Beschreibung Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Fluideinlass und einem Fluidaus- lass, wobei die Vorrichtung über den Fluideinlass und den Fluidauslass mit dem Kältemittelkreislauf in Fluidkommunikation steht, wobei die Vorrichtung ein Granulat aufweist, durch welches eine Fluidmenge aus dem Kältemittel aufnehmbar ist.

Stand der Technik

In Kältemittelkreisläufen von Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge werden Kondensatoren eingesetzt, um das Kältemittel auf die Kondensationstemperatur abzukühlen und das Kältemittel zu kondensieren. Regelmäßig weisen Kondensatoren einen Sammler auf, in welchem ein Kältemittelvolumen vorgehalten ist, um Volumenschwankungen im Kältemittelkreislauf auszugleichen und um eine stabile Unterkühlung des Kältemittels zu erreichen.

Oftmals sind in dem Sammler zusätzliche Mittel zur Trocknung und/oder Filterung des Kältemittels vorgesehen. Das Mittel zur Trocknung ist dabei regelmäßig durch ein Granulat gebildet. Das Granulat nimmt einen Volumenanteil des Sammlers oder des Kondensators ein, wodurch das Füllvolumen für das Kältemittel reduziert wird. Der für den Kondensator bzw. den Sammler zur Verfügung stehende Bauraum innerhalb des Kraftfahrzeugs nimmt ständig weiter ab, so dass das insgesamt zu realisierende Innenvolumen des Kondensators bzw. des Sammlers ebenfalls stetig verkleinert werden muss. Nachteilig bei den Lösungen im Stand der Technik ist insbesondere, dass das Aufnahmevolumen des Kondensators bzw. des Sammlers für Kältemittel aufgrund der Anordnung von Granulat zur Trocknung des Kältemittels und den immer geringer werdenden Dimensionen des Kondensators bzw. des Sammlers ständig abnimmt. Dies führt zu einer geringen TemperaturstabiIität im Kondensator und somit zu einer negativen Beeinflussung des Kältemittelkreislaufs. Außerdem ist es nachteilig, dass aufgrund von Kundenanforderungen eine immer größere Fluidaufnahmekapazität für das im Kondensator bzw. im Sammler enthaltene Granulat gefordert wird.

Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile

Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung bereitzustellen, die ein Granulat zur Trocknung des Kältemittels enthält, welches eine möglichst große Fluidaufnahmefähigkeit bietet und gleichzeitig ein möglichst geringes Volumen einnimmt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Fluidein- lass und einem Fluidauslass, wobei die Vorrichtung über den Fluideinlass und den Fluidauslass mit dem Kältemittelkreislauf in Fluidkommunikation steht, wobei die Vorrichtung ein Granulat aufweist, durch welches eine Fluidmenge aus dem Kältemittel aufnehmbar ist, wobei die in der Vorrichtung enthaltene Granulatmenge sich nach der Formel MG = W / WA berechnet, wobei MG die Masse des in der Vorrichtung enthaltenen Granulats in [g] bezeichnet, W die durch das Granulat insgesamt aufnehmbare Fluid menge bezeichnet und WA die aufnehmbare Fluidmenge pro Gramm Granulat bezeichnet.

Eine Berechnung des in der Vorrichtung enthaltenen Granulats nach der oben vorgegebenen Formel ist besonders vorteilhaft, da so die Auslegung der Granulatmenge anhand der Menge des aufzunehmenden Fluids im Kältemittelkreislauf bzw. im Kondensator geschieht.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die aufnehmbare Fluidmenge pro Gramm Granulat WA in einem Bereich von 0,1 bis 0,4, dabei vorzugsweise in einem Bereich von 0,2 bis 0,3, dabei vorzugsweise in einem Bereich von 0,23 bis 0,25 liegt. Eine aufnehmbare Fluidmenge pro Gramm Granulat in dem oben angegebenen Bereich ist besonders vorteilhaft, da bei einem möglichst geringen Gesamtvolumen des Granulats eine möglichst große Menge des Fluids aufgenommen werden kann. Daraus entstehen Vorteile hinsichtlich des benötigten Bauraums der Vorrichtung oder eines an der Vorrichtung angebundenen Sammlers, welcher das Granulat enthält,

Auch ist es zu bevorzugen, wenn sich das Volumen des in der Vorrichtung enthaltenen Granulats im Verhältnis zu der durch das Granulat insgesamt aufnehmbare Fluidmenge nach der Formel VG / W = 1 / (WA / SG) berechnet, wobei VG das Volumen des Granulats in [cm ³ ] bezeichnet, W die durch das Granulat insgesamt aufnehmbare Fluidmenge in [g] bezeichnet, WA die aufnehmbare Fluidmenge pro Gramm Granulat bezeichnet und SG das Schüttgewicht in [g/cm ³ ] bezeichnet. Anhand einer solchen Formel, lässt sich auf einfache Weise das Volumen des in der Vorrichtung enthaltenen Granulats berechnen. Das enthaltene Volumen ist dabei direkt abhängig, von der aufzunehmenden Fluidmenge innerhalb der Vorrichtung,

Es ist besonders vorteilhaft, wenn das Volumen des in der Vorrichtung enthaltenen Granulats im Verhältnis zu der durch das Granulat insgesamt aufnehmbare Fluidmenge in einem Bereich von 4,4 cm ³ /g bis 7 cm ³ /g und dabei vorzugsweise in einem Bereich von 4,7 cm ³ /g bis 6,2 cm ³ /g, dabei vorzugsweise bei ungefähr 6 cm 7g liegt.

Ein solches Verhältnis des enthaltenen Volumens des Granulats zur insgesamt durch das Granulat aufnehmbaren Fluidmenge ist besonders vorteilhaft, da das benötigte Volumen relativ gering gehalten werden kann im Vergleich zu einem herkömmlichen Granulat, welches regelmäßig ein größeres Volumen pro aufnehmbarer Fluidmenge benötigt. Weiterhin ist es zu bevorzugen, wenn das von dem Granulat aufgenommene Fluid Wasser ist.

Vorteilhafterweise wird durch das Granulat im Kältemittel enthaltenes oder mitgeschwemmtes Wasser gebunden. Auf diese Weise wird dem Kältemittel Wasser ent- zogen und das Kältemittel getrocknet.

Auch ist es zweckmäßig, wenn die Vorrichtung einen Sammler aufweist, wobei der Sammler an einem Bereich der Vorrichtung angeordnet ist, der den Übergang von mehrheitlich flüssigem Kältemittel zu mehrheitlich flüssigem unterkühlten Kältemittel bildet, wobei der Sammler das Granulat aufweist.

Ein Sammler ist insbesondere vorteilhaft, um das Kältemittel zu reinigen, um eine Volumenbevorratung bereitzustellen, durch welche Schwankungen des Kältemittelvolumens innerhalb des Kältemittelkreislaufs ausgeglichen werden können, und um eine Trocknung des Kältemittels durchzuführen. Die Trocknung basiert dabei insbe- sondere auf dem Entzug von Waser aus dem Kältemittel, beispielsweise durch ein Granulat,

Ein Sammler stellt dabei vorzugsweise eine an der Vorrichtung angebundene Einheit dar, welche mit dem Kältemittelkreislauf im Inneren des Kondensators in Fluidkom- munikation steht. Dabei ist der Fluid übertritt von der Vorrichtung in den Sammler bevorzugt in einem Bereich angeordnet, welcher in Strömungsrichtung nach dem Kondensationsabschnitt des Kondensators liegt und in Strömungsrichtung vor dem Unterkühlabschnitt, Der Fluid übertritt aus dem Sammler in die Vorrichtung liegt vorteilhafterweise ebenfalls in Strömungsrichtung nach dem Kondensattonsabschnitt und vor dem Unterkühlabschnitt des Kondensators, jedoch in Strömungsrichtung nach dem Fluid übertritt in den Sammler,

Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn das Granulat durch eine Aufnahmestruktur in der Vorrichtung und/oder im Sammler gehalten wird, wobei die Aufnahmestruktur ein Ausschwemmen des Granulats verhindert.

Das Granulat kann beispielsweise durch ein netzartiges Material derart zusammengehalten werden, dass ein Strömen des Kältemittels durch das netzartige Material und an dem Granulat vorbei möglich ist. Das netzartige Material dient dabei in erster Linie der Fixierung des Granulats in der Vorrichtung bzw. im Sammler, um ein Ausschwemmen des Granulats zu verhindern. Das Granulat kann beispielsweise auch in einer durchström baren Trocknerpatrone angeordnet sein, welche auf einfache Weise gewartet und ausgetauscht werden kann. Außerdem ist es zweckmäßig, wenn das Granulat eine bindemittelfreie Struktur aufweist.

Eine bindemittelfreie Struktur ist insbesondere vorteilhaft, da Bindemittel regelmäßig keine oder eine nur sehr begrenzte Fähigkeit haben ebenfalls ein Fluid, wie bei- spielsweise Wasser, aufzunehmen und abzubinden. Durch die bindemittelfreie Struktur kann der regulär vom Bindemittel besetzte Volumenanteil durch das Granulat ge- füllt werden. Auf diese Weise wird insgesamt die Fluidaufnahmekapazität des Granulats erhöht, wodurch bei gleichbleibenden Volumen im Vergleich zu einem bindemittelbehaftetem Granulat eine größere Fluidmenge aufgenommen werden kann.

Auch ist es zweckmäßig, wenn die Vorrichtung und/oder der Sammler Mittel zur Filte- rung des Kältemittels aufweisen.

Dies ist insbesondere vorteilhaft, um das Kältemittel von Schmutzpartikeln zu befreien. Dadurch kann möglichst lange eine möglichst hohe Qualität des Kältemittels gewährleistet werden.

Auch ist es vorteilhaft, wenn das in der Vorrichtung und/oder im Sammler enthaltene Granulat ein bindemittelfreies zeolithisches Granulat mit Faujasitstruktur ist.

Ein bindemittelfreies zeolithisches Granulat ist besonders vorteilhaft, um bei mög- liehst geringem Volumen des Granulats eine möglichst große Menge an Fluid aufnehmen zu können.

Zeolithe gehören im Allgemeinen zu einer Klasse von kristallinen Alumosilikaten. Hierbei sind insbesondere die synthetischen Zeolithe von wirtschaftlicher Bedeutung. Zeolithe mit Faujasit-Struktur werden in zwei Klassen eingeteilt. Zeolithe mit einem molaren SiO ₂ /AI _2O 3- Verhältnis größer als 3,0 werden als Y-Zeolithe bezeichnet. Zeolithe mit einem molaren SiO ₂ /Al ₂ O ₃ -Verhältnis von kleiner als 3,0 werden als X- Zeolithe bezeichnet. Besonders vorteilhaft ist hierbei ein Zeolith mit einem molaren SiO ₂ /Al ₂ O ₃ - Verhältnis größer als 3,0 und einem mittleren Durchmesser der Granulat-Formkörper von größer als 400 μm. Der mittlere Transportporendurchmesser ist vorteilhafterweise größer als 150 nm, wobei der Mesoporenanteil des Zeoliths unterhalb von 15%, vorzugsweise unterhalb von 10% liegt. Auch andere bindemittelfreie Granulate mit vergleichbaren Strukturen und Eigenschaften sind für die Verwendung in der Vorrichtung, im Sammler bzw. Kondensator vorseh bar.

Gemäß des erfind ungsgemäßen Gedankens ist es zweckmäßig, wenn die Vorrich- tung ein Kondensator ist, insbesondere für die Kondensation eines Kältemittels in einem Kältemittelkreislauf eines Kraftfahr-zeugs.

Auch ist es Vorteilhaft, wenn die Vorrichtung ein Akkumulator ist, insbesondere für die Speicherung eines Kältemittels in einem Kältemittel kreis lauf eines Kraftfahr- zeugs.

Alternativ ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung eine Kombieinheit aus einer Mehrzahl von Aggregaten ist, wie insbesondere ein Kondensator mit einem Akkumulator. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig.1 eine schematische Ansicht eines Kondensators in Rohr-Rippen- Bauweise, wobei an einem der Sammelrohre des Kondensators ein Sammler angeordnet ist, welcher Mittel zur Filterung, Trocknung und Bevorratung des Kältemittels aufweist.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels als Kondensator beschrieben. Dies gilt jedoch nicht als beschränkend, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung auch ein Akkumulator oder eine Kombieinheit, beispielsweise aus Kondensator und Akkumulator oder eine anderweitige Vorrich- tung sein kann.

Die Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Kondensators 1 in einer Rohr- Rippen-Bauweise. Der Kondensator 1 ist aus einer Mehrzahl von parallel zueinander verlaufenden Rohren 5 gebildet, welche jeweils endseitig in einem ersten Sammel- rohr 2 und einem zweiten Sammelrohr 3 aufgenommen sind. Die Rohre 5 sind mit den Sammelrohren 2, 3 fluiddicht verbunden. Am linken Sammelrohr 2 ist im oberen Bereich ein Fluideinlass 6 angeordnet sowie im unteren Bereich des Sammelrohres 2 ein Fluidauslass 7. Über den Fluideinlass 6 und den Fluidauslass 7 steht der Kondensator 1 mit einem Kältemittelkreislauf beispielsweise eines Kraftfahrzeugs in Flu- idkommunikation.

Im Inneren der Sammelrohre 2 bzw. 3 sind mehrere Trennwände angeordnet, welche den Innenraum des jeweiligen Sammeirohres 2, 3 in mehrere voneinander getrennte Teilbereiche unterteilen. Auf diese Weise wird innerhalb des Kondensators 1 eine Kondensationsstrecke und weiterhin eine Unterkühlstrecke ausgebildet. Das Kältemittel strömt dabei entlang des Fluideinlasses 6 in den oberen Bereich des Sammelrohres 2, welcher durch eine Trennwand abgetrennt ist, und von dort durch einen Teil der Rohre 5 in den oberen Bereich des Sammelrohres 3. Dort findet eine Umlenkung statt, worauf das Kältemittel durch einen weiteren Anteil der Rohre 5 zurück in einen mittleren Bereich innerhalb des Sammelrohres 2 strömt. Dort wird das Kältemittel erneut umgelenkt und strömt entlang eines weiteren Anteils der Rohre 5 in einen mittleren Bereich innerhalb des Sammelrohres 3.

Am äußeren Umfang des Sammelrohres 3 ist ein Sammler 4 angeordnet. Dieser Sammler 4 ist im Wesentlichen durch ein zylindrisches Rohr gebildet, welches an seinen oberen und unteren Enden abgeschlossen ist. In diesem Sammler 4 sind Mit- tel zur Filterung und Trocknung sowie Bevorratung des durch den Kondensator 1 strömenden Kältemittels vorgesehen. Der Sammler 4 ist im Bereich, welcher mit dem Bezugszeichen 8 gekennzeichnet ist an das Sammelrohr 3 angebunden. In diesem Bereich 8 findet ebenfalls der Kältemittelübertritt vom Sammelrohr 3 in den Sammler 4 und vom Sammler 4 zurück in das Sammelrohr 3 statt. Der Fluid übertritt in den Sammler 4 ist dabei durch eine Trennwand im Sammelrohr 3 von dem Bereich des Fluid Übertritts aus dem Sammler 4 getrennt.

Das in den mittleren Bereich des Sammelrohres 3 eingeströmte Kältemittel strömt in den Sammler 4 weiter. Im Sammler 4 wird das Kältemittel durch ein im Sammler 4 angeordnetes Granulat getrocknet, wobei ihm im Wesentlichen Wasser entzogen wird. Weiterhin kann in dem Sammler 4 ein Mittel zur Filterung des Kältemittels vorgesehen sein, welches mitgeschwemmte Schmutzpartikel aus dem Kältemittel entfernt. Des Weiteren bildet das Innenvolumen des Sammlers 4 einen Bevorratungsraum aus, welcher dazu ausgebildet ist, um eine definierte Menge von Kältemittel zu bevorraten. Im Sammler 4 wird weiterhin die flüssige Phase des Kältemittels von der gasförmigen Phase getrennt. Die gasförmige Phase des Kältemittels sammelt sich vorzugsweise im oberen Bereich des Sammlers 4. Vom Sammler 4 strömt das Käl- tem ittel schließlich in einen unteren Bereich des Sammelrohres 3 und von dort durch die unten liegenden Rohre 5 in einen unteren Bereich des Sammelrohres 2. Von dort strömt das Kältemittel über den Fluidauslass 7 aus dem Kondensator aus.

Der in Fig. 1 gezeigte Kondensator stellt eine beispielhafte Ausführung eines Kon- densators mit seitlich angeordnetem Sammler 4 in Rohr-Rippen-Bauweise dar. In alternativen Ausführungsformen können beispielsweise die Anzahl der in den Sammelrohren 2, 3 vorgesehenen Trennwände variieren, ebenso die Anordnung und Position des Sammlers 4 am Kondensator 1. In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Granulat, welches zur Trocknung des Kältemittels dient, innerhalb des Sammlers 4 angeordnet. Es sind in alter- nativen Ausführungsformen auch Ausführungen vorsehbar, in denen das Granulat in einem der Sammelrohre oder in einem anderen Abschnitt des Kondensators oder des Kältemittelkreislaufs angeordnet ist.

Das Granulat kann im inneren des Sammlers 4, beispielsweise durch ein Gewebe- material aufgenommen sein, wodurch ein ungewolltes Ausschwemmen des Granulats aus dem Sammler 4 verhindert werden kann. Alternativ kann das Granulat beispielsweise in einem rohrförmigen Festkörper aufgenommen sein, welcher über Bohrungen eine Fluidkommunikation zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Festkörpers ermöglicht.

In vorteilhaften Ausführungsformen kann insbesondere der Teil des Sammlers 4, welcher das Granulat bzw. die Mittel zur Filterung enthält, auf einfache Weise ausgetauscht werden. Hierzu kann beispielsweise eine Schraubverbindung zwischen einer sogenannten Trocknerpatrone und einer Aufnahme vorgesehen sein oder ein Bajo- nettverschluss.

Alternativ zu dem in Fig. 1 gezeigten Kondensator in Rohr-Rippen-Bauweise kann auch ein Kondensator in Stapelscheibenbauweise vorgesehen werden. Ein Kondensator in Stapelscheibenbauweise zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die einzelnen Strömungskanäle und Sammelbereiche im Inneren des Kondensators durch eine Stapelung mehrere Scheibenelemente ausgebildet sind. Der Scheibenstapel bildet dabei den Kondensator aus. Durch eine geschickte Gestaltung der einzelnen Scheibenelemente kann dabei eine vorteilhafte Fluidführung innerhalb des Kondensators erreicht werden. Beispiele für den Aufbau eines Kondensators in Sta- pelscheibenbauweise sind in vielfältiger Weise aus dem Stand der Technik bekannt.

Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform des Kondensators weist insgesamt keine beschränkende Wirkung für die Gestaltung des Kondensators oder des Sammlers auf. Sie ist lediglich eine beispielhafte Darstellung, um den Erfindungsgedanken zu ver- deutlichen.