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Die
Erfindung betrifft das Gebiet der Klimatisierungskreisläufe insbesondere
für Kraftfahrzeuge.
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In
einem herkömmlichen
Klimatisierungskreislauf ist das Kühlmittel, üblicherweise eine Fluorverbindung,
in Form von zwei verschiedenen Phasen, nämlich einer gasförmigen und
einer flüssigen Phase
vorhanden. Das durch einen Kompressor in Bewegung gesetzte gasförmige Kühlmittel
wird in einem Verdichter in einen flüssigen Zustand verdichtet und
anschließend
in einem Druckminderer entspannt. Von dort aus gelangt es in einen
Verdampfer, in dem es in den gasförmigen Zustand umgesetzt wird,
um zum Kompressor zu gelangen, usw.
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Um
die auf die Verwendung von umweltschädlichen Verbindungen zurückzuführenden
Nachteile zu vermeiden, wurde vorgeschlagen, die herkömmlichen
Kühlmittel
durch weniger schädliche Kühlmittel,
insbesondere durch natürliche
Verbindungen wie das Kohlendioxid (CO2) zu ersetzen, wobei das Kühlmittel
meist im gasförmigen
Zustand verbleibt.
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Es
sind somit Klimatisierungskreisläufe
vorgeschlagen worden, in welchen solch natürliche Kühlmittel verwendet werden,
die im superkritischen Zustand vorhanden sind und mit erheblich
höherem Druck
betrieben werden als im Falle der herkömmlichen Klimatisierungskreisläufe. In
solchen Kreisläufen
wird das gasförmige
Kühlmittel
durch den Kompressor zu einem Gaskühler und anschließend in
einen ersten Teil eines internen Wärmetauschers geschickt, bevor
es zu einem Druckminderer und anschließend einem Verdampfer gelangt.
Am Ausgang aus dem Verdampfer gelangt das Kühlmittel zu einem Akkumulator
und fließt
durch einen zweiten Teil des internen Wärmetauschers, bevor er zum
Eintritt in den Kompressor zurückkehrt.
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Im
internen Wärmetauscher
tauscht das Kühlmittel
mit hohem Druck und hoher Temperatur die Wärme mit demselben Kühlmittel
mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur aus.
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Um
den Aufbau solcher Klimatisierungskreisläufe zu vereinfachen, wurde
bereits vorgeschlagen, wie im
US-Patent
6 523 365 gelehrt, einen in einem Akkumulator integrierten
internen Wärmetauscher
auszubilden. Diese bekannte Vorrichtung weist jedoch einen gewisse
Anzahl von Nachteilen auf. Das durch den internen Wärmetauscher
innerhalb des Akkumulators eingenommene Volumen ist relativ groß. Der Durchmesser
des Akkumulators wird durch den minimalen Krümmungsradius des koaxial angeordneten
Wärmetauschers
bestimmt. Die Innenwand des Wärmetauschers
hat eine niedrige Temperatur, was zu einem umfangreichen Wärmeaustausch
mit der Umgebung verursacht und einen Verlust des Wirkungsgrads
des Systems ergibt. Zudem hat die relative dicke Wand des Akkumulators keine
andere Funktion als ein Behälter
für das
Kühlmittel
zu sein.
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Wie
im
US Patent 6 539 746 gelehrt,
wurde auch vorgeschlagen, einen Akkumulator und einen internen Wärmetauscher
innerhalb des Gaskühlers zu
integrieren. Diese bekannte Vorrichtung weist jedoch eine gewisse
Anzahl von Nachteilen auf. Der Akkumulator und der interne Wärmetauscher
bilden zwei verschiedene Bauteile, die gemeinsam mit dem Gaskühler zusammengebaut
sind, wodurch die Anzahl der Teile größer wird.
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Die
Dicke der Wand des Akkumulators muß relativ stark sein, um relativ
große
Berstdruckhöhen auszuhalten.
Die Wand des Akkumulators steht in unmittelbarem Kontakt mit der
Umgebung und liegt in einem Bereich mit hoher Luftzirkulierung,
wodurch der Wärmeaustausch
mit der Umgebung steigt und zu einem Verlust des Wirkungsgrads führt. Die
Anschlüsse
für das
Kühlmittel
sind an den vier Ecken des Wärmeaustauschmoduls
angeordnet, was zu aufwendigen Anschlüssen führt.
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Gemäß dem
US Patent 6 189 334 ist
auch eine Klimatisierungsanlage bekannt, in welcher der interne
Wärmetauscher
mit einem Verdichter und einem Sammler kombiniert ist.
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Zudem
ist aus dem
US Patent 6 751 983 eine Klimatisierungsanlage
bekannt, in welcher der interne Wärmetauscher spiralförmig angeordnete
Leitungen aufweist.
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Die
Erfindung zielt darauf ab, eine kombinierte Vorrichtung bestehend
aus einem internen Wärmetauscher
und einem Akkumulator für
einen Klimatisierungskreislauf, der von einem Kühlmittel durchflossen ist,
bereitzustellen, die es ermöglicht,
die vorgenannten Nachteile zu überwinden.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine solche Vorrichtung dieser
Art bereitzustellen, deren Aufbau einfach ist und die es ermöglicht,
die Kühlmittelanschlüsse zusammenzulegen.
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Hierzu
schlägt
die Erfindung eine solche kombinierte Vorrichtung von der in der
Einleitung definierten Art vor, welche eine zylindrische Außenwand
umfasst, in der eine Vielzahl von Kanälen für das Zirkulieren des Kühlmittels
mit hohem Druck und hoher Temperatur gebildet sind, einen unteren Flansch,
der ein unteres Ende der zylindrischen Wand schließen kann,
einen oberen Flansch, der ein oberes Ende der zylindrischen Wand
schließen
kann, Zugangsöffnungen
für das
Kühlmittel,
die in dem unteren und oberen Flansch angeordnet sind, einen Behälter, der
in dem durch die zylindrische Außenwand und dem unteren und
oberen Flansch definierten Raum angeordnet ist, eine Versorgung
mit Kühlmittel mit
niedrigem Druck und niedriger Temperatur, die mit dem Behälter verbunden
ist, und einen Durchlaß für das Zirkulieren
des Kühlmittels
mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur, der zwischen der zylindrischen
Wand und dem Behälter
ausgebildet und von dem Behälter
aus versorgt ist.
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Der
interne Wärmetauscher
weist deshalb eine koaxiale Struktur auf, die unmittelbar in der Wand
des Akkumulators integriert ist. Die Wand des Akkumulators, die
beispielsweise in der Form eines stranggepreßten Profils oder einer Vielzahl
von koaxialen Rohren gebildet sein kann, weist nunmehr eine doppelte
Funktion auf:
- – sie ermöglicht es, einen Wärmeaustausch
zwischen dem Kühlmittel
mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur am Ausgang des Akkumulators
und dem Kühlmittel
mit hohem Druck und hoher Temperatur am Ausgang des Gaskühlers durchzuführen, und
- – sie
ermöglicht
es, für
den Akkumulator einen unter Druck stehenden Behälter auszubilden.
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Die
Anschlüsse,
um das Kühlmittel
mit dem Verdampfer und dem Verdichter zu verbinden, sind im oberen
bzw. unteren Flansch zusammengelegt, was die Struktur vereinfacht.
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Der
Begriff "Behälter" bezeichnet hier
ein Element, das im Wesentlichen einen Bereich zur Trennung der
Phasen für
das Kühlmittel
begrenzt, d. h. um die gasförmige
Phase und die flüssige
Phase dieses Kühlmittels
zu trennen. Es ist zudem vorteilhaft, dass dieser Behälter auch
einen Bereich zum Speichern des Kühlmittels in der flüssige Phase
und somit einen Flüssigkeitsvorrat
bildet.
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Gemäß der Erfindung
sind die in der zylindrischen Außenwand gebildeten Kanäle vorzugsweise parallel.
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Der
untere Flansch und der obere Flansch bilden Verschlußelemente,
um die zylindrischen Außenwand
an deren unterem und oberen Ende abzuschließen. Der untere bzw. obere
Flansch ist vorteilhafterweise jeweils mit einer unteren Vertiefung
versehen, die angeordnet ist, um das untere bzw. ein oberes Ende
der zylindrischen Außenwand
aufzunehmen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung umfasst der Behälter
eine zylindrische Innenwand, die von der zylindrischen Außenwand
nach innen beabstandet ist, um einen ringförmigen Raum zu begrenzen, der
einen Durchlaß für das Zirkulieren des
Kühlmittels
mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur bildet, der im oberen
Teil mit dem Behälter
und im unteren Teil mit einem Durchlaß für den Ablauf des Kühlmittels
mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur verbunden ist, der
den unteren Flansch durchquert.
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In
dieser ersten Ausführungsform
der Erfindung kann der ringförmige
Raum einen Durchlaß ohne
Hindernisse oder einen direkten Durchlaß für das Zirkulieren des Kühlmittels
mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur bilden. Als Variante
kann der vorgenannte ringförmige
Raum ein Mittel für
den Wärmeaustausch
aufnehmen, um einen spiralförmigen
Kanal zwischen der zylindrischen Außenwand und der zylindrischen
Innenwand zu bilden. Dieses Mittel für den Wärmeaustausch kann beispielsweise ein
schraubenförmiges
Organ oder ein schraubenförmiges
Kapillarrohr sein, das sich in den Behälter fortsetzt.
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In
dieser ersten Ausführungsform
schließt sich
vorteilhafterweise die zylindrische Innenwand an einen gewölbten Boden
an, der gegen den unteren Flansch anliegt.
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Die
zylindrische Außenwand
ist vorteilhafterweise aus einem stranggepreßten Profil gebildet, in dem
die Kanäle
für das
Zirkulieren des Kühlmittels mit
hohem Druck und hoher Temperatur gebildet sind.
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In
einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung umfasst die Vorrichtung ein stranggepreßtes Profil,
das Außenkanäle, die
die Kanäle
für das
Zirkulieren des Kühlmittels
mit hohem Druck und hoher Temperatur bilden, und Innenkanäle, die
den Durchlaß für das Zirkulieren
des Kühlmittels
mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur bilden.
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Die
Versorgung mit Kühlmittel
mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur, die mit dem Behälter verbunden
ist, umfasst vorteilhafterweise Mittel zur Bildung einer Turbulenz
in dem Kühlmittel
mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur, welche in den Behälter eindringt,
um die gasförmige
Phase und die flüssige
Phase des Kühlmittels
zu trennen.
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Die
Mittel, die die Bildung einer Turbulenz ermöglichen, können beispielsweise aus einem schraubenförmigen Rohr,
das im Behälter
angeordnet ist, oder auch aus Mitteln bestehen, die einen Wirbelstrom
bilden.
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Die
Vorrichtung der Erfindung umfasst vorteilhafterweise ein Umkehrorgan,
um das Fördern
eines vom Kühlmittel
transportieren Schmieröls
vom Boden des Behälters
aus zum Durchlaß für das Zirkulieren
des Kühlmittels
mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur zu gewährleisten.
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Vorteilhafterweise
umfasst der untere Flansch einen Innendurchgang, der eine Eingangsöffnung,
die an den Ausgang eines Verdichters angeschlossen werden kann,
und eine Ausgangsöffnung, die
an den Eingang eines Gaskühlers
angeschlossen werden kann, bildet.
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Gemäß der Erfindung
ist das Kühlmittel
vorteilhafterweise Kohlendioxid.
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Unter
einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Gaskühler für einen
Klimatisierungskreislauf, der von einem Kühlmittel in gasförmiger Phase
durchflossen ist, wobei dieser Kühler
mit einer kombinierten Vorrichtung aus einem internen Wärmetauscher
und einem Akkumulator ausgestattet ist, wie zuvor definiert.
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Der
Gaskühler
umfasst vorzugsweise einen Sammler mit einer Eingangsöffnung,
die an den Ausgang eines Verdichters durch einen Durchlaß hindurch
angeschlossen werden kann, der in dem unteren Flansch ausgebildet
ist, und mit einer Ausgangsöffnung,
die an eine Eingangsöffnung
des unteren Flansches angeschlossen werden kann.
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In
der folgenden Beschreibung, die lediglich beispielhaft angegeben
ist, wird auf die beigefügten Zeichnungen
Bezug genommen, die zeigen:
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1 eine
schematische Axialschnittansicht einer nach einer ersten Ausführungsform
der Erfindung kombinierten Vorrichtung, in welcher auch diejenigen
Elemente des Klimatisierungskreislaufs eingezeichnet sind, an welchem
diese Vorrichtung angeschlossen ist;
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2 eine
detaillierte Axialschnittansicht des oberen Teils einer derjenigen
von 1 ähnlichen
Vorrichtung;
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3 eine
Abschlußansicht
des oberen Flanschs der Vorrichtung von 2;
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4 eine
Axialschnittansicht des unteren Teils der Vorrichtung von 2;
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5 eine
Schnittansicht entlang der Linie V-V von 4;
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6 eine
perspektivische Ansicht der Außenwand
und der Innenwand der Vorrichtung der 1 bis 4;
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7 eine
der 6 ähnliche
Ansicht in einer Ausführungsvariante;
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8 eine
Schnittansicht der Wand der Vorrichtung in einer Ausführungsvariante,
in welcher das Kühlmittel
in mehreren Durchläufen
zirkuliert;
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9 eine
Axialschnittansicht einer Ausführungsvariante,
in welcher das aus dem Akkumulator kommende Kühlmittel in einem schraubenförmigen Rohr
zirkuliert;
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10 eine
Vorderansicht eines Gaskühlers,
in dem eine erfindungsgemäße kombinierte
Vorrichtung integriert ist;
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11 eine
der 5 ähnliche
Ansicht in einer Ausführungsvariante;
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12 eine
Teilschnittansicht in vergrößertem Maßstab entlang
der Linie XII-XII der 11;
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13 eine
der 5 ähnliche
Schnittansicht in einer weiteren Ausführungsvariante; und
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14 eine
Teilschnittansicht in vergrößertem Maßstab entlang
der Linie XIV-XIV der 13;
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Zunächst wird
auf 1 Bezug genommen, die eine kombinierte Vorrichtung
eines internen Wärmetauschers
und eines Akkumulators darstellt, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 versehen
ist. Die Vorrichtung 10 gehört zu einem Klimatisierungskreislauf,
der von einem gasförmigen
Kühlmittel durchflossen
ist und im superkritischen Zustand beispielsweise des Kohlendioxids
(CO2) arbeitet. Zusätzlich zur Vorrichtung 10 umfasst
der Kreislauf einen Verdichter 12, einen Gaskühler 14,
einen Druckminderer 16 und einen Verdampfer 18.
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Die
Vorrichtung 10 umfasst eine zylindrische Außenwand 20,
die im Beispiel einen kreisförmigen Querschnitt
aufweist, in welcher eine Vielzahl von im Beispiel parallelen Kanälen 22 für das Zirkulieren
des aus dem Gaskühler 14 kommenden
Kühlmittels
mit hohem Druck und hoher Temperatur gebildet sind. Die Wand 20 ist
von einer Innenfläche 20a und
einer Außenfläche 20b begrenzt,
wobei beide zylindrisch sind. Die Wand 20 ist zwischen
einem unteren Flansch 24 und einem oberen Flansch 26 angebracht.
Der untere Flansch 24 ist mit einer unteren, hier kreisförmigen Vertiefung 28 versehen,
die so angeordnet ist, dass sie das untere Ende der zylindrischen
Wand 20 aufnimmt. In entsprechender Weise ist der obere
Flansch 26 mit einem oberen, hier kreisförmigen Vertiefung 30 versehen,
die so angeordnet ist, dass sie das obere Ende der zylindrischen
Außenwand 20 aufnimmt.
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Ein
Behälter 32 ist
im Raum (zylindrischen Volumen) angeordnet, der durch die zylindrische
Außenwand 20 und
die Flansche 24 und 26 definiert ist. Der Behälter 32 begrenzt
gleichzeitig einen Bereich zur Trennung der gasförmigen und flüssigen Phase des
Kühlmittels
sowie einen Bereich zum Speichern des Kühlmittels in der flüssigen Phase,
wobei somit ein Flüssigkeitsbehälter für das Sammeln
des Kühlmittels
gebildet wird.
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Dieser
Behälter
umfasst eine zylindrische Wand 34, die koaxial und im Abstand
der Außenwand 20 angeordnet
ist, und einen gewölbten
Boden 36, der gegen eine obere Fläche 38 des unteren
Flansches 24 anliegt. Letzterer ist zudem außen durch eine
untere Fläche 40 begrenzt.
Die Wand 34 kann als "Innenwand" der Vorrichtung
bezeichnet werden, insofern als sie von der Außenwand 20 nach innen beabstandet
ist. Die Wand 34 ist durch eine Innenfläche 34a und eine Außenfläche 34b begrenzt.
Der gewölbte
Boden 36 und der untere Flansch 24 definieren
einen ringförmigen
Kanal für
den Ablauf des Kühlmittels,
wie weiter unten zu sehen ist.
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Der
obere Flansch 26 ist durch eine untere Fläche 42 und
eine obere Fläche 44 begrenzt.
Die beiden Flansche sind vorteilhafterweise als ausgearbeitete Blöcke gebildet.
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Die
zylindrische Wand 34 des Behälters 32 umfasst ein
offenes Ende 46, das sich im geringen Abstand d der unteren
Fläche 42 des
oberen Flansches befindet. So kann das Innere des Behälters 32 mit
einem ringförmigen
Durchlaß 48 in
Verbindung stehen, der zwischen der Außenwand 20 und dem Behälter eingeschlossen
ist, wobei dieser Durchlaß für das Zirkulieren
des Kühlmittels
mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur bestimmt ist.
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In
der Ausführungsform
der 1 geht der zuvor erwähnte Durchlaß 48 in
den ringförmigen Raum über, der
zwischen der zylindrischen Wand 34 des Behälters, die
eine Innenwand bildet, und der zylindrischen Außenwand 20 begrenzt
ist. Dieser ringförmige
Raum ermöglicht
hier einen Durchlaß ohne Hindernisse
oder einen direkten Druchlaß für das Zirkulieren
des Kühlmittels
mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur.
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Der
so gebildete ringförmige
Raum ist im unteren Teil mit einem Durchlaß 50 für den Ablauf
des Kühlmittels
mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur verbunden, der den
unteren Flansch 24 zwischen dessen Flächen 38 und 40 durchquert
und somit eine Ausgangsöffnung 52 bildet.
Der Durchlaß 50 mündet im
oberen Teil in den zuvor erwähnten
ringförmigen
Kanal, der zwischen dem gewölbten
Boden 36 und der oberen Fläche 38 des unteren
Flansches 24 gebildet ist.
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Der
obere Flansch 26 umfasst einen Durchlaß 54 für die Versorgung
des Kühlmittels
mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur. Dieser Durchlaß 54 ist
als Bohrung ausgeführt,
die durch den Flansch 26 hindurchgeht und an seinen Flächen 42 und 44 mündet. Der
Durchlaß 54 bildet
eine Eingangsöffnung 56 für das Kühlmittel
mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur, das aus dem Verdampfer 18 kommt.
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Im
unteren Teil des Durchlasses 54 ist ein Ende 58 eines
Rohrs 60 eingeschoben, der schraubenförmig innerhalb des Behälters 32 angeordnet
ist und mit einem Ende 62 abschließt. Dieses schraubenförmige Rohr 60 bildet
Mittel zum Bilden einer Turbulenz innerhalb des in den Behälter einströmenden Kühlmittels
mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur. Dies ermöglicht das
Trennen der gasförmigen
und flüssigen
Phase des Kühlmittels.
Die somit getrennte flüssige
Phase sammelt sich im Behälter 32,
wobei der Flüssigkeitspegel
durch das Bezugszeichen N in 1 gekennzeichnet
ist, während die
gasförmige
Phase den Durchlaß 48 erreicht,
um die Vorrichtung 10 über
den Ablaufdurchlaß 50 zu verlassen.
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Zudem
fördert
das Kühlmittel
ein Öl,
das dazu notwendig ist, das Schmieren des Verdichters 12 zu
gewährleisten.
Dieses Schmieröl
läuft aus
dem Behälter 32 über ein
Umkehrorgan 64 ab, das hier als Kapillarrohr ausgebildet
ist, dessen untere Ende 66 bis zum Boden des Behälters reicht,
während
das stabförmige
obere Ende 68 in den oberen Teil des Durchlasses 48 mündet.
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Der
obere Flansch 26 umfasst zudem eine Ausgangsöffnung 70,
die mit der oberen Vertiefung 30 verbunden ist und mit
dem Eingang des Druckminderers 16 angeschlossen werden
kann.
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Der
untere Flansch 24 weist eine Öffnung 72 auf, die
in die untere Vertiefung 28 mündet und mit dem Ausgang des
Gaskühlers 14 angeschlossen werden
kann. Zudem weist der untere Flansch 24 einen Innendurchgang 74 auf,
der aus zwei im rechten Winkel stehenden Bohrungen gebildet ist,
die miteinander verbunden sind und an der unteren Fläche 40 des
Flansches 24 und an einer Seitenfläche 76 des Flansches
münden,
um eine Eingangsöffnung 78,
die mit dem Ausgang des Verdichters 12 angeschlossen werden
kann, und eine Ausgangsöffnung 80 zu
bilden, die mit dem Eingang des Gaskühlers 14 angeschlossen
werden kann. Die Öffnungen 72 und 80 des
Flansches 24 sind nahe aneinander angeordnet und münden an
der Seitenfläche 76,
um das Anschließen
oder -löten
des Flansches an den Gaskühler 14 zu
erleichtern.
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Der
somit ausgestattete Kreislauf der Vorrichtung 10 funktioniert
wie folgt. Das aus dem Verdichter 12 kommende gasförmige Kühlmittel
durchquert den Innendurchgang 74 des Flansches 24,
um den Gaskühler 14 zu
erreichen. Das Kühlmittel
erreicht anschließend
die untere Vertiefung 28 und zirkuliert dann senkrecht
von unten nach oben in den Kanälen 22 der
Wand 20, wie durch die Pfeile gezeigt. Anschließend erreicht
das Kühlmittel
die obere Vertiefung 30 und durchquert nacheinander den Druckminderer
und den Verdampfer 18, um die Eingangsöffnung 56 zu erreichen.
Das Kühlmittel
erreicht anschließend
den Behälter 32 über das schraubenförmige Rohr 60.
Aufgrund der somit entstehenden Wirbelbewegung trennen sich die
flüssige und
gasförmige
Phase des Kühlmittels.
Das gasförmige
Kühlmittel
erreicht anschließend
den Durchlaß 48,
um zum Ablaufdurchlaß 50 zu
gelangen und an den Eingang des Verdichters 12 zurückzukehren. Das
Schmieröl
läuft wiederum
vom Boden des Behälters über das
Kapillarrohr 64 ab und wird anschließend in das Kühlmittel
gefördert,
um das Schmieren des Verdichters zu ermöglichen.
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Aufgrund
dieses Aufbaus wird ein Wärmeaustausch
zwischen dem Kühlmittel
mit hohem Druck und hoher Temperatur erhalten, das senkrecht von
unten nach oben in den Kanälen 22 der
Wand 20 zirkuliert, und dem Kühlmittel mit niedrigem Druck und
niedriger Temperatur, das senkrecht von oben nach unten im ringförmigen Raum 48 zirkuliert,
der zwischen der Wand 20 und der zylindrischen Wand 34 des
Behälters
definiert ist. Dies ermöglicht
es, eine integrierte Struktur mit geringem Platzbedarf und Gewicht
und einem Minimum an Anschlüssen
zu erhalten, wobei letztere alle an den Flanschen 24 und 26 zusammengelegt
sind.
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Zudem
sind die thermischen Leistungen dadurch erhöht, dass der Wärmeaustausch
zwischen dem Akkumulator (d. h. dem Behälter 32) und der Umgebung
reduziert ist. Es ergibt sich auch eine Reduzierung der möglichen
Verluste aufgrund der reduzierten Anzahl der Anschlüsse.
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Im
Ausführungsbeispiel
der 1 ist die zylindrische Außenwand 20 vorteilhafterweise
als stranggepreßtes
Profil, vorzugsweise aus Metall ausgeführt, in welchem die parallele
Kanäle 22 gebildet sind.
In diesem Beispiel ist der Behälter 32 als
separates Bauteil, im vorliegenden Fall als Behälter mit gewölbten Boden
ausgebildet, der innerhalb dieser Wand 20 aufgenommen ist.
Wie weiter zu sehen ist, sind jedoch weitere Ausführungsvarianten
denkbar.
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Die 2 ist
eine detaillierte Ansicht eines oberen Teils einer der 1 entsprechenden
Vorrichtung 10. Die Elemente, die mit denjenigen der 1 gemeinsam
sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Zudem ist eine
Bohrung 82 zu sehen, die als Sackbohrung ausgeführt ist,
die an der oberen Fläche 44 des
oberen Flansches 26 mündet.
Diese Bohrung ist für
die Befestigung eines (nicht dargestellten) Gegenflansches über eine Schraube
oder Ähnliches
vorgesehen.
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In 3,
die eine Abschlußansicht
des oberen Flansches 26 ist, sind ebenfalls die Bohrung 82 und
die Öffnungen 56 und 76 zu
sehen.
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Die 4 ist
eine detaillierte Ansicht des unteren Teils der kombinierten Vorrichtung
der 2. Die Elemente, die mit denjenigen der 1 gemeinsam
sind, sind mit den gleichen Bezugsnummern versehen. Der untere Flansch 24 weist
auch eine Bohrung 84 auf, die als Sackbohrung ausgeführt ist, die
an der unteren Fläche 40 des
Flansches 24 mündet.
Diese Bohrung ist für
die Befestigung eines (nicht dargestellten) Gegenflansches über eine Schraube
oder Ähnliches
vorgesehen.
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Die 5 ist
eine waagerechte Schnittansicht der Vorrichtung der 4.
Sie zeigt ausführlich die
Struktur der zylindrischen Wand 20, die als stranggepreßtes Profil
ausgebildet ist und die Kanäle 22 definiert.
Es ist auch zu sehen, dass der Behälter 32 als separates
Bauteil ausgeführt
ist, das koaxial innerhalb der Wand 20 aufgenommen ist.
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Die 6 ist
eine perspektivische Ansicht, die die koaxiale Anordnung der Außenwand 20 und der
Innenwand 32 des Behälters 32 zeigt.
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In
der Ausführungsform
der 7 weist die Vorrichtung ein stranggepreßtes Profil 86 auf,
das einerseits Außenkanäle 22,
die die parallelen Kanäle für das Zirkulieren
des Kühlmittels
mit hohem Druck und hoher Temperatur bilden, und Innenkanäle 88 umfasst,
die den Durchlaß für das Zirkulieren
des Kühlmittels
mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur bildet. Die Kanäle 22 sind
in einer kreisförmigen
Gestaltung angeordnet, die eine weitere, durch die Kanäle 88 gebildete
kreisförmige
Gestaltung umgibt. Auf diese Art und Weise zirkuliert das Kühlmittel mit
hohem Druck und hoher Temperatur gegen die Strömung des Kühlmittels mit niedrigem Druck
und niedriger Temperatur.
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In
den vorhergehenden Ausführungsformen zirkuliert
das Kühlmittel
in einem einzigen Durchlauf sowohl in den Kanälen 22 als auch im
Durchlaß 48 oder
in den Kanälen 88.
Es ist dennoch denkbar, das Kühlmittel
in mehreren Durchläufen
zirkulieren zu lassen. Wie in 8 gezeigt,
ist die Außenwand 20 in
zwei Teilen, nämlich
einem Teil 20A für
das Zirkulieren des Kühlmittels
in eine Richtung und einem Teil 20B für das Zirkulieren des Kühlmittels
in eine andere Richtung aufgeteilt. In entsprechender Weise ist
der Durchlaß 48 in
zwei Teilen, nämlich
einem Teil 48A entsprechend dem Teil 20A und einem
Teil 48B entsprechend dem Teil 20B aufgeteilt.
Das Kühlmittel kann
beispielsweise von oben nach unten im Teil 20A und von
unten bis oben im Teil 20B, von unten nach oben im Teil 48A und
von oben nach unten im Teil 48B zirkulieren. Dieses setzt
selbstverständlich
voraus, die Vertiefungen der Flansche auszubilden, um jedes Mal
einen Rücklauf
des Kühlmittels
zu ermöglichen.
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Es
wird nunmehr auf die 9 Bezug genommen, die eine weitere
Ausführungsvariante
darstellt, in welcher der ringförmige
Raum zwischen der Außenwand 20 und
der Wand 34 des Behälters 32 ein
Mittel für
den Wärmeaustausch 90,
beispielsweise einen schraubenförmig
um die Wand 34 gewickelten flachen Metalldraht aufnimmt,
um einen schraubenförmigen
Kanal 91 zwischen den Wänden 20 und 34 zu
bilden. Als Variante kann es sich um ein schraubenförmig gewickeltes
Kapillarrohr handeln, das sich in den Behälter fortsetzt, um das oben
erwähnte
Rohr 64 zu bilden. Das angestrebte Ziel ist es, den Durchlaßquerschnitt
im ringförmigen
Querschnitt 48 zu verringern, um eine Erhöhung der
Strömungsgeschwindigkeit
des Kühlmittels
mit niedrigen Druck und niedriger Temperatur hervorzurufen. Diese
Erhöhung
der Geschwindigkeit wirkt sich positiv auf das Wärmeaustauschkoeffizient zwischen
der Wand 20 und dem Kühlmittel
aus.
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Die 10 zeigt
einen Gaskühler 14,
der mit einer erfindungsgemäßen kombinierten
Vorrichtung 10 ausgestattet ist. Der Gaskühler 14 umfasst
einen zwischen zwei rohrförmigen
Sammlern 94 und 96 angebrachten Bündel 92,
die senkrecht angeordnet werden können. Die kombinierte Vorrichtung 10 ist
im Wesentlichen senkrecht und koaxial entlang des Sammlers 94 eingebaut.
Wie in den 1 und 4 umfasst
der untere Flansch 24 eine Eingangsöffnung 72 und eine
Ausgangsöffnung 80.
Die Ausgangsöffnung 80 kann
mit einer Eingangsöffnung 98 des Sammlers 94 für den Anschluß des Sammlers
mit dem Ausgang des Verdichters 12 durch den im unteren
Flansch ausgebildeten Durchgang 74 hindurch angeschlossen
werden. Der Sammler 94 umfasst zudem eine Ausgangsöffnung 100,
die mit der Eingangsöffnung 72 des
unteren Flansches angeschlossen werden kann, die in die untere Vertiefung 28 mündet. In
der 10 sind auch die Öffnungen 52 und 78 des
unteren Flansches, die die Verbindung mit dem Verdichter 12 ermöglichen,
sowie die Öffnungen 70 und 56 des
oberen Flansches dargestellt, die die Verbindung mit dem Druckminderer 16 und dem
Verdampfer 18 ermöglichen.
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In
der Ausführungsform
der 11 und 12 besitzt
die zylindrische Wand 34 des Behälters 32 eine Außenfläche 34b mit
leicht gewellter Form, um Wellen zu bilden, die gegen die Innenfläche 20a der
Wand 20 gepreßt
werden, und somit Kanäle 102 für das Zirkulieren
des Kühlmittels
mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur zu bilden. Diese Kanäle 102 bilden
somit gemeinsam den zuvor erwähnten
Durchlaß 48.
Der Behälter 32 ist
somit in thermischem Kontakt mit dem Profil 20 und die
mit dem Kühlmittel
mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur in Kontakt stehende
Austauschfläche
ist wesentlich vergrößert. Zudem
ist die Innenfläche 34a der
Wand 34 mit einer isolierenden Beschichtung 104 überzogen,
um die Übertragung
der Wärme
von der Wand 20 zum im Behälter 32 in flüssiger Form
enthaltenen Kühlmittel
zu verringern.
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Die 13 und 14 veranschaulichen eine
weitere Variante, in welcher ein Zylinder 106 mit gewellter
Oberfläche
zwischen die Innenfläche 20a der
Wand 20 und die Außenfläche 34b der
Wand 34 eingesetzt ist. Der gewellte Zylinder 106 ist
an der Wand 20 angelötet,
wobei beide beispielsweise aus einem Material aus Aluminiumbasis
ausgebildet sind. Der Behälter 32 ist
hingegen aus einem Material wie beispielsweise Stahl gebildet, das
mit Aluminium nicht leicht zu löten ist,
um der Löttemperatur
standzuhalten. In dieser Ausführungsform
ist der Behälter 32 nicht
mit einer Innenbeschichtung 104 versehen.
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Die
Erfindung ist nicht auf die zuvor beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt und
erstreckt sich auf weitere Varianten.