DE4012841A1 - Air conditioning or cooling system esp. for motor vehicle - has coolant level detector responding differently to liquid and gas - Google Patents

Air conditioning or cooling system esp. for motor vehicle - has coolant level detector responding differently to liquid and gas

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Abstract

An air conditioning or cooling system passes a gaseous coolant via a compressor (1), a heat exchanger (2) and a collection container (3). A device for monitoring the coolant level is arranged in the collection container or in a liquid line (3a). The monitor contains a sensor (8) which produces different signals according to whether it is surrounded by liquid or gas by reacting to the different refractive indices of the liquid and gas. USE/ADVANTAGE - Automatically detects and signals shortfall in coolant quantity, has low construction wt. and occupies little space.

Description

Die Erfindung betrifft eine Klima- oder Kälteanlage, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit einem Kältemittelumlauf, bei dem das gasförmige Kältemittel durch einen Kompressor verdichtet, in einem Wärmetauscher verflüssigt, in einem Sammelbehälter aufgenommen wird, wobei im Sammelbehälter oder einer Flüssigkeitsleitung eine Einrichtung für die Kontrolle der Kältemittelfüllmenge Vorgesehen ist.The invention relates to an air conditioning or refrigeration system, especially for vehicles with a refrigerant circulation, in which the gaseous refrigerant through a compressor compressed, liquefied in a heat exchanger, in one Collection container is added, being in the collection container or a liquid line is a control device the refrigerant charge is provided.

Es ist bei Kälteanlagen in Kraftfahrzeugen bekannt, zur Kontrolle der Füllmenge des Kältemittels ein Schauglas im Sammelbehälter anzuordnen. Die Füllstandsüberprüfung erfolgt praktisch nur durch Fachpersonal in den Kraftfahrzeugwerkstätten.It is known in refrigeration systems in motor vehicles for Check the fill level of the refrigerant in a sight glass Arrange the collecting container. The level check is carried out  practically only by specialists in the Motor vehicle workshops.

Oft wird ein eintretender Kältmittelverlust z. B. aufgrund einer Leckage der Anlage nur zufällig und sehr spät bemerkt. Die Folge davon ist einerseits eine unnötige Belastung der Umwelt durch das an die Atmosphäre abgegebene Kältemittel und andererseits eine unter Umständen wesentliche Verschlechterung des Wirkungsgrades der Kälteanlage durch höhere Anlagenlaufzeiten.Often an occurring loss of refrigerant is e.g. B. due A leak in the system was only noticed accidentally and very late. The consequence of this is, on the one hand, an unnecessary burden on the Environment through the refrigerant released into the atmosphere and on the other hand, a possibly significant deterioration the efficiency of the refrigeration system through higher System runtimes.

Aus der DE-OS 25 40 032 ist es bekannt, im Sammelbehälter einen Schwimmer anzuordnen mit einem schwimmergesteuerten elektrischen Kontaktgeber, der bei unzulässig abgesunkenem Flüssigkeitsstand im Sammelbehälter einen Signalstromkreis schaltet.From DE-OS 25 40 032 it is known in the collection container to arrange a float with a float controlled electrical contactor, which has dropped inadmissibly Liquid level in the collection container a signal circuit switches.

In Vermeidung der geschilderten Nachteile liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Klima- oder Kälteanlage der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein Kältemittelmangel mit geringem Konstruktionsgewicht und geringem Platzbedarf automatisch ermittelt und gemeldet wird.In avoiding the disadvantages outlined present invention the task of a climate or To design refrigeration system of the type mentioned that a Low refrigerant with low construction weight and small space requirement is automatically determined and reported.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß als Einrichtung zur Messung des Anlagen-Befüllungsgrades ein Sensor Vorgesehen ist, der je nachdem, ob er von flüssigem oder gasförmigem Kältemittel umgeben ist, unterschiedliche Signale abgibt.To achieve this object, the invention provides that as Device for measuring the system filling level Sensor is provided depending on whether it is of liquid or gaseous refrigerant is different  Emits signals.

Die Anordnung des Sensors ist dabei so gewählt, daß er bei normal gefüllter, im Betrieb befindlicher Anlage vorwiegend von flüssigem und bei unterfüllter Anlage vorwiegend von gasförmigem Kältemittel umgeben ist. Ein Signalwechsel kann so ein Warnzeichen auslösen und/oder gegebenenfalls nach einer gewissen Kontrollzeit eine Stillsetzung der Anlage bewirken.The arrangement of the sensor is chosen so that it at Normally filled plant in operation predominantly of liquid and, in the case of underfilled systems, mainly of gaseous refrigerant is surrounded. A signal change can be like this trigger a warning sign and / or possibly after a effect a shutdown of the system after a certain control period.

Eine besonders geringe Störanfälligkeit kann dadurch erreicht werden, daß als Sensor ein optischer Sensor dient, der auf den unterschiedlichen Brechungsindex von flüssigem oder gasförmigem Kältemittel anspricht. Konstruktiv besonders einfach kann der optische Sensor eine halbkugelförmige Glas- oder Kunststofflinse aufweisen, an der entweder eine Totalreflexion oder keine Reflexion stattfindet, je nachdem ob der Sensor sich in flüssiger oder gasförmiger Kältemittelumgebung befindet. Zusammen mit einer Auswerteelektronik ist der Sensor in der Lage, den Dampfanteil - Dampfblasenkonzentration - im überwachten Volumenbereich zu bestimmen, der als Maß für den Befüllungsgrad der im Betrieb befindlichen Kälteanlage direkt dient. Während des Stillstands der Anlage ist das Signal des Sensors nicht aussagekräftig, da der Füllstand im Sammelbehälter stark von den Temperaturverhältnissen und auch der Größe der Anlage abhängt.A particularly low susceptibility to faults can thereby be achieved be that an optical sensor is used as a sensor that on the different refractive index from liquid or gaseous refrigerant. Constructively special the optical sensor can simply be a hemispherical glass or have plastic lens on which either Total reflection or no reflection takes place, depending on whether the sensor is in liquid or gaseous form Refrigerant environment. Together with one The sensor is able to determine the amount of steam - vapor bubble concentration - in the monitored volume range determine that as a measure of the degree of filling of the farm located refrigeration system is used directly. During the standstill the system, the signal from the sensor is not meaningful because the level in the collection container is very different Temperature conditions and also the size of the system depends.

Bei einer anderen Ausführungsform kann der Sensor einen elektrischen Schwingkreis aufweisen, dessen Frequenz vom Kältemittel der Meßstelle beeinflußt ist, bspw. kann der elektronische Schwingkreis einen Kondensator aufweisen, bei dem das Kältemittel als Dielektrikum die Schwingfrequenz beeinflußt, wobei dann eine Frequenzänderung des Schwingkreises als Signal dient.In another embodiment, the sensor can be a  have electrical resonant circuit, the frequency of which Refrigerant of the measuring point is influenced, for example Electronic resonant circuit have a capacitor which the refrigerant as a dielectric, the oscillation frequency influenced, then a frequency change of Resonant circuit serves as a signal.

Weitere erfindungsgemäße Ausbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen und werden mit ihren Vorteilen anhand der beigefügten Zeichnungen in der nachstehenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigtFurther training according to the invention are the dependent claims can be seen and their advantages based on the attached drawings in the description below explained in more detail. It shows

Fig. 1 die schematische Darstellung einer Klima­ oder Kälteanlage; Figure 1 is a schematic representation of an air conditioning or refrigeration system.

Fig. 2 ein schematisches Schaltbild einer Einrichtung zur Kontrolle der Kältemittelfüllmenge; Figure 2 is a schematic diagram of a device for controlling the refrigerant charge.

Fig. 3 die gemessene Streuung der Ausgangssignale eines Sensors in Abhängigkeit vom Befüllungsgrad. Fig. 3 shows the measured dispersion of the output signals of a sensor in response to the filling degree.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Klima- oder Kälteanlage weist einen Kältemittelumlauf auf, bei dem das gasförmige Kältemittel durch einen Kompressor 1 verdichtet, in einem Wärmetauscher 2 abgekühlt und dabei kondensiert wird. The air conditioning or refrigeration system shown schematically in FIG. 1 has a refrigerant circulation, in which the gaseous refrigerant is compressed by a compressor 1 , cooled in a heat exchanger 2 and thereby condensed.

Das verflüssigte Kältemittel wird in einem Sammelbehälter 3 gesammelt und, ggf. über einen Regler 4 (z. B. thermostatisches Expansionsventil), einem Verdampfer 5 zugeführt. Dabei kann der Verdampfer 5 als Kältegeber und der Wärmetauscher 2 als Wärmegeber der Klimaanlage dienen. Der Kompressor 1 wird über ein Klimasteuergerät 6 gesteuert.The liquefied refrigerant is collected in a collecting container 3 and, possibly via a controller 4 (e.g. thermostatic expansion valve), is fed to an evaporator 5 . The evaporator 5 can serve as a cooler and the heat exchanger 2 as a heat transmitter of the air conditioning system. The compressor 1 is controlled via a climate control device 6 .

Oft treten im Kältemittelkreislauf unerwünschte Undichtigkeiten auf und es kann aus dem Kreislauf Kältemittel entweichen. Der Wirkungsgrad der Anlage fällt dann stark ab. Zur Vermeidung dieses Betriebszustands ist an geeigneter Stelle des Sammelbehälters 3 oder der Flüssigkeitsleitung 3a ein Sensor 8 angeordnet.Undesired leaks often occur in the refrigerant circuit and refrigerant can escape from the circuit. The efficiency of the system then drops sharply. To avoid this operating state of the header 3 or the liquid line 3 a is a sensor 8 arranged at a suitable location.

Der optische Sensor 8 kann konstruktiv besonders einfach, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt, eine halbkugelförmige Glas- oder Kunststofflinse aufweisen, dessen äußere halbkugelförmige Grenzfläche im direkten Kontakt mit dem Kältemittel steht. Auf der inneren planen Grenzfläche befindet sich nebeneinander ein optischer Sender und ein Empfänger. Der optische Sender gibt ein permanentes Signal ab, das nur bei Vorhandensein von flüssigem Kältemittel (hoher Brechungsindex) die transparente Glas- oder Kunststoffhalbkugel verlassen kann. Liegt an der äußeren halbkugelförmigen Grenzfläche dagegen gasförmiges Kältemittel (geringer Brechungsindex) vor, tritt Totelreflexion auf, wodurch das vom optischen Sender abgegebene Signal vom optischen Empfänger aufgenommen werden kann. Das Signal des Empfängers wird durch eine elektronische Komparatorschaltung 9 zunächst in ein digitales Signal umgeformt. Mit Hilfe eines elektronischen Tiefpasses wird dieses auf jede Dampfblase reagierende und unter Umständen stark fluktuierende Signal in ein analoges Ausgangssignal umgewandelt.The optical sensor 8 can have a particularly simple construction, as shown schematically in FIG. 2, a hemispherical glass or plastic lens, the outer hemispherical interface of which is in direct contact with the refrigerant. An optical transmitter and a receiver are located side by side on the inner flat interface. The optical transmitter emits a permanent signal that can only leave the transparent glass or plastic hemisphere if liquid refrigerant (high refractive index) is present. On the other hand, if there is gaseous refrigerant (low refractive index) at the outer hemispherical interface, totel reflection occurs, which means that the signal emitted by the optical transmitter can be picked up by the optical receiver. The signal of the receiver is first converted into a digital signal by an electronic comparator circuit 9 . With the help of an electronic low pass, this signal, which reacts to each vapor bubble and may fluctuate strongly, is converted into an analog output signal.

Das Ausgangssignal ist in Fig. 3 in Abhängigkeit vom Befüllungsgrad dargestellt. Durch Blasenbildung ergibt sich, je nach Betriebszustand, eine gewisse Streuung (Streubereich 11) der Meßwerte, so daß im Betrieb der Sprung des Ausgangssignals zwischen einem Befüllungsgrad von etwa 0,9 und 1,0 erfolgt, wobei auch noch zur Streuung der Ergebnisse die Fahrzeugbewegung und die Umgebungstemperatur beitragen (Fig. 3). Das von der Komparatorschaltung 9 produzierte Ausgangssignal kann über das Klimasteuergerät 6 oder direkt einer Störanzeige 10 zugeleitet werden, die ein optisches und/oder akustisches Signal abgibt. Das Klimasteuergerät 6 kann bei zu geringer Füllung der Anlage nach einer gewissen Kontrollzeit eine Stillsetzung der Anlage bewirken.The output signal is shown in Fig. 3 depending on the degree of filling. Depending on the operating state, the formation of bubbles results in a certain scatter (scatter region 11 ) of the measured values, so that during operation the output signal jumps between a filling level of approximately 0.9 and 1.0, the vehicle movement also scattering the results and contribute to the ambient temperature ( Fig. 3). The output signal produced by the comparator circuit 9 can be fed via the climate control device 6 or directly to a fault indicator 10 which emits an optical and / or acoustic signal. If the system is not filled sufficiently, the climate control device 6 can bring the system to a standstill after a certain control time.

Bei einer anderen Ausführungsform kann der Sensor 8 Teil eines elektrischen Schwingkreises 9 oder einer Komparatorschaltung 9 sein, der bei einer Änderung der Frequenz des elektrischen Schwingkreises auf das Klimasteuergerät 6 wirkt und über eine Störanzeige 10 ein optisches und/oder akustisches Signal abgibt.In another embodiment, the sensor 8 may be part of an electrical oscillating circuit 9 or a comparator circuit 9 that the electrical resonant circuit acts upon a change in frequency on the climate control unit 6 and a fault display 10, an optical and / or emits acoustic signal.

Claims (7)

1. Klima- oder Kälteanlage, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Kältemittelumlauf, bei dem das gasförmige Kältemittel durch einen Kompressor (1) verdichtet, in einem Wärmetauscher (2) verflüssigt, in einem Sammelbehälter (3) aufgenommen wird und im Sammelbehälter (3) oder einer Flüssigkeitsleitung (3a) eine Einrichtung für die Kontrolle der Kältemittelfüllmenge (7) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese Einrichtung einen Sensor (8) aufweist, der je nachdem, ob er von flüssigem oder gasförmigem Kältemittel umgeben ist, unterschiedliche Signale abgibt.1. A / C or refrigeration system, in particular for motor vehicles, with a refrigerant circulation, in which the gaseous refrigerant is compressed by a compressor ( 1 ), liquefied in a heat exchanger ( 2 ), received in a collecting tank ( 3 ) and in the collecting tank ( 3 ) or a liquid line ( 3 a) a device for checking the refrigerant charge ( 7 ) is provided, characterized in that this device has a sensor ( 8 ) which emits different signals depending on whether it is surrounded by liquid or gaseous refrigerant . 2. Klima- oder Kälteanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (8) ein optischer Sensor ist, der auf den unterschiedlichen Brechungsindex von flüssigem und gasförmigem Kältemittel anspricht.2. Air conditioning or refrigeration system according to claim 1, characterized in that the sensor ( 8 ) is an optical sensor which responds to the different refractive index of liquid and gaseous refrigerant. 3. Klima- oder Kälteanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Sensor (8) eine halbkugelförmige Glas- oder Kunststofflinse aufweist, an der entweder eine Totalreflexion oder keine Reflexion stattfindet, je nachdem, ob an der Linse gasförmiges oder flüssiges Kältemittel vorliegt, und daß abhängig von der Reflexion ein Signal abgegeben wird. 3. Air conditioning or refrigeration system according to claim 2, characterized in that the optical sensor ( 8 ) has a hemispherical glass or plastic lens, on which either a total reflection or no reflection takes place, depending on whether gaseous or liquid refrigerant is present on the lens , and that a signal is emitted depending on the reflection. 4. Klima- oder Kälteanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Sensor (8) mit einer Auswertelektronik zusammenwirkt, über die der Dampfanteil des Kältemittels im überwachten Volumenbereich bestimmbar ist.4. Air conditioning or refrigeration system according to claim 2 or 3, characterized in that the optical sensor ( 8 ) cooperates with evaluation electronics, via which the vapor content of the refrigerant can be determined in the monitored volume range. 5. Klima- oder Kälteanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Sensor an einem Ort des Sammelbehälters 3 oder der Flüssigkeitsleitung 3a angeorndet ist, an dem das Auftreten von Dampfanteilen im Kältemittel auf eine zu geringe Kältemittelfüllmenge hindeutet.5. Air conditioning or refrigeration system according to claim 2 or 3, characterized in that the optical sensor is arranged at a location of the collecting container 3 or the liquid line 3 a, at which the occurrence of vapor components in the refrigerant indicates an insufficient refrigerant charge. 6. Klima- oder Kälteanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (8) einen elektrischen Schwingkreis aufweist, dessen Frequenz vom Kältemittel der Meßstelle beeinflußt ist.6. Air conditioning or refrigeration system according to claim 1, characterized in that the sensor ( 8 ) has an electrical resonant circuit, the frequency of which is influenced by the refrigerant of the measuring point. 7. Klima- oder Kälteanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Schwingkreis einen Kondensator aufweist, bei dem das Kältemittel als Dielektrikum die Schwingfrequenz beeinflußt und daß eine Frequenzänderung oder Verstimmung als Signal dient.7. Air conditioning or refrigeration system according to claim 6, characterized characterized in that the electrical resonant circuit Has condenser in which the refrigerant as Dielectric influences the oscillation frequency and that one Frequency change or detuning serves as a signal.
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