DE102014011051A1

DE102014011051A1 - Vorrichtung zur Befüllung von Fahrzeugklimasystemen mit Kältemittel R744

Info

Publication number: DE102014011051A1
Application number: DE102014011051.6A
Authority: DE
Inventors: Thomas Achatz; Jörg Ritter
Original assignee: Duerr Somac GmbH
Current assignee: Duerr Somac GmbH
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2016-01-28
Also published as: BR112017000588A2; WO2016011990A1; PL3172505T3; CN106574815A; US10480836B2; EP3172505A1; PT3172505T; US20170227270A1; MX2017000477A; EP3172505B1; CN106574815B; BR112017000588B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Befüllung von Fahrzeugklimasystemen mit Kältemittel R744, wobei die Vorrichtung mindestens einen Vorratstank (1) für flüssiges Kältemittel R744 aufweist, der über mindestens eine Pumpstation (2) sowie eine Versorgungsstrecke (6) und eine Rückführleitung (7) mit einer Befüllanlage (3) in Wirkverbindung steht, von der das Kältemittel R744 über einen spezifisch ausgestalteten Adapter (4) in das Fahrzeugklimasystem eingespeist wird. Aufgabe der Erfindung ist es, eine technische Lösung zu schaffen, mit der Kältemittel R744 innerhalb eines solchen Versorgungskonzeptes in der Flüssigphase gehalten werden kann. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass am Übergangsbereich zwischen der Versorgungstrecke (6) und der Befüllanlage (3) ein Temperatursensor (T) und eine Ventilschaltung (10) angeordnet sind, die in Abhängigkeit der jeweils konkreten Betriebssituation den Kältemittelstrom derart regeln, dass bei einer Unterbrechung der Abnahme von Kältemittel das sich durch die Abnahmepause zwangsläufig erwärmende Kältemittel zum Vorratstank (1) zurückgeführt bzw. abgeführt und kaltes Kältemittel vom Vorratstank (1) zur Befüllanlage (3) gefördert wird, wobei die Steuerung der Ventilschaltung (10) und folglich eine Rückführung und/oder Abkühlung des Kältemittels von der Befüllanlage (3) initiiert wird und wobei die Adapterablage so ausgestaltet ist, dass der Adapter (4) in seiner Ablagestellung über einen dichtenden Formschluss auf einen speziellen Anschluss (Service Port) derart gespannt werden kann, dass über eine der Adapterablage zugeordnete Rückführungsleitung (8; 9) eine Rückführung und/oder Abkühlung des Kältemittels erfolgt, wobei die Steuerung der Adapterablage und folglich eine Rückführung und/oder Abkühlung des Kältemittels von der Befüllanlage (3) initiiert wird und wobei die Vorrichtung eine Rückführung und/oder Abkühlung des Kältemittels mittels der Ventilschaltung und/oder der Adapterablage nur zu Zeitpunkten auslöst, in denen das einsatzspezifische Betriebsverhalten der Befüllanlage nicht beeinträchtigt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Befüllung von Fahrzeugklimasystemen mit Kältemittel R744, wobei die Vorrichtung mindestens einen Vorratstank für flüssiges Kältemittel aufweist, der über mindestens eine Pumpstation sowie eine Versorgungsstrecke und eine Rückführleitung mit einer Befüllanlage in Wirkverbindung steht, von der das Kältemittel über einen spezifisch ausgestalteten Adapter in das Fahrzeugklimasystem eingespeist wird.
Für Fahrzeugklimasysteme werden auf Grundlage gesetzlicher Anforderungen zunehmend Kältemittel verwendet, die umweltfreundlichen Aspekten gerecht werden. Dazu gehört auch CO₂, das als Kältemittel die Bezeichnung R744 trägt.
Die Hersteller von Klimasystemen legen fest, welche Masse in das jeweilige Klimasystem zu befüllen ist. Dabei ist die Einhaltung geforderter enger Toleranzen von großer Bedeutung, um die Kühlleistung nicht zu beeinträchtigen und um Schäden am Klimasystem durch eine abweichende Befüllmasse zu vermeiden.
Die Fahrzeugklimasysteme werden beim Hersteller in der Fahrzeugendmontage unter Verwendung von Befüllanlagen erstbefüllt. Die Genauigkeitsanforderungen hinsichtlich der zu befüllenden Massen sind demzufolge an die Befüllanlage zu stellen.
Die Eigenschaften von Kältemitteln werden in Enthalpie-Diagrammen beschrieben, aus denen Zusammenhänge von Druck, Temperatur, Dichte und Phasenzuständen erkennbar sind.
Speziell beim Kältemittel R744 ergibt sich für die Hersteller von Befüllanlagen die Aufgabe, die sich durch Temperatur und Druck ändernden Phasenzustände und damit auch die Dichte des Kältemittels zu kontrollieren, um eine Befüllung in den geforderten Toleranzgrenzen durchführen zu können. Dies ist beim Kältemittel R744 jedoch besonders schwierig, weil sich signifikante Änderungen bereits im Montagehallentemperaturbereich und bei Kompression durch erforderliche Pumpen ergeben.
Aus der unveröffentlichten EP 14 388 001.1 sind zwar bereits Vorschläge bekannt, um derartige Änderungen zu erfassen und kalkulatorisch während der Befüllung einzubeziehen. Allerdings sind diese Verfahren messtechnisch sehr komplex und erfordern Echtzeitkorrekturverfahren während der Befüllung.
Grundsätzlich wäre es vorteilhaft, wenn das Kältemittel R744 immer in der Flüssigphase gehalten werden könnte. Hier sind sog. Massflow-Messgeräte in der Lage, korrekte Messungen des Massestroms durchzuführen. Auch die Füllstrecke nach dem Massflow-Messgerät bis zum Fahrzeugklimasystem kann als konstantes Volumen und damit konstante Masse betrachtet werden, weil das Kältemittel entsprechend dem Enthalpie-Diagramm in der flüssigen Phase bei geringen Temperaturänderungen keiner signifikanten Dichteänderung unterliegt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine technische Lösung zu schaffen, mit der Kältemittel R744 innerhalb eines Versorgungskonzeptes mit einer Befüllanlage ständig in der Flüssigphase gehalten werden kann.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass am Übergangsbereich zwischen Versorgungstrecke und Befüllanlage ein Temperatursensor und eine Ventilschaltung angeordnet sind, die in Abhängigkeit der jeweils konkreten Betriebssituation den Kältemittelstrom derart regeln, dass bei einer Unterbrechung der Abnahme von Kältemittel das sich durch die Abnahmepause zwangsläufig erwärmende Kältemittel zum Vorratstank zurückgeführt bzw. abgeführt und kaltes Kältemittel vom Vorratstank zur Befüllanlage gefördert wird. Die Steuerung der Ventilschaltung und folglich eine Rückführung und/oder Abkühlung des Kältemittels wird von der Befüllanlage initiiert. Dabei löst die Vorrichtung eine Rückführung und/oder Abkühlung des Kältemittels nur zu Zeitpunkten aus, in denen das einsatzspezifische Betriebsverhalten der Befüllanlage nicht beeinträchtigt wird. Weiterhin ist die Adapterablage so ausgestaltet, dass der Adapter in seiner Ablagestellung über einen dichtenden Formschluss auf einen speziellen Anschluss (Service Port) derart gespannt werden kann, dass über eine der Adapterablage zugeordnete Rückführungsleitung eine Rückführung und/oder Abkühlung des Kältemittels erfolgt. Vorteilhafte Ausgestaltungen werden in Unteransprüchen beschrieben, deren technische Merkmale in einem Ausführungsbeispiel erläutert werden.
Mit einer der Befüllanlage zugeordneten Ventilschaltung und Temperaturüberwachung wird demzufolge das Kältemittel R744 in seiner Flüssigphase gehalten. Dadurch ist eine Befüllung des Fahrzeugklimasystems in engen Toleranzgrenzen möglich, die mit Massflow-Messgeräten ohne zusätzliche Echtzeitkorrektur von Leitungsabschnitten bis zum Eintritt in das Klimasystem auskommt. Durch die Zuordnung der Temperaturüberwachung und der Ventilschaltung zur Befüllanlage wird ein automatischer Prozess realisiert, der das Entnahmeprofil durch die Befüllanlage an der Montagelinie berücksichtigt und beispielsweise die Betriebsbereitschaft der Anlage am Versorgungskonzept bei Schichtbeginn automatisch herstellt.
Dabei wird auch die Befüllstrecke bis zum Adapter berücksichtigt. Der Adapter kann durch einen dichtenden Formschluss innerhalb der Adapterablage vorteilhaft mit einem Service Port, der dem Fahrzeugventil ähnelt, in Wirkverbindung gebracht werden. Sofern der Adapter in seiner Ablage entsprechend gespannt wird, sind eine Abgabe von erwärmtem Kältemittel sowie ein Nachfordern von kaltem Kältemittel automatisch möglich. Demzufolge kann in vorteilhafter Weise auf eine Rückführleitung im Adapter sowie im Schlauchpaket verzichtet werden.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnung beschrieben:
Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung ist für eine Erstbefüllung von Fahrzeugklimasystemen mit dem Kältemittel R744 konzipiert. Die Vorrichtung weist einen Vorratstank 1 für flüssiges Kältemittel R744 auf, der über eine Leitung 5 und eine Pumpstation 2 sowie über eine Versorgungsstrecke 6 und eine Rückführleitung 7 mit einer Befüllanlage 3 in Wirkverbindung steht. Ausgehend von der Befüllanlage 3 wird das Kältemittel R744 über einen spezifisch ausgestalteten Adapter 4 in eine Baugruppe des Fahrzeugklimasystems eingespeist.
Tanks 1 für flüssiges Kältemittel R744 mit einer angeschlossenen Pumpstation 2 sowie die hierfür erforderlichen Ringleitungen und Rückführleitungen sind als Stand der Technik bekannt, so dass diese Baugruppen an dieser Stelle nicht näher erläutert werden müssen.
Wesentlich im vorliegenden Sachverhalt ist jedoch, die Temperatur und den Druck des Kältemittels R744 automatisch zu regulieren, das Entnahmeprofil zu berücksichtigen und das dem Medium entsprechende Enthalpie-Diagramm in einem weitgehend optimalen Bereich zu belassen. Beispielhaft wird hier ein Bereich von 5°C bis 18°C sowie eine Drucklage von 60bar genannt. Sofern das Kältemittel R744 innerhalb dieser physikalischen Grenzen bis zur Einfüllöffnung in das Fahrzeugklimasystem befüllt werden kann, ist eine Befüllung ohne eine komplexe Echtzeitkorrektur mit Hilfe von Massflow-Messtechnik möglich.
Dies wird erreicht, indem das Versorgungssystem für das Kältemittel R744 (nachfolgend als „Medium” bezeichnet) neben der Versorgungsstrecke 6 auch eine Rückführleitung 7 umfasst. An der Übergabe der Versorgungsstrecke 6 an die Befüllanlage 3 sind ein Temperatursensor T und eine Ventilschaltung 10 angeordnet. Steigt z. B. bei einer Medienabnahmepause die Temperatur, kann mit Hilfe der Ventilschaltung 10 das erwärmte Medium zurückströmen und kaltes Medium wird zur Befüllanlage 3 gefördert. Dabei ist die Zuordnung der Ventilschaltung 10 zur Befüllanlage 3 vorteilhaft, weil dieser das Entnahmeregime bekannt ist bzw. durch sie selbst gesteuert wird. Damit kann grundsätzlich eine Rückführung bzw. Abkühlung von Medium in Zeiten durchgeführt werden, in denen das erforderliche Betriebsverhalten nicht beeinträchtigt wird.
Die Befüllstrecke innerhalb der Befüllanlage 3 bis zum Adapterausgang muss hinsichtlich der Medientemperatur und Drucklage ebenso überwacht werden. Um hier auf eine Rückführungsleitung innerhalb der Befüllanlage 3 zu verzichten, kann die Adapterablage vorteilhaft so ausgebildet werden, dass der Adapter 4 in Ablagestellung auf einen speziellen Anschluss ähnlich dem des Fahrzeugsystems gespannt wird. Somit kann über die gleiche Befüllstrecke Medium abgelassen und kälteres Medium über die Versorgungsstrecke und die Befüllanlage 3 nachgefördert werden. Auch hier ist die Steuerung vorteilhaft der Befüllanlage 3 zu überlassen, da ihr das Entnahmeregime bekannt ist bzw. durch sie selbst gesteuert wird. Damit kann auch diesbezüglich eine Medienrückführung bzw. -abkühlung zu solchen Zeiten durchgeführt werden, in denen das erforderliche Betriebsverhalten nicht beeinträchtigt wird. Der Abtransport oder Rücktransport des Mediums kann z. B. über eine Leitung 8 über das Dach des Gebäudes oder eine Rückführungsleitung 9 zum Versorgungstank 1 erfolgen.
Bezugszeichenliste

1: Vorratstank
2: Pumpstation
3: Befüllanlage
4: Adapter
5: Verbindungsleitung
6: Versorgungsstrecke
7: Rückführleitung
8: Leitung über Gebäudedach
9: Rückführungsleitung
10: Ventilschaltung
T: Temperatursensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 14388001 [0007]

Claims

Vorrichtung zur Befüllung von Fahrzeugklimasystemen mit Kältemittel R744, wobei die Vorrichtung mindestens einen Vorratstank (1) für flüssiges Kältemittel R744 aufweist, der über mindestens eine Pumpstation (2) sowie eine Versorgungsstrecke (6) und eine Rückführleitung (7) mit einer Befüllanlage (3) in Wirkverbindung steht, von der das Kältemittel R744 über einen spezifisch ausgestalteten Adapter (4) in das Fahrzeugklimasystem eingespeist wird, dadurch gekennzeichnet, dass am Übergangsbereich zwischen der Versorgungstrecke (6) und der Befüllanlage (3) ein Temperatursensor (T) und eine Ventilschaltung (10) angeordnet sind, die in Abhängigkeit der jeweils konkreten Betriebssituation den Kältemittelstrom derart regeln, dass bei einer Unterbrechung der Abnahme von Kältemittel das sich durch die Abnahmepause zwangsläufig erwärmende Kältemittel zum Vorratstank (1) zurückgeführt bzw. abgeführt und kaltes Kältemittel vom Vorratstank (1) zur Befüllanlage (3) gefördert wird, wobei die Steuerung der Ventilschaltung (10) und folglich eine Rückführung und/oder Abkühlung des Kältemittels von der Befüllanlage (3) initiiert wird und wobei die Adapterablage so ausgestaltet ist, dass der Adapter (4) in seiner Ablagestellung über einen dichtenden Formschluss auf einen speziellen Anschluss (Service Port) derart gespannt werden kann, dass über eine der Adapterablage zugeordnete Rückführungsleitung (8; 9) eine Rückführung und/oder Abkühlung des Kältemittels erfolgt, wobei die Steuerung der Adapterablage und folglich eine Rückführung und/oder Abkühlung des Kältemittels von der Befüllanlage (3) initiiert wird und wobei die Vorrichtung eine Rückführung und/oder Abkühlung des Kältemittels mittels der Ventilschaltung und/oder der Adapterablage nur zu Zeitpunkten auslöst, in denen das einsatzspezifische Betriebsverhalten der Befüllanlage nicht beeinträchtigt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der an der Adapterablage ausgestaltete dichtende Formschluss (Service Port) ähnlich ausgestaltet ist wie ein Fahrzeugventil am Anschluss für den Adapter (4).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführungsleitung (8) für ein Ablassen des erwärmten Kältemittels über das Gebäudedach möglich ist.