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Die Erfindung betrifft eine Kompressionskältemaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem geschlossenen Kältemittelkreislauf, welcher zumindest einen Verdichter und ein Expansionsorgan miteinander verbindet, wobei der Kältemittelkreislauf einen in Strömungsrichtung hinter dem Verdichter und vor dem Expansionsorgan angeordneten Hochdruckabschnitt, einen in Strömungsrichtung hinter dem Expansionsorgan und vor dem Verdichter angeordneten Niederdruckabschnitt und eine Ablassvorrichtung umfasst, durch deren Aktivierung wenigstens eine Ablassöffnung zum Ablassen des Kältemittels aus dem Kältemittelkreislauf öffenbar ist.
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Bei einer Nutzung von Kompressionskältemaschinen in Kraftfahrzeugen besteht die Gefahr, dass ein Kältemittelkreislauf der Kompressionskältemaschine bei einem Unfall beschädigt wird. Bei einer Beschädigung ist es möglich, dass Kältemittel an einer nicht näher definierten Stelle des Kältemittelkreislaufs austritt. In Abhängigkeit der Stoffeigenschaften des verwendeten Kältemittels kann dies nachteilige Folgen haben. Beispielsweise kann sich ein entzündliches Kältemittel an heißen Teilen des Kraftfahrzeugs, beispielsweise an einem Motor, entzünden. Auch kann ausgetretenes Kältemittel über eine Lüftung in den Fahrzeuginnenraum gelangen.
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Es ist daher bekannt, Ablassvorrichtungen im Kältemittelkreislauf einer Kompressionskältemaschine vorzusehen, über die Kältemittel an einer definierten Stelle aus dem Kältemittelkreislauf führbar ist. Dies ist einerseits möglich, wenn die Anlage während ihres Betriebs bestimmte obere System- bzw. Betriebsgrenzen, wie einen maximal zulässigen Druck, überschreitet. Die Ablassvorrichtung kann hierzu in Form einer mechanischen Berstscheibe oder auch eines mechanischen Abblaseventils ausgebildet sein. Andererseits kann ein Ablassen vorgesehen sein, wenn ein Unfall eines Kraftfahrzeugs durch eine Steuereinrichtung erkannt wird. In diesem Fall werden diese Ablassvorrichtungen jedoch von einer kompressionskältemaschinenexternen Steuereinrichtung angesteuert und ausgelöst.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Möglichkeit zum Ablassen von Kältemittel aus dem Kältemittelkreislauf einer Kompressionskältemaschine anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einer Kompressionskältemaschine der eingangs genannten Art bei Aktivierung der Ablassvorrichtung wenigstens eine erste und wenigstens eine zweite Ablassöffnung öffenbar sind, wobei die erste Ablassöffnung in dem Niederdruckabschnitt und die zweite Ablassöffnung in dem Hochdruckabschnitt angeordnet ist.
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Um ein schnelles und zuverlässiges Ablassen des Kältemittels zu erreichen, soll das Ablassen an Komponenten mit hohem Kältemittelfüllgrad erfolgen. Es wurde erkannt, dass die Kältemittelfüllgrade verschiedener Komponenten der Kompressionskältemaschine in Abhängigkeit des Betriebszustandes variieren. Um betriebszustandsunabhängig ein zuverlässiges Ablassen des Kältemittels zu erreichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, Ablassöffnungen sowohl im Hochdruckabschnitt als auch im Niederdruckabschnitt vorzusehen.
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Kompressionskältemaschinen sind grundsätzlich im Stand der Technik bekannt und sollen daher nicht detailliert beschrieben werden. Der Kältemittelkreislauf kann neben dem mindestens einen Verdichter und dem mindestens einen Expansionsorgan weitere Komponenten wie einen inneren Wärmeübertrager (iWÜ), Innenraumwäremübertrager, Umgebungswärmeübertrager und/oder Verdampfer verbinden. Die Expansion durch das Expansionsorgan kann durch ein aktives Expandieren des Mediums, jedoch auch durch ein Drosselventil oder ähnliches erfolgen.
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Die Aktivierung der Ablassvorrichtung kann durch Bereitstellung eines externen Signals, beispielsweise durch einen Unfall- oder Kollisionssensor oder eine Steuereinrichtung eines Kraftfahrzeugs, erfolgen. Alternativ oder ergänzend ist es möglich, eine Aktivierung in Abhängigkeit von Betriebszuständen der Kompressionskältemaschine selbst vorzusehen. Beispielsweise kann bei einem Überdruck im Kältemittelkreislauf oder bei starken auf die Kompressionskältemaschine wirkenden Beschleunigungskräften eine Aktivierung erfolgen. Es ist möglich, dass entsprechende Betriebsparameter von einer Steuereinrichtung über Sensoren erfasst werden und eine Aktivierung der Ablassvorrichtung durch die Steuereinrichtung erfolgt. Bevorzugt werden in diesem Fall reversibel arbeitende Elemente verwendet, bei denen nach dem Öffnen der jeweiligen Ablassöffnung auch ein Schließen der Ablassöffnung erfolgen kann. Alternativ ist es auch möglich, eine Aktivierung der Ablassvorrichtung direkt mechanisch auszulösen, also beispielsweise Spreng- bzw. Berstscheiben vorzusehen, die ein Ablassen bei Überdruck ermöglichen, oder Ventile vorzusehen, die sich bei starken Beschleunigungskräften öffnen und anschließend im Gegensatz zu Berstscheiben auch wieder verschließen können.
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Vorteilhaft umfasst die Ablassvorrichtung ein Verschlusselement, das vor Aktivierung der Ablassvorrichtung sowohl die erste als auch die zweite Ablassöffnung verschließt. Ein derartiges Verschlusselement dichtet sowohl den Niederdruckabschnitt als auch den Hochdruckabschnitt gegenüber einer den geschlossenen Kältemittelkreislauf umgebenden Atmosphäre ab. Das Vorsehen eines gemeinsamen Verschlusselements für beide Ablassöffnungen ermöglicht es, die Ablassvorrichtung besonders einfach und kostengünstig auszubilden.
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Der Hochdruckabschnitt und der Niederdruckabschnitt können ein gemeinsames Bauteil aufweisen, das zwei separate Hohlräume aufweist, wobei der erste der Hohlräume dem Hochdruckabschnitt und der zweite der Hohlräume dem Niederdruckabschnitt zugeordnet ist, wobei das Verschlusselement den ersten und den zweiten Hohlraum trennt. Das Verschlusselement kann somit sowohl den Hochdruck- und den Niederdruckabschnitt gegen die Atmosphäre abdichten, als auch den Niederdruckabschnitt gegen den Hochdruckabschnitt. Insbesondere kann das Verschlusselement einen Trennabschnitt zur Trennung des Hochdruckabschnitts von dem Niederdruckabschnitt und einen ersten und zweiten Verschlussabschnitt, der den ersten bzw. zweiten Hohlraum gemeinsam mit dem Trennabschnitt und dem Bauteil begrenzt, aufweisen.
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Das Verschlusselement kann durch wenigstens eine Sollbruchstelle mit dem Bauteil verbunden sein. Beispielsweise kann das Verschlusselement einteilig mit dem Bauteil ausgebildet sein. Die Sollbruchstelle kann durch eine geringere Materialstärke im Bereich der Sollbruchstelle gebildet werden. Ergänzend können innerhalb des Verschlusselements selbst eine oder mehrere Sollbruchstellen vorgesehen sein, so dass das Verschlusselement bei einem Aktivieren der Ablassvorrichtung in mehrere Bruchstücke zerbricht.
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Das Bauteil kann Anschlüsse für wenigstens eine Leitung des Hochdruckabschnitts und wenigstens eine Leitung des Niederdruckabschnitts aufweisen. Insbesondere kann das Bauteil ein Teil eines internen Wärmeübertragers der Kompressionskältemaschine zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel im Hochdruckabschnitt und dem Kältemittel im Niederdruckabschnitt sein. Dabei ist es möglich, dass der Wärmeübertrager durch einen dem Hochdruckabschnitt und einen dem Niederdruckabschnitt zugeordneten Leitungsabschnitt, die unmittelbar benachbart oder koaxial geführt sind, gebildet ist. Eine Anordnung des Verschlusselements an einem Bauteil, das Anschlüsse für Leitungen des Hochdruck- bzw. Niederdruckabschnitts aufweist, ermöglicht es, das Verschlusselement in einem Bereich anzuordnen, in dem entsprechende Leitungen ohnehin benachbart geführt sind, womit ein gemeinsamer Verschluss der beiden Ablassöffnungen erleichtert ist.
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Das Verschlusselement kann als separates, austauschbares Bauteil ausgebildet sein. Es ist möglich, dass bei Aktivierung der Ablassvorrichtung das Verschlusselement zerstört bzw. beschädigt wird. Vorteilhaft ist ein leichter Austausch des Verschlusselements möglich. Das Verschlusselement kann durch Befestigungselemente, beispielsweise durch ein Verschrauben oder ein formschlüssiges Einrasten, an Teilen des Kältemittelkreislaufes, insbesondere an dem oben beschriebenen Bauteil, angeordnet sein.
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Die Ablassvorrichtung kann wenigstens ein bei Aktivierung der Ablassvorrichtung zündbares pyrotechnisches Element umfassen. Das pyrotechnische Element kann dazu dienen, nach einem Zünden das Verschlusselement von der ersten bzw. zweiten Ablassöffnung zu trennen, Sollbruchstellen zwischen dem Verschlusselement und einem Bauteil aufzubrechen, das Verschlusselement selbst in mehrere Teile zu zerbrechen oder ähnliches. Insbesondere eine Kombination eines pyrotechnischen Elements mit dem beschriebenen gemeinsamen Verschlusselement für beide Ablassöffnungen ermöglicht eine schnelle und zuverlässige Öffnung der Ablassöffnungen, wobei weitere Komponenten der Kompressionskältemaschine unbeschädigt bleiben können.
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Neben der erfindungsgemäßen Kompressionskältemaschine betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, das eine erfindungsgemäße Kompressionskältemaschine umfasst. Die Kompressionskältemaschine kann insbesondere einen Teil einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs bilden. Bevorzugt werden die Ablassöffnungen bzw. ein zum Verschluss der Ablassöffnungen genutztes Verschlusselement derart im Kraftfahrzeug angeordnet, dass ein leichter Zugang zu diesen Komponenten möglich ist. Der Austrittsort des Kältemittels bei einem Aktivieren der Ablassvorrichtung kann gezielt so gewählt werden, dass nachteilige Auswirkungen des Kältemittelaustritts weitgehend vermieden werden können. Wird beispielsweise ein leicht entzündliches Kältemittel genutzt, können die Ablassöffnungen derart angeordnet sein, dass ein Austritt von Kältemittel auf Komponenten des Kraftfahrzeugs, die sich beim Betrieb des Kraftfahrzeugs erhitzen, insbesondere auf einen Motor, verhindert wird. Die Ablassöffnungen können zudem beabstandet von einem Lufteinlass einer Lüftung eines Innenraums des Kraftfahrzeugs angeordnet sein.
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Zweckmäßigerweise umfasst das Kraftfahrzeug eine Unfallerfassungseinrichtung zur Erfassung eines erfolgten oder unmittelbar bevorstehenden Unfalls des Kraftfahrzeug, wobei die Unfallerfassungseinrichtung dazu ausgebildet ist, bei der Erfassung eines Unfalls die Ablassvorrichtung zu aktivieren. Unfallerfassungseinrichtungen, die bereits erfolgte oder bevorstehende Unfälle von Kraftfahrzeugen erfassen, sind im Stand der Technik bekannt und sollen nicht detailliert beschrieben werden. Rein beispielhaft sei das Vorsehen eines Beschleunigungssensors genannt, wobei eine Steuereinrichtung bei einer Erfassung einer Beschleunigung, die einen Beschleunigungsgrenzwert überschreitet, ein Vorliegen eines Unfalls erfasst und die Ablassvorrichtung aktiviert.
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Wird ein schwer entzündliches oder nicht brennbares Kältemittel genutzt, ist es möglich dieses Kältemittel bei einer Aktivierung der Ablassvorrichtung auch aktiv dazu zu nutzen, Komponenten des Kraftfahrzeugs zu kühlen. Es ist daher möglich, dass die erste und/oder die zweite Ablassöffnung derart angeordnet sind, dass bei einem Auslösen der Ablassvorrichtung abgelassenes Kältemittel zumindest teilweise einer beim Betrieb des Kraftfahrzeugs erhitzten Komponente, insbesondere einem Motor, zugeführt wird. Die Zuführung kann insbesondere derart erfolgen, dass die erhitzte Komponente durch das Kältemittel besprüht oder benetzt wird. Beispielsweise können die Ablassöffnungen in einem Bereich des Kraftfahrzeugs oberhalb der zu kühlenden Komponente angeordnet werden. Neben einer reinen Kühlwirkung kann das Zuführen von Kältemittel zu einer beim Betrieb des Kraftfahrzeugs erhitzten Komponente vorteilhaft dazu dienen, Sauerstoff aus dem Bereich dieser Komponente zu verdrängen und somit eine Brandgefahr weiter zu verringern.
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Es ist möglich, dass die Kältemaschine einen Teil einer Wärmepumpe des Kraftfahrzeugs bildet. Durch eine Nutzung einer oder mehrerer Wärmepumpen im Kraftfahrzeug können durch einen gezielten Wärmetransport Kühl- und Heizfunktionen für verschiedene Komponenten bzw. Bereiche des Kraftfahrzeugs besonders energieeffizient bereitgestellt werden.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen sowie den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigen schematisch:
- 1 eine Detailansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, und
- 2 und 3 Detailansichten einer erfindungsgemäßen Kompressionskältemaschine.
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1 zeigt schematisch eine Detailansicht eines Kraftfahrzeugs 1, das eine Kompressionskältemaschine 2 umfasst, die Teil einer nicht gezeigten Klimaanlage des Kraftfahrzeugs 1 ist. In einem geschlossenen Kältemittelkreislauf wird ein Kältemittel in einem Verdichter 3 komprimiert. Anschließend durchströmt es in einem Hochdruckabschnitt des Kältemittelkreislaufs einen Wärmeübertrager 4 und einen internen Wärmeübertrager 5 und wird dem Expansionsorgan 6 zugeführt. Im Expansionsorgan 6 wird das Kältemittel entspannt. Das Expansionsorgan ist als elektrische Komponente oder rein mechanisch ausgeführt. Nach der Expansion wird das Kältemittel durch einen Niederdruckabschnitt des Kältemittelkreislaufes geführt, der das Kältemittel über den weiteren Wärmeübertrager 7 und den internen Wärmeübertrager 8 wieder dem Verdichter 3 zuführt.
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Im Wärmeübertrager 4 erfolgt ein erstes Kühlen des Kältemittels nach der Verdichtung durch Umgebungsluft des Kraftfahrzeugs 1. Ein weiteres Kühlen des Kältemittels erfolgt durch den internen Wärmeübertrager 5, der zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel im Hochdruckabschnitt und dem Kältemittel im Niederdruckabschnitt ausgebildet ist. Der interne Wärmeübertrager 5 wird Bezug auf 2 und 3 noch genauer beschrieben. Über den Wärmeübertrager 7 ist ein Kühlen eines nicht gezeigten externen Mediums, beispielsweise der Luft einer Klimaanlage, möglich.
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Im Kraftfahrzeug 1 soll im Falle eines Unfalls das Kältemittel aus dem Kältemittelkreislauf gezielt abgelassen werden, um einen unkontrollierten Austritt des Kältemittels zu verhindern. Daher ist am internen Wärmeübertrager 5 eine Ablassvorrichtung 8 vorgesehen, bei deren Aktivierung, wie im Folgenden detailliert mit Bezug auf 2 und 3 erläutert, eine erste Ablassöffnung im Niederdruckabschnitt und eine zweite Ablassöffnung im Hochdruckabschnitt geöffnet werden, womit das Kältemittel sowohl aus dem Niederdruckabschnitt als auch aus dem Hochdruckabschnitt austreten kann. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst eine Unfallerfassungseinrichtung 9, die durch Auswerten der Messwerte beispielsweise eines Beschleunigungssensors 10 einen Unfall des Kraftfahrzeugs erkennt und im Fall eines auftretenden Unfalls ein Aktivierungssignal zur Aktivierung der Ablassvorrichtung 8 sendet.
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Im Kraftfahrzeug 1 wird vorzugsweise schwer entflammbares Kältemittel genutzt. Es ist daher möglich, die Ablassöffnungen derart anzuordnen, dass bei einem Auslösen der Ablassvorrichtung 8 das austretende Kältemittel zumindest teilweise den Motor 11 benetzt, um diesen zu Kühlen. In alternativen Ausführungsformen, insbesondere wenn leicht entflammbares Kältemittel genutzt wird, ist es auch möglich, die Ablassöffnungen derart anzuordnen, dass ein Austritt des Kältemittels in einen Bereich erfolgt, in dem keine erhitzten Komponenten angeordnet sind.
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2 und 3 zeigen Detailansichten des internen Wärmeübertragers 5 mit der daran angeordneten Ablassvorrichtung 8. Dabei zeigt 2 eine Schrägansicht und 3 eine geschnittene Ansicht des Wärmeübertragers 5. Der Wärmetauscher 5 umfasst ein Bauteil 26, nämlich einen Anschlussblock, an dem Anschlüsse 20, 21 für eine Leitung des Hochdruckabschnitts und eine Leitung des Niederdruckabschnitts des Kältemittelkreislaufs vorgesehen sind. Durch den Anschlussblock werden die zuvor parallel geführten Leitungen des Hoch- und des Niederdruckabschnitts den koaxialen Leitungsabschnitten 22, 23 zugeführt, womit eine Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel im Hochdruckabschnitt und dem Kältemittel im Niederdruckabschnitt erfolgt.
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Sowohl der Hochdruckabschnitt als auch der Niederdruckabschnitt weisen im Bereich des Bauteils 26 jeweils eine Ablassöffnung 13, 14 auf. Die erste Ablassöffnung 13 ist dem Niederdruckabschnitt zugeordnet und die zweite Ablassöffnung 14 dem Hochdruckabschnitt. Der Niederdruckabschnitt und der Hochdruckabschnitt sind im Bauteil 26 unmittelbar benachbart geführt. Ein Verschlusselement 15 verschließt sowohl die erste Ablassöffnung 13 als auch die zweite Ablassöffnung 14.
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Das Verschlusselement 15 ist mit Sollbruchstellen 27 am Bauteil 26 befestigt. An der Oberseite des Verschlusselements 15 ist ein pyrotechnisches Element 19 vorgesehen, das durch einen Steuerimpuls der fahrzeugseitigen Steuereinrichtung 9 zündbar ist. Bei einer Zündung des pyrotechnischen Elements 9 löst sich das Verschlusselement 15 vom Gehäuse 26 und zerbricht in mehrere Teile. Somit werden bei der Aktivierung der Ablassvorrichtung sowohl die erste Ablassöffnung 13 als auch die zweite Ablassöffnung 14 gegenüber einer umgebenden Atmosphäre geöffnet und das Kältemittel kann aus dem Kältemittelkreislauf ausströmen.
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Alternativ zu einer Verbindung des Verschlusselements 15 mit dem Bauteil 26 über Sollbruchstellen 27 ist es möglich, das Verschlusselement 15 durch eine Halterung mit dem Bauteil 26 zu verschrauben, so dass nach einer einmaligen Auslösung der Ablassvorrichtung ein leichter Wechsel des Verschlusselements 15 möglich ist.
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Das Bauteil 26 ist ein gemeinsames Bauteil für den Hochdruckabschnitt und den Niederdruckabschnitt, das zwei separate Hohlräume 24, 25 aufweist, an denen in der Regel die jeweiligen Kältemittel führenden Leitungen für den Hochdruck- bzw. Niederdruckabschnitt angeschlossen werden, wobei der erste Hohlraum 25 dem Hochdruckabschnitt und der zweite Hohlraum 24 dem Niederdruckabschnitt zugeordnet ist, wobei das Verschlusselement 15 den ersten und den zweiten Hohlraum 24, 25 trennt. Das Verschlusselement 15 weist einen Trennabschnitt 16 zum Trennen der Hohlräume 24, 25 und Verschlussabschnitte 17, 18 zum Abschluss der Hohlräume 24, 25 gegen die umgebende Atmosphäre auf. Durch diesen Aufbau und das Vorsehen der Sollbruchstellen 27 ist eine besonders leichte Öffnung sowohl des Hochdruckabschnitts als auch des Niederdruckabschnitts durch ein einzelnes pyrotechnisches Element 19 möglich.
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In alternativen Ausführungsformen der dargestellten Kompressionskältemaschine 2 wäre es auch möglich, die Ablassvorrichtung derart auszubilden, dass die Aktivierung der Ablassvorrichtung reversibel ist. Beispielsweise kann statt dem pyrotechnischen Element 19 und einem beim Auslösen der Ablassvorrichtung 5 zerbrechenden Verschlusselement ein durch einen Aktor aktivierbares Ventil, das gleichzeitig beide Hohlräume 24, 25 öffnet, oder ähnliches vorgesehen werden. Es ist auch möglich, statt einer fahrzeugseitigen Unfallerfassungseinrichtung Sensoren in der Kompressionskältemaschine 2 selbst vorzusehen, die die Ablassvorrichtungen aktivieren können.
