WO2007057269A1 - Vorrichtung zur klimatisierung - Google Patents

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Johannes Ante
Peter Biber
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Continental Automotive Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

Definitions

  • the invention relates to a device for conditioning a closed common room with a cooling circuit in which there is a gaseous state harmful to humans refrigerant.
  • Air conditioners are widely used for cooling rooms in buildings and various means of transportation. In particular, modern motor vehicles are usually equipped with air conditioning.
  • the refrigerant is compressed by a compressor and condensed in a condenser to be subsequently re-evaporated in an evaporator.
  • the evaporator is constructed as pulptau ⁇ shear between the refrigerant and supplied to the common room air and cools the air ⁇ typical example to temperatures in the range of 3 to 5 degrees from.
  • refrigerant R12 Previously used in air conditioners, refrigerant R12 contributes to the destruction of the ozone layer, which is why the refrigerant R12 has been replaced by the ozone-neutral refrigerant Rl34a.
  • the refrigerant Rl34a is a so-called greenhouse gas ⁇ which reduces the heat radiation from the Earth to space. In order to avoid the greenhouse effect, it was therefore decided to use only refrigerants with little or no greenhouse effect in the future.
  • Propane- or butane-based refrigerants have a low greenhouse effect and have proven themselves in domestic refrigerators. Due to the risk of fire and explosion in case of leakage, these refrigerants can not be used in motor vehicles.
  • CO 2 is the only future possible refrigerant.
  • CO 2 may enter the air intended for the passenger compartment through a leak in the heat exchanger.
  • CO 2 concentrations between 1 and 4 percent the driver will not notice the escaping CO 2 , but will become very tired or even unconscious.
  • the object of the invention is therefore to provide a device with which the concentration of CO 2 in the passenger compartment can be kept low.
  • the refrigerant is mixed with a marking substance that is easily detectable in comparison to the refrigerant and that is gaseous in the temperature range of the common space.
  • the refrigerant can either be sensed by a person in the lounge or perceived at least with the aid of sensitive to the marker gas sensors. This is the case even if the gaseous refrigerant itself is colorless and odorless.
  • a odorant used for odor marking of natural gas or inert gas is used as the marker.
  • Usually self Gering ⁇ te concentrations of these odorant can be perceived through the sense of smell.
  • Temperature range of the lounge fog-forming substance can be used. This will also alert persons without sense of smell to the presence of a harmful gas.
  • a control may be provided which depends on the gas sensor supplied measuring signal measures to ventilate the lounge initiates.
  • These measures may include passive venting, for example by motorized opening of windows, or active ventilation measures, such as exhausting gases in the common room while simultaneously supplying fresh air.
  • Figure 1 shows the structure of an air conditioner for a vehicle
  • Figure 2 shows the structure of another air conditioning system for a vehicle.
  • FIG. 1 shows an air conditioner 1, which serves the air conditioning of a passenger compartment 2 of a motor vehicle.
  • the power ⁇ vehicle is driven by a drive motor 3 via an output shaft 4 and a V-ribbed belt 5 to a drive shaft 6 ⁇ a compressor 7 drives.
  • the compressor 7 compresses a circulating in a cooling circuit 8 Refrigerant ⁇ medium 9.
  • the compressor 7 compressed refrigerant 9 is supplied to a condenser 10 and liquefied there.
  • the liquefied refrigerant 9 then passes to an evaporator 11, where the refrigerant 9 evaporates by absorbing heat. Subsequently, the gaseous refrigerant is supplied to the compressor 7 again.
  • the evaporator 11 is designed as a heat exchanger and additionally connected to a ventilation system 12, is supplied through the air by means of a blower 13 to the passenger compartment 2.
  • the ventilation system 12 further comprises Ventilation flaps 14, via which either fresh air or room air can be supplied to the ventilation system 12.
  • the refrigerant 9 is CO 2 , which may cause consciousness clouding or fainting of the driver when in concentrations above 1 percent. Therefore, the refrigerant 9 is provided with a Markier ⁇ material which has approximately the same boiling point as the refrigerant 9 and which is also present in the temperature range of the passenger compartment 2 in gaseous form.
  • odorants for natural gases or inert gases come into question as marker for the refrigerant 9.
  • Odorant used for natural gas is, for example, tetrahydrothiophene.
  • other volatile organic sulfur compounds can be used.
  • Mercaptan mixtures or acrylate mixtures can also be used in principle.
  • lemon-smelling odorants used for inert gas extinguishing systems can also be used.
  • markers perceptible via the sense of smell it is also possible to use markers which, upon contact with air, produce mist or a color effect or lead to tears or burning eyes or nasal mucous membranes without taking the view. In this case, even persons with impaired sense of smell can be made aware of the presence of the harmful refrigerant.
  • FIG. 2 shows a further air conditioning system 15, which is equipped with additional intelligence, so that appropriate countermeasures are taken in the event of a leakage of the cooling circuit 8.
  • the air conditioner 15 has a controller 16, which is acted upon by measurement signals of a gas sensor 17.
  • the gas sensor 17 may be a gas sensor for CO 2 or a gas sensor for a taggant, the easier it is weisbar as carbon dioxide according ⁇ .
  • the gas sensor 17 is arranged in the line ⁇ strand between the evaporator 11 and the passenger compartment 2. In this way, the presence of refrigerant 9 in the air supplied to the passenger compartment 2 can be detected early.
  • the controller 16 may cause passive ventilation of the passenger compartment 2, for example by opening windows 18.
  • the controller 16 can also provide for active ventilation by means of the blower, for example by sucking air from the passenger compartment 2 with the aid of the blower 13 and discharging it to the outside through a ventilation flap 19 arranged in the ventilation line between the evaporator 11 and the passenger compartment 2. Fresh air can then be supplied to the passenger compartment 2 via a further ventilation flap 20, which is arranged in the flow direction behind the ventilation flap 19 in the ventilation line between the evaporator 11 and the passenger compartment 2. The arrangement of the ventilation flap 19 prevents new refrigerant 9 from entering the passenger compartment 2.
  • the refrigerant 9 may be provided with a sensor-perceptible marker to provide additional security.
  • the air conditioner 15 shown in Figure 2 offers an im
  • the air conditioner 1 is also suitable for small cars and offers cost advantages, since a gas sensor 17 and the controller 16 and the drives for the ventilation flaps 14, 19 and 20 can be dispensed with.

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Abstract

Eine Vorrichtung zur Klimatisierung eines Fahrgastraums (2) eines Kraftfahrzeugs umfasst einen Kühlkreislauf (8) mit einem Kältemittel (9), bei dem es sich insbesondere um CO<SUB>2</SUB>handelt. Um sicherzustellen, dass Lecks des Kühlkreislaufs (8) bemerkt werden, ist das Kältemittel (9) mit einem Odormittel versetzt.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zur Klimatisierung
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 Wärmetau¬ scher zwischen dem Kältemittel und der dem Aufenthaltsraum zuzuführenden Luft ausgebildet und kühlt die Luft typischer¬ weise 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 Schläu- chen 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 Rl34a ersetzt wurde. Leider ist das Kältemittel Rl34a ein so genanntes Treibhaus¬ gas, 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 Haushaltskühl- schränken 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 Passa¬ gierraum 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 be- wusstlos 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.
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 Weiterbil¬ dungen 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 entweder sensorisch von einem sich im Aufenthaltsraum befindenden Menschen wahrgenommen oder zumindest mit Hilfe von auf den Markierstoff empfindlichen Gassensoren wahrgenommen werden. Dies ist selbst dann der Fall, wenn das gasförmige Kältemittel selbst färb- 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 gerings¬ te 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 kann für den Markierstoff auch ein im Temperaturbereich des Aufenthaltsraums gasförmiger Stoff verwendet werden, 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 befinden- de 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:
Figur 1 den Aufbau einer Klimaanlage für ein Fahrzeug; und
Figur 2 den Aufbau einer weiteren Klimaanlage für ein Fahrzeug.
Figur 1 zeigt eine Klimaanlage 1, die der Klimatisierung eines Fahrgastraumes 2 eines Kraftfahrzeugs dient. Das Kraft¬ fahrzeug ist von einem Antriebsmotor 3 angetrieben, der über eine Abtriebswelle 4 und einen Keilrippenriemen 5 eine An¬ triebswelle 6 eines Kompressors 7 antreibt. Der Kompressor 7 komprimiert ein in einem Kühlkreislauf 8 umlaufendes Kälte¬ mittel 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 Markier¬ stoff 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 Schwefel- Verbindungen 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 Fall können auch Personen mit beeinträchtigtem Geruchssinn auf die Anwesenheit des schädlichen Kältemittels hingewiesen werden.
In Figur 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 kann es sich um einen Gassensor für CO2 oder um einen Gassensor für einen Markierstoff handeln, der einfacher als Kohlendioxid nach¬ weisbar ist. Vorzugsweise ist der Gassensor 17 im Leitungs¬ strang 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 Strömungs- richtung 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.
Die in Figur 2 dargestellte Klimaanlage 15 bietet eine im
Vergleich zur in Figur 1 dargestellten Klimaanlage 1 höhere Sicherheit. Demgegenüber ist die Klimaanlage 1 auch für Kleinwagen geeignet und bietet Kostenvorteile, da auf einen Gassensor 17 sowie die Steuerung 16 und die Antriebe für die Lüftungsklappen 14, 19 und 20 verzichtet werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Klimatisierung eines geschlossenen Aufenthaltsraums (2) mit einem Kühlkreislauf (8), in dem sich ein im gasförmigen Zustand für Menschen schädliches Kältemit¬ tel (9) befindet, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Kältemittel (9) mit einem im Vergleich zum Kältemittel (9) leichter erfassbaren und im Temperaturbereich des Aufent- haltsraums (2) gasförmigen Markierstoff versetzt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Markierstoff ein für Erdgas oder Inertgas verwendbares Odormittel ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Odormittel Tetrahydrothiophen umfasst.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Markierstoff eine in Kontakt mit Luft nebelbildende Substanz ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Markierstoff von einem Gassensor (17) detektierbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s ein Messsignal des Gassensors (17) eine Steuerung (16) eines
Lüftungssystems (12) beaufschlagt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Steuerung (16) bei Vorliegen eines auf die Anwesenheit des Kältemittels (9) im Fahrgastraum (2) hindeutendes Mess¬ signal die Öffnung eines Fensters (18) veranlasst.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Steuerung (16) ein mit dem Kühlkreislauf (8) zusammenwirkendes Lüftungssystem (12) steuert.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Steuerung (16) bei Vorliegen eines auf die Anwesenheit von Kältemittel (9) im Fahrgastraum (2) hindeutendes Messsig¬ nal mit Hilfe des Lüftungssystems (12) das Absaugen der im Fahrgastraum (2) vorhandenen Luft und die Zufuhr von Frischluft veranlasst.
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