DE19850914A1

DE19850914A1 - Klimaanlage und Verfahren zur Steuerung einer Klimaanlage

Info

Publication number: DE19850914A1
Application number: DE19850914A
Authority: DE
Inventors: Manfred Fuchs; Hermann Grabhorn; Wolfgang Volker
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1998-11-05
Filing date: 1998-11-05
Publication date: 2000-05-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage bzw. ein Verfahren zur Steuerung einer Klimaanlage zum Einsatz in Kraftfahrzeugen mit einem Kühlkreislauf (1) und einem Lüftungssystem (2), wobei der Kühlkreislauf (1) einen im Lüftungssystem (2) angeordneten Wärmetauscher (3) aufweist und wobei als Kältemittel im Kühlkreislauf (1) CO¶2¶ vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist dadurch, daß im Lüftungssystem (2) in Strömungsrichtung hinter dem Wärmetauscher (3) ein CO¶2¶-Sensor (5) angeordnet ist, daß im Lüftungssystem (2) in Strömungsrichtung hinter dem Wärmetauscher (3) eine die Luftzufuhr aus dem Lüftungssystem (2) in den Innenraum des Kraftfahrzeuges unterbrechende Klappe (6) vorgesehen ist und daß eine die Klappe (6) abhängig vom Ausgangssignal des CO¶2¶-Sensors (5) steuernde Steuerung (7) vorgesehen ist, gewährleistet, daß keine überhöhten Konzentrationen von CO¶2¶ in den Innenraum des Kraftfahrzeuges gelangen können.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Auch das Verfahren gemäß der zweiten Lehre der Erfindung gewährleistet, daß keine Gesundheitsgefährdung der Insassen eines Kraftfahrzeuges bei einem Defekt der Klimaanlage entstehen kann.

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.

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.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 schematisch den Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Klimaanlage und

Fig. 2 schematisch den Aufbau eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Klimaanlage.

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.

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.

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.

Als CO₂-Grenzwert, ab dem die Klappe 6 im Lüftungssystem 2 geschlossen wird, eignet sich beispielsweise eine Konzentration von 2,5 Vol.%.

Übereinstimmende Bauteile des in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiels sind mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.

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.

Claims

1. Klimaanlage zum Einsatz in Kraftfahrzeugen mit einem Kühlkreislauf (1) und einem Lüftungssystem (2), wobei der Kühlkreislauf (1) einen im Lüftungssystem (2) angeordneten Wärmetauscher (3) aufweist und wobei als Kältemittel im Kühlkreislauf (1) CO₂ vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Lüftungssystem (2) in Strömungsrichtung hinter dem Wärmetauscher (3) ein CO₂-Sensor (5) angeordnet ist, daß im Lüftungssystem (2) in Strömungsrichtung hinter dem Wärmetauscher (3) eine die Luftzufuhr aus dem Lüftungssystem (2) in den Innenraum des Kraftfahrzeuges unterbrechende Klappe (6) vorgesehen ist und daß eine die Klappe (6) abhängig vom Ausgangssignal des CO₂-Sensors (5) steuernde Steuerung (7) vorgesehen ist.

2. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe (6) als 2/2-Wege-Klappe ausgeführt ist und daß zwischen dem Wärmetauscher (3) und der Klappe (6) ein in die Umgebung des Kraftfahrzeuges mündender Überdruckablaß (8) angeordnet ist.

3. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe (6) als 3/2-Wege-Klappe ausgeführt ist und daß ein Auslaß (11) der Klappe in die Umgebung des Kraftfahrzeuges mündet.

4. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der CO₂-Sensor (5) als Infrarot-Detektor ausgebildet ist.

5. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der Steuerung (7) verbundener Warnsignalgeber vorgesehen ist.

6. 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, insbesondere zur Verwirklichung in einer Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, 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.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten des CO₂-Grenzwertes der Kühlkreislauf und/oder das Lüftungssystem deaktiviert wird.