用于识别制冷剂的装置和方法
【专利摘要】本发明涉及用于识别制冷剂的装置10，包括气腔12，包括具有检测气体入口和检测气体出口的气腔（12）、通过气腔（12）进行辐射的红外光源（20）以及检测穿过所述气腔的红外辐射的至少一传感器（22），所述装置按照以下方式被改进：在所述红外光源（20）和所述传感器（22）之间提供至少一宽带滤波器(28、30)，所述滤波器的通带包括待检测制冷剂的吸收光谱，不包括碳氢化合物的吸收光谱，所述气腔（12）与储存容器（26）连接，所述储存容器（26）包括待检测的作为参考气体的纯制冷剂。本发明进一步涉及用于识别制冷剂的一对应方法。
【专利说明】用于识别制冷剂的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于识别制冷剂的装置和方法。
【背景技术】
[0002]由于法律要求，多种制冷剂被禁止使用。例如，在汽车工业中，制冷剂HF0-1234yf在未来将被使用，以代替先前使用的制冷剂R134a。当汽车空调系统中的空调系统在将来被维修时，可能不得不对被其它制冷剂(例如R134a)污染的制冷剂HF0-1234yf进行检测。
[0003]为了检测制冷剂的目的，制冷剂不同的红外吸收被利用。在这点上，一气腔被填充待测制冷剂(检测用制冷剂)，并使用红外辐射穿过气腔对气腔进行辐射。在对侧使用一传感器接收辐射。根据气腔中出现的制冷剂，不同部分的辐射比其它部分被较高程度地吸收，检测得到的吸收光谱被转化为红外传感器可检测的电压。
[0004]根据使用红外吸收的检测方法，温度或大气压的变化、老化或气腔中的污染物会导致检测不精确。检测结果的长期稳定性只能通过大量的努力才能获得。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种改进的用于识别制冷剂的装置和方法。
[0006]本发明的装置由权利要求1的特征进行定义，本发明的方法由权利要求7的特征进行定义。
[0007]本发明的装置包括至少一个宽带滤波器，该宽带滤波器位于红外光源穿过气腔到传感器的光束路径中。宽带滤波器的通带包括待检测的制冷剂的至少一个吸收波长，不包括碳氢化合物的吸收波长。所述装置进一步包括一储存容器，以储存作为参考气体的待检测制冷剂。所述储存容器与所述气腔的进气口连接。
[0008]根据本发明的方法，首先，在所述宽带滤波器的通带中执行一吸收检测，其中，所述气腔充满参考制冷剂，接着，使用待检测制冷剂，在所述宽带滤波器的通带中执行一吸收光谱检测，最后，用于参考制冷剂的检测到的吸收值以及用于检测制冷剂的检测到的吸收值相除，得到一个商。该商可得到一个关于相对于纯参考制冷剂的被检测制冷剂的相对浓度的结论。
[0009]优选地，附加地，还通过使用至少一窄带滤波器执行检测。关于这一点，应提供一窄带滤波器，其通带只包括待检测的纯制冷剂(即参考制冷剂)的吸收波长。另一窄带滤波器应被配置以用于污染待检测制冷剂的另一制冷剂的吸收波长，典型地，其中，所述待检测制冷剂为HF0-1234yf，其吸收值大约位于7.4μπι。因此，第一窄带滤波器的通带可以位于7.2 μ m到7.6 μ m的范围。其中，典型的可能污染HF0_1234yf的其它制冷剂为具有吸收波长大约为7.69 μ m的R134a。如果希望唯一地检测R123a，则第二窄带滤波器的通带应位于7.5 μ m到7.9 μ m的范围。对于HF0_1234yf的检测，宽带滤波器的通带应具有一优选为Sym的下限截止频率以及一优选为14μ m的上限截止频率。在这种情况下，由于碳氢化合物的吸收波长大于8 μ m，因此，碳氢化合物的吸收波长不会被滤波器传送。[0010]为了制冷剂的检测，之后，位于宽带滤波器之外的至少一波长可以被检测。该波长为其它不期望得到的制冷剂(例如，7.69 μ m的R134a和/或3.38 μ m的碳氢化合物)的吸收波长。除了宽带滤波器之外，优选地，可以使用窄带滤波器以用于检测3.38 μ m的碳氢化合物，使用窄带滤波器以用于检测7.69 μ m的R134a，以及一第三窄带滤波器以专用于检测
7.3 μ m的HF0-123yf。使用这些滤波器中的每一个获得的检测值与之前标定过程中获得的不同气体组分的检测值进行比较。在这种情形下，在这些气体组分中，在标定中被使用的气体组分被认为是与检测值最接近的检测到的气体组分。
[0011]优选地，当宽带滤波器通带中的至少一波长的吸收与已知的被污染的制冷剂对应时，识别制冷剂的方法包括:对滤波器通带外的至少一波长的吸收进行检测，该至少一波长唯一地与被污染的制冷剂对应。接着，一线性方程组被建立，其中，对于每个滤波器，其通带中的总吸收与各个单个线性吸收的线性组合相同。换句话说，为单个线性吸收(即可以与各个制冷剂关联的吸收)设置一系数，然后相加，单个线性吸收的总量等于各个滤波器波长通带中的总吸收。通过对前述线性方程组进行求解，接着通过求解方程组，可以为相关感兴趣的系数计算出一制冷剂的任何未知浓度。
[0012]最后，可以想像地，可选地，通过使用对应的具有合适的用于各个制冷剂的截止波长的窄带滤波器，每种制冷剂可以被检测。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]下面结合附图对本发明的实施例进行详细的描述，在附图中:
[0014]图1示出了本发明装置的一实施例；
[0015]图2示出了使用的滤波器的截止波长范围；
[0016]图3示出了三种制冷剂的混合物的吸收光谱；以及
[0017]图4示出了本发明方法的流程图。
【具体实施方式】
[0018]本发明方法的装置10包括一气腔12，该气腔12具有进气口 14以及出气口 16。在两个对侧上，气腔设置有CaF2窗口 18，以用于允许来自红外光源20的红外辐射通过气腔12到达传感器22。
[0019]气腔12的进气口 14通过一可控阀门Vl与空气入口连接。单向阀V4将进气口14与一用于待检测制冷剂的检测气体入口连接起来。可控阀门V2以及减压器24将进气口 14与储存容器26连接起来，储存容器26用于保存待检测的用作参考气的纯制冷剂HF0-1234yf。该参考气储存容器26为本发明装置的一部分。
[0020]根据检测需要，不同光学滤波器28、30被设置在红外光源20和传感器22之间的光束路径中。
[0021]可控阀门V3以及隔膜泵32将气腔12的出气口 16和与大气相通的一出气口连接起来。
[0022]在每次检测中，待检测制冷剂与储存容器26中的制冷剂进行比较。由于对于待检测制冷剂和参考制冷剂两者来说，所有周围条件都是相同的，因此，两者没有更多的作为干扰参数的关联。[0023]使用的传感器22包括四个单一传感器元件，每个传感器元件具有一相应的、设置在其上游的红外滤波器30，以用于检测特定的波长范围。因此，四个波长元件为气腔12中容纳的混合气体提供了不同的输出电压。四个检测到的电压与之前获得的各种气体组分的检测值进行比较，各种气体组分的检测值在标定过程中获得，其中，标定的气体组分被认为是最接近检测到的电压的气体组分。
[0024]图4为一流程图，示出了实施图1中装置的本发明方法的流程。在开始后，首先，阀门Vl被打开，然后阀门V3被转到隔膜泵32，隔膜泵32被激活。因此，气腔12被来自空气入口的空气充满。
[0025]之后，阀门Vl关闭与空气入口的连接，阀门V3从隔膜泵32转开，隔膜泵32失效。为了使用来自储存容器26的参考气体填充气腔12，阀门V2被打开0.2秒。之后，传感器30的传感器元件的电压被检测到。
[0026]接着，阀门Vl被打开，阀门V3被转到隔膜泵，隔膜泵32被激活，以使空气填充到气腔。
[0027]然后，阀门Vl再次被关闭，阀门V3从泵32转开，泵32失效，气腔通过单向阀V4被充满检测气体。在气腔12被充满检测气体后，传感器22的传感电压被检测到，气体HF0-1234yf在检测气体中的比例根据以下方式被确定:
[0028]在一第一方式中，传感器兀件S1、S2、S3以及S4被使用。传感器兀件SI包括一具有通带为8_14μπι的宽带滤波器，传感器元件S2与一用于碳氢化合物的、具有通带为
3.38 μ m的窄带滤波器 关联。传感器S3与一用于制冷剂R134a的、具有通带为7.69 μ m的窄带滤波器关联。传感器S4与一用于待检测HF0-1234yf的、具有通带为7.3 μ m的窄带滤波器关联。
[0029]在传感器元件SI，气腔12充满检测气体，电压VMms，s1被检测，对气腔充满来自储存容器26的参考气体后，对参考电压VKrf，sl进行检测。
[0030]检测的结果为VMeas，s(i)和VKef，s(i)的商:
【权利要求】
1.一种用于识别制冷剂的装置(10)，包括具有检测气体入口和检测气体出口的气腔(12)、通过气腔(12)进行辐射的红外光源(20)以及检测穿过所述气腔的红外辐射的至少一传感器(22), 其特征在于，在所述红外光源(20)和所述传感器(22)之间提供至少一宽带滤波器(28、30)，所述滤波器的通带包括待检测制冷剂的吸收光谱，不包括碳氢化合物的吸收光谱，所述气腔(12 )与储存容器(26 )连接，所述储存容器(26 )包括待检测的作为参考气体的纯制冷剂。
2.如权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，在所述红外光源(20)和所述传感器(22)之间提供至少一窄带滤波器(28、30)。
3.如权利要求2所述的装置(10)，其特征在于，具有待检测的纯气体波长的第一窄带滤波器(28、30)以及具有另一制冷剂波长的第二窄带滤波器(28、30)被提供。
4.如权利要求3所述的装置(10)，其特征在于，所述第一窄带滤波器(28、30)的通带包括至少7.4 μ m的波长以及至多7.2 μ m到7.6 μ m的波长范围，所述第二窄带滤波器(28、30)的通带包括至少7.69 μ m的波长以及至多7.5 μ m到7.9 μ m的波长范围，宽带滤波器(28,30)的通带包括大于8μπι的波长，优选地，少于14 μ m。
5.如权利要求2至4任一所述的装置(10)，其特征在于，用于碳氢化合物的第三窄带滤波器(28、30)被提供，所述第三窄带滤波器(28、30)具有一通带，该通带包括3.45 μ m的波长，至多包括3.25 μ m至3.65 μ m的波长范围。
6.如权利要求2至5任一所述的装置(10)，其特征在于，至少一窄带滤波器(28、30)被提供，该至少一窄带滤波器(28、30)的通带包括在所述宽带滤波器(28、30)的通带中。
7.使用权利要求1至6任一所述装置(10)识别制冷剂的方法，所述方法包括步骤: 检测所述宽带滤波器(28、30 )通带中的红外吸收，其中，所述气腔(12 )充满参考制冷剂； 检测所述宽带滤波器(28、30)通带中的红外吸收，其中，所述气腔(12)充满待检测制冷剂；以及 形成所述参考制冷剂和待检测制冷剂的检测值的商。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，至少一个波长的吸收被检测，该至少一个波长位于所述宽带滤波器(28、30)的通带之外，将检测的吸收和与之前确定的检测值对应的波长进行比较，所述之前确定的检测值通过在标定过程中使用多种不同气体组分确定。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述宽带滤波器(28、30)中至少一波长的吸收与一已知被污染的制冷剂对应，所述方法进一步包括: 检测位于所述宽带滤波器通带之外的至少一波长，该至少一波长唯一地与被污染的制冷剂对应； 将未知制冷剂的比例确定为一线性方程组的系数，其中，每个滤波器波长范围的总吸收等于单个线性吸收的线性组合。
10.如任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，对于每个待检测制冷剂，使用具有各个待检测气体波长的相应窄带滤波器进行检测。
【文档编号】G01N21/94GK103765199SQ201280041708
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2012年8月24日 优先权日:2011年8月27日
【发明者】格哈德·库斯特, 维尔纳·格罗塞·贝利 申请人:英福康有限责任公司