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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugklimaanlage mit einem geschlossenen Kältemittelkreislauf, welcher zumindest einen Kompressor, einen Kondensator, eine Expansionseinrichtung, etwa ein Expansionsventil, und einen Verdampfer der Klimaanlage strömungstechnisch miteinander verbindet. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Not-Ablasseinrichtung für das im Kältemittelkreislauf enthaltene Kältemittel.
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Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge sind dazu ausgebildet, die Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs auf ein im Vergleich zur Außentemperatur geringeres Temperaturniveau abzukühlen. Gängige Klimaanlagen weisen hierfür einen geschlossenen Kältemittelkreislauf auf, in welchem ein von einem Kompressor verdichtetes Kältemittel einem Kondensator zugeführt wird. Dieser fungiert als Wärmetauscher, insbesondere als Kältemittelkühler, der den vom Kompressor verdichteten Kältemitteldampf durch Zufuhr von Außenluft abkühlt, um so das Kältemittel zu kondensieren. Über ein nachgeschaltetes Expansionsventil, welches als Druckverminderungsventil fungiert, wird der Druck des Kältemittels reduziert.
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Der typischerweise als Expansionsventil ausgebildeten Expansionseinrichtung ist der sogenannte Verdampfer nachgeschaltet, in welchem das abgekühlte Kältemittel unter Aufnahme thermischer Energie, welche der Fahrgastzelle entnommen wird, verdampft.
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Die Ausgabeseite des Verdampfers steht dabei ferner mit der Saugseite des Kompressors in Verbindung, sodass das Kältemittel in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert.
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Ein gängiges, für mobile Klimaanlagen eingesetztes Kältemittel ist beispielsweise Tetrafluorethan R134a. Dessen Treibhauswirkung (global warming potential (GWP)) ist jedoch etwa 1300 Mal so hoch wie die von Kohlendioxid. Um den Gebrauch von klimaschädlichen Kältemitteln in der Fahrzeugklimatisierung einzuschränken, hat die Europäische Union den Gebrauch von Kältemitteln mit einem GWP > 150 verboten.
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Ein weiteres Kältemittel aus der Klasse der Fluorkohlenwasserstoffe, Hydroolefin-1234yf (HFO 1234yf) zeichnet sich durch ein geringes Treibhauspotenzial, (GWP=4) aus. Es erfordert zudem kaum nennenswerte konstruktive Veränderungen des Kältemittelkreislaufs und ließe sich problemlos als Substituent für bisherige Kältemittel verwenden.
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Hydroolefin-1234yf weist jedoch den Nachteil einer vergleichsweise leichten Entflammbarkeit auf. Dies ist bei einer Fehlfunktion der Klimaanlage von Bedeutung, insbesondere dann, wenn sich der Kältemitteldruck innerhalb der Klimaleitungen drastisch erhöht, sodass ein unkontrolliertes Bersten von Leitungen oder sonstiger Komponenten der Klimaanlage zu befürchten ist. Für solche Notfälle weisen herkömmliche Klimaanlagen bereits Not-Ablasseinrichtungen, etwa in Form einer Berstscheibe auf, die mit Erreichen eines vorgegebenen kritischen Druckniveaus das Kältemittel kontrolliert aus dem Kältemittelkreislauf entweichen lassen.
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So ist aus der
EP 1 519 849 B1 beispielsweise eine Klimaanlage mit einer Berstscheibe bekannt, die bei Überschreiten eines bestimmten Drucks durch Bersten das Kältemittel an die Umgebung abgibt. Die Berstscheibe ist hierbei direkt am Klimakompressor angebracht, um ferner die Funktion einer Druckbegrenzung am Klimakompressor zu erzielen.
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Im Betrieb einer Klimaanlage erwärmen sich jedoch Motor, Katalysator sowie weitere Anbauteile der Kompressor, sodass bei Verwendung eines entzündlichen Kältemittels, wie etwa HFO-1234yf ein Entzünden des aus dem Kühlmittelkreislauf entweichenden Kühlmittels zu befürchten ist. Besonders kritisch sind dabei Oberflächen mit hohen Oberflächentemperaturen, wie Katalysatoren.
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Es ist daher Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, eine Klimaanlage, insbesondere eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage, zur Verfügung zu stellen, bei welcher ein Entzünden austretenden Kältemittels weitgehend verhindert werden kann. Es ist ferner Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, einen hinsichtlich seiner Notfalleigenschaften verbesserten Kältemittelkreislauf zur Verfügung zu stellen, der ein kontrolliertes und gefahrloses Ablassen des Kältemittels bei Bedarf ermöglicht. Ferner soll sich die Erfindung ohne nennenswerten Kosten- und Montageaufwand verwirklichen lassen.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird mit Hilfe einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage nach dem unabhängigen Patentanspruch 1 sowie mit Hilfe eines Kraftfahrzeugs gemäß Patentanspruch 12 gelöst. Einzelne vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße Kraftfahrzeug-Klimaanlage weist einen geschlossenen Kältemittelkreislauf auf, welcher zumindest einen Kompressor, einen Kondensator, eine Expansionseinrichtung, wie etwa ein Expansionsventil, sowie einen Verdampfer der Klimaanlage strömungstechnisch miteinander verbindet. Des Weiteren ist im Kältemittelkreislauf eine Not-Ablasseinrichtung für das im Kreislauf zirkulierende Kältemittel vorgesehen. Erfindungsgemäß ist die Not-Ablasseinrichtung dabei in einem von heißen Oberflächen abgewandten oder von heißen Oberflächen entfernt liegenden Bereich des Fahrzeugs, bzw. seines Kältemittelkreislaufs angeordnet. Unter heißen Oberflächen im Sinne der Erfindung sind sämtliche Oberflächen von Fahrzeugbauteilen zu verstehen, die durch den Betrieb des Fahrzeugs, insbesondere seines Antriebsaggregats und/oder durch den Betrieb der Fahrzeugklimaanlage eine Erwärmung erfahren.
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Hierbei ist insbesondere vorgesehen, die Not-Ablasseinrichtung in einem dem Kompressor der Klimaanlage abgewandten oder hiervon entfernt liegenden Bereich anzuordnen.
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Im Sinne der Erfindung ist mit einer heißen Oberfläche eine Oberfläche gemeint, deren Temperaturniveau oberhalb der effektiven Selbstentzündungstemperatur des jeweils verwendeten Kältemittels ist. Je nach Zusammensetzung und Durchmischung des Kältemittels, etwa mit Öl kann sich die effektive Selbstentzündungstemperatur des im Klimakreislauf zirkulierenden Gemischs auch verringern. In typischen Anwendungsszenarien liegt die Temperatur der erfindungsgemäß „heißen Oberfläche” oberhalb 400°C.
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Die Not-Ablasseinrichtung kann nahezu beliebig in oder an der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs mit Ausnahme des Kompressors und der Expansionseinrichtung angeordnet sein, wobei die konkrete Anordnung und Ausrichtung der Not-Ablasseinrichtung derart gewählt ist, dass das im Notfall entweichende Kältemittel vom Kompressor und/oder seinen Komponenten abgewandt aus dem Kältemittelkreislauf austritt.
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Auf diese Art und Weise kann selbst bei Verwendung entzündlicher Kältemittel das Auftreffen des Kältemittels auf erwärmte oder gar heiße Stellen und Komponenten des Kältemittelkreislauf in einfacher Art und Weise umgangen und somit das Entzündungsrisiko im Notfall deutlich reduziert werden.
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Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist dabei insbesondere vorgesehen, dass die Not-Ablasseinrichtung stromaufwärts der Expansionseinrichtung der Klimaanlage angeordnet ist.
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Von Vorteil ist die Not-Ablasseinrichtung stromabwärts des Kompressors und stromaufwärts der Expansionseinrichtung im Kältemittelkreislauf angeordnet.
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Dabei kann nach einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung die Not-Ablasseinrichtung auch stromabwärts des Kondensators angeordnet sein.
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Auch ist denkbar, die Not-Ablasseinrichtung stromabwärts eines Trockners der Klimaanlage vorzusehen.
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Von Vorteil ist die Not-Ablasseinrichtung stromabwärts des Kompressors und stromaufwärts des Kondensators angeordnet.
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Des Weiteren kann vorgesehen werden, die Not-Ablasseinrichtung unmittelbar am Kondensator und/oder an einem Trockner der Klimaanlage anzuordnen, wobei die Not-Ablasseinrichtung wahlweise an einem Zufluss des Kondensators, inmitten des Kondensators oder auch am Ablauf des Kondensators anzuordnen ist.
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Von Vorteil ist die Not-Ablasseinrichtung an der Kaltseite des Kondensators angeordnet. Dabei kann ein in Fahrtrichtung hinter dem Kondensator angeordnetes Gebläse als eine Art thermische Abschirmung, gegenüber dem dahinterliegenden Motorraum fungieren.
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Der Auslösemechanismus bzw. die Auslöseschwelle, ab welcher die Not-Ablasseinrichtung das Kältemittel aus dem Kältemittelkreislauf entweichen lässt, ist vorzugsweise auf den Strömungswiderstand des Leitungsstücks zwischen Not-Ablasseinrichtung und Kompressor abgestimmt, um etwaige durch die Rohrleitungen der Klimaanlage bedingten strömungstechnischen Druckverluste gegenüber einer Anordnung der Not-Ablasseinrichtung unmittelbar im Kompressor zu kompensieren.
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Hierbei kann grundsätzlich vorgesehen werden, dass die Auslöseschwelle der Not-Ablasseinrichtung mit steigender Entfernung vom Kompressor fällt.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann die Not-Ablasseinrichtung nicht nur an Komponenten der Klimaanlage, sondern auch an fluidführenden Rohrleitungen des Kältemittelkreislaufs angeordnet sein.
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Auch ist die Not-Ablasseinrichtung grundsätzlich dazu ausgebildet, bei Überschreiten eines vorgegebenen Drucks im Kältemittelkreislauf, eine Ausströmöffnung für das Kältemittel freizugeben.
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Die Not-Ablasseinrichtung ist dabei derart im Kältemittelkreislauf angeordnet und ausgerichtet, dass die im Notfall gebildete Ausströmöffnung von jedweder heißen Oberfläche oder sonstiger potenzieller Zündquelle abgewandt ausgerichtet ist, sodass eine Entzündung austretenden Kältemittels vermieden werden kann.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass der Not-Ablasseinrichtung eine Abschirmeinrichtung zugeordnet ist, welche das im Notfall aus dem Kältemittelkreislauf austretende Kältemittel entlang eines vorgegebenen Pfads ableitet. Als Abschirmeinrichtung kann beispielsweise ein Abschirmblech fungieren, gegen welches das über die Not-Ablasseinrichtung austretende Kältemittel im Notfall spritzt. Die Abschirmeinrichtung verhindert dabei ein unkontrolliertes Versprühen des womöglich entflammbaren Kältemittels im Motorraum des Kraftfahrzeuges.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Not-Ablasseinrichtung eine Berstscheibe auf. Von Vorteil ist die gesamte Not-Ablasseinrichtung als Berstscheibe bzw. als Berstscheibenanordnung ausgebildet. Die Berstscheibe weist beispielsweise eine Metallfolie auf, die bei Überschreiten eines kritischen Drucks in der Kältemittelleitung zerbirst und somit ein Abströmen des Kältemittels in die Umgebung und aus dem Kältemittelkreislauf heraus ermöglicht.
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Die Berstscheibe kann dabei ferner mit ergänzenden Auslösemitteln, etwa mit mechanischen, elektromagnetischen und/oder manuell betätigbaren Auslösemechanismen versehen werden, die auch unabhängig vom in der Kältemittelleitung vorherrschenden Druck ein bedarfsgerechtes Zerbersten der Berstscheibe initiieren können.
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So kann nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen werden, die Not-Ablasseinrichtung mit einer elektrisch ansteuerbaren Zündeinrichtung zu versehen, die beispielsweise mit dem Auslösemechanismus des Airbags, der Sicherheitsgurte, einer aktiven Kopfstütze oder anderen Sicherheitsvorrichtungen des Kraftfahrzeugs kombinierbar ist. Somit kann das Kältemittel auch rein präventiv, etwa bei einer Kraftfahrzeugkollision aus dem Kältemittelkreislauf abgelassen werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann ferner vorgesehen werden, die Not-Ablasseinrichtung über einen am oder im Kompressor angeordneten Drucksensor auszulösen bzw. zu betätigen. Somit kann der typischerweise lokal und im Bereich des Kompressors auftretende maximale Kältemitteldruck zur Auslösung der Not-Ablasseinrichtung verwendet werden, wobei jedoch das Ausströmen des Kältemittels vom Kompressor beabstandet und in einem gegenüber dem Temperaturniveau des Kompressors vergleichsweise kalten, für ein Entflammen des Kältemittels weitgehend unkritischen Temperaturniveau erfolgt.
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Daneben betrifft die Erfindung nicht nur eine Klimaanlage, sondern gleichermaßen ein mit einer entsprechenden Klimaanlage ausgestattetes Kraftfahrzeug.
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Weitere Ziele, Merkmale sowie vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung sind nachfolgend unter Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der 1 dargestellt. Dabei bilden sämtliche in der Figur gezeigten als auch im Text beschriebenen Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in jeglicher sinnvollen Kombination untereinander den Gegenstand der Erfindung.
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Die 1 zeigt in schematischer perspektivischer Darstellung einen Kältemittelkreislauf einer mobilen Klimaanlage, wie sie vorzugsweise in Form einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage in Kraftfahrzeugen Verwendung findet. Der Kältemittelkreislauf 10 verbindet einen Kompressor 12 sowie die stromabwärts hiermit verbundenen Komponenten, nämlich einen Kondensator 14, einen Trockner 16, ein Expansionsventil 18 und den Verdampfer 20.
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Mittels des Kompressors 12 wird das Kältemittel verdichtet und der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs 10 zugeführt. Das infolge der Verdichtung erwärmte Kältemittel durchströmt sodann den nachgeschalteten Kondensator 14, der durch einen Wärmeaustausch mit zugeführter Umgebungsluft 22 das Kältemittel abkühlt. Das unter Druck stehende Kältemittel wird sodann einem Filtertrockner 16 zugeführt, von dem aus das vergleichsweise kalte, unter Druck stehende Kältemittel in das Expansionsventil 18 strömt.
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Durch den im Expansionsventil 18 stattfindenden Drosselvorgang wird der Fluiddruck des Kältemittels verringert. Hierbei unterliegt das Kältemittel vorzugsweise einer isentropen, zumindest einer adiabatischen Expansion, womit eine Temperaturabsenkung des Kältemittels einhergeht.
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Das vergleichsweise kalte Kältemittel durchströmt dann den mit der Fahrgastzelle in Strömungsverbindung stehenden Verdampfer 20, über welchen das Kältemittel Wärme aus der in den Innenraum des Kraftfahrzeugs strömenden Luft 24, 26 aufnimmt. Das auf diese Art und Weise erwärmte Kältemittel wird schließlich wieder der Saugseite des Kompressors 12 zugeführt.
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In der Darstellung gemäß 1 sind verschiedene mögliche Anordnungen einer Not-Ablasseinrichtung 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42 gezeigt. Sämtlichen Anordnungen der Not-Ablasseinrichtung ist gemein, dass sie jeweils entfernt vom Kompressor 12 angeordnet und/oder diesem abgewandt im Kältemittelkreislauf 10 angeordnet sind.
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Die Not-Ablasseinrichtung kann dabei als herkömmliche Berstscheibenanordnung ausgebildet sein, die mit Erreichen eines vorgegebenen Druckniveaus in der Kältemittelleitung eine Ausströmöffnung für das Kältemittel freigibt. Die Darstellung gemäß 1 zeigt eine Vielzahl möglicher Anordnungen der Berstscheibe, wobei in der Praxis jedoch nur eine, höchstens zwei, der aufgezeigten möglichen Anordnungen der Berstscheibe zu verwirklichen sind.
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Die Not-Ablasseinrichtung 34 ist beispielsweise stromabwärts des Kompressors 12, aber stromaufwärts des Kondensators 14 angeordnet. Die Not-Ablasseinrichtung 32 ist im Bereich des Kondensatoreinlasses angeordnet, während die Not-Ablasseinrichtung 30 direkt am Kondensator 14 angeordnet ist. Die Berstscheibe 36 befindet sich am Auslass des Kondensators. Sie ist gleichermaßen wie auch die ihr nachgeschaltet dargestellte Berstscheibe 38 stromabwärts des Kondensators 14, aber stromaufwärts des Trockners 16, insbesondere aber auch stromaufwärts des Expansionsventils 18 angeordnet.
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Die beiden übrigen möglichen Anordnungen 40, 42 betreffen eine Befestigung der Not-Ablasseinrichtung unmittelbar am Trockner 16, bzw. dem Trockner nachgelagert. So ist die Not-Ablasseinrichtung 42 stromabwärts des Trockners 16, aber stromaufwärts des Expansionsventils 18 unmittelbar in oder an der Kältemittelleitung vorgesehen.
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Insbesondere die dem Kondensator 14 stromabwärts gelegenen Anordnungen der Not-Ablasseinrichtung 36, 38, 40, 42 sind hinsichtlich der potenziellen Entzündungsgefahr austretenden Kältemittels von Vorteil, da das zwischen Kondensator 14 und Expansionsventil 18 strömende Kältemittel dort eine vergleichsweise geringe Temperatur aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kühlmittelkreislauf
- 12
- Kompressor
- 14
- Kondensator
- 16
- Trockner
- 18
- Expansionsventil
- 20
- Verdampfer
- 22
- Luftströmung
- 24
- Luftströmung
- 26
- Luftströmung
- 30
- Not-Ablasseinrichtung
- 32
- Not-Ablasseinrichtung
- 34
- Not-Ablasseinrichtung
- 36
- Not-Ablasseinrichtung
- 38
- Not-Ablasseinrichtung
- 40
- Not-Ablasseinrichtung
- 42
- Not-Ablasseinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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