DE102005007687A1

DE102005007687A1 - Fahrzeugklimaanlage mit einer Insassenschutzeinrichtung

Info

Publication number: DE102005007687A1
Application number: DE102005007687A
Authority: DE
Inventors: Matthias Hauer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2005-02-19
Filing date: 2005-02-19
Publication date: 2006-08-31
Also published as: FR2882302B1; FR2882302A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugklimaanlage mit einer Insassenschutzeinrichtung, bei der ein Kältemittel in einem geschlossenen Kältemittelkreislauf nacheinander einen Kompressor, einen Kältemittelverflüssiger und ein Expansionsorgan, die außerhalb der Fahrgastzelle untergebracht sind, sowie einen am Ausgang eines Gebläses fahrgastzellenseitig angeordneten Verdampfer durchströmt und diese Komponenten durch Kältemittelleitungen miteinander verbunden sind. Sie löst die Aufgabe, eine derartige Klimaanlage so zu gestalten, dass bei dieser eine Gesundheitsgefährdung der Fahrzeuginsassen bei austretendem Kältemittel auf einfache Weise reduziert ist. Dazu sind die an den Verdampfer (5) angeschlossenen Kältemittelleitungen (11, 12) und die Verbindungsstellen derselben mit dem Verdampfer (5) ummantelt, und die jeweilige Ummantelung (13) ist elastisch und nimmt austretendes Kältemittel auf und leitet dieses ab.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugklimaanlage mit einer Insassenschutzeinrichtung, insbesondere eine Fahrzeugklimaanlage mit einem CO₂-Kältemittelkreislauf.

In dem Kältemittelkreislauf einer Fahrzeugklimaanlage wird Kältemittel in einem geschlossenen Kreisprozess Zustandsänderungen unterworfen, wozu zwei Wärmetauscher erforderlich sind. An einem ersten Wärmetauscher (Kältemittelkühler, -verflüssiger) wird dem durch einen Kompressor komprimierten und erhitzten gasförmigen Kältemittel Wärme entzogen, und an dem zweiten Wärmetauscher (Verdampfer) wird dem an einem dem Kältemittelverflüssiger nachgeschalteten Expansionsorgan entspannten Kältemittel von außen Wärme zugeführt, so dass das Kältemittel in dem Verdampfer verdampft. An diesem vorbeiströmende Luft kann somit gekühlt und am Kältemittelverflüssiger vorbeiströmende Luft erwärmt werden, sofern jeweils eine entsprechende Temperaturdifferenz vorhanden ist.

Die Luft, die der Fahrgastzelle zum Kühlen bzw. Klimatisieren derselben zugeführt wird, wird zum Verdampfer geleitet, an diesem gekühlt und danach in die Fahrgastzelle geleitet. Dabei ist der Verdampfer üblicherweise in einem an den Ausgang eines Gebläses angeschlossenen und in die Fahrgastzelle führenden Luftverteilerkanal angeordnet, wohingegen die anderen Komponenten der Klimaanlage außerhalb der Fahrgastzelle untergebracht sind. Das im Kreisprozess den Verdampfer durchstömende Kältemittel, dem auch ein geringer Öl-Anteil zum Schmieren des Kompressors beigefügt ist, kann, insbesondere bei der Verwendung von CO₂, eine gefrierpunktnahe Temperatur und einen Druck von 35 bis 45 bar aufweisen. Das Kältemittel verdampft im Verdampfer unter Wärmeaufnahme bei im wesentlichen gleichbleibender Temperatur und gleichbleibendem Druck. Dadurch ist die Außenflächentemperatur des Verdampfers stark erniedrigt und liegt unter der Taupunkttemperatur der feuchten Außenluft, die an der Verdampferaußenfläche vorbeiströmt. Der dabei auftretende Wärmeentzug führt dazu, dass die Luft bis unter ihren Taupunkt abkühlt, dabei mit dem in dieser enthaltenen Wasserdampf übersättigt und durch Kondensation von einem Teil desselben entfeuchtet wird. Das Kondensat wird üblicherweise durch eine Wanne im Lüftungsgehäuse oder durch das Gehäuse selbst unterhalb des Verdampfers aufgefangen und durch einen Ablauf ins Freie geleitet.

Bei einer Leckage oder einer Beschädigung des Verdampfers und/oder der an diesem angeschlossenen Kältemittelleitungen kann Kältemittel unkontrolliert entweichen und für die Fahrzeuginsassen zu einer Gesundheitsgefährdung führen, insbesondere bei einer Klimaanlage, die mit hohen Kältemitteldrücken betrieben wird, wie das bei der Verwendung von CO₂-Kältemittel (R744-Kältemittel) der Fall ist. Zur Vermeidung einer durch unkontrolliertes Austreten von Kältemittel verursachten Gefährdung der Fahrzeuginsassen sind verschiedene Insassenschutzeinrichtungen bekannt geworden.

So ist in der DE 42 07 859 A1 vorgeschlagen worden, eine Klimaanlage mit einer Einrichtung zu versehen, die bei einem Unfall für ein Absaugen des Kältemittels aus der Klimaanlage in einen geschützt angebrachten Sicherheitsbehälter sorgt.

Aus der DE 44 11 281 A1 ist eine Klimaanlage bekannt, bei der das Kältemittel (CO₂) im Falle eines Unfalls sensorgesteuert kontrolliert aus Auslassdüsen aus der Klimaanlage austritt und in Räume geleitet wird, in denen das Kältemittel für die Fahrzeuginsassen ungefährlich ist. Vorzugsweise wird die Klimaanlage an mehreren Stellen entleert und das Kältemittel als Brandlöschmittel brandgefährdeten Stellen im Motorraum zur Reduzierung der Brandgefahr zugeleitet.

Bei einer in der DE 196 46 849 C1 beschriebenen Klimaanlage ist an einer Stelle, an der das Kältemittel bei einem Unfall des Fahrzeugs relativ ungefährlich austreten kann, ein durch eine unfallbedingt erzeugte Aufprallenergie aufsteuerbarer Notauslauf vorgesehen. Dieser kann eine Sollbruchstelle oder ein Ablassventil sein. Eine in der DE 199 15 048 A1 beschriebene Klimaanlage weist eine Schnellablassvorrichtung auf, die mit Mitteln zu deren automatischer Betätigung gekoppelt ist und durch die im Falle einer Leckage im Kältemittelkreislauf, insbesondere jedoch am Verdampfer, Kältemittel aus dem Kältemittelkreislauf in den Fahrzeugaußenraum ausgelassen wird.

Die vorbeschriebenen Insassenschutzeinrichtungen sind relativ aufwändig.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Klimaanlage mit einer Insassenschutzeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, bei der eine Gesundheitsgefährdung der Fahrzeuginsassen bei austretendem Kältemittel auf einfache Weise reduziert ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Klimaanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Die Erfindung besteht darin, dass bei einer Fahrzeugklimaanlage mit einem Kompressor, einem Kältemittelverflüssiger und einem Expansionsorgan, die außerhalb der Fahrgastzelle des jeweiligen Fahrzeugs angeordnet sind, und einem Verdampfer, der am Ausgang eines Gebläses fahrgastzellenseitig angeordnet ist, sowie mit diese Komponenten verbindenden Kältemittelleitungen zur Gestaltung eines geschlossenen Kreislaufs mit einem Kältemittel, die an dem Verdampfer angeschlossenen Kältemittelleitungen und die Verbindungsstellen derselben mit dem Verdampfer ummantelt sind. Die Ummantelung ist dabei elastisch und so beschaffen, dass diese aus den am Verdampfer angeschlossenen Kältemittelleitungen und den Verbindungsstellen austretendes Kältemittel aufnimmt und ableitet. Die elastische Ummantelung kann dabei Deformationen standhalten, die an den Kältemittelleitungen zu einem Defekt führen. Infolge eines Bruches oder einer Beschädigung der (Verdampfer-) Kältemittelleitungen oder deren Verbindungsstellen am Verdampfer austretendes Kältemittel wird von der Ummantelung aufgenommen und weggeführt und der Wirkung des Gebläses entzogen, das einen Luftstrom in Richtung der Fahrgastzelle erzeugt und das Kältemittel mit in die Fahrgastzelle befördern würde. Damit wird somit ein Beitrag zur Reduzierung einer Gesundheitsgefährdung der Fahrzeuginsassen geleistet.

Vorzugsweise besteht die Ummantelung aus einem weichelastischen offenzelligen Schaumstoff, dessen Oberfläche an der jeweiligen Kältemittelleitung offene Zellen hat und an der der jeweiligen Kältemittelleitung abgewandten Außenfläche verschlossen ist, so dass das aufgenommene Kältemittel in der Ummantelung gehalten wird. Das Verschließen kann durch eine Beschichtung der Ummantelung mit einem geeigneten weichelastischen Kunststoff erfolgen, oder durch den Einsatz eines Strukturschaumstoffes, der im Innern offenzellig und elastisch und dessen äußere Schicht verfestigt und verschlossen ist, beispielsweise Polyurethan oder Ethylen/Propylen-Dien. Die Herstellungsverfahren dazu sind bekannt.

Die Ummantelung kann in ihrem dem Verdampfer abgewandten Endbereich, also expansionsventilseitig, mit einer Ableitung für das aufgenommene Kältemittel versehen sein. Diese Ableitung kann auf einfache Weise in eine unter dem Verdampfer angeordnete Kondensatwasserwanne münden, die einen Ablauf in den Motorraum oder den Tunnel des Fahrzeugs und von dort ins Freie hat.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
1: einen CO₂-Kältemittelkreislauf einer Fahrzeugklimaanlage, schematisch,
2: den in einem in der Fahrgastzelle angeordneten Klimagerät untergebrachten Verdampfer der Fahrzeugklimaanlage nach dem Stand der Technik und
2: diesen Verdampfer mit einer Insassenschutzeinrichtung.
Der in 1 dargestellte Kältemittelkreislauf einer CO₂-Fahrzeugklimaanlage weist prinzipiell in bekannter Weise in Kreislaufrichtung nacheinander einen Kompressor 1, einen Kältemittelverflüssiger 2, einen inneren Wärmetauscher 3, ein Expansionsventil 4 bekannter Bauart, einen Verdampfer 5 und einen Akkumulator 7 auf. Die genannten Komponenten sind durch Kältemittelleitungen miteinander verbunden. Dem Kältemittelverflüssiger 2 und dem Verdampfer 5 sind jeweils ein Gebläse 8.1 und 8.2 für einen Luftdurchsatz zugeordnet, wobei der Verdampfer 5 in einem in die Fahrgastzelle des Fahrzeugs führenden, jedoch nicht dargestellten Luftverteilerkanal angeordnet ist. Unter dem Verdampfer 5 ist eine Kondensatwasserwanne 9 als Auffangeinrichtung für an der Außenfläche desselben gebildetes und ablaufendes Luftfeuchtigkeits-Kondensat angeordnet, die an ihrer tiefsten Stelle mit einer in den Motorraum führenden Ablaufleitung 10 versehen ist, über die das Kondensatwasser ins Freie geleitet wird.
2 zeigt den dem Expansionsventil 4 über die Kältemittelleitung 11 nachgeschalteten Verdampfer 5, dessen Ausgangsleitung 12 zugleich die über das Expansionsventil 4 – in diesem von der Kältemittelleitung 11 getrennt -, den Akkumulator 7 und den inneren Wärmetauscher 3 geführte Saugleitung des Kompressors 1 ist, mit dem zugeordneten Gebläse 8.2 und mit der Kondensatwasserwanne 9.
In 3 ist der in 2 gezeigte bekannte Teil der Fahrzeugklimaanlage mit einer erfindungsgemäßen Ummantelung 13 aus einem EPDM-Strukturschaumstoff dargestellt, der weichelastisch und offenzellig ist und dessen Zellen an der jeweiligen Außenfläche an den Kältemittelleitungen 11 und 12 (2), an den Verbindungsstellen derselben mit dem Verdampferkopf 14 und an diesem verschlossen sind. Die Ummantelung 13 an den Kältemittelleitungen 11 und 12 reicht bis zum Expansionsventil 4 und hat eine Dicke von im wesentlichen 5 mm. Am Expansionsventil 4 münden die Ummantelungen 13 in einen Sammelblock 15 aus dem gleichen EPDM-Strukturschaumstoff, der eine Ableitung 16 für das in diesem aus den Ummantelungen 13 der Kältemittelleitungen 11 und 12 und/oder der Verbindungsstellen und/oder des Verdampferkopfes 14 zusammenlaufende Kältemittel aufweist. Die Ableitung 16 mündet in die Kondensatwasserwanne 9, über deren Ablaufleitung 10 dann das Kältemittel ins Freie geleitet wird.

1: Kompressor
2: Kältemittelverflüssiger
3: Innerer Wärmetauscher
4: Expansionsventil
5: Verdampfer
6
7: Akkumulator
8.1: Gebläse
8.2: Gebläse
9: Kondensatwasserwanne
10: Ablaufleitung
11: Kältemittelleitung
12: Kältemittelleitung
13: Ummantelung
14: Verdampferkopf
15: Sammelblock
16: Ableitung

Claims

Fahrzeugklimaanlage mit einer Insassenschutzeinrichtung, bei der ein Kältemittel in einem geschlossenen Kältemittelkreislauf nacheinander einen Kompressor, einem ersten Wärmetauscher und ein Expansionsorgan, die außerhalb der Fahrgastzelle untergebracht sind, sowie einen am Ausgang eines Gebläses fahrgastzellenseitig angeordneten Verdampfer durchströmt und diese Komponenten durch Kältemittelleitungen miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Verdampfer (5) angeschlossenen Kältemittelleitungen (11, 12) und die Verbindungsstellen derselben mit dem Verdampfer (5) ummantelt sind und die jeweilige Ummantelung (13) elastisch ist und austretendes Kältemittel aufnimmt und ableitet.
Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (13) aus einem weichelastischen offenzelligen Schaumstoff besteht, dessen Zellen an der den Kältemittelleitungen (11, 12) abgewandten Außenfläche verschlossen sind.
Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (13) an ihrer Außenfläche mit einem weichelastischen Kunststoff beschichtet ist.
Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (13) aus einem Strukturschaumstoff gebildet ist, dessen äußere Schicht verfestigt ist.
Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Strukturschaumstoff Polyurethan oder Ethylen/Propylen-Dien ist.
Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Ummantelung (13) in dem dem Verdampfer (5) abgewandten Endbereich eine Ableitung (16) für das aufgenommene Kältemittel aufweist.
Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitung (16) direkt ins Freie oder in eine unter dem Verdampfer (5) angeordnete Kondensatwasserwanne (9) mündet, die einen Ablauf (10) ins Freie aufweist.
Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auch wärmetechnisch unwirksame Außenflächen des Verdampfers (5), insbesondere der Verdampferkopf (14), ummantelt sind.