DE102008010024A1

DE102008010024A1 - Sicherheitsvorrichtung für eine Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102008010024A1
Application number: DE102008010024A
Authority: DE
Inventors: Roland Dipl.-Phys. Schreiber
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Schreiber Roland Dipl-Phys De
Priority date: 2008-02-20
Filing date: 2008-02-20
Publication date: 2009-08-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung (10) für eine zumindest bereichsweise außerhalb einer Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs angeordneten Klimaanlage, mit zumindest einer Einrichtung zur Ermittlung einer Leckagegefahr (28) im Kältekreislauf der Klimaanlage und zumindest einer Brandschutzeinrichtung (20). Mittels der Brandschutzeinrichtung (20) sind dabei potentielle Brandstellen im Motorraum mit einem Brand hemmenden Medium beaufschlagbar. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verfahren zum Betrieb einer solchen Sicherheitsvorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung für eine Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug mit einer Fahrgastzelle, wobei der Kältemittelkreislauf der Klimaanlage zumindest bereichsweise außerhalb der Fahrgastzelle angeordnet ist, und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Sicherheitsvorrichtung.
Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge umfassen in der Regel einen aus einem Verdichter, Kondensator, Expansionsventil und Verdampfer gebildeten Kältemittelkreislauf, wobei der Verdampfer in einem zum Fahrzeuginnenraum führenden Luftverteilerkanal angeordnet ist. Die latente Wärme beim Phasenübergang des Kältemittels im Verdampfer wird dabei zum Kühlen des durch den Luftverteiler strömenden Luftstromes genutzt.
Aus Umweltschutzgründen wird in Regel von der Verwendung FCKW-haltiger, ozonschädlicher Kältemittel abgesehen. Die heute bekannten, FCKW-freien, nicht brennbaren Kältemittel haben zwar keinen schädigenden Einfluss auf die Ozonschicht, tragen aber, wenn sie in die Umwelt gelangen, zum Treibhauseffekt bei.
Besonders umweltverträgliche und klimaneutrale Kältemittel sind beispielsweise Gemische aus Propan und Butan, welche, wie auch andere Kohlenwasserstoffe, sehr gute thermodynamische Eigenschaften aufweisen. Aufgrund der Brennbarkeit solcher kohlenwasserstoffbasierten Kältemittel sind jedoch für deren Einsatz in Klimaanlagen besondere Sicherheitsvorkehrungen nötig.
Zur Erhöhung der Betriebssicherheit von Klimaanlagen, die derartige brennbare Kältemittel benutzen, sind verschiedene Vorrichtungen bekannt.
So offenbart die DE 44 26 339 C1 eine Klimaanlage für Kraftfahrzeuge, wobei in einem zum Fahrzeuginnenraum führenden Luftverteilerkanal stromabwärts des Verdampfers ein Gassensor angeordnet ist, der im Luftstrom mitgeführtes Kältemittel detektiert und zur Ansteuerung eines Sperrventil verwendet wird, das eine weitere Kältemittelzufuhr zum Verdampfer im Falle eines Lecks verhindert.
Eine weitere Sicherheitseinrichtung für eine Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug ist in der DE 102 41 367 A1 beschrieben. Hierbei wird im Falle eines Aufprallunfalls der Kältemittelkreislauf in einen Bereich außerhalb der Fahrgastzelle durch ein pyrotechnisches Element kontrolliert geöffnet, um ein Einströmen des Kältemittels aus dem eventuell unfallbedingt beschädigten Kältemittelkreislauf in den Fahrzeuginnenraum zu verhindern.
Aus der DE 196 15 319 C1 ist weiterhin eine Sicherheitseinrichtung für die Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges bekannt, bei der im Falle eines Aufprallunfalls des Fahrzeuges zum Fahrzeuginnenraum führende Luftverteilungskanal automatisch durch ein Schnellverschlussmittel verschlossen wird.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Sicherheitseinrichtungen für Klimaanlagen in Kraftfahrzeugen lösen also generell die Aufgabe, eine Anreicherung von brennbaren und/oder toxischen Kältemitteln im Fahrzeuginnenraum zu verhindern. Da sich jedoch ein großer Bereich des Kältemittelkreislaufes außerhalb der Fahrgastzelle im Motorraum des Kraftfahrzeugs befindet, besteht weiterhin das Problem, dass sich infolge eines unfallbedingten Lecks im Kältemittelkreislauf im Motorraum entzündliche oder explosive Kältemittel-Luft-Gemische bilden können.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es demnach, eine Sicherheitseinrichtung für eine Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug so weiterzubilden, dass die Bildung entzündbarer oder explosionsfähiger Kältemittel-Luft-Gemische im Motorraum des Kraftfahrzeuges verhindert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sicherheitseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Sicherheitsvorrichtung umfasst dabei eine Einrichtung zur Ermittlung einer Leckage im Kältemittelkreislauf bzw. zur Ermittlung unmittelbarer Gefahrensituationen, in denen eine solche Leckage des Kältemittelkreislaufes droht. Weiterhin ist eine Brandschutzeinrichtung bereitgestellt, die im Fall einer konkreten oder drohenden Leckage des Kältemittelkreislaufes ausgelöst wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Brandschutzeinrichtung als mindestens eine mit einem Brand hemmenden Medium versorgte Einrichtung ausgeführt, an der zumindest eine Ausströmöffnung zur Beaufschlagung der potentiellen Brandstelle im Motorraum mit dem brandhemmenden Medium vorgesehen ist. Durch die Verdrängung von Luft bzw. Sauerstoff aus dem Motorraum infolge des Ausströmens des brandhemmenden Mediums wird somit die Bildung zünd- oder explosionsfähiger Kältemittel-Luft-Gemische auf vorteilhafte Weise unterbunden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem brandhemmenden Mittel um Kohlendioxid. Kohlendioxid ist nicht toxisch, nicht aggressiv gegenüber allen gängigen Werkstoffen und verflüchtigt sich vorteilhafterweise nach seiner Anwendung rückstandsfrei aus dem Motorraum.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird als Einrichtung zur Ermittlung von Leckagegefahr im Kältemittelkreislauf der Kollisionssensor des bereits im Fahrzeug vorhandenen Airbagsystem verwendet. Die Sicherheitsrichtung für die Klimaanlage wird somit vorteilhaft in das bestehende Sicherheitssystem eines Kraftfahrzeuges integriert, ein platz- und kostenaufwendiger Einbau weiterer Sensoreinrichtungen entfällt. Die Sicherheitsvorrichtung kann jedoch in einer weiteren Ausführungsform auch über einen eigenen Kollisionsdetektor verfügen, um eine Auslösung der Brandschutzeinrichtung von der Airbagauslösung zu entkoppeln. Damit kann ein Brandschutz im Motorraum auch unter Bedingungen ausgelöst werden, unter denen keine Airbagauslösung erfolgen würde.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist eine Steuereinheit bereitgestellt, die die Signale der mindestens einen Einrichtung zur Ermittlung von Leckagegefahr verarbeitet, und Steuersignale an die Brandschutzeinrichtung weitergibt. Diese Steuereinheit kann in einer weiteren Ausführungsform so ausgelegt sein, dass sie neben den Signalen eines Kollisionsdetektors weitere Zustandsparameter der Klimaanlage verarbeitet, wie z. B. Temperatur oder Druck des Kältemittels im Kältemittelkreislauf.
In einer weiteren Ausführungsform ist im Luftleitkanal der Klimaanlage eine Verschlusseinrichtung bereitgestellt, die im Falle des Auslösens der Brandschutzeinrichtung den Luftstrom in den Fahrzeuginnenraum unterbricht.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, wobei
1 schematisch die wesentlichen Bauteile des Kältemittelkreislaufes einer Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, sowie eine dazugehörige erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung zeigt.
Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge bestehen, wie schematisch in 1 gezeigt, aus einem geschlossenen Kältemittelkreislauf, in dem ein gasförmiges Kältemittel in einem Verdichter 10 komprimiert und von dort in einen Kondensator 12 befördert wird. Im Kondensator 12 wird das Kältemittel gekühlt und verflüssigt, und strömt dann weiter durch ein Expansionsventil 14 in einen Verdampfer 16. Der Verdampfer 16 ist dabei so in einem Luftleitkanal 18 angebracht, dass die latente Wärme beim Verdampfen des Kältemittels zur Kühlung der durch den Kanal 18 strömenden Luft verwendet wird. Nach dem Austritt aus dem Verdampfer 16 wird das Kältemittel wieder dem Verdichter 10 zugeführt.
Der Verdampfer 16 und der Luftleitkanal 18 befinden sich dabei in der Regel im Bereich der Fahrgastzelle, während die anderen Komponenten des Kältekreislaufs im Motorraum des Kraftfahrzeuges angeordnet sind.
Um bei der Verwendung brennbarer Kältemittel die Brandgefahr im Motorraum zu verringern, ist bei einer erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung ein Behälter 20, der mit einem Brand hemmenden Medium gefüllt ist, im Bereich des Motorraums bereitgestellt. Über ein steuerbares Ventil 22 kann das Brand hemmende Medium in Situationen erhöhter Brandgefahr, insbesondere bei einer Leckage des Kältemittelkreislaufes, kontrolliert freigegeben und über eine Ausströmöffnung 24 dem Motorraum zugeführt werden.
Zur Steuerung des Ventils 22 steht eine Steuereinrichtung 26 zur Verfügung, die die Freisetzung des Brand hemmenden Mediums kontrolliert. Die Steuereinheit 26 ist dabei über eine Datenleitung mit einem Kollisionsdetektor 28 und über eine Steuerleitung mit dem Ventil 22 verbunden. Die Steuereinheit empfängt elektrische Signale vom Kollisionsdetektor 28 und löst durch Öffnen des Ventils 22 die Freigabe des Brand hemmenden Mediums aus, wenn die von dem Kollisionsdetektor 28 gemessenen Beschleunigungswerte einen vorgegebenen Schwellenwert überschreiten.
Bei dem Kollisionsdetektor 28 kann es sich um den Sensor eines im Fahrzeug vorhandenen Airbagsystems handeln, es kann jedoch auch ein separater Kollisionsdetektor vorgesehen sein, um die Auslösung der Sicherheitsvorrichtung für die Klimaanlage von der Auslösung des Airbags zu entkoppeln.
Ein weiterer Sensor 30 übermittelt über eine Datenleitung Zustandsparameter des Kältemittels im Kältemittelkreislauf, wie z. B. Druck und/oder Temperatur an die Steuereinheit 26. So können durch die Beobachtung des Kältemittelkreislaufs kollisionsunabhängige Leckagen erkannt werden, und die Steuereinheit 26 kann auch in diesem Fall die Freigabe des Brand hemmenden Mediums aus dem Behälter 20 auslösen.
Weiterhin ist eine steuerbare Verschlusseinrichtung 32 im Luftleitkanal 18 als Bestandteil der Sicherheitsvorrichtung vorgesehen. Bei der Freigabe des brandhemmenden Mediums aus dem Behälter 20 löst die Steuereinrichtung 26 gleichzeitig einen Verschluss des Luftleitkanals 18 durch die steuerbare Verschlusseinrichtung 32 aus, und verhindert somit sowohl den Übertritt von ausgetretenem Kältemittel, als auch den Übertritt von freigesetztem brandhemmendem Medium ins innere der Fahrgastzelle.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 4426339 C1 [0006]
- DE 10241367 A1 [0007]
- DE 19615319 C1 [0008]

Claims

Sicherheitsvorrichtung (10) für eine zumindest teilweise außerhalb einer Fahrgastzelle eines Kraftwagens angeordneten Klimaanlage, mit zumindest einer Einrichtung zur Ermittlung einer Leckagegefahr (28) im Kältekreislauf der Klimaanlage und zumindest einer Brandschutzeinrichtung (20), dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Brandschutzeinrichtung potentielle Brandstellen im Motorraum mit einem Brand hemmenden Medium beaufschlagbar sind.
Sicherheitsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine mit dem Brand hemmenden Medium versorgte Einrichtung mit zumindest einer Ausströmöffnung (24) zur Beaufschlagung der potentiellen Brandstelle im Motorraum vorgesehen ist.
Sicherheitsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Brand hemmenden Mittel um Kohlendioxid handelt.
Sicherheitsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einrichtung zur Ermittlung einer Leckagegefahr im Kältekreislauf der Klimaanlage ein Kollisionssensor (28) eines im Kraftfahrzeug vorhandenen Airbagsystems zugeordnet ist.
Sicherheitsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einrichtung zur Ermittlung der Leckagegefahr ein eigener Kollisionsdetektor (28) zugeordnet ist.
Sicherheitsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (26) zur Aufnahme von Signalen der zumindest einen Einrichtung zur Ermittlung von Leckagegefahr (28), sowie zur Ansteuerung der mindestens einen Brandschutzeinrichtung (20) vorgesehen ist.
Sicherheitsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensor (30) zur Überwachung von Zustandsparametern des Kältemittelkreislaufes der Klimaanlage vorgesehen ist.
Sicherheitsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftstrom durch einen Luftleitkanal (18) von der Klimaanlage in die Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs durch zumindest eine steuerbare Verschlusseinrichtung (32) unterbrechbar ist.
Kraftfahrzeug mit einer Sicherheitsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Betrieb einer Sicherheitsvorrichtung (10) für eine zumindest teilweise außerhalb einer Fahrgastzelle eines Kraftwagens angeordneten Klimaanlage, bei welchem Signale von zumindest einer Einrichtung zur Ermittlung von Leckagegefahr (28) im Kältekreislauf der Klimaanlage mittels einer Steuereinheit (26) verarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale der Einrichtung zur Ermittlung von Leckagegefahr (28) mit vorgegebenen Schwellenwerten verglichen werden, und bei Überschreitung der vorgegebenen Schwellenwerte zumindest eine Brandschutzeinrichtung (20) mittels der Steuereinheit (26) ausgelöst wird.