CN109789751B - 组合的冷却和灭火系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的组合的冷却和灭火系统（3）。另一权利要求涉及一种具有所述组合的冷却和灭火系统（3）的机动车。该组合的冷却和灭火系统（3）包括冷却系统（4），二氧化碳（CO2）作为冷却剂在该冷却系统内部循环，其中，所述冷却系统（4）具有压缩机（6）、蒸发器（8）、膨胀阀（7）和冷凝器（9）。该组合的冷却和灭火系统（3）还包括：带有压力容器（14）的灭火系统（5），压缩的CO2蓄存在该压力容器中；和控制阀（21），该控制阀与所述灭火系统（5）的压力容器（14）连接且与所述冷却系统（4）连接，以及该控制阀被设计用于把来自所述压力容器（14）的CO2输送给所述冷却系统（4），并在相反的方向上把所述冷却系统（4）的CO2输送给所述压力容器（14）。

Description

组合的冷却和灭火系统
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的组合的冷却和灭火系统。此外，要求保护一种带有组合的冷却和灭火系统的机动车。
背景技术
用于机动车的冷却系统或空调设备通常包括压缩机、膨胀阀、蒸发器和冷凝器。冷却剂在空调设备内部循环，该冷却剂尤其可以是二氧化碳（CO2）。CO2也称为制冷剂R744。CO2可以在空调设备内部被压缩机压缩。压缩机在此通常通过皮带传动机构驱动，该皮带传动机构又由机动车的内燃机驱动。在已知的机动车中、特别是在混合动力车辆中，设有马达-停机-功能，以便降低机动车的燃料消耗。
然而，空调设备的压缩机如前所述大多与皮带传动机构耦接，从而为了使空调设备工作，内燃机必须运转。虽然在空调设备内部始终都存在一定的潜在冷气（Latenzkälte），特别是在空调设备和制冷剂的热交换器或蒸发器的范围内。但是，这种潜在冷气通常在几秒钟之后就已耗尽，并且不再提供用来冷却特别是机动车的内部空间。
为了能进一步实现内部空间的进一步冷却，并且因此能进一步实现机动车乘客的行驶舒适性，通常再次启动内燃机，这难以节约燃料。
此外，已知用于机动车的灭火系统，所述灭火系统包括CO2作为灭火剂。CO2特别适合于熄灭电子器件的阴燃火灾、原油衍生物的液体火灾和由原油衍生物引发的固体火灾。
发明内容
本发明的目的可以在于，提出开篇所提到的类型的冷却系统，当冷却系统不被机动车的内燃机驱动时，该冷却系统能实现更长久地对机动车的内部空间冷却。
该目的通过独立的专利权利要求的主题来实现。有利的实施方式是从属权利要求、后续的说明书以及附图的主题。
根据本发明的第一方面，提出一种组合的冷却和灭火系统。该组合的冷却和灭火系统尤其可以使用在机动车中。组合的冷却和灭火系统包括冷却系统，二氧化碳（CO2）作为冷却剂在该冷却系统内部循环，其中，该冷却系统具有压缩机、蒸发器、膨胀阀和冷凝器。
CO2在消耗驱动能量—该驱动能量可以特别是由机动车的内燃机提供—的情况下可以被压缩机压缩。在冷凝器中，CO2可以冷凝，其中，所述CO2可以在高温情况下将热量特别是排放给机动车的外部环境，相应于在高压情况下同样高的冷凝温度。液化的CO2随后可以被引导至膨胀阀，所述CO2在那里减压。然后，在蒸发器内部，CO2接下来通过蒸发在低温情况下吸收热量、特别是机动车的内部空间的热量。压缩机又从蒸发器吸收蒸发的CO2，由此循环过程关闭。
组合的冷却和灭火系统还包括带有压力容器的灭火系统，压缩的CO2蓄存在该压力容器中。CO2作为灭火剂用于灭火系统，以便特别是在机动车的马达室的区域中灭除火焰。
组合的冷却和灭火系统还包括控制阀，该控制阀与灭火系统的压力容器连接且与冷却系统连接，并且该控制阀被设计用于把来自压力容器的CO2输送给冷却系统，且把冷却系统的CO2输送给压力容器。在此尤其可以把来自压力容器的CO2输送给在膨胀阀之前或在压缩机之前的区域，或者从所提到的区域获得CO2，以便排放到压力容器中。
通过把来自压力容器的CO2输送到冷却系统中，可以提高冷却系统的容量、特别是冷却系统内部的冷却剂的热容量，以便即使在较长的马达-停机-阶段中也能通过这种方式确保对车辆的内部空间冷却。此外，通过输送来自压力容器的CO2，可以补偿冷却系统的可能的泄漏。另外，能够把来自压力容器的CO2输送到冷却系统中，这不会损害灭火系统的灭火功能，因为来自冷却系统的CO2也又可以以相反的方向输送给灭火系统的压力容器。
总之，还可以提高在组合的冷却和灭火系统中的CO2量，以便更有效地设计灭火功能。此外，可以通过系统中的提高的CO2量来补偿泄漏。用来确定为此必需的CO2量的控制参数（Führungsgröße）于是并非必须仅取决于用于使冷却系统工作所需的必需量，而是还取决于下述CO2量，人们需要该CO2量，以便特别是能够使得机动车的马达室在一定的时间内充满CO2，以灭除火焰。
根据一种实施方式规定：控制阀被设计用于当冷却系统的压缩机未被驱动时、特别是当压缩机未被机动车的内燃机驱动时，运动（begeben）到朝向冷却系统打开的位置中。在打开的位置中，控制阀朝向压力容器关闭且朝向冷却系统打开，从而压缩的或者处于压力下的CO2能够从压力容器流入到冷却系统中，相反却没有CO2能从冷却系统流入到压力容器中。通过这种方式可以提高冷却系统内部的CO2质量。由此提高冷却系统的容量，并且能实现机动车的内部空间的尤其保持长久的冷却。
根据另一种实施方式规定：控制阀被设计用于如果压缩机特别是借助于机动车的内燃机被驱动，就运动到关闭的位置中。在关闭位置中，控制阀朝向压力容器关闭且朝向冷却系统关闭，从而既不会有CO2从压力容器流入到冷却系统中，又不会有CO2从冷却系统流入到压力容器中。换句话说，压力容器在控制阀的两侧关闭的位置中与冷却系统脱离耦接。特别是在下述情况下控制阀的这种两侧关闭的位置是有利的：冷却系统被启动，其方式为，特别是通过被机动车的内燃机驱动的皮带传动机构来驱动该冷却系统的压缩机。通过前述的脱离耦接可以实现把最佳量的CO2特别是引导至膨胀阀，由此可以实现冷却系统的特别高的热效率。
根据另一种实施方式规定：控制阀被设计用于如果灭火系统排放出CO2以用于灭除火焰，就移动到关闭的位置中。在该关闭的位置中，控制阀特别是朝向冷却系统关闭，从而没有CO2能够从压力容器流入到冷却系统中。但在压力容器的方向上，控制阀可以打开，从而CO2能够从冷却系统流入到压力容器中。由此给灭火系统提供特别大量的CO2以便灭除火焰。
根据另一种实施方式规定：控制阀被设计用于如果冷却系统处于稳态的状态下，就移动到朝向压力容器打开的位置中。“稳态的状态”就此而言尤其可以是指，冷却系统已经设定或者调节了特别是在机动车的内部空间中的规定的（空气）温度。控制阀朝向压力容器打开，从而CO2能够从冷却系统流入到压力容器中。但控制阀朝向冷却系统关闭，从而没有CO2能够从压力容器流入到冷却系统中。通过这种方式可以增大压力容器内部的CO2量，从而给灭火系统提供特别大量的CO2以便灭除可能的火焰。此外，如果冷却系统的压缩机不再被内燃机驱动（见上面），压力容器内部的增大的CO2量就可以用于再次输送给冷却系统。
根据另一种实施方式规定：控制阀是过压阀、恒温阀或电磁阀。这样的阀门特别好地适合于实现控制阀的上述功能。
根据本发明的第二方面，提出了一种车辆、特别是机动车。该车辆包括前面结合本发明的第一方面介绍过的组合的冷却和灭火系统。
根据一种实施方式，该车辆还包括内燃机和皮带传动机构，其中，该内燃机被设计用于驱动皮带传动机构。另外，冷却系统的压缩机与皮带传动机构如此耦接，使得皮带传动机构能够驱动压缩机。关于根据本发明的车辆的其他效果、优点和实施方式，为避免赘述，参见与本发明的第一方面有关的前述说明以及参见下面的附图说明。
附图说明
下面借助示意性的且未按照正确比例的附图详述本发明的实施例。在此：
图1示出了根据本发明的机动车的一种实施例的侧视图，其带有根据本发明的组合的冷却和灭火系统的一种实施例；
图2示出了用于根据图1的机动车的根据本发明的组合的冷却和灭火系统的一种实施例的示意图。
具体实施方式
图1示出了一种机动车1，在所示的实施例中为可以由内燃机2驱动的轿车（Pkw）。此外，该机动车1包括组合的冷却和灭火系统3，该组合的冷却和灭火系统具有压缩机（图2），该压缩机可以由内燃机2驱动。图2示出了该组合的冷却和灭火系统3的各个组件。于是，该组合的冷却和灭火系统3具有空调设备4形式的冷却系统并且还包括灭火系统5。
空调设备4包括压缩机6、膨胀阀7、蒸发器8和冷凝器9。冷凝器6通过第一连接线路10与蒸发器8连接。蒸发器8利用第二连接线路11与膨胀阀7连接。膨胀阀7通过第三连接线路12与冷凝器6连接。冷凝器6通过第四连接线路13与压缩机6连接。压缩机6、膨胀阀7、蒸发器8和冷凝器9以及连接线路10至13形成一冷却回路，形式为二氧化碳（CO2）的冷却剂在该冷却回路内部循环。
特别地，CO2在消耗驱动能量（该驱动能量可以由内燃机2提供）的情况下可以被压缩机6压缩。在下游的冷凝器9中，CO2可以冷凝，其中，所述CO2可以在高温情况下将热量特别是排放给机动车1的外部环境E（图1），相应于在高压情况下同样高的冷凝温度。液化的CO2随后可以被引导至膨胀阀7，在那里，CO2的压力减小。在蒸发器8内部，CO2然后可以通过蒸发而在低温情况下吸收热量，特别是机动车1的内部空间I（图1）的热量。压缩机6又从蒸发器8吸收蒸发的CO2，由此循环过程关闭。
灭火系统5具有压力容器14、第一喷嘴15和第二喷嘴16。在压力容器14中蓄存着压缩的CO2。在所示的实施例中，压力容器14通过第五连接线路18的第一支路17与第一喷嘴15连接，并通过第五连接线路18的第二支路19与第二喷嘴16连接。喷嘴15和16指向内燃机2，从而从喷嘴15和16流出的CO2可以用于在内燃机2的区域中灭除火焰。灭火系统5内部的CO2因而用作灭火剂。
内燃机2可以驱动皮带传动机构20。压缩机6与该皮带传动机构耦接，从而压缩机6可以通过皮带传动机构20被驱动。通过这种方式，内燃机2可以通过皮带传动机构20驱动压缩机6。
组合的冷却和灭火系统3还包括控制阀21。该控制阀21在输入侧通过第六连接线路22与压力容器14连接。此外，控制阀21在输出侧通过第七连接线路23与冷却系统4在冷凝器9和膨胀阀7之间的第三连接线路12连接。替代地，控制阀21在输出侧也可以通过第八连接线路24与在压缩机6和蒸发器8之间的第一连接线路10连接。
控制阀21被设计用于通过第六连接线路22和第七连接线路23把来自压力容器14的CO2输送给冷却系统4的第三连接线路12。通过这种方式，可以在膨胀阀7前面的区域中把附加的CO2输送给冷却系统4。替代地，控制阀21可以被设计用于通过第六连接线路22和第八连接线路24把来自压力容器14的CO2输送给第一连接线路10。通过这种方式，可以在压缩机6前面的区域中把附加的CO2输送给冷却系统4。
通过在冷却系统4内部的这种附加量的CO2，可以提高冷却剂系统4的容量，特别是在冷却系统4内部循环的冷却剂的热容量。由此当压缩机6不再工作时可以使得存在于冷却系统内部的潜在冷气保持较长的时间段。特别是当内燃机2例如通过机动车1的自动的马达-停机-功能被切断时就是这种情况，例如在机动车1较长的停车时间的情况下或者在切换到一种替代的驱动装置、特别是电动马达时，该马达-停机-功能使得内燃机2自动地关掉。在这种情况下，内燃机2不再驱动皮带传动机构20，压缩机6通常固定地与该皮带传动机构耦接。当压缩机6不再被驱动时，它便缺少用来压缩和输送CO2所必需的驱动能量。由此停止CO2的压缩和输送。冷却系统4因而“停下来”。已输送给冷却系统4的附加量的CO2在冷却系统4停机时负责在以后消耗冷却系统4内部的潜在冷气，并且最终即使在较长时间段的停机状态下冷却系统4也可以吸收特别是来自机动车1的内部空间I的空气的热量，并且可以以这种方式更久地对内部空间I冷却。此外，可以通过冷却系统4中的增加的CO2量来补偿CO2的泄漏。
控制阀21还可以被设计用于当冷却系统4启动时使得压力容器14与冷却系统4的第三连接线路12或第一连接线路10脱离耦接。“启动”尤其可以指压缩机6（又）通过皮带传动机构20被内燃机2驱动。此外，也可以当灭火系统5需要CO2来灭除内燃机2的区域中的火焰时进行脱离耦接。
压力容器14与冷却系统4的第三连接线路12或第一连接线路10进行脱离耦接的方式为：控制阀21移动到关闭的位置中或者被移动到关闭的位置中，在该关闭的位置中，第六连接线路22和第七连接线路23或第八连接线路24不相互连接。通过这种方式，不给冷却系统4输送来自压力容器14的附加量的CO2。相反，也不给压力容器14输送来自冷却系统4的CO2。换句话说，控制阀21位于在两侧都关闭的位置中。通过前述的脱离耦接，可以实现特别是在冷却系统4的启动阶段期间—在该启动阶段中，尚未设定例如机动车1的内部空间I的规定的温度—把最佳量的CO2特别是引导至膨胀阀7，由此可以实现冷却系统4的特别高的热效率。
如果冷却系统4已经调节了特别是机动车的内部空间I中的规定的温度，冷却系统4就处于稳态的状态下。在该稳态的状态下有利的是：给压力容器14填充来自冷却系统4的CO2，以便在压力容器14内部引起压力建立。输送给压力容器14的CO2于是提供给灭火系统5，特别是用于熄灭可能的火灾。此外，如果内燃机2停机，并且因此内燃机2不再通过皮带传动机构20驱动压缩机6，则储备在压力容器14中的CO2可以用于再次输送给冷却系统4。
为此目的，控制阀21可以被设计用于把来自冷却系统4的第三连接线路12的CO2输送给压力容器14，更确切地说，通过第七连接线路23、控制阀21和第六连接线路22输送给该压力容器。通过这种方式，可以从膨胀阀7前面的区域从冷却系统4取走CO2，并将所述CO2输送给灭火系统5的压力容器14。以类似的方式，控制阀21可以被设计用于把来自冷却系统4的第一连接线路10的CO2输送给压力容器14，更确切地说，通过第八连接线路24、控制阀21和第六连接线路22输送给该压力容器。通过这种方式，可以从压缩机6前面的区域从冷却系统4取走CO2，并将所述CO2输送给灭火系统5的压力容器14。

Claims (7)

1.一种用于机动车（1）的组合的冷却和灭火系统（3），包括：
- 冷却系统（4），二氧化碳（CO2）作为冷却剂在该冷却系统内部循环，其中，所述冷却系统（4）具有压缩机（6）、蒸发器（8）、膨胀阀（7）和冷凝器（9）；
- 带有压力容器（14）的灭火系统（5），压缩的CO2蓄存在该压力容器中；
- 控制阀（21），
其中，所述控制阀（21）：
- 与所述灭火系统（5）的压力容器（14）连接且与所述冷却系统（4）连接；且
- 被设计用于把来自所述压力容器（14）的CO2输送给所述冷却系统（4），并把来自所述冷却系统（4）的CO2输送给所述压力容器（14），
其中，所述控制阀（21）被设计用于如果所述灭火系统（5）排放出CO2以便灭除火焰就移动到关闭的位置中。
2.如权利要求1所述的组合的冷却和灭火系统（3），其中，所述控制阀（21）被设计用于当所述冷却系统（4）的压缩机（6）未被驱动时运动到朝向所述冷却系统（4）打开的位置中。
3.如权利要求1或2所述的组合的冷却和灭火系统（3），其中，所述控制阀（21）被设计用于如果所述压缩机（6）被驱动就运动到关闭的位置中。
4.如权利要求1或2所述的组合的冷却和灭火系统（3），其中，所述控制阀（21）被设计用于如果所述冷却系统（4）处于稳态的状态下就移动到朝向所述压力容器（14）打开的位置中。
5.如权利要求1或2所述的组合的冷却和灭火系统（3），其中，所述控制阀（21）是过压阀、恒温阀或电磁阀。
6.一种机动车（1），包括如前述权利要求中任一项所述的组合的冷却和灭火系统（3）。
7.如权利要求6所述的机动车（1），还包括内燃机（2）和皮带传动机构（20），其中，所述内燃机（2）被设计用于驱动所述皮带传动机构（20），并且所述冷却系统（4）的压缩机（6）与所述皮带传动机构（20）如此耦接，使得所述皮带传动机构（20）能够驱动所述压缩机（6）。
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