EP3172505A1 - Vorrichtung zur befüllung von fahrzeugklimasystemen mit kältemittel r744 - Google Patents

Vorrichtung zur befüllung von fahrzeugklimasystemen mit kältemittel r744

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EP3172505A1
EP3172505A1 EP15766734.6A EP15766734A EP3172505A1 EP 3172505 A1 EP3172505 A1 EP 3172505A1 EP 15766734 A EP15766734 A EP 15766734A EP 3172505 A1 EP3172505 A1 EP 3172505A1
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refrigerant
coolant
adapter
return
filling
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Jörg Ritter
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Duerr Somac GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B45/00—Arrangements for charging or discharging refrigerant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2345/00—Details for charging or discharging refrigerants; Service stations therefor
    • F25B2345/003—Control issues for charging or collecting refrigerant to or from a cycle

Definitions

  • the invention relates to a device for filling vehicle air conditioning systems with refrigerant R744, wherein the device has at least one storage tank for liquid refrigerant which is operatively connected via at least one pumping station and a supply line and a return line to a filling system, from which the refrigerant via an adapter in the vehicle air conditioning system is fed.
  • the manufacturers of air conditioning systems determine which mass is to be filled into the respective air conditioning system. In this case, compliance with the required close tolerances of great importance in order not to affect the cooling performance and to avoid damage to the air conditioning system by a different filling compound.
  • the vehicle air conditioning systems are first filled with the manufacturer in the vehicle final assembly using filling systems.
  • the accuracy requirements with regard to the masses to be filled are therefore to be placed on the filling system.
  • the task of the manufacturers of filling systems is to control the phase conditions which change as a result of temperature and pressure, and thus also the density of the refrigerant, in order to be able to fill in the required tolerance limits.
  • this is especially difficult with the R744 refrigerant because significant changes are already made in the assembly hall temperature range and in compression by required pumps.
  • the object of the invention is to provide a technical solution with the refrigerant R744 can be kept constantly in the liquid phase within a supply concept with a filling system.
  • the object is achieved in that a temperature sensor and a valve circuit are arranged at the transition region between the supply line and filling system, which regulate the refrigerant flow in such a way depending on the particular actual operating situation, that in an interruption of the decrease of refrigerant which inevitably warming by the Abtenepause refrigerant for Storage tank returned or removed and cold refrigerant is conveyed from the storage tank to the filling.
  • the control of the valve circuit and consequently a return and / or cooling of the refrigerant is initiated by the filling system.
  • the device triggers a return and / or cooling of the refrigerant only at times in which the application-specific operating behavior of the filling system is not affected.
  • an adapter tray is designed so that the adapter can be stretched in its storage position via a sealing fit on a special port (service port) such that via a the adapter storage associated return line is carried out a return and / or cooling of the refrigerant.
  • the refrigerant R744 is kept in its liquid phase with a valve circuit and temperature monitoring assigned to the filling system.
  • This makes it possible to fill the vehicle air-conditioning system within narrow tolerance limits that can be achieved with Massflow measuring devices without additional real-time correction of line sections until they enter the air conditioning system.
  • an automatic process is realized, which takes into account the removal profile through the filling system on the assembly line and, for example, automatically establishes the operational readiness of the system at the supply concept at the beginning of the shift.
  • the filling distance up to the adapter is also considered.
  • the adapter can be brought into operative connection with a service port, which is similar to the vehicle valve by a sealing positive engagement within the adapter tray.
  • the adapter is clamped in its tray accordingly, a release of heated refrigerant and a Nachellen of cold refrigerant are automatically possible. Accordingly, can be dispensed with advantageously in a return line in the adapter and in the hose package.
  • the device shown in the drawing is designed for a first filling of vehicle air conditioning systems with the refrigerant R744.
  • the device has a storage tank 1 for liquid refrigerant R744, which is in operative connection via a line 5 and a pumping station 2 and via a supply line 6 and a return line 7 with a filling system 3.
  • the refrigerant R744 is fed via an adapter 4 in an assembly of the vehicle air conditioning system.
  • Tanks 1 for liquid refrigerant R744 with a connected pumping station 2 as well as the ring lines and return lines required for this purpose are known as prior art, so that these assemblies need not be explained in detail at this point.
  • the refrigerant R744 it is essential to regulate the temperature and pressure of the refrigerant R744 automatically, to take the extraction profile into account and to leave the enthalpy diagram corresponding to the medium in a largely optimal range.
  • a range of 5 ° C to 18 ° C and a pressure of 60bar is mentioned here. If the refrigerant R744 can be filled within these physical limits up to the filling opening in the vehicle air conditioning system, a filling without a complex real-time correction using Massflow measurement technology is possible.
  • the supply system for the refrigerant R744 also comprises a return line 7 in addition to the supply line 6.
  • a temperature sensor T and a valve circuit 10 are arranged
  • the valve circuit 10 is assigned to the filling system 3 advantageous because of this, the removal regime is known or controlled by itself.
  • a return or cooling of medium can be carried out in times in which the required performance is not impaired.
  • the filling line within the filling system 3 up to the adapter outlet must also be monitored with regard to the medium temperature and pressure position.
  • the adapter tray can be advantageously designed so that the adapter 4 is stretched in the storage position on a special connection similar to that of the vehicle system.
  • medium can be drained and colder medium via the supply line and the filling 3 nachgeschreibt.
  • the controller is advantageous to leave the filling system 3, since it is the removal regime known or controlled by them.
  • a media return or cooling can be performed at such times in which the required performance is not affected.
  • the removal or return of the medium may e.g. via a line 8 via the roof of the building or a return line 9 to the supply tank 1 done.

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Abstract

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

Description

Vorrichtung zur Befüllung von Fahrzeugklimasystemen mit Kältemittel R744
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Befüllung von Fahrzeugklimasystemen mit Kältemittel R744, wobei die Vorrichtung mindestens einen Vorratstank für flüssiges Kältemittel aufweist, der über mindestens eine Pumpstation sowie eine Versorgungsstrecke und eine Rückführleitung mit einer Befüllanlage in Wirkverbindung steht, von der das Kältemittel über einen Adapter in das Fahrzeugklimasystem eingespeist wird.
Für Fahrzeugklimasysteme werden auf Grundlage gesetzlicher Anforderungen zunehmend Kältemittel verwendet, die umweltfreundlichen Aspekten gerecht werden. Dazu gehört auch C02, das als Kältemittel die Bezeichnung R744 trägt.
Die Hersteller von Klimasystemen legen fest, welche Masse in das jeweilige Klimasystem zu befüllen ist. Dabei ist die Einhaltung geforderter enger Toleranzen von großer Bedeutung, um die Kühlleistung nicht zu beeinträchtigen und um Schäden am Klimasystem durch eine abweichende Befüllmasse zu vermeiden.
Die Fahrzeugklimasysteme werden beim Hersteller in der Fahrzeugendmontage unter Verwendung von Befüllanlagen erstbefüllt. Die Genauigkeitsanforderungen hinsichtlich der zu befüllenden Massen sind demzufolge an die Befüllanlage zu stellen.
Die Eigenschaften von Kältemitteln werden in Enthalpie-Diagrammen beschrieben, aus denen Zusammenhänge von Druck, Temperatur, Dichte und Phasenzuständen erkennbar sind.
Speziell beim Kältemittel R744 ergibt sich für die Hersteller von Befüllanlagen die Aufgabe, die sich durch Temperatur und Druck ändernden Phasenzustände und damit auch die Dichte des Kältemittels zu kontrollieren, um eine Befüllung in den geforderten Toleranzgrenzen durchführen zu können. Dies ist beim Kältemittel R744 jedoch besonders schwierig, weil sich signifikante Änderungen bereits im Montagehallentemperaturbereich und bei Kompression durch erforderliche Pumpen ergeben.
Aus EP 2 762 804 A1 sind zwar bereits Vorschläge bekannt, um derartige Änderungen zu erfassen und kalkulatorisch während der Befüllung einzubeziehen. Allerdings sind diese Verfahren messtechnisch sehr komplex und erfordern Echtzeitkorrekturverfahren während der Befüllung. Grundsätzlich wäre es vorteilhaft, wenn das Kältemittel R744 immer in der Flüssigphase gehalten werden könnte. Hier sind sog. Massflow-Messgeräte in der Lage, korrekte Messungen des Massestroms durchzuführen. Auch die Füllstrecke nach dem Massflow- Messgerät bis zum Fahrzeugklimasystem kann als konstantes Volumen und damit konstante Masse betrachtet werden, weil das Kältemittel entsprechend dem Enthalpie-Diagramm in der flüssigen Phase bei geringen Temperaturänderungen keiner signifikanten Dichteänderung unterliegt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine technische Lösung zu schaffen, mit der Kältemittel R744 innerhalb eines Versorgungskonzeptes mit einer Befüllanlage ständig in der Flüssigphase gehalten werden kann.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass am Übergangsbereich zwischen Versorgungstrecke und Befüllanlage ein Temperatursensor und eine Ventilschaltung angeordnet sind, die in Abhängigkeit der jeweils konkreten Betriebssituation den Kältemittelstrom derart regeln, dass bei einer Unterbrechung der Abnahme von Kältemittel das sich durch die Abnahmepause zwangsläufig erwärmende Kältemittel zum Vorratstank zurückgeführt bzw. abgeführt und kaltes Kältemittel vom Vorratstank zur Befüllanlage gefördert wird. Die Steuerung der Ventilschaltung und folglich eine Rückführung und/oder Abkühlung des Kältemittels wird von der Befüllanlage initiiert. Dabei löst die Vorrichtung eine Rückführung und/oder Abkühlung des Kältemittels nur zu Zeitpunkten aus, in denen das einsatzspezifische Betriebsverhalten der Befüllanlage nicht beeinträchtigt wird. Weiterhin ist eine Adapterablage so ausgestaltet, dass der Adapter in seiner Ablagestellung über einen dichtenden Formschluss auf einen speziellen Anschluss (Service Port) derart gespannt werden kann, dass über eine der Adapterablage zugeordnete Rückführungsleitung eine Rückführung und/oder Abkühlung des Kältemittels erfolgt. Vorteilhafte Ausgestaltungen werden in Unteransprüchen beschrieben, deren technische Merkmale in einem Ausführungsbeispiel erläutert werden.
Mit einer der Befüllanlage zugeordneten Ventilschaltung und Temperaturüberwachung wird demzufolge das Kältemittel R744 in seiner Flüssigphase gehalten. Dadurch ist eine Befüllung des Fahrzeugklimasystems in engen Toleranzgrenzen möglich, die mit Massflow- Messgeräten ohne zusätzliche Echtzeitkorrektur von Leitungsabschnitten bis zum Eintritt in das Klimasystem auskommt. Durch die Zuordnung der Temperaturüberwachung und der Ventilschaltung zur Befüllanlage wird ein automatischer Prozess realisiert, der das Entnahmeprofil durch die Befüllanlage an der Montagelinie berücksichtigt und beispielsweise die Betriebsbereitschaft der Anlage am Versorgungskonzept bei Schichtbeginn automatisch herstellt. Dabei wird auch die Befüllstrecke bis zum Adapter berücksichtigt. Der Adapter kann durch einen dichtenden Formschluss innerhalb der Adapterablage vorteilhaft mit einem Service Port, der dem Fahrzeugventil ähnelt, in Wirkverbindung gebracht werden. Sofern der Adapter in seiner Ablage entsprechend gespannt wird, sind eine Abgabe von erwärmtem Kältemittel sowie ein Nachfördern von kaltem Kältemittel automatisch möglich. Demzufolge kann in vorteilhafter Weise auf eine Rückführleitung im Adapter sowie im Schlauchpaket verzichtet werden.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnung beschrieben:
Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung ist für eine Erstbefüllung von Fahrzeugklimasystemen mit dem Kältemittel R744 konzipiert. Die Vorrichtung weist einen Vorratstank 1 für flüssiges Kältemittel R744 auf, der über eine Leitung 5 und eine Pumpstation 2 sowie über eine Versorgungsstrecke 6 und eine Rückführleitung 7 mit einer Befüllanlage 3 in Wirkverbindung steht. Ausgehend von der Befüllanlage 3 wird das Kältemittel R744 über einen Adapter 4 in eine Baugruppe des Fahrzeugklimasystems eingespeist.
Tanks 1 für flüssiges Kältemittel R744 mit einer angeschlossenen Pumpstation 2 sowie die hierfür erforderlichen Ringleitungen und Rückführleitungen sind als Stand der Technik bekannt, so dass diese Baugruppen an dieser Stelle nicht näher erläutert werden müssen.
Wesentlich im vorliegenden Sachverhalt ist jedoch, die Temperatur und den Druck des Kältemittels R744 automatisch zu regulieren, das Entnahmeprofil zu berücksichtigen und das dem Medium entsprechende Enthalpie-Diagramm in einem weitgehend optimalen Bereich zu belassen. Beispielhaft wird hier ein Bereich von 5°C bis 18°C sowie eine Drucklage von 60bar genannt. Sofern das Kältemittel R744 innerhalb dieser physikalischen Grenzen bis zur Einfüllöffnung in das Fahrzeugklimasystem befüllt werden kann, ist eine Befüllung ohne eine komplexe Echtzeitkorrektur mit Hilfe von Massflow- Messtechnik möglich.
Dies wird erreicht, indem das Versorgungssystem für das Kältemittel R744 (nachfolgend als „Medium" bezeichnet) neben der Versorgungsstrecke 6 auch eine Rückführleitung 7 umfasst. An der Übergabe der Versorgungsstrecke 6 an die Befüllanlage 3 sind ein Temperatursensor T und eine Ventilschaltung 10 angeordnet. Steigt z.B. bei einer Medienabnahmepause die Temperatur, kann mit Hilfe der Ventilschaltung 10 das erwärmte Medium zurückströmen und kaltes Medium wird zur Befüllanlage 3 gefördert. Dabei ist die Zuordnung der Ventilschaltung 10 zur Befüllanlage 3 vorteilhaft, weil dieser das Entnahmeregime bekannt ist bzw. durch sie selbst gesteuert wird. Damit kann grundsätzlich eine Rückführung bzw. Abkühlung von Medium in Zeiten durchgeführt werden, in denen das erforderliche Betriebsverhalten nicht beeinträchtigt wird.
Die Befüllstrecke innerhalb der Befüllanlage 3 bis zum Adapterausgang muss hinsichtlich der Medientemperatur und Drucklage ebenso überwacht werden. Um hier auf eine Rückführungsleitung innerhalb der Befüllanlage 3 zu verzichten, kann die Adapterablage vorteilhaft so ausgebildet werden, dass der Adapter 4 in Ablagestellung auf einen speziellen Anschluss ähnlich dem des Fahrzeugsystems gespannt wird. Somit kann über die gleiche Befüllstrecke Medium abgelassen und kälteres Medium über die Versorgungsstrecke und die Befüllanlage 3 nachgefördert werden. Auch hier ist die Steuerung vorteilhaft der Befüllanlage 3 zu überlassen, da ihr das Entnahmeregime bekannt ist bzw. durch sie selbst gesteuert wird. Damit kann auch diesbezüglich eine Medienrückführung bzw. -abkühlung zu solchen Zeiten durchgeführt werden, in denen das erforderliche Betriebsverhalten nicht beeinträchtigt wird. Der Abtransport oder Rücktransport des Mediums kann z.B. über eine Leitung 8 über das Dach des Gebäudes oder eine Rückführungsleitung 9 zum Versorgungstank 1 erfolgen.
Bezugszeichenliste
1 Vorratstank
2 Pumpstation
3 Befüllanlage
4 Adapter
5 Verbindungsleitung
6 Versorgungsstrecke
7 Rückführleitung
8 Leitung über Gebäudedach
9 Rückführungsleitung
10 Ventilschaltung
T Temperatursensor

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Befüllung von Fahrzeugklimasystemen mit Kältemittel R744, wobei die Vorrichtung mindestens einen Vorratstank (1) für flüssiges Kältemittel R744 aufweist, der über mindestens eine Pumpstation (2) sowie eine Versorgungsstrecke (6) und eine Rückführleitung (7) mit einer Befüllanlage (3) in Wirkverbindung steht, von der das Kältemittel R744 über einen Adapter (4) in das Fahrzeugklimasystem eingespeist wird, dadurch gekennzeichnet,
dass am Übergangsbereich zwischen der Versorgungstrecke (6) und der Befüllanlage (3) ein Temperatursensor (T) und eine Ventilschaltung (10) angeordnet sind, die in Abhängigkeit der jeweils konkreten Betriebssituation den Kältemittelstrom derart regeln, dass bei einer Unterbrechung der Abnahme von Kältemittel das sich durch die Abnahmepause zwangsläufig erwärmende Kältemittel zum Vorratstank (1) zurückgeführt bzw. abgeführt und kaltes Kältemittel vom Vorratstank (1) zur Befüllanlage (3) gefördert wird, wobei die Steuerung der Ventilschaltung (10) und folglich eine Rückführung und/oder Abkühlung des Kältemittels von der Befüllanlage (3) initiiert wird und
wobei eine Adapterablage so ausgestaltet ist, dass der Adapter (4) in seiner Ablagestellung über einen dichtenden Formschluss auf einen speziellen Anschluss (Service Port) derart gespannt werden kann, dass über eine der Adapterablage zugeordnete Rückführungsleitung (8; 9) eine Rückführung und/oder Abkühlung des Kältemittels erfolgt, wobei die Steuerung der Adapterablage und folglich eine Rückführung und/oder Abkühlung des Kältemittels von der Befüllanlage (3) initiiert wird und
wobei die Vorrichtung eine Rückführung und/oder Abkühlung des Kältemittels mittels der Ventilschaltung und/oder der Adapterablage nur zu Zeitpunkten auslöst, in denen das einsatzspezifische Betriebsverhalten der Befüllanlage nicht beeinträchtigt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass der an der Adapterablage ausgestaltete dichtende Formschluss (Service Port) ausgestaltet ist wie ein Fahrzeugventil am Anschluss für den Adapter (4).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass die Rückführungsleitung (8) für ein Ablassen des erwärmten Kältemittels über ein Gebäudedach möglich ist.
EP15766734.6A 2014-07-22 2015-07-01 Vorrichtung zur befüllung von fahrzeugklimasystemen mit kältemittel r744 Active EP3172505B1 (de)

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