehäuse für den Inneren Wärmeübertrager (1), einem Zentralgehäuse (22) und einem Hochdruckgehäuse (27) aufgebaut ist und das Kältemittel vom Kältemitteleingang bei Niederdruck über das Expansionsorgan (39), den Chiller (38), den Kältemittelsammler (15), das Motorgehäuse (20), den Inneren Wärmeübertrager (1) und das Zentralgehäuse (22) zum Hochdruckgehäuse (27) geführt wird und dass der Innere Wärmeübertrager (1) zwischen dem Motorgehäuse (20) und dem Zentralgehäuse (22) angeordnet ist.
Verdichtermodul (33) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Verdichtermoduls (33) aus einem Gehäuse für den Chiller (38) und das Expansionsorgan (39), einem Gehäuse für den Kältemittelsammler (15), einem Motorgehäuse (20), einem Zentralgehäuse (22) und einem Hochdruckgehäuse (27) aufgebaut ist und das Kältemittel vom Kältemitteleingang bei Niederdruck über das Expansionsorgan (39), den Chiller (38), den Kältemittelsammler (15), den Inneren Wärmeübertrager (1), das Motorgehäuse (20) und das Zentralgehäuse (22) zum Hochdruckgehäuse (27) oder über das Expansionsorgan (39), den Chiller (38), den Kältemittelsammler (15), das Motorgehäuse (20), den Inneren Wärmeübertrager (1) und das Hochdruckgehäuse (27) oder über das Expansionsorgan (39), den Chiller (38), den Kältemittelsammler (15) und parallel über den Inneren Wärmeübertrager (1) und das Motorgehäuse (20) und nachfolgend über das Zentralgehäuse (22) zum Hochdruckgehäuse (27) geführt wird und dass der Innere Wärmeübertrager (1) im Motorgehäuse (20) und zwischen dem Kältemittelsammler (15) und dem Zentralgehäuse (22) angeordnet ist.
Verdichtermodul (33) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Innere Wärmeübertrager (1) als zylindrische Rohrwendel (13) ausgeführt ist, die koaxial zur Welle (4a) des Verdichters angeordnet ist.
Verdichtermodul (33) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Innere Wärmeübertrager (1) in axialer Richtung teilweise vom Motorgehäuse (20) und teilweise vom Zentralgehäuse (22) aufgenommen und in radialer Richtung vom Motorgehäuse (20) und vom Zentralgehäuse (22) umgeben ist.
Verdichtermodul (33) nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Innere Wärmeübertrager (1) in radialer Richtung zwischen einem Außenführungsgehäuse (2) und einem Innenführungsgehäuse (3) koaxial angeordnet ist.
Verdichtermodul (33) nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelsammler (15) in einem Mittelgehäuse (19) und einem das Gehäuse axial endseitig begrenzenden Gehäusedeckel (18) angeordnet ist und der Kältemittelsammler (15) zur Abscheidung von Kältemittelflüssigkeit aus dem Kältemittelgasstrom einen Flüssigkeitsabscheider (14), ein becherförmiges Abscheideelement (16) und ein Gasansaugrohr (17) für den Inneren Wärmeübertrager (1) aufweist.
Verdichtermodul (33) nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Innere Wärmeübertrager (1) in radialer Richtung zwischen dem Innenführungsgehäuse (3) und einem zylindrischen Bereich des Gehäusedeckels (18) koaxial angeordnet ist, wobei in axialer Richtung ein scheibenartiges Begrenzungselement (45) als Abgrenzung zum Kältemittelsammler (15) hin angeordnet ist.
Verdichtermodul (33) nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Innere Wärmeübertrager (1) in radialer Richtung zwischen dem Außenführungsgehäuse (2) und einem Innenführungsgehäuse (3) koaxial angeordnet ist, wobei in axialer Richtung das Außenführungsgehäuse (2) ein scheibenartiges Begrenzungselement (45) als Abgrenzung zum Kältemittelsammler (15) aufweist.
Verdichtermodul (33) nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenführungsgehäuse (3) zur Aufnahme des Trocknermaterials (21) ausgebildet ist und einen Filter (5) aufweist.
Verdichtermodul (33) nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (34) als elektrischer Verdichter ausgebildet ist.
Verdichtermodul (33) nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (34) als Spiralverdichter ausgebildet ist.