DE112005001691B4

DE112005001691B4 - Anordnung und Verfahren zum Steuern bzw. Regeln der Ableitung von Kohlendioxid für Klimaanlagensysteme

Info

Publication number: DE112005001691B4
Application number: DE112005001691.9T
Authority: DE
Inventors: Michael B. Meeker
Original assignee: Bosch Automotive Service Solutions Inc
Current assignee: Bosch Automotive Service Solutions Inc
Priority date: 2004-07-19
Filing date: 2005-05-23
Publication date: 2018-04-26
Anticipated expiration: 2025-05-24
Also published as: US7104075B2; US20060010889A1; DE112005001691T5; WO2006019458A1

Abstract

Anordnung zum Ableiten von Kühlmittel aus einer Klimaanlage (20; 40), wobei die Anordnung Folgendes umfasst:einen Kühlmitteleinlass (28; 48), an welchem Kühlmittel aus der Klimaanlage (20; 40) aufgenommen wird;einen Kühlmittelauslass (34; 52), an welchem das Kühlmittel aus der Anordnung abgegeben wird; undein Ableitungsraten-Aufrechterhaltungs-Mittel, das die Ableitungsrate auf einem im wesentlichen kontrollierten bzw. gesteuerten Wert aufrechterhält, während der Druck des Kühlmittels am Kühlmitteleinlass (28; 48) variiert; wobei am Kühlmitteleinlass (28) ein Druckregler (22) angeordnet ist, dessen Auslass (30) mit einem Einlass (32) einer fixen Blende (24) verbunden ist; oderein elektrisch steuerbares Ventil (42) zwischen dem Kühlmitteleinlass (48) und dem Kühlmittelauslass (52) angeordnet ist, das in Abhängigkeit von einem Signal eines Drucksensors (44), der den Druck am Kühlmitteleinlass (48) erfasst, gesteuert bzw. geregelt ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Das offenbarte Verfahren und die offenbarten Anordnungen betreffen die Ableitung von Kühlmittel, z.B. Kohlendioxid, aus Klimaanlagensystemen.
STAND DER TECHNIK
In jüngster Zeit wird anstelle der herkömmlichen Kühlmittel R134a und R12 das Kühlmittel R744, also Kohlendioxid, in Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Anders als bei herkömmlichen Kühlmitteln gestattet die Verwendung von Kohlendioxid, das Kühlmittel aus dem Klimaanlagensystem abzuleiten und in die Atmosphäre zu blasen. Zum Schutz der Systemkomponenten vor einer möglichen Beschädigung empfiehlt es sich meist, die Ableitungsrate auf einen bestimmten Wert zu begrenzen. Dieser Wert wird typischerweise als maximaler Druckabfall pro Minute, z.B. als 1 bar pro Minute, ausgedrückt.
Kennzeichnenderweise wird die Ableitung von Kohlendioxid aus einem Klimaanlagensystem, wie es in einem Kraftfahrzeug benutzt wird, durch Verwendung einer fixierten bzw. festen Öffnung bzw. Düse erreicht, welche die Strömungsrate des Kohlendioxids bei dessen Ableitung begrenzt. Ein Blockdiagramm einer herkömmlichen Anordnung ist in 1 dargestellt, in der ein Klimaanlagensystem 10, das abzuleitendes Kohlendioxid enthält, mit der festen Öffnung 12 verbunden ist. Das Kohlendioxid wird durch den Auslass 14 der festen Öffnung 12 abgegeben.
Bei 2 handelt es sich um eine beispielhafte graphische Darstellung der Ableitungsrate (Y-Achse) in Bezug auf die Zeit (X-Achse). Daraus geht hervor, dass die Ableitungsrate im Laufe der Zeit abnimmt. Die feste Öffnung 12 verhindert, dass die Ableitungsrate eine sichere bzw. erlaubte Höchstrate für den höchsten Ausstoßdruck überschreitet, der vom Klimaanlagensystem 10 erwartet wird. Jedoch besteht eine der Schwierigkeiten bei solch einer Ableitungsanordnung in der verhältnismäßig langen Zeit, die erforderlich ist, um das Klimaanlagensystem 10 gänzlich zu entleeren. Die lange Ableitungszeit kommt dadurch zustande, dass die Kühlmittelströmungsrate aufgrund der reduzierten Druckdifferenz über der festen Öffnung 12 sinkt. Anders ausgedrückt, fällt, während Kohlendioxid aus dem Klimaanlagensystem 10 abgeleitet wird, der vom Klimaanlagensystem 10 ausgehende Ausstoßdruck und bewirkt, dass der Eingabedruck an der festen Öffnung 12 fällt und dass die Druckdifferenz zwischen dem Einlass der festen Öffnung 12 und dem Auslass der festen Öffnung 12 verringert wird. Dies senkt die Ableitungsrate und erhöht die Gesamtableitungszeit, wie 2 veranschaulicht. Selbst wenn die Öffnung regulierbar bzw. einstellbar bzw. anpassbar ausgeführt würde, um ein Regulieren bzw. Einstellen bzw. Anpassen der Ableitungsrate während des Ableitens aus einem Fahrzeug zu ermöglichen, würde dies die Anwesenheit eines Bedieners erfordern, der die Ableitungsrate überwacht und reguliert bzw. einstellt bzw. anpasst.
DE 100 15 976 A1 offenbart eine Befüllvorrichtung für Kraftfahrzeugklimaanlagen mit einem in einer Ablassleitung angeordnetem Ablassventil und einer einstellbaren Vorrichtung zur Reduzierung des Drucks zum definierten Ablassen des Kältemittels aus der Klimaanlage.
DE 67 51 296 U1 offenbart eine Vorrichtung zur Minderung des Drucks bei Getränkeschankanlagen mit einem Einstellventil zur Realisierung unterschiedlicher Drücke, die für unterschiedliche Getränkesorten benötigt werden.
US 4 624 112 A offenbart eine Kraftfahrzeugklimaanlagen-Füllstation mit einer Überdrucksteuerung zum Begrenzen auf einen maximalen Druck.
Es besteht die Notwendigkeit, die Gesamtableitungszeit für das Ableiten von Kohlendioxid oder anderen Kühlmitteln aus Systemen in einer Weise zu verringern, welche die Integrität des Systems weiterhin aufrechterhält und keiner Aufsicht bedarf.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
ZUSAMMENFASSUNG
Die oben dargelegte Notwendigkeit und weitere Erfordernisse werden von den Ausführungsformen erfüllt, die ein Kühlmittelableitungssystem zum Ableiten von Kühlmittel aus einer Klimaanlage bieten. Dieses System umfasst einen Systemeinlass, der sich mit einer Klimaanlagenableitungsöffnung verbinden lässt. Vorgesehen ist auch ein Systemauslass, an dem Kühlmittel aus der Klimaanlage abgeleitet wird. Eine Ableitungsratensteuerungs- bzw. -regeleinrichtung ist zwischen dem Systemeinlass und dem Systemauslass angeschlossen. Die Ableitungsratensteuerungs- bzw. -regeleinrichtung ist so gestaltet, dass sie eine Ableitungsrate des Kühlmittels aus dem Systemauslass auf einem kontrollierten Wert hält, während der Kühlmitteldruck am Systemeinlass variiert.
Dadurch, dass die Ableitungsrate des Systems gesteuert bzw. geregelt wird, während der Kühlmitteldruck am Systemeinlass variiert, ermöglichen die Ausführungsformen eine erhebliche Verringerung der zur Entleerung des Systems erforderlichen Zeit.
Unter weiteren Gesichtspunkten wird eine Anordnung zum Ableiten von Kühlmittel aus einer Klimaanlage geboten, wobei diese Anordnung einen Kühlmitteleinlass umfasst, an welchem Kühlmittel aus der Klimaanlage aufgenommen wird. Vorgesehen ist außerdem ein Kühlmittelauslass, an dem das Kühlmittel aus der Anordnung abgeleitet wird. Ferner stehen Mittel zur Verfügung, um eine im Wesentlichen kontrollierte Ableitungsrate des Kühlmittels aus dem Kühlmittelauslass beizubehalten, während der Druck des Kühlmittels am Kühlmitteleinlass variiert.
Unter noch weiteren Gesichtspunkten wird ein Verfahren zum Ableiten von Kühlmittel aus einem Klimaanlagensystem geboten. Dieses Verfahren umfasst das Öffnen eines Ableitungsauslasses des Klimaanlagesystems und das Auftrechterhalten einer Ableitungsrate des Kühlmittels aus dem Klimaanlagensystem mit einem im Wesentlichen kontrollierten Wert, während der Druck des Kühlmittels am Ableitungsauslass variiert.
Das Vorangehende und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlicher.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Klimaanlagensystems und einer Ableitungsanordnung zum Ableiten von Kühlmittel aus dem Klimaanlagensystem.
2 ist ein Schaubbild, das ein Beispiel für das Verhältnis der Ableitungsrate zur Zeit bezüglich der Anordnung aus 1 veranschaulicht.
3 ist ein Blockdiagramm einer Anordnung zum Ableiten von Kühlmittel aus einem Klimaanlagensystem in Übereinstimmung mit bestimmten Ausführungsformen.
4 ist ein Schaubild, das ein Beispiel für das Verhältnis zwischen Ableitungsrate und Zeit für die Anordnungen aus 3 und 5 zeigt.
5 stellt eine Anordnung zum Ableiten von Kühlmitteln aus einem Klimaanlagensystem in Übereinstimmung mit anderen Ausführungsformen dar.
6 ist ein Schaubild, das ein Beispiel für das Verhältnis zwischen Ableitungsrate und Zeit für die Anordnungen aus 5 mit mehreren Ableitungsraten anführt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Mit dem Verfahren zum Ableiten von Kühlmittel aus einem Klimaanlagensystem und den Anordnungen zum Ausführen desselben werden bestimmte Probleme angesprochen, die in Bezug zur verhältnismäßig langen Ableitungszeit vorheriger Anordnungen stehen. Insbesondere gehen die Ausführungsformen auf diese Problemen ein, indem sie die Ableitungsrate des Kühlmittels aus dem Klimaanlagensystem auf einem im Wesentlichen kontrollierten Wert halten, während der Druck des Kühlmittels am Ableitungsauslass variiert. In einer Ausführungsform wird diese Ableitungsrate konstant gehalten durch Einsatz eines mechanischen Druckreglers, der zwischen dem Klimaanlagensystem und einer fixierten bzw. festen Öffnung bzw. Düse bzw. fixen Blende angeordnet ist. Während der Ausstoßdruck des Klimaanlagensystems im Verlauf des Ableitungsvorgangs abnimmt, verschafft der mechanische Druckregler einen konstanten Druck auf die fixe Blende während des größten Teils des Ableitungsvorgangs. In einer weiteren Ausführungsform ist ein elektrisch steuerbares bzw. regelbares Ventil an den Auslass des Klimaanlagensystems gekoppelt. Der Ausstoßdruck des Klimaanlagensystems wird durch einen Drucktransducer überwacht und die Ableitungsrate durch das elektronisch steuerbare bzw. regelbare Ventil gesteuert geregelt.
3 stellt eine Anordnung zum Ableiten von Kühlmittel aus einem Klimaanlagensystem dar. In den beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen handelt es sich beim Kühlmittel um Kohlendioxid (CO₂), obgleich sich die Anordnung auch bei Systemen einsetzen lässt, die irgendwelche anderen Kühlmittel enthalten.
Die Anordnung aus 3 ist so gestaltet, dass sie Kühlmittel aus dem Klimaanlagensystem 20 ableitet und die Ableitungsrate des Kühlmittels aus dem System während des größten Teils des Ableitungsvorgangs auf einem im Wesentlichen konstanten Wert hält. Um dies zu erreichen, umfasst die Anordnung einen mechanischen Druckregler 22 und eine fixierte bzw. feste Öffnung bzw. Düse bzw. fixe Blende 24. Der Auslass 26 bzw. die Ableitungsöffnung des Klimaanlagensystems 20 ist mit dem Einlass 28 des mechanischen Druckreglers 22 verbunden. Der Auslass 30 des mechanischen Druckreglers 22 ist an den Einlass der fixen Blende 24 gekoppelt. Der Druckregler kann regulierbar bzw. einstellbar bzw. anpassbar sein, damit er die Regulierung bzw. Einstellung bzw. Anpassung der Ableitungsrate gestattet. Abgelassen wird das Kühlmittel aus der Anordnung am Auslass 34 der fixen Blende 24.
Der mechanische Druckregler 22 kann ein herkömmliches Design aufweisen. In der Praxis ist der mechanische Druckregler 22 in Betrieb, um einen Ausstoßdruck am Auslass 30 des mechanischen Druckreglers 22 aufrechtzuerhalten, selbst wenn der Eingabedruck am Einlass 28 des mechanischen Regulators 22 variiert. Daher wird der Eingabedruck an der fixen Blende 24 im Wesentlichen konstant gehalten, selbst wenn der Ausstoßdruck aus dem Klimaanlagensystem 20 während des Ableitungsvorgangs variiert. Anders ausgedrückt, hält der mechanische Druckregler 22, während sich das Klimaanlagensystem 20 entleert, einen Ausstoßdruck mit konstantem Wert am Einlass 32 der Blende 24 so lange wie möglich aufrecht.
Bei 4 handelt es sich um ein Beispielschaubild, das die Ableitungsrate in Bezug auf die Zeit darstellt, die für das Kühlmittel benötigt wird, das entsprechend der Druckanordnung aus 3 (und auch 5, wie nachstehend erläutert) abgeleitet wird. Aufgrund des Vorhandenseins des mechanischen Druckreglers 22 wird, wie 3 veranschaulicht, die Ableitungsrate für einen längeren Zeitraum auf einem im Wesentlichen konstanten Wert gehalten. Die Ableitungsrate ist konstanter als bei der herkömmlichen Anordnung, und das Ergebnis davon wird in 4 gezeigt. Da die Maximalströmungsrate mit der Anordnung aus 3 für einen längeren Zeitraum aufrecht erhalten wird, verringert sich außerdem die Ableitungszeit im Vergleich zur längeren Ableitungszeit für die Anordnung aus 1 signifikant, wie aus 2 ersichtlich. Diese verringerte Ableitungszeit wird ohne Überschreiten der sicheren Maximalströmungsrate erzielt.
Eine alternative Ausführungsform einer Anordnung zum Ableiten von Kühlmittel aus einem Klimaanlagensystem ist in 5 dargestellt. Das Klimaanlagensystem mit dem abzuleitenden Kühlmittel wird in 5 mit Bezugsziffer 40 bezeichnet. Dieses Klimaanlagensystem 40 besitzt einen Auslass 46, an dem das Kühlmittel abgeleitet wird. Das Kühlmittelableitungssystem aus 5 umfasst ein elektrisch steuerbares bzw. regelbares Ventil 42, dessen Einlass 48 an den Auslass 46 des Klimaanlagensystems 40 gekoppelt ist.
Ein Sensor 44, bei dem es sich beispielsweise um einen Drucktransducer handeln kann, überwacht den Ablassdruck des Kühlmittels, das aus dem Klimaanlagensystem 40 abgelassen wird. Das Sensorsignal, das den Ablassdruck aus dem Klimaanlagensystem 40 anzeigt, wird als Eingangsgröße zu einer Steuerungs- bzw. Regeleinrichtung 50 weitergeleitet. Das Ventil 42 wird durch Steuerungs- bzw. Regelsignale aus der Steuerungs- bzw. Regeleinrichtung 50 gesteuert bzw. geregelt. Der Auslass 52 des elektrisch steuerbaren bzw. regelbaren Ventils 42 lässt das Kühlmittel aus dem Kühlmittelableitungssystem ab.
Durch den Sensor 44, der den Kühlmittelablassdruck überwacht, und die Aktionen der Steuerungs- bzw. Regeleinrichtung 50 zur Steuerung bzw. Regelung des Ventils 42 wird die Ableitungsrate des Kühlmittels bei dessen Ableitung sofort kontrolliert. Einer der Vorteile der Ausführungsform aus 5 besteht in der Mühelosigkeit, mit der sich die Strömungsrate ändern lässt, um eine Anpassung an Klimaanlagensysteme mit verschiedenen spezifizierten Maximalableitungsraten zu erzielen. Diese Ausführungsform kann auch eingesetzt werden, um während einer einzigen Fahrzeugentleerung verschiedene Ableitungsraten zur Verfügung zu stellen. Ein Beispiel für einen Ableitungsvorgang mit mehreren Strömungsraten wird in 6 gezeigt.
Die Anordnungen aus 3 und 5 gewährleisten das Ableiten von Kühlmittel wie z.B. Kohlendioxid aus Klimaanlagensystemen in einer Weise, welche die Zeit für die Kühlmittelableitung verringert. Es sollte beachtet werden, dass sich die Vorrichtung als besonders nützlich erweist in Systemen wie Klimaanlagensystemen für Autos, bei denen ein Ableiten des Kühlmittels erwünscht ist.
Obgleich die obigen Ausführungsformen im Einzelnen beschrieben und dargestellt sind, muss klar sein, dass dies lediglich zum Zwecke der Veranschaulichung und als Beispiel dient und nicht als Einschränkung zu verstehen ist; die Tragweite wird nur durch die Bedingungen der beigefügten Ansprüche begrenzt.

Claims

Anordnung zum Ableiten von Kühlmittel aus einer Klimaanlage (20; 40), wobei die Anordnung Folgendes umfasst: einen Kühlmitteleinlass (28; 48), an welchem Kühlmittel aus der Klimaanlage (20; 40) aufgenommen wird; einen Kühlmittelauslass (34; 52), an welchem das Kühlmittel aus der Anordnung abgegeben wird; und ein Ableitungsraten-Aufrechterhaltungs-Mittel, das die Ableitungsrate auf einem im wesentlichen kontrollierten bzw. gesteuerten Wert aufrechterhält, während der Druck des Kühlmittels am Kühlmitteleinlass (28; 48) variiert; wobei am Kühlmitteleinlass (28) ein Druckregler (22) angeordnet ist, dessen Auslass (30) mit einem Einlass (32) einer fixen Blende (24) verbunden ist; oder ein elektrisch steuerbares Ventil (42) zwischen dem Kühlmitteleinlass (48) und dem Kühlmittelauslass (52) angeordnet ist, das in Abhängigkeit von einem Signal eines Drucksensors (44), der den Druck am Kühlmitteleinlass (48) erfasst, gesteuert bzw. geregelt ist.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei der Druckregler (22) ein mechanischer Druckregler ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kühlmittel CO₂ ist.
Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Klimaanlage eine Kraftfahrzeugklimaanlage ist.
Verfahren zum Ableiten von Kühlmittel aus einem Klimaanlagensystem, das die folgenden Schritte aufweist: Anschließen eines Druckreglers (22) mit nachgeschalteter fixer Blende (24) an einen Ableitungsauslass (26) des Klimaanlagensystems (20); oder Anschließen eines elektrisch steuerbaren Ventils (42) mit vorgeschaltetem Drucksensor (44) an den Ableitungsauslass (46) des Klimaanlagensystems (40); Öffnen des Ableitungsauslasses (26; 46) des Klimaanlagensystems (20; 40); und Aufrechterhalten einer Ableitungsrate des Kühlmittels aus dem Klimaanlagensystem auf einem im Wesentlichen kontrollierten bzw. gesteuerten Wert, während der Druck des Kühlmittels am Ableitungsauslass (26; 46) variiert.