DE102013100457A1

DE102013100457A1 - Kältemittelführendes Leitungselement

Info

Publication number: DE102013100457A1
Application number: DE201310100457
Authority: DE
Inventors: Horst Petri
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2013-01-17
Filing date: 2013-01-17
Publication date: 2014-07-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein kältemittelführendes Leitungssystem. Erfindungswesentlich ist dabei, dass das Leitungssystem eine Innenmediumführung und eine Außenmediumführung umfasst, wobei in dem dazwischenliegenden Zwischenraum ein nicht flammbares Medium angeordnet ist. Hierdurch ist insbesondere der Einsatz von brennbaren Kältemitteln in Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen möglich.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein kältemittelführendes Leitungssystem, insbesondere ein System, umfassend eine Innenmediumführung und einer Außenmediumführung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges mit zumindest einem derartigen Leitungselement sowie ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer derartigen Klimaanlage.
Aufgrund des dadurch erreichbaren hohen Fahrkomforts werden heutzutage kaum noch Kraftfahrzeuge ohne Klimaanlage angeboten bzw. verkauft. Nachteilig bei den bisher aus dem Stand der Technik bekannten Klimaanlagen waren jedoch die verwendeten Kältemittel, die oftmals umweltschädliche Fluorkohlenwasserstoffe beinhalteten. Um ein Austreten dieser Fluorkohlenwasserstoffe zu verhindern und damit auch die Gefahr/Belastung für die Umwelt zu reduzieren, wurden FCKW-haltige Kältemittel in den letzten Jahren zunehmend durch umweltfreundliche Kältemittel, wie beispielsweise Tetrafluorpropen, ersetzt. Tetrafluorpropen, bekannt auch unter dem Namen R1234YF, ist im Vergleich zu Fluorkohlenwasserstoffen deutlich umweltverträglicher, besitzt jedoch den Nachteil, entflammbar zu sein, was dessen Einsatz, insbesondere in Kraftfahrzeugen zumindest einschränkt.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein kältemittelführendes Leitungssystem der gattungsgemäßen Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die insbesondere auch den Einsatz von Tetrafluorpropen als Kältemittel in Kraftfahrzeugen ermöglicht.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein kältemittelführendes Leitungssystem mit einer Innenmediumführung und einer Außenmediumführung zu versehen. Die Innenmediumführung ist geeignet, das Kältemittel zu fördern. Die Außenmediumführung nimmt ein flammhemmendes Medium auf, wie beispielsweise Kohlendioxid CO₂ oder Stickstoff N₂. In einer bevorzugten Ausgestaltungsform kann das Kältemittelführende Leitungssystem als ein Doppelwandiges Rohr ausgebildet sein, wobei das innere Rohr, d. h. die Innenmediumführung, von einem CO₂-Mantel umhüllt wird. Dadurch kann selbst bei einem Brechen der Innenmediumführung und damit bei einem Austreten eines entzündlichen Kältemittels ein Entzünden desselben zuverlässig zu verhindern. Die Innenmediumführung ist deshalb zumindest teilweise von einem Mantel, beispielsweise einem Mantelrohr, umgeben, wobei in dem zwischen der Innemediumführung und der Außenmediumführung liegende Zwischenraum ein flammhemmendes Medium, wie beispielsweise N₂ oder CO₂ angeordnet ist. Dies bietet den besonderen Vorteil, dass das aus dem inneren Rohr bei einer Beschädigung austretende Kältemittel nicht entzündet werden kann bzw. Flammen durch das das Rohr umgebende N₂ oder CO₂ unmittelbar erstickt werden. Selbst bei einer Beschädigung des Rohrs und des Mantels kann ein Entflammen wirksam verhindert werden, da sich beim Austritt das Kältemittel mit dem flammhemmenden Medium mischt und dadurch unbrennbar wird. Mit dem erfindungsgemäßen Leitungssystem ist es somit möglich, auch entzündliche, jedoch umweltfreundliche Kältemittel in Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen einzusetzen. Im Sinne der Erfindung ist hierbei zu verstehen, dass das Innenmedium das Kältemittel für die Klimaanlage ist und das Außenmedium das flammhemmende Medium.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist die Innenmediumführung zumindest ein verschließbares Schott auf. Bei einem Reißen des inneren Rohrs und damit bei einem Austreten des Kältemittels aus demselben erfolgt in ein Druckabfall, welcher beispielsweise ein automatisches Schließen des zumindest einen Schotts und damit ein Begrenzen des Austretens des Kältemittels bewirken kann.
Selbstverständlich können dabei im Verlauf des Rohrs auch mehrere Schotte angeordnet sein, so dass bei einem Druckabfall sämtliche Schotte bzw. lediglich einzelne Abschnitte abgeschottet, das heißt geschlossen werden. Zum Schließen des zumindest einen Schotts kann beispielsweise ein mechanischer Schließmechanismus vorgesehen sein, der bei einem Druckabfall innerhalb des Leitungselements unter einen vordefinierten Grenzwert das zumindest ein Schott schließt. Der Vorteil eines derartigen mechanischen Schließmechanismus liegt insbesondere darin, dass auf weitere Stelleinrichtungen und deren Steuerung gänzlich verzichtet werden kann. Mechanische Schließmechanismen sind dabei hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt.
Zweckmäßig sind/ist das Leitungssystem und/oder Mantel aus Metall oder aus Kunststoff ausgebildet. Sowohl eine Ausbildung der Innenmediumführung aus Metall als auch aus Kunststoff sind denkbar. In gleicher Weise kann auch die das Innenrohr umhüllende Außenmediumführung, das heißt der Mantel aus Metall bzw. aus Kunststoff ausgebildet sein. In einfachster Weise kann das Leitungssysytem nach Art eines doppelwandigen Rohrs ausgebildet sein, wobei in dem zwischen den beiden Wänden liegenden Ringraum das flammenhemmende Medium angeordnet wird. Es ist aber auch denkbar, die Innenmediumführung mit einer als Wendel ausgeführten Außenmediumführung zu umwickeln.
Die Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges mit zumindest einem derartigen Leitungssystem auszustatten und dadurch auch entflammbare, jedoch umweltfreundliche, Kältemittel einsetzen zu können. Besonders bei Kraftfahrzeugen besteht die latente Gefahr eines Unfalls, bei welchem insbesondere ein Entzünden bzw. Feuerfangen des Kraftfahrzeugs unbedingt vermieden werden muss. Wird deshalb ein entflammbares bzw. entzündliches Kältemittel eingesetzt, so müssen die Rohre bzw. Leitungselemente entweder besonders dick und damit teuer und schwer ausgebildet werden oder aber es wird das erfindungsgemäße Leitungselement eingesetzt, welches aufgrund seines CO₂-Mantels ein Entflammen des entzündlichen Kältemittels zuverlässig verhindert.
Von Vorteil dabei ist, wenn das erfindungsgemäße Leitungssystem bis an die relevanten Anschlussstellen, wie beispielsweise Kompressor oder Expansionsventil, herangeführt wird.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die einzige 1 zeigt eine Längs- und Querschnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes kältemittelführendes Leitungselement.
Entsprechend der 1 ist ein erfindungsgemäßes Leitungssystem mit einem kältemittelführenden Rohr 1 zumindest teilweise von einem Mantel 2, beispielsweise von einem Mantelrohr, umgeben, wobei in einem zwischen dem Rohr 1 und dem Mantel 2 liegenden Zwischenraum 3 Kohlendioxid (CO₂) angeordnet ist. Auf diese Weise kann in dem Rohr 1 auch Kältemittel 4 eingesetzt werden, welches beispielsweise entzündlich ist, und welches ansonsten insbesondere im Bereich von einer Klimaanlage 5 eines Kraftfahrzeuges nicht einsetzbar wäre. Durch den CO₂-Mantel ist selbst bei einem Brechen oder brüchig werden des Rohres 1 ein Entflammen des darin strömenden Kältemittels 4 nicht möglich, da das im Zwischenraum 3 angeordnete CO₂ Flammen entweder sofort ersticken würde oder aber das Kältemittel 4 hinsichtlich seiner Konzentration so weit verdünnen würde, dass dieses nicht mehr entflammbar ist. Das erfindungsgemäße Rohr 1 zusammen mit dem Mantel 2 kann somit insbesondere Teil einer Klimaanlage 5 eines Kraftfahrzeuges sein.
Als Kältemittel 4 kommt insbesondere Tetrafluorpropen (R1234YF) in Betracht, welches im Gegensatz zu chlorhaltigen Kohlenwasserstoffen nicht Ozon-abbauend und damit die Ozonschicht nicht schädigend ist. Tetrafluorpropen ist ein brennbares, farbloses Gas mit schwachem Eigengeruch. Aufgrund seiner schnellen Abbaufähigkeit besitzt es auch ein vergleichsweise geringes Treibhauspotential, wodurch ein nachhaltiger Einsatz dieses Kältemittels 4 in Klimaanlagen 5 von Kraftfahrzeugen möglich ist.
Gemäß der 1 ist dabei das Rohr 1 zusammen mit dem dieses umgebenden Mantel 2 lediglich ausschnittsweise dargestellt, wobei selbstverständlich klar ist, dass dieses im weiteren Verlauf beispielsweise mit einem nicht gezeigten Kompressor der Klimaanlage 5 gekoppelt sein kann.
Rein theoretisch kann das Rohr 1 und der dieses umgebende Mantel 2 auch aus einem Stück, das heißt in der Art eines doppelwandigen Rohrs, ausgebildet sein. In diesem Fall könnte der Einsatz bzw. der Einbau nochmals vereinfacht werden. Eine Verbindung zwischen dem Rohr 1 und dem Mantel 2 könnte dabei über Stege erfolgen.
Um auch bei einem Riss des Rohrs 1 und/oder des Mantels 2 ein Ausströmen von Kältemittel 4 zuverlässig verhindern zu können, kann das Rohr 1 zumindest ein verschließbares Schott 6 aufweisen, welches beispielsweise bei einem Druckabfall innerhalb des Rohrs 1 und einen vordefinierten Grenzwert mittels eines mechanischen Schließmechanismus 7 geschlossen wird. Derartige mechanische Schließmechanismen 7 besitzen den großen Vorteil, dass diese unabhängig von weiteren Steuerungselementen, wie beispielsweise Schließeinrichtungen oder Drucksensoren, funktionieren und zudem vergleichsweise kostengünstig sind. Gemäß der 1 ist dabei lediglich ein einziges Schott 6 eingezeichnet, wobei es selbstverständlich denkbar ist, dass im Verlauf des Rohres 1 mehrere derartiger Schotte 6 angeordnet sein können. Selbstverständlich kann bei höherwertigen Ausführungsformen auch ein Drucksensor 8 zur Überwachung des Drucks in dem Rohr 1 vorgesehen sein, ebenso wie eine Steuerungseinrichtung 9, die kommunizierend mit dem Drucksensor 8 verbunden ist und die bei einem durch den Drucksensor 8 erfassten Druckabfall innerhalb des Rohres 1 unter einem vordefinierten Grenzwert das zumindest eine Schott 6 schließt. Hierdurch ist insbesondere ein Parzellieren des Rohrs 1 und ein Verhindern eines unkontrollierten Ausströmens des Kältemittels 4 möglich.
Selbst bei einer Beschädigung sowohl des Rohrs 1 als auch des dieses umgebenden Mantels 2 kann ein unerwünschtes Entflammen des Kältemittels 4 zuverlässig verhindert werden, da durch ein Vermischen des Kältemittels 4 mit dem in dem Zwischenraum 3 angeordneten Kohlendioxid ein nicht mehr brennbares Gas entsteht. Sollte das Kältemittel 4 trotzdem bereits entzündet worden sein, so werden die Flammen unmittelbar durch das im Zwischenraum 3 angeordnete CO₂ erstickt.
Mit dem erfindungsgemäßen Rohr 1 ist es somit möglich, auch brennbares Kältemittel 4 in Klimaanlagen 5 von Kraftfahrzeugen einzusetzen, ohne dadurch die Gefahr für einen Nutzer des Kraftfahrzeuges zu erhöhen.

Claims

Kältemittelführendes Leitungssystem mit einer Innenmediumführung und einer Außenmediumführung, wobei die Innenmediumführung, insbesondere ein Rohr, geeignet ist, das Kältemittel aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenmediumführung zumindest teilweise von einer Außenmediumführung, insbesondere einem Mantel (2), umgeben ist, wobei in einem zwischen der Innenmediumführung und der Außenmediumführung liegenden Zwischenraum (3) ein flammenhemmendes Medium, insbesondere Stickstoff (N₂) oder Kohlendioxid (CO₂), angeordnet ist.
Leitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (1) und der dieses umgebende Mantel (2) aus einem Stück, das heißt in der Art eines doppelwandigen Rohrs, ausgebildet sind.
Leitungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (1) zumindest ein verschließbares Schott (6) aufweist.
Leitungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein mechanischer Schließmechanismus (7) vorgesehen ist, der das zumindest eine Schott (6) bei einem Druckabfall unter einen vordefinierten Grenzwert schließt.
Leitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (1) und/oder der Mantel (2) aus Metall oder aus Kunststoff ausgebildet sind/ist.
Klimaanlage (5) eines Kraftfahrzeugs mit zumindest einem Leitungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Klimaanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein in dem Leitungselement (1) strömendes Kältemittel (4) Tetrafluorpropen (R1234yf) aufweist.
Klimaanlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Drucksensor (8) zur Überwachung des Drucks in dem Leitungssystem vorgesehen ist.
Klimaanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinrichtung (9) vorgesehen ist, die mit dem Drucksensor (8) kommunizierend verbunden ist und die bei einem durch den Drucksensor (8) erfassten Druckabfall unter einen vordefinierten Grenzwert zumindest ein Schott (6) in dem Leitungssystem schließt.
Kraftfahrzeug mit einer Klimaanlage (5) nach einem der Ansprüche 6 bis 9.