EP1215451A1 - Expansion device in particular for use within combined refrigeration and heat pump systems with carbon dioxide as refrigerant - Google Patents
Expansion device in particular for use within combined refrigeration and heat pump systems with carbon dioxide as refrigerant Download PDFInfo
- Publication number
- EP1215451A1 EP1215451A1 EP00127635A EP00127635A EP1215451A1 EP 1215451 A1 EP1215451 A1 EP 1215451A1 EP 00127635 A EP00127635 A EP 00127635A EP 00127635 A EP00127635 A EP 00127635A EP 1215451 A1 EP1215451 A1 EP 1215451A1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- refrigerant
- channel
- throttle
- shut
- flow
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 title claims abstract description 66
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 32
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 title claims description 30
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 title claims description 16
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 title claims description 16
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 abstract description 16
- 230000009969 flowable effect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 abstract 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 3
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- LVGUZGTVOIAKKC-UHFFFAOYSA-N 1,1,1,2-tetrafluoroethane Chemical compound FCC(F)(F)F LVGUZGTVOIAKKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001273 butane Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
- F25B41/30—Expansion means; Dispositions thereof
- F25B41/38—Expansion means; Dispositions thereof specially adapted for reversible cycles, e.g. bidirectional expansion restrictors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/06—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide
- F25B2309/061—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide with cycle highest pressure above the supercritical pressure
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
- F25B9/008—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being carbon dioxide
Definitions
- the invention relates to a relaxation organ, which in particular for Use in combined refrigeration systems and heat pumps with carbon dioxide as Refrigerant is suitable.
- Relaxation organs are components of refrigeration systems and Heat pumps, which are used to relax the refrigerant.
- Refrigeration systems and heat pumps are used to cool or heat Utility rooms.
- the seasonal climatic changes Conditions often require a heating system in winter and in the Transitional period and a cooling system in summer.
- Refrigeration systems or heat pumps combinations of these are known.
- utility rooms such as Living or office rooms as well as storage rooms or for cooling and Heating the passenger compartments of motor vehicles.
- a refrigeration system is all in one Motor vehicle with an internal combustion engine modified such that with a additional exhaust gas heat exchanger and two additional Reusable shut-off devices with wiring according to the invention both a Refrigeration as well as a heat pump operation, depending on the Temperature requirements inside the passenger compartment is possible.
- the refrigerant R134a is predominantly used in the Motor vehicle air conditioning used, but other refrigerants, such as Carbon dioxide, propane or butane for their possible uses examined.
- the high-pressure refrigerant carbon dioxide plays an important role in this. in the Compare processes with R134a and carbon dioxide, for example this has approximately the same efficiency in refrigeration system operation. Become However, in the future systems in heat pump operation will be striven for Carbon dioxide due to the supercritical heat emission, the low Pressure ratio, a constant overpressure of the carbon dioxide on the Low pressure side - and therefore particularly suitable in the overall system. The latter property means that there is none due to the constant overpressure Impurities or foreign gases can get into the system.
- the concept of the invention is that the relaxation organ of both sides can be flowed through with refrigerant and that the flowable cross section of the relaxation organ automatically at one Change in the flow direction of the refrigerant changes, which Relaxation organ to at least one, the throttling effect in one Has flow direction enabling throttle channel and that continues at least one other, only in the other direction of flow flow-through shut-off throttle duct is present, the shut-off effect is brought about by a mechanical closure element, which by the Pressure of the flowing refrigerant closes the shut-off throttle duct and thereby automatically depending on the flow direction of the Shut-off throttle duct can either be flowed through by refrigerant or is closed.
- the proposed solution provides a simple and effective solution Multi-channel solution. At least one throttle channel is used in both Flows through the flow. Another channel, below Shut-off throttle channel is only in one direction of flow flow through.
- the shut-off effect in the other is advantageous Direction of flow caused by a mechanical closure element, which by the pressure of the flowing refrigerant the shut-off throttle duct closes and thereby automatically depending on the flow direction of the Shut-off throttle channel can be flowed through once by refrigerant and in the other direction the shut-off throttle duct is closed.
- the Expansion device 1 is in a refrigerant circuit Refrigerant connection lines 2 integrated and has as a mechanical Closing element one movable in a refrigerant and pressure tight Housing 6 arranged channel disc 3, which depending on the Flow direction 8 of the refrigerant in two different positions Housing 6 occupies. In each position there is a different one Flow cross section released by the expansion device 1.
- the Expansion device 1 has at least one throttle duct 4, which is shown in FIG. 1 is advantageously integrated into the housing 6 of the relaxation element 1.
- the channel disk 3 has two shut-off throttle channels 5 for refrigerant. In the flow direction 8.1 of the refrigerant shown is only the Throttle channel 4 flows through. In the other position of the not shown Channel plate 3 with opposite flow direction of the refrigerant flow through the throttle duct 4 and the shut-off throttle ducts 5.
- An advantageous embodiment, not shown, is to design the throttle duct 4 so that it can be shut off. In this way, it is possible for the relaxation element 1, if necessary, to have the function of a non-return valve also implemented. It is also advantageous to design the throttle duct 4 simply as a groove in the duct disc 3 or the housing 6 in terms of production technology.
- Fig. 2 shows a relaxation element 1, which is also a mechanical Closing element a movable in the refrigerant and pressure tight Housing 6 arranged channel plate 3. Again it takes Channel disk 3 two different depending on the flow direction 8 Positions in the housing 6. There is a different one in each position Flow cross section from the expansion element 1 for the refrigerant released, the channel disc 3 in this advantageous embodiment both at least one throttle channel 4 and at least one Shut-off throttle duct 5.
- FIG. 3 shows a relaxation element 1 according to the invention Function when refrigerant flows in the flow direction 8.1, For example, in a combined heat pump circuit Refrigeration system - heat pump.
- the channel disc is affected by the flow pressure pressed against the housing 6.
- the surfaces of Housing 6 and channel disk 3 are designed as sealing surfaces 7, that the throttling effect of the relaxation element 1 as a whole and the Shut-off effect of the shut-off throttle duct 5 are realized. In this position the channel disk, only the throttle channel 4 is flowed through by refrigerant Shut-off throttle channels 5 are not flowed through.
- Fig. 4 shows the inventive Relaxation device 1 in function when refrigerant flows through Flow direction 8.2, for example in the refrigeration system circuit combined refrigeration system - heat pump. Both the Throttle channel 4 and the shut-off throttle channels 5 of refrigerant flows through. In this position, the sealing surfaces 7 have the channel disk 3 the function of keeping the refrigerant flow through the housing 6 low or completely prevent it. The refrigerant essentially only flows through the channels provided, the throttle channels 4, the shut-off channels 5th
- Fig. 5 shows a cross section to the flow direction 8.
- the housing 6 and the channel disk 3 and the channels 4, 5 are each with an oval cross section executed. Equally advantageous is the design of the channels with a round one or other cross-sections deviating from the round cross-section.
- sealing surface 7 merely causes that not uncontrolled refrigerant through the housing 6 and on the Channel disk 3 passes the relaxation element 1.
- the quality of the Overall, sealing surfaces 7 only have to be so precise that the desired one Throttling effect is still given. This makes it easy to do designed sealing surface 7 calculate the amount of refrigerant passing and it can be dispensed with complex to produce sealing surfaces 7 what again an inexpensive manufacture of the invention Relaxation organ allows.
- Both the throttle duct 4 and / or the shut-off throttle duct 5 can According to the invention in the channel disk 3 rectilinear, arcuate or be spiral shaped. This way it is possible with one longer duct to accommodate it in a compact duct disc and thus a space-saving relaxation element 1 according to the invention To make available.
- the Ratio of the duct cross sections of throttle duct 4 and Shut-off throttle channel 5 to each other and the length of the channels can be Relaxation organ 1 according to the invention for use in Adapt refrigerant circuits with different refrigerants. Partially all that is required is to replace the channel disk 3 in order to combine it Refrigeration - heat pump system with the invention Switch relaxation device 1 to a new refrigerant, which is also seen cost-effectively over a longer period of time. So can by replacing the channel disk 3, the exchange of the entire Component when switching to a new refrigerant for a combined Refrigeration system - heat pump can be avoided.
- channel disks for the refrigerants carbon dioxide, R134a and R290 can be optimized.
- the use of the relaxation organ according to the invention is about mobile application of use in motor vehicles also for stationary systems advantageous.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Air-Conditioning For Vehicles (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Entspannungsorgan, welches insbesondere für den Einsatz in kombinierten Kälteanlagen und Wärmepumpen mit Kohlendioxid als Kältemittel geeignet ist.The invention relates to a relaxation organ, which in particular for Use in combined refrigeration systems and heat pumps with carbon dioxide as Refrigerant is suitable.
Entspannungsorgane sind Komponenten von Kälteanlagen und Wärmepumpen, welche zur Entspannung des Kältemittels eingesetzt werden.Relaxation organs are components of refrigeration systems and Heat pumps, which are used to relax the refrigerant.
Kälteanlagen und Wärmepumpen dienen der Kühlung oder Heizung von Nutzräumen. Die jahreszeitlich verursachten wechselnden klimatischen Bedingungen erfordern häufig ein Heizsystem im Winter und in der Übergangszeit und ein Kühlsystem im Sommer.Refrigeration systems and heat pumps are used to cool or heat Utility rooms. The seasonal climatic changes Conditions often require a heating system in winter and in the Transitional period and a cooling system in summer.
Im Stand der Technik sind, über die monofunktionelle Nutzung von Kälteanlagen oder Wärmepumpen hinaus, Kombinationen von diesen bekannt. Beispielsweise für die alternative Heizung oder Kühlung von Nutzräumen, wie Wohn- oder Büroräumen als auch von Lagerräumen oder für die Kühlung und Heizung der Fahrgastzellen von Kraftfahrzeugen.In the prior art, the monofunctional use of Refrigeration systems or heat pumps, combinations of these are known. For example, for alternative heating or cooling of utility rooms, such as Living or office rooms as well as storage rooms or for cooling and Heating the passenger compartments of motor vehicles.
Letzterer Anwendungsfall verdeutlicht sehr gut die Möglichkeit der Kombination
und der gegenseitigen Ergänzung von Kälteanlagen und Wärmepumpen.
Die herkömmliche Fahrgastraumheizung durch die Motorabwärme für den
Winter ist zwar eine Standardkomponente in Kraftfahrzeugen, jedoch wird es
immer wichtiger, alternative Wärmequellen dafür zu erschließen. Dies hängt
damit zusammen, dass moderne Verbrennungs- oder Elektromotoren immer
weniger Abwärme erzeugen und somit die für die Fahrgastraumheizung
nutzbaren Wärmemengen immer geringer werden. The latter application illustrates very well the possibility of combining and complementing refrigeration systems and heat pumps.
Conventional passenger compartment heating using the engine waste heat for winter is a standard component in motor vehicles, but it is becoming increasingly important to develop alternative heat sources for this. This is due to the fact that modern combustion or electric motors generate less and less waste heat and the amount of heat that can be used to heat the passenger compartment is becoming ever smaller.
Außerdem wird im Winter gerade beim Starten mit kaltem Motor nicht sofort ausreichend Abwärme für die Fahrgastraumheizung zur Verfügung gestellt.In addition, in winter, especially when starting with a cold engine, it does not immediately sufficient waste heat is provided for the passenger compartment heating.
Zunehmend werden Kraftfahrzeuge für die Kühlung des Fahrgastraumes im Sommer auch mit einer Kälteanlage, einer Klimaanlage ausgestattet.Increasingly, motor vehicles for cooling the passenger compartment in the In summer also equipped with a refrigeration system, air conditioning.
Damit lag es nahe, sich als zusätzliche Wärmequelle für die Fahrgastraumheizung die Umgebungswärme mittels einer Wärmepumpe zu erschließen und dazu die vorhandene Kälteanlage für einen kombinierten Kälteanlagen - Wärmepumpenbetrieb zu modifizieren oder aber zumindest einen Teil der Verdichtungsarbeit des Kältemittelkompressors für die Fahrgastraumheizung zu nutzen.So it made sense to be an additional source of heat for the Passenger compartment heating to the ambient heat by means of a heat pump open up and the existing refrigeration system for a combined Refrigeration systems - to modify heat pump operation or at least part of the compression work of the refrigerant compressor for the To use passenger compartment heating.
Letzteres Konzept verwirklicht eine Lösung nach der US 6 041 849. Diese sieht die Schaltung einer Kälteanlage vor, welche mit einem zusätzlichen Entspannungsorgan und einer Druckregelung die Verdichtungsarbeit des Kältemittelkompressors in für die Fahrgastraumheizung nutzbare Wärmeenergie umwandelt. Jedoch nutzt diese Lösung nur die Verdichtungsarbeit und wandelt diese in Wärmeenergie um, die Wärmepumpenfunktion der Nutzung von Umgebungswärme wird dadurch nicht realisiert.The latter concept realizes a solution according to US 6 041 849. This sees the circuit of a refrigeration system, which with an additional Relaxation organ and a pressure control the compression work of the Refrigerant compressor in usable for passenger compartment heating Converts thermal energy. However, this solution only uses that Compression work and converts this into thermal energy This does not make the heat pump function use of ambient heat realized.
In Kraftfahrzeugen liegen aber insgesamt günstige Einsatzbedingungen für den kombinierten Kälteanlagen - Wärmepumpenbetrieb und eine Nutzung der Umgebungswärme vor.Overall, however, there are favorable operating conditions for the in motor vehicles combined refrigeration systems - heat pump operation and use of the Ambient heat.
Nach dem Konzept der EP 0 945 290 A2 wird eine Kälteanlage in einem Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor derart modifiziert, dass mit einem zusätzlichen Abgaswärmeübertrager und zwei zusätzlichen Mehrwegabsperrorganen mit erfindungsgemäßer Verschaltung sowohl ein Kälteanlagen- als auch ein Wärmepumpenbetrieb, abhängig von den Anforderungen an die Temperatur im Inneren des Fahrgastraumes, möglich ist.According to the concept of EP 0 945 290 A2, a refrigeration system is all in one Motor vehicle with an internal combustion engine modified such that with a additional exhaust gas heat exchanger and two additional Reusable shut-off devices with wiring according to the invention both a Refrigeration as well as a heat pump operation, depending on the Temperature requirements inside the passenger compartment is possible.
Als besonders nachteilig an diesem bekannten Stand der Technik ist festzustellen, dass bei der Lösung nach der US 6 041 849 nur die Verdichtungsarbeit des Kältemittelkompressors zur Wärmeerzeugung genutzt wird und dass weiterhin eine Druckregelung und ein zugehöriges Regelventil für den Betrieb der Vorrichtung notwendig ist.Is particularly disadvantageous about this known prior art determine that in the solution according to US 6 041 849 only the Compression work of the refrigerant compressor used to generate heat and that continues to be a pressure control and an associated control valve is necessary for the operation of the device.
Die erfindungsgemäße Lehre der EP 0 945 290 A2 überwindet die genannten Nachteile, jedoch legt die Offenbarung der Ausführung des Entspannungsorgans für den kombinierten Kälteanlagen-Wärmepumpenbetrieb den Schluss nahe, dass ein von beiden Seiten durchströmbares Entspannungsorgan in der beschriebenen Ausführungsform aufwendig gestaltet ist. Das Entspannungsorgan soll in einer räumlichen Einheit als kombiniertes Expansionsventil ausgeführt und in beide Strömungsrichtungen schaltbar sein.The teaching according to the invention of EP 0 945 290 A2 overcomes the mentioned Disadvantages, however, the disclosure of the execution of the Expansion device for the combined refrigeration system heat pump operation concluded that one from both sides flowable relaxation element in the described embodiment is elaborately designed. The relaxation organ is supposed to be in a spatial Unit designed as a combined expansion valve and in both Flow directions can be switched.
Derartige Expansionsventile oder auch Anordnungen von diesen, welche in den verschiedenen Strömungsrichtungen beschaltet werden, sind konstruktionsbedingt relativ teuer. Dies ist ein wesentlicher Nachteil, da das Expansionsventil selbst bereits einen relativ zur Kälteanlage hohen Wert besitzt und sich die kombinierte Kälteanlage oder Wärmepumpe durch ein komplizierteres Expansionsventil oder gar zwei Expansionsventile mit den nötigen Verbindungsleitungen und Absperrorganen erheblich verteuern würde.Such expansion valves or arrangements of these, which in the different flow directions are connected relatively expensive due to construction. This is a major disadvantage since that Expansion valve itself already has a high value relative to the refrigeration system and the combined refrigeration system or heat pump more complicated expansion valve or even two expansion valves with the necessary connecting lines and shut-off devices would be significantly more expensive.
Zudem ist der Prozessverlauf in der Kälteanlagen- oder der Wärmepumpenschaltung insbesondere bei Prozessen mit Kohlendioxid als Kältemittel verschieden. Vor der Entspannung des Kältemittels liegt diese dabei mit unterschiedlicher Dichte vor. Dies führt dazu, dass ein Entspannungsorgan diese verschiedenen Prozessführungen ermöglichen sollte, was wiederum die technischen und konstruktiven Anforderungen erhöht und eine solche Komponente verteuert.In addition, the process flow in the refrigeration or the Heat pump circuit especially in processes with carbon dioxide as Refrigerants different. Before the refrigerant is released, this lies with it with different densities. This leads to a relaxation organ these different processes should enable, which in turn the technical and design requirements increased and such Component more expensive.
Zum gegenwärtigen Zeitpunkt wird überwiegend das Kältemittel R134a bei der Kraftfahrzeugklimatisierung eingesetzt, jedoch werden weitere Kältemittel, wie Kohlendioxid, Propan oder Butan auf deren Einsatzmöglichkeiten hin untersucht.At the present time, the refrigerant R134a is predominantly used in the Motor vehicle air conditioning used, but other refrigerants, such as Carbon dioxide, propane or butane for their possible uses examined.
Eine wichtige Rolle spielt dabei das Hochdruckkältemittel Kohlendioxid. Im Vergleich von Prozessen mit R134a und Kohlendioxid beispielsweise weisen diese im Kälteanlagenbetrieb eine annähernd gleiche Effizienz auf. Werden jedoch in Zukunft Systeme im Wärmepumpenbetrieb angestrebt, so ist Kohlendioxid auf Grund der überkritischen Wärmeabgabe, des geringen Druckverhältnisses, eines ständigen Überdrucks des Kohlendioxids auf der Niederdruckseite - und somit im Gesamten System - besonders geeignet. Letztere Eigenschaft führt dazu, dass durch den ständigen Überdruck keine Verunreinigungen oder Fremdgase in das System gelangen können.The high-pressure refrigerant carbon dioxide plays an important role in this. in the Compare processes with R134a and carbon dioxide, for example this has approximately the same efficiency in refrigeration system operation. Become However, in the future systems in heat pump operation will be striven for Carbon dioxide due to the supercritical heat emission, the low Pressure ratio, a constant overpressure of the carbon dioxide on the Low pressure side - and therefore particularly suitable in the overall system. The latter property means that there is none due to the constant overpressure Impurities or foreign gases can get into the system.
Hinzu kommt weiterhin, dass die Leistungszahl des Prozesses mit Kohlendioxid bei einer Austrittstemperatur des Kohlendioxids aus dem Gaskühler - Wärmeübertrager für die Fahrgastraumheizung - von 30°C den Leistungszahlen vergleichbarer Systeme mit R134a oder R290 deutlich überlegen ist. Je geringer die Temperatur ist, desto besser ist Kohlendioxid als Kältemittel für die genannten Anwendungen geeignet.Added to that is the fact that the process performance figure with Carbon dioxide at an exit temperature of the carbon dioxide from the Gas cooler - heat exchanger for passenger compartment heating - from 30 ° C Performance figures of comparable systems with R134a or R290 clearly is superior. The lower the temperature, the better is carbon dioxide than Refrigerant suitable for the applications mentioned.
Der höhere Betriebsdruck in einer Anlage mit Kohlendioxid als Kältemittel erfordert neue Komponenten, dies ist aber, wie die Vergangenheit gezeigt hat, als beherrschbar einzustufen. Es wurden dazu Komponenten mit geringen Strömungsquerschnitten und Füllvolumina entwickelt. The higher operating pressure in a system with carbon dioxide as a refrigerant requires new components, but as the past has shown, classified as manageable. For this purpose, components with small Flow cross sections and filling volumes developed.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Entspannungsorgan konstruktiv einfach auszubilden, welches damit auch kostengünstig herstellbar ist. Zudem soll das Entspannungsorgan in kombinierten Kälteanlagen - Wärmepumpen einsetzbar sein und weiterhin die Besonderheiten der Prozessführung des kombinierten Kälteanlagen - Wärmepumpenbetriebs durch seine konstruktive Gestaltung berücksichtigen.It is an object of the invention to construct a relaxation organ simple to train, which is thus also inexpensive to manufacture. In addition, that should Relaxation device in combined refrigeration systems - heat pumps can be used be and continue the peculiarities of the process management of the combined Refrigeration systems - heat pump operation due to its constructive design consider.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmalskombination des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.This object is achieved by the combination of features of Main claim solved, the sub-claims show further advantageous Embodiments of the invention.
Die Konzeption der Erfindung besteht darin, dass das Entspannungsorgan von beiden Seiten mit Kältemittel durchströmbar ist und dass sich der durchströmbare Querschnitt des Entspannungsorgans selbsttätig bei einem Wechsel der Strömungsrichtung des Kältemittels ändert, wobei das Entspannungsorgan dazu mindestens einen, die Drosselwirkung in einer Strömungsrichtung ermöglichenden Drosselkanal aufweist und dass weiterhin mindestens ein weiterer, nur in der anderen Strömungsrichtung durchströmbarer Absperrdrosselkanal vorhanden ist, wobei die Absperrwirkung durch ein mechanisches Verschlusselement bewirkt wird, welches durch den Druck des fließenden Kältemittels den Absperrdrosselkanal verschließt und dadurch selbsttätig in Abhängigkeit der Strömungsrichtung der Absperrdrosselkanal entweder von Kältemittel durchströmt werden kann oder verschlossen ist.The concept of the invention is that the relaxation organ of both sides can be flowed through with refrigerant and that the flowable cross section of the relaxation organ automatically at one Change in the flow direction of the refrigerant changes, which Relaxation organ to at least one, the throttling effect in one Has flow direction enabling throttle channel and that continues at least one other, only in the other direction of flow flow-through shut-off throttle duct is present, the shut-off effect is brought about by a mechanical closure element, which by the Pressure of the flowing refrigerant closes the shut-off throttle duct and thereby automatically depending on the flow direction of the Shut-off throttle duct can either be flowed through by refrigerant or is closed.
Mit dem erfindungsgemäßen Gegenstand lässt sich vorteilhaft sowohl der Wärmepumpen- als auch der Kälteanlagenbetrieb realisieren. Speziell bei der Verwendung von Kohlendioxid als Kältemittel ändert sich die Dichte vor dem Entspannungsorgan sehr deutlich. Es ist deshalb während des Wärmepumpenbetriebes nur ein deutlich kleinerer Strömungsquerschnitt im Entspannungsorgan notwendig verglichen mit dem des Kälteanlagenbetriebes.With the object of the invention, both the Realize heat pump and refrigeration system operation. Especially with the Using carbon dioxide as a refrigerant changes the density before Relaxation organ very clearly. It is therefore during the Heat pump operation only a significantly smaller flow cross section in the Relaxation device necessary compared to that of the refrigeration system.
Eine einfache und wirkungsvolle Lösung stellt die vorgeschlagene Mehrkanallösung dar. Mindestens ein Drosselkanal wird dabei in beiden Strömungsrichtungen durchströmt. Ein weiterer Kanal, im Folgenden Absperrdrosselkanal genannt, ist nur in einer Strömungsrichtung durchströmbar. Vorteilhaft wird die Absperrwirkung in der anderen Stömungsrichtung durch ein mechanisches Verschlusselement bewirkt, welches durch den Druck des fließenden Kältemittels den Absperrdrosselkanal verschließt und dadurch selbsttätig in Abhängigkeit der Strömungsrichtung der Absperrdrosselkanal einmal von Kältemittel durchströmt werden kann und in der anderen Richtung der Absperrdrosselkanal verschlossen ist.The proposed solution provides a simple and effective solution Multi-channel solution. At least one throttle channel is used in both Flows through the flow. Another channel, below Shut-off throttle channel is only in one direction of flow flow through. The shut-off effect in the other is advantageous Direction of flow caused by a mechanical closure element, which by the pressure of the flowing refrigerant the shut-off throttle duct closes and thereby automatically depending on the flow direction of the Shut-off throttle channel can be flowed through once by refrigerant and in the other direction the shut-off throttle duct is closed.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
- Fig. 1:
- Längsschnitt eines Entspannungsorgans mit Drosselkanal im Gehäuse
- Fig. 2:
- Längsschnitt eines Entspannungsorgans mit Drosselkanal in der Kanalscheibe
- Fig. 3:
- Längsschnitt eines Entspannungsorgans im Wärmepumpenbetrieb
- Fig. 4:
- Längsschnitt eines Entspannungsorgans im Kälteanlagenbetrieb
- Fig. 5:
- Querschnitt V-V, Kanalscheibe in Absperrstellung
- Fig. 6:
- Querschnitt VI-VI, Kanalscheibe in Durchflussstellung
- Fig. 1:
- Longitudinal section of an expansion device with throttle channel in the housing
- Fig. 2:
- Longitudinal section of an expansion device with a throttle channel in the channel disk
- Fig. 3:
- Longitudinal section of an expansion device in heat pump operation
- Fig. 4:
- Longitudinal section of an expansion device in refrigeration plant operation
- Fig. 5:
- Cross-section VV, channel disc in the shut-off position
- Fig. 6:
- Cross section VI-VI, channel disc in flow position
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform dargestellt. Das
Entspannungsorgan 1 ist in einen Kältemittelkreislauf über
Kältemittelverbindungsleitungen 2 eingebunden und weist als mechanisches
Verschlusselement eine beweglich in einem kältemittel- und druckdichten
Gehäuse 6 angeordnete Kanalscheibe 3 auf, welche in Abhängigkeit der
Strömungsrichtung 8 des Kältemittels zwei verschiedene Positionen im
Gehäuse 6 einnimmt. In jeder Position wird dabei ein unterschiedlicher
Strömungsquerschnitt vom Entspannungsorgan 1 freigegeben. Das
Entspannungsorgan 1 weist mindestens einen Drosselkanal 4 auf, der in Fig. 1
vorteilhaft in das Gehäuse 6 des Entspannungsorgans 1 integriert ist. Weiterhin
weist die Kanalscheibe 3 zwei Absperrdrosselkanäle 5 für Kältemittel auf. In
der dargestellten Strömungsrichtung 8.1 des Kältemittels wird nur der
Drosselkanal 4 durchströmt. In der nicht dargestellten anderen Position der
Kanalscheibe 3 bei entgegengesetzter Strömungsrichtung des Kältemittels
werden der Drosselkanal 4 und die Absperrdrosselkanäle 5 durchströmt.1 shows an embodiment of the invention. The
Eine vorteilhafte, nicht dargestellte Ausführungsform stellt es dar, den
Drosselkanal 4 absperrbar auszugestalten. Auf diese Art gelingt es, vom
Entspannungsorgan 1, wenn dies notwendig ist, die Funktion einer
Rückschlagklappe mit realisieren zu lassen.
Ebenfalls von Vorteil ist es, den Drosselkanal 4 fertigungstechnisch einfach als
eine Nut in der Kanalscheibe 3 oder dem Gehäuse 6 auszubilden.An advantageous embodiment, not shown, is to design the
It is also advantageous to design the
Fig. 2 zeigt ein Entspannungsorgan 1, welches ebenfalls als mechanisches
Verschlusselement eine beweglich in dem kältemittel- und druckdichten
Gehäuse 6 angeordnete Kanalscheibe 3 aufweist. Wiederum nimmt die
Kanalscheibe 3 in Abhängigkeit der Strömungsrichtung 8 zwei verschiedene
Positionen im Gehäuse 6 ein. Dabei wird in jeder Position ein unterschiedlicher
Strömungsquerschnitt vom Entspannungsorgan 1 für das Kältemittel
freigegeben, wobei die Kanalscheibe 3 in dieser vorteilhaften Ausführungsform
sowohl mindestens einen Drosselkanal 4 als auch mindestens einen
Absperrdrosselkanal 5 aufweist.Fig. 2 shows a
Die Darstellung in Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Entspannungsorgan 1 in
Funktion beim Durchströmen von Kältemittel in Strömungsrichtung 8.1,
beispielsweise in einer Wärmepumpenschaltung einer kombinierten
Kälteanlage - Wärmepumpe. Die Kanalscheibe wird durch den Strömungsdruck
an das Gehäuse 6 gedrückt. Die dabei aufeinanderliegenden Flächen von
Gehäuse 6 und Kanalscheibe 3 sind derart als Dichtungsflächen 7 ausgebildet,
dass die Drosselwirkung des Entspannungsorgans 1 insgesamt und die
Absperrwirkung des Absperrdrosselkanals 5 realisiert sind. In dieser Position
der Kanalscheibe wird nur der Drosselkanal 4 von Kältemittel durchströmt, die
Absperrdrosselkanäle 5 werden nicht durchströmt.The illustration in FIG. 3 shows a
In Ergänzung zu Fig. 3 zeigt Fig. 4 das erfindungsgemäßes
Entspannungsorgan 1 in Funktion beim Durchströmen von Kältemittel in
Strömungsrichtung 8.2, beispielsweise in der Kälteanlagenschaltung einer
kombinierten Kälteanlage - Wärmepumpe. Dabei werden sowohl der
Drosselkanal 4 als auch die Absperrdrosselkanäle 5 von Kältemittel
durchströmt. Die Dichtflächen 7 haben in dieser Position der Kanalscheibe 3
die Funktion, den Kältemitteldurchfluss durch das Gehäuse 6 gering zu halten
oder gänzlich zu unterbinden. Das Kältemittel fließt somit im Wesentlichen nur
durch die dafür vorgesehenen Kanäle, die Drosselkanäle 4 die Absperrkanäle
5.In addition to Fig. 3, Fig. 4 shows the
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt zur Strömungsrichtung 8. Das Gehäuse 6 und
die Kanalscheibe 3 sowie die Kanäle 4, 5 sind jeweils mit ovalem Querschnitt
ausgeführt. Ebenso vorteilhaft ist die Ausgestaltung der Kanäle mit rundem
oder weiteren, vom runden Querschnitt abweichenden Querschnitten möglich.Fig. 5 shows a cross section to the
Zu sehen sind die Enden der Drosselkanäle 4 und der Absperrdrosselkanäle 5,
wobei die Absperrdrosselkanäle 5 bei Strömungsrichtung 8.1 von der
Dichtfläche 7 abgesperrt und somit nicht von Kältemittel durchströmt werden.The ends of the
In Strömungsrichtung 8.2 werden gemäß Fig. 6 die Kanäle 4, 5 von Kältemittel
durchströmt. Die Dichtungsfläche 7 bewirkt in dieser Position lediglich, dass
nicht unkontrolliert Kältemittel durch das Gehäuse 6 hindurch und an der
Kanalscheibe 3 vorbei das Entspannungsorgan 1 passiert. Die Qualität der
Dichtflächen 7 muss aber insgesamt nur so genau sein, dass der gewünschte
Drosseleffekt noch gegeben ist. Damit lässt sich bei einer unaufwendig
gestalteten Dichtfläche 7 die passierende Kältemittelmenge kalkulieren und es
kann auf aufwendig herzustellende Dichtungsflächen 7 verzichtet werden, was
wiederum eine kostengünstige Fertigung des erfindungsgemäßen
Entspannungsorgans ermöglicht.6, the
Sowohl der Drosselkanal 4 und / oder der Absperrdrosselkanal 5 kann
erfindungsgemäß in der Kanalscheibe 3 geradlinig, bogenförmig oder
spiralförmig ausgebildet sein. Auf diese Weise ist es möglich bei einem
längeren Kanal, diesen in einer kompakten Kanalscheibe unterzubringen und
damit platzsparend ein erfindungsgemäßes Entspannungsorgan 1 zur
Verfügung zu stellen.Both the
Weiterhin ist es von Vorteil die Kanalscheibe 3 im Gehäuse 6 bei ihrer
Bewegung von einer Position in die andere nach einer Änderung der
Strömungsrichtung 8 des Kältemittels mechanisch zu führen. Eine solche
mechanische Führung ist vorteilhaft als Ausnehmung mit einem
korrespondierenden Vorsprung auszuführen.Furthermore, it is advantageous for the
Über die Gestaltung und die quantitative Variation der Kanalquerschnitte, des
Verhältnisses der Kanalquerschnitte von Drosselkanal 4 und
Absperrdrosselkanal 5 zueinander und der Länge der Kanäle lässt sich ein
erfindungsgemäßes Entspannungsorgan 1 an den Einsatz in
Kältemittelkreisläufen mit unterschiedlichen Kältemitteln anpassen. Teilweise
ist dazu lediglich der Austausch der Kanalscheibe 3 nötig, um ein kombiniertes
Kälteanlagen - Wärmepumpen - System mit dem erfindungsgemäßen
Entspannungsorgan 1 auf ein neues Kältemittel umzustellen, was sich auch
über einen längeren Zeitraum gesehen kostengünstig auswirkt. Somit kann
durch den Austausch der Kanalscheibe 3 der Austausch der gesamten
Komponente bei der Umstellung auf ein neues Kältemittel für eine kombinierte
Kälteanlage - Wärmepumpe vermieden werden.About the design and the quantitative variation of the channel cross sections, the
Ratio of the duct cross sections of
Insbesondere können die Kanalscheiben für die Kältemittel Kohlendioxid, R134a und R290 optimiert werden.In particular, the channel disks for the refrigerants carbon dioxide, R134a and R290 can be optimized.
Der Einsatz des erfindungsgemäßen Entspannungsorgans ist über den mobilen Anwendungsfall des Einsatzes in Kraftfahrzeugen hinaus auch für stationäre Anlagen vorteilhaft. The use of the relaxation organ according to the invention is about mobile application of use in motor vehicles also for stationary systems advantageous.
- 11
- Entspannungsorganexpansion element
- 22
- KältemittelverbindungsleitungRefrigerant communication line
- 33
- Kanalscheibechannel disk
- 44
- Drosselkanalthrottle channel
- 55
- AbsperrdrosselkanalAbsperrdrosselkanal
- 66
- Gehäusecasing
- 77
- Dichtungsflächesealing surface
- 88th
- KältemittelströmungsrichtungRefrigerant flow direction
- 8.18.1
- Kältemittelströmungsrichtung im WärmepumpenbetriebRefrigerant flow direction in heat pump operation
- 8.28.2
- Kältemittelströmungsrichtung im KälteanlagenbetriebRefrigerant flow direction in refrigeration system operation
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP00127635A EP1215451A1 (en) | 2000-12-16 | 2000-12-16 | Expansion device in particular for use within combined refrigeration and heat pump systems with carbon dioxide as refrigerant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP00127635A EP1215451A1 (en) | 2000-12-16 | 2000-12-16 | Expansion device in particular for use within combined refrigeration and heat pump systems with carbon dioxide as refrigerant |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EP1215451A1 true EP1215451A1 (en) | 2002-06-19 |
Family
ID=8170704
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EP00127635A Withdrawn EP1215451A1 (en) | 2000-12-16 | 2000-12-16 | Expansion device in particular for use within combined refrigeration and heat pump systems with carbon dioxide as refrigerant |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1215451A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7802441B2 (en) | 2004-05-12 | 2010-09-28 | Electro Industries, Inc. | Heat pump with accumulator at boost compressor output |
| US7849700B2 (en) | 2004-05-12 | 2010-12-14 | Electro Industries, Inc. | Heat pump with forced air heating regulated by withdrawal of heat to a radiant heating system |
| US7861541B2 (en) | 2004-07-13 | 2011-01-04 | Tiax Llc | System and method of refrigeration |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2069630A (en) * | 1935-10-24 | 1937-02-02 | Gen Electric | Flow controlling device for refrigerating systems |
| US4926658A (en) * | 1989-04-14 | 1990-05-22 | Lennox Industries, Inc. | Two way flow control device |
| US5345780A (en) * | 1990-07-18 | 1994-09-13 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce | Bi-flow expansion device |
| US5706670A (en) * | 1996-11-25 | 1998-01-13 | Carrier Corporation | Bidirectional meterd flow control device |
| US5715862A (en) * | 1996-11-25 | 1998-02-10 | Carrier Corporation | Bidirectional flow control device |
| EP0851189A2 (en) * | 1996-12-30 | 1998-07-01 | Carrier Corporation | Bidirectional flow control device |
| US5813244A (en) * | 1996-11-25 | 1998-09-29 | Carrier Corporation | Bidirectional flow control device |
| EP0945290A2 (en) | 1998-03-27 | 1999-09-29 | DaimlerChrysler AG | Method and device for heating and cooling a utility space of an automotive vehicle |
| US6041849A (en) | 1996-01-31 | 2000-03-28 | Valeo Climatisation | Heating device for vehicle using the coolant fluid circuit |
-
2000
- 2000-12-16 EP EP00127635A patent/EP1215451A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2069630A (en) * | 1935-10-24 | 1937-02-02 | Gen Electric | Flow controlling device for refrigerating systems |
| US4926658A (en) * | 1989-04-14 | 1990-05-22 | Lennox Industries, Inc. | Two way flow control device |
| US5345780A (en) * | 1990-07-18 | 1994-09-13 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce | Bi-flow expansion device |
| US6041849A (en) | 1996-01-31 | 2000-03-28 | Valeo Climatisation | Heating device for vehicle using the coolant fluid circuit |
| US5706670A (en) * | 1996-11-25 | 1998-01-13 | Carrier Corporation | Bidirectional meterd flow control device |
| US5715862A (en) * | 1996-11-25 | 1998-02-10 | Carrier Corporation | Bidirectional flow control device |
| US5813244A (en) * | 1996-11-25 | 1998-09-29 | Carrier Corporation | Bidirectional flow control device |
| EP0851189A2 (en) * | 1996-12-30 | 1998-07-01 | Carrier Corporation | Bidirectional flow control device |
| EP0945290A2 (en) | 1998-03-27 | 1999-09-29 | DaimlerChrysler AG | Method and device for heating and cooling a utility space of an automotive vehicle |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7802441B2 (en) | 2004-05-12 | 2010-09-28 | Electro Industries, Inc. | Heat pump with accumulator at boost compressor output |
| US7849700B2 (en) | 2004-05-12 | 2010-12-14 | Electro Industries, Inc. | Heat pump with forced air heating regulated by withdrawal of heat to a radiant heating system |
| US7861541B2 (en) | 2004-07-13 | 2011-01-04 | Tiax Llc | System and method of refrigeration |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE102014219514A1 (en) | Plant-off configuration for an air conditioner | |
| EP3595919B1 (en) | Cooling system of a vehicle, comprising a coolant circuit which can be operated as a cooling circuit for an ac operation and as a heat pump circuit for a heating operation | |
| DE102016013492A1 (en) | Expansion and shut-off valve | |
| EP1347885A1 (en) | System and method for cooling or heating | |
| DE10313850B4 (en) | Refrigerant circuit with two-stage compression for a combined refrigeration system and heat pump operation, especially for motor vehicles | |
| DE102018201942B4 (en) | Valve closing body, a valve arrangement with a multi-way control valve, and a refrigerant circuit for a vehicle | |
| EP1215451A1 (en) | Expansion device in particular for use within combined refrigeration and heat pump systems with carbon dioxide as refrigerant | |
| DE10162785B4 (en) | Valve combination for a fluid circuit with two pressure levels, in particular for a combined refrigeration system / heat pump cycle | |
| DE10310992B4 (en) | Combined refrigeration system and heat pump cycle | |
| EP3334634A1 (en) | Method for operating a vehicle, and vehicle | |
| DE102014108454A1 (en) | Refrigerant circuit with a bypass line | |
| DE102020131446A1 (en) | Multi-way valve for controlling a refrigerant circuit | |
| DE102009030041A1 (en) | Vehicle air conditioning system with evaporators cooling passenger compartment and e.g. hybrid drive battery, has single excess pressure relief valve | |
| EP1249358B1 (en) | Combined refrigeration and heat pump system, particularly for use in the heating and cooling of passenger compartments of vehicles | |
| DE102005053949B3 (en) | Compressor, for the delivery of compressed air, has a cooling unit for the compressed air with an open bypass tube between the inflow and outflow to prevent freezing | |
| DE102022104545A1 (en) | Refrigerant collector module for a heat pump assembly in a vehicle thermal management system | |
| DE102013008195A1 (en) | rotary vane | |
| DE102009024255A1 (en) | Flap arrangement for use in heating or air-conditioning system of motor vehicle to switch and mix air supplied from cooling or fresh air channel and heat or environmental air channel, has opening locked with outer flap | |
| EP3490825B1 (en) | Air-conditioning device for a motor vehicle and method for the operation thereof | |
| DE102004003501B4 (en) | Air conditioning system for a vehicle, in particular for a motor vehicle | |
| DE102015111252B4 (en) | Valve for an exhaust system of an internal combustion engine | |
| DE102020101030A1 (en) | Device for regulating a flow rate and distributing a fluid in a fluid circuit | |
| DE102004003504B4 (en) | Air conditioning system for a vehicle, in particular for a motor vehicle | |
| DE102007017658B4 (en) | Device for controlling / controlling an exhaust gas flow, heat exchanger, system | |
| DE102018110891A1 (en) | Fridge and / or freezer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
|
| AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR |
|
| AX | Request for extension of the european patent |
Free format text: AL;LT;LV;MK;RO;SI |
|
| 17P | Request for examination filed |
Effective date: 20021107 |
|
| AKX | Designation fees paid |
Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR |
|
| STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN WITHDRAWN |
|
| 18W | Application withdrawn |
Effective date: 20040221 |