具有填充程度监测的制冷系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种方法，用于监测制冷系统的制冷剂回路的制冷剂充注量，以通过制冷剂填充这样的制冷系统，并涉及一种特别是用于车辆的装置，用于监测制冷系统的制冷剂充注量。
【背景技术】
[0002]压缩制冷系统或空调系统作为空调系统例如用于空调车辆，例如汽车或公共汽车，以降低车辆内部的温度。上述类型的压缩制冷系统包括具有冷凝器单元的制冷剂输送系统，该冷凝器单元包括至少一个冷凝器或至少一个气体冷却器，另外还有膨胀装置、蒸发器单元和压缩机，它们通过制冷剂输送线连接在一起。制冷剂在该闭合回路中循环。
[0003]根据环境相容性，二氧化碳(CO2)用作制冷剂，作为用于压缩制冷系统的替代介质。与其它制冷剂相比，天然存在的物质二氧化碳具有非常低的气候破坏性全球变暖潜势。CO2的缺点之一是它的非常低的只有31°C的临界温度，由于这个原因，热释放必须在临界压力之上进行且不会冷凝/液化。0)2的临界压力约为74巴。在以CO2为制冷剂的已知压缩制冷系统中，相对于系统体积的系统充注，也称为填充程度，为临界密度的50 %?100 %。高压部分不发生冷凝，因为高压高于临界压力。
[0004]当这样的压缩制冷系统在运行时，相对较高的运行压力在压缩机的下游占优势，而相对较低的压力在压缩机的上游占优势。当系统处于静止状态时出现压力均衡，并且仍然比较高的静止压力在压缩制冷系统的回路中建立。压缩机必须针对此相对较高的静止压力进行设计并提供适当的保护。在40°C的系统温度和约为制冷剂二氧化碳的临界密度50%的填充程度下，系统压力约为75巴，并且在制冷剂的临界密度的区域的填充程度处其约为89巴。在60°C的系统温度和约为制冷剂二氧化碳的临界密度50%的填充程度下，系统压力约为89巴，并且在制冷剂的临界密度100%的填充程度处其约为124巴。
[0005]可靠地确定制冷剂回路的填充程度，即在制冷剂回路中存在的制冷剂的量，是必需的，特别是为了识别制冷剂不足。限定用于特定的空调系统或制冷系统的制冷剂充注量必须保持在非常严格的公差内，因为在系统中的任何过量或不足可导致制冷性能降低，或甚至损坏系统。特别是如果有不足，可能出现不稳定的情况，这在某些情况下可能甚至导致回路的暂时故障。压缩制冷系统的填充程度一般是在空闲状态分析的过程中确定的，制冷剂的压力由压力传感器测量，并与制冷剂的温度有关。
[0006]在使用二氧化碳作为制冷剂的已知压缩制冷系统的进一步发展中，其中二氧化碳是一种非可燃、燃烧惰性、无毒、并且在标准条件下为无害的气体状态物质的介质，来自压缩制冷系统的二氧化碳可在适当的车辆灭火系统中作为灭火介质。制冷剂CO2因此已被证明是用于熄灭可发生或由交通事故引起的任何火源的适用灭火剂。灭火介质0)2比以类似的方式使用的冷却水具有优势。
[0007]US5481884公开了用于在静止状态下还有空调和热栗系统的运行过程中制冷剂充注量监测的方法。在持续运行的系统运行期间，制冷剂的温度和压力在压缩机的吸入侧上测量。在测得的压力下，建立相关联的饱和温度并将其作为基准温度，用它与测得的制冷剂温度进行比较。如果测得的温度高于基准温度，则假定为不足。
[0008]DE10061545A1公开了在静止状态下和/或运行过程中具有压缩机和制冷剂的空调或热栗系统的制冷剂回路中的制冷剂充注量监测的方法，所述制冷剂根据操作点在超临界的范围内操作。在运行充注量监测的过程中，检测到制冷剂过热，即在系统蒸发器处温度上升，并将检测到的过热与限制值相比较。如果过热超过指定的最大值，则假设为不足并生成相应的报警指示。
[0009]而来自US5481884和DE10061545A1的已知方法可确实在原则上适用于任何制冷剂，因此也适用于CO2，但是所述方法仅识别在压缩机入口，即在低压侧上的错误制冷剂状态。然而，错误状态也会例如由于有缺陷的膨胀部件或制冷剂回路的阻塞而出现。两种可能的故障都对压缩机构成严重的风险。
[0010]DE4411281B4公开了机动车空调系统，其使用CO2作为循环介质，其中空调系统的循环介质CO2有意作为火灾发生时的灭火剂。在空调系统中，循环介质在压力线路中循环，其中具有设置在其上的由控制单元控制的电磁阀并在灭火喷嘴终止的灭火线路，从所述压力线路分支。提供给灭火装置的0)2通常含有在循环介质中使用的润滑剂，用于润滑运动部件。
[0011]发明简述
[0012]本发明提出了用于监测制冷系统的制冷剂回路的制冷剂充注量并通过制冷剂填充这样的制冷系统的方法，以及用于监测制冷系统的制冷剂充注量的装置，其中制冷剂可作为灭火介质使用。特别的，本发明能够在制冷系统的持续运行过程中进行可靠的监测。提出该监测在制冷剂回路中的制冷剂充注量的方法是用于压缩制冷系统形式的制冷系统。
[0013]被监测的压缩制冷系统用于调节车辆内的空气温度，包括具有冷凝器单元的制冷剂输送系统，该冷凝器单元包括至少一个冷凝器或至少一个气体冷却器，膨胀装置、蒸发器单元和压缩机，它们通过制冷剂输送线路连接在一起。单独的膨胀箱可通过阀门连接到制冷剂回路，其中该膨胀箱特别在膨胀装置下游设置在低压侧上。例如，需要用于检测温度和压力的温度传感器来监测回路中的状态。制冷剂在该闭合回路中循环。这样的系统采用跨临界系统的形式，即它是跨临界设计，其中二氧化碳作为制冷剂。
[0014]在制冷剂回路中存在的制冷剂充注量变化时，不同参数值在制冷剂回路的不同位置变化，其中这些参数是充注敏感的测量变量。在跨临界压缩制冷系统中，制冷剂充注量的变化与制冷剂回路中指定位置的压力变化有关，这样压力可被认为是充注敏感参数。制冷剂回路中指定位置的制冷剂温度的变化也与制冷剂充注量的变化有关。在冷凝器单元出口的制冷剂过冷的变化也可被认为是充注灵敏参数。在制冷系统中设置适当放置的压力传感器以用于检测压力并且设置适当放置的温度传感器以用于检测温度。根据本发明提出的解决方案，温度传感器可设置在制冷系统内，位于冷凝器或气体冷却器的出口以及膨胀部件的入口之间。
[0015]如果明确地识别到不足，则在高压侧上确定填充程度的状态是有利的。对于这两种状态(即在高压侧和低压侧上)加以考虑是特别有利的，特别是结合DE10061545A1中描述的方法。
[0016]各个充注敏感参数的值使得评价存在于制冷剂回路中的制冷剂充注量成为可能。如果要实现良好的制冷性能，也可以填充程度的形式表示的制冷剂充注量应该在严格的限度内变化。制冷剂填充程度定义为制冷剂充注量与总的系统体积的商。
[0017]压缩机关闭时继续进行充注量监测。均衡的系统压力则追随蒸发压力，提供仍然是液体没有蒸发的制冷剂。参考温度是系统中的最低温度。
[0018]P (T) =Pcrit.((T/Tcrit+a).b)c+d
[0019]代入对应于那些用于制冷剂0)2的值产生了以下:
[0020]p(T) = 73.834.(((T+273.15)/304.21 - 0.350042).1.54159)4 31458 - 0.810014.
[0021]T应该在这里以。C为单位代入，而P以巴纟_为单位得到。
[0022]一旦蒸发完毕，随着温度的升高，压力追随对应于填充程度的等容线。为此，适当的值必须代入该热状态方程中。此压力比相同温度下的蒸发压力低。简单的热状态方程例如是 van der Waals 方程和 Redlich-Kwong 方程。
[0023]van der Waals 方程是:
[0024]P (T) = R*T/ (v-b) - a/v2
[0025]其中a = 27/64*(R*Tcrit)2/pcrit，b = R*Tcrit/(8*pcrit)
[0026]如果代入(:02和260kg/m 3的填充程度的值，所得如下:
[0027]P (T) = 189氺T/((1/260)-0.0009732) - 188.81/(1/260)2
[0028]其中P以为Pa为单位、T以K为单位，
[0029]或
[0030]p(T) = ((T+273.15) *65773 - 12763586)/100000
[0031]其中P以巴绝对为单位，并且T以。C为单位。
[0032]Redlich-Kwong 方程是:
[0033]P (T) = R*T/ (v~b) - a (T) / (v2+bv)
[0034]其中a = 0.42748*(T/Tcrit) 0.5*(R*Tcrit