DE102010004804A1 - Vehicle air conditioning system comprises closed cooling agent circulation that connects compressor, condenser, expansion device and evaporator of air conditioning system with each other in fluidic manner and an emergency discharge device - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugklimaanlage mit einem geschlossenen Kältemittelkreislauf, welcher zumindest einen Kompressor, einen Kondensator, eine Expansionseinrichtung, etwa ein Expansionsventil, und einen Verdampfer der Klimaanlage strömungstechnisch miteinander verbindet. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Not-Ablasseinrichtung für das im Kältemittelkreislauf enthaltene Kältemittel.The present invention relates to an automotive air conditioning system having a closed refrigerant circuit, which fluidly connects at least one compressor, a condenser, an expansion device, such as an expansion valve, and an evaporator of the air conditioning system. The invention particularly relates to an emergency discharge device for the refrigerant contained in the refrigerant circuit.
Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge sind dazu ausgebildet, die Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs auf ein im Vergleich zur Außentemperatur geringeres Temperaturniveau abzukühlen. Gängige Klimaanlagen weisen hierfür einen geschlossenen Kältemittelkreislauf auf, in welchem ein von einem Kompressor verdichtetes Kältemittel einem Kondensator zugeführt wird. Dieser fungiert als Wärmetauscher, insbesondere als Kältemittelkühler, der den vom Kompressor verdichteten Kältemitteldampf durch Zufuhr von Außenluft abkühlt, um so das Kältemittel zu kondensieren. Über ein nachgeschaltetes Expansionsventil, welches als Druckverminderungsventil fungiert, wird der Druck des Kältemittels reduziert.Air conditioning systems for motor vehicles are designed to cool the passenger compartment of the motor vehicle to a lower temperature level compared to the outside temperature. For this purpose, conventional air conditioning systems have a closed refrigerant circuit in which a refrigerant compressed by a compressor is fed to a condenser. This acts as a heat exchanger, in particular as a refrigerant cooler, which cools the compressed refrigerant vapor from the compressor by supplying outside air, so as to condense the refrigerant. A downstream expansion valve, which acts as a pressure reduction valve, reduces the pressure of the refrigerant.
Der typischerweise als Expansionsventil ausgebildeten Expansionseinrichtung ist der sogenannte Verdampfer nachgeschaltet, in welchem das abgekühlte Kältemittel unter Aufnahme thermischer Energie, welche der Fahrgastzelle entnommen wird, verdampft.The expansion device, which is typically designed as an expansion valve, is followed by the so-called evaporator, in which the cooled refrigerant evaporates while absorbing thermal energy which is taken from the passenger compartment.
Die Ausgabeseite des Verdampfers steht dabei ferner mit der Saugseite des Kompressors in Verbindung, sodass das Kältemittel in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert.The discharge side of the evaporator is also in communication with the suction side of the compressor, so that the refrigerant circulates in a closed circuit.
Ein gängiges, für mobile Klimaanlagen eingesetztes Kältemittel ist beispielsweise Tetrafluorethan R134a. Dessen Treibhauswirkung (global warming potential (GWP)) ist jedoch etwa 1300 Mal so hoch wie die von Kohlendioxid. Um den Gebrauch von klimaschädlichen Kältemitteln in der Fahrzeugklimatisierung einzuschränken, hat die Europäische Union den Gebrauch von Kältemitteln mit einem GWP > 150 verboten.A common refrigerant used for mobile air conditioning systems is, for example, tetrafluoroethane R134a. However, its global warming potential (GWP) is about 1300 times that of carbon dioxide. To limit the use of climate-damaging refrigerants in vehicle air conditioning, the European Union has banned the use of refrigerants with a GWP> 150.
Ein weiteres Kältemittel aus der Klasse der Fluorkohlenwasserstoffe, Hydroolefin-1234yf (HFO 1234yf) zeichnet sich durch ein geringes Treibhauspotenzial, (GWP=4) aus. Es erfordert zudem kaum nennenswerte konstruktive Veränderungen des Kältemittelkreislaufs und ließe sich problemlos als Substituent für bisherige Kältemittel verwenden.Another refrigerant from the class of hydrofluorocarbons, Hydroolefin-1234yf (HFO 1234yf), is characterized by a low global warming potential (GWP = 4). It also requires little appreciable structural changes in the refrigerant circuit and could easily be used as a substituent for existing refrigerants.
Hydroolefin-1234yf weist jedoch den Nachteil einer vergleichsweise leichten Entflammbarkeit auf. Dies ist bei einer Fehlfunktion der Klimaanlage von Bedeutung, insbesondere dann, wenn sich der Kältemitteldruck innerhalb der Klimaleitungen drastisch erhöht, sodass ein unkontrolliertes Bersten von Leitungen oder sonstiger Komponenten der Klimaanlage zu befürchten ist. Für solche Notfälle weisen herkömmliche Klimaanlagen bereits Not-Ablasseinrichtungen, etwa in Form einer Berstscheibe auf, die mit Erreichen eines vorgegebenen kritischen Druckniveaus das Kältemittel kontrolliert aus dem Kältemittelkreislauf entweichen lassen.Hydroolefin 1234yf, however, has the disadvantage of relatively high flammability. This is important in the case of a malfunction of the air conditioning system, in particular when the refrigerant pressure within the air conditioning lines increases drastically, so that uncontrolled bursting of lines or other components of the air conditioning system is to be feared. For such emergencies, conventional air conditioning systems already have emergency discharge devices, for example in the form of a rupture disk, which allow the refrigerant to escape from the refrigerant circuit in a controlled manner upon reaching a predetermined critical pressure level.
So ist aus der
Im Betrieb einer Klimaanlage erwärmen sich jedoch Motor, Katalysator sowie weitere Anbauteile der Kompressor, sodass bei Verwendung eines entzündlichen Kältemittels, wie etwa HFO-1234yf ein Entzünden des aus dem Kühlmittelkreislauf entweichenden Kühlmittels zu befürchten ist. Besonders kritisch sind dabei Oberflächen mit hohen Oberflächentemperaturen, wie Katalysatoren.In the operation of an air conditioner, however, the engine, catalyst and other attachments of the compressor heat up, so that when using an inflammable refrigerant, such as HFO-1234yf ignition of the escaping from the coolant circuit coolant is to be feared. Particularly critical are surfaces with high surface temperatures, such as catalysts.
Es ist daher Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, eine Klimaanlage, insbesondere eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage, zur Verfügung zu stellen, bei welcher ein Entzünden austretenden Kältemittels weitgehend verhindert werden kann. Es ist ferner Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, einen hinsichtlich seiner Notfalleigenschaften verbesserten Kältemittelkreislauf zur Verfügung zu stellen, der ein kontrolliertes und gefahrloses Ablassen des Kältemittels bei Bedarf ermöglicht. Ferner soll sich die Erfindung ohne nennenswerten Kosten- und Montageaufwand verwirklichen lassen.It is therefore an object of the present invention to provide an air conditioning system, in particular a motor vehicle air conditioning system, in which an ignition escaping refrigerant can be largely prevented. It is a further object of the present invention to provide an improved refrigerant circuit in terms of its emergency characteristics, which enables controlled and safe draining of the refrigerant when needed. Furthermore, the invention should be realized without significant costs and installation costs.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird mit Hilfe einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage nach dem unabhängigen Patentanspruch 1 sowie mit Hilfe eines Kraftfahrzeugs gemäß Patentanspruch 12 gelöst. Einzelne vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.The object underlying the invention is achieved by means of a motor vehicle air conditioner according to the independent claim 1 and with the aid of a motor vehicle according to
Die erfindungsgemäße Kraftfahrzeug-Klimaanlage weist einen geschlossenen Kältemittelkreislauf auf, welcher zumindest einen Kompressor, einen Kondensator, eine Expansionseinrichtung, wie etwa ein Expansionsventil, sowie einen Verdampfer der Klimaanlage strömungstechnisch miteinander verbindet. Des Weiteren ist im Kältemittelkreislauf eine Not-Ablasseinrichtung für das im Kreislauf zirkulierende Kältemittel vorgesehen. Erfindungsgemäß ist die Not-Ablasseinrichtung dabei in einem von heißen Oberflächen abgewandten oder von heißen Oberflächen entfernt liegenden Bereich des Fahrzeugs, bzw. seines Kältemittelkreislaufs angeordnet. Unter heißen Oberflächen im Sinne der Erfindung sind sämtliche Oberflächen von Fahrzeugbauteilen zu verstehen, die durch den Betrieb des Fahrzeugs, insbesondere seines Antriebsaggregats und/oder durch den Betrieb der Fahrzeugklimaanlage eine Erwärmung erfahren.The motor vehicle air conditioning system according to the invention has a closed refrigerant circuit which fluidly connects at least one compressor, a condenser, an expansion device, such as an expansion valve, and an evaporator of the air conditioning system. Furthermore, an emergency discharge device for the circulating refrigerant is provided in the refrigerant circuit. According to the invention, the emergency discharge device is located in a region of the vehicle facing away from hot surfaces or away from hot surfaces, or arranged its refrigerant circuit. Hot surfaces in the sense of the invention are to be understood as meaning all surfaces of vehicle components which experience heating due to the operation of the vehicle, in particular of its drive unit and / or through the operation of the vehicle air conditioning system.
Hierbei ist insbesondere vorgesehen, die Not-Ablasseinrichtung in einem dem Kompressor der Klimaanlage abgewandten oder hiervon entfernt liegenden Bereich anzuordnen.In this case, it is provided in particular to arrange the emergency discharge device in a region remote from the compressor of the air conditioning system or remote therefrom.
Im Sinne der Erfindung ist mit einer heißen Oberfläche eine Oberfläche gemeint, deren Temperaturniveau oberhalb der effektiven Selbstentzündungstemperatur des jeweils verwendeten Kältemittels ist. Je nach Zusammensetzung und Durchmischung des Kältemittels, etwa mit Öl kann sich die effektive Selbstentzündungstemperatur des im Klimakreislauf zirkulierenden Gemischs auch verringern. In typischen Anwendungsszenarien liegt die Temperatur der erfindungsgemäß „heißen Oberfläche” oberhalb 400°C.For the purposes of the invention, a hot surface means a surface whose temperature level is above the effective autoignition temperature of the particular refrigerant used. Depending on the composition and mixing of the refrigerant, such as with oil, the effective autoignition temperature of the mixture circulating in the air conditioning circuit may also decrease. In typical application scenarios, the temperature of the "hot surface" according to the invention is above 400 ° C.
Die Not-Ablasseinrichtung kann nahezu beliebig in oder an der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs mit Ausnahme des Kompressors und der Expansionseinrichtung angeordnet sein, wobei die konkrete Anordnung und Ausrichtung der Not-Ablasseinrichtung derart gewählt ist, dass das im Notfall entweichende Kältemittel vom Kompressor und/oder seinen Komponenten abgewandt aus dem Kältemittelkreislauf austritt.The emergency discharge device can be arranged almost arbitrarily in or on the high-pressure side of the refrigerant circuit with the exception of the compressor and the expansion device, wherein the specific arrangement and orientation of the emergency discharge device is selected such that the escaping in an emergency refrigerant from the compressor and / or its Components facing away from the refrigerant circuit emerges.
Auf diese Art und Weise kann selbst bei Verwendung entzündlicher Kältemittel das Auftreffen des Kältemittels auf erwärmte oder gar heiße Stellen und Komponenten des Kältemittelkreislauf in einfacher Art und Weise umgangen und somit das Entzündungsrisiko im Notfall deutlich reduziert werden.In this way, even with the use of flammable refrigerant, the impact of the refrigerant on heated or even hot spots and components of the refrigerant circuit can be bypassed in a simple manner and thus the risk of ignition in an emergency can be significantly reduced.
Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist dabei insbesondere vorgesehen, dass die Not-Ablasseinrichtung stromaufwärts der Expansionseinrichtung der Klimaanlage angeordnet ist.According to a first advantageous embodiment of the invention is provided in particular that the emergency discharge is arranged upstream of the expansion device of the air conditioner.
Von Vorteil ist die Not-Ablasseinrichtung stromabwärts des Kompressors und stromaufwärts der Expansionseinrichtung im Kältemittelkreislauf angeordnet.Advantageously, the emergency discharge device is arranged downstream of the compressor and upstream of the expansion device in the refrigerant circuit.
Dabei kann nach einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung die Not-Ablasseinrichtung auch stromabwärts des Kondensators angeordnet sein.In this case, according to an alternative embodiment of the invention, the emergency discharge device can also be arranged downstream of the condenser.
Auch ist denkbar, die Not-Ablasseinrichtung stromabwärts eines Trockners der Klimaanlage vorzusehen.It is also conceivable to provide the emergency discharge device downstream of a dryer of the air conditioning system.
Von Vorteil ist die Not-Ablasseinrichtung stromabwärts des Kompressors und stromaufwärts des Kondensators angeordnet.Advantageously, the emergency drain is located downstream of the compressor and upstream of the condenser.
Des Weiteren kann vorgesehen werden, die Not-Ablasseinrichtung unmittelbar am Kondensator und/oder an einem Trockner der Klimaanlage anzuordnen, wobei die Not-Ablasseinrichtung wahlweise an einem Zufluss des Kondensators, inmitten des Kondensators oder auch am Ablauf des Kondensators anzuordnen ist.Furthermore, provision may be made for arranging the emergency shut-off device directly on the condenser and / or on a dryer of the air-conditioning system, wherein the emergency shut-off device is to be arranged selectively at an inflow of the condenser, in the middle of the condenser or also at the outlet of the condenser.
Von Vorteil ist die Not-Ablasseinrichtung an der Kaltseite des Kondensators angeordnet. Dabei kann ein in Fahrtrichtung hinter dem Kondensator angeordnetes Gebläse als eine Art thermische Abschirmung, gegenüber dem dahinterliegenden Motorraum fungieren.Advantageously, the emergency discharge device is arranged on the cold side of the condenser. In this case, a fan arranged behind the condenser in the direction of travel can act as a kind of thermal shield, in relation to the engine compartment located behind it.
Der Auslösemechanismus bzw. die Auslöseschwelle, ab welcher die Not-Ablasseinrichtung das Kältemittel aus dem Kältemittelkreislauf entweichen lässt, ist vorzugsweise auf den Strömungswiderstand des Leitungsstücks zwischen Not-Ablasseinrichtung und Kompressor abgestimmt, um etwaige durch die Rohrleitungen der Klimaanlage bedingten strömungstechnischen Druckverluste gegenüber einer Anordnung der Not-Ablasseinrichtung unmittelbar im Kompressor zu kompensieren.The triggering mechanism or the triggering threshold, from which the emergency discharge device allows the refrigerant to escape from the refrigerant circuit, is preferably adapted to the flow resistance of the line section between the emergency discharge device and the compressor to any fluidic pressure losses caused by the piping of the air conditioning system with respect to an arrangement of Emergency release device directly in the compressor to compensate.
Hierbei kann grundsätzlich vorgesehen werden, dass die Auslöseschwelle der Not-Ablasseinrichtung mit steigender Entfernung vom Kompressor fällt.In principle, it may be provided that the triggering threshold of the emergency discharge device falls with increasing distance from the compressor.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann die Not-Ablasseinrichtung nicht nur an Komponenten der Klimaanlage, sondern auch an fluidführenden Rohrleitungen des Kältemittelkreislaufs angeordnet sein.According to a development of the invention, the emergency discharge device can be arranged not only on components of the air conditioning system but also on fluid-carrying pipelines of the refrigerant circuit.
Auch ist die Not-Ablasseinrichtung grundsätzlich dazu ausgebildet, bei Überschreiten eines vorgegebenen Drucks im Kältemittelkreislauf, eine Ausströmöffnung für das Kältemittel freizugeben.Also, the emergency discharge device is basically designed to release an outflow opening for the refrigerant when a predetermined pressure in the refrigerant circuit is exceeded.
Die Not-Ablasseinrichtung ist dabei derart im Kältemittelkreislauf angeordnet und ausgerichtet, dass die im Notfall gebildete Ausströmöffnung von jedweder heißen Oberfläche oder sonstiger potenzieller Zündquelle abgewandt ausgerichtet ist, sodass eine Entzündung austretenden Kältemittels vermieden werden kann.The emergency discharge device is arranged and aligned in the refrigerant circuit in such a way that the outflow opening formed in an emergency is oriented away from any hot surface or other potential ignition source, so that an escaping refrigerant can be avoided.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass der Not-Ablasseinrichtung eine Abschirmeinrichtung zugeordnet ist, welche das im Notfall aus dem Kältemittelkreislauf austretende Kältemittel entlang eines vorgegebenen Pfads ableitet. Als Abschirmeinrichtung kann beispielsweise ein Abschirmblech fungieren, gegen welches das über die Not-Ablasseinrichtung austretende Kältemittel im Notfall spritzt. Die Abschirmeinrichtung verhindert dabei ein unkontrolliertes Versprühen des womöglich entflammbaren Kältemittels im Motorraum des Kraftfahrzeuges.According to a development of the invention, it is further provided that the emergency discharge device a shielding device is assigned, which derives the emerging in an emergency from the refrigerant circuit refrigerant along a predetermined path. For example, a shielding plate can act as the shielding device, against which the refrigerant exiting via the emergency dumping device sprays in an emergency. The shielding prevents uncontrolled spraying of the possibly flammable refrigerant in the engine compartment of the motor vehicle.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Not-Ablasseinrichtung eine Berstscheibe auf. Von Vorteil ist die gesamte Not-Ablasseinrichtung als Berstscheibe bzw. als Berstscheibenanordnung ausgebildet. Die Berstscheibe weist beispielsweise eine Metallfolie auf, die bei Überschreiten eines kritischen Drucks in der Kältemittelleitung zerbirst und somit ein Abströmen des Kältemittels in die Umgebung und aus dem Kältemittelkreislauf heraus ermöglicht.According to a further advantageous embodiment of the invention, the emergency discharge on a rupture disc. Advantageously, the entire emergency discharge device is designed as a rupture disk or as a rupture disk arrangement. The rupture disk has, for example, a metal foil which bursts when a critical pressure in the refrigerant line is exceeded and thus allows the refrigerant to flow out into the environment and out of the refrigerant circuit.
Die Berstscheibe kann dabei ferner mit ergänzenden Auslösemitteln, etwa mit mechanischen, elektromagnetischen und/oder manuell betätigbaren Auslösemechanismen versehen werden, die auch unabhängig vom in der Kältemittelleitung vorherrschenden Druck ein bedarfsgerechtes Zerbersten der Berstscheibe initiieren können.The rupture disk can also be provided with additional triggering means, such as mechanical, electromagnetic and / or manually operable triggering mechanisms, which can initiate demand-based rupture of the rupture disk independently of the pressure prevailing in the refrigerant line.
So kann nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen werden, die Not-Ablasseinrichtung mit einer elektrisch ansteuerbaren Zündeinrichtung zu versehen, die beispielsweise mit dem Auslösemechanismus des Airbags, der Sicherheitsgurte, einer aktiven Kopfstütze oder anderen Sicherheitsvorrichtungen des Kraftfahrzeugs kombinierbar ist. Somit kann das Kältemittel auch rein präventiv, etwa bei einer Kraftfahrzeugkollision aus dem Kältemittelkreislauf abgelassen werden.Thus, according to a development of the invention, it is possible to provide the emergency shut-off device with an electrically activatable ignition device which can be combined, for example, with the triggering mechanism of the airbag, the safety belts, an active headrest or other safety devices of the motor vehicle. Thus, the refrigerant can be drained purely preventively, for example in a motor vehicle collision from the refrigerant circuit.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann ferner vorgesehen werden, die Not-Ablasseinrichtung über einen am oder im Kompressor angeordneten Drucksensor auszulösen bzw. zu betätigen. Somit kann der typischerweise lokal und im Bereich des Kompressors auftretende maximale Kältemitteldruck zur Auslösung der Not-Ablasseinrichtung verwendet werden, wobei jedoch das Ausströmen des Kältemittels vom Kompressor beabstandet und in einem gegenüber dem Temperaturniveau des Kompressors vergleichsweise kalten, für ein Entflammen des Kältemittels weitgehend unkritischen Temperaturniveau erfolgt.According to a further embodiment of the invention may also be provided to trigger the emergency discharge device via a arranged on or in the compressor pressure sensor or actuate. Thus, the typically occurring locally and in the region of the compressor maximum refrigerant pressure can be used to trigger the emergency discharge, but the outflow of the refrigerant from the compressor and in a relation to the temperature level of the compressor comparatively cold, for a flammable refrigerant largely uncritical temperature level he follows.
Daneben betrifft die Erfindung nicht nur eine Klimaanlage, sondern gleichermaßen ein mit einer entsprechenden Klimaanlage ausgestattetes Kraftfahrzeug.In addition, the invention relates not only to an air conditioner, but equally an equipped with a corresponding air conditioning motor vehicle.
Weitere Ziele, Merkmale sowie vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung sind nachfolgend unter Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der
Die
Mittels des Kompressors
Durch den im Expansionsventil
Das vergleichsweise kalte Kältemittel durchströmt dann den mit der Fahrgastzelle in Strömungsverbindung stehenden Verdampfer
In der Darstellung gemäß
Die Not-Ablasseinrichtung kann dabei als herkömmliche Berstscheibenanordnung ausgebildet sein, die mit Erreichen eines vorgegebenen Druckniveaus in der Kältemittelleitung eine Ausströmöffnung für das Kältemittel freigibt. Die Darstellung gemäß
Die Not-Ablasseinrichtung
Die beiden übrigen möglichen Anordnungen
Insbesondere die dem Kondensator
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- KühlmittelkreislaufCoolant circuit
- 1212
- Kompressorcompressor
- 1414
- Kondensatorcapacitor
- 1616
- Trocknerdryer
- 1818
- Expansionsventilexpansion valve
- 2020
- VerdampferEvaporator
- 2222
- Luftströmungairflow
- 2424
- Luftströmungairflow
- 2626
- Luftströmungairflow
- 3030
- Not-AblasseinrichtungEmergency discharge device
- 3232
- Not-AblasseinrichtungEmergency discharge device
- 3434
- Not-AblasseinrichtungEmergency discharge device
- 3636
- Not-AblasseinrichtungEmergency discharge device
- 3838
- Not-AblasseinrichtungEmergency discharge device
- 4040
- Not-AblasseinrichtungEmergency discharge device
- 4242
- Not-AblasseinrichtungEmergency discharge device
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