DE102015006189A1 - Method for permissible level and Füllmengenerhöhung a vehicle refrigeration system and vehicle refrigeration system for performing the method - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Füllstands- und Füllmengenerhöhung einer Fahrzeugkälteanlage mit einem Kältemittelkreislauf (1) mit folgenden Verfahrensschritten: Bereitstellen von Komponenten eines Kältemittelkreislaufes und Verbinden derselben mittels Kältemittelleitungen, wobei der Kältemittelkreis ein aus den Komponenten und den Kältemittelleitungen bestehendes Gesamt-Anlagevolumen (VA) aufweist, Bestimmen einer optimalen Füllmenge (mopt) an Kältemittel für das gegebene Gesamt-Anlagevolumen (VA) in Abhängigkeit wenigstens einer der Parameter Umgebungstemperatur, Umgebungsfeuchte, Fahrgeschwindigkeit, Sonnenlast, zu konditionierende Luftmenge, Luftklappenstellung, Bereitstellen eines Zusatzvolumens (Vzu) als Puffervolumen (8.1, 8.2, 8.3, 9, 9.1, 9.11, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5, 9.6) in dem Kältemittelkreislauf (1) in Strömungsrichtung (R) des Kältemittels zwischen dem Verdampfer (2) und dem Verdichter (3), Bestimmen einer optimalen Zusatzfüllmenge (mopt,zu) an Kältemittel für das Zusatzvolumen (8.1, 8.2, 8.3, 9, 9.1, 9.11, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5, 9.6), welche unter den Druck- und Temperaturbedingungen der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufes (1) das Zusatzvolumen (8.1, 8.2, 8.3, 9, 9.1, 9.1.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5, 9.6) ausfüllt, und Befüllen des Kältemittelkreislaufes (1) mit einer der Summe aus der optimalen Füllmenge (mopt) und der optimalen Zusatzfüllmenge (mopt,zu) entsprechenden neuen optimalen Füllmenge (mopt,neu) an Kältemittel. Die Erfindung betrifft ferner eine Fahrzeugkälteanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The invention relates to a method for level and Füllmengenerhöhung a vehicle refrigeration system with a refrigerant circuit (1) comprising the following steps: providing components of a refrigerant circuit and connecting them by means of refrigerant pipes, the refrigerant circuit consisting of the components and the refrigerant pipes total investment volume (VA) determining, determining an optimal fill quantity (mopt) of refrigerant for the given total investment volume (VA) as a function of at least one of the parameters ambient temperature, ambient humidity, driving speed, sun load, air quantity to be conditioned, air damper position, providing an additional volume (Vzu) as buffer volume (8.1 , 8.2, 8.3, 9, 9.1, 9.11, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5, 9.6) in the refrigerant circuit (1) in the flow direction (R) of the refrigerant between the evaporator (2) and the compressor (3), determining an optimum Additional charge (mopt, too) to Kä for the additional volume (8.1, 8.2, 8.3, 9, 9.1, 9.11, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5, 9.6), which under the pressure and temperature conditions of the low pressure side of the refrigerant circuit (1) the additional volume (8.1, 8.2, 8.3 , 9, 9.1, 9.1.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5, 9.6), and filling the refrigerant circuit (1) with one of the sum of the optimum filling quantity (mopt) and the optimal additional filling quantity (mopt, zu) corresponding new optimal filling quantity (mopt, new) of refrigerant. The invention further relates to a vehicle refrigeration system for carrying out the method according to the invention.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Füllstands- und Füllmengenerhöhung einer Fahrzeugkälteanlage mit einem Kältemittelkreislauf sowie eine Fahrzeugkälteanlage zur Durchführung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens.The invention relates to a method for filling level and Füllmengenerhöhung a vehicle refrigeration system with a refrigerant circuit and a vehicle refrigeration system for carrying out this method according to the invention.
Der Einsatz von Kältemittelkreisläufen in Fahrzeugklimaanlagen ist bekannt, wobei manche Varianten eine 2-Verdampferanlage vorsehen, nämlich einen Frontverdampfer und einen Heckanlagenverdampfer. Je nach Verschaltung und aktivem Betrieb der jeweiligen Wärmeübertragung variiert der Bedarf an benötigtem aktivem Kältemittel im Kältemittelkreislauf.The use of refrigerant circuits in vehicle air conditioners is known, with some variants providing a 2-evaporator system, namely a front evaporator and a rear-end evaporator. Depending on the interconnection and active operation of the respective heat transfer, the demand for required active refrigerant in the refrigerant circuit varies.
Elektrifizierte Fahrzeuge benötigen neben dem Frontverdampfer als mindestens einen Innenraumverdampfer eine separate Kühlvorrichtung zur Konditionierung und Temperierung des in der Regel als Hochvoltbatterie realisierten Energiespeichers. Eine solche Kühlvorrichtung kann mittels des Kältemittelkreislaufs realisiert werden und wird als aktive Batteriekühlung bezeichnet. Eine solche Kühlvorrichtung wird als Wärmeübertrager realisiert, der als Verdampfer (durch Kühlen eines Luftstromes) bzw. als Chiller (durch Kühlen von Wasser) arbeitet.Electrified vehicles require in addition to the front evaporator as at least one interior evaporator a separate cooling device for conditioning and temperature control of the energy storage device usually realized as a high-voltage battery. Such a cooling device can be realized by means of the refrigerant circuit and is referred to as active battery cooling. Such a cooling device is realized as a heat exchanger, which works as an evaporator (by cooling an air stream) or as a chiller (by cooling water).
Auch der Einsatz des Kältemittelkreislaufs der Fahrzeugklimaanlage in einem Wärmepumpenbetrieb zum Aufheizen der Fahrgastzelle ist bekannt. In seiner Funktion als Wärmepumpe ist der Kältemittelkreislauf in der Lage, einen Luft- oder auch Wasserstrom bzw. Kühlmittelstrom zu erwärmen und diese Wärme direkt bzw. indirekt an die Luft der Fahrgastzelle abzugeben. Je nach Betriebsweise der Fahrzeugklimaanlage, ob also geheizt bzw. gekühlt wird oder welche Anzahl von Wärmeübertrager aktiv betrieben werden, variiert auch in diesem Fall die zur optimalen Betriebsweise benötigte Menge an aktivem bzw. tatsächlich benötigtem Kältemittel im Kältemittelkreislauf.The use of the refrigerant circuit of the vehicle air conditioning system in a heat pump operation for heating the passenger compartment is known. In its function as a heat pump, the refrigerant circuit is able to heat an air or water stream or coolant flow and to deliver this heat directly or indirectly to the air of the passenger compartment. Depending on the mode of operation of the vehicle air conditioning system, that is, whether it is heated or cooled or which number of heat exchangers are actively operated, the amount of active or actually required refrigerant in the refrigerant circuit also varies in this case.
Die unterschiedlichen Betriebsweisen einer solchen Kälteanlage können somit je nach Verschaltung der Komponenten unterschiedliche Kältemittelfüllmengen als Optimum benötigen.The different modes of operation of such a refrigeration system can thus require different refrigerant charge levels as optimum depending on the interconnection of the components.
Bei Kohlendioxid (R744) als Kältemittel wird für einen Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage eines Fahrzeugs im Rahmen einer Füllmengenbestimmung die für die jeweilige Prozessverschaltung optimale Füllmenge bestimmt. Bei diesem Kältemittel R744 besteht die Besonderheit, dass neben der optimalen Füllmenge auch eine Vorschrift für die maximal zulässige Füllmenge existiert, die direkt an das Anlagenvolumen gekoppelt ist. Gemäß DIN-Spec. bzw. Systemlastenheft beträgt der maximal zulässige Wert aktuell 250 g/l, d. h. pro Liter Anlagenvolumen dürfen maximal 250 g Kältemittel zugefüllt werden. Dieser Wert wird aktuell für den Ruhezustand der Anlage aus Druck und Temperatur von 93 bar bei 60°C definiert. Hintergrund ist der Schutz der Niederdruckseite bei hohen Umgebungslasten bei inaktiven Kälteanlagen gegenüber einer zu hohen mechanischen Belastung aufgrund eines zu hohen sich einstellenden Ruhedrucks.In the case of carbon dioxide (R744) as a refrigerant, the optimum filling quantity for the respective process connection is determined for a refrigerant circuit of an air conditioning system of a vehicle as part of a filling quantity determination. A special feature of this refrigerant R744 is that in addition to the optimum filling quantity, there is also a requirement for the maximum permissible filling quantity, which is directly linked to the system volume. According to DIN Spec. or SystemLeftheft, the maximum permissible value is currently 250 g / l, d. H. per liter of system volume, a maximum of 250 g of refrigerant may be added. This value is currently defined for the system at rest from pressure and temperature of 93 bar at 60 ° C. The background is the protection of the low-pressure side at high environmental loads in inactive refrigeration systems against too high a mechanical load due to a too high adjusting static pressure.
Bei standardmäßig aufgebauten R744-Kälteanlagen ist allerdings die Differenz zwischen dem Wert der optimalen Füllmenge und der maximal zulässigen Füllmenge nicht groß. Üblicherweise liegt die Differenz zwischen beiden Werten bei 20 bis 50 g.For standard R744 refrigeration systems, however, the difference between the value of the optimum filling quantity and the maximum permissible filling quantity is not large. Usually, the difference between the two values is 20 to 50 g.
Werden einerseits die Puffermengen bei herkömmlichen Anlagen mit Beträgen von 50 bis 150 g (Lebensdauerfüllung) und andererseits mögliche Toleranzen an den Befüllapparaturen von Bandanlagen innerhalb der Produktion und Servicegeräten im Kundendienst und Werkstätten betrachtet, so ist die oben genannte zufüllbare Differenz von 20–50 g zu gering. Es können daher frühzeitige Werkstattaufenthalte für den Kunden wegen Kältemittel-Verlusten oder Kältemittel-Mangel sowie Überfüllungen und Überschreitungen der 250 g/l-Vorgabe auftreten.If, on the one hand, the buffer quantities are considered in conventional systems with amounts of 50 to 150 g (lifetime filling) and on the other hand possible tolerances on the filling equipment of conveyor systems within the production and service equipment in customer service and workshops, the above-mentioned zufüllbare difference of 20-50 g to low. Therefore, early workshop visits for the customer may occur due to refrigerant losses or lack of refrigerant as well as overfilling and exceeding of the 250 g / l specification.
Daher muss in einer Fahrzeugkälteanlage sowohl eine Überfüllung oder eine Unterfüllung als auch eine Überschreitung der 250 g/l-Vorgabe vermieden werden. Wenn zu wenig Kältemittel-Öl-Gemisch im Kältemittelkreislauf vorhanden ist, kann dies zu einer Schädigung des Verdichters durch Ölmangel führen. Aus dem Stand der Technik sind Konzepte zur Überwachung des Kältemittelfüllgrades bekannt, die jedoch eine aufwändige Sensorik benötigen und daher zu hohen Kosten führt. Beispielhaft sei hierzu auf die
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Füllstandserhöhung einer Fahrzeugkälteanlage anzugeben, so dass ein ausreichender Abstand zwischen dem Wert der optimalen Füllmenge und der maximal zulässigen Füllmenge der Kälteanlage als Teil der Fahrzeugklimaanlage realisiert wird und damit gleichzeitig ein Puffer bereitgestellt wird, mit dem auch mögliche Leckagen und Betriebsmittelverluste über die Fahrzeuglebensdauer kompensierbar sind. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Fahrzeugkälteanlage zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.The object of the invention is to provide a method for increasing the level of a vehicle refrigeration system, so that a sufficient distance between the value of the optimal filling amount and the maximum allowable filling amount of the refrigeration system is implemented as part of the vehicle air conditioning and thus at the same time a buffer is provided with the Possible leaks and equipment losses over the vehicle life can be compensated. Another object is to provide a vehicle refrigeration system for carrying out the method.
Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Füllstands- bzw. Füllmengenerhöhung einer Fahrzeugkälteanlage mit einem Kältemittelkreislauf mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.The first object is achieved by a method for filling level or Füllmengenerhöhung a vehicle refrigeration system with a refrigerant circuit having the features of
Ein solches Verfahren zeichnet sich durch folgende Verfahrensschritte aus:
- – Bereitstellen folgender Komponenten: wenigstens einen Verdampfer, ein Kältemittelverdichter, einen Kältemittelkondensator oder Gaskühler, einen Akkumulator, er und ein dem Verdampfer zugeordnetes Expansionsorgan,
- – Verbinden der Komponenten mittels einer Kältemittelleitung zur Bildung des ein aus der Summe der Einzelvolumina aller Komponenten und Kältemittelleitungen gebildeten Gesamt-Anlagevolumen aufweisenden Kältemittelkreislaufs, wobei der Akkumulator in Strömungsrichtung des Kältemittels dem Verdampfer nachgeschaltet wird,
- – Bestimmen einer optimalen Füllmenge an Kältemittel für das gegebene Gesamt-Anlagevolumen in Abhängigkeit wenigstens einer der Parameter Umgebungstemperatur, Umgebungsfeuchte, Fahrgeschwindigkeit, Sonnenlast, zu konditionierende Luftmenge, Luftklappenstellung,
- – Bereitstellen eines Zusatzvolumens als Puffervolumen in dem Kältemittelkreislauf in Strömungsrichtung des Kältemittels zwischen dem Verdampfer und dem Verdichter,
- – Bestimmen einer optimalen Zusatzfüllmenge an Kältemittel für das Gesamt-Zusatzvolumen, welche unter den Druck- und Temperaturbedingungen der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufes das Zusatzvolumen ausfüllt, und
- – Befüllen des Kältemittelkreislaufes mit einer der Summe aus der optimalen Füllmenge und der optimalen Zusatzfüllmenge entsprechenden neuen optimalen Füllmenge an Kältemittel.
- Providing the following components: at least one evaporator, one refrigerant compressor, one refrigerant condenser or gas cooler, one accumulator, he and an expander associated with the evaporator,
- Connecting the components by means of a refrigerant line to form a refrigerant circuit having a total investment volume formed from the sum of the individual volumes of all components and refrigerant lines, the accumulator being connected downstream of the evaporator in the flow direction of the refrigerant,
- Determining an optimum charge quantity of refrigerant for the given total investment volume as a function of at least one of the parameters ambient temperature, ambient humidity, driving speed, sun load, air quantity to be conditioned, air damper position,
- Providing an additional volume as a buffer volume in the refrigerant circuit in the flow direction of the refrigerant between the evaporator and the compressor,
- - Determining an optimal additional filling amount of refrigerant for the total additional volume, which fills the additional volume under the pressure and temperature conditions of the low pressure side of the refrigerant circuit, and
- - Filling the refrigerant circuit with one of the sum of the optimal capacity and the optimal additional filling corresponding new optimum refrigerant charge.
Mit einem solchen Zusatzvolumen als Puffervolumen wird zum einen eine ausreichende Befüllung der Kälteanlage und somit Pufferung des Kältemittels, insbesondere bei kritischen vorliegenden Umgebungstemperaturen im Ruhezustand der Kälteanlage des Fahrzeugs erreicht, so dass ein verbessertes Kompensieren von möglichen Leckagen sichergestellt ist. Zum anderen ist aufgrund der Realisierung des Puffervolumens auf der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufes weniger Kältemittel als optimale Zusatzfüllmenge zum Ausfüllen des Zusatzvolumens erforderlich als es dem Wert des Zusatzvolumens an einer anderen Stelle der Fahrzeugkälteanlage entsprechen würde, so dass die Summe aus dem gegebenen Anlagenvolumen und dem optimalen Zusatzvolumen im Vergleich zur neuen optimalen Füllmenge (Summe aus bisheriger optimaler Füllmenge und der optimalen Zusatzfüllmenge) überproportional ansteigt und infolgedessen die Grenze von aktuell 250 g/l deutlich unterschritten wird, d. h. es besteht ein hoher Abstand bzw. Differenz zwischen der neuen optimalen Füllmenge und der neuen sich ergebenden maximal zulässigen Füllmenge für das um das Zusatzvolumen vergrößerte Gesamt-Anlagenvolumen.With such an additional volume as a buffer volume on the one hand sufficient filling of the refrigeration system and thus buffering of the refrigerant, especially at critical ambient temperatures in the idle state of the refrigeration system of the vehicle is achieved, so that an improved compensation of possible leaks is ensured. On the other hand, due to the realization of the buffer volume on the low pressure side of the refrigerant circuit less refrigerant than optimal additional filling to fill the additional volume required as it would correspond to the value of the additional volume at another point of the vehicle refrigeration system, so that the sum of the given system volume and the optimal additional volume Compared to the new optimum filling quantity (sum of previous optimum filling quantity and the optimal additional filling quantity) disproportionately increases and as a result the limit of currently 250 g / l is significantly undercut, d. H. There is a high distance or difference between the new optimum filling quantity and the new resulting maximum permissible filling quantity for the total system volume increased by the additional volume.
Ein Teil dieser Differenz kann weiterbildungsgemäß als Pufferfüllmenge gezielt eingesetzt werden, um zusätzlich Kältemittel für eine Lebensdauerbefüllung der Kälteanlage einzulagern, ohne mit den thermodynamischen Randbedingungen bzw. der zulässigen spezifischen Füllmenge in Konflikt zugeraten. Die neue optimale Füllmenge für den Kältemittelkreislauf mit dem Zusatzvolumen erhöht sich dann um diese Pufferfüllmenge.Part of this difference can be selectively used according to training as buffer filling to additionally store refrigerant for a lifetime filling of the refrigeration system, without conflicting with the thermodynamic boundary conditions or the allowable specific capacity in conflict. The new optimum filling quantity for the refrigerant circuit with the additional volume then increases by this buffer filling quantity.
Ein weiterer Vorteil bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren besteht darin, dass Toleranzen der Befüllapparaturen und Servicegeräte in Produktion und Service mittels einer solchen Pufferfüllmenge kompensiert werden bzw. dass die Fahrzeugkälteanlage jetzt unsensibler gegenüber diese Toleranzen ausgeführt ist.Another advantage of this method according to the invention is that tolerances of the filling and service equipment in production and service are compensated by means of such a buffer filling or that the vehicle refrigeration system is now unsensitive to these tolerances.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein innerer Wärmeübertrager bereitgestellt, welcher einerseits auf der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs zwischen dem Akkumulator und dem Verdichter und andererseits auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs zwischen dem Kondensator oder Gaskühler und dem Expansionsorgan angeordnet wird. Ein solcher innerer Wärmeübertrager wird im Gegenstromverfahren betrieben.According to an advantageous embodiment of the invention, an internal heat exchanger is provided which is arranged on the one hand on the low pressure side of the refrigerant circuit between the accumulator and the compressor and on the other hand on the high pressure side of the refrigerant circuit between the condenser or gas cooler and the expansion element. Such an internal heat exchanger is operated in countercurrent process.
Das Zusatzvolumen wird gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung durch einen Zusatzbehälter gebildet, welcher mit einer Kältemittelleitung entweder zwischen dem Akkumulator und dem Verdichter oder zwischen dem Verdampfer und dem Akkumulator verbunden wird. Vorzugsweise wird der Zusatzbehälter auf der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufes zwischen dem inneren Wärmeübertrager und dem Verdichter oder zwischen dem Akkumulator und dem inneren Wärmeübertrager oder dem Verdampfer und dem Akkumulator angeordnet. Hierbei kann der Zusatzbehälter entweder so angeordnet werden, dass er über eine Leitung an die Kältemittelleitung angeschlossen wird und dabei nicht aktiv vom Kältemittel durchströmt wird. Der Einbau und dessen Neigung bzw. Ausrichtung erfolgt dabei in der Weise, dass aufgrund der Einbaulage keine Ölfalle entsteht. Der Zusatzbehälter kann auch in der Weise eingebaut werden, dass dieser aktiv mit Kältemittel durchströmt wird. Gleichzeitig kann dieser Zusatzbehälter als Muffler (Schalldämpfer) designed werden, so dass akustische Störungen gedämpft und kompensiert werden.The additional volume is formed according to an embodiment of the invention by an additional container which is connected to a refrigerant line either between the accumulator and the compressor or between the evaporator and the accumulator. Preferably, the auxiliary tank is arranged on the low-pressure side of the refrigerant circuit between the inner heat exchanger and the compressor or between the accumulator and the inner heat exchanger or the evaporator and the accumulator. In this case, the additional container can either be arranged so that it is connected via a line to the refrigerant line and is not actively flowed through by the refrigerant. The installation and its inclination or alignment takes place in such a way that due to the installation position no oil trap is created. The additional container can also be installed in such a way that it is actively flowed through by refrigerant. At the same time, this additional container can be designed as a muffler (silencer) so that acoustic disturbances are damped and compensated.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann das Zusatzvolumen durch wenigstens eine bereichsweise Querschnittsvergrößerung der Kältemittelleitung zwischen dem Verdampfer und dem Verdichter gebildet werden.According to a further advantageous embodiment of the invention, the additional volume can be formed by at least a region-wise cross-sectional enlargement of the refrigerant line between the evaporator and the compressor.
Des Weiteren sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, dass das Zusatzvolumen durch den inneren Wärmeübertrager gebildet wird.Furthermore, an embodiment of the invention provides that the additional volume is formed by the internal heat exchanger.
Ferner kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das Zusatzvolumen durch eine Erweiterung des Akkumulators gebildet werden. Furthermore, according to a further embodiment of the invention, the additional volume can be formed by an extension of the accumulator.
Schließlich wird gemäß einer letzten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens das Zusatzvolumen durch den Verdichter gebildet, wobei das Zusatzvolumen am Kältemitteleintritt des Verdichters realisiert wird.Finally, the additional volume is formed by the compressor according to a last embodiment of the method according to the invention, wherein the additional volume is realized at the refrigerant inlet of the compressor.
Die aufgezeigten Möglichkeiten einer Realisierung des Zusatzvolumens können auch kombiniert werden, so dass das Zusatzvolumen in mehrere Teilvolumen aufgeteilt und im dafür vorgesehenen Systemabschnitt der Fahrzeugkälteanlage integriert wird.The indicated possibilities of realizing the additional volume can also be combined, so that the additional volume is divided into several sub-volumes and integrated in the system section of the vehicle refrigeration system provided for this purpose.
Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst durch eine Fahrzeugklimaanlage mit den Merkmalen des Patentanspruches 10The second object is achieved by a vehicle air conditioning system with the features of claim 10
Eine solche Fahrzeugkälteanlage für ein Fahrzeug mit einem Kältemittelkreislauf, welcher als Komponenten wenigstens einen Verdampfer, einen Kältemittelverdichter, einen Kältemittelkondensator oder einen Gaskühler, einen Akkumulator sowie ein dem Verdampfer zugeordnetes Expansionsorgan umfasst, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass
- – die Komponenten unter Bildung eines gegebenen Gesamt-Anlagenvolumens über Kältemittelleitungen verbunden sind und dem Verdampfer in Strömungsrichtung des Kältemittels nachgeschaltet sind,
- – zur Füllstandserhöhung des Kältemittelkreislaufs ein Zusatzvolumen als Puffervolumen auf der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs zwischen dem wenigstens einen Verdampfer und dem Verdichter vorgesehen ist, und
- – der Kältemittelkreislauf mit einer Summe aus einer optimalen Füllmenge und einer optimalen Zusatzfüllmenge entsprechenden neuen optimalen Füllmenge an Kältemittel befüllt ist, derart dass die optimale Zusatzfüllmenge gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt ist.
- - The components are connected to form a given total system volume via refrigerant pipes and are downstream of the evaporator in the flow direction of the refrigerant,
- - To fill level increase of the refrigerant circuit, an additional volume is provided as a buffer volume on the low pressure side of the refrigerant circuit between the at least one evaporator and the compressor, and
- - The refrigerant circuit is filled with a sum of an optimal filling quantity and an optimal additional filling amount corresponding new optimal filling amount of refrigerant, such that the optimum additional filling amount is determined according to the inventive method.
Eine solche Fahrzeugkälteanlage weist auch die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläuterten Vorteile auf.Such a vehicle refrigeration system also has the advantages explained in connection with the method according to the invention.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Fahrzeugkälteanlage sind mit den Merkmalen der Patentansprüche 10 bis 17 gegeben.Advantageous embodiments of the vehicle refrigeration system according to the invention are given with the features of the claims 10 to 17.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:The invention will now be described in detail by means of embodiments with reference to the accompanying figures. Show it:
Die
Der Kältemittelkreislauf
- – einen
Verdampfer 2 , - – einen
Kältemittelverdichter 3 , - – einen Kältemittelkondensator bzw.
Gaskühler 4 , - –
ein dem Verdampfer 2 in Strömungsrichtung R des Kältemittels vorgeschaltetes Expansionsorgan5 , - – einen
Akkumulator 6 , der die Funktion eines Kältespeichers erfüllt und in Strömungsrichtung R desKältemittels dem Verdampfer 2 nachgeschaltet ist, und - – einen inneren Wärmeübertrager
7 .
- - an
evaporator 2 . - - a
refrigerant compressor 3 . - - A refrigerant condenser or
gas cooler 4 . - - a the
evaporator 2 in the flow direction R of the refrigerantupstream expansion element 5 . - - an
accumulator 6 , which fulfills the function of a cold storage and in the flow direction R of the refrigerant to theevaporator 2 is downstream, and - - an
internal heat exchanger 7 ,
Der Akkumulator
In den
Die aufgeführten Komponenten
Der innere Wärmeübertrager
Das gezielte Anheben des Gesamt-Anlagenvolumens VA des Kältemittelkreislaufes
Ausgehend von der oben beschriebenen Grundstruktur des Kältemittelkreislaufes
Diese optimale Füllmenge mopt für das Gesamt-Anlagenvolumen VA wird in Abhängigkeit von wenigstens einem der Parameter Umgebungstemperatur, Umgebungsfeuchte, Fahrgeschwindigkeit, Sonnenlast, konditionierender Luftmenge über den wenigsten einen Verdampfer
Wie eingangs bereits erwähnt existiert auch eine Vorschrift für die maximal zulässige Füllmenge, die direkt an das Gesamt-Anlagenvolumen VA gekoppelt ist und speziell für R744 = 250 g/l beträgt. Dieser Wert wird aktuell für den Ruhezustand der Anlage aus Druck und Temperatur von 93 bar bei 60°C definiert.As already mentioned, there is also a provision for the maximum permissible filling quantity, which is coupled directly to the total system volume V A and is specifically for R744 = 250 g / l. This value is currently defined for the system at rest from pressure and temperature of 93 bar at 60 ° C.
Anschließend wird ein Zusatzvolumen Vzu als Puffervolumen bereitgestellt, welches auf der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufes zwischen dem Verdampfer
Gemäß den
Gemäß
Die ebenso in einer Flaschenform ausgeführten Druckbehälter
Für alle Druckbehälter gilt, dass das jeweilig zum Einsatz kommende Design frei wählbar ist. Grundsätzliche Funktionsvorschriften werden jedoch eingehalten.For all pressure vessels, the respective design used is freely selectable. Basic functional rules are complied with.
Das Zusatzvolumen Vzu kann auf der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufes
Neben dem Volumenzugewinn hat die Leitungsquerschnittsvergrößerung auch einen positiven Effekt auf die Reduktion der Strömungs- bzw. Druckverluste im niederdruckseitigen Abschnitt des Kältemittelkreislaufes
Schließlich kann das Zusatzvolumen Vzu auf der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufes gemäß
Hinsichtlich des Kältemittelverdichters
Auch das Volumen des Akkumulators
Das Volumen des inneren Wärmeübertragers
In Abhängigkeit des Zusatzvolumens Vzu der realisierten Puffervolumen
Beträgt bspw. das Zusatzvolumen Vzu = 100 ml und ist dieses Zusatzvolumen als Druckbehälter
Die optimale Zusatzfüllmenge mopt,zu kann einerseits rechnerisch auf Basis der sich einstellenden Druck- und Temperaturwerte im Rahmen der bekannten Füllmengenbestimmung zur Ermittlung der optimalen Füllmenge unter Einbeziehen der Kältemittel-Stoffdaten und der geometrischen Angaben des Zusatzvolumens VA bestimmt werden. Alternativ wird die Füllmengenbestimmung mit einer das Zusatzvolumen aufweisenden Fahrzeugkälteanlage erneut im Fahrzeug durchgeführt und die neue optimale Füllmenge mopt,neu wird folglich nach den dem Fachmann bekannten Methoden experimentell bestimmt.The optimal auxiliary-Weight m opt to on the one hand by calculation be determined based on the autogenous pressure and temperature values within the known filling quantity determination to determine the optimum filling amount with the inclusion of the refrigerant material data and the geometric information of the additional volume V A. Alternatively, the filling quantity determination with a vehicle refrigeration system having the additional volume is carried out again in the vehicle and the new optimum filling quantity m opt, new is consequently determined experimentally by the methods known to the person skilled in the art.
Der Kältemittelkreislauf
Da die optimale Zusatzfüllmenge mopt,zu geringer ist als die aufgrund des Grenzwertes von 250 g/l sich ergebende maximal zulässige Zusatzfüllmenge mmax,zul,zu steigt das ursprüngliche Anlagenvolumen VA auf den neuen Wert VA,neu überproportional im Vergleich zur neuen optimalen Füllmenge an, die lediglich von mopt auf mopt,neu = mopt + mopt·zu ansteigt.Since the optimum additional filling quantity m opt is too small than the maximum permissible additional filling quantity m max, zul resulting from the limit value of 250 g / l, the original system volume V A increases to the new value V A, again disproportionately in comparison to the new one optimum filling quantity, which only increases from m opt to m opt, new = m opt + m opt · to .
Bei dem oben beschriebenen Beispiel mit einem Zusatzvolumen von Vzu = 100 ml und einer optimalen Zusatzfüllmenge mopt,zu von 10 g Kältemittel bedeutet dies, dass die Differenz von (mmax,zul,zu – mopt,zu) = 15 g zu den maximal möglichen mmax,zul,zu = 25 g Kältemittel nicht genutzt wird. Dies führt dazu, dass die Grenze von 250 g/l unterschritten wird und dennoch die Fahrzeugkälteanlage ordnungsgemäß betrieben werden kann. Dieses der Differenz (mmax,zul,zu – mopt,zu) entsprechende Teilvolumen des Zusatzvolumens Vzu kann jetzt gezielt eingesetzt werden, um zusätzlich eine Pufferfüllmenge mpuf,zu an Kältemittel für eine Lebensdauerbefüllung der Kälteanlage einzulagern, ohne mit den thermodynamischen Randbedingungen bzw. der zulässigen spezifischen Füllmenge in Konflikt zu geraten.In the example described above with an additional volume of V to = 100 ml and an optimal additional filling amount m opt, to 10 g of refrigerant, this means that the difference of (m max, zul, to - m opt, too ) = 15 g to the maximum possible m max, perm, to = 25 g of refrigerant is not used. This means that the limit of 250 g / l is exceeded, and yet the vehicle refrigeration system can be operated properly. This difference (m max, permissible to - m opt to) to may be used specifically corresponding partial volume of the additional volume V to a buffer fill m PUF to store in addition to of refrigerant for a lifetime filling of the refrigeration system, without with the thermodynamic boundary conditions or the permissible specific filling quantity.
Der Einbauort des Druckbehälters
Zusammenfassend weist das anhand der
- – die Differenz (mmax,zul.zu – mopt,zu) zwischen der optimalen Füllmenge mopt,zu und der aufgrund des Grenzwertes 250 g/l maximal zulässigen Füllmenge mmax,zul.zu wird wesentlich erhöht,
- – wird die optimale Zusatzfüllmenge mopt,zu vollständig oder mit einem Teil der Differenz (mmax,zul,zu – mopt,zu) als Pufferfüllmenge mpuf,zu für eine sogenannte Lebensdauerbefüllung erhöht, können mögliche Leckagen kompensiert werden,
- – die optimale Zusatzfüllmenge mopt,zu, gegebenenfalls zusammen mit einer Pufferfüllmenge mpuf,zu, ermöglicht die Kompensation von Toleranzen der Befüllapparaturen und den Servicegeräten in Produktion und Service, und
- – trotz der optimalen Zusatzfüllmenge mopt,zu und gegebenenfalls einer Pufferfüllmenge mpuf,zu an Kältemittel wird die Begrenzung von 250 g/l an Kältemittel eingehalten.
- - the difference (m max, zul.zu - m opt to) between the optimum filling amount m opt to and substantially increased because of the limit value 250 g / l maximum permissible capacity m max, is zul.zu,
- If the optimum additional filling quantity m opt is increased too completely or with a part of the difference (m max, zul, to m opt, too ) as the buffer filling quantity m puf, for a so-called service life filling, then possible leaks can be compensated.
- - the optimal additional filling quantity m opt, to , if necessary, together with a buffer filling quantity m puf, to , allows the compensation of tolerances of the filling equipment and the service equipment in production and service, and
- - Despite the optimal additional filling quantity m opt, and if necessary, a buffer filling quantity m puf, to refrigerant is the limitation of 250 g / l of refrigerant complied with.
Die neue resultierende Pufferfüllmenge mpuf,res,neu für einen mit dem Zusatzvolumen VA auf ein neues Gesamt-Anlagenvolumen VA,neu erhöhter Kältemittelkreislauf
Die finale Auslegung des Design der Druckbehälter
Die anhand der
Neben den Kälteanlagen mit reiner Kühlfunktionalität, kann dieses erfindungsgemäße Verfahren zur Füllmengenerhöhung beispielsweise auch für Systeme mit Wärmepumpenfunktion eingesetzt werden.In addition to the refrigeration systems with pure cooling functionality, this inventive method for Füllmengenerhöhung example, for systems with heat pump function can be used.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- KältemittelkreislaufRefrigerant circulation
- 22
- Verdampfer, InnenwärmeübertragerEvaporator, internal heat exchanger
- 33
- KältemittelverdichterRefrigerant compressor
- 44
- Kältemittelkondensator, GaskühlerRefrigerant condenser, gas cooler
- 55
- Expansionsorganexpansion element
- 66
- Akkumulatoraccumulator
- 77
- innerer Wärmeübertragerinternal heat exchanger
- 88th
- KältemittelleitungRefrigerant line
- 8.08.0
- KältemittelleitungsabschnittRefrigerant line section
- 8.18.1
-
Kältemittelleitungsabschnitt der Kältemittelleitung
8 Refrigerant line section of the refrigerant line8th - 8.28.2
-
Kältemittelleitungsabschnitt der Kältemittelleitung
8 Refrigerant line section of the refrigerant line8th - 8.38.3
-
Kältemittelleitungsabschnitt der Kältemittelleitung
8 Refrigerant line section of the refrigerant line8th - 99
- Zusatzvolumen, ZusatzbehälterAdditional volume, additional container
- 9.19.1
- Zusatzvolumen, ZusatzbehälterAdditional volume, additional container
- 9.119.11
- Zusatzvolumen, ZusatzbehälterAdditional volume, additional container
- 9.29.2
- Zusatzvolumen, ZusatzbehälterAdditional volume, additional container
- 9.39.3
- Zusatzvolumen, ZusatzbehälterAdditional volume, additional container
- 9.49.4
-
Zusatzvolumen des Kältemittelverdichters
3 Additional volume of therefrigerant compressor 3 - 9.59.5
-
Zusatzvolumen des inneren Wärmeübertragers
7 Additional volume of theinternal heat exchanger 7 - 9.69.6
-
Zusatzvolumen des Wärmeübertragers
6 Additional volume of theheat exchanger 6 - RR
- Strömungsrichtung des KältemittelsFlow direction of the refrigerant
- mmax,zul,zu m max, zul, too
- maximal zulässige Zusatzfüllmenge für Zusatzvolumen Vzu maximum allowable filling quantity for additional volume V to
- mopt m opt
- optimale Füllmenge für ein Gesamt-Anlagenvolumen VA optimal filling quantity for a total system volume V A
- mopt,zu m opt, too
- optimale Zusatzfüllmenge für Zusatzvolumen Vzu optimal additional filling volume for additional volume V too
- mopt,neu m opt, new
- neue optimale Füllmenge für neues Gesamt-Anlagenvolumen VA,neu new optimal filling volume for new total system volume V A, new
- mpuf m puf
- Pufferfüllmenge für ein Gesamt-Anlagenvolumen VA Buffer fill quantity for a total system volume V A
- mpuf,res,neu m puf, res, new
- Pufferfüllmenge für ein Gesamt-Anlagenvolumen VA + Vzu Buffer capacity for a total system volume V A + V to
- mpuf,zu m puf, too
- Pufferfüllmenge für Zusatzvolumen Vzu Buffer capacity for additional volume V too
- VA V A
- Gesamt-AnlagenvolumenTotal investment volume
- VA,neu V A, new
- neues Gesamt-Anlagenvolumennew total plant volume
- Vzu V too
- Zusatzvolumen, PuffervolumenAdditional volume, buffer volume
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102007021874 A1 [0009] DE 102007021874 A1 [0009]
Claims (17)
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DE102015006189.5A DE102015006189A1 (en) | 2015-05-15 | 2015-05-15 | Method for permissible level and Füllmengenerhöhung a vehicle refrigeration system and vehicle refrigeration system for performing the method |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
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DE (1) | DE102015006189A1 (en) |
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- 2015-05-15 DE DE102015006189.5A patent/DE102015006189A1/en active Granted
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