用于减少空气排除期间的致冷剂损失的方法和系统的制作方法
【专利摘要】一种从罐排除空气的方法，包括：利用控制器打开所述罐上的排除孔口以释放所述罐内所包含的气体混合物；操作计时器以跟踪多个打开所述排除孔口的时间间隔，每个时间间隔都具有开始时间和结束时间；确定在每个开始时间的系统变量初始值和在每个结束时间的系统变量后续值；基于所述系统变量在每个时间间隔内从所述初始值到所述后续值的变化来得出所述气体混合物的特征值；以及如果所述特征值在相继时间间隔内的变化率大于或等于变化率值的预定阈值，则利用所述控制器关闭所述排除孔口。
【专利说明】用于减少空气排除期间的致冷剂损失的方法和系统
【技术领域】
[0001] 本公开内容总体上设及致冷剂回收单元，更具体而言，设及在致冷剂回收单元的 排除过程期间使致冷剂损失最小化的方法和系统。
【背景技术】
[0002] 车辆空调（A/C)系统是封闭热交换系统，被设计成利用特定致冷剂作为基本热交 换介质来工作。该些系统中使用的致冷剂包括二氯二氣甲烧，通称为R-12,四氣甲烧，通称 为R-134a，2, 3, 3, 3-四氣丙締或R-1234yf，W及二氣己烧或R-152a。
[0003] 致冷剂回收单元用于车辆A/C系统的维护和保养，其可W包括，例如A/C系统中致 冷剂的回收、排空、重复利用和/或再填充。致冷剂回收单元可W是便携式系统，连接到车 辆的A/C系统W从系统中回收致冷剂，分离出污染物和油，和/或利用额外的致冷剂再装填 A/C系统。
[0004] 在由致冷剂回收单元从A/C系统回收致冷剂时，有时一定量的空气被回收到单元 中。作为再循环过程的一部分，在向A/C系统回充致冷剂之前，将任何回收的空气收集在致 冷剂回收单元的致冷剂储存罐中并加W排除。在排除过程期间，始终有一些致冷剂与空气 一起被排除。典型地，因为需要排除的空气量很小，所W损失的致冷剂量很小。不过，随着 需要排除的空气量增大，排除过程期间损失的致冷剂量也会增大。由于一些更新的冷冻剂 成本高昂，例如R-1234yf，所W减少致冷剂损失的量能够对提供A/C系统服务的人W及那 些服务的消费者具有经济效益。除了金融影响之外，还有安全和环境原因要使致冷剂损失 最小化。例如，同样对于R-1234yf而言，致冷剂是易燃的，因此减少空气排除过程期间致冷 剂损失量将减小造成危险状况的可能性。至于环境影响，所有冷冻剂都具有一些环境影响， 始终有最小化或消除该影响的目标。
[0005] 需要将致冷剂回收单元的排除过程期间的致冷剂损失最小化的方法和系统。
【发明内容】
[0006] W上需求是由本公开满足的，其中根据特定方面，一种从罐排除空气的方法包括 利用控制器打开所述罐上的排除孔口 W释放所述罐之内包含的气体混合物；操作计时器W 跟踪多个打开所述排除孔口的时间间隔，每个时间间隔都具有开始时间和结束时间；确定 在每个开始时间的系统变量初始值和在每个结束时间的系统变量后续值；基于所述系统变 量在每个时间间隔内从所述初始值到所述后续值的变化来得出所述气体混合物的特征值； W及如果所述特征值在相继时间间隔内的变化率大于或等于预定阔值变化率值，利用所述 控制器关闭所述排除孔口。
[0007] 根据本公开的另一方面，一种致冷剂回收单元包括：控制器；储存罐；W及排除设 备，所述排除设备具有与所述储存罐流体相通的孔口并可操作地连接到所述控制器，W在 离散的时间段期间通过所述孔口去除所述储存罐中收集的气体混合物，所述离散的时间段 由所述控制器的控制并基于系统变量的测量W及后续基于所述系统变量来得出所述气体 混合的物特征值，在所述离散的时间段期间的任何时间在所述特征值的变化率大于预定阔 值变化率时，所述离散的时间段结束。
[000引根据本公开的其他方面，一种致冷剂回收单元包括；用于在离散的时间段期间排 除储存罐中收集的气体混合物的模块；用于确定所述气体混合的物特征值的变化率的模 块；基于所述气体混合的物特征值的变化率控制所述离散的时间段的模块。
[0009] 该样就相当宽泛地简述了本公开的特定方面，W便可W更好地理解本文的详细描 述，并可W更好地理解本发明对现有技术的贡献。
[0010] 就此而言，在详细解释本发明的至少一个实施例之前，要理解本发明在其应用方 面不限于W下描述中阐述或在W下附图中例示的部件构造和布置的细节。本发明能够有所 述那些之外的实施例并通过各种方式实践和执行。而且，要理解该里使用的措辞和术语W 及摘要是为了描述的目的，不应被视为限制。
[0011] 因而，本领域技术人员应当意识到，将本公开内容所基于的概念用作用于设计实 施本发明的几个目的的其他结构、方法和系统的基础是显而易见的。因此，重要的是，权利 要求书应当被认为在不脱离本发明的精神和范围的情况下包括该种等效结构。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1是根据本公开内容的实施例的致冷剂回收单元的透视图；
[0013] 图2示出了根据本公开内容的实施例的图1中所示致冷剂回收单元的部件；
[0014] 图3示出了根据本公开内容的实施例的受空气污染的致冷剂储存罐的示范性排 除过程的温度随时间变化的曲线图；
[0015] 图4示出了根据本公开内容的实施例的受空气污染的致冷剂储存罐的示范性排 除过程的压力随时间变化的曲线图；
[0016] 图5是根据本公开内容的实施例通过质量的变化率来控制空气排除的流程图；
[0017] 图6是根据本公开内容的实施例的通过密度来控制空气排除的流程图；
[0018] 图7是根据本公开内容的实施例的通过温度的变化率来控制空气排除的流程图；
[0019] 图8示出了根据本公开内容的实施例的充满纯致冷剂（液体和蒸汽）的示范性储 存値；
[0020] 图9示出了根据本公开内容的实施例的充满纯空气的示范性储存罐；
[0021] 图10示出了根据本公开内容的实施例的包含致冷剂和空气混合物的示范性储存 値；
[0022] 图11是根据本公开内容的实施例的通过压力的变化率来控制空气排除的流程 图；化及
[0023] 图12是示出了根据本公开内容的实施例的控制系统各方面的示意图。
【具体实施方式】
[0024] 本文公开内容的方法和系统能够在致冷剂收回和再循环过程期间精确跟踪和控 制关键变量，接着又能够将其用于判断何时停止有关的空气排除过程，W便使致冷剂损失 最小化。
[0025] 当前，车辆致冷剂系统中最常用的致冷剂是HFC-134a。不过，正在引入新的致冷 剂，W便减轻可能由HFC-134a导致的全球气侯变暖。该些新的致冷剂例如包括HF0-1234yf 和R-152a，也可W用于本文所述的各种实施例中。
[0026] 图1是透视图，示出了根据本公开实施例的致冷剂回收单元100。致冷剂回收单元 100可 W是来自基底在丽 Owatonna 的 Robinair?的 c〇〇lTech34788?(服务方案U. S. UX)。 致冷剂回收单元100包括机柜102 W容纳系统的部件（参见图2)。机柜102可W由任意材 料制成，例如热塑塑料、钢等。
[0027] 机柜102包括控制面板104,允许用户操作致冷剂回收单元100。控制面板104可 W是如图1所示的机柜的一部分或者是分离的。控制面板104分别包括高量表和低量表 106、108。根据用户需求，量表可W是模拟或数字的。控制面板104具有显示器110, W向用 户提供信息，例如致冷剂回收单元100的特定操作状态，或向用户提供消息或菜单。定位于 显示器110附近的是LED 112, W向用户指出致冷剂回收单元100的操作状态。用户接口 114也包括在控制面板104上。用户接口 114允许用户与致冷剂回收单元100交互并操作 致冷剂回收单元100，并能够包括字母数字小键盘和方向箭头。
[002引机柜102还包括用于软管124、128的连接，软管124、128将致冷剂回收单元100 连接到致冷剂容置设备，例如车辆的致冷剂系统200(图2中所示）。为了使致冷剂回收单 元100可移动，在系统的底部提供轮子120。
[0029] 图2示出了根据本公开内容的各方面，图1的致冷剂回收单元100的部件。在一个 实施例中，为了回收致冷剂，将服务软管124和128分别经由禪合器226 (高侧）和230 (低 侦。禪合到车辆的冷却系统200。禪合器被设计成偏置闭合，直到它们被禪合到致冷剂系统 200。
[0030] 通过分别打开高压和低压电磁阀276、278而发起致冷剂回收循环。该样允许车辆 冷却系统200之内的致冷剂通过回收阀280和止回阀282流动。致冷剂从止回阀282流 入系统油分离器262,其中它通过过滤器/干燥器264行进，到达压缩机256的输入。通过 压缩机256,通过正常放电电磁阀284并通过压缩机油分离器286汲取致冷剂，使油通过回 油阀288循环回到压缩机256。致冷剂回收单元100可W包括与控制器216通信的高压开 关290,其被编程控制成确定压力上限，例如435psi，W任选地关闭压缩机256,保护压缩机 256 W免压力过大。控制器216也可W是例如微处理器、现场可编程口阵列（FPGA)或专用 集成电路（ASIC)。控制器216经由有线或无线连接（未示出）控制致冷剂回收单元100的 各种阀口和其他部件（例如真空装置、压缩机）。在本公开的一些实施例中，可W由控制器 216连接并控制电子电磁阀或电激活阀口的任一个或所有。
[0031] 高侧清除电磁阀323可W任选地禪合到压缩机256的输出，W将从压缩机256传 送的回收致冷剂直接释放到致冷剂储存罐212中，而不是通过经由正常释放电磁阀284的 路径。
[0032] 经过加热的压缩致冷剂退出油分离器286,然后通过导管环路或热交换器291行 进，W进行冷却或凝结。在加热的致冷剂流经热交换器291时，加热的致冷剂向系统油分离 器262中冷的致冷剂释放热量，辅助将系统油分离器262中的温度维持在工作范围之内。禪 合到系统油分离器262的是开关或传感器292,例如低压开关或压力传感器，例如，其感测 压力信息并通过适当的接口电路向控制器216提供输出信号，接口电路被编程为检测例如 被回收的致冷剂压力何时下降到13英寸隶柱。油分离器排泄阀293将回收油排放到容器 257中。最后，回收的致冷剂流经正常释放止回阀294并进入储存罐212中。
[0033] 通过打开高压和低压电磁阀276和278 W及阀口 296,引导向真空累258的输入， 开始排空循环。在打开阀口 296之前，打开进气阀口（未示出），允许真空累258开始排放 空气。然后通过关闭进气阀口并打开阀口 296,允许真空累258排出任何剩余的痕量气体， 直到压力大约为例如29英寸隶柱，将车辆的致冷剂系统200抽真空。在任选禪合到车辆冷 却系统200的高侧226和低侧230和控制器216的压力传感器231和232检测到发生该种 情况时，控制器216关闭阀口 296,准备进行再填充循环。
[0034] 可W使用高侧清除阀318来清除系统高侧的一部分。高侧清除阀318可W包括阀 口 323和止回阀320。阀口 323可W是电磁阀阀。在希望清洁高侧的一部分时，打开阀口 323。压缩机256的工作将迫使致冷剂通过阀口 323和320排出并进入储存罐212。在该个 流程期间，可W关闭正常释放阀口 284。
[0035] 提供深度回收阀324 W辅助深度回收致冷剂。在来自车辆冷却系统200的致冷剂 大部分进入致冷剂回收单元100时，可W通过打开深度回收阀324并打开真空累258,从车 辆的冷却系统200提取剩余的致冷剂。
[0036] 通过打开填充阀298开始再填充循环，允许储存罐212中压力大约为70psi或更 高的致冷剂流经车辆冷却系统200的高侧。该流动通过填充阀298 -段时间，该段时间被 编程为向车辆提供满填充的致冷剂。任选地，可W打开填充阀299 W填充低侧。可W单独 或结合填充阀298打开填充阀299 W填充车辆的致冷剂系统200。储存罐212可W设置于 磅砰213上，其测量储存罐中致冷剂的重量。磅砰213可W可操作地禪合到控制器216并 提供储存罐212的重量和/或储存罐212之内存储的任何内容的测量。因此，可W向控制 器216提供储存罐212和/或其中存储的内容的重量数据。
[0037] 在另一个实施例中，或者为了填充致冷剂系统200,可W打开充电阀326并可W使 用罐填充结构332。为了从致冷剂源获得致冷剂，致冷剂回收单元100可W包括罐填充结构 332和阀口 328和330。罐填充结构332可W被配置成附接于致冷剂源。阀口 330可W是 电磁阀阀，阀口 328可W是止回阀。在其他实施例中，阀口 330可W是手动阀。
[003引在希望让来自致冷剂源的致冷剂进入致冷剂回收单元100时，将罐填充结构332 附接到致冷剂源并打开罐填充阀330。止回阀328防止来自致冷剂回收单元100的致冷剂 通过罐填充结构332流出致冷剂回收单元100。在罐填充结构332未连接到致冷剂源时，罐 填充阀330保持关闭。罐填充阀330可W连接到控制器216并受其控制。
[0039] 罐填充结构332可W被配置成位于磅砰334上，磅砰可W被配置成对例如罐填充 结构332称重，W便确定罐填充结构332中存储的致冷剂量。磅砰334可W可操作地禪合 到控制器216并向控制器216提供罐填充结构332重量的测量值。控制器216可W导致罐 填充结构332的重量在显示器110上显示。
[0040] 在上述回收和再循环过程期间，可能会将空气汲取到致冷剂回收单元100中，该 可能会影响致冷剂回收单元100的效率和操作和/或允许空气被传递到车辆的致冷剂系统 200中。如图2所示，空气排除设备308能够在向A/C系统回充致冷剂之前，排除掉致冷剂 回收单元100的不可冷凝物质，例如空气。从致冷剂回收单元100排除的空气可W通过孔 口 312、通过排除阀314和/或通过空气扩散器316退出储存罐212。在一些实施例中，孔 口可W大约是一英寸的0. 028倍。可W选择性地致动阀口 314 W允许或不允许排除设备 308打开通往环境条件。压力传感器310可W测量储存罐212和排除设备308之内包含的 压力。压力传感器310可W向控制器216发送压力信息。例如，在控制器计算的压力过高 时，可能需要排除，可W向控制器216发送信号，W开始排除过程，和/或可W在下一个可能 时机发送排除到时间的信号。根据本发明的各方面，可W由控制器216自动集成排除过程 并在回收和再循环过程期间的适当时间进行适当安排，W避免与正在进行的流程冲突。或 者，致冷剂回收单元100可W向用户提供信号，表明一个或多个变量表示需要对储存罐212 进行排除，从而允许用户在下一个适当时间人工执行排除过程。根据本发明的其他方面，控 制单元216可W让回收和再循环过程保持，直到如果关键变量之一的读数表示需要排除过 程时开始排除过程。
[0041] 根据本发明的其他方面，温度传感器317可W禪合到致冷剂储存罐212 W测量其 中致冷剂的温度。温度传感器317的放置可W在储存罐的任何地方，或者，可W将温度传感 器放置于致冷剂管路322中。
[0042] 由于致冷剂，例如R-1234yf，和纯空气之间物理性质的差异，可W使用两者之一、 另一种或混合物产生的变量控制从致冷剂储存罐212排除空气的时间量，最终使泄露到大 气中的致冷剂量W及致冷剂系统中空气的量最小化。例如，通过随时间流逝评估特定关键 变量，例如在达到关键变量的特定阔值时，可W中止排除过程。
[0043] 例如，图3和4示出了在受空气污染的致冷剂储存罐的排除过程期间随时间同时 获取的温度和压力测量值。在排除过程的15秒标记处打开排除设备308的排除孔口 312， 该标记被示为X轴的时间起点。15和30秒之间的时间间隔代表排除，其中从致冷剂回收单 元100排除的绝大多数气体是纯空气。图3示出有较小的温度下降，图4示出，与15和30 秒之间的该个时间间隔期间的排除过程的其余部分相比，有较大压力下降。随着时间超过 15-30秒时间间隔，在被排除气体之内一般会看到更高浓度的致冷剂。仍然在图3和4中看 出，更高浓度的致冷剂接着又导致更大的温度下降和更平缓的压力下降。
[0044] 例如，可W使用实测的温度和压力计算针对致冷剂回收单元中使用的致冷剂类型 的理想蒸气压。然后可W使用理想的蒸气压判断何时需要排除不可冷凝的气体，W及将进 行多少排除W便使致冷剂回收单元正常工作。下文重点介绍用于测量和评估一个或多个关 键变量的各种其他方法和系统，W便准确预测执行排除过程的时间段。
[0045] 利用质量的巧化率来梓制巧气排除
[0046] 如W下方程（1)中所定义的，质量流率是质量在某一时间间隔上的变化。 _ tm
[0047] (1) m = -
[0048] 在中系统排除空气期间，可W利用储存罐212坐落在的磅砰213跟踪从系统损失 的空气（和/或致冷剂）质量（nWtw-mfhJ。利用在排除开始时启动的计时器，控制器216 可W跟踪系统发生质量损失的期间的时间量。知道了质量变化和时间变化该两个变量，接 下来就可W确定质量流率。
[0049] 下文示出了通过孔口的气体节流质量流率的方程（2)。
[(K)加]
【权利要求】
1. 一种从罐排除空气的方法，所述方法包括如下步骤： 利用控制器来打开所述罐上的排除孔口以释放所述罐内所包含的气体混合物； 操作计时器以跟踪多个时间间隔，在所述多个时间间隔期间所述排除孔口是打开的， 每个时间间隔都具有开始时间和结束时间； 确定系统变量在每个开始时间的初始值和所述系统变量在每个结束时间的后续值； 基于所述系统变量在每个时间间隔内从所述初始值到所述后续值的变化来得出所述 气体混合物的特征值；以及 如果所述特征值在相继时间间隔内的变化率大于或等于变化率值的预定阈值，则利用 所述控制器来关闭所述排除孔口。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述系统变量是所述气体混合物的质量。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中，所述特征值是所述气体混合物的质量流率。
4. 根据权利要求2所述的方法，还包括如下步骤： 连续测量所述气体混合物的压力以得出每个时间间隔内的平均压力。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中，所述特征值是根据在所述时间间隔内的平均压 力和系统变量的变化得出的所述气体混合物的平均密度。
6. 根据权利要求4所述的方法，其中，所述特征值是根据在所述时间间隔内的平均压 力和系统变量的变化得出的所述气体混合物中致冷剂的体积百分比。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述系统变量是所述气体混合物的温度。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中，所述特征值是所述气体混合物在每个时间间隔 内的温差。
9. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述系统变量是所述气体混合物的压力。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中，所述特征值是所述气体混合物中的致冷剂的体 积百分比。
11. 一种致冷剂回收单元，包括： 控制器； 储存罐；以及 排除设备，所述排除设备具有与所述储存罐流体相通的孔口并可操作地连接到所述控 制器，以在离散的时间段期间通过所述孔口来去除在所述储存罐中收集的气体混合物，所 述离散的时间段由所述控制器控制，并基于对系统变量的测量以及随后基于所述系统变量 得出所述气体混合物的特征值，在所述离散的时间段期间的任何时间，当所述特征值的变 化率大于变化率值的预定阈值时，所述离散的时间段结束。
12. 根据权利要求11所述的致冷剂回收单元，其中，所述系统变量是所述气体混合物 的质量，且所述特征值是所述气体混合物的质量流率。
13. 根据权利要求11所述的致冷剂回收单元，还包括： 用于测量所述气体混合物的压力的压力传感器。
14. 根据权利要求13所述的致冷剂回收单元，其中，所述特征值是根据平均压力得出 的所述气体混合物的平均密度。
15. 根据权利要求13所述的致冷剂回收单元，其中，所述系统变量是所述气体混合物 的压力。
16. 根据权利要求15所述的致冷剂回收单元，其中，所述特征值是根据所述气体混合 物的压力的变化率得出的所述气体混合物中致冷剂的体积百分比。
17. 根据权利要求11所述的致冷剂回收单元，还包括： 用于测量所述气体混合物温度的温度传感器。
18. 根据权利要求17所述的致冷剂回收单元，其中，所述系统变量是所述气体混合物 的温度，且所述特征值是所述气体混合物的温差。
19. 一种致冷剂回收单元，包括： 用于在离散的时间段期间去除在储存罐中收集的气体混合物的装置； 用于确定所述气体混合物的特征值的变化率的装置； 用于基于所述气体混合物的特征值的变化率来控制所述离散的时间段的装置。
【文档编号】F25B43/04GK104487788SQ201380036719
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2013年5月9日 优先权日:2012年5月11日
【发明者】M·麦克马斯特斯, D·伦德贝里 申请人:博世汽车服务解决方案有限责任公司