DE19850914A1 - Air conditioning system for motor vehicle has flap for interrupting air flow into interior of vehicle in ventilation system downstream of heat exchanger and controlled by CO2 sensor - Google Patents
Air conditioning system for motor vehicle has flap for interrupting air flow into interior of vehicle in ventilation system downstream of heat exchanger and controlled by CO2 sensorInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage und ein Verfahren zur Steuerung einer Klimaanlage zum Einsatz in Kraftfahrzeugen mit einem Kühlkreislauf und einem Lüftungssystem, wobei der Kühlkreislauf einen im Lüftungssystem angeordneten Wärmetauscher aufweist und wobei als Kältemittel im Kühlkreislauf CO2 vorgesehen ist.The invention relates to an air conditioning system and a method for controlling an air conditioning system for use in motor vehicles with a cooling circuit and a ventilation system, the cooling circuit having a heat exchanger arranged in the ventilation system and CO 2 being provided as the refrigerant in the cooling circuit.
Zur Steigerung des Komforts beim Fahren eines Kraftfahrzeuges werden heutzutage zunehmend mehr Kraftfahrzeuge mit Klimaanlagen ausgestattet. Als Kältemittel für die in Kraftfahrzeugen eingesetzten Klimaanlagen werden auch heutzutage noch überwiegend halogenierte Kohlenwasserstoffe eingesetzt. Aufgrund des Ozon-Abbaupotentials der halogenierten Kohlenwasserstoffe wird jedoch an umweltfreundlichen Alternativen gearbeitet. Aussichtsreichster Kandidat für ein die halogenierten Kohlenwasserstoffe ersetzendes Kältemittel ist dabei Kohlendioxid (CO2). Erste Versuchsanlagen, die als Kältemittel CO2 nutzen, befinden sich im Probebetrieb. Der Einsatz von CO2 als Kältemittel ist aus dem Stand der Technik bekannt (vgl. DE-PS 27 80 95, DE 44 15 326 C1 und EP 0 424 474 B1).To increase the comfort when driving a motor vehicle, an increasing number of motor vehicles are being equipped with air conditioning systems. Halogenated hydrocarbons are still predominantly used today as refrigerants for the air conditioning systems used in motor vehicles. However, due to the ozone depletion potential of the halogenated hydrocarbons, environmentally friendly alternatives are being worked on. The most promising candidate for a refrigerant that replaces halogenated hydrocarbons is carbon dioxide (CO 2 ). The first pilot plants that use CO 2 as refrigerant are in trial operation. The use of CO 2 as a refrigerant is known from the prior art (cf. DE-PS 27 80 95, DE 44 15 326 C1 and EP 0 424 474 B1).
Neben den Vorteilen von CO2 ist problematisch, daß CO2 bei stark erhöhten Konzentrationen toxisch wirken kann. Unterhalb von 2,5 Vol.% ist CO2 ungefährlich für Menschen. Über 8 Vol%. erfolgt bei Einatmen schnelle Bewußtlosigkeit und Tod durch Atemstillstand, bei über 20 Vol.% sogar in wenigen Sekunden vollkommene Lähmung der lebenswichtigen Zentren (s. Merkblatt über Kohlensäure (CO2) in "Berufsgenossenschaft" Nr. 7/67 von Professor Groß und Dipl.-Ing. Baumann). Bei der sicherheitstechnischen Betrachtung der CO2- Klimaanlage muß im ungünstigsten Fall angenommen werden, daß ein Versagen des Wärmetauschers zum schnellen Ausströmen der gesamten im Kühlkreislauf enthaltenden CO2-Menge (z. B. ca. 0,3 bis 0,5 kg) in das Belüftungssystem und damit ins Fahrzeuginnere (z. B. Volumen ca. 1,5 bis 2 m3) führt. Schlechte Entlüftung und vollständige Durchmischung vorausgesetzt würde ein solches Ausströmen zu CO2- Konzentrationen von 7,5 bis 12,5 Vol.% und somit erheblichen toxischen Wirkungen auf die Insassen des Kraftfahrzeuges führen. Die Konzentrationen von CO2 in über das Lüftungssystem einströmender zugeführter und damit gegebenenfalls direkt eingeatmeter Luft könnte nochmals wesentlich höher liegen.In addition to the advantages of CO 2, it is problematic that CO 2 can have a toxic effect at very high concentrations. Below 2.5% by volume, CO 2 is harmless to humans. Over 8 vol%. If you inhale, you quickly lose consciousness and death as a result of respiratory arrest, with over 20% by volume even paralysis of the vital centers within a few seconds (see leaflet on carbonic acid (CO 2 ) in "Professional Association" No. 7/67 by Professor Groß and Dipl. -Ing. Baumann). In the worst case, when considering the safety of the CO 2 air conditioning system, it must be assumed that failure of the heat exchanger causes the entire CO 2 amount contained in the cooling circuit to flow out quickly (e.g. approx. 0.3 to 0.5 kg) the ventilation system and thus into the vehicle interior (e.g. volume approx. 1.5 to 2 m 3 ). Poor ventilation and complete mixing provided that such an outflow would lead to CO 2 concentrations of 7.5 to 12.5 vol.% And thus considerable toxic effects on the occupants of the motor vehicle. The concentrations of CO 2 in the air that is fed in via the ventilation system and thus possibly inhaled directly could be much higher again.
Ausgehend von der zuvor beschriebenen Problematik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, eine Klimaanlage bzw. ein Verfahren zur Steuerung einer Klimaanlage zum Einsatz in Kraftfahrzeugen zur Verfügung zu stellen, die/das gewährleistet, daß im Innenraum eines mit einer CO2-Klimaanlage ausgestatteten Fahrzeugs keine gesundheitsgefährdenden CO2-Konzentrationen auftreten können.Based on the problem described above, the invention is therefore based on the object of providing an air conditioning system or a method for controlling an air conditioning system for use in motor vehicles, which ensures that in the interior of a vehicle equipped with a CO 2 air conditioning system no harmful CO 2 concentrations can occur.
Gemäß einer ersten Lehre der Erfindung ist die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe dadurch gelöst, daß im Lüftungssystem in Strömungsrichtung hinter dem Wärmetauscher ein CO2-Sensor angeordnet ist, daß im Lüftungssystem in Strömungsrichtung hinter dem Wärmetauscher eine die Luftzufuhr aus dem Lüftungssystem in den Innenraum des Kraftfahrzeuges unterbrechende Klappe vorgesehen ist und daß eine die Klappe abhängig vom Ausgangssignal des CO2- Sensors steuernde Steuerung vorgesehen ist.According to a first teaching of the invention, the previously derived and demonstrated object is achieved in that a CO 2 sensor is arranged in the ventilation system in the flow direction behind the heat exchanger, that in the ventilation system in the flow direction behind the heat exchanger, an air supply from the ventilation system into the interior of the Motor vehicle interrupting flap is provided and that a control controlling the flap is provided depending on the output signal of the CO 2 sensor.
Die erfindungsgemäßen Maßnahmen gewährleisten, daß eine überhöhte CO2-konzentration detektiert wird und zu einer Abschottung des Lüftungssystems gegenüber dem Innenraum des Kraftfahrzeuges führt. Hierdurch ist gewährleistet, daß auch bei einem eventuellen Defekt unmittelbar am Wärmetauscher CO2, wenn überhaupt, nur in unkritischen, nicht toxischen Konzentrationen in den Innenraum des Kraftfahrzeugs gelangen kann.The measures according to the invention ensure that an excessive CO 2 concentration is detected and leads to a partitioning of the ventilation system from the interior of the motor vehicle. This ensures that even in the event of a defect, CO 2 , if at all, can reach the interior of the motor vehicle only at non-critical, non-toxic concentrations, directly at the heat exchanger.
Eine erste Weiterbildung erfährt die erfindungsgemäße Klimaanlage dadurch, daß die Klappe als 2/2-Wege-Klappe ausgeführt ist und daß zwischen dem Wärmetauscher und der Klappe ein in die Umgebung des Kraftfahrzeuges mündender Überdruckablaß angeordnet ist. Die 2/2- Wege-Klappe verschließt das Lüftungssystem hinter dem Wärmetauscher vollständig, woraufhin über den Überdruckablaß das hinter dem Wärmetauscher vorliegende Gasgemisch mit überhöhter CO2-Konzentration ausströmt. Das in die Umgebung des Kraftfahrzeuges ausströmende Gasgemisch mit überhöhter CO2- Konzentration wird dabei durch die Umgebungsluft des Kraftfahrzeuges sofort so stark in seiner CO2-Konzentration heruntergesetzt, daß keine Gesundheitsgefährdung vorliegt.The air conditioning system according to the invention undergoes a first further development in that the flap is designed as a 2/2-way flap and in that an overpressure relief opening into the surroundings of the motor vehicle is arranged between the heat exchanger and the flap. The 2/2-way flap completely closes the ventilation system behind the heat exchanger, whereupon the gas mixture behind the heat exchanger with excessive CO 2 concentration flows out via the pressure relief outlet. The gas mixture flowing into the surroundings of the motor vehicle with excessive CO 2 concentration is immediately reduced in its CO 2 concentration by the ambient air of the motor vehicle to such an extent that there is no health risk.
Eine alternative Ausgestaltung erfährt die erfindungsgemäße Klimaanlage zu der soeben beschriebenen Ausgestaltung dadurch, daß die Klappe als 3/2-Wege-Klappe ausgeführt ist und daß ein Auslaß der Klappe in die Umgebung des Kraftfahrzeuges mündet. Bei einer überhöhten CO2-Konzentration schließt die 3/2-Wege-Klappe den Auslaß des Lüftungssystems in den Innenraum und öffnet gleichzeitig den in die Umgebung des Kraftfahrzeuges mündenden Auslaß. Auch hier ist sichergestellt, daß weder die Insassen des Kraftfahrzeuges noch in der Umgebung des Kraftfahrzeuges sich aufhaltende Personen eine Gesundheitsgefährdung erfahren.The air conditioning system according to the invention has an alternative embodiment to the embodiment just described in that the flap is designed as a 3/2-way flap and that an outlet of the flap opens into the surroundings of the motor vehicle. If the CO 2 concentration is excessive, the 3/2-way flap closes the outlet of the ventilation system into the interior and at the same time opens the outlet opening into the surroundings of the motor vehicle. Here too it is ensured that neither the occupants of the motor vehicle nor persons in the vicinity of the motor vehicle are at risk of health damage.
Als CO2-Sensor zur Detektion der CO2-Konzentration im Lüftungssystem eignet sich insbesondere ein Infrarot-Detektor. Infrarot-Detektoren sind als CO2-Sensoren bekannt und arbeiten reproduzierbar mit hinreichender Genauigkeit.An infrared detector is particularly suitable as a CO 2 sensor for detecting the CO 2 concentration in the ventilation system. Infrared detectors are known as CO 2 sensors and work reproducibly with sufficient accuracy.
Zu Wartungs- und Reparaturzwecken ist es sinnvoll, ein mit der Steuerung verbundenen Warnsignalgeber vorzusehen, der die Insassen des Kraftfahrzeuges darüber informiert, daß an der Klimaanlage ein Defekt aufgetreten ist.For maintenance and repair purposes, it makes sense to use the Control connected warning signal generator to provide the occupants informed of the motor vehicle that a on the air conditioning system Defect has occurred.
Gemäß einer zweiten Lehre der Erfindung betrifft diese ein Verfahren zur Steuerung einer Klimaanlage zum Einsatz in Kraftfahrzeugen bei welchem mit Hilfe eines Kühlkreislaufes eine Kühlleistung zur Verfügung gestellt wird und bei welchem mit Hilfe eines Lüftungssystems Luft transportiert wird, wobei die Luft durch einen im Lüftungssystem angeordneten Wärmetauscher geführt wird und wobei im Kühlsystem CO2 als Kältemittel eingesetzt wird.According to a second teaching of the invention, this relates to a method for controlling an air conditioning system for use in motor vehicles in which cooling power is made available with the aid of a cooling circuit and in which air is transported with the aid of a ventilation system, the air being passed through a heat exchanger arranged in the ventilation system is performed and where CO 2 is used as a refrigerant in the cooling system.
Gemäß der zweiten Lehre der Erfindung wird die oben hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe für ein derartiges bekanntes Verfahren dadurch gelöst, daß der CO2-Gehalt im Lüftungssystem über einen in Strömungsrichtung hinter dem Wärmetauscher angeordneten CO2- Sensor überwacht wird und daß bei Überschreiten eines CO2- Grenzwertes über eine Steuerung eine in Strömungsrichtung hinter dem Wärmetauscher angeordnete Klappe betätigt und damit die Luftzufuhr in den Innenraum des Kraftfahrzeuges unterbrochen wird. According to the second theory of the invention, the above-derived and indicated object is achieved for such a known method in that the CO 2 content in the ventilation system via a disposed downstream of the heat exchanger CO 2 - is monitored sensor and that when exceeding a CO 2 - Limit value actuates a flap arranged in the flow direction behind the heat exchanger via a control and thus the air supply to the interior of the motor vehicle is interrupted.
Auch das Verfahren gemäß der zweiten Lehre der Erfindung gewährleistet, daß keine Gesundheitsgefährdung der Insassen eines Kraftfahrzeuges bei einem Defekt der Klimaanlage entstehen kann.The method according to the second teaching of the invention ensures that there is no health risk to the occupants of a Motor vehicle can occur in the event of a defect in the air conditioning system.
Das Verfahren gemäß der zweiten Lehre der Erfindung erfährt eine vorteilhafte Ausgestaltung dadurch, daß bei Überschreiten des CO2- Grenzwertes der Kühlkreislauf und/oder das Lüftungssystem deaktiviert wird. Hierdurch wird gewährleistet, daß auch über eventuelle vorhandene Undichtigkeiten der Klappe nur sehr geringe CO2-Mengen in den Innenraum des Kraftfahrzeuges transportiert werden.The method according to the second teaching of the invention is advantageous in that the cooling circuit and / or the ventilation system is deactivated when the CO 2 limit value is exceeded. This ensures that only very small amounts of CO 2 are transported into the interior of the motor vehicle even if there are any leaks in the flap.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Klimaanlage bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung einer Klimaanlage zum Einsatz in Kraftfahrzeugen auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird beispielsweise verwiesen einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 6 nachgeordneten Patentansprüche andererseits auf die Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung.There are now a number of possibilities for the invention Air conditioning or the inventive method for controlling a Air conditioning for use in motor vehicles and to continue training. For this purpose, reference is made, on the one hand, to the Claims 1 and 6 subordinate claims on the other hand to the description of exemplary embodiments in Connection with the drawing.
In der Zeichnung zeigtIn the drawing shows
Fig. 1 schematisch den Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Klimaanlage und Fig. 1 shows schematically the structure of a first embodiment of an air conditioning system according to the invention and
Fig. 2 schematisch den Aufbau eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Klimaanlage. Fig. 2 shows schematically the structure of a second embodiment of an air conditioning system according to the invention.
Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Klimaanlage zum Einsatz in Kraftfahrzeugen weist einen Kühlkreislauf 1 und ein Lüftungssystem 2 auf. Der Kühlkreislauf 1 wiederum weist einen im Lüftungssystem 2 angeordneten Wärmetauscher 3 auf. Im Kühlkreislauf 1 wird als Kältemittel CO2 verwendet. Neben dem dargestellten Wärmetauscher 3 weist der Kühlkreislauf nur schematisch dargestellte weitere Bauteile 4, wie etwa einen Speicherbehälter, einen Verdichter, ein Entspannungsventil usw. auf.The exemplary embodiment of an air conditioning system according to the invention for use in motor vehicles shown in FIG. 1 has a cooling circuit 1 and a ventilation system 2 . The cooling circuit 1 in turn has a heat exchanger 3 arranged in the ventilation system 2 . CO 2 is used as the refrigerant in the cooling circuit 1 . In addition to the heat exchanger 3 shown , the cooling circuit has further components 4 , only shown schematically, such as a storage tank, a compressor, an expansion valve, etc.
Erfindungsgemäß ist im Lüftungssystem 2 in Strömungsrichtung hinter dem Wärmetauscher 3 ein CO2-Sensor 5 und ebenfalls in Strömungsrichtung hinter dem Wärmetauscher 3 eine die Luftzufuhr aus dem Lüftungssystem 2 in den Innenraum eines nicht dargestellten Kraftfahrzeuges unterbrechende Klappe 6 vorgesehen. Die Klappe 6 wird erfindungsgemäß abhängig vom Ausgangssignal des CO2-Sensors 5 über eine Steuerung 7 und einen Stellmotor 12 bei erhöhter CO2- Konzentration geschlossen. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Klappe als 2/2-Wege-Klappe ausgeführt. Um den bei geschlossener Klappe 6 vor dieser entstehenden Überdruck des eine überhöhte CO2-Konzentration aufweisenden Gasgemisches abzubauen, ist zwischen dem Wärmetauscher 3 und der Klappe 6 ein Überdruckablaß 8 angeordnet.According to the invention, a CO 2 sensor 5 is provided in the ventilation system 2 in the flow direction behind the heat exchanger 3 and likewise a flap 6 which interrupts the air supply from the ventilation system 2 into the interior of a motor vehicle (not shown ) in the flow direction behind the heat exchanger 3 . The flap 6 is closed according to the invention depending on the output signal of the CO 2 sensor 5 via a controller 7 and a servomotor 12 at an increased CO 2 concentration. In the embodiment shown in Fig. 1, the flap is designed as a 2/2-way flap. In order to reduce the resulting 6 with the flap closed against the pressure of an excessive concentration of CO 2 comprising gas mixture between the heat exchanger 3 and the flap 6 is arranged a pressure relief vent. 8
Tritt also eine überhöhte CO2-Konzentration auf, so wird zwar dem Wärmetauscher 3 weiter über ein Gebläse 9 Luft aus dem Fahrzeuginneren (Umluftbetrieb) und/oder aus der Umgebung (Frischluftbetrieb) zugeführt, diese Luft jedoch nach der Vermischung mit CO2 über den Überdruckablaß 8 ausgeblasen.If an excessive CO 2 concentration occurs, air is supplied to the heat exchanger 3 via a blower 9 from inside the vehicle (recirculation mode) and / or from the environment (fresh air mode), but this air is mixed after mixing with CO 2 Blown out pressure relief valve 8 .
Als CO2-Grenzwert, ab dem die Klappe 6 im Lüftungssystem 2 geschlossen wird, eignet sich beispielsweise eine Konzentration von 2,5 Vol.%.A concentration of 2.5 vol.% Is suitable, for example, as the CO 2 limit value above which the flap 6 in the ventilation system 2 is closed.
Übereinstimmende Bauteile des in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiels sind mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen. Corresponding components of the second exemplary embodiment shown in FIG. 2 are provided with the same reference numerals.
Das in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel dadurch, daß die Klappe 6 als 3/2-Wege-Klappe ausgeführt ist. In diesem Ausführungsbeispiel weist also die Klappe 6 neben einem Auslaß 10 in den Innenraum des Kraftfahrzeuges einen weiteren Auslaß 11 in die Umgebung des Kraftfahrzeuges auf. Bei der Detektion einer überhöhten CO2-Konzentration mit Hilfe des CO2-Sensors 5 verschließt also die Klappe 6 im zweiten Ausführungsbeispiel den Auslaß in den Innenraum 10 und öffnet gleichzeitig den Auslaß in die Umgebung 11, so daß das Gasgemisch mit überhöhter CO2-Konzentration ungefährlich in die Umgebung des Kraftfahrzeuges abgeblasen wird.The second exemplary embodiment shown in FIG. 2 differs from the first exemplary embodiment shown in FIG. 1 in that the flap 6 is designed as a 3/2-way flap. In this exemplary embodiment, the flap 6 has, in addition to an outlet 10 in the interior of the motor vehicle, a further outlet 11 in the surroundings of the motor vehicle. When an excessive CO 2 concentration is detected with the aid of the CO 2 sensor 5 , the flap 6 closes the outlet into the interior 10 in the second exemplary embodiment and at the same time opens the outlet into the surroundings 11 , so that the gas mixture with excessive CO 2 Concentration is safely blown off into the surroundings of the motor vehicle.
Claims (7)
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