具有填充程度監(jiān)測(cè)的制冷系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種方法，用于監(jiān)測(cè)制冷系統(tǒng)的制冷劑回路的制冷劑充注量，以通過(guò)制冷劑填充這樣的制冷系統(tǒng)，并涉及一種特別是用于車輛的裝置，用于監(jiān)測(cè)制冷系統(tǒng)的制冷劑充注量。
【背景技術(shù)】
[0002]壓縮制冷系統(tǒng)或空調(diào)系統(tǒng)作為空調(diào)系統(tǒng)例如用于空調(diào)車輛，例如汽車或公共汽車，以降低車輛內(nèi)部的溫度。上述類型的壓縮制冷系統(tǒng)包括具有冷凝器單元的制冷劑輸送系統(tǒng)，該冷凝器單元包括至少一個(gè)冷凝器或至少一個(gè)氣體冷卻器，另外還有膨脹裝置、蒸發(fā)器單元和壓縮機(jī)，它們通過(guò)制冷劑輸送線連接在一起。制冷劑在該閉合回路中循環(huán)。
[0003]根據(jù)環(huán)境相容性，二氧化碳(CO2)用作制冷劑，作為用于壓縮制冷系統(tǒng)的替代介質(zhì)。與其它制冷劑相比，天然存在的物質(zhì)二氧化碳具有非常低的氣候破壞性全球變暖潛勢(shì)。CO2的缺點(diǎn)之一是它的非常低的只有31°C的臨界溫度，由于這個(gè)原因，熱釋放必須在臨界壓力之上進(jìn)行且不會(huì)冷凝/液化。0)2的臨界壓力約為74巴。在以CO2為制冷劑的已知壓縮制冷系統(tǒng)中，相對(duì)于系統(tǒng)體積的系統(tǒng)充注，也稱為填充程度，為臨界密度的50 %?100 %。高壓部分不發(fā)生冷凝，因?yàn)楦邏焊哂谂R界壓力。
[0004]當(dāng)這樣的壓縮制冷系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，相對(duì)較高的運(yùn)行壓力在壓縮機(jī)的下游占優(yōu)勢(shì)，而相對(duì)較低的壓力在壓縮機(jī)的上游占優(yōu)勢(shì)。當(dāng)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)出現(xiàn)壓力均衡，并且仍然比較高的靜止壓力在壓縮制冷系統(tǒng)的回路中建立。壓縮機(jī)必須針對(duì)此相對(duì)較高的靜止壓力進(jìn)行設(shè)計(jì)并提供適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)。在40°C的系統(tǒng)溫度和約為制冷劑二氧化碳的臨界密度50%的填充程度下，系統(tǒng)壓力約為75巴，并且在制冷劑的臨界密度的區(qū)域的填充程度處其約為89巴。在60°C的系統(tǒng)溫度和約為制冷劑二氧化碳的臨界密度50%的填充程度下，系統(tǒng)壓力約為89巴，并且在制冷劑的臨界密度100%的填充程度處其約為124巴。
[0005]可靠地確定制冷劑回路的填充程度，即在制冷劑回路中存在的制冷劑的量，是必需的，特別是為了識(shí)別制冷劑不足。限定用于特定的空調(diào)系統(tǒng)或制冷系統(tǒng)的制冷劑充注量必須保持在非常嚴(yán)格的公差內(nèi)，因?yàn)樵谙到y(tǒng)中的任何過(guò)量或不足可導(dǎo)致制冷性能降低，或甚至損壞系統(tǒng)。特別是如果有不足，可能出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，這在某些情況下可能甚至導(dǎo)致回路的暫時(shí)故障。壓縮制冷系統(tǒng)的填充程度一般是在空閑狀態(tài)分析的過(guò)程中確定的，制冷劑的壓力由壓力傳感器測(cè)量，并與制冷劑的溫度有關(guān)。
[0006]在使用二氧化碳作為制冷劑的已知壓縮制冷系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展中，其中二氧化碳是一種非可燃、燃燒惰性、無(wú)毒、并且在標(biāo)準(zhǔn)條件下為無(wú)害的氣體狀態(tài)物質(zhì)的介質(zhì)，來(lái)自壓縮制冷系統(tǒng)的二氧化碳可在適當(dāng)?shù)能囕v滅火系統(tǒng)中作為滅火介質(zhì)。制冷劑CO2因此已被證明是用于熄滅可發(fā)生或由交通事故引起的任何火源的適用滅火劑。滅火介質(zhì)0)2比以類似的方式使用的冷卻水具有優(yōu)勢(shì)。
[0007]US5481884公開(kāi)了用于在靜止?fàn)顟B(tài)下還有空調(diào)和熱栗系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中制冷劑充注量監(jiān)測(cè)的方法。在持續(xù)運(yùn)行的系統(tǒng)運(yùn)行期間，制冷劑的溫度和壓力在壓縮機(jī)的吸入側(cè)上測(cè)量。在測(cè)得的壓力下，建立相關(guān)聯(lián)的飽和溫度并將其作為基準(zhǔn)溫度，用它與測(cè)得的制冷劑溫度進(jìn)行比較。如果測(cè)得的溫度高于基準(zhǔn)溫度，則假定為不足。
[0008]DE10061545A1公開(kāi)了在靜止?fàn)顟B(tài)下和/或運(yùn)行過(guò)程中具有壓縮機(jī)和制冷劑的空調(diào)或熱栗系統(tǒng)的制冷劑回路中的制冷劑充注量監(jiān)測(cè)的方法，所述制冷劑根據(jù)操作點(diǎn)在超臨界的范圍內(nèi)操作。在運(yùn)行充注量監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，檢測(cè)到制冷劑過(guò)熱，即在系統(tǒng)蒸發(fā)器處溫度上升，并將檢測(cè)到的過(guò)熱與限制值相比較。如果過(guò)熱超過(guò)指定的最大值，則假設(shè)為不足并生成相應(yīng)的報(bào)警指示。
[0009]而來(lái)自US5481884和DE10061545A1的已知方法可確實(shí)在原則上適用于任何制冷劑，因此也適用于CO2，但是所述方法僅識(shí)別在壓縮機(jī)入口，即在低壓側(cè)上的錯(cuò)誤制冷劑狀態(tài)。然而，錯(cuò)誤狀態(tài)也會(huì)例如由于有缺陷的膨脹部件或制冷劑回路的阻塞而出現(xiàn)。兩種可能的故障都對(duì)壓縮機(jī)構(gòu)成嚴(yán)重的風(fēng)險(xiǎn)。
[0010]DE4411281B4公開(kāi)了機(jī)動(dòng)車空調(diào)系統(tǒng)，其使用CO2作為循環(huán)介質(zhì)，其中空調(diào)系統(tǒng)的循環(huán)介質(zhì)CO2有意作為火災(zāi)發(fā)生時(shí)的滅火劑。在空調(diào)系統(tǒng)中，循環(huán)介質(zhì)在壓力線路中循環(huán)，其中具有設(shè)置在其上的由控制單元控制的電磁閥并在滅火噴嘴終止的滅火線路，從所述壓力線路分支。提供給滅火裝置的0)2通常含有在循環(huán)介質(zhì)中使用的潤(rùn)滑劑，用于潤(rùn)滑運(yùn)動(dòng)部件。
[0011]發(fā)明簡(jiǎn)述
[0012]本發(fā)明提出了用于監(jiān)測(cè)制冷系統(tǒng)的制冷劑回路的制冷劑充注量并通過(guò)制冷劑填充這樣的制冷系統(tǒng)的方法，以及用于監(jiān)測(cè)制冷系統(tǒng)的制冷劑充注量的裝置，其中制冷劑可作為滅火介質(zhì)使用。特別的，本發(fā)明能夠在制冷系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行可靠的監(jiān)測(cè)。提出該監(jiān)測(cè)在制冷劑回路中的制冷劑充注量的方法是用于壓縮制冷系統(tǒng)形式的制冷系統(tǒng)。
[0013]被監(jiān)測(cè)的壓縮制冷系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)車輛內(nèi)的空氣溫度，包括具有冷凝器單元的制冷劑輸送系統(tǒng)，該冷凝器單元包括至少一個(gè)冷凝器或至少一個(gè)氣體冷卻器，膨脹裝置、蒸發(fā)器單元和壓縮機(jī)，它們通過(guò)制冷劑輸送線路連接在一起。單獨(dú)的膨脹箱可通過(guò)閥門(mén)連接到制冷劑回路，其中該膨脹箱特別在膨脹裝置下游設(shè)置在低壓側(cè)上。例如，需要用于檢測(cè)溫度和壓力的溫度傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)回路中的狀態(tài)。制冷劑在該閉合回路中循環(huán)。這樣的系統(tǒng)采用跨臨界系統(tǒng)的形式，即它是跨臨界設(shè)計(jì)，其中二氧化碳作為制冷劑。
[0014]在制冷劑回路中存在的制冷劑充注量變化時(shí)，不同參數(shù)值在制冷劑回路的不同位置變化，其中這些參數(shù)是充注敏感的測(cè)量變量。在跨臨界壓縮制冷系統(tǒng)中，制冷劑充注量的變化與制冷劑回路中指定位置的壓力變化有關(guān)，這樣壓力可被認(rèn)為是充注敏感參數(shù)。制冷劑回路中指定位置的制冷劑溫度的變化也與制冷劑充注量的變化有關(guān)。在冷凝器單元出口的制冷劑過(guò)冷的變化也可被認(rèn)為是充注靈敏參數(shù)。在制冷系統(tǒng)中設(shè)置適當(dāng)放置的壓力傳感器以用于檢測(cè)壓力并且設(shè)置適當(dāng)放置的溫度傳感器以用于檢測(cè)溫度。根據(jù)本發(fā)明提出的解決方案，溫度傳感器可設(shè)置在制冷系統(tǒng)內(nèi)，位于冷凝器或氣體冷卻器的出口以及膨脹部件的入口之間。
[0015]如果明確地識(shí)別到不足，則在高壓側(cè)上確定填充程度的狀態(tài)是有利的。對(duì)于這兩種狀態(tài)(即在高壓側(cè)和低壓側(cè)上)加以考慮是特別有利的，特別是結(jié)合DE10061545A1中描述的方法。
[0016]各個(gè)充注敏感參數(shù)的值使得評(píng)價(jià)存在于制冷劑回路中的制冷劑充注量成為可能。如果要實(shí)現(xiàn)良好的制冷性能，也可以填充程度的形式表示的制冷劑充注量應(yīng)該在嚴(yán)格的限度內(nèi)變化。制冷劑填充程度定義為制冷劑充注量與總的系統(tǒng)體積的商。
[0017]壓縮機(jī)關(guān)閉時(shí)繼續(xù)進(jìn)行充注量監(jiān)測(cè)。均衡的系統(tǒng)壓力則追隨蒸發(fā)壓力，提供仍然是液體沒(méi)有蒸發(fā)的制冷劑。參考溫度是系統(tǒng)中的最低溫度。
[0018]P (T) =Pcrit.((T/Tcrit+a).b)c+d
[0019]代入對(duì)應(yīng)于那些用于制冷劑0)2的值產(chǎn)生了以下:
[0020]p(T) = 73.834.(((T+273.15)/304.21 - 0.350042).1.54159)4 31458 - 0.810014.
[0021]T應(yīng)該在這里以。C為單位代入，而P以巴纟_為單位得到。
[0022]一旦蒸發(fā)完畢，隨著溫度的升高，壓力追隨對(duì)應(yīng)于填充程度的等容線。為此，適當(dāng)?shù)闹当仨毚朐摕釥顟B(tài)方程中。此壓力比相同溫度下的蒸發(fā)壓力低。簡(jiǎn)單的熱狀態(tài)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以為Pa為單位、T以K為單位，
[0029]或
[0030]p(T) = ((T+273.15) *65773 - 12763586)/100000
[0031]其中P以巴絕對(duì)為單位，并且T以。C為單位。
[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