Trockner-Filter-Einheit für Kältemittelkreisläufe

Die Erfindung betrifft eine Trockner-Filter-Anordnung für Kältemittelkreis- laufe mit wenigstens einer Trocknereinrichtung und wenigstens einer Filtereinrichtung. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Kältemittelkreislauf mit wenigstens einer Trocknereinrichtung und wenigstens einer Filtereinrichtung für das Kältemittel.

Kühlanlagen, Klimaanlagen und Wärmepumpen sind mittlerweile für unterschiedlichste Einsatzzwecke weit verbreitet. Die weitaus gebräuchlichste Bauform derartiger Anlagen ist derzeit die sogenannte Kompressionskältemaschine, bei der ein Kältemittel in einem geschlossenen Kreislauf von einem Kompressor gepumpt wird. Der Kreislauf ist vom Kompressor sowie einem Expansionsorgan in einen Bereich mit höherem Druck und einen Bereich mit niedrigerem Druck des Kältemittels aufgeteilt. In beiden Bereichen ist jeweils ein Wärmetauscher angeordnet, bei dem Wärme vom Kältemittel an die Umgebung, beziehungsweise Wärme von der Umgebung an das Kältemittel übertragen wird.

Die derzeit gebräuchlichsten Kältemittel sind Pentan, Ammoniak, R 134a und R 22. Aktuell ist auch die Verwendung von CO ₂ als Kältemittel (R 744) in der Erprobung.

Für einen zuverlässigen Betrieb eines Kompressionskältemittelkreislaufes über einen längeren Zeitraum hinweg ist es auch erforderlich, das umlaufende Kältemittel von Verunreinigungen zu reinigen. übliche Verunreinigungen sind dabei mechanische Verunreinigungen, wie beispielsweise Metallspäne, die teilweise von der Fertigung der Anlage bzw. der AnIa- genkomponenten stammen, teilweise aber auch im Betrieb durch mechanisch bewegte Teile (z.B. durch den Kompressor) entstehen. Derartige Partikel müssen ausgefiltert werden, da sie ansonsten den Kreislauf

verstopfen könnten, oder zu einem erhöhten Verschleiß der Komponenten führen könnten. In diesem Zusammenhang ist insbesondere das Expansionsorgan beziehungsweise der Kompressor zu nennen. Zum Abscheiden derartiger mechanischer Verunreinigungen werden Filter in den Kältemit- telkreislauf eingebaut.

Eine weitere Verunreinigung des Kältemittels entsteht durch die Lösung von Stoffen, die in den Kältemittelkreislauf hinein diffundieren. Da übliche Kältemittel stark hygroskopisch sind, erweist sich in diesem Zusammen- hang vor allen Dingen Wasser als problematisch. Das im Kältemittel gelöste Wasser kann die Leistungsfähigkeit und den Wirkungsgrad der Anlage vermindern und darüber hinaus zu innerer Korrosion führen. Um dies zu vermeiden, werden daher Trockenmittel im Kreislauf vorgesehen, welche das im Kältemittel gelöste Wasser absorbieren. Als Trockenmittel werden üblicherweise Zeolithe und Silikate verwendet.

Um eine ausreichende Wirkung des Filters sowie des Trockenmittels zu gewährleisten, werden Filter und Trockenmittel normalerweise in den Kältemittelkreislauf eingeschleift, so dass diese seriell, nacheinander vom Kältemittel durchströmt werden. Dabei wird die Filteranordnung in Strömungsrichtung des umlaufenden Kältemittels gesehen vor dem Trockenmittel angeordnet, damit das Trockenmittel nicht durch mechanische Verunreinigungen verstopft wird.

Zwischenzeitlich hat sich aus Platzgründen sowie aus Kostengründen eine kombinierte Trockner-Filter-Einheit durchgesetzt, die als Einheit in den Kältemittelkreislauf eingeschleift wird. Dabei sind in der Einheit der Filter sowie das Trockenmittel in einem gemeinsamen Gehäuse integriert, wobei auch hier das Kältemittel den Filter sowie das Trockenmittel seriell durch- strömt.

Eine derartige Trockner-Filter-Anordnung ist beispielsweise in US 6,106,596 beschrieben. Die dort gezeigte Anordnung weist ein zusätzliches Volumen auf, so dass die Trockner-Sammler-Einheit zusätzlich als Kältemittelakkumulator dient. Die dort beschriebene Einheit weist ein Ge- 5 häuse auf, in das eine Trockner-Filter-Patrone eingeschoben wird. Bei dem Gehäuse ist vorgesehen, dass der Eingangs- sowie der Ausgangs- anschluss für das Kältemittel auf der gleichen Seite des Gehäuses vorgesehen ist. Um dies zu ermöglichen, strömt das zugeführte Kältemittel durch ein Rohr in einen unteren Bereich des Behälters, wo das Kältemittel 0 umgelenkt wird und seine Strömungsrichtung ändert. Das Einströmrohr verläuft durch eine mittige öffnung der kreisförmig ausgebildeten Trockner-Filter-Patrone. Nach dem Umlenken strömt das Kältemittel zunächst durch einen Filter und anschließend durch ein granuliertes Trockenmittel, die beide in einer Kapselanordnung angeordnet sind, hindurch. An- 5 schließend ist ein weiterer Hohlraum vorgesehen, der als Akkumulator dient. Das Kältemittel durchströmt dabei seriell zuerst den Filterbereich und anschließend den Trocknerbereich der Filter-Trockner-Patrone.

In US 5,440,898 ist eine weitere Trockner-Filter-Einheit beschrieben. Das o Trockenmittel ist dabei als zylindrischer Körper in dem ebenfalls zylindrischen Gehäuse aufgenommen. In der Mitte des zylindrischen Trockenmittelkörpers ist eine mittig angeordnete durchgehende zentrale Ausnehmung vorgesehen, so dass der Trockenmittelkörper schlussendlich hohl- zylindrisch mit größerer Wandstärke ausgebildet ist. Auf der zuströmseiti- 5 gen Seite der Trockner-Filter-Einheit ist auf der Stirnseite des Trockenmittelkörpers eine Filteranordnung festgelegt. Gehäuse, Filteranordnung und Trockenmittelkörper sind dabei jeweils fluiddicht zueinander ausgeführt, so dass das Kältemittel zwangsweise durch den Filter hindurch treten muss, um in die zentrale öffnung des Trockenmittelhohlzylinders zu gelangen. o Weiterhin befindet sich an der abströmseitigen Seite der Trockner-Filter-

Einheit ein Verschlusselement, welches die zentrale Durchgangsöffnung des Trockenmittelkörpers ebenfalls fluiddicht verschließt. Durch diese

Ausbildung der Trockner-Filter-Einheit durchläuft das Trockenmittel seriell zunächst den Filter und anschließend das Trockenmittel, bevor das Kältemittel die Trockner-Filter-Einheit wieder verlässt.

Ein großes Problem bei derartigen Trockner-Filter-Einheiten ist es, eine gute Filter- und Trockenwirkung, einen geringen Druckabfall des umlaufenden Kältemittels beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs, geringe Kosten und eine möglichst kleine Bauform der Trockner-Filter-Einheit miteinander zu kombinieren.

Wählt man beispielsweise eine kleine Bauform der Anordnung, so ist die Fläche, durch die das Kältemittel durch die Trockner-Einheit hindurch treten kann, entsprechend klein, so dass sich ein hoher Strömungswiderstand ergibt. Dies führt beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs zu einem hohen Druckabfall des Kältemittels im Bereich der Trockner-Filter-Einheit. Versucht man umgekehrt den Druckabfall zu minimieren, so ist die Durchtrittsfläche für das Kältemittel durch die Trockner-Einheit hindurch entsprechend groß zu wählen. Dies führt zu einer entsprechend großen Bauausführung der Trockner-Filter-Einheit und zu dementsprechend hohen Kos- ten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Trockner- Filter-Anordnung vorzuschlagen.

Weiterhin besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen verbesserten Kältemittelkreislauf vorzuschlagen.

Es wird vorgeschlagen, bei einer Trockner-Filter-Anordnung für Kältemittelkreisläufe, die wenigstens eine Trocknereinrichtung und wenigstens ei- ne Filtereinrichtung aufweist, wenigstens einen durch die Filtereinrichtung hindurch verlaufenden Kurzfluidpfad vorzusehen, der einen Eingangsan- schluss und einen Ausgangsanschluss der Trockner-Filter-Anordnung un-

ter Umgehung der Trocknereinrichtung verbindet. Mit anderen Worten werden somit Filtereinrichtung und Trocknereinrichtung zumindest zum Teil parallel durchströmt. Ein Teil des Kältemittels fließt also durch die Filtereinrichtung hindurch, ohne zwangsläufig durch die Trocknereinrichtung 5 hindurch strömen zu müssen. Umgedreht ist es auch möglich, dass ein Teil des Kältemittels lediglich die Trocknereinrichtung durchströmt, ohne die Filtereinrichtung zu durchströmen. Möglich ist es jedoch ebenso, dass ein (weiterer) Teil des Kältemittels sowohl durch die Filtereinrichtung, als auch durch die Trocknereinrichtung strömt. In diesem Zusammenhang ist 0 darauf hinzuweisen, dass übliche Trocknereinrichtungen auch eine gewisse Filterwirkung haben. Auch ist es möglich, dass im Zusammenhang mit der Trocknereinrichtung eine zusätzlich zur "normalen" Filtereinrichtung vorgesehene Zusatz-Filteranordnung vorgesehen wird. Dabei kann die zusätzlich vorgesehene Zusatz-Filteranordnung beziehungsweise die 5 Trocknereinrichtung eine von der "normalen" Filtereinrichtung abweichende Filtergüte aufweisen.

Die vorgeschlagene Ausbildung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, dass die Trockenwirkung der Trocknereinrichtung in der Regel nicht, o oder nur in einem geringen Maße davon abhängt, ob die Trocknereinrichtung vom gesamten Kältemittel durchströmt wird, ob nur Teile des Kältemittels durch die Trocknereinrichtung hindurchströmen, oder ob das Kältemittel lediglich an einer Oberfläche der Trocknereinrichtung vorbei strömt. Es hat sich herausgestellt, dass bei einem typischen Kältemittel- 5 kreislauf die Zeitkonstante des Absorptionsprozesses in der Größenordnung von Tagen liegt, auch wenn die Trocknereinrichtung vom gesamten Kältemittelstrom durchströmt wird. Bei derartigen Zeitkonstanten vergrößert die vorgeschlagene Anordnung die Zeitkonstante für den Absorp- tionsprozess nur in geringem Maße. Um eine möglichst geringe Verminde- o rung der Trockenwirkung zu haben, ist es dabei natürlich sinnvoll, einen je nach Anwendungsfall geeignet großen Anteil des Kältemittels durch die Trocknereinrichtung hindurchströmen zu lassen, beziehungsweise die

Oberfläche der Trocknerein richtung, an der das Kältemittel vorbeiströmt, entsprechend groß zu wählen.

Andererseits kann durch die vorgeschlagene Trocker-Filter-Anordnung der 5 Strömungswiderstand, dem das hindurchströmende Kältemittel ausgesetzt ist, gegebenenfalls deutlich verringert werden. Dies hat wiederum zur Folge, dass der Druckabfall im Verhältnis zu bekannten Trockner-Filter- Anordnungen deutlich reduziert werden kann. Dies ist möglich, obwohl die Trockner-Filter-Anordnung nicht, oder nur in eingeschränktem Maße, ver- l o größert werden muss.

Dabei ist es durchaus denkbar, dass Trocknereinrichtung und Filtereinrichtung der Trockner-Filter-Anordnung zumindest zum Teil in unterschiedlichen Gehäusen ausgebildet sind, wenn es beispielsweise aus Bauraum- 15 gründen erforderlich sein sollte.

Vorzuziehen ist es jedoch, die Trocknereinrichtung und die Filtereinrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse aufzunehmen. In diesem Fall kann eine besonders kompakte Bauanordnung erzielt werden. Auch können 20 weniger Verbindungsstellen mit Rohrleitungskomponenten beziehungsweise anderen Komponenten des Kältemittelkreislaufs erforderlich sein, was die Montagekosten verringern kann und die Dichtigkeit der Gesamtanordnung erhöhen kann. Auch kann ein Tausch der Trockner-Filter- Anordnung vereinfacht werden. 5

Von Vorteil ist es, wenn der Kurzfluidpfad benachbart zu wenigstens einer Oberfläche der Trocknereinrichtung verläuft. In diesem Fall kann auch der Anteil des Kältemittels, der lediglich durch die Filtereinrichtung hindurch tritt, eine gewisse Trocknung erfahren. Der Effekt kann gesteigert werden, o wenn die Oberfläche der Trocknereinrichtung, an der das Kältemittel vorbeiströmt und/oder die Verweildauer des Kältemittels im Bereich dieser

Oberfläche im Verhältnis zum an dieser Oberfläche vorbei geführten FIu- idstrom relativ groß gewählt wird.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Trocknereinrichtung zylindrisch aus- gebildet ist. Da die derzeit verwendeten Trocknereinrichtungen typischerweise zylindrisch geformt sind, kann dadurch eine Drop in-Lösung realisiert werden. Darüber hinaus kann sich eine besonders kompakte Bauform ergeben und gegebenenfalls können sich Vorteile bei der Herstellung und beim Betrieb der Trocknereinrichtung ergeben.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Trocknereinrichtung eine durchgehende, zentrale Ausnehmung aufweist. Das Kältemittel kann dann die Trocknereinrichtung von innen nach außen (oder umgekehrt) durchströmen, so dass bei relativ einfachem Aufbau eine große Oberfläche zur Ver- fügung gestellt werden kann, mit der das Kältemittel in Kontakt treten kann, beziehungsweise durch die das Kältemittel in die Trocknereinrichtung eintreten kann. Der resultierende Druckabfall des durch die Trockner- Filter-Anordnung strömenden Kältemittels kann so nochmals reduziert werden.

In diesem Zusammenhang kann es sich als sinnvoll erweisen, wenn sich der Querschnitt der zentralen Ausnehmung verjüngt, insbesondere wenn es sich konisch verjüngt. Unter einer Verjüngung ist in diesem Zusammenhang insbesondere ein monoton beziehungsweise ein streng monoton abnehmender Querschnitt zu verstehen. Die änderung kann dabei stetig oder aber auch sprunghaft erfolgen. Beispielsweise kann eine Art trichterförmige zentrale Ausnehmung in der Trocknereinrichtung vorgesehen werden. Durch die Verjüngung der zentralen Ausnehmung kann den durch die Filtereinrichtung hindurch tretenden Teilen des Kältemittelstroms Rechnung getragen werden. Alternativ oder zusätzlich kann die sich verjüngende Ausnehmung auch dazu führen, dass sich die Geschwindigkeit des in der zentralen Ausnehmung strömenden Kältemittels in Richtung der

Verjüngung hin vergrößert. Durch die größere Geschwindigkeit kann, beispielsweise in dem Fall, in dem am Ende der zentralen Ausnehmung eine Filtereinrichtung vorgesehen ist, bewirkt werden, dass die Filtereinrichtung durch den einfallenden Fluidjet von Verschmutzungen gereinigt wird. 5 Durch die höhere Geschwindigkeit kann gegebenenfalls auch der Durchgang des Kältemittels durch die Filtereinrichtung hindurch verbessert werden. Möglich ist es auch, das sich die zentrale Ausnehmung nur in einem Teilbereich verjüngt.

0 Wenn die Trocknereinrichtung ein eigenstabiles Trocknermaterial aufweist, kann ein besonders einfacher Aufbau der Filtereinrichtung, und damit der gesamten Trockner-Filter-Anordnung gefördert werden. In diesem Fall kann beispielsweise auf eine stützende und/oder das Trockenmaterial einhüllende Struktur verzichtet werden, wie sie beispielsweise bei einem 5 granulatartigen Trocknermaterial erforderlich wäre. Selbstverständlich ist es dennoch denkbar, zumindest Teile der Trocknereinrichtung aus einem granulatartigen Trocknermaterial zu fertigen.

Ein besonders günstiger Aufbau ergibt sich, wenn die Filtereinrichtung im o Bereich des Ausgangsanschlusses angeordnet ist und insbesondere die

Trocknereinrichtung kontaktiert. Mit einem derartigen Aufbau kann eine besonders kompakte Trockner-Filter-Anordnung realisiert werden. Darüber hinaus kann der durch die Filtereinrichtung hervorgerufene Druckabfall genutzt werden, um zwischen Eingangsfläche und Ausgangsfläche einer 5 Trocknereinrichtung eine Druckdifferenz auszubilden, so dass ein Teil des durch die Trockner-Filter-Anordnung hindurch strömenden Kältemittels durch die Trocknereinrichtung hindurch strömt.

Eine weitere günstige Weiterbildung ergibt sich, wenn die Filtereinrichtung o als elastische Membrane ausgebildet ist und insbesondere aus Polyester gefertigt ist. Bei einer Ausbildung als elastische Membrane kann sich die Filtereinrichtung im Betrieb aufgrund der an ihr entstehenden Druckdiffe-

renz verformen. Durch die Verformung kann sich die Porengröße des Filters geringfügig vergrößern, so dass bei einem höheren Kältemitteldurchsatz die Porengröße der Filtereinrichtung vergrößern kann, so dass die an der Filtereinrichtung auftretende Druckdifferenz nicht übermäßig ansteigen muss.

Vorteilhaft ist es, wenn das Gehäuse der Filtereinrichtung benachbart zur Filtereinrichtung abströmseitig einen Hohlraum aufweist. Auf diese Weise kann das aus der Filtereinrichtung austretende Fluid, gegebenenfalls auch der durch die Trocknereinrichtung hindurch getretene Kältemittelanteil gesammelt und/oder beruhigt werden, und anschließend dem Ausgang der Trockner-Filter-Anordnung zugeleitet werden. Insbesondere im Falle einer elastischen Filtermembran kann durch die vorgeschlagene Ausführung auch ein entsprechend dimensionierter Raum zur Verfügung gestellt wer- den, in den sich die Filtermembran hinein bewegen kann. Bei entsprechend groß dimensioniertem Hohlraum ist auch eine Akkumulatorfunktion möglich.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich, wenn Größe, Befes- tigung und Elastizität der Filtereinrichtung derart gewählt sind, dass sich bei einem Durchströmen der Filtereinrichtung mit Kältemittel die Filtereinrichtung derart elastisch verformt, dass sich zwischen der Filtereinrichtung und einer dazu benachbarten Abstützfläche mindestens eine Kavität ausbildet. So kann die Anordnung so gestaltet sein, dass beim Durchströmen der Trockner-Filter-Anordnung eine Kältemittelströmung erzeugt wird, bei der ein Teil des Kältemittels in die Kavität, also in einem Hohlraum, einströmt. Die vom Kältemittel mitgerissenen Schmutzpartikel werden somit in die entstandene Kavität gedrängt. Die Kavität kann so als Aufnahmeraum für durch die Filtereinrichtung abgeschiedene Schmutzpartikel wir- ken. Wenn sich nach einem Ausschalten der Anlage die Filteranordnung elastisch zurück verformt, können die in den Kavitäten angesammelten Schmutzpartikel gehalten werden. Der freiliegende Bereich der Filterein-

richtung kann somit frei von Schmutzpartikeln gehalten werden, so dass ein besonders geringer Druckabfall der Trockner-Filter-Anordnung gefördert werden kann.

Weiterhin wird ein Kältemittelkreislauf mit wenigstens einer Trocknereinrichtung, und wenigstens einer Filtereinrichtung für das im Kältemittelkreislauf umlaufende Kältemittel vorgeschlagen, bei dem die Filtereinrichtung und die Trocknereinrichtung zumindest teilweise parallel vom Kältemittel durchströmt werden. Ein derart ausgebildeter Kältemittelkreislauf weist die bereits genannten Vorteile in analoger Form auf.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei dem Kältemittelkreislauf eine Trockner-Filter-Anordnung gewählt wird, die wenigstens ein Merkmal gemäß der oben genannten möglichen Bauausführungen aufweist. Auch hier ergeben sich die bereits beschriebenen Vorteile in analoger Form.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Trocker-Filter-Einheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 eine Trockner-Filter-Einheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 3 den Filterbereich einer Filter-Trockner-Einheit im Betrieb;

Fig. 4 eine Ströumungssimulation einer Trockner-Filter-

Einheit;

Fig. 5 die Geschwindigkeitsverteilung einer Trockner-Filter-

Einheit;

Fig. 6a, 6b die Wasserabsorptionskapazität und die Wasserab- Sorptionsgeschwindigkeit unterschiedlicher Filter-

Trockner-Einheiten;

Fig. 7a, 7b Schematisch dargestellte Kältemittel kreisläufe gemäß einem dritten und einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer kombinierten Filter- Trockner-Kapsel, wie sie beispielsweise für den Kältemittelkreislauf von Kraftfahrzeugklimaanlagen beziehungsweise von Haushaltskühl- oder Haushaltsgefriergeräten verwendet werden kann. Beim in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 2 aus zwei, jeweils identischen, becherförmigen Gehäuseteilen 3, 4 ausgebildet. Die beiden Gehäusehälften 3, 4 weisen an ihrem einen Ende jeweils eine Auskragung 5, 6 auf. Die Auskragung 5, 6 ermöglicht eine einfache fluiddichte Verbin- düng mit dem jeweils anderen Gehäuseteil 3, 4.

Am jeweils anderen Ende des jeweiligen Gehäuseteils 3, 4, das der Auskragung 5, 6 gegenüber steht, ist ein wannenförmiger Gehäuseboden 7, 8 vorgesehen. Jeweils mittig in den Gehäuseböden 7, 8 ist eine kreis- runde Ausnehmung 15, 16 vorgesehen, in die ein Anschlussrohr 13, 14 eingesetzt und fluiddicht mit dem Gehäuseboden 7, 8 verbunden wird. Zwischen dem Gehäuseboden 7, 8 und dem zylindrisch ausgeformten Wandbereich 11 , 12 des jeweiligen Gehäuseteils 3, 4 ist ein ringförmig umlaufender Steg 9, 10 vorgesehen. Diese Stege 9, 10 dienen als Ab- stützstege für die von der Gehäuse 2 aufgenommene Innenbauteile der

Filter-Trockner-Kapsel 1.

Im Inneren des Gehäuses 2 der Filter-Trockner-Kapsel 1 ist ein Trockenmittel 17 angeordnet. Die Außenkontur des Trockenmittels 17 ist an die Formgebung des Gehäuses 2 angepasst, um einen möglichst großen Teil des Innenvolumens des Gehäuses 2 mit einem Trockenmittel auszufüllen. Das von der Filter-Trockner-Kapsel 1 benötigte Volumen wird so optimal ausgenutzt. Im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Trockenmittel 17 somit eine zylindrische Außenkontur auf. Weiterhin ist in Fig. 1 ein vorstehender Bereich 18 des Trockenmittels 17 zu erkennen, der ein Stück weit in den wannenförmigen Gehäuseboden 7 des in der Zeichnung linken Gehäuseteils 3 hinein reicht, so dass auch dieser Volumenbereich genutzt wird. In der Mitte des Trockenmittelkörpers 17 ist eine sich konisch verjüngende Ausnehmung 19 vorgesehen. Lediglich in einem Endbereich 20 der Ausnehmung 19, der unmittelbar benachbart zur Filtermembran 21 liegt, bleibt der Querschnitt der Ausnehmung gleich, bzw. vergrößert sich geringfügig. Im vorliegenden Beispiel bildet somit die Ausnehmung 19 und deren Endbereich 20 mit dem entsprechenden Bereich der Filtermembran 21 den Kurzfluidpfad, der den Fluideingang 13 und den Fluidausgang 14 unter Umgehung des Trockenmittels 19 verbindet.

Am einlassseitigen Stirnende 22 (in Fig. 1 links dargestellt) weist der

Trockenmittelkörper 17 zwischen seinem Hauptbereich 26 und seinem vorstehenden Bereich 18 einen Abstützsteg 24 auf. Zwischen Abstützsteg 24 des Trockenmittelkörpers 17 und dem Abstützsteg 9 des in der Zeichnung links dargestellten Gehäuseteils 3 ist eine Wellenfeder 25 vorgese- hen. Diese Wellenfeder 25 drückt den Trockenmittelkörper 17 zur anderen Gehäusehälfte 4 hin, wo das gegenüber liegende, auslassseitige Stirnende 23 des Trockenmittelkörpers 17 gegen den ringförmigen Steg 10 des auslassseitigen Gehäuseteils 4 gedrückt wird. Dadurch ist der Trocken mit- telkörper 17 fest im Gehäuse 2 der Filter-Trockner-Kapsel 1 gelagert. Dar- über hinaus wird durch die über die Wellenfeder 25 bewirkte Verspannung des Trockenmittelkörpers 17 in Verbindung mit der Filtermembran 21 eine fluiddichte Abdichtung zwischen Trockenmittelkörper 17 und Gehäuse 2

am auslassseitigen Stirnende 23 sichergestellt. Die im Betrieb entstehende Kältemitteldruckdifferenz zwischen einströmseitigem Bereich 13 und ausströmseitigen Bereich 14 verstärkt die Dichtwirkung.

5 Die Filtermembran 21 ist vorliegend aus einem Polyestermaterial mit dem Handelsnamen Feltmat hergestellt. Sie kann jedoch aus anderen Materialien, wie beispielsweise Fiberglas oder ähnlichem bestehen. Die Filtermembran 21 ist dabei elastisch, so dass sie sich beim Auftreten einer Druckdifferenz zwischen Fluideingang 13 und Fluidausgang 14 elastisch 0 verformt, so wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Der Druckunterschied zwischen Fluideingang 13 und Fluidausgang 14 ergibt sich zwangsläufig, wenn beim Betrieb des Kältemittelkreises Kältemittel durch die Filter-Trockner-Kapsel 1 strömt. Die Filtermembran 21 umschließt das ausgangsseitige Stirnende 23 sowie einen Teil 27 der Außenseite des Trockenmittelkörpers 17 napf- 5 förmig, in diesem Teil 27 der Außenseite des Trockenmittelkörpers 17 sowie im Bereich des Stegs 10 des ausgangsseitigen Gehäuseteils 4 der Filter-Trockner-Kapsel 1 wirkt die Filtermembran 21 als Dichtmittel für das Kältemittel.

o Der Trockenmittelkörper 17 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem Aluminiumsilikat gefertigt, das mit Fasern und einem Harz verstärkt ist. Die Komposition ist so gewählt, dass der Trockenmittelkörper 17 selbsttragend ist, d.h. dass dieser keine gesonderte Gehäuse beziehungsweise Abstützmittel benötigt. 5

Aufgrund der durchgehenden zentralen Ausnehmung 19 im Trockenmittelkörper 17 weist dieser im Verhältnis zu Trockenmittelkörpern, die in ihrem Inneren keine beziehungsweise eine kleinere Ausnehmung aufweisen, bei gleichen Außenabmessungen ein geringeres Trockenmittelvolumen aus. o Vorzugsweise wird jedoch die Außenabmessung des Trockenmittelkörpers derart vergrößert, dass das resultierende Trockenmittelvolumen des Tro-

ckenmittelkörpers 17 dem Trockenmittelvolumen bekannter Filter- Trockner-Einheiten entspricht.

Beim Betrieb der in Fig. 1 dargestellten Filter-Trockner-Kapsel 1 ergibt sich das in Fig. 3 dargestellte Bild. Dabei ist in Fig. 3 aus Anschaulichkeitsgründen lediglich der ausgangsseitige 14 Bereich der Trockner-Filter- Kapsel 1 vergrößert dargestellt. Die Kältemittelströmung ist in Fig. 3 schematisch durch Pfeile dargestellt. Vom Kältemittel werden Schmutzpartikel 28 mitgeführt, die vom Filter 21 aus zu filtern sind. Aufgrund der Durchströmung der Filter-Trockner-Kapsel 1 mit Kältemittel ergibt sich zwischen dem Fluideingang 13 und dem Fluidausgang 14 eine Druckdifferenz, da sowohl der Trockenmittelkörper 17, als auch die Filtermembran 21 dem durchströmenden Kältemittel einen Strömungswiderstand entgegen setzen. Aufgrund dieser Druckdifferenz verformt sich die elastische Filtermembran 21 in ihrer Mitte um typischerweise etwa 1 mm, wodurch sich Kavitäten 29 zwischen der Filtermembran 21 und dem ausgangsseiti- gen Stirnende 23 des Trockenmittelkörpers 17 ergeben. Der Strömungswiderstand der Filtermembran 21 ist üblicherweise deutlich geringer als der Strömungswiderstand des Trockenmittelkörpers 17. Aus diesem Grund fließt deutlich mehr Kältemittel durch die zentrale Ausnehmung 19 des Trockenmittelkörpers 17 und deren Endbereich 20 hindurch, als Kältemittel durch den Trockenmittelkörper 17 hindurch tritt. Dies ist in Fig. 3 durch eine unterschiedliche Anzahl von Pfeilen visualisiert. Darüber hinaus kommt es im Bereich der übergangskante 30 zwischen dem Endbereich 20 der im Trockenmittelkörper 17 vorgesehenen Ausnehmung 19 und den Kavitäten 29 zu einer Strömungskomponenten in die Kavitäten 29 hinein. Diese Strömungskomponente ist aus Platzgründen nicht in Fig. 3 dargestellt. Die Strömung bewirkt eine Bewegung der Schmutzpartikel 28 in die Kavitäten hinein. Die Kavitäten 29 können so als Schmutzsammelbereich dienen. Wenn sich die Filtermembran 21 bei einem Ausschalten des Kältemittelkreislaufs wieder in ihre Ausgangsposition zurück bewegt, so werden die Schmutzpartikel 28 im Kavitätsbereich 29 zwischen Filtermembran

21 und ausgangsseitigem Stimende 23 des Trockenmittelkörpers 17 eingeklemmt.

Da bei der in den Figuren 1 und 3 dargestellten Trockner-Filter-Kapsel 1 ein Teil des Kältemittels durch den Filter 21 hindurch strömt, ohne durch den Trockenmittelkörper 17 hindurch strömen zu müssen, ergibt sich für die gesamte Trockner-Filter-Kapsel 1 ein deutlich geringerer Strömungswiderstand für das Kältemittel. Aufgrund der Bauausführung mit der elastischen Filtermembran 21 , bei der sich die Filtermembran 21 im Betrieb des Kältemittelkreislaufs vom ausgangsseitigen Stirnende 23 des Trockenmittelkörpers 17 abhebt, steht im Wesentlichen der gesamte Querschnitt des Gehäuses 2 als Filterquerschnitt zur Verfügung, was den Strömungswiderstand der Filter-Trockner-Kapsel 1 im Betrieb nochmals verringert.

Das durch die zentrale Ausnehmung 19 des Trockenmittelkörpers 17 hindurch strömende Kältemittel strömt dennoch an der Oberfläche 46 der Ausnehmung 19 vorbei und erfährt somit eine gewisse Trocknung.

Die in Fig. 3 nur schematisch dargestellten Strömungsverhältnisse beim Betrieb der Filter-Trockner-Kapsel 1 aus Fig. 1 sind in den Figuren 4 und 5 nochmals in quantitativer Darstellung gezeigt. Dabei ist Fig. 4 die Darstellung einer numerischen Strömungssimulation, während Fig. 5 die Geschwindigkeitsverteilung des durch die Filter-Trockner-Kapsel 1 strömenden Kältemittels zeigt.

Obwohl bei der in Fig. 1 oder Fig. 3 dargestellten Filter-Trockner-Kapsel 1 ein großer Anteil des Kältemittels nicht durch den Trockenmittelkörper 17 hindurch tritt, ist die Trockenleistung der Filter-Trockner-Kapsel 1 überraschenderweise annähernd so gut, wie dies bei Filter-Trockner-Einheiten gemäß dem Stand der Technik der Fall ist. Dies lässt sich den Fig. 6a und 6b gut entnehmen. Typ A bezeichnet dabei eine bekannte Filter-Trockner- Kapsel, wohingegen Typ B einer Filter-Trockner-Kapsel 1 , wie sie in Fig. 1

dargestellt ist, entspricht. Um einen Vergleich der Daten zu ermöglichen, ist die Masse an Trockenmittel für beide Typen gleich gewählt.

In Fig. 6a ist die gesamte Wasserabsorptionskapazität des Trockenmittels (Ordinate) gegenüber der relativen Feuchtigkeit des Kältemittels (Abszisse) in logarithmischen Einheiten aufgetragen. Als Kältemittel wurde vorliegend R 22 verwendet. Wie der Grafik entnommen werden kann, besteht zwischen den beiden Kurven ein bestenfalls marginaler Unterschied.

Auch die Geschwindigkeit, mit der das Wasser absorbiert wird, ist verblüffenderweise beim in Fig. 1 dargestellten Aufbau nur minimal geringer, als dies bei üblichen Filter-Trockner-Kapseln der Fall ist. Dies ist in Fig. 6b dargestellt, wo die Feuchtigkeit des Trockenmittels (Ordinate) gegenüber der Zeit (Abszisse) dargestellt ist.

In Fig. 2 ist eine gegenüber Fig. 1 leicht abgewandelte Filter-Trockner- Kapsel 1' dargestellt. Der grundsätzliche Aufbau der in Fig. 2 dargestellten Filter-Trockner-Kapsel 1 ¹ entspricht jedoch dem Aufbau der in Fig. 1 dargestellten Filter-Trockner-Kapsel 1. Gleichartige Bauteile werden daher mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Filter-Trockner-Kapsel 1' weist der Trockenmittelkörper 17 eine größere Außendimension auf. Gleichzeitig ist die Größe der sich konisch verjüngenden zentralen Ausnehmung 19 im Inne- ren des Trockenmittelkörpers 17 vergrößert. Die Dimensionierung des Trockenmittelkörpers 17 und der darin vorgesehenen Ausnehmung 19 ist so gewählt, dass sich insgesamt die gleiche Trockenmittelmasse ergibt, wie dies bei dem in Fig. 1 dargestellten Trockenmittelkörpers 17 der Fall ist. Selbstverständlich ist auch die Größe des Gehäuses 2' entsprechend angepasst.

Als weiterer Unterschied ist das Gehäuse 2' bei der in Fig. 2 dargestellten Filter-Trockner-Kapsel 1' dreiteilig 31 , 32, 33 ausgeführt. Das Gehäuse 2' besteht aus einem eingangsseitigen, ersten Gehäuseteil 31 , einem aus- gangsseitigen, zweiten Gehäuseteil 33 und einem dazwischen angeordne- ten zylindrischen Gehäusemantel 32. Das erste Gehäuseteil 31 und der Gehäusemantel 32 kontaktieren einander in einem überlappungsbereich 34 und sind beispielsweise durch Löten miteinander verbunden. Entsprechendes gilt für den überlappungsbereich 35 zwischen zweitem Gehäuseteil 33 und zylindrischem Gehäusemantel 32.

Auch beim in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Filter- Trockner-Kapsel 1 sind das erste Gehäuseteil 31 und das zweite Gehäuseteil 33 jeweils identisch ausgebildet. Die Gehäuseteile 31 , 32 umfassen im Wesentlichen die wannenförmigen Gehäuseböden 7, 8, die die Sam- melräume 15, 16 bilden, sowie die Abstützstege 9, 10, für den Trockenmittelkörper 17. Für die Hauptlänge der Filter-Trockner-Kapsel 1' ist jedoch, abweichend zur in Fig. 1 dargestellten Filter-Trockner-Kapsel 1 - ein gesonderter Gehäusemantel 32 - vorgesehen. Der in Fig. 2 dargestellte Aufbau kann insbesondere bei größeren Filter-Trockner-Kapseln 1' Ferti- gungsvorteile aufweisen. Auch können unterschiedliche Längen der Filter-

Trockner-Kapsel V leichter realisiert werden, da die beiden äußeren Gehäuseteile 31 , 32 trotz unterschiedlicher Länge der Filter-Trockner-Kapsel 1' in identischer Form verwendet werden können.

In Fig. 7a ist ein Kältemittelkreislauf 36 in schematisch vereinfachter Darstellung gezeigt. Der Kältemittelkreislauf 36 weist einen Kompressor 37 auf. Der Kompressor pumpt das im Kältemittelkreislauf 36 befindliche Kältemittel durch die Kältemittelleitungen 38 hindurch. Zu sehen ist ferner ein Kondensator 39 (bei überkritischen Kältemittelkreisläufen dementspre- chend ein Gaskühler), über den das im Kompressor 37 komprimierte Kältemittel Wärme an die Umgebung abgeben kann. Anschließend durchläuft das Kältemittel ein Expansionsorgan 40, wodurch es auf einen niedrigen

Druck entspannt wird und dabei abkühlt. Als Expansionsorgan 40 können an sich im Stand der Technik bekannte Expansionsorgane, wie beispielsweise fixed orifice tubes oder Expansionsventile verwendet werden. Anschließend durchströmt das durch die Expansion abgekühlte Kältemittel den Verdampfer 41 , wo das Kältemittel Wärme aus der Umgebung aufnimmt, und dadurch die Umgebung abkühlt. Bevor das Kältemittel erneut in den Kompressor 37 eintritt, durchläuft es eine Trockner-Filter-Kapsel 1 , beispielsweise vom in Fig. 1 dargestellten Typ. Es sind jedoch in diesem Zusammenhang auch andere Bauformen denkbar.

In Fig. 7b ist ein gegenüber Fig. 7a leicht modifizierter Kältemittelkreislauf 36' dargestellt. Gleichartige Bauteile sind erneut durch gleiche Bezugszeichen dargestellt. Auch hier wird Kältemittel von einem Kompressor 37 im Kreis gepumpt. Das Kältemittel durchströmt, nachdem es im Kompressor 37 verdichtet wurde, analog zum in Fig. 7a dargestellten Kältemittelkreislauf 36, einen Kondensator (Gaskühler) 39, ein Expansionsorgan 40 und einen Verdampfer 41. Beim in Fig. 7b dargestellten Kältemittelkreislauf 36' verzweigt jedoch die Kältemittelleitung in zwei parallel zueinander verlaufende Kältemittelzweige 42, 44. Der erste Kältemittelzweig 42 durchströmt eine reine Filterkapsel 43, wohingegen der zweite Kältemittelzweig 44 zu einer reinen Trockenmittelkapsel 45 führt. Auch im in Fig. 7b gezeigten Kältemittelkreislauf 36' ist eine geringfügige Durchströmung der Trockenmittelkapsel 45 mit Kältemittel sichergestellt, da die Filterkapsel 43 zwangsläufig dem durch sie hindurchströmenden Kältemittel einen Strö- mungswiderstand entgegen setzt, somit zwischen Eingang und Ausgang der Filterkapsel 43 eine Druckdifferenz entsteht, die auch zwischen Eingang und Ausgang der Trockenmittelkapsel 45 anliegt.

Bezuqszeichenliste

1 , 1' Filter-Trockner-Kapsel

2, 2' Gehäuse

3, 4 Gehäuseteile

5, 6 Auskragung

7, 8 wannenförmige Gehäuseboden

9, 10 Steg

11 , 12 zylindrischer Wannenbereich

13 Fluideingang

14 Fluidausgang

15, 16 Sammelraum

17 Trocken mittel körper

18 vorstehender Bereich

19 Ausnehmung

20 Endbereich

21 Filtermembran

22, 23 Stirnende

24 Abstützsteg

25 Wellenfeder

26 Hauptbereich

27 Außenseitenbereich

28 Schmutzpartikel

29 Kavität

30 Kante

31 erstes Gehäuseteil

32 Gehäusemantel

33 zweites Gehäuseteil

34, 35 überlappungsbereich

36, 36" Kältemittelkreislauf

37 Kompressor

Kältemittelleitung

Kondensator

Expansionsorgan

Verdampfer erster Kältemittelzweig

Filterkapsel zweiter Kältemittelzweig

Trockenmittelkapsel

Innere Oberfläche von 19