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Die Erfindung betrifft einen Kältekreislauf für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Kältekreisläufe für Kraftfahrzeuge sind bekannt. Die Kältekreisläufe dienen einer Temperierung einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs zur Klimatisierung eines Innenraumes des Kraftfahrzeugs. Sie umfassen im Allgemeinen einen Kompressor, einen Kondensator, ein Expansionsventil und einen Verdampfer, wobei der Verdampfer eine Verbindung zum Innenraum des Kraftfahrzeugs aufweist.
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Aus dem Stand der Technik bekannt sind Kältekreisläufe für Kraftfahrzeuge, die eine Kumulation möglicher brennbarer Kühlmittel im Innenraum des Kraftfahrzeugs verhindern. Problematisch ist dennoch, dass sich im Bereich eines Antriebsaggregates des Kraftfahrzeugs und dessen Auspuffstrangs entzündliche und/oder explosive Kühlmittel-Luft-Gemische ansammeln können.
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So geht aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2008 010 024 A1 ein Kältekreislauf für ein Kraftfahrzeug hervor, welcher eine mit einem Brand hemmenden Medium gefüllte Sicherheitsvorrichtung aufweist. Bei einer Branderkennung, insbesondere bei einer Leckage des Kältekreislaufes kann das Medium über ein steuerbares Ventil direkt in einen Motorraum des Kraftfahrzeugs geleitet werden.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2008 059 942 A1 offenbart einen Kältekreislauf für ein Kraftfahrzeug, welches das Kühlmittel des Kältekreislaufes als Löschmittel einsetzt. Zur Löschung werden Notfallöffnungen des Kältekreislaufes geöffnet, über die das Kühlmittel entweichen kann. Die Notfallöffnungen sind an bestimmten Positionen des Kältekreislaufes angeordnet.
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Ebenso offenbaren die Offenlegungsschrift
US 5,515,691 A sowie die Offenlegungsschrift
US 5,934,379 A einen Kältekreislauf, dessen Kühlmittel im Fall eines Brandes als Löschmittel verwendet wird, wobei das Kühlmittel durch im Kältekreislauf vorgesehene Notfallöffnungen bzw. Ventilen strömt.
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Der Offenlegungsschrift
DE 10 2008 059 968 A1 ist ein Kältekreislauf eines Kraftfahrzeugs zu entnehmen, welcher zur Kühlung einer Batterie mit derselben mittels durchströmbaren Leitungen verbunden ist. Das Kühlmittel des Kältekreislaufes wird bei einem Brand in einen Innenraum der Batterie geleitet und dient der Löschung des Brandes. Damit das Kühlmittel in den Innenraum der Batterie zur Löschung eintreten kann, sind in den Leitungen Notfallöffnungen ausgebildet, die im Bedarfsfall gesteuert geöffnet werden.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen verbesserten Kältekreislauf für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Kältekreislauf für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Der erfindungsgemäße Kältekreislauf für ein Kraftfahrzeug umfasst einen Kompressor, einen Kondensator, ein Expansionsventil und einen Verdampfer, wobei der Kompressor, der Kondensator, das Expansionsventil und der Verdampfer mit Hilfe von Leitungen seriell kreislaufartig von Kühlmittel durchströmbar miteinander verbunden sind. Des Weiteren ist zum Ablassen von Kühlmittel in einer der Leitungen im Kältekreislauf ein Ablassventil integriert. Erfindungsgemäß weist der Kältekreislauf ein in den Kältekreislauf in einer der Leitungen integriertes Behältnis mit einem Löschmittel auf. Der Vorteil ist, dass aufgrund der Integration des Behältnisses in eine der Leitungen des Kältekreislaufes das Löschmittel in den Kältekreislauf einströmen kann um an entsprechender Stelle des Kältekreislaufes, welche beschädigt ist, zu entweichen und in diesem Bereich zu löschen. Somit kann das Löschmittel genau an der beschädigten Stelle des Kältekreislaufes seine brandlöschende Funktion erfüllen. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass das Löschmittel gezielt am Brandherd eingesetzt werden kann.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kältekreislaufes weist das Löschmittel eine vom Kühlmittel abweichende Zusammensetzung auf. Das Kühlmittel, welches im Kältekreislauf eingesetzt wird, muss nicht zwangsläufig eine brandlöschende Wirkung aufweisen oder weist bspw. eine nur geringe brandlöschende Wirkung auf. Somit ist der Vorteil dieser Ausgestaltung, dass ein Löschmittel mit einer hohen brandlöschenden Wirkung unabhängig von der Zusammensetzung des Kühlmittels einzusetzen ist.
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Bevorzugt ist das Ablassventil steuerbar ausgebildet. Üblicherweise besitzen die Kältekreisläufe des Standes der Technik ein Ablassventil, um bei einer Druckerhöhung im Kältekreislauf ein Bersten der Leitungen und/oder der Bauteilaggregate zu verhindern. Bisher wurden Ablassventile eingesetzt, welche unkontrolliert, mit andern Worten ungesteuert geöffnet werden. Der Vorteil des steuerbaren Ablassventils ist die kontrollierte Herbeiführung eines Ausströmens des Kühlmittels aus dem Kältekreislauf, so dass das Bersten im Kältekreislauf gezielt, mit anderen Worten gesteuert, verhindert werden kann. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist, dass bei einer Öffnung des Behältnisses und einem Einströmen des Löschmittels in den Kältekreislauf unmittelbar das Ablassventil geöffnet werden kann um eine Strömungsrichtung für das Löschmittel im Kältekreislauf herbeizuführen.
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Würde bspw. das Kühlmittel in Form des 2,3,3,3-Tetrafluorpropen, bzw. des unter dem Handelsnamen R-1234yf bekannten Kühlmittels vorliegen, kann der vom Löschmittel erzeugte Druckstoß genutzt werden, damit eine so große Menge des Kühlmittels über das Ablassventil entweichen kann, dass eine Konzentration der oberen Explosionsgrenze des Kühlmittels überschritten wird und somit keine Explosionsgefahr bestünde. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass mit Hilfe des steuerbaren Ablassventils die Zündgrenze des Kühlmittel-Luftgemisches gezielt überschritten werden kann. Durch eine gezielte Ausströmung des Kühlmittels über das Ablassventil in einer gesteuert herbeigeführten Menge kann das Kühlmittel somit nicht mehr brandbeschleunigend wirken.
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In einer weiteren Ausgestaltung sind das Behältnis im Bereich einer ersten Seite des Kondensators und das Ablassventil im Bereich einer von der ersten Seite abgewandt ausgebildeten zweiten Seite des Kondensators im Kältekreislauf angeordnet. Der Vorteil ist, dass das Kühlmittel kondensiert über das Ablassventil aus dem Kältekreislauf strömen und sich das eintretende Löschmittel bis zur beschädigten Stelle frei entspannen kann um an dieser Stelle den Brand oder das Feuer zu löschen.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist das Behältnis gesteuert zu öffnen. Der Vorteil ist, dass bspw. bei entsprechend hohen Impulsen auf das Kraftfahrzeug, welche bspw. mit Hilfe von Beschleunigungssensoren zu messen sind, das Behältnis geöffnet werden kann, bevor ein detektierbarer Brand ausgebildet ist, so dass das Löschmittel bereits in den Kältekreislauf einströmen kann, um möglicherweise einen Brand bereits in seinem Brandherd zu ersticken.
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Bevorzugt weist das Behältnis zum Öffnen ein Sprengelement auf, wodurch ein schlagartiges Öffnen des Behältnisses und damit ein schnelles Entweichen des Löschmittels aus dem Behältnis in den Kältekreislauf herbeigeführt werden kann. Des Weiteren wird durch das Sprengelement ein zusätzlicher Druckstoß im Kältekreislauf erwirkt, welcher das Ausströmen des Kühlmittels über das Ablassventil aus dem Kältekreislauf und ebenso die Ausbreitung des Löschmittels im Kältekreislauf beschleunigt.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist das Sprengelement airbagartig auslösbar. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass das Sprengelement schlagartig, nahezu in Form einer Sprungfunktion, ausgelöst wird. Sobald am Kältekreislauf Rauch und/oder Brand in Folge eines Ausströmens des Kühlmittels erkannt wird, wird das Sprengelement zur Öffnung des Behältnisses ausgelöst.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist das Löschmittel Kohlendioxid. Der Vorteil von Kohlendioxid ist, dass es nicht toxisch ist, nicht aggressiv gegenüber allen gängigen Werkstoffen und sich vorteilhafterweise nach seinem Einsatz rückstandsfrei verflüchtigt.
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Bevorzugt ist zumindest ein Sensor vorgesehen, welcher eine Ansteuerung des Behältnisses, resp. des Sprengelementes und/oder des Ablassventils initiiert.
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Das Behältnis ist bevorzugt in Form einer Kapsel ausgebildet, welche auf einfache Art in den Kältekreislauf in eine der Leitungen zu integrieren ist. Üblicherweise weisen Kapseln einen Kapselhals auf, der bspw. mit Hilfe eines am Kapselhals ausgebildeten Gewindes in einer im Kältekreislauf ausgebildeten komplementären Gewindefassung aufgenommen wird.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Gleichen oder funktionsgleichen Elementen sind identische Bezugszeichen zugeordnet. Es zeigen:
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1 in einer perspektivischen schematischen Darstellung einen erfindungsgemäßen Kältekreislauf für ein Kraftfahrzeug mit einem Behältnis in einem geschlossenen Zustand, und
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2 in einer perspektivischen schematischen Darstellung den Kältekreislauf gem. 1 mit dem Behältnis in einem geöffneten Zustand.
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Ein erfindungsgemäßer Kältekreislauf 1 für ein Kraftfahrzeug 2 ist gemäß 1 aufgebaut. Der Kältekreislauf 1 umfasst einen Kondensator 3, welcher mittels einer durchströmbaren ersten Leitung 4 mit einem Kompressor 5 verbunden ist. Der Kompressor 5 ist über eine durchströmbare zweite Leitung 6 mit einem Verdampfer 7 verbunden, welcher über eine durchströmbare dritte Leitung 8 mit dem Kondensator 3 zur Herbeiführung eines Strömungskreislaufes eines den Kältekreislauf 1 durchströmenden Kühlmittels 10 verbunden ist. Zwischen dem Verdampfer 7 und dem Kondensator 3 ist in der dritten Leitung 8 ein Expansionsventil 9 vorgesehen.
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Über das Expansionsventil 9 wird das den Kältekreislauf 1 durchströmende Kühlmittel 10 dem Kältekreislauf 1 in flüssigem Aggregatzustand zugeführt. Ausgehend vom Expansionsventil 9 strömt das Kühlmittel 10 in den Verdampfer 7, in welchem es durch Zufuhr von Wärme verdampft und somit in einen gasförmigen Aggregatzustand gelangt.
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Das im gasförmigen Aggregatzustand vorliegende Kühlmittel 10 strömt in den Kompressor 5, von welchem es angesaugt und verdichtet wird, wobei es aufgrund der Verdichtung ein höheres Druck- und Temperaturniveau stromab des Kompressors 5, somit in der ersten Leitung 4, aufweist, als in der stromauf des Kompressors 5 ausgebildeten zweiten Leitung 6.
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Über die erste Leitung 4 gelangt das Kühlmittel 10 in den Kondensator 3, in welchem es ausgehend von seinem gasförmigen Aggregatzustand unter Wärmeabgabe wieder in den flüssigen Aggregatzustand gebracht wird.
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Der erfindungsgemäße Kältekreislauf 1 umfasst zusätzlich ein zwischen dem Kondensator 3 und dem Kompressor 5 ausgebildetes Behältnis 11, welches mit einem Löschmittel 12 gefüllt ist. Das Behältnis 11 ist auf einer ersten Seite 19 des Kondensators 3 angeordnet.
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Das Löschmittel 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel gasförmiges Kohlendioxid CO2. Das Behältnis 11 wird im Bedarfsfall, bspw. bei detektiertem Feuer, mit Hilfe eines integrierten Sprengelementes 13 geöffnet, so dass das Löschmittel 12 aus dem Behältnis 11 in den Kältekreislauf 1 strömen kann. Das Sprengelement 13 ist im Behältnis 11 durch eine Membran 18 vom Löschmittel 12 getrennt aufgenommen.
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Des Weiteren umfasst der Kältekreislauf 1 ein zwischen dem Kondensator 3 und dem Expansionsventil 9 in der dritten Leitung 8 auf einer von der ersten Seite 19 abgewandt ausgebildeten zweiten Seite 20 des Kondensators 3 angeordnetes Ablassventil 14, über welches das Kühlmittel 10 den Kältekreislauf 1 verlassen, mit anderen Worten aus dem Kältekreislauf 1 strömen kann.
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Zusätzlich weist der Kältekreislauf 1 einen Sensor 15 auf, welcher mit dem Ablassventil 14 und dem Behältnis 11 in Verbindung steht. Mit Hilfe des Sensors 15 wird eine Rauchentwicklung detektiert. Sofern eine Rauchentwicklung vom Sensor 15 detektiert wird, werden über die Verbindungen mit dem Sensor 15 das Behältnis 11 bzw. das Ablassventil 14 gesteuert. Das Sprengelement 13 dient dem Öffnen des Behältnisses 11 damit das Löschmittel 12 aus dem Behältnis 11 entweichen und in den Kältekreislauf 1 eindringen kann. Zeitgleich oder nahezu zeitgleich wird das Ablassventil 14 geöffnet, damit das Kühlmittel 10 aus dem Kältekreislauf 1 entweichen kann.
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In 1 ist der Kältekreislauf 1 mit dem Behältnis 11 in einem geschlossenen Zustand dargestellt. Die dritte Leitung 8 weist eine Schadstelle 16 auf, welche bspw. aufgrund eines Unfalls entstanden ist. Aus dieser Schadstelle 16 strömt das Kühlmittel 10, welches aufgrund einer benachbarten heißen Abgaseinheit 17 des Kraftfahrzeugs 2 entflammt.
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2 zeigt den Kältekreislauf 1 mit dem Behältnis 11 in einem geöffneten Zustand. Sobald mit Hilfe des Sensors 15 eine Rauch- oder Feuerentwicklung des sich entzündenden oder entflammenden Kühlmittels 10 detektiert ist, wird das Ablassventil 14 geöffnet und gleichzeitig bzw. nahezu gleichzeitig wird das Behältnis 11 mit Hilfe des Sprengelementes 13 geöffnet, so dass das Löschmittel 12 aus dem Behältnis 11 in den Kältekreislauf 1 einströmen kann. Grundsätzlich ist das Prinzip einer Auslösung eines Airbags eingesetzt. Bevorzugt ist das Sprengelement 13 mittels der Membran 18 vom Löschmittel 12 getrennt, so dass beim Auslösen des Sprengelementes 13 die Membran 18 und damit das Behältnis 11 zerstört wird, damit das Löschmittel 12 in die erste Leitung 4 und somit in den Kältekreislauf 1 eintreten bzw. einströmen kann.
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Das Kühlmittel 10 tritt über das Ablassventil 14 aus, während das Löschmittel 12 im Kältekreislauf 1 zur beschädigten Stelle 16 des Kältekreislaufes 1 strömt um das dort entstandene Feuer zu löschen. Durch das gesteuerte Ablassen des Kühlmittels 10 über das Ablassventil 14 kann eine Strömungsrichtung des Löschmittels 12 herbeigeführt werden, so dass das Löschmittel 12 an die Schadstelle 16 strömt um dort über die Schadstelle 16 auszuströmen und das Feuer zu löschen.
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Der Behältnis 11 ist in diesem Ausführungsbeispiel in Form einer Kapsel ausgestaltet. Selbstredend könnte er jede andere Form aufweisen.
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Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Kältekreislaufes 1 können somit Brände insbesondere in einem Motorraum des Kraftfahrzeugs gezielt bekämpft und/oder verhindert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008010024 A1 [0004]
- DE 102008059942 A1 [0005]
- US 5515691 A [0006]
- US 5934379 A [0006]
- DE 102008059968 A1 [0007]
