DE112006003057B4

DE112006003057B4 - Vorrichtung zur Klimatisierung

Info

Publication number: DE112006003057B4
Application number: DE112006003057T
Authority: DE
Inventors: Johannes Ante; Peter Biber
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2005-11-21
Filing date: 2006-10-17
Publication date: 2010-04-15
Anticipated expiration: 2026-10-18
Also published as: DE112006003057A5; DE102005055756A1; WO2007057269A1

Abstract

Vorrichtung zur Klimatisierung eines geschlossenen Aufenthaltsraums (2) mit einem Kühlkreislauf (8), in dem sich ein im gasförmigen Zustand für Menschen schädliches Kältemittel (9) befindet, das mit einem im Vergleich zum Kältemittel (9) leichter erfassbaren und im Temperaturbereich des Aufenthaltsraums (2) gasförmigen Markierstoff versetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit einem zur Detektion des Markierstoffs eingerichteten Gassensor (17) versehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Klimatisierung eines geschlossenen Aufenthaltsraums mit einem Kühlkreislauf, in dem sich ein im gasförmigen Zustand für Menschen schädliches Kältemittel befindet.
Derartige Vorrichtungen sind allgemein bekannt und werden in Klimaanlagen zur Kühlung der dem Aufenthaltsraum zuzuführenden Luft verwendet. Klimaanlagen sind zur Kühlung von Räumen in Gebäuden und verschiedenen Verkehrsmitteln weit verbreitet. Insbesondere moderne Kraftfahrzeuge sind in der Regel mit Klimaanlagen ausgestattet. Im Kühlkreislauf wird das Kältemittel von einem Kompressor komprimiert und in einem Kondensor kondensiert, um anschließend in einem Verdampfer erneut verdampft zu werden. Der Verdampfer ist als Wärmetauscher zwischen dem Kältemittel und der dem Aufenthaltsraum zuzuführenden Luft ausgebildet und kühlt die Luft typischerweise auf Temperaturen im Bereich von 3 bis 5 Grad ab.
Da in modernen Kraftfahrzeugen bisher eine leistungsfähige, beispielsweise eine Spannung im Bereich von 42 Volt liefernde Spannungsversorgung fehlt, ist ein elektrischer Betrieb des Kompressors nicht möglich. Der Kompressor wird daher mit Hilfe von Keilrippenriemen unmittelbar vom Antriebsmotor angetrieben.
Im Gehäuse des Kompressors ist daher eine Wellendurchführung vorzusehen. Außerdem müssen schwingungsfähige Schläuche zwischen dem Kompressor und den übrigen Komponenten des Kühlkreislaufs angeordnet werden. Durch geringe Leckagen an der Wellendurchführung und an den schwingungsfähigen Schläuchen kann Kältemittel entweichen. Das Kältemittel muss daher im Rahmen der Inspektion mehrfach ergänzt werden. Während der Betriebsdauer eines Autos entweichen so mehrere Kilogramm Kältemittel in die Umwelt.
Das früher in Klimaanlagen verwendete Kältemittel R12 trägt zur Zerstörung der Ozonschicht bei, weshalb das Kältemittel R12 durch das ozonneutrale Kältemittel R134a ersetzt wurde. Leider ist das Kältemittel R134a ein so genanntes Treibhausgas, das die Wärmeabstrahlung der Erde in den Weltraum verringert. Zur Vermeidung des Treibhauseffekts wurde daher beschlossen, in Zukunft ausschließlich Kältemittel zu verwenden, die nur eine geringe oder keine Treibhauswirkung haben.
Kältemittel auf der Basis von Propan oder Butan besitzen eine geringe Treibhauswirkung und haben sich in Haushaltskühlschränken bewährt. Aufgrund der Brand- und Explosionsgefahr im Leckagefall können diese Kältemittel jedoch nicht in Kraftfahrzeugen verwendet werden.
Somit ist CO₂ das einzige zukünftig mögliche Kältemittel. Dabei ist es grundsätzlich möglich, dass CO₂ in den Passagierraum des Kraftfahrzeugs gelangt. Beispielsweise kann CO₂ durch ein Leck im Wärmetauscher in die für den Passagierraum vorgesehene Luft eintreten. Bei Konzentrationen von CO₂ zwischen 1 und 4 Prozent wird der Fahrer das austretende CO₂ nicht bemerken, aber dennoch stark ermüden oder sogar bewusstlos werden. Es besteht daher ein Bedarf nach einer Vorrichtung zur Klimatisierung eines geschlossenen Aufenthaltsraumes, die verhindert, dass die Konzentration an CO₂ im Fahrgastraum über das zulässige Maß hinaus ansteigt.
Die EP 0 872 693 A2 offenbart eine Klimaanlage, bei der sehr einfach ein Kühlmittelleck erkannt werden kann, womit die Sicherheit der Klimaanlage im Falle einer Leckage erhöht wird. Die Klimaanlage weist einen Kompressor, einen Verflüssiger, Druckverminderungsmittel und einen Verdampfer auf, die zu einem Kühlkreislauf zusammengeschlossen sind. Ein Geruchs mittel ist dem Kühlmittel beigemischt und das Kühlmittel ist in den Kühlkreislauf eingefüllt.
Die DE 197 48 212 A1 offenbart Schutzgase, die mit einem Odoriermittel gemischt sind, um die Gefahr einer Erstickung bei unsachgemäßer Verwendung zu vermeiden. Odoriermittel sind hier zum Beispiel Dimethylsulfid, Tetrahydrothiophen (THT), Methylmercaptan, 1-Propan-thiol, 2-Propan-thiol oder 2-Methylpropan-2-thiol (TBM). Das odorierte Schutzgas wird beim Schweißen eingesetzt.
Die DE 198 50 914 A1 offenbart eine Klimaanlage zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug mit einem Kühlkreislauf und einem Lüftungssystem, wobei der Kühlkreislauf einen im Lüftungssystem angeordneten Wärmetauscher aufweist, und wobei das als Kältemittel im Kühlkreislauf CO₂ vorgesehen ist. Ein CO₂-Sensor ist im Lüftungssystem in Strömungsrichtung hinter dem Wärmetauscher angeordnet, wobei im Lüftungssystem in Strömungsrichtung hinter dem Wärmetauscher eine die Luftzufuhr aus dem Lüftungssystem in den Innenraum des Kraftfahrzeuges unterbrechende Klappe vorgesehen ist, und wobei eine Klappe, abhängig vom Ausgangssignal des CO₂-Sensors, angesteuert wird, wodurch keine überhöhte Konzentration von CO₂ in den Innenraum des Kraftfahrzeuges entstehen kann.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der sich die Konzentration an CO₂ im Fahrgastraum niedrig halten lässt.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. In davon abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben.
Bei der Vorrichtung zur Klimatisierung ist das Kältemittel mit einem im Vergleich zum Kältemittel leicht erfassbaren und im Temperaturbereich des Aufenthaltsraums gasförmigen Markierstoffs versetzt. Mit Hilfe des Markierstoffs kann das Kältemittel sowohl sensorisch von einem sich im Aufenthaltsraum befindenden Menschen wahrgenommen als auch mit Hilfe von auf den Markierstoff empfindlichen Gassensoren wahrgenommen werden. Dies ist selbst dann der Fall, wenn das gasförmige Kältemittel selbst farb- und geruchlos ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird als Markierstoff ein zur Geruchsmarkierung von Erdgas oder Inertgas verwendetes Odormittel verwendet. In der Regel können selbst geringste Konzentrationen dieser Odormittels über den Geruchssinn wahrgenommen werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann eine im Temperaturbereich des Aufenthaltsraums nebelbildende Substanz verwendet werden. Damit werden auch Personen ohne Geruchssinn auf die Anwesenheit eines schädlichen Gases hingewiesen.
Schließlich wird für den Markierstoff ein im Temperaturbereich des Aufenthaltsraums gasförmiger Stoff verwendet, der im Vergleich zu CO₂ kostengünstiger mit Hilfe von Gassensoren nachgewiesen werden kann. Dies bietet den Vorteil, dass weder eine Sichtbehinderung durch vom Markierstoff gebildeten Nebel eintritt noch die Wahrnehmung des Markierstoffs vom Geruchssinn einer sich im Aufenthaltsraum befindenden Person abhängt.
Um zu verhindern, dass eine sich im Aufenthaltsraum befindende Person in Panik gerät, kann eine Steuerung vorgesehen sein, die in Abhängigkeit von einem durch den Gassensor gelieferten Messsignals Maßnahmen zur Belüftung der Aufenthaltsraums einleitet.
Diese Maßnahmen können ein passives Belüften, beispielsweise durch das motorbetriebene Öffnen von Fenstern, oder aktiven Lüftungsmaßnahmen umfassen, wie zum Beispiel das Absaugen der im Aufenthaltsraum befindlichen Gase unter gleichzeitiger Zufuhr von Frischluft.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung im Einzelnen erläutert werden. Es zeigen:
1 den Aufbau einer Klimaanlage für ein Fahrzeug; und
2 den Aufbau einer weiteren Klimaanlage für ein Fahrzeug.
1 zeigt eine Klimaanlage 1, die der Klimatisierung eines Fahrgastraumes 2 eines Kraftfahrzeugs dient. Das Kraftfahrzeug ist von einem Antriebsmotor 3 angetrieben, der über eine Abtriebswelle 4 und einen Keilrippenriemen 5 eine Antriebswelle 6 eines Kompressors 7 antreibt. Der Kompressor 7 komprimiert ein in einem Kühlkreislauf 8 umlaufendes Kältemittel 9. Das vom Kompressor 7 komprimierte Kältemittel 9 wird einem Kondensor 10 zugeführt und dort verflüssigt. Das verflüssigte Kältemittel 9 gelangt anschließend zu einem Verdampfer 11, wo das Kältemittel 9 unter Aufnahme von Wärme verdampft. Anschließend wird das gasförmige Kältemittel erneut dem Kompressor 7 zugeführt.
Der Verdampfer 11 ist als Wärmetauscher ausgebildet und zusätzlich an ein Lüftungssystem 12 angeschlossen, durch das Luft mit Hilfe eines Gebläses 13 dem Fahrgastraum 2 zugeführt wird. Das Lüftungssystem 12 umfasst ferner Lüftungsklappen 14, über die wahlweise Frischluft oder Raumluft dem Lüftungssystem 12 zugeführt werden kann.
Bei dem Kältemittel 9 handelt es sich um CO₂, das zu einer Bewusstseinstrübung oder zur Ohnmacht des Fahrers führen kann, wenn es in Konzentrationen oberhalb von 1 Prozent vorliegt. Deshalb ist das Kältemittel 9 mit einem Markierstoff versehen, der in etwa den gleichen Siedepunkt wie das Kältemittel 9 aufweist und der im Temperaturbereich des Fahrgastraumes 2 ebenfalls in gasförmiger Form vorliegt. Als Markierstoff für das Kältemittel 9 kommen beispielsweise Odormittel für Erdgase oder Inertgase in Frage. Für Erdgas verwendetes Odormittel ist beispielsweise Tetrahydrothiophen. Daneben können weitere leichtflüchtige organische Schwefelverbindungen verwendet werden. Auch Mercaptangemische oder Acrylatgemische können grundsätzlich verwendet werden. Daneben können auch nach Zitrone riechende Odormittel verwendet werden, die für Inertgas-Löschanlagen verwendet werden.
Abgesehen von den über den Geruchssinn wahrnehmbaren Markierstoffen können auch Markierstoffe verwendet werden, die beim Kontakt mit Luft Nebel oder einen Farbeffekt erzeugen oder die zu tränenden oder brennenden Augen oder Nasenschleimhäuten führen, ohne die Sicht zu nehmen. In diesem Fell können auch Personen mit beeinträchtigtem Geruchssinn auf die Anwesenheit des schädlichen Kältemittels hingewiesen werden.
In 2 ist eine weitere Klimaanlage 15 dargestellt, die mit zusätzlicher Intelligenz ausgestattet ist, damit bei einer Leckage des Kühlkreislaufs 8 geeignete Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Zu diesem Zweck verfügt die Klimaanlage 15 über eine Steuerung 16, die mit Messsignalen eines Gassensors 17 beaufschlagt ist. Bei dem Gassensor 17 handelt es sich um einen Gassensor für einen Markierstoff, der einfacher als Kohlendioxid nachweisbar ist. Vorzugsweise ist der Gassensor 17 im Leitungsstrang zwischen Verdampfer 11 und Fahrgastraum 2 angeordnet.
Auf diese Weise kann die Anwesenheit von Kältemittel 9 in der dem Fahrgastraum 2 zugeführten Luft frühzeitig detektiert werden. Wenn der Gassensors 17 mittelbar oder unmittelbar die Anwesenheit von Kältemittel 9 in der dem Fahrgastraum 2 zugeführten Luft detektiert, kann die Steuerung 16 eine passive Belüftung des Fahrgastraumes 2 veranlassen, indem beispielsweise Fenster 18 geöffnet werden. Daneben kann die Steuerung 16 auch für eine aktive Belüftung mit Hilfe des Gebläses sorgen, indem beispielsweise mit Hilfe des Gebläses 13 Luft aus dem Fahrgastraum 2 angesaugt und durch eine im Belüftungsstrang zwischen dem Verdampfer 11 und dem Fahrgastraum 2 angeordnete Lüftungsklappe 19 nach außen abgeführt wird. Frischluft kann dann dem Fahrgastraum 2 über eine weitere Lüftungsklappe 20 zugeführt werden, die in Strömungsrichtung hinter der Lüftungsklappe 19 im Lüftungsstrang zwischen Verdampfer 11 und Fahrgastraum 2 angeordnet ist. Durch die Anordnung der Lüftungsklappe 19 wird verhindert, dass neues Kältemittel 9 in den Fahrgastraum 2 eindringen kann.
Auch bei der Klimaanlage 15 kann das Kältemittel 9 mit einem sensorisch wahrnehmbaren Markierstoff versehen sein, um zusätzliche Sicherheit zu bieten.

Claims

Vorrichtung zur Klimatisierung eines geschlossenen Aufenthaltsraums (2) mit einem Kühlkreislauf (8), in dem sich ein im gasförmigen Zustand für Menschen schädliches Kältemittel (9) befindet, das mit einem im Vergleich zum Kältemittel (9) leichter erfassbaren und im Temperaturbereich des Aufenthaltsraums (2) gasförmigen Markierstoff versetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit einem zur Detektion des Markierstoffs eingerichteten Gassensor (17) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Markierstoff ein für Erdgas oder Inertgas verwendbares Odormittel ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Odormittel Tetrahydrothiophen umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Markierstoff eine in Kontakt mit Luft nebelbildende Substanz ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messsignal des Gassensors (17) eine Steuerung (16) eines Lüftungssystems (12) beaufschlagt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (16) bei Vorliegen eines auf die Anwesenheit des Kältemittels (9) im Fahrgastraum (2) hindeuten des Messsignal die Öffnung eines Fensters (18) veranlasst.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (16) ein mit dem Kühlkreislauf (8) zusammenwirkendes Lüftungssystem (12) steuert.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (16) bei Vorliegen eines auf die Anwesenheit von Kältemittel (9) im Fahrgastraum (2) hindeutendes Messsignal mit Hilfe des Lüftungssystems (12) das Absaugen der im Fahrgastraum (2) vorhandenen Luft und die Zufuhr von Frischluft veranlasst.