DE112005001691T5 - Anordnung und Verfahren zum Steuern bzw. Regeln der Ableitung von Kohlendioxid für Klimaanlagensysteme - Google Patents
Anordnung und Verfahren zum Steuern bzw. Regeln der Ableitung von Kohlendioxid für Klimaanlagensysteme Download PDFInfo
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Abstract
einen Systemeinlass, der an eine Klimaanlagenableitungsöffnung anschließbar ist;
einen Systemauslass, an dem Kühlmittel aus der Klimaanlage abgeleitet wird;
und
eine Ableitungsratensteuerungs- bzw. -regeleinrichtung, die zwischen dem Systemeinlass und dem Systemauslass angeschlossen ist und gestaltet ist, um die Ableitungsrate des Kühlmittels aus dem Systemauslass zu regeln bzw. zu steuern, während der Kühlmitteldruck am Systemeinlass variiert.
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 festangebrachten Messblende erreicht, welche die Strömungsrate des Kohlendioxids bei dessen Ableitung begrenzt. Ein Blockdiagramm einer herkömmlichen Anordnung ist in
1 dargestellt, in der ein Klimaanlagensystem10 , das abzuleitendes Kohlendioxid enthält, mit der festangebrachten Messblende12 verbunden ist. Das Kohlendioxid wird durch den Auslass14 der festangebrachten Messblende12 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 festangebrachte Messblende12 verhindert, dass die Ableitungsrate eine sichere Höchstrate für den höchsten Ausstoßdruck überschreitet, der vom Klimaanlagensystem10 erwartet wird. Jedoch besteht eine der Schwierigkeiten bei solch einer Ableitungsanordnung in der verhältnismäßig langen Zeit, die erforderlich ist, um das Klimaanlagensystem10 gänzlich zu entleeren. Die lange Ableitungszeit kommt dadurch zustande, dass die Kühlmittelströmungsrate aufgrund des reduzierten Druckdifferentials quer durch die festangebrachte Messblende12 sinkt. Anders ausgedrückt, fällt, während Kohlendioxid aus dem Klimaanlagensystem10 abgeleitet wird, der vom Klimaanlagensystem10 ausgehende Ausstoßdruck und bewirkt, dass der Eingabedruck an der festangebrachten Messblende12 fällt und dass das Druckdifferential zwischen dem Einlass der festangebrachten Messblende12 und dem Auslass der festangebrachten Messblende12 verringert wird. Dies senkt die Ableitungsrate und erhöht die Gesamtableitungszeit, wie2 veranschaulicht. Selbst wenn die Messblende regulierbar ausgeführt würde, um ein Regulieren der Ableitungsrate während des Ableitens aus einem Fahrzeug zu ermöglichen, würde dies die Anwesenheit eines Bedieners erfordern, der die Ableitungsrate überwacht und reguliert. - 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.
- 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 lasst. Vorgesehen ist auch ein Systemauslass, an dem Kühlmittel aus der Klimaanlage abgeleitet wird. Eine Ableitungsratensteuerungseinrichtung ist zwischen dem Systemeinlass und dem Systemauslass angeschlossen. Die Ableitungsratensteuerungseinrichtung 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 reguliert 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.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
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 aus1 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 aus3 und5 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 aus5 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 festangebrachten Messblende angenrdnet ist. Während der Ausstoßdruck des Klimaanlagensystems im Verlauf des Ableitungsvorgangs abnimmt, verschafft der mechanische Druckregler einen konstanten Druck auf die festangebrachte Messblende während des größten Teils des Ableitungsvorgangs. In einer weiteren Ausführungsform ist ein elektrisch steuerbares Ventil an den Auslass des Klimaanlagensystems gekoppelt. Der Ausstoßdruck des Klimaanlagensystems wird durch einen Drucktransducer überwacht und die Ableitungsrate durch das elektronisch steuerbare Ventil reguliert.
-
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 Klimaanlagensystem20 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 Druckregler22 und eine festangebrachte Messblende24 . Der Auslass26 bzw. die Ableitungsöffnung des Klimaanlagensystems20 ist mit dem Einlass28 des mechanischen Druckreglers24 verbunden. Der Auslass30 des mechanischen Druckreglers24 ist an den Einlass der festangebrachten Messblende24 gekoppelt. Der Druckregler kann regulierbar sein, damit er die Regulierung der Ableitungsrate gestattet. Abgelassen wird das Kühlmittel aus der Anordnung am Auslass34 der Blende24 . - Der mechanische Druckregler
22 kann ein herkömmliches Design aufweisen. In der Praxis ist der mechanische Druckregler24 in Betrieb, um einen Ausstoßdruck am Auslass30 des mechanischen Druckreglers24 aufrechtzuerhalten, selbst wenn der Eingabedruck am Einlass28 des mechanischen Regulators24 variiert. Daher wird der Eingabedruck an der festangebrachten Messblende24 im Wesentlichen konstant gehalten, selbst wenn der Ausstoßdruck aus dem Klimaanlagensystem20 während des Ableitungsvorgangs variiert. Anders ausgedrückt, hält der mechanische Druckregler22 , während sich das Klimaanlagensystem20 entleert, einen Ausstoßdruck mit konstantem Wert am Einlass32 der Messblende24 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 aus3 (und auch5 , wie nachstehend erläutert) abgeleitet wird. Aufgrund des Vorhandenseins des mechanischen Druckreglers22 wird, wie3 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 in4 gezeigt. Da die Maximalströmungsrate mit der Anordnung aus3 für einen längeren Zeitraum aufrecht erhalten wird, verringert sich außerdem die Ableitungszeit im Vergleich zur längeren Ableitungszeit für die Anordnung aus1 signifikant, wie aus2 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 in5 mit Bezugsziffer40 bezeichnet. Dieses Klimaanlagensystem40 besitzt einen Auslass46 , an dem das Kühlmittel abgeleitet wird. Das Kühlmittelableitungssystem aus5 umfasst ein elektrisch steuerbares Ventil42 , dessen Einlass48 an den Auslass46 des Klimaanlagensystems40 gekoppelt ist. - Ein Sensor
44 , bei dem es sich beispielsweise um einen Drucktransducer handeln kann, überwacht den Ablassdruck des Kühlmittels, das aus dem Klimaanlagensystem40 abgelassen wird. Das Sensorsignal, das den Ablassdruck aus dem Klimaanlagensystem40 anzeigt, wird als Eingangsgröße zu einer Steuerungseinrichtung50 weitergeleitet. Das Ventil42 wird durch Steuerungssignale aus der Steuerungseinrichtung50 gesteuert. Der Auslass52 des elektrisch steuerbaren Ventils42 lässt das Kühlmittel aus dem Kühlmittelableitungssystem ab. - Durch den Sensor
44 , der den Kühlmittelablassdruck überwacht, und die Aktionen der Steuerungseinrichtung50 zur Steuerung des Ventils42 wird die Ableitungsrate des Kühlmittels bei dessen Ableitung sofort kontrolliert. Einer der Vorteile der Ausführungsform aus5 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 in6 gezeigt. - Die Anordnungen aus
3 und5 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.
- Zusammenfassung
- Verfahren und System zur Ableitung von Kühlmittel, z.B. Kohlendioxid, aus einem Klimaanlagensystem. Die Ableitungsrate des Kühlmittels aus dem Klimaanlagensystem wird mittels einer Ableitungsratensteuerungseinrichtung gesteuert, und zwar selbst wenn der Kühlmitteldruck am Systemeinlass variiert. Dadurch, dass die Ableitungsrate auf einem kontrollierten Wert gehalten wird, verringert sich die Ableitungszeit des Kühlmittels aus dem Klimaanlagensystem.
Claims (25)
- Kühlmittelableitungssystem zum Ableiten von Kühlmittel aus einer Klimaanlage, aufweisend: einen Systemeinlass, der an eine Klimaanlagenableitungsöffnung anschließbar ist; einen Systemauslass, an dem Kühlmittel aus der Klimaanlage abgeleitet wird; und eine Ableitungsratensteuerungs- bzw. -regeleinrichtung, die zwischen dem Systemeinlass und dem Systemauslass angeschlossen ist und gestaltet ist, um die Ableitungsrate des Kühlmittels aus dem Systemauslass zu regeln bzw. zu steuern, während der Kühlmitteldruck am Systemeinlass variiert.
- System nach Anspruch 1, wobei die Ableitungsratensteuerungs- bzw. -regeleinrichtung einen Druckregulator mit einem Druckregulatoreinlass umfasst, der den Systemeinlass bildet, und mit einem Druckregulatorauslass.
- System nach Anspruch 2, wobei der Druckregulator so gestaltet ist, dass er einen Kühlmittelabgabedruck am Druckregulatorauslass erzeugt, der im Wesentlichen niedriger ist als der Kühlmitteldruck am Systemeinlass.
- System nach Anspruch 3, wobei der Kühlmittelausgabedruck am Druckregulatorauslass niedriger ist als die Hälfte des Kühlmitteldrucks am Systemeinlass.
- System nach Anspruch 4, wobei die Ableitungsratensteuerungs- bzw. -regeleinrichtung weiterhin eine feste Öffnung bzw. Düse mit einem Einlass mit einem Einlass enthält, der an den Druckregulatorauslass gekoppelt ist, und einen festen Öffnungs- bzw. Düsenauslass.
- System nach Anspruch 5, wobei der Druckregulator ein mechanischer Druckregulator ist.
- System nach Anspruch 1, wobei die Ableitungsratensteuerungs- bzw. -regeleinrichtung ein elektrisch steuer- bzw. regelbares Ventil umfasst, das zwischen dem Systemeinlass und dem Systemauslass angeschlossen ist.
- System nach Anspruch 7, wobei die Ableitungsratensteuerungs- bzw. -regeleinrichtung weiterhin eine Drucküberwachungseinrichtung umfasst, die gekoppelt ist, um den Kühlmitteldruck am Systemeinlass zu überwachen.
- System nach Anspruch 8, wobei die Drucküberwachungseinheit an das elektrisch steuer- bzw. regelbare Ventil gekoppelt ist und ein Drucksignal erzeugt, welches das elektrisch steuer- bzw. regelbare Ventil als eine Funktion des Kühlmitteldrucks am Systemeinlass steuert bzw. regelt.
- System nach Anspruch 9, wobei das Kühlmittel CO2 ist.
- System nach Anspruch 6, wobei das Kühlmittel CO2 ist.
- System nach Anspruch 1, wobei die Klimaanlage eine Kraftfahrzeugklimaanlage ist.
- Anordnung zum Ableiten von Kühlmittel aus einer Klimaanlage, wobei die Anordnung Folgendes umfasst: einen Kühlmitteleinlass, an welchem Kühlmittel aus der Klimaanlage aufgenommen wird; einen Kühlmittelauslass, an welchem das Kühlmittel aus der Anordnung abgegeben wird; und ein Mittel zum Aufrechterhalten einer im Wesentlichen kontrollierten bzw. geregelten Ableitungsrate des Kühlmittels aus dem Kühlmittelauslass, während der Druck des Kühlmittels am Kühlmitteleinlass variiert.
- Anordnung nach Anspruch 13, wobei das Mittel zum Aufrechterhalten ein Mittel zum Regeln des Ablassdrucks des Kühlmittels am Kühlmittelauslass, während der Druck des Kühlmittels am Kühlmitteleinlass variiert.
- Anordnung nach Anspruch 14, wobei das Mittel zum Regeln des Abgabedrucks einen mechanischen Druckregler einschließt, der zwischen dem Kühlmitteleinlass und dem Kühlmittelauslass gekoppelt ist.
- Anordnung nach Anspruch 15, wobei das Mittel zum Regeln des Ablassdrucks eine feste Öffnung bzw. Düse einschließt, die zwischen dem mechanischen Druckregler und dem Kühlmittelauslass gekoppelt ist.
- Anordnung nach Anspruch 16, wobei das Kühlmittel CO2 ist.
- Anordnung nach Anspruch 13, wobei das Mittel zum Regeln des Abgabedrucks ein elektrisch steuer- bzw. regelbares Ventil einschließt, das zwischen dem Kühlmitteleinlass und dem Kühlmittelauslass gekoppelt ist.
- Anordnung nach Anspruch 17, wobei das Mittel zum Regeln des Auslassdrucks ein Mittel zum Überwachen des Drucks des Kühlmittels am Kühlmitteleinlass einschließt und das elektronisch steuer- bzw. regelbare Ventil in Reaktion darauf steuert, um einen im Wesentlichen kontrollierte bzw. gesteuerte Ableitungsrate des Kühlmittels aus dem Kühlmittelauslass aufrechtzuerhalten.
- Anordnung nach Anspruch 18, wobei das Kühlmittel CO2 ist.
- Anordnung nach Anspruch 12, wobei die Klimaanlage eine Kraftfahrzeugklimaanlage ist.
- Verfahren zum Ableiten von Kühlmittel aus einem Klimaanlagensystem, das die folgenden Schritte aufweist: Öffnen eines Ableitungsauslasses des Klimaanlagensystems; und Aufrechterhalten einer Ableitungsrate des Kühlmittels aus dem Klimaanlagensystem auf einem im Wesentlichen kontrollierten bzw. gesteuerten Wert, während der Druck des Kühlmittels am Ableitungsauslass variiert.
- Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Kühlmittel CO2 ist.
- Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Schritt des Aufrechterhaltens einer Ableitungsrate das Regeln des Abgabedrucks des Kühlmittels einschließt.
- Verfahren nach Anspruch 22, wobei die Klimaanlage eine Kraftfahrzeugklimaanlage ist.
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