DE4012841A1

DE4012841A1 - Klima- oder kaelteanlage

Info

Publication number: DE4012841A1
Application number: DE4012841A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl Ing Baruschke; Roland Dipl Phys Burk; Karl Dipl Ing Lochmahr
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 1990-04-23
Filing date: 1990-04-23
Publication date: 1991-10-24

Description

Die Erfindung betrifft eine Klima- oder Kälteanlage, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit einem Kältemittelumlauf, bei dem das gasförmige Kältemittel durch einen Kompressor verdichtet, in einem Wärmetauscher verflüssigt, in einem Sammelbehälter aufgenommen wird, wobei im Sammelbehälter oder einer Flüssigkeitsleitung eine Einrichtung für die Kontrolle der Kältemittelfüllmenge Vorgesehen ist.

Es ist bei Kälteanlagen in Kraftfahrzeugen bekannt, zur Kontrolle der Füllmenge des Kältemittels ein Schauglas im Sammelbehälter anzuordnen. Die Füllstandsüberprüfung erfolgt praktisch nur durch Fachpersonal in den Kraftfahrzeugwerkstätten.

Oft wird ein eintretender Kältmittelverlust z. B. aufgrund einer Leckage der Anlage nur zufällig und sehr spät bemerkt. Die Folge davon ist einerseits eine unnötige Belastung der Umwelt durch das an die Atmosphäre abgegebene Kältemittel und andererseits eine unter Umständen wesentliche Verschlechterung des Wirkungsgrades der Kälteanlage durch höhere Anlagenlaufzeiten.

Aus der DE-OS 25 40 032 ist es bekannt, im Sammelbehälter einen Schwimmer anzuordnen mit einem schwimmergesteuerten elektrischen Kontaktgeber, der bei unzulässig abgesunkenem Flüssigkeitsstand im Sammelbehälter einen Signalstromkreis schaltet.

In Vermeidung der geschilderten Nachteile liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Klima- oder Kälteanlage der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein Kältemittelmangel mit geringem Konstruktionsgewicht und geringem Platzbedarf automatisch ermittelt und gemeldet wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß als Einrichtung zur Messung des Anlagen-Befüllungsgrades ein Sensor Vorgesehen ist, der je nachdem, ob er von flüssigem oder gasförmigem Kältemittel umgeben ist, unterschiedliche Signale abgibt.

Die Anordnung des Sensors ist dabei so gewählt, daß er bei normal gefüllter, im Betrieb befindlicher Anlage vorwiegend von flüssigem und bei unterfüllter Anlage vorwiegend von gasförmigem Kältemittel umgeben ist. Ein Signalwechsel kann so ein Warnzeichen auslösen und/oder gegebenenfalls nach einer gewissen Kontrollzeit eine Stillsetzung der Anlage bewirken.

Eine besonders geringe Störanfälligkeit kann dadurch erreicht werden, daß als Sensor ein optischer Sensor dient, der auf den unterschiedlichen Brechungsindex von flüssigem oder gasförmigem Kältemittel anspricht. Konstruktiv besonders einfach kann der optische Sensor eine halbkugelförmige Glas- oder Kunststofflinse aufweisen, an der entweder eine Totalreflexion oder keine Reflexion stattfindet, je nachdem ob der Sensor sich in flüssiger oder gasförmiger Kältemittelumgebung befindet. Zusammen mit einer Auswerteelektronik ist der Sensor in der Lage, den Dampfanteil - Dampfblasenkonzentration - im überwachten Volumenbereich zu bestimmen, der als Maß für den Befüllungsgrad der im Betrieb befindlichen Kälteanlage direkt dient. Während des Stillstands der Anlage ist das Signal des Sensors nicht aussagekräftig, da der Füllstand im Sammelbehälter stark von den Temperaturverhältnissen und auch der Größe der Anlage abhängt.

Bei einer anderen Ausführungsform kann der Sensor einen elektrischen Schwingkreis aufweisen, dessen Frequenz vom Kältemittel der Meßstelle beeinflußt ist, bspw. kann der elektronische Schwingkreis einen Kondensator aufweisen, bei dem das Kältemittel als Dielektrikum die Schwingfrequenz beeinflußt, wobei dann eine Frequenzänderung des Schwingkreises als Signal dient.

Weitere erfindungsgemäße Ausbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen und werden mit ihren Vorteilen anhand der beigefügten Zeichnungen in der nachstehenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die schematische Darstellung einer Klima oder Kälteanlage;

Fig. 2 ein schematisches Schaltbild einer Einrichtung zur Kontrolle der Kältemittelfüllmenge;

Fig. 3 die gemessene Streuung der Ausgangssignale eines Sensors in Abhängigkeit vom Befüllungsgrad.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Klima- oder Kälteanlage weist einen Kältemittelumlauf auf, bei dem das gasförmige Kältemittel durch einen Kompressor 1 verdichtet, in einem Wärmetauscher 2 abgekühlt und dabei kondensiert wird.

Das verflüssigte Kältemittel wird in einem Sammelbehälter 3 gesammelt und, ggf. über einen Regler 4 (z. B. thermostatisches Expansionsventil), einem Verdampfer 5 zugeführt. Dabei kann der Verdampfer 5 als Kältegeber und der Wärmetauscher 2 als Wärmegeber der Klimaanlage dienen. Der Kompressor 1 wird über ein Klimasteuergerät 6 gesteuert.

Oft treten im Kältemittelkreislauf unerwünschte Undichtigkeiten auf und es kann aus dem Kreislauf Kältemittel entweichen. Der Wirkungsgrad der Anlage fällt dann stark ab. Zur Vermeidung dieses Betriebszustands ist an geeigneter Stelle des Sammelbehälters 3 oder der Flüssigkeitsleitung 3a ein Sensor 8 angeordnet.

Der optische Sensor 8 kann konstruktiv besonders einfach, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt, eine halbkugelförmige Glas- oder Kunststofflinse aufweisen, dessen äußere halbkugelförmige Grenzfläche im direkten Kontakt mit dem Kältemittel steht. Auf der inneren planen Grenzfläche befindet sich nebeneinander ein optischer Sender und ein Empfänger. Der optische Sender gibt ein permanentes Signal ab, das nur bei Vorhandensein von flüssigem Kältemittel (hoher Brechungsindex) die transparente Glas- oder Kunststoffhalbkugel verlassen kann. Liegt an der äußeren halbkugelförmigen Grenzfläche dagegen gasförmiges Kältemittel (geringer Brechungsindex) vor, tritt Totelreflexion auf, wodurch das vom optischen Sender abgegebene Signal vom optischen Empfänger aufgenommen werden kann. Das Signal des Empfängers wird durch eine elektronische Komparatorschaltung 9 zunächst in ein digitales Signal umgeformt. Mit Hilfe eines elektronischen Tiefpasses wird dieses auf jede Dampfblase reagierende und unter Umständen stark fluktuierende Signal in ein analoges Ausgangssignal umgewandelt.

Das Ausgangssignal ist in Fig. 3 in Abhängigkeit vom Befüllungsgrad dargestellt. Durch Blasenbildung ergibt sich, je nach Betriebszustand, eine gewisse Streuung (Streubereich 11) der Meßwerte, so daß im Betrieb der Sprung des Ausgangssignals zwischen einem Befüllungsgrad von etwa 0,9 und 1,0 erfolgt, wobei auch noch zur Streuung der Ergebnisse die Fahrzeugbewegung und die Umgebungstemperatur beitragen (Fig. 3). Das von der Komparatorschaltung 9 produzierte Ausgangssignal kann über das Klimasteuergerät 6 oder direkt einer Störanzeige 10 zugeleitet werden, die ein optisches und/oder akustisches Signal abgibt. Das Klimasteuergerät 6 kann bei zu geringer Füllung der Anlage nach einer gewissen Kontrollzeit eine Stillsetzung der Anlage bewirken.

Bei einer anderen Ausführungsform kann der Sensor 8 Teil eines elektrischen Schwingkreises 9 oder einer Komparatorschaltung 9 sein, der bei einer Änderung der Frequenz des elektrischen Schwingkreises auf das Klimasteuergerät 6 wirkt und über eine Störanzeige 10 ein optisches und/oder akustisches Signal abgibt.

Claims

1. Klima- oder Kälteanlage, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Kältemittelumlauf, bei dem das gasförmige Kältemittel durch einen Kompressor (1) verdichtet, in einem Wärmetauscher (2) verflüssigt, in einem Sammelbehälter (3) aufgenommen wird und im Sammelbehälter (3) oder einer Flüssigkeitsleitung (3a) eine Einrichtung für die Kontrolle der Kältemittelfüllmenge (7) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese Einrichtung einen Sensor (8) aufweist, der je nachdem, ob er von flüssigem oder gasförmigem Kältemittel umgeben ist, unterschiedliche Signale abgibt.

2. Klima- oder Kälteanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (8) ein optischer Sensor ist, der auf den unterschiedlichen Brechungsindex von flüssigem und gasförmigem Kältemittel anspricht.

3. Klima- oder Kälteanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Sensor (8) eine halbkugelförmige Glas- oder Kunststofflinse aufweist, an der entweder eine Totalreflexion oder keine Reflexion stattfindet, je nachdem, ob an der Linse gasförmiges oder flüssiges Kältemittel vorliegt, und daß abhängig von der Reflexion ein Signal abgegeben wird.

4. Klima- oder Kälteanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Sensor (8) mit einer Auswertelektronik zusammenwirkt, über die der Dampfanteil des Kältemittels im überwachten Volumenbereich bestimmbar ist.

5. Klima- oder Kälteanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Sensor an einem Ort des Sammelbehälters 3 oder der Flüssigkeitsleitung 3a angeorndet ist, an dem das Auftreten von Dampfanteilen im Kältemittel auf eine zu geringe Kältemittelfüllmenge hindeutet.

6. Klima- oder Kälteanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (8) einen elektrischen Schwingkreis aufweist, dessen Frequenz vom Kältemittel der Meßstelle beeinflußt ist.

7. Klima- oder Kälteanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Schwingkreis einen Kondensator aufweist, bei dem das Kältemittel als Dielektrikum die Schwingfrequenz beeinflußt und daß eine Frequenzänderung oder Verstimmung als Signal dient.