用于确定容器内液体的填充高度的装置和方法与流程

本发明涉及一种用于确定容器内液体的填充高度的方法和装置，所述方法和装置特别是用于确定制冷剂回路的制冷剂收集容器中的液体制冷剂的填充高度。

背景技术：

制冷回路经常配备有用于储存过量制冷剂的收集容器(制冷剂容纳器)。

技术实现要素：

需要便宜的方式来允许准确地确定储存于此制冷剂容纳器内的液体制冷剂的水平面。

根据本发明的示例性实施方案，一种用于确定容器中的液体的填充高度的装置，所述装置特别是用于确定制冷剂回路的制冷剂收集容器中的液体制冷剂的填充高度，所述装置包括：多个温度传感器，其在一个延伸部分中布置于不同的位置处；以及至少一个加热装置，其被配置成用于加热所述温度传感器，其中所述多个温度传感器和所述至少一个加热装置被配置成沿着所述容器的垂直延伸部分定位。所述装置进一步包括分析单元，其连接到所述温度传感器以用于接收来自所述温度传感器的输出信号，且被配置成用于基于从所述温度传感器接收的所述输出信号而确定所述容器内的制冷剂的所述填充高度。

一种确定制冷剂回路的制冷剂收集容器中的液体制冷剂的填充高度的示例性方法包括以下步骤：

对沿着所述制冷剂收集容器的垂直延伸部分布置于不同高度处的多个温度传感器进行加热；以及

基于由所述温度传感器提供的输出信号而确定所述制冷剂收集容器内的液体制冷剂的所述填充高度。

附图说明

下文将参考附图更详细描述本发明的示例性实施方案，所述实施方案允许以高准确性确定储存于容器内、特定来说制冷剂回路的制冷剂收集容器中的液体制冷剂的量。由于不需要提供任何移动零件，例如浮表，因此制造和维护的成本较低。

图1示出了根据本发明的实施方案的制冷剂回路的示意图；

图2示出了根据本发明的实施方案的制冷剂收集容器单元，其包括制冷剂收集容器以及用于确定收集容器内收集的液体的填充高度的装置；

图3示出了根据本发明的替代实施方案的制冷剂收集容器单元，其包括制冷剂收集容器以及用于确定收集容器内收集的液体的填充高度的装置；

图4示出了将在用于确定收集容器中液体的填充高度的装置中使用的测量电路的示例性实施方案的示意图示；以及

图5示出了一个图，其中图4的测量电路的总电阻R在y轴上绘制，其随着在x轴上绘制的在收集容器内收集的液体制冷剂的水平面L而变。

具体实施方式

图1示出了制冷剂回路30的实施方案，所述制冷剂回路在循环制冷剂的流动的方向上包括：压缩器单元22，其具有至少一个压缩器；冷凝器24；制冷剂收集容器2，其用于收集退出冷凝器24的制冷剂且使制冷剂的气体部分与其液体部分分离；膨胀装置26，其用于使退出收集容器2的液体制冷剂膨胀；以及蒸发器28，其用于使膨胀的制冷剂蒸发，所述制冷剂随后被递送到压缩器单元22的入口。

收集容器2的上部部分2a可以借助于闪蒸气体分接管线32而流体连接到压缩器单元22的入口，所述闪蒸气体分接管线具备闪蒸气体分接阀34，所述阀允许将收集容器2的上部部分2a中收集的制冷剂的气相部分选择性地绕过膨胀装置26和蒸发器28而直接递送到压缩器单元22中。

为了允许确定收集容器2内收集的液体制冷剂14的量，图1中所示的制冷剂回路30的收集容器2具备根据本发明的示例性实施方案的用于确定收集容器2内的液体14的填充高度的装置3。下文将更详细描述所述装置的示例性实施方案。

图2示出了根据本发明的第一实施方案的制冷剂收集容器单元1，其包括特定来说可以是CO₂闪蒸气体容纳器的制冷剂收集容器2，以及用于确定收集容器2内收集的液体14的填充高度的装置3。

收集容器2包括：入口端口11，其向所述收集容器的上部部分2a中开放且连接到用于将制冷剂递送到收集容器2中的制冷剂入口管线10；以及出口端口13，其向收集容器2的下部部分2b中开放且连接到制冷剂出口管线12。

递送到收集容器2中的制冷剂的气相部分将收集于收集容器2的上部部分2a内，且制冷剂的液体部分14将收集于容器的下部部分2b中直到划分气相部分与液体部分14的水平面15。

为了避免外部热从环境传递到收集容器2中而将造成液体制冷剂14的不需要的蒸发，收集容器2涂覆有隔热护套或涂层8。入口管线10和出口管线12可以是隔热的，然而这也未在图中示出。

在本发明的第一实施方案中，为了允许确定收集容器2内收集的液体制冷剂14的填充高度，测量管16与收集容器2并联地流体连接于入口管线10与出口管线12之间，如图2中所示。为了避免向测量管16内收集的液体制冷剂14的不需要的热传递，测量管16也具备隔热护套或涂层18。

测量管16特定来说包括连接到收集容器2的出口管线12的下部部分16a，以及连接到收集容器2的入口管线10的上部部分16b。下部部分16a和上部部分16b借助于测量管16的基本上垂直延伸的部分16c而彼此连接。由于收集容器2内收集的液体制冷剂14的流体静压力，测量管16的垂直部分16c内的液体制冷剂14的水平面总是与收集容器2内收集的液体制冷剂14的水平面15重合。因此，可以通过确定测量管16的垂直部分16c内的液体制冷剂14的水平面的高度来确定收集容器2内收集的液体制冷剂14的水平面15的高度。

为了确定测量管16的垂直部分16c内的液体制冷剂14的水平面，沿着测量管16的垂直部分16c的长度/高度布置多个温度传感器4a、4b，例如五个到十五个、特定来说十个温度传感器4a、4b。另外，还沿着测量管16的垂直部分16c的长度/高度提供加热装置6。

在操作中，操作加热装置6以用于将某一量的热传递到测量管16的垂直部分16c且特定来说传递到温度传感器4a、4b。特定来说可以调整加热装置6的加热功率，以便使得递送到液体制冷剂14的热不会超过测量管16内存在的液体制冷剂14能够处置的热，而不使其温度增加。

在以液体制冷剂14填充直到收集容器2内收集的液体制冷剂14的水平面15的测量管16的垂直部分16c的下部部分中，由加热装置6提供的热传递到液体制冷剂14。因此，测量管16的垂直部分16c的所述下部部分和布置于所述下部区中的温度传感器4a的温度尽管存在加热也不会相当大地增加。

相比之下，在其中不存在液体制冷剂14的测量管16的垂直部分16的上部部分中，由加热装置6提供的热导致测量管16和布置于所述上部区中的温度传感器4a的温度的相当大的增加，因为气相制冷剂的冷却容量比液体制冷剂14的冷却容量低得多。

因此，在测量管16的垂直部分16c的上部部分提供的温度传感器4a将检测到比在测量管16的垂直部分16c的下部部分提供的温度传感器4b高很多的温度。

因此，通过分析温度传感器4a、4b的输出，可以确定与收集容器2内的液体制冷剂14的水平面15相同的测量管16的垂直部分16c内的液体制冷剂14的水平面的高度。

通过测量储存在收集容器2的上部部分2a中的气态制冷剂的压力，可以确定在测量管16的出口处的气态制冷剂的温度(例如，对于CO₂，35巴的压力对应于0°C的温度)，这有益于分析温度传感器4a、4b的输出以便准确地确定储存在收集容器2内的液体制冷剂14的水平面15。

温度传感器4a、4b通过图中未图示的电线电连接到分析单元20，所述分析单元被配置成用于分析由温度传感器4a、4b提供的输出以提供表示收集容器2内收集的液体制冷剂14的水平面15的信号。在通过温度敏感电阻器提供温度传感器4a、4b的情况下，分析单元20可以包括电阻测量单元21，其被配置成用于测量温度敏感电阻器的变化的电阻。

图3示出了替代实施方案，其中加热装置6和温度传感器4a、4b直接附接到收集容器2的外壁2c。因此，在所述实施方案中，省略了与收集容器2并联连接的额外测量管16。由于在所述实施方案中，加热装置6和温度传感器4a、4b直接附接到在收集容器2的隔热护套或涂层8内的收集容器2的外壁2c，因此加热装置6和温度传感器4a、4b的安装和维护可能比包括额外测量管16的第一实施方案中更难。

根据第二实施方案确定收集容器2内的液体制冷剂14的水平面15的高度的功能性对应于第一实施方案的方法，其中仅有的差异在于收集容器2内的液体制冷剂14的水平面15的高度是借助于温度传感器4a、4b直接确定，而不是确定连通的测量管16c内的液体制冷剂14的水平面。

在图2和3中所示的实施方案中，温度传感器4a、4b可以分别沿着收集容器2的高度或测量管16的垂直部分16c的纵向延伸部分等距地布置。替代地，温度传感器4a、4b可以布置于变化的距离处，其中邻近的温度传感器4a、4b之间的距离在较重要的区中更小，以便提供更高的分辨率来确定储存在收集容器2内在所述区中的液体制冷剂14的量。

可以通过温度敏感电阻器提供温度传感器4a、4b，且加热装置6可以包括多个加热元件7，例如PTC元件。加热装置6特定来说可以是自调节加热电缆，所述电缆在其整个长度上提供恒定的加热而不需要任何额外的温度控制手段。

在一个实施方案中，通过在第一(加热)模式中对PTC元件供应能量以及通过在其中PTC元件作为温度传感器4a、4b操作的第二(测量)模式中测量PTC元件的电阻，相同的PTC元件可以交替地分别用作加热装置6的加热元件7和用作温度传感器4a、4b。

在两个实施方案中，温度传感器4a、4b可以分别夹在加热装置6与测量管16的垂直部分16c的外壁或收集容器2的外壁之间。替代地，温度传感器4a、4b可以分别在测量管16的垂直部分16c的外壁上或收集容器2的外壁2c上横向邻近于加热装置6而布置。

图4示出了将在用于确定容器2中液体的填充高度的装置3中使用的测量电路7的示例性实施方案的示意图示，所述测量电路包括彼此并联连接的多个温度传感器4a、4b。在此实施方案中，温度传感器4a、4b作为温度敏感电阻器提供。因此，温度传感器4a、4b中的每一者的电阻随着其相应温度而变化，且并联连接的所有温度传感器4a、4b的总(组合)电阻取决于具有第一(较高)温度的温度传感器4a的数目和具有第二(较低)温度的温度传感器4b的数目而变化。因此，通过测量并联连接的所有温度传感器4a、4b的总电阻，从而提供收集容器2内收集的液体制冷剂14的量的明确指示符，可以确定具有第一温度的温度传感器4a的数目和具有第二温度的温度传感器4b的数目，如之前分别参考图2和3已经描述。

在图4中所示的实施方案中，可提供于分析单元20内或外的额外串联电阻器5与温度传感器4a、4b的并联布置串联连接，以便按照预定控制测量要求调整总电阻和/或针对不同类型的温度传感器4a、4b进行调整。额外串联电阻器5可以是可调电阻器，以便促进调整。

在示例性实施方案中，具有22°C的温度的温度传感器4a的第一部分可具有例如5767欧姆的电阻，且具有2°C的温度的温度传感器4b的第二部分可具有例如14693欧姆的电阻。此组合导致828欧姆的并联连接的温度传感器4a、4b的总电阻指示50%的填充水平，其中一半温度传感器4a、4b具有较低温度2°C，且一半温度传感器4a、4b具有较高温度22°C。

通过提供500欧姆的额外串联电阻器5可以使828欧姆的所述值移位到例如1328欧姆，以便按照预定控制测量要求调整值。

在图中未图示的替代实施方案中，温度传感器4a、4b可以彼此串联布置，然而这需要在比用于确定收集容器2内液体制冷剂14的水平面15的并联布置的情况更广的范围上准确地确定温度传感器4a、4b的串联组合的总电阻。

图5示出了一个图，其中图4中描绘的测量电路7的总电阻R在y轴上绘制，其随着在x轴上绘制的在收集容器2内收集的液体制冷剂14的水平面L而变。

图5清楚地指示储存在收集容器2内的液体制冷剂14的量可以通过测量图4中示意性图示的测量电路7的电阻来唯一且准确地确定。

在一个实施方案中，温度传感器是等距地布置，从而在容器的整个高度上提供相同的分辨率。在替代实施方案中，温度传感器是以变化的距离布置，从而允许通过在选定区域中提供温度传感器的较密集集中而在所述区域中提供较精细的分辨率。

在一个实施方案中，加热装置提供具有恒定的、优选预定的温度的热，从而允许甚至更准确地确定容器内的液体的填充高度。在一个实施方案中，将温度设定为一个值，所述值允许填充水平面的准确确定但避免了向储存在容器内的制冷剂的不必要的热传递，因为这将导致操作制冷剂回路所消耗的能量的增加，因为将需要额外能量来从制冷剂移除所述额外热。特定来说可以调整加热装置的加热功率，以便使得递送到液体制冷剂的热不会超过测量管内存在的液体制冷剂能够处置的热，而不使其温度增加。

在一个实施方案中，分析单元被配置成考虑定位于容器中无液体的高度位置处的温度传感器被加热到比定位于容器中存在液体的高度位置处的温度传感器更高的温度，以便确定容器内的液体的填充高度。

因为由于液体制冷剂与气相制冷剂相比的较高冷却容量，提供于容器的填充有液体制冷剂的区中的温度传感器比布置于包括气相制冷剂的区中的温度传感器相当更多地被所述液体制冷剂冷却，所以由温度传感器感测到的不同温度允许对储存在容器内的液体高度的准确确定。

在一个实施方案中，温度传感器形成为温度敏感电阻器，从而提供可以现成购买的准确、便宜且可靠的温度传感器。

在一个实施方案中，分析单元包括总电阻测量单元，其被配置成用于测量温度敏感电阻器的总电阻值，因为此总电阻值指示容器中的液体的填充高度。

温度敏感电阻器可以串联连接，从而允许电阻器容易安装作为连续连接的电阻器的链。

替代地，当测量温度敏感电阻器的组合的电阻时，温度敏感电阻器可以彼此并联连接，以便将电阻范围减少到由总电阻测量单元覆盖。

在一个实施方案中，一个串联电阻器与所述彼此并联或串联连接的温度敏感电阻器串联连接，以便匹配电阻器组合的总电阻以用于匹配控制测量要求或者针对不同传感器类型进行调整。可提供于分析单元内或外的所述串联电阻器可为可调电阻器，从而允许调整其电阻以匹配控制测量要求和/或不同的传感器类型。

在一个实施方案中，加热装置包括多个加热元件，特定来说是PTC元件，其提供便宜且可靠的加热装置。

在一个实施方案中，温度传感器可作为加热元件操作，使得相同元件可以作为温度传感器和作为加热元件交替地操作。这允许甚至进一步降低成本，因为仅需要提供单个类型的元件。

在一个实施方案中，加热装置包括自调节加热电缆，所述电缆可以现成购买且提供恒定温度而不需要额外的加热控制手段。

在一个实施方案中，温度传感器邻近于加热装置定位，从而以紧凑的布置提供温度传感器的有效加热。为了甚至进一步减少所需的空间且促进安装，温度传感器和加热装置可以提供为组合的加热/传感器单元。

温度传感器可以夹在加热装置与测量管之间，以便优化从加热装置到温度传感器的热传递。

在一个实施方案中，用于确定液体制冷剂的填充高度的装置提供于制冷剂回路的制冷剂收集容器单元中，所述单元进一步包括制冷剂收集容器，特定来说是CO₂闪蒸气体容纳器，其具有：气态制冷剂收集于的上部气体空间；制冷剂收集于的下部液体空间；容器的上部部分中的入口端口，其将与制冷剂入口管线连接，特定来说用于接纳制冷剂；以及容器的下部部分中的出口端口，其将与制冷剂出口管线连接，特定来说用于将液体制冷剂馈送到膨胀装置和随后的蒸发器。所述多个温度传感器和所述至少一个加热装置可以沿着制冷剂收集容器单元的垂直延伸部分定位。此实施方案提供制冷剂收集容器单元，其允许准确地确定储存于其中的液体制冷剂的量，这可以在低成本下进行生产和操作。

在一个实施方案中，所述装置进一步包括测量管，所述测量管流体连接到制冷剂收集容器以使得测量管内的液体的水平面与容器内的液体的水平面相同。温度传感器和/或加热装置附接到测量管，特定来说附接到测量管的外侧。此配置促进测量装置的安装和维护，因为不需要在收集容器与其隔热物之间安装温度传感器和/或加热装置和/或从收集容器移除隔热物以便接近温度传感器和/或加热装置来进行维护和/或更换。

在一个实施方案中，测量管与制冷剂收集容器并联连接。在此配置中，由于连通管的原理，测量管内的液体的水平面与储存于收集容器内的液体制冷剂的水平面匹配。这允许借助于测量测量管内的液体的水平面来确定储存于收集容器内的液体制冷剂的水平面。在特定实施方案中，测量管的第一(上部)部分从制冷剂收集容器的入口管线分支，且测量管的第二(下部)部分流体连接到制冷剂收集容器的出口管线。

在一个实施方案中，温度传感器附接到制冷剂收集容器的外侧，这避免了对额外测量管的需要。温度传感器特定来说可以夹在加热装置与制冷剂收集容器之间，以便允许从加热装置到温度传感器的有效热传递。

在一个实施方案中，制冷剂收集容器单元是制冷剂回路的一部分，所述制冷剂回路在制冷剂的流动方向上进一步包括：膨胀装置，其流体连接到制冷剂收集容器的出口；蒸发器；压缩器单元；以及冷凝器，其中冷凝器的出口流体连接到制冷剂收集容器的入口。提供制冷剂回路，其中可以容易地以低成本确定其收集容器内收集的制冷剂的量。

在一个实施方案中，所述制冷剂回路被配置成使用包括CO₂的制冷剂。

虽然已经参考示例性实施方案描述了本发明，但本领域的技术人员将了解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以做出各种改变且可用等效物代替本发明的元件。另外，在不脱离本发明的基本范围的情况下可做出修改以使特定情形或材料适合于本发明的教示。因此，希望本发明不限于所公开的特定实施方案，而且本发明将包含属于所附权利要求书的范围内的所有实施方案。

参考标号

1 制冷剂收集容器单元

2 制冷剂收集容器

2a 收集容器的上部部分

2b 收集容器的下部部分

2c 收集容器的外壁

3 用于确定容器中的液体的填充高度的装置

4a、4b 温度传感器

6 加热装置

7 加热元件

8 收集容器的隔热护套或涂层

10 入口管线

11 入口端口

12 出口管线

13 出口端口

14 制冷剂的液体部分

15 制冷剂的液体部分的水平面

16 测量管

16a 测量管的下部部分

16b 测量管的上部部分

16c 测量管的垂直部分

18 测量管的隔热护套或涂层

20 分析单元

21 电阻测量单元

22 压缩器单元

24 冷凝器

26 膨胀装置

28 蒸发器

30 制冷剂回路

32 闪蒸气体分接管线

34 闪蒸气体分接阀