DE19533666A1 - Akkumulator für eine nach dem "Orifice"-Prinzip arbeitende Klimaanlage, insbesondere Fahrzeugklimaanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Akkumulator für eine nach dem "Orifice"-Prinzip arbeitende Klimaanlage, insbesondere Fahrzeug-Klimaanlage, mit

• a) einem Einlaß und einem Auslaß für das Kältemittel, die durch einen Strömungsweg für das Kältemittel verbunden sind;
• b) einem Gehäuse,
• c) einem im unteren Bereich des Innenraums des Gehäuses untergebrachten, ein Trockenmittel enthaltenden Ein­ satz;
• d) einer Ansaugöffnung, die am Strömungsweg des Kältemit­ tels zwischen dem Einlaß und dem Auslaß angeordnet ist und mit dem Raum in der Nähe des Bodens des Gehäu­ ses kommuniziert.

Bei nach dem "Orifice"-Prinzip arbeitenden Klimaanlagen ist der Trockner/Akkumulator dem Verdampfer nachgeordnet. Das aus dem Verdampfer kommende Kältemittel besteht aus einer Gas- und einer Flüssigphase. Insbesondere die flüssige Phase enthält Feuchtigkeit und mit dem Kältemittel mittransportierte Öl. Aufgabe des Trockners/ Akkumulators ist es u. a., dem Kältemittel die Feuchtig­ keit (Wasser) zu entziehen, das Öl jedoch wieder in den Kältemittelkreislauf zurückzuführen, die flüssige von der gasförmigen Phase zu trennen und gegebenenfalls eine Nachverdampfung der flüssigen Kältemittelphase zu besorgen.

Bei den bekannten Akkumulatoren der eingangs genannten Art wird der Strömungsweg, über welchen das Kältemittel vom Einlaß zum Auslaß geführt wird, von einem U-förmig gebogenen Rohr gebildet, dessen Basis bis nahe an den Boden des Gehäuses herangeführt ist. In der Basis des U ist eine Ansaugöffnung vorgesehen. Wird durch dieses U-förmig gebogene Rohr der gasförmig gebliebene Anteil des Kältemittels geleitet, so wird über die Ansaugöffnung das sich im untersten Bereich des Gehäuses auf dessen Boden auf Grund seines spezifischen Gewichtes sammelnde Öl angesaugt, mitgerissen und fein verteilt im Kältemittel­ strom weitertransportiert. Das den Trockner/Akkumulator verlassende gasförmige Kältemittel ist also im wesentlichen wasserfrei, führt aber nach wie vor das Öl mit sich. Nachteilig bei dieser bekannten Ausführungsform ist jedoch, daß der siphonartige Strömungsweg für das gasförmige Kältemittel zwischen dem Einlaß und dem Auslaß einen unerwünscht hohen Strömungswiderstand darstellt; außerdem ist die Herstellung des U-förmigen Rohres, welches im allgemeinen von Hand geschehen muß, ebenso wie der Zusam­ menbau der verschiedenen Komponenten verhältnismäßig teuer.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Akku­ mulator der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß er einen geringeren inneren Strömungswiderstand für das durchströmende gasförmige Kältemittel aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

• e) die Ansaugöffnung ungefähr in derselben Höhe wie der Einlaß und/oder der Auslaß angeordnet ist;
• f) die Ansaugöffnung mit dem Raum über dem Boden des Gehäuses über ein in der Einbaulage des Akku­ mulators im wesentlichen senkrecht verlaufendes Ansaug­ rohr kommuniziert.

Die vorliegende Erfindung fußt auf der Erkenntnis, daß die Ansaugöffnung, über welche das sich im unteren Be­ reich des Akkumulators ansammelnde Öl angesaugt wird, sich nicht in unmittelbarer Nähe des Öls befinden muß. Nur dann nämlich ist es erforderlich, in der geschilderten, mit Nachteilen verbundenen Weise das Kältemittel auf einem U-förmigen Weg bis nahe an den Boden des Gehäuses heranzuführen. Mit der vorliegenden Erfindung wird die Ansaugöffnung in etwa dieselbe "Höhe" verlegt, in welcher sich auch der Einlaß und/oder der Auslaß befinden. Unter "Höhe" wird hier der Abstand vom Niveau des Bodens des Gehäuses verstanden. Dadurch ist es nicht mehr erforderlich, das gasförmige Kältemittel auf einem drosselnden, U-förmi­ gen Weg durch das Gehäuse des Akkumulators zu zwingen. Vielmehr ist es möglich, das gasförmige Kältemittel im wesentlichen ungeführt zwischen dem Einlaß und dem Auslaß durch den Akkumulator zu leiten, wobei es den strömungstechnisch günstigsten, den geringsten Widerstand bietenden Strömungsweg selbst suchen kann. Die an der Ansaugöffnung entstehende, von dem vorbeistreichenden Kältemittelstrom herrührende Saugwirkung wird über das erfindungsgemäß vorzusehende Ansaugrohr bis in den un­ teren Bereich des Gehäuses vermittelt, wo das Öl steht. Erstaunlicherweise hat sich herausgestellt, daß die Saugwirkung ausreicht, das Öl über eine nicht unerheb­ liche Entfernung nach oben anzuheben, bevor es dann in den Kältemittelstrom aufgenommen wird. Dadurch, daß bei der vorliegenden Erfindung kein U-förmig gebogenes Rohr für die Führung des Kältemittels sondern nur ein einfaches Rohr als Ansaugrohr erforderlich ist, läßt sich der erfindungsgemäße Akkumulator auch preiswerter als der bekannte herstellen.

Das Ansaugrohr kann mit seinem oberen Ende in einer Aufnahmebohrung eines das Gehäuse nach oben abschließen­ den Deckels aufgenommen sein. Dies führt zu einem stabi­ len, auch Erschütterungen, wie sie im Fahrbetriebe eines Kraftfahrzeuges auftreten, gewachsenen und geräuscharmen Gesamtaufbau.

Dabei wird diejenige Ausführungsform bevorzugt, bei welcher das obere Ende des Ansaugrohres im Durchmesser verjüngt ist und eine Druckfeder zwischen der Unterseite des Deckels und der sich zwischen den Bereichen unter­ schiedlichen Durchmessers des Ansaugrohres bildenden Stufe verspannt ist. Die Druckfeder sorgt dafür, daß das Ansaugrohr immer so weit wie möglich nach unten, direkt oder mittelbar gegen den Boden des Gehäuses ge­ drückt ist und auf diese Weise trotz des Vorliegens eines gewissen Spieles immer eine klapperfreie Halterung gewährleistet ist.

Wenn, wie oben bereits geschildert, das obere Ende des Ansaugrohres von einer Aufnahmebohrung des Deckels aufge­ nommen ist, kann es besonders vorteilhaft sein, die Ansaugöffnung am einen Ende eines durch den Deckel geführ­ ten Ansaugkanals anzubringen, dessen anderes Ende in die Aufnahmebohrung für das Ansaugrohr mündet. Die Kommu­ nikation zwischen der Ansaugöffnung und dem Raum über dem Boden des Gehäuses erfolgt dann über den Ansaugkanal in dem Deckel sowie den Innenraum des Ansaugrohres, der z. B. stirnseitig mit dem Ansaugkanal in Verbindung steht. Wenn die Ansaugöffnung auf diese Weise in den Deckel integriert ist, kann durch eine entsprechende Formgestaltung des Deckels im Bereich der Ansaugöffnung die Kältemittelströmung (gegebenenfalls durch Anpassung des Strömungsquerschnittes und der Strömungsrichtung) so optimiert werden, daß sich eine optimale Saugwirkung ergibt.

Alternativ ist es aber auch möglich, daß die Ansaugöff­ nung eine direkt im Ansaugrohr ausgebildete Öffnung ist. Die Ansaugöffnung kann radial liegen; dies ist diejenige Ausgestaltung, die dann gewählt wird, wenn das Ansaugrohr oben in eine Aufnahmebohrung des Deckels eingeführt ist. Endet dagegen das Ansaugrohr oben frei, kann die Ansaugöffnung auch an der oberen Stirnseite des Ansaugrohres liegen.

Aus geometrischen Gründen empfiehlt sich eine koaxiale Ausbildung des erfindungsgemäßen Akkumulators, bei wel­ cher das Ansaugrohr von einem ringförmig angeordneten Trockenmittel umgeben ist.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Trockenmittel in einem topfförmi­ gen Kartuschengehäuse untergebracht, welches das Ansaug­ rohr koaxial umgibt und in seinem Boden mit Perforationen versehen ist. Durch die Perforationen steht der Innenraum des Kartuschengehäuses mit dem bodennahen Bereich des Innenraumes des (äußeren) Gehäuses in Verbindung, so daß also insbesondere auch das Öl hier austreten und sich am Boden des äußeren Gehäuses sammeln kann.

Besonders preiswert wird der erfindungsgemäße Akkumulator, wenn das Kartuschengehäuse einstückig mit dem Ansaugrohr ausgebildet ist.

Erneut aus Kostengründen wird vorgezogen, wenn das Trocken­ mittel in einer losen Schüttung vorliegt und der diese aufnehmende Ringraum im Kartuschengehäuse durch einen Perforationen aufweisenden ringförmigen Deckel verschlos­ sen ist.

Zwischen der losen Schüttung des Trockenmittels und dem Boden des Kartuschengehäuses sowie dem Deckel sollte jeweils eine Filzschicht vorgesehen sein. Diese Filz­ schicht verhindert ein Entweichen von Trockenmittelteil­ chen durch die Perforationen des Deckels des Kartuschen­ gehäuses bzw. des ringförmigen Deckels.

Von Vorteil ist ferner, wenn am unteren Ende des Ansaug­ rohres ein Sieb angeordnet ist. Dieses Sieb muß von dem Öl, welches von dem gasförmigen Anteil des Kältemittels über das Ansaugrohr angesaugt wird, zunächst durchströmt werden. Dabei werden eventuell vorhandene Verunreinigungen wie Späne und andere Festkörper zurückgehalten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; die einzige Figur zeigt einen erfindungsgemäßen Akkumulator im Axialschnitt.

Der in der Zeichnung dargestellte Akkumulator umfaßt ein becherförmiges Gehäuse 1, das nach oben durch einen Deckel 2 geschlossen ist. Der Deckel 2 kann lösbar und abgedichtet auf dem Gehäuse 1 befestigt sein, was ins­ besondere bei Gehäusen 1 aus Kunststoff eine günstige Option ist. Es kommt aber auch eine permanente Befestigung des Deckels 2 auf dem Gehäuse 1 in Frage, beispielsweise durch eine Verklebung oder - wie in der Zeichnung darge­ stellt - durch eine Verschweißung.

An den als Formteil ausgebildeten Deckel 2 ist ein radialer Anschlußnippel 3 angeformt, an welchem ein Kältemittelrohr befestigt werden kann und welcher der Zufuhr des Kälte­ mittels in den Innenraum des Gehäuses 1 dient. Ein zweiter Anschlußnippel 4 zur Befestigung eines Kältemittelrohres, welcher dem Auslaß des Kältemittelgases dient, ist an dem Deckel 2, dem Anschlußnippel 3 diametral gegenüberlie­ gend, vorgesehen.

Auf den Boden des Gehäuses 1 ist ein kartuschenartig aufgebauter Einsatz 5 aufgestellt. Der Einsatz 5 besitzt ein becherförmiges Gehäuse 6, dessen mit Perforationen 7 versehener Boden 8 in Abstand parallel zum Boden des Gehäuses 1 verläuft. Diskrete Füße 5a an der Unterseite des Gehäuses 6 ermöglichen den gewünschten Abstand. Diese stellen außerdem eine Kommunikation zwischen dem Ringraum, der sich zwischen der Außenwand des Gehäuses 6 und der Innenwand des Gehäuses 1 bildet, und dem Raum über dem Boden des Gehäuses 1 sicher.

Koaxial zur Außenwandung des Kartuschengehäuses 6 ist an den Boden 8 des Kartuschengehäuses 6 ein sich nach oben erstreckendes Ansaugrohr 9 angeformt. Zwischen dem Ansaugrohr 9 und der Zylinderwandung des Kartuschen­ gehäuses 6 wird auf diese Weise ein Ringraum 10 gebildet, der im wesentlichen mit einer losen Schüttung 15 eines Trockenmittels (Molekularsieb-Material) angefüllt ist. Der Ringraum 10 ist nach oben durch einen ringförmigen, ebenfalls mit Perforationen 11 versehenen Deckel 12 abgeschlossen, der hinter einem an die innere Mantel­ fläche des Kartuschengehäuses 6 angeformten radialen Bund 13 eingerastet ist. Zwischen dem Boden 8 des Kar­ tuschengehäuses 6 und der Trockenmittelfüllung 15 einer­ seits und zwischen der Trockenmittelfüllung 15 und dem ringförmigen Deckel 12 andererseits ist jeweils eine Filzschicht 16 bzw. 17 angeordnet.

Das Ansaugrohr 9 öffnet sich am unteren Ende in eine Erweiterung 21, welche nach unten hin durch ein Sieb 20 abgedeckt ist.

Das obere, im Durchmesser verjüngte Ende 9a des Ansaug­ rohres 9 ist in eine komplementäre Aufnahmebohrung 22 des Deckels 2 eingeführt. Zwischen der Unterseite des Deckels 2 und der Stufe 9c, die sich zwischen den Bereichen unter­ schiedlichen Durchmessers des Ansaugrohres 9 bildet, ist eine Druckfeder 23 eingespannt, welche das Ansaugrohr 9 und damit den gesamten Einsatz 5 nach unten gegen den Boden des Gehäuses 1 drückt.

Die Aufnahmebohrung 22 für das obere Ende 9a des Ansaug­ rohres 9 wird durch einen (beim dargestellten Ausführungs­ beispiel um 90° abgewinkelten) Ansaugkanal 24 fortge­ setzt, der mit einer Ansaugöffnung 25 in einen in dem Deckel 2 ausgeformten Auslaßraum 26 mündet.

Der oben beschriebene Akkumulator arbeitet wie folgt:
Vom Verdampfer kommendes Kältemittel wird dem Innenraum des Gehäuses 1 des Akkumulators über den Anschlußnippel 3 zugeführt. Die flüssige Phase des Kältemittels gelangt in den unteren Bereich des Gehäuses 1, wo sie insbesondere über die Perforationen 11 des Deckels 12 in die Trocken­ mittelfüllung 15 eintritt. Durch die Trockenmittelfüllung 15 wird dem Kältemittel Wasser entzogen.

Das in dem Kältemittel außerdem enthaltene Öl sinkt auf Grund seines größeren spezifischen Gewichtes nach unten weiter ab und tritt durch die Perforationen 7 des Kartuschengehäuses 6 in den Zwischenraum zwischen dem Boden 8 des Kartuschengehäuses 6 und dem Boden des (äußeren) Gehäuses 1 ein.

Der gasförmig verbliebene Teil des über den Anschlußnippel 3 zugeströmten Kältemittels dagegen strömt auf mehr oder weniger direktem Wege, dabei nur geringfügig in das becherförmige Gehäuse 1 nach unten eindringend, vom Anschlußnippel 3 zum Anschlußnippel 4. Im Verlaufe dieser Bewegung streicht es an der Ansaugöffnung 25 im Auslaßraum 26 des Deckels 2 vorbei. Dabei entsteht nach dem Venturiprinzip an der Ansaugöffnung 25 eine Saugwirkung, welche sich über das Ansaugrohr 9 nach unten bis in den Bereich des auf dem Boden des Gehäuses 1 stehenden Öles fortpflanzt. Dieses wird dabei nach oben, durch das Ansaugrohr 9 und den Ansaugkanal 24 im Deckel 2 hindurch, abgesaugt und nach dem Austritt aus der Ansaugöffnung 25 von dem gasförmigen Kältemittelstrom mitgerissen. Durch den Anschlußnippel 4 strömt also gasförmiges Kältemittel aus, welches Öl in fein verteilter Form mittransportiert. Eine Ölanreicherung im unteren Bereich des (äußeren) Gehäuses 1 des beschriebenen Akkumu­ lators findet somit nicht statt; vielmehr wird das Öl, welches vom Kältemittel transportiert wird, in den Kreis­ laufin Richtung Kompressor weitergereicht.

Durch spezifische Dimensionierungen des Querschnittes des Ansaugrohres 9, des Ansaugkanales 24 sowie der Ansaug­ öffnung 25 ist eine genaue Anpassung des Akkumulators an die jeweiligen Betriebsparameter der Klimaanlage möglich.

Die äußeren Abmessungen des Akkumulators lassen sich ebenfalls auf Grund des konstruktiven Aufbaus an unter­ schiedliche Platzverhältnisse, wie sie beispielsweise in PKW-Motorräumen vorliegen, anpassen.

Bei einem in der Zeichnung nicht dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel des Akkumulators ist das obere Ende des Ansaugrohres in einer blind endenden Aufnahmebohrung des Deckels aufgenommen. Der Deckel enthält somit den Ansaugkanal 24 des in der Zeichnung dargestellten Aus­ führungsbeispieles nicht. Statt dessen ist im oberen Bereich des Ansaugrohres eine radiale Austrittsöffnung vorgesehen, welche bei diesem Ausführungsbeispiel die Funktionen der Ansaugöffnung 25 des Ausführungsbeispiels der Zeichnung ersetzt.

Ein drittes Ausführungsbeispiel, das ebenfalls nicht dargestellt ist, zeichnet sich dadurch aus, daß das Ansaugrohr in kurzem Abstand vor der Unterseite des Deckels endet, ohne von einer Aufnahmebohrung des Deckels aufgenommen zu sein. Die Ansaugöffnung befindet sich in diesem Falle an der oberen Stirnseite des Ansaug­ rohres.

Claims (12)

1. Akkumulator für eine nach dem "Orifice"-Prinzip arbeitende Klimaanlage, insbesondere Fahrzeug- Klimaanlage, mit

• a) einem Einlaß und einem Auslaß für das Kältemittel, die durch einen Strömungsweg für das Kältemittel verbunden sind;
• b) einem Gehäuse,
• c) einem im unteren Bereich des Innenraums des Gehäuses untergebrachten, ein Trockenmittel enthaltenden Ein­ satz;
• d) einer Ansaugöffnung, die am Strömungsweg des Kältemit­ tels zwischen dem Einlaß und dem Auslaß angeordnet ist und mit dem Raum in der Nähe des Bodens des Gehäu­ ses kommuniziert,

dadurch gekennzeichnet, daß

• e) die Ansaugöffnung (25) ungefähr in derselben Höhe wie der Einlaß (3) und/oder der Auslaß (4) angeordnet ist;
• f) die Ansaugöffnung (25) mit dem Raum über dem Boden des Gehäuses (1) über ein in der Einbaulage des Akku­ mulators im wesentlichen senkrecht verlaufendes Ansaug­ rohr (9) kommuniziert.

2. Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansaugrohr (9) mit seinem oberen Ende (9a) in einer Aufnahmebohrung (22) eines das Gehäuse (1) nach oben abschließenden Deckels (2) aufgenommen ist.

3. Akkumulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende (9a) des Ansaugrohrs (9) im Durchmesser verjüngt ist und daß eine Druckfeder (23) zwischen der Unterseite des Deckels (2) und der sich zwischen den Bereichen unterschiedlichen Durchmessers des Ansaugrohres (9) bildenden Stufe (9c) verspannt ist.

4. Akkumulator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ansaugöffnung (25) am einen Ende eines durch den Deckel (2) geführten Ansaugkanals (24) liegt, dessen anderes Ende in die Aufnahmebohrung (22) für das Ansaugrohr (9) mündet.

5. Akkumulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugöffnung eine direkt im Ansaugrohr ausgebildete Öffnung ist.

6. Akkumulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansaugrohr (9) von einem ringförmig angeordneten Trockenmittel (15) umgeben ist.

7. Akkumulator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Trockenmittel (15) in einem topfförmigen Kartuschengehäuse (6) untergebracht ist, welches das Ansaugrohr (9) koaxial umgibt und in seinem Boden (8) mit Perforationen (7) versehen ist.

8. Akkumulator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kartuschengehäuse (6) einstückig mit dem Ansaugrohr (9) ausgebildet ist.

9. Akkumulator nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Trockenmittel (15) in einer losen Schüttung vorliegt und der diese aufnehmende Ringraum (10) im Kartuschengehäuse (6) durch einen Perforationen (11) aufweisenden ringförmigen Deckel (12) verschlossen ist.

10. Akkumulator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der losen Schüttung des Trockenmittels (15) und dem Boden (8) des Kartuschengehäuses (6) sowie dem Deckel (12) jeweils eine Filzschicht (16, 17) vorge­ sehen ist.

11. Akkumulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende des Ansaugrohres (9) ein Sieb (20) angeordnet ist.