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Die Erfindung betrifft einen Niederdruck-Sammler für einen Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage eines Fahrzeugs, eine Klimaanlage für ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Bestimmen des Kältemittelfüllstands in einer Klimaanlage.
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Aus der
DE 10 2015 010 552 B3 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage für ein Fahrzeug bekannt. Bei dieser Kälteanlage kommt ein überkritisch arbeitendes Kältemittel zum Einsatz, wobei durch Druck- und Temperaturmessungen im Betrieb der Kälteanlage eine Unterfüllung der Kälteanlage festgestellt wird.
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Die
DE 10 2012 221 153 A1 zeigt ein Verfahren zur Überwachung eines Systems zur Energierückgewinnung aus einem Abwärmestrom einer Brennkraftmaschine. Hierbei wird ein Ruhedruck des Systems gemessen und mittels einer Temperaturregelung geregelt, wobei während der Temperaturregelung Druck- und Temperaturgradienten gemessen werden und daraus mögliche Leckagen bestimmt werden.
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Die
DE 102 52 063 A1 zeigt einen Niederdruck-Sammler mit einem Heizelement, wobei an dem Heizelement ein Temperatursensor zum bestmimen der Temperatur des Heizelements angebracht ist.
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Die
JP H02-298 770 A zeigt eine Kälteanlage für ein Gebäude mit zwei Niederdruck-Sammlern, wobei an einem der Niederdruck-Sammler ein Heizelement vorgesehen ist.
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Derzeit wird in Kälteanlagen mit einem nicht beheizten Niederdruck-Sammler ein gemessener Ruhedruck im Kältemittelkreislauf mit dem Ruhedruck als Funktion der Umgebungstemperatur verglichen. Durch diesen Vergleich können nur deutliche Unterfüllungen der Kälteanlage, insbesondere Leckagen im Kältemittelkreislauf ermittelt werden und das ausschließlich im Anschluss an eine längere Temperier-/ Konditionierphase des Fahrzeuges und damit der Kälteanlage. Dies kann dadurch begründet werden, dass nach einem Abschalten der Kälteanlage aufgrund kalter Kältemitteleilagerung im Niederdruck-Sammler, aber auch durch kaltes, luftseitig kondensiertes Wasser (Kondensat) im Netz des Verdampfers, ein deutlich niedrigeres Ruhedruckniveau im Kältemittelkreislauf gemessen wird verglichen mit einem Ruhedruckniveau in Funktion der anliegenden Umgebungstemperatur.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, eine Kälteanlage mit einem Niederdruck-Sammler und ein Verfahren bereitzustellen, die eine kurzfristige und damit verbesserte Bestimmung des Kältemittelfüllstands im Ruhestand der Kälteanlage ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Niederdruck-Sammler mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Kälteanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 4. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Ein solcher Niederdruck-Sammler für einen Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage eines Fahrzeugs, umfasst ein Gehäuse, das in einem oberen Abschnitt einen Einlassanschluss und einen Auslassanschluss für ein Kältemittel aufweist, und ein elektrisches Heizelement zum Erwärmen von Kältemittel, wobei an dem Niederdruck-Sammler in einem unteren Abschnitt des Gehäuses ein Temperatursensor vorgesehen ist, wobei sich der untere Abschnitt bezogen auf eine Gesamthöhe des Gehäuses von einem tiefsten Punkt des Gehäuses bis zu einer gedachten oberen Begrenzungslinie auf 50% der Gesamthöhe erstreckt.
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Das Anordnen eines Temperatursensors in einem unteren Abschnitt des Niederdruck-Sammlers ermöglicht eine lokale Temperaturerfassung in einem Bereich des Kältemittelkreislaufs, in dem sich nach Abschalten der Kälteanlage eine sehr geringe Temperatur einstellt, die maßgeblich einen aktuellen Ruhedruck im Kältemittelkreislauf beeinflusst.
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Der Temperatursensor ist erfindungsgemäß im Inneren des Gehäuses angeordnet und steht direkt mit dem Kältemittel in Kontakt. Hierdurch kann unmittelbar die Kältemitteltemperatur bestimmt werden. Durch Anordnen des Temperatursensors in dem unteren Abschnitt des Gehäuses wird gewährleistet, dass die Temperatur insbesondere der flüssigen Phase des Kältemittels bestimmt wird, die sich in einem unteren Bereich des Niederdruck-Sammlers einstellt und vorzufinden ist.
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Alternativ, aber nicht erfindungsgemäß, kann der Temperatursensor mit dem Gehäuse verbunden, insbesondere an dessen Außenseite anliegen oder in eine Gehäusewandung integriert sein. Hierdurch steht der Temperatursensor indirekt mit dem Kältemittel in Kontakt. Dies ermöglicht die Bestimmung einer Temperatur, die sich in Abhängigkeit von der aktuellen Kältemitteltemperatur einstellt. Insbesondere kann aufgrund einer am Gehäuse gemessenen Temperatur ein Rückschluss auf die Kältemitteltemperatur gezogen werden unter Berücksichtigung von Materialeigenschaften und Dimensionen des Gehäuses des Niederdruck-Sammlers.
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Die gedachte obere Begrenzungslinie kann sich auf 35% oder weniger der Gesamthöhe des Gehäuses befinden. Entsprechend ist der Temperatursensor in einem unteren Drittel des Gehäuses angeordnet. Hierdurch wird vermieden, dass der Temperatursensor versehentlich in einem Bereich liegt, in dem das Kältemittel innerhalb des Gehäuses bereits wieder in der gasförmigen Phase ist, was eine Temperaturmessung insbesondere am Gehäuse verschlechtern würde aufgrund einer schlechten Wärmeleitung zwischen gasförmigem Kältemittel und dem Gehäuse. Ferner kann durch eine Anordnung des Temperatursensors im unteren Drittel des Gehäuses ein ausreichender Abstand zu dem Heizelement eingehalten werden, so dass die vom Temperatursensor gemessene Temperatur nicht oder nur unwesentlich von der Abwärme des Heizelements beeinflusst wird.
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Erfindungsgemäß beginnt der untere Abschnitt auch mit einem Abstand zum tiefsten Punkt auf einer gedachten unteren Begrenzungslinie beginnen und sich bis zur oberen Begrenzungslinie erstrecken, wobei der Abstand zum tiefsten Punkt 0,5 bis 15% der Gesamthöhe betragen kann. Hierdurch kann vermieden werden, dass die Temperaturmessung in einem Bereich erfolgt, in dem sich in dem Niederdruck-Sammler unterhalb der flüssigen Phase des Kältemittels Öl auf einem Boden des Gehäuses sammeln kann.
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Das Vorsehen eines Temperatursensors an dem unteren Abschnitt des Gehäuses des Niederdruck-Sammlers bildet die Grundlage dafür, dass der Niederdruck-Sammler und das darin gespeicherte Kältemittel mittels des elektrischen Heizelements auf eine gewünschte Temperatur aufgeheizt werden können, um den Ruhedruck im Kältemittelkreislauf zu erhöhen. Insbesondere kann der Niederdruck-Sammler bzw. das darin enthaltene Kältemittel auf eine Temperatur erwärmt werden, die etwa der Umgebungstemperatur entspricht.
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Die oben erwähnte Aufgabe wird auch gelöst durch eine Kälteanlage für ein Fahrzeug mit einem Kältemittelkreislauf, umfassend
- - einen Kältemittelverdichter,
- - einen Kältemittelkondensator oder Gaskühler,
- - wenigstens einen Verdampfer mit einem zugeordneten Expansionsorgan,
- - einen Niederdruck-Sammler mit wenigstens einem der oben beschriebenen Merkmale, der stromabwärts dem Verdampfer nachgeschaltet ist, und
- - eine Steuereinheit, die mit dem mindestens einen Temperatursensor des Niederdruck-Sammlers in Verbindung steht.
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Mittels der Steuereinheit, die mit dem Temperatursensor verbunden ist, kann der Vergleich zwischen der durch den Temperatursensor erfassten Temperatur am Niederdruck-Sammler und der Umgebungstemperatur berechnet werden. Die Steuereinheit ist nicht nur mit dem Temperatursensor am Niederdruck-Sammler verbunden. Vielmehr kann sie auch mit dem Heizelement und weiteren Komponenten der Kälteanlage verbunden sein. Im vorliegenden Fall kann die Steuereinheit auch mit einem Umgebungstemperatursensor verbunden sein, der Messwerte über die Umgebungstemperatur liefert.
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Die Steuereinheit ist ferner auch in der Lage, ein Abschalten der Kältemittelanlage festzustellen und anschließend ein Heizen des Niederdruck-Sammlers zu veranlassen. Die Steuereinheit kann im Übrigen auch Teil einer übergeordneten Fahrzeugsteuereinheit sein.
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Darüber hinaus erweist es sich als vorteilhaft einen Temperaturwert der Umgebung des fahrenden Fahrzeuges als einen Vergleichswert mit der Niederdruck-Sammler-Temperatur heranzuziehen, um etwaige Verfälschungen des Umgebungstemperaturwerts aufgrund von Rezirkulationseffekten bei Fahrzeugen mit verzögerter Fahrt oder im Stand zu unterbinden. In der Regel können für Temperaturerfassungen in diesen Fällen bereits gefilterte Werte seitens der Steuereinheit herangezogen werden.
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Die oben erwähnte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Bestimmen des Kältemittelfüllstands in einem Kältemittelkreislauf einer oben beschriebenen Kälteanlage, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
- a) Abschalten des Kältemittelverdichters, so dass die Kälteanlage in einem Ruhezustand ist;
- b) Messen einer Sammler-Temperatur am Niederdruck-Sammler;
- c) Vergleichen der Sammler-Temperatur mit einer gemessenen Umgebungstem peratur;
- d) Erwärmen des Niederdruck-Sammlers, wenn die Sammler-Temperatur kleiner ist als die Umgebungstemperatur, solange bis die Sammler-Temperatur im Wesentlichen der Umgebungstemperatur entspricht;
- e) vor oder zusammen mit einem erneuten Einschalten des Kältemittelverdichters Erfassen von wenigstens einem System-Temperaturwert und wenigstens einem System-Druckwert in dem Kältemittelkreislauf;
- f) Ermitteln der spezifischen Füllmenge und damit der resultierenden Dichte des Kältemittels unter Verwendung der erfassten System-Temperatur, des erfassten Systemdrucks und von wenigstens einem Stoffparameter des Kältem ittels.
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Es darf dabei nicht außer Acht gelassen werden, dass unter Umständen im Verdampfernetz auskondensiertes Wasser einen weiteren Ruhedruckabsenkung bewirken kann. Hier ist darüber hinaus eine Trocknung des Verdampfers als sinnvolle weitere Maßnahme umzusetzen.
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Durch das Verfahren kann in einem Ruhezustand der Kälteanlage, also beispielsweise nach dem Beenden einer Fahrt mit einem Fahrzeug, in dem eine solche Kälteanlage eingebaut ist, der Ruhedruck im Kältemittelkreislauf erhöht werden durch Erhöhen der Sammler-Temperatur, insbesondere der Kältemitteltemperatur selbst, auf das Niveau der Umgebungstemperatur. Hat die Sammler-Temperatur die Umgebungstemperatur im Wesentlichen erreicht, wobei eine Abweichung von beispielsweise +/- 2°C. noch akzeptierbar ist, kann davon ausgegangen werden, dass in dem Kältemittelkreislauf ein erhöhter Ruhedruck herrscht, so dass die Füllmenge anhand des erfassten System-Druckwerts zuverlässig bestimmt werden kann.
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Das Verfahren ermöglicht insbesondere auch eine zuverlässige Bestimmung der Befüllung der Kälteanlage mit Kältemittel während eines kurzen abgeschalteten Zustands der Kälteanlage, beispielsweise, wenn ein Fahrzeug, das eine solche Kälteanlage enthält, während mehreren Minuten geparkt wird. Das Verfahren ermöglicht alternativ oder zusätzlich zu den bekannten Verfahren der Füllstandmessung im Betrieb der Kälteanlage, eine Bestimmung der Füllmenge, wenn die Kälteanlage ausgeschaltet wird, ohne dass dabei das Risiko besteht, dass eine grob fehlerhafte Füllmenge bestimmt wird.
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Bei dem Verfahren können die Schritte e) und f) zeitlich unmittelbar im Anschluss an den Schritt c) ausgeführt werden oder mit einem zeitlichen Abstand von mehreren Minuten bis mehreren Stunden zu Schritt c) ausgeführt werden.
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Ferner kann das Verfahren die Schritte umfassen:
- g) Trocknen des Verdampfers des Kältemittelkreislaufes mittels eines Luftstroms der durch Nachlaufen eines dem Verdampfer zugeordneten Gebläses erzeugt wird, sowie Austreiben oder/und Erwärmen von kondensiertem Wasser;
- h) Erfassen einer Luftstromtemperatur nach dem Verdampfer und Bestimmen eines Trocknungsgrades des Verdampfers.
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Durch diese Schritte kann der Ruhedruck im gesamten Kältemittelkreislauf noch schneller auf ein Niveau erhöht werden, das dem Ruhedruck bei Umgebungstemperatur entspricht.
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Weiter kann das Verfahren die Schritte umfassen:
- i) Vergleichen der ermittelten spezifischen Füllmenge mit einem Füllmengensollwert;
- k) Ausgeben einer Füllstandwarnung, wenn die spezifische Füllmenge weniger als 80% des Füllmengensollwerts beträgt.
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Hierdurch wird gewährleistet, dass eine Unterfüllung der Kälteanlage vermieden wird. Beispielsweise kann eine Füllstandwarnung in einem üblichen Fehlerprotokoll einer Fahrzeugdiagnose enthalten sein. Bei weiter sinkendem Füllstand kann das Verfahren auch eine zwangsweise Stilllegung der Kälteanlage veranlassen solange bis wieder Kältemittel nachgefüllt worden ist.
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Die Durchführung des Verfahrens kann:
- - in Abhängigkeit eines Betriebszustands der Kälteanlage oder in Abhängigkeit eines Betriebszustands des Fahrzeugs, in dem die Kälteanlage eingebaut ist, in regelmäßigen oder unregelmäßigen zeitlichen Abständen angestoßen werden, oder
- - in Abhängigkeit von wenigstens einer manuellen Eingabe angestoßen werden, wobei die Eingabe mittels einer bei einer Wartung der Kälteanlage oder/und des Fahrzeugs eingesetzten Diagnosesteuereinheit erfolgt.
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Somit kann die Füllmenge zuverlässig überprüft werden, wobei es insbesondere im Falle der Wartung eines Fahrzeugs vorteilhaft ist, wenn eine zuverlässige Füllstandbestimmung im Ruhezustand der Kälteanlage erfolgen kann, ohne dass das zu wartende Fahrzeug betrieben werden muss.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen.
- 1 zeigt schematisch und vereinfacht einen Niederdruck-Sammler mit einem Heizelement und einem Temperatursensor sowie einem Sammelbehälter zur zielgerichteten Abfuhr von anfallendem Kondensat.
- 2 zeigt in Teilfigur A) schematisch und vereinfacht den Niederdruck-Sammler der 1 mit Merkmalen von möglichen Ausführungsformen, und in Teilfigur B) eine vereinfachte Vergrößerung des Bereichs II der 2A).
- 3 zeigt schematisch und vereinfach ein Schaltbild einer Kälteanlage mit einem Niederdruck-Sammler.
- 4 zeigt schematisch und vereinfacht Schritte einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Bestimmen des Kältemittelfüllstands in einem Kältemittelkreislauf einer Kälteanlage.
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In 1 ist ein Niederdruck-Sammler 10 als mögliche Ausführungsform vereinfacht dargestellt. Der Niederdruck-Sammler 10 weist ein Gehäuse 12 auf. Das Gehäuse 12 kann insbesondere als zylinderförmiger Behälter ausgebildet sein. In dem Gehäuse 12 ist ein nicht weiter dargestelltes Rohrsystem enthalten. An einem oberen Abschnitt 14 des Gehäuses 12 sind ein Einlassanschluss 16 und ein Auslassanschluss 18 vorgesehen. Der Einlassanschluss 16 und der Auslassanschluss 18 sind insbesondere mit dem im Gehäuse 12 befindlichen Rohrsystem verbunden.
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In einem mittleren Bereich 20 des Gehäuses 12 ist an dessen Außenfläche 22 ein elektrisches Heizelement 24 angeordnet. Das elektrische Heizelement 24 ist in diesem Beispiel als Heizband ausgeführt, welches das Gehäuse 12 entlang dessen Außenfläche 22 anliegend umschließt. Das elektrische Heizelement 24 ist über elektrische Anschlussleitungen 26 mit einer Spannungsversorgungseinheit 28 verbunden. Durch das Heizelement 24 kann das Gehäuse 12, insbesondere dessen Außenfläche 22 erwärmt werden. Die Spannungsversorgungseinheit 28 kann beispielsweise ein Niedervolt-Bordnetz eines Fahrzeugs mit 12 V oder 48 V oder auch ein Hochvolt-Bordnetz sein.
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Mit diesem als Heizband ausgeführten elektrischen Heizelement 24 kann die Bildung einer Eisschicht auf der Oberfläche bzw. Außenfläche 22 des Gehäuses 12 des Niederdruck-Sammlers 10 verhindert werden.
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Je nach herrschender Umgebungsfeuchte ist somit die Bestromungsdauer des Heizelements 24 unterschiedlich lange ausführbar. Hierfür können Sensorwerte eines Fahrzeugfeuchtesensors zur Detektion der Umgebungsfeuchte herangezogen werden. Je höher der Wert der absoluten bzw. relativen Feuchte gemessen wird, desto länger oder häufiger ist das Heizelement 24 zuzuschalten, um eine Vereisung des Gehäuses 12 zu vermeiden.
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Beim Beheizen des Niederdruck-Sammlers 10 entstehendes Abtauwasser kann optional in einem Abtauwassersammelbehälter 30 gesammelt werden. Der optionale Abtauwassersammelbehälter 30 kann becherförmig ausgeführt sein und umschließt einen unteren Abschnitt 32 des Gehäuses 12 des Niederdruck-Sammlers 10. Ein Boden 34 des Abtauwassersammelbehälters 30 ist trichterförmig ausgeführt, so dass das Abtauwasser im tiefsten Punkt des Abtauwassersammelbehälters 30 gesammelt wird. Dort ist auch eine Abflussöffnung 36 angeordnet, an der ein Abflussschlauch 38 angeschlossen ist. Der Abflussschlauch 38 kann an beliebiger Stelle aus einer Karosseriestruktur eines Fahrzeugs an die Umgebung geführt werden. Dabei sollte der Abflussschlauch 38 so im Fahrzeug geführt werden, dass stehendes Wasser im Abflussschlauch 38 und ein Rückstau im Abtauwassersammelbehälter 30 vermieden wird.
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In dem unteren Abschnitt 32 ist an dem Gehäuse 12 oder in dem Gehäuse 12 ein in 1 nur schematisch dargestellter Temperatursensor 40 angeordnet. Der Temperatursensor 40 ist dazu eingerichtet, eine von der Kältemitteltemperatur abhängige Temperaturgröße zu messen.
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In 2 ist der Niederdruck-Sammler 10 nochmals dargestellt ohne den optionalen Abtauwassersammelbehälter 30 und ohne Spannungsversorgungseinheit 28. Das Gehäuse 12 weist eine Gesamthöhe GH auf. Die Gesamthöhe soll in diesem Zusammenhang als eine außen am Gehäuse 12 gemessene Größe verstanden werden, die von einer Unterseite 42 (Boden) des Gehäuses zu einer Oberseite 44 (Deckel) des Gehäuses gemessen wird. Der untere Abschnitt 32 des Gehäuses 12 erstreckt sich ausgehend von einem tiefsten Punkt des Gehäuses 12, hier insbesondere von dessen Unterseite 42, bis zu einer gedachten oberen Begrenzungslinie OB. Die obere Begrenzungslinie liegt dabei bei maximal 50% der Gesamthöhe GH. Sie kann aber auch tiefer liegen, beispielsweise bei 35% oder weniger der Gesamthöhe GH. Innerhalb des unteren Abschnitts 32, also an einer Position die bezogen auf die Gesamthöhe nicht oberhalb der gedachten oberen Begrenzungslinie OB liegt, ist der bereits aus der 1 bekannte Temperatursensor 40 angeordnet.
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In 2 sind rein schematisch unterschiedliche Einbaulagen des Temperatursensors 40 durch gestrichelte Rechtecke dargestellt. Es wird darauf hingewiesen, dass die Darstellung des Temperatursensors 40 und der Größenverhältnisse zum Niederdruck-Sammler 10 nicht maßstabsgetreu sind. Der Temperatursensor 40 kann an der Außenfläche 22 des Gehäuses angeordnet sein, wie dies links in 2 illustriert ist. Hierbei misst der Temperatursensor 40 die Temperatur des Gehäuses 12, insbesondere an dessen Außenfläche 22, wobei die Temperaturmessung in einem Bereich des Gehäuses 12 erfolgt, in dem sich üblicherweise flüssiges Kältemittel sammelt. Hierdurch wird gewährleistet, dass die außen an der Außenfläche 22 des Gehäuses 12 gemessene Temperatur abhängig von der Kältemitteltemperatur ist und somit eine die Kältemitteltemperatur repräsentierende Größe darstellt. Rein beispielhaft ist ein möglicher Pegel PK des Kältemittels im Gehäuse 12 dargestellt, wobei dieser Pegel PK auch tiefer oder höher liegen kann.
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Erfindungsgemäß ist der Temperatursensor im Inneren des Gehäuses 12 angeordnet, beispielsweise an einer Innenseite 46 des Bodens (Unterseite 42) oder an einer Innenseite 48 einer seitlichen Gehäusewandung 50. Ist der Temperatursensor 40 im Inneren des Gehäuses 12 angeordnet, kann unmittelbar die Kältemitteltemperatur erfasst werden. Hierbei ist zu beachten, dass ein im Inneren des Gehäuses 12 angeordneter Temperatursensor 40 in geeigneter Weise Verbindung nach Außen aufweist, insbesondere einer drahtgebundene oder eine drahtlose Verbindung zur Übertragung von Messwerten an eine in 2A nicht dargestellte Steuereinheit.
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Ferner ist es auch denkbar, den Temperatursensor 40 in die Gehäusewandung 50 oder den Boden (Unterseite 42) zu integrieren, was in einer schematischen Vergrößerung der 2B dargestellt, die beispielsweise einem Bereich II in 2A entspricht. Hierdurch wird zwar das unter Druck stehende Gehäuse 12 lokal etwas geschwächt, aber der Temperatursensor 40 kann näher an dem Kältemittel angeordnet werden, dessen Temperatur relevant ist für eine weitere Verarbeitung, insbesondere für das Bestimmen einer Füllmenge von Kältemittel in einem gesamten Kältemittelkreislauf.
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Der untere Abschnitt 32 kann auch mit einem Abstand zum tiefsten Punkt, hier zum Boden (Unterseite 42) auf einer gedachten unteren Begrenzungslinie UB beginnen und sich bis zur oberen Begrenzungslinie OB erstrecken. Der Abstand zwischen der unteren Begrenzungslinie UB und dem tiefsten Punkt bzw. hier dem Boden (Unterseite 42) beträgt 0,5 bis 15% der Gesamthöhe GH. In der Darstellung der 2 ist beispielhaft eine untere Begrenzungslinie UB gezeigt, die auf ungefähr 3% der Gesamthöhe GH angeordnet ist.
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3 zeigt einen an sich bekannten Aufbau eines Kältemittelkreislaufs 60 einer Kälteanlage 62 mit einem Niederdruck-Sammler 10. Der Kältemittelkreislauf 60 umfasst entlang der Strömungsrichtung SR einen Kältemittelverdichter 64, einen Gaskühler oder Kältemittelkondensator 66, einen Hochdruckabschnitt 68 eines inneren Wärmeübertragers 70, ein Expansionsorgan 72, einen Verdampfer 74, den Niederdruck-Sammler 10 und einen Niederdruckabschnitt 76 des inneren Wärmeübertragers 70. Der Niederdruck-Sammler 10 ist somit zwischen dem Ausgang des Verdampfers 74 und dem Eingang des Niederdruckabschnittes 76 des inneren Wärmeübertragers 70 in den Kältemittelkreislauf 60 geschaltet.
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Wie dies bereits unter Bezugnahme auf die 1 und 2 erläutert worden ist, weist der Niederdruck-Sammler 10 einen Temperatursensor 40 auf. Der Temperatursensor 40 ist mit einer Steuereinheit 78 verbunden, so dass vom Temperatursensor 40 erfasste Werte an die Steuereinheit übertragen werden können. Die in 3 gestrichelt dargestellte Verbindung 80 zwischen dem Temperatursensor 40 und der Steuereinheit 78 kann drahtlos oder drahtgebunden sein. Die Steuereinheit 78 kann mit weiteren Komponenten des Kältemittelkreislaufs 60 verbunden sein, wie etwa dem Verdichter 64, wenigstens einem weiteren entlang des Kältemittelkreislaufs 60 angeordneten Druck- bzw. Temperatursensor pT1, pT2, pT3. Als Kältemittel können in der Kälteanlage 62 beispielsweise R134a, R1234yf, R744 und dergleichen eingesetzt werden.
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In einer Kälteanlage 62 mit einem Kältemittelkreislauf 60 kann ein in 4 dargestelltes Verfahren 500 zum Bestimmen des Kältemittelfüllstands in dem Kältemittelkreislauf 60 durchgeführt werden. Das Verfahren kann dabei insbesondere die nachfolgend beschriebenen Schritte aufweisen:
- Gemäß einem ersten Schritt S501 des Verfahren wird der Kältemittelverdichter 64 abgeschaltet, so dass die Kälteanlage 62 in einem Ruhezustand ist. In diesem Ruhezustand wird in einem Schritt S502 eine Sammler-Temperatur TS am Niederdruck-Sammler 10 gemessen unter Verwendung des Temperatursensors 40. Die Sammler-Temperatur TS wird in einem Schritt S503 mit einer gemessenen Umgebungstemperatur TU verglichen. Wenn die Sammler-Temperatur TS kleiner ist als die Umgebungstemperatur TU wird in einem Schritt S504 der Niederdruck-Sammler 10 erwärmt, insbesondere mittels des Heizelements 24 (1). Das Heizen des Niederdruck-Sammlers 10 wird solange durchgeführt bis die Sammler-Temperatur TS im Wesentlichen der Umgebungstemperatur entspricht. Hierbei werden die Schritte S502 (Temperaturmessung), S50 (Temperaturvergleich) und S504 (Heizen) wiederholt durchgeführt.
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Vor oder zusammen mit einem erneuten Einschalten des Kältemittelverdichters 64 wird gemäß Schritt S505 wenigstens ein System-Temperaturwert T_sys und wenigstens ein System-Druckwert p_sys in dem Kältemittelkreislauf 60 bestimmt, beispielsweise mittels eines Sensors pT1 bzw. pT2 bzw. pT3 (3). In Schritt S506 wird die spezifischen Füllmenge des Kältemittels unter Verwendung der erfassten System-Temperatur T_sys, des erfassten Systemdrucks p_sys und von wenigstens einem Stoffparameter des Kältemittels bestimmt. Üblicherweise ist für die Kälteanlage 62, die auch als System bezeichnet werden kann, eine Basisfüllmenge des Kältemittels und das Volumen des Systems bekannt. Entsprechend kann die Dichte als Richtwert (spezifische Füllmenge) bestimmt werden und als konstant in einer Leckage freien Kälteanlage 62 betrachtet werden.
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Die Schritte S505 und S506 können zeitlich unmittelbar im Anschluss an den Schritt S503 ausgeführt werden. Hierdurch kann eine Füllmengenbestimmung sehr kurz nach dem Abschalten der Kälteanlage erfolgen. Alternativ können die Schritte S505 und S506 mit einem zeitlichen Abstand von mehreren Minuten bis mehreren Stunden zum Schritt S503 ausgeführt werden.
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Optional kann bei dem Verfahren ein Schritt S507 durchgeführt werden, der ein Trocknen des Verdampfers 74 des Kältemittelkreislaufes 60 mittels eines Luftstroms umfasst. Ein solcher Luftstrom kann durch Nachlaufen eines dem Verdampfer 74 zugeordneten Gebläses erzeugt werden. Ferner kann dieser Schritt S507 ein Austreiben oder/und Erwärmen von kondensiertem Wasser aufweisen. Die Luftklappen sollten bei einem solchen Schritt S507 üblicherweise nicht in Richtung Scheibe sondern primär in Richtung Fußraum geöffnet sein, um potenziellen Scheibenbeschlag im Fahrzeug zu verhindern. Gemäß einem weiteren optionalen Schritt S508 kann eine Luftstromtemperatur nach dem Verdampfer 74 erfasst werden und ein Trocknungsgrad des Verdampfers 74 bestimmt werden.
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Das Verfahren kann weiter einen Schritt S508 aufweisen, bei dem die ermittelte spezifische Füllmenge mit einem Füllmengensollwert verglichen wird. Abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs in Schritt S508 kann in einem Schritt S509 eine Füllstandwarnung ausgegeben werden, wenn die spezifische Füllmenge weniger als 80% des Füllmengensollwerts beträgt.
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Die Durchführung des Verfahrens kann insbesondere in Abhängigkeit eines Betriebszustands der Kälteanlage oder in Abhängigkeit eines Betriebszustands des Fahrzeugs, in dem die Kälteanlage eingebaut ist, in regelmäßigen oder unregelmäßigen zeitlichen Abständen angestoßen werden. Alternativ oder ergänzend kann die Durchführung des Verfahrens in Abhängigkeit von wenigstens einer manuellen Eingabe angestoßen werden, wobei die Eingabe mittels einer bei einer Wartung der Kälteanlage oder/und des Fahrzeugs eingesetzten Diagnosesteuereinheit erfolgt.
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Durch das hier beschriebene Verfahren wird im Kältemittelkreislauf 60 durch das Erwärmen des Niederdruck-Sammlers 10 bzw. des darin enthaltenen Kältemittels auf eine Sammler-Temperatur TS der Ruhedruck pR in dem System erhöht, insbesondere auf ein Niveau das einem Ruhedruck in Abhängigkeit bzw. Funktion der Umgebungstemperatur entspricht. Hieraus wird ein Druckunterschied zwischen dem im Kältemittelkreislauf gemessenen Ruhedruck und einem Vergleichswert, nämlich dem theoretischen Ruhedruck bei Umgebungstemperatur, kleiner, so dass die hieraus berechnete Füllmenge genauer bestimmt ist.
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Die beschriebenen Maßnahmen und Methoden können neben reinen Kälteanlagen auch in Kälteanlagen mit Wärmepumpenfunktion zur Anwendung kommen, die ihrerseits wiederum einen Niederdruck-Kältemittelsammler aufweisen. Im Anwendungsfall einer Luftwärmepumpe wird dabei ein Kondensator/Gaskühler funktional als Verdampfer eingesetzt. Hier kann es ebenfalls zu luftseitigen Kondensatabscheidungen und lokalen Vereisungen/ Bereifungen kommen, die ihrerseits auch das Ruhedruckniveau eines Kältekreises beeinflussen. Um das Ruhedruckniveau auch in diesem Fall anzupassen muss für eine Enteisung des Kondensators und ggf. dessen Trocknung gesorgt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Niederdruck-Sammler
- 12
- Gehäuse
- 14
- oberer Abschnitt des Gehäuses 12
- 16
- Einlassanschluss
- 18
- Auslassanschluss
- 20
- mittlerer Abschnitt des Gehäuses 12
- 22
- Außenfläche des Gehäuses 12
- 24
- Heizelement
- 26
- elektrische Leitung
- 28
- Spannungsversorgungseinheit
- 30
- Abtauwassersammelbehälter
- 32
- unterer Abschnitt des Gehäuses 12
- 34
- Boden des Abtauwassersammelbehälters
- 36
- Öffnung im Boden 34
- 38
- Abflussschlauch
- 40
- Temperatursensor
- 42
- Unterseite bzw. Boden des Gehäuses 12
- 44
- Oberseite bzw. Deckel des Gehäuses 12
- 46
- Innenseite des Bodens 42
- 48
- Innenseite der seitlichen Gehäusewandung 50
- 50
- seitliche Gehäusewandung
- 60
- Kältemittelkreislauf
- 62
- Kälteanlage
- 64
- Verdichter
- 66
- Kältemittelkondensator
- 68
- Hochdruckabschnitt des Wärmeübertragers 70
- 70
- Wärmeübertrager
- 72
- Expansionseinrichtung
- 74
- Verdampfer
- 76
- Niederdruckabschnitt des Wärmeübertragers 70
- 78
- Steuereinheit
- 80
- Verbindung zur Steuereinheit 78
- 500
- Verfahren
- S501-S509
- Verfahrensschritte
- GH
- Gesamthöhe des Gehäuses 12
- OB
- obere Begrenzungslinie
- PK
- Pegel von Kältemittel
- UB
- untere Begrenzungslinie
