EP3172505B1 - Vorrichtung zur befüllung von fahrzeugklimasystemen mit kältemittel r744 - Google Patents

Vorrichtung zur befüllung von fahrzeugklimasystemen mit kältemittel r744 Download PDF

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EP3172505B1
EP3172505B1 EP15766734.6A EP15766734A EP3172505B1 EP 3172505 B1 EP3172505 B1 EP 3172505B1 EP 15766734 A EP15766734 A EP 15766734A EP 3172505 B1 EP3172505 B1 EP 3172505B1
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EP
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refrigerant
filling station
filling
adapter
cooling
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Thomas Achatz
Jörg Ritter
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Duerr Somac GmbH
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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, the device having at least one storage tank for liquid refrigerant, which is operatively connected to a filling system via at least one pump station as well as a supply route and a return line, from which the refrigerant is fed in via an adapter is fed into the vehicle air conditioning system.
  • refrigerants that meet environmentally friendly aspects are increasingly being used for vehicle air conditioning systems. This also includes CO 2 , which has the designation R744 as a refrigerant.
  • the vehicle air conditioning systems are initially filled by the manufacturer during final vehicle assembly using filling systems.
  • the accuracy requirements with regard to the masses to be filled must therefore be placed on the filling system.
  • the manufacturers of filling systems have the task of controlling the phase states that change due to temperature and pressure and thus also the density of the refrigerant in order to be able to carry out filling within the required tolerance limits.
  • this is particularly difficult with the refrigerant R744 because significant changes occur in the assembly hall temperature range and during compression by the required pumps.
  • the refrigerant R744 could always be kept in the liquid phase.
  • mass flow measuring devices are able to carry out correct measurements of the mass flow.
  • the filling distance after the mass flow measuring device to the vehicle air conditioning system can also be viewed as a constant volume and therefore a constant mass because, according to the enthalpy diagram, the refrigerant in the liquid phase is not subject to a significant change in density with small temperature changes.
  • the object of the invention is to create a technical solution with which refrigerant R744 can be constantly kept in the liquid phase within a supply concept with a filling system.
  • a device in that a temperature sensor and a valve circuit are arranged at the transition area between the supply route and the filling system, which regulate the refrigerant flow depending on the specific operating situation in such a way that if the removal of refrigerant is interrupted During the acceptance break, warming refrigerant is inevitably returned to the storage tank and cold refrigerant is conveyed from the storage tank to the filling system.
  • the control of the valve circuit and consequently the return and cooling of the refrigerant is initiated by the filling system.
  • the device only triggers the recirculation and cooling of the refrigerant at times when the application-specific operating behavior of the filling system is not affected.
  • an adapter tray is designed in such a way that the adapter in its storage position can be clamped onto a special connection (service port) via a sealing form fit in such a way that the refrigerant is returned and cooled via a return line assigned to the adapter tray.
  • the refrigerant R744 With a valve circuit and temperature monitoring assigned to the filling system, the refrigerant R744 is kept in its liquid phase. This makes it possible to fill the vehicle air conditioning system within narrow tolerance limits, which requires mass flow measuring devices without additional real-time correction of pipe sections up to the entry into the air conditioning system.
  • an automatic process is implemented that takes into account the removal profile by the filling system on the assembly line and, for example, automatically ensures that the system is ready for operation in the supply concept at the start of the shift.
  • the filling distance to the adapter is also taken into account.
  • the adapter can advantageously be brought into operative connection with a service port that is similar to the vehicle valve by means of a sealing form fit within the adapter tray. If the adapter is tensioned accordingly in its holder, the delivery of heated refrigerant and the subsequent supply of cold refrigerant are automatically possible. As a result, a return line in the adapter and in the hose package can advantageously be dispensed with.
  • the device shown in the drawing is designed for the initial 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 with a filling system 3 via a line 5 and a pump station 2 as well as via a supply line 6 and a return line 7.
  • the refrigerant R744 is fed into an assembly of the vehicle air conditioning system via an adapter 4.
  • Tanks 1 for liquid refrigerant R744 with a connected pump station 2 as well as the ring lines and return lines required for this are known as state of the art, so these assemblies do not need to be explained in more detail at this point.
  • the supply system for the refrigerant R744 also includes a return line 7 in addition to the supply route 6.
  • a temperature sensor T and a valve circuit 10 are arranged at the transfer of the supply route 6 to the filling system 3. If, for example, the temperature rises during a break in media removal, the heated medium can flow back with the help of the valve circuit 10 and cold medium is conveyed to the filling system 3. This is the assignment of the valve circuit 10 to the filling system 3 is advantageous because the removal regime is known to it or is controlled by it itself. In principle, this means that medium can be returned or cooled down at times in which the required operating behavior is not impaired.
  • the filling section within the filling system 3 up to the adapter outlet must also be monitored with regard to the media temperature and pressure level.
  • the adapter storage can advantageously be designed such that the adapter 4 is clamped in the storage position onto a special connection similar to that of the vehicle system.
  • the control is advantageously left to the filling system 3, since the removal regime is known to it or is controlled by it itself.
  • media return or cooling can also be carried out at times in which the required operating behavior is not impaired.
  • the medium can be transported away or returned, for example via a line 8 over the roof of the building or a return line 9 to the supply tank 1.

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Description

  • 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 CO2, 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. US 4 285 206 A offenbart eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1.
  • 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 von einer Vorrichtung nach Anspruch 1 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 und kaltes Kältemittel vom Vorratstank zur Befüllanlage gefördert wird. Die Steuerung der Ventilschaltung und folglich eine Rückführung und Abkühlung des Kältemittels wird von der Befüllanlage initiiert. Dabei löst die Vorrichtung eine Rückführung und 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 Abkühlung des Kältemittels erfolgt.
  • 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 (2)

  1. Vorrichtung zur Befüllung von Fahrzeugklimasystemen mit Kältemittel R744, wobei die Vorrichtung mindestens einen Vorratstank (1) für flüssiges Kältemittel R744, eine Pumpstation (2), eine Befüllanlage (3), einen Adapter (4) eine Adapterablage , eine Versorgungsstrecke (6), eine Leitung (5), eine erste Leitung, und eine Rückführleitung (7) aufweist, wobei der Vorratstank über die Leitung mit der Pumpstation, die Pumpstation über die Versorgungsstrecke mit der Befüllanlage und die Befüllanlage über die erste Leitung mit dem Adapter und über die Rückführleitung mit dem Vorratstank verbunden ist und wobei das Kältemittel R744 über den Adapter in das Fahrzeugklimasystem eingespeist werden kann,
    dadurch gekennzeichnet, dass am Übergangsbereich zwischen der Versorgungstrecke und der Befüllanlage ein Temperatursensor (T) und eine Ventilschaltung angeordnet sind und die Befüllanlage einen Regler beinhaltet,
    wobei der Regler die Ventilschaltung derart regelt, dass in Abhängigkeit der jeweils konkreten Betriebssituation der Kältemittelstrom derart geregelt wird, dass bei einer Unterbrechung der Abnahme von Kältemittel das sich durch die Abnahmepause zwangsläufig erwärmende Kältemittel durch die Rückführleitung zum Vorratstank (1) zurückgeführt und kaltes Kältemittel vom Vorratstank (1) zur Befüllanlage (3) gefördert wird,
    wobei die Steuerung der Ventilschaltung (10) und folglich eine Rückführung und Abkühlung des Kältemittels von der Befüllanlage (3) initiiert wird und wobei die Adapterablage so ausgestaltet ist, dass der Adapter (4) in seiner Ablagestellung über einen dichtenden Formschluss auf einen speziellen Anschluss, vorzugsweise ein Service Port, derart gespannt werden kann, dass über eine der Adapterablage zugeordnete Rückführungsleitung (8; 9) eine Rückführung und Abkühlung des Kältemittels erfolgt, wobei der Regler der Befüllanlage die Steuerung der Adapterablage und folglich eine Rückführung und Abkühlung des Kältemittels von der Befüllanlage (3) initiiert wird und wobei der Regler die Vorrichtung eine Rückführung und Abkühlung des Kältemittels mittels der Ventilschaltung und der Adapterablage nur zu Zeitpunkten auslöst, in denen das einsatzspezifische Betriebsverhalten der Befüllanlage nicht beeinträchtigt wird.
  2. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur Befüllung von Fahrzeugklimasystemen mit Kältemittel R744 nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    dass unter Verwendung des Temperatursensors (T) und der Ventilschaltung (10) der Kältemittelstrom in Abhängigkeit der jeweils konkreten Betriebssituation derart geregelt wird, dass bei einer Unterbrechung der Abnahme von Kältemittel das sich durch die Abnahmepause zwangsläufig erwärmende Kältemittel zum Vorratstank (1) zurückgeführt und kaltes Kältemittel vom Vorratstank (1) zur Befüllanlage (3) gefördert wird,
    wobei die Steuerung der Ventilschaltung (10) und folglich eine Rückführung und Abkühlung des Kältemittels von der Befüllanlage (3) initiiert wird,
    wobei über die der Adapterablage zugeordnete Rückführungsleitung (8; 9) eine Rückführung und Abkühlung des Kältemittels erfolgt,
    wobei die Steuerung der Adapterablage und folglich eine Rückführung und Abkühlung des Kältemittels von der Befüllanlage (3) initiiert wird und
    wobei die Vorrichtung eine Rückführung und Abkühlung des Kältemittels mittels der Ventilschaltung (10) und/oder der Adapterablage nur zu Zeitpunkten auslöst, in denen das einsatzspezifische Betriebsverhalten der Befüllanlage nicht beeinträchtigt wird.
EP15766734.6A 2014-07-22 2015-07-01 Vorrichtung zur befüllung von fahrzeugklimasystemen mit kältemittel r744 Active EP3172505B1 (de)

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