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Die
Erfindung betrifft eine Klimaanlage mit einem Kältemittelkreislauf gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben der Klimaanlage.
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Klimaanlagen
weisen zum Kühlen
von Räumen
einen Kältemittelkompressor
und einen Kältemittelverdampfer
auf. Der Kältemittelverdampfer
ist dabei in einem Luftleitkasten angeordnet, durch den Luft geführt und
in dem zu klimatisierenden Raum verteilt wird. Dabei durchströmt die zugeführte Luft den
Kältemittelverdampfer,
wobei der Luft Wärme entzogen
werden kann.
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In
der Regel wird dem Luftleitgehäuse Frischlauf
aus der Umgebung zugeführt.
Alternativ kann dem Luftleitgehäuse
auch Umluft aus dem zu klimatisierenden Raum zugeführt werden,
wodurch beispielsweise bei sehr warmer Frischluft eine schnellere
Abkühlung
des Raumes erreicht wird.
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Als
Kältemittel
zur Verwendung in Klimaanlagen sind eine Reihe von Stoffen bekannt,
beispielsweise verschiedene Flurkohlenwasserstoffe, Ammoniak, Schwefeldioxid,
Kohlendioxid, Isobutan und viele mehr.
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Einige
dieser Stoffe weisen für
den Menschen eine die Gesundheit beeinträchtigende Wirkungen auf oder
sind zumindest vom Geruch her unangenehm.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Klimaanlage mit einem
Kältemittelkreislauf
gemäß dem Oberbegriff
es Patentanspruchs 1 anzugeben, bei dem die Konzentration von Kältemittel
der den Raum klimatisierenden Luft überwacht und ein Austreten
von Kältemittel
erkannt wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale in den Kennzeichen der Patentansprüche 1 und 9 gelöst.
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Demnach
ist in dem Luftleitgehäuse
ein die Kältemittelkonzentration überwachender
Sensor angeordnet ist.
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An
dem Luftleitgehäuse
ist eine Lufteintrittsöffnung
ausgebildet, durch die dem Luftleitgehäuse in einem Frischluftbetrieb
Frischluft aus der Umgebung des zu klimatisierenden Raumes zugeführt wird.
In einem Umluftbetrieb wird dem zu klimatisierenden Raum Umluft
entnommen und dem zu klimatisierenden Raum wieder zugeführt. Der
Umluftbetrieb dient neben der Vermeidung des Einströmens von
schadstoffhaltiger Frischluft dem schnelleren Kühlen und/oder Entfeuchten des
zu klimatisierenden Raumes. In einem Mischluftbetrieb strömt dem Luftleitgehäuse ein
Gemisch aus Frischluft und Umluft ein.
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Dabei
ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass
der Sensor in dem Luftleitgehäuse
vor dem Kältemittelverdampfer
ist.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Luftleitgehäuse sind
in Luftströmungsrichtung
in der Regel ein Luftfilter, der Kältemittelverdampfer und ein
Heizungswärmetauscher angeordnet.
Dabei wird als besonders vorteilhaft angesehen den Sensor zwischen
dem Luftfilter und dem Verdampfer anzuordnen. Alternativ kann der Luftfilter
auch in der Frischluftansaugung angeordnet sein.
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In
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
dass der Klimaanlage ein Steuergerät zugeordnet ist, wobei der
Sensor mit dem Steuergerät
verbunden ist
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In
einer nächsten
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in
dem Kältemittelkreislauf
unmittelbar vor dem Kältemittelverdampfer
und unmittelbar nach dem Kältemittelverdampfer Ventile
angeordnet sind, durch welche der Kältemittelverdampfer vom Kältemittelkreislauf
separiert werden kann. Als Ventil können bei einem Druckabfall selbsttätig schließende Ventile
verwendet werden, oder es werden elektromagnetische Ventile verwendet,
die bei einer vom Steuergerät
erkannten Undichtigkeit im Kältemittelkreislauf
durch das Steuergerät geschlossen
werden.
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Als
Kältemittel
ist Kohlendioxid vorgesehen, wobei als Sensor ein Kohlendioxidsensor
verwendet wird.
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Die
erfindungsgemäße Klimaanlage
ist zur Verwendung in einem Fahrzeug vorgesehen, insbesondere in
einem Personkraftwagen.
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Gemäß dem Verfahren
zum Betreiben der Klimaanlage wird von dem Sensor ein Signal erzeugt, das
proportional zur Kältemittelkonzentration
im Luftleitgehäuse
ist. Das Signal des Sensors wird von dem Steuergerät ausgewertet. Überschreitet
des Signals einen applizierbaren Grenzwert wird von dem Steuergerät auf eine
Undichtigkeit im Kältemittelverdampfer
erkannt.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
dass beim Erkennen einer Undichtigkeit durch das Steuergerät der zu
klimatisierende Raum mit Frischluft gespült wird
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Der
Kältemittelkreislauf
wird von einem Kältemittelkompressor
angetrieben. Beim Erkennen einer Undichtigkeit wird der Kältemittelkompressor durch
das Steuergerät
deaktiviert, wodurch der Kältemittelkreislauf
zum Stillstand kommt.
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Im
weiteren werden beim Erkennen einer Undichtigkeit durch das Steuergerät die im
Kältemittelkreislauf
unmittelbar vor dem Kältemittelverdampfer
und unmittelbar nach dem Kältemittelverdampfer angeordneten
Ventile geschlossen. Dadurch kann höchstens das im Kältemittelverdampfer
befindliche Kältemittel
aus dem Kältemittelkreislauf
austreten.
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Das
Luftleitgehäuse
weist als Luftaustrittsöffnungen
mehrere die klimatisierte Luft verteilende Klappen auf, die von
dem Steuergerät
gesteuert werden. Bei deaktivierter Klimaanlage werden die Klappen
geschlossen, um das Austreten von Kältemittel in den zu klimatisierenden
Raum zu vermeiden.
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Zur
Reduzierung der Leistungsaufnahme der Klimaanlage ist vorgesehen,
dass bei einem in dem Luftleitgehäuse in Luftströmrichtung
vor dem Kältemittelverdampfer
angeordneten Sensor, der Sensor beim Betrieb der Klimaanlage im
Frischluftbetrieb stromlos geschaltet wird.
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Der
applizierbare Grenzwert wird im Mischluftbetrieb dem Verhältnis von
Frischluft zu Umluft angepasst, das dem Luftleitgehäuse über die
Lufteintrittsöffnung
zugeführt
wird.
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In
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
dass beim Erkennen einer Undichtigkeit des Kältemittelverdampfers vom Steuergerät eine Fehlermeldung
generiert wird.
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In
einer letzten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
dass der Sensor von dem Steuergerät auf seine Funktion hin geprüft wird. Bei
einer Funktionsstörung
an dem Sensor wird der Frischluftbetrieb aktiviert, wobei der Umluftbetrieb und
der Mischluftbetrieb nicht mehr aktiviert werden können. Zudem
generiert das Steuergerät
eine weitere Fehlermeldung, das auf den nicht funktionierenden Sensor
hinweist.
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Eine
derartig ausgebildete und betriebene Klimaanlage mit einem Kältemittelkreislauf
gewährleistet,
dass der zu klimatisierende Raum auch beim Auftreten eines Defektes
im Kältemittelkreislauf
nicht mit Kältemittel
belastet wird.
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Im
folgenden ist die erfindungsgemäße Klimaanlage
anhand von einem Ausführungsbeispiel
im Zusammenhang mit einer Figur dargestellt und erläutert.
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Es
zeigt:
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die
Figur ein schematische Darstellung des den Kältemittelverdampfer umfassenden
Luftleitgehäuses
der Klimaanlage.
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Bei
einer Klimaanlage zur Klimatisierung der Fahrgastzelle eines Personenkraftwagens
wird als Kältemittel
Kohlendioxid verwendet. Kohlendioxid ist ein Gas, das den menschlichen
Organismus stark beeinflusst, wenn es in hohen Konzentrationen eingeatmet
wird.
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Der
natürliche
Kohlendioxidgehalt der Luft beträgt
zwischen 0,04 und 0,07 Volumenprozent. Ab einer Kohlendioxidkonzentration
von 0,1 Volumenprozent wird die Grenze des Komforts überschritten, wobei
Konzentrationsschwächen
und Müdigkeit
auftreten können.
Ab einer Kohlendioxidkonzentration von 0,2 Volumenprozent in der
Atemluft erhöht
sich die Atemfrequenz. Die an einem Arbeitsplatz maximal zulässige Kohlendioxidkonzentration
beträgt
0,5 Volumenprozent.
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Arbeitet
die Klimaanlage im Frischluftbetrieb, wird der Fahrgastzelle ausschließlich Frischluft
aus der Umgebung zugeführt.
Arbeitet die Klimaanlage im Umluftbetrieb, wird der Fahrgastzelle
nur aus der Fahrgastzelle entnommene Luft zugeführt. Zudem kann der Klimaanlage
im Mischluftbetrieb ein Gemisch aus Frischluft und Umluft zugeführt werden.
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Tritt
am dem im Luftleitgehäuse
angeordneten Kältemittelverdampfer
eine Undichtigkeit auf, wird Kohlendioxid in die Fahrgastzelle des
Kraftfahrzeugs gebla sen. Dabei haben Tests gezeigt, dass die Kohlendioxidkonzentration
beim Frischluftbetrieb 0,5 Volumenprozent nicht überschreiten kann. Jedoch kann
im Umluftbetrieb bei einer plötzlichen
vollständigen
Entleerung des im Kältemittelkreislauf
befindlichen Kohlendioxides in das Luftleitgehäuse in der Fahrgastzelle eine
Kohledioxidkonzentration von mehreren Volumenprozent erreicht werden.
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Zum
Bestimmen der Kohlendioxidkonzentrationen ist in dem Luftleitgehäuse ein
Kohlendioxidsensor angeordnet. Der Kohlendioxidsensor erzeugt ein
zur Kältemittelkonzentration
proportionales Signal und ist mit einem der Klimaanlage zugeordneten Steuergerät verbunden.
Das Signal des Sensors wird von dem Steuergerät ausgewertet. Überschreitet
des Signals des Sensors einen applizierbaren Grenzwert, wird von
dem Steuergerät
auf eine Undichtigkeit im Kältemittelverdampfer
geschlossen.
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Befindet
sich die Klimaanlage im Mischluftbetrieb, wird der Grenzwert dem
Verhältnis
von Frischluft zu Umluft angepasst, das dem Luftleitgehäuse über die
Lufteintrittsöffnung
zugeführt
wird. Wird der Lufteintrittsöffnung
des Luftleitgehäuses
je zur Hälfte
Umluft und Frischluft zugeführt,
wird der Grenzwert auf etwa die Hälfte des Wertes reduziert, der
im reinen Umluftbetrieb zum Erkennen einer Undichtigkeit im Kältemittelkreislauf
ausreicht.
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Die
Figur zeigt die genaue Lage des Kohlendioxidsensors 7 im
Luftleitgehäuse 1.
Die Lage ist so gewählt,
dass eine ausreichende An- und Umströmung des Kohlendioxidsensors 7 mit
der im Umluftbetrieb umgewälzten
Umluft gewährleistet
ist. Das Luftleitgehäuse 1 umfasst
ausgehend von der Lufteintrittsöffnung 2 einen
Luftfilter 4, den Kältemittelverdampfer 5 und
einen Heizwärmetauscher 6.
Unmittelbar an dem Kältemittelverdampfer 5 sind
im Kältemittelkreislauf
zwei elektromagnetische Ventile 9 angeordnet, durch welche
der Kältemittelverdampfer 5 durch
das Steuergerät
vom Kältemittelkreislauf
getrennt werden kann.
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Der
Kohlendioxidsensor 7 ist dabei zwischen dem Luftfilter 4 und
dem Kältemittelverdampfer 5 angeordnet,
wobei der Kohlendioxidsensor 7 durch den Luftfilter 4 vor
Verschmutzung geschützt
ist.
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Dabei
ist klar, dass der Kohlendioxidsensor 7 im Frischluftbetrieb
auch bei einer beträchtlichen
Undichtigkeit des Kältemittelverdampfers 5 keine
erhöhte
Kohledioxidkonzentrationen messen kann, da der Kohledioxidsensor 1 im
Frischluftbetrieb selbstverständlich
auch nur von Frischluft umströmt
wird. Die Anordnung des Kohlendioxidsensors 1 vor dem Kältemittelverdampfer 5 ist
möglich,
weil die Kohlendioxidkonzentrationen im Frischluftbetrieb den Wert
von 0,5 Volumenprozent in keinem Fall überschreitet. Arbeitet die
Klimaanlage im Frischluftbetrieb, ist der Kohlendioxidsensor 7 zur
Reduzierung der Leistungsaufnahme der Klimaanlage deaktiviert.
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Grundsätzlich könnte der
Kohledioxidsensor 7 auch im Luftstrom hinter dem Kältemittelverdampfer 5 angeordnet
werden. Dabei wäre
jedoch der gemessene Wert der Kohledioxidkonzentrationen von der
Position des Kohledioxidsensor 7 gegenüber der Position des Lecks
im Kältemittelverdampfer 5 abhängig. Träte die Undichtigkeit
direkt beim Kohlendioxidsensor 5 auf, würde eine hohe Kohledioxidkonzentrationen
auch bei einer kleinen Undichtigkeit erkannt. Träte eine erhebliche Undichtigkeit
beabstandet von dem Kohlendioxidsensor 7 auf, würde im Frischluftbetrieb
aufgrund der näherungsweise
laminaren Strömung
im Luftleitgehäuse 1 ebenfalls
keine Undichtigkeit erkannt.
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Eine
Undichtigkeit des Kältemittelkreislaufes kann
also mit dem vor dem Kältemittelverdampfer 5 angeordneten
Kohlendioxidsensor 7 nur im Umluftbetrieb oder im Mischluftbetrieb
durch das Steuergerät
erkannt werden, bei dem in die Fahrgastzelle ausgetretenes Kohledioxid
wieder angesaugt und der Lufteintrittsöffnung 2 des Luftleitgehäuses 1 wieder zugeführt wird.
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Das
Luftleitgehäuse 1 weist
als Luftaustrittsöffnungen
mehrere die klimatisierte Luft verteilende Klappen 8 auf,
deren Stellwinkel vom Steuergerät
gesteuert wird. Ist die Klimaanlage völlig deaktiviert, was zumeist
nur bei geparkten Personenkraftwagen der Fall ist, sind die Klappen 8 des
Luftleitgehäuses 1 geschlossen.
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Wird
beim Betrieb der Klimaanlage durch das Steuergerät eine Undichtigkeit des Kältemittelverdampfer 5 erkannt,
wird die Klimaanlage sofort auf Frischluftbetrieb gestellt. Dazu
werden alle Klappen 8 geöffnet, um ein möglichst
vollständiges
Durchfluten der Fahrgastzelle mit Frischluft zu erreichen. Zudem wird
der Kältemittelkompressor
deaktiviert. Zusätzlich
werden die elektromagnetischen Ventile 9, die im Kältemittelkreislauf
direkt vor und nach dem Kältemittelverdampfer 5 angeordnet
sind, geschossen. Dadurch kann höchstens
das im Kältemittelverdampfer 5 befindliche
Kohledioxid in die Fahrgastzelle gelangen.
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Durch
das Steuergerät
wird zudem eine Fehlermeldung generiert, welche an der Armaturentafel des
Kraftfahrzeugs zur Anzeige gebracht wird.
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Der
Kohlendioxidsensor 7 wird von dem Steuergerät stetig
auf sein Funktion hin geprüft.
Bei einer Funktionsstörung
an dem Kohlendioxidsensor 7 wird der Frischluftbetrieb
aktiviert und das Steuergerät
generiert eine weitere Fehlermeldung. Alle Fehlermeldungen sind
zudem in einem Fehlerspeicher des Steuergerätes abrufbar.
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Die
Fahrgastzellen von Personenkraftwagen sind bei geschlossenen Fahrzeugtüren sehr
dicht abgeschlossen. Befinden sich bei in einem stehenden Personenkraftwagen
mit deaktivierter Brennkraftmaschine bei verschlossenen Türen und
Fenstern Personen in der Fahrgastzelle, wird in regelmäßigen Abständen die
Kohlendioxidkonzentration in der Fahrgastzelle bestimmt. Die Anwesenheit
von Personen kann beispielsweise durch eine Vorrichtung zur Personenerkennung
erfasst und dem der Klimaanlage zugeordneten Steuergerät mitgeteilt
werden. Unabhängig
von einer Personenerkennung kann die Kohlendioxidkonzentration auch
generell in regelmäßigen Abständen bestimmt
werden.
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Dazu
wird zunächst
bei geschlossenen Klappen 8 und ohne Luftdurchströmung die
Kohlendioxidkonzentration gemessen, um eine mögliche Undichtigkeit im Kältemittelkreislauf
zu bestimmen. Anschließend
werden zur Bestimmung der Kohlendioxidkonzentration der Fahrgastzelle
die Klappen 8 geöffnet
und die Klimaanlage wird im Umluftbetrieb aktiviert. Wird dann eine
den Grenzwert überschreitende
Kohlendioxidkonzentration gemessen, wird die Fahrgastzelle mit Frischluft
gespült,
ohne dass das Steuergerät
nicht auf eine Undichtigkeit im Kältemittelkreislauf erkennt.
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Durch
die derartig ausgebildete und betriebene Klimaanlage wird die Konzentration
in der dem zu klimatisierenden Raum zugeführten Luft zuverlässig überwacht.
Der zu klimatisierende Raum wird auch beim Auftreten einer Undichtigkeit
im Kältemittelkreislauf,
insbesondere im Kältemittelverdampfer, nicht
mit Kältemittel
belastet.