(57)【要約】      （修正有）【課題】冷却システムの冷媒回路内の冷媒のチャージのモニタリングのための方法および装置を提供する。【解決手段】コンプレッサ（１２）のスイッチを切って、少なくとも１つの温度を測定し、冷却システム（１０）内の冷媒の圧力を測定し公称圧力範囲外の場合に、冷媒チャージエラー（具体的には冷媒の損失）を確証する。コンプレッサ（１２）のスイッチを入れて、少なくとも１つの温度を測定し、コンデンサーまたはガス冷却器（１４）からの排出口で冷媒の圧力を測定し、公称圧力範囲外である場合に冷媒チャージエラー（具体的には冷媒の損失）を確証する。冷媒を保管する貯蔵容器（２２）、作動点の関数として遷臨界範囲で作動する冷媒（具体的にはＣＯ２）をさらに含み、冷媒の温度および圧力を測定するための冷媒温度センサー（３２）、冷媒圧力センサー（３４）を備え、損失が検出された場合、冷媒回路（４６）に充填をもたらす。【選択図】図１
2016102647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサ（１２）、コンデンサーまたはガス冷却器（１４）、膨張装置（１６）および蒸発装置（１８）を備える、冷却システム（１０）の冷媒回路（４６）内の冷媒のチャージをモニタリングする方法であって、
ここで、前記コンプレッサ（１２）のスイッチを切ったチャージモニタリングは、以下のステップ：
−前記蒸発装置（１８）での前記冷媒回路（４６）内の前記冷媒の温度、および、前記のコンデンサーまたはガス冷却器（１４）での前記冷媒回路（４６）内の前記冷媒の温度の、少なくとも１つを測定するステップ；
−前記冷却システム（１０）内の前記冷媒の圧力を測定するステップ；
−測定された圧力が公称圧力範囲外である場合に、冷媒チャージエラー（具体的には冷媒の損失）を確証するステップ（ここで、前記冷媒の公称圧力は、最も低い測定された温度に基づき決定され、前記公称圧力範囲は、前記公称圧力からの逸脱が多くても規定の許容範囲である圧力値を含む）、
を含む、
方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記冷媒回路（４６）の外側の温度が測定されることを特徴とする、
方法。
【請求項３】
請求項１から２のいずれか一項に記載の方法であって、
前記冷媒の前記公称圧力は、前記冷媒の前記温度の関数（ｆｕｎｃｔｉｏｎ）として、規定のガス密度での冷媒の蒸発圧力およびガス圧力の最小値であることを特徴とする、
方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、
前記の規定のガス密度が、２６０ｇ／ｌに達することを特徴とする、
方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の方法であって、
前記圧力が前記公称圧力よりも１０％を超えて低い場合に損失が示されることを特徴とする、
方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の方法であって、
前記冷媒がＣＯ２であることを特徴とする、方法。
【請求項７】
コンプレッサ（１２）、コンデンサーまたはガス冷却器（１４）、膨張装置（１６）および蒸発装置（１８）を備える、冷却システム（１０）の冷媒回路（４６）内の冷媒のチャージをモニタリングする方法であって、
ここで、前記コンプレッサ（１２）のスイッチを入れたチャージモニタリングは、以下のステップ：
−前記コンデンサーまたはガス冷却器（１４）で、前記冷媒回路（４６）内の前記冷媒の温度の少なくとも１つを測定するステップ；
−前記コンデンサーまたはガス冷却器（１４）からの排出口で、前記冷媒の圧力を測定するステップ；
−測定された圧力が公称圧力範囲外である場合に、冷媒チャージエラー（具体的には冷媒の損失）を確証するステップ（ここで、前記冷媒の公称圧力は、測定された温度に基づき決定され、前記公称圧力範囲は、前記公称圧力からの逸脱が多くても規定の許容範囲である圧力値を含む）、
を含む、
方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、
前記冷媒回路（４６）内の前記冷媒の温度は、前記蒸発装置（１８）で測定されることを特徴とする、
方法。
【請求項９】
請求項７から８のいずれか一項に記載の方法であって、
前記冷媒回路（４６）の外側の温度が測定されることを特徴とする、
方法。
【請求項１０】
請求項７から９のいずれか一項に記載の方法であって、
前記公称圧力を決定するために、前記冷媒の測定される温度が５℃ずつ上げられる、または、前記冷媒回路（４６）の外側で測定される温度が１５℃ずつ上げられることを特徴とする、
方法。
【請求項１１】
請求項７から１０のいずれか一項に記載の方法であって、
前記公称圧力は前記冷媒の前記蒸発圧力であること、または、前記公称圧力は前記冷媒の臨界点（ＰＣ）を超えて推定される前記冷媒の前記蒸発圧力であることを特徴とし、
ここで、前記公称圧力を確証するために、測定される温度を規定値ごとに上げる、
方法。
【請求項１２】
請求項７から１１のいずれか一項に記載の方法であって、
前記圧力が前記公称圧力よりも１０％を超えて低い場合に損失が示されることを特徴とする、
方法。
【請求項１３】
請求項７から１２のいずれか一項に記載の方法であって、
前記冷媒がＣＯ２であることを特徴とする、
方法。
【請求項１４】
請求項７から１３のいずれか一項に記載の方法であって、
損失が確証された時点で、前記冷媒回路（４６）が、バルブユニット（２４）を介して、貯蔵容器（２２）内に保管された冷媒を用いて充填されることを特徴とする、
方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、
前記冷媒回路（４６）は、前記コンプレッサ（１２）のスイッチを入れて、少なくとも部分的に充填されることを特徴とする、
方法。
【請求項１６】
請求項１４から１５のいずれか一項に記載の方法であって、
前記冷媒回路（４６）は、前記コンプレッサ（１２）のスイッチを入れて、および、前記バルブユニット（２４）を開いて、測定される圧力が前記公称圧力範囲内であるまで充填されることを特徴とし、
ここで、前記公称圧力範囲は、前記公称圧力からの逸脱が多くても＋／−１０％の許容範囲である圧力値を含む、
方法。
【請求項１７】
請求項１４から１６のいずれか一項に記載の方法であって、
前記冷媒を保管する前記貯蔵容器（２２）は、前記コンプレッサ（１２）の吸込み側（２０）で前記冷媒回路（４６）に連結されることを特徴とする、
方法。
【請求項１８】
請求項１４から１７のいずれか一項に記載の方法であって、
前記貯蔵容器（２２）の温度は、加熱装置（４８）により調節されることを特徴とする、
方法。
【請求項１９】
コンプレッサ（１２）、コンデンサーまたはガス冷却器（１４）、膨張装置（１６）、蒸発装置（１８）、冷媒を保管する貯蔵容器（２２）、および、作動点（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｐｏｉｎｔ）の関数（ｆｕｎｃｔｉｏｎ）として遷臨界範囲で作動する冷媒（具体的にはＣＯ２）を備える、車両の冷却システム（１０）の冷媒回路（４６）内の冷媒のチャージをモニタリングする装置であって、
ここで、前記冷媒の温度および圧力を測定するための、少なくとも１つの冷媒温度センサー（３２）および少なくとも１つの冷媒圧力センサー（３４）を備え、
ここで、前記冷媒の温度および圧力は、冷媒チャージエラーが検出可能であるような様式で、制御ユニット（３０）内で評価され得て、前記制御ユニット（３０）は、損失が検出された場合に、制御介入により前記冷媒回路（４６）に充填をもたらし、
前記貯蔵容器（２２）は、加熱装置（４８）を備えることを特徴とする、
装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の装置であって、
前記冷却システム（１０）は、電磁弁および逆止弁を具備するバルブユニット（２４）を備えることを特徴とする、
装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却システムの冷媒回路の冷媒チャージ（ｃｈａｒｇｅ）をモニタリングするための方法、冷媒によるそのような冷却システムの充填、および、冷却システム（特に車両用）の冷媒チャージをモニタリングするための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮冷却システム、または空調システムは、例えば、車両の内部の温度を下げるために、車またはバスなどの車両の空気を調節するための空調システムとして用いられる。問題となっているタイプの圧縮冷却システムは、コンデンサーユニット（少なくとも１つのコンデンサーまたは少なくとも１つのガス冷却器を備える）を具備する冷媒搬送システムと、さらに、膨張装置、蒸発ユニットおよびコンプレッサを備え、それらは冷媒搬送ラインを介して共に連結される。冷媒は、この閉回路内を循環する
【０００３】
環境適合性の理由で、二酸化炭素（ＣＯ２）が、圧縮冷却システムのための代替的な媒体としての冷媒として用いられる。他の冷媒と比較して、天然起源物質の二酸化炭素は、気候に害を及ぼす地球温暖化の可能性が非常に低い。ＣＯ２の１つの不利な点は、その非常に低い臨界温度（ちょうど３１℃）であり、その理由のため、放熱は、臨界圧力よりも上で、濃縮／液状化せずに進めなければならない。ＣＯ２の臨界圧力は、およそ７４バールである。冷媒としてＣＯ２を用いた公知の圧縮冷却システムでは、システムボリューム（充填レベルとしても知られる）に対するシステムチャージは、臨界密度の５０％〜１００％である。高圧は臨界圧力よりも高いので、濃縮は高圧部では生じない。
【０００４】
そのような圧縮冷却システムが作動中の場合、相対的に高い作動圧力がコンプレッサの下流で優勢になり、一方で、相対的に低い圧力がコンプレッサの上流で優勢となる。システムが停止している場合は均圧が生じ、そして、圧縮冷却システムの回路において停止圧力（なお相対的に高い）が確証される。コンプレッサは、この相対的に高い停止圧力に対する適切な保護のために設計されなければならず、それが備わっていなければならない。４０℃のシステム温度、および、冷媒二酸化炭素の臨界密度のおよそ５０％の充填レベルでは、システム圧力はおよそ７５バールであり、冷媒の臨界密度の領域内の充填レベルでは、それはおよそ８９バールである。６０℃のシステム温度および冷媒二酸化炭素の臨界密度のおよそ５０％の充填レベルでは、システム圧力はおよそ８９バールであり、冷媒の臨界密度の１００％の充填レベルでは、それはおよそ１２４バールである。
【０００５】
冷媒回路の充填レベル（すなわち、冷媒回路内に存在する冷媒の量）を確実に確証することは、特に冷媒損失を認識するために必要である。特定の空調システムまたは冷却システムに関して定義される冷媒チャージは、システム内の任意の過剰または損失は、冷却性能の低下またはシステムに対する損傷さえも生じさせ得るので、非常に厳しい許容範囲内に維持しなければならない。特に、損失がある場合は、不安定な状態が生じ得て、それは、ある場合には、回路の一時的な故障さえも生じさせ得る。圧縮冷却システムの充填レベルは、一般に、アイドル状態の分析の間に確証され、冷媒の圧力は、圧力センサーを用いて測定され、冷媒の温度に関連している。
【０００６】
冷媒として二酸化炭素を用いた公知の圧縮冷却システムのさらなる開発では（それは不燃性であり、燃焼不活性であり、非毒性であり、および、標準的な状態下で物質の気体状態で無害である媒体である）、圧縮冷却システムからの二酸化炭素は、適切な車両消火システムにおいて消火媒体として使用され得る。したがって、冷媒ＣＯ２は、交通事故を引き起こし得る、または交通事故によって引き起こされ得る、任意の火災元を消火するための、適切な消火剤であることが証明されている。消火媒体ＣＯ２は、同等の様式で用いられる冷却水よりも利点を有する。
【０００７】
ＵＳ５，４８１，８８４は、空調およびヒートポンプシステムの、停止での、およびまた、作動中の、冷媒チャージモニタリングのための方法を開示する。進行中のシステム作動の間、冷媒の温度および圧力を、コンプレッサの吸込み側で測定する。測定された圧力において、関係がある飽和温度が確証され、測定された冷媒温度が比較される参照温度として用いられる。測定された温度が参照温度よりも高い場合、損失が仮定される。
【０００８】
ＤＥ  １００  ６１  ５４５  Ａ１は、コンプレッサ、および、作動点（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｐｏｉｎｔ）の関数（ｆｕｎｃｔｉｏｎ）として超臨界範囲で作動する冷媒を備える、空調またはヒートポンプシステムの、停止での、および／または、冷媒回路における作動中の、冷媒チャージモニタリングに関する方法を記載する。作動中のチャージモニタリングの間、冷媒の過熱、すなわち、システム蒸発器での温度上昇が検出されて、検出された過熱は、限界値と比較される。過熱が規定可能な最大値を超える場合、損失が仮定され、対応する警告表示が出る。
【０００９】
ＵＳ５，４８１，８８４およびＤＥ  １００  ６１  ５４５  Ａ１より公知の方法は、実際に、任意の冷媒に原理的に適用され得て、したがって、ＣＯ２にも適用され得るが、前記の方法は、コンプレッサ注入口（すなわち低圧側）での不適切な冷媒状態を認識するのみである。しかしながら、不適切な状態は、例えば、膨張部材の欠陥または冷媒回路の妨害に起因して生じる場合もある。両方の可能性のある障害が、コンプレッサに重大なリスクをもたらす。
【００１０】
ＤＥ  ４４  １１  ２８１  Ｂ４は、循環媒体としてＣＯ２を用いる自動車空調システムを開示し、ここで、空調システムの循環媒体ＣＯ２は、火災の場合の消火剤として意図的に用いられる。空調システムにおいて、循環媒体は圧力ライン内で循環され、ここで、消火ライン（その上に配置された電磁弁（制御ユニットにより制御可能である）を備え、消火ノズルで終わる）は、前記圧力ラインから分岐する。消火装置に供給されるＣＯ２は、一般に、潤滑剤（可動部分の潤滑化のために循環される媒体において用いられる）を含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、冷却システムの冷媒回路の冷媒チャージをモニタリングするため、および、そのような冷却システムを冷媒により充填するための方法、ならびに、冷却システムの冷媒チャージをモニタリングするための装置を提案し、ここで、冷媒は、消火媒体として用いられ得る。特に、本発明は、冷却システムの進行中の作動の間の、確実なモニタリングを可能にする。冷媒回路内の冷媒チャージをモニタリングする方法は、圧縮冷却システムの形態での冷却システムを提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
モニタリングされる圧縮冷却システム（車両内の空気の温度を調節するために用いられる）は、コンデンサーユニット（少なくとも１つのコンデンサーまたは少なくとも１つのガス冷却器を含む）、膨張装置、蒸発ユニットおよびコンプレッサを具備する冷媒搬送システムを備え、それらは冷媒搬送ラインを介して共に連結される。分離した膨張容器は、バルブを介して冷媒回路に連結され得て、ここで、膨張容器は、具体的には、低圧側の膨張装置の下流に配置される。温度および圧力を検出するための温度センサーは、例えば、回路内の状態をモニタリングするために必要である。冷媒は、この閉回路内を循環する。そのようなシステムは、遷臨界システムの形態を取り、すなわち遷臨界の設計であり、ここで二酸化炭素は冷媒として用いられる。
【００１３】
冷媒回路内に存在する冷媒チャージが変化する場合、様々なパラメーターの値は、冷媒回路内の異なる位置で変化し、ここで、そのようなパラメーターは、チャージ−感知性の、測定される変数である。遷臨界の圧縮冷却システムでは、冷媒チャージの変化は、圧力がチャージ−感知性のパラメーターであると見なされ得るように、冷媒回路内の特定の位置での圧力の変化に関連する。冷媒回路内の特定の位置での冷媒温度の変化もまた、冷媒チャージの変化に関連する。コンデンサーユニットからの排出口での冷媒のサブクーリングの変化は、同様に、チャージ−感知性のパラメーターであると見なされ得る。圧力を検出するために適切に置かれる圧力センサーおよび温度を検出するために適切に置かれる温度センサーは、冷却システム内に配置される。本発明により提案される解決により、温度センサーは、コンデンサーの排出口またはガス冷却器の排出口と、膨張部材の注入口との間に、冷却システム内に配置され得る。
【００１４】
損失が明確に定義される場合は、高圧側での充填レベルの状態を確証することが有利である。両方の状態（すなわち高圧側および低圧側）を、特に、ＤＥ  １００  ６１  ５４５  Ａ１に記載の方法と組み合わせて考慮することが、特に有利である。
【００１５】
チャージ−感知性パラメーターのそれぞれの値は、冷媒回路内に存在する冷媒チャージの評価を可能にする。良好な冷却性能が達成される場合は、冷媒チャージ（充填レベルの形でも表され得る）は、厳しい制限内で変化すべきである。冷媒の充填レベルは、全システムボリュームに対する冷媒チャージの商として定義される。
【００１６】
チャージモニタリングは、コンプレッサのスイッチを切って進行し得る。それから、均一化されたシステム圧力が蒸発圧力に続き、液体がまだ蒸発していない冷媒を生じる。参照温度は、システム内の最低温度である。
【００１７】
ｐ（Ｔ）＝ｐｃｒｉｔ・（（Ｔ／Ｔｃｒｉｔ＋ａ）・ｂ）ｃ＋ｄ
【００１８】
冷媒ＣＯ２に関するものに相当する挿入値は、以下を生じさせる：
【００１９】
ｐ（Ｔ）＝７３．８３４・（（（Ｔ＋２７３．１５）／３０４．２１−０．３５００４２）・１．５４１５９）４．３１４５８−０．８１００１４。
【００２０】
ここで、Ｔは℃で挿入すべきであり、一方で、ｐはバール絶対値（ｂａｒａｂｓｏｌｕｔｅ）で得られる。
【００２１】
いったん蒸発が完了すると、温度が上昇するので、圧力は、充填レベルに対応する等容変化をたどる。この目的を達成するために、適切な値が熱状態の方程式に挿入されなければならない。この圧力は、同一温度での蒸発圧力よりも低い。単純な熱状態の方程式は、例えばファンデルワールス方程式およびレドリッヒ‐クウォン方程式である。
【００２２】
ファンデルワールス方程式は：
ｐ（Ｔ）＝Ｒ＊Ｔ／（ｖ−ｂ）−ａ／ｖ２
ここで、ａ＝２７／６４＊（Ｒ＊Ｔｃｒｉｔ）２／ｐｃｒｉｔであり、ｂ＝Ｒ＊Ｔｃｒｉｔ／（８＊ｐｃｒｉｔ）である。
【００２３】
ＣＯ２および２６０ｋｇ／ｍ３の充填レベルに関する値を挿入すると、以下が得られる：
【００２４】
ｐ（Ｔ）＝１８９＊Ｔ／（（１／２６０）−０．０００９７３２）−１８８．８１／（１／２６０）２
ここで、ｐはＰａであり、ＴはＫであり、または、
ｐ（Ｔ）＝（（Ｔ＋２７３．１５）＊６５７７３−１２７６３５８６）／１０００００
ここで、ｐはバール絶対値であり、Ｔは℃である。
【００２５】
レドリッヒ‐クウォン方程式は：
ｐ（Ｔ）＝Ｒ＊Ｔ／（ｖ−ｂ）−ａ（Ｔ）／（ｖ２＋ｂｖ）
ここで、ａ＝０．４２７４８＊（Ｔ／Ｔｃｒｉｔ）−０．５＊（Ｒ＊Ｔｃｒｉｔ）２／ｐｃｒｉｔであり、ｂ＝０．０８６６４＊Ｒ＊Ｔｃｒｉｔ／ｐｃｒｉｔである。
【００２６】
ＣＯ２および２６０ｋｇ／ｍ３の充填レベルに関する値を挿入すると、以下が得られる：
【００２７】
ｐ（Ｔ）＝１８９＊Ｔ／（（１／２６０）−０．０００６７４５４）−１９１．３２＊（Ｔ／３０４．２１）−０．５／（（１／２６０）２＋０．０００６７４５４／２６０）
ここで、ｐはＰａであり、ＴはＫであり、または、
ｐ（Ｔ）＝（（Ｔ＋２７３．１５）＊５９５８０−１９１９１６７６０＊（Ｔ＋２７３．１５）−０．５）／１０００００
ここで、ｐはバール絶対値であり、Ｔは℃である。
【００２８】
冷媒回路の外側の温度、例えば車両の内部温度または外部温度は、参照温度として用いられ得る。しかしながら、冷媒回路内で測定される温度、例えば着氷センサーを介して測定される蒸発器温度を用いてもよい。複数の温度が測定される場合は、測定された温度の最低値が有利に用いられる。
【００２９】
チャージモニタリングは、特に、コンプレッサのスイッチを入れて、すなわち、進行中の作動の間に、適切なセンサー装置を用いて進行し、ここで、冷媒チャージに依存した、測定される変数が確証される。この場合、冷媒の圧力および温度は、冷媒回路の高圧側（すなわち、コンプレッサおよびコンデンサーユニットの（具体的にはガス冷却器の）下流、および、膨張装置の上流）で、適切に配置された圧力センサーおよび温度センサーにより検出される。検出された値は、冷媒の測定された圧力が、検出された温度に関して規定の公称圧力範囲外である場合に仮定されるチャージエラーにより、評価される。測定された圧力が、規定の公称圧力範囲、または公称圧力に基づき規定可能な最低圧力よりも低い場合、その最低圧力は規定の最低圧力に相当し、その結果として冷媒の規定の最低チャージに相当し、そして、現在の（ｃｕｒｒｅｎｔ）冷媒温度に依存し、システム内の冷媒損失が推定され、そして、対応するシグナルを出し、さらなるステップを作動させる。例えば、警告シグナルが出力され、それは聴覚および／または視覚の形態でのサービスメッセージとしての出力であり得る。
【００３０】
好ましい実施態様では、本発明により提案される方法のさらなるステップは、冷媒を用いて冷媒システムを自動的に充填するステップを含み、ここで、冷媒は、例えば、システムに組み込まれた貯蔵容器内に保管され、そして、制御されたディスペンサーを用いて供給される。ディスペンサーは、とりわけ、電磁弁および逆止弁を具備する制御されたバルブユニットを備え、それは、コンデンサーユニットまたはガス冷却器またはコンデンサーの下流に配置された圧力センサーが、公称圧力範囲内である冷媒の圧力（コンデンサーユニットからの排出口で検出される温度に基づく公称圧力に相当する）を検出するまで開いたままである。
【００３１】
本発明の目的に関し、用語「公称圧力範囲」は、その公称圧力からの逸脱が多くても例えば＋／−１０％の許容範囲である圧力値を含む圧力範囲を意味すると考えられ（制限圧力値とも呼ぶ）、それは、最大効率を達成するために、温度に基づき決定される。前記の公称圧力は、コンプレッサ軸動力に対して冷却能力を最適化することにより得られる。最適化における１つのパラメーターは、熱消散ガス冷却器からの排出口での冷媒温度であり、ここで、最大効率を達成するために必要な公称圧力は、用いられる冷媒の熱力学データから、または公称圧力の適切な測定により、決定される。
【００３２】
冷媒の公称圧力は、コンデンサーまたはガス冷却器からの排出口で確証された温度に基づいておおよそ決定される。前記の公称圧力は、最も単純なケースでは、例えば、以下の関係に従って一次方程式または部分的な一次方程式により決定され得る：
【００３３】
ｐ（Ｔ）＝９０＋２・（Ｔ−３５）
ここで、ｐはバールで、Ｔは℃で挿入され、または、
ｐ（Ｔ）＝７４＋２・（Ｔ−３１＋５）
ここで、ｐはバールで、Ｔは℃で挿入される。
【００３４】
臨界圧力が７４バールの場合、臨界温度３１℃および想定５℃のサブクーリングが挿入され、多少、より高い公称圧力が得られる。
【００３５】
より良い結果を生じる、決定に関する代替は、蒸気圧力曲線を使用すること、および、臨界温度を超えてそれを推定することを含み、ここで、特定のサブクーリング（例えば５Ｋの桁）が規定される。蒸気圧力に関する実際の関係は以下である：
【００３６】
ｐ（Ｔ）＝ｐｃｒｉｔ・（（Ｔ／Ｔｃｒｉｔ＋ａ）・ｂ）ｃ＋ｄ
【００３７】
相当する値が冷媒ＣＯ２に関して挿入され、以下が得られる：
【００３８】
ｐ（Ｔ）＝７３．８３４・（（（Ｔ＋２７３．１５）／３０４．２１−０．３５００４２）・１．５４１５９）４．３１４５８−０．８１００１４。
【００３９】
ここで、Ｔは℃で挿入するべきであり、一方で、ｐはバール絶対値で得られる。５℃のサブクーリングでは、得られる公称圧力は以下である：
【００４０】
ｐ（Ｔ）＝７３．８３４×（（（Ｔ＋２７８．１５）／３０４．２１−０．３５００４２）・１．５４１５９）４．３１４５８−０．８１００１４。
【００４１】
最適公称圧力を正確に決定することは、達成される冷却性能およびこの目的に適用されるコンプレッサ動力を決定することを必要とする。しかしながらこれは、コンプレッサの注入口および排出口での圧力および温度センサーをさらに必要とし、それはかなりの追加の支出を要する。記載した理由のため、この場合、一次方程式を介した、または、蒸気圧力の推定を介した、単純で大まかな決定が好ましい。遷臨界の圧縮冷却システムの高圧側では、ガス冷却器の下流で、５Ｋサブクーリングで蒸気圧力の良好な推定を得ることが可能である。３０℃の温度ではおよそ８０バールの圧力が、３５℃の温度ではおよそ９０バールの圧力が、および、４０℃の温度では１００バールの圧力が優勢である。
【００４２】
測定される圧力が比較され得る公称圧力の値は、確証された温度値、および、温度／圧力ダイアグラム上にプロットされた制限圧力曲線に基づき、定義することができる。冷媒回路内の冷媒チャージエラーは、公称圧力と測定された圧力の比較に基づき仮定される。具体的には、測定された圧力が規定の公称圧力範囲外である場合に損失が仮定され得て、それは、公称圧力および検出された温度における規定可能な許容範囲から決定される。
【００４３】
損失が検出される場合、作動している圧縮冷却システムは、コンプレッサの吸込み側に設けられた充填口を介して、貯蔵容器から、制御された様式で充填され得る。代替の実施態様では、冷媒システムは、外部供給源を介して、例えば、ワークショップビジットのコースで（ｉｎ  ｔｈｅ  ｃｏｕｒｓｅ  ｏｆ  ａ  ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｖｉｓｉｔ）充填される。
【００４４】
一実施態様では、システムに組み込まれた貯蔵容器は、例えばトップアップのシリンダーの形状であり、車両内に、例えば荷物室内に、または車両のタンク内に（したがって、高温が広がるエンジン室の領域内ではない）、固定して配置される。具体的には、電磁弁および逆止弁を備える充填口がコンプレッサの吸込み側に備えられ得て、それを介して、冷媒の規定量が冷媒回路中に導入される。気体の冷媒が供給される場合は、貯蔵容器の充填口は、蒸発装置の上流または下流の低圧側に配置される。しかしながら、液体の冷媒が供給される場合は、充填口は、蒸発装置の上流に配置される。
【００４５】
損失が冷媒システムにおいて検出される場合は、冷媒の圧力は低すぎ、そして、冷媒システムは冷媒が補充され、ここで、例えば、コンプレッサのスイッチを入れて、規定の公称圧力に到達するまで補充が続けられる。
【００４６】
しかしながら、冷媒システム内の圧力が低すぎて、低圧スイッチを介してコンプレッサのスイッチが切れている場合もあり得る。圧縮冷却システムが停止しているとき、冷却システムの高圧側と低圧側との間で均圧が生じ、前記の均一化は、膨張装置、蒸発装置、コンプレッサ注入口までの領域を含み、均一化圧力がシステムの冷媒回路内で確証される。この場合、冷媒システムは、はじめに、システムと貯蔵容器との間の圧力が均一化するまで、または、コンプレッサの低圧スイッチの圧力上のスイッチングが到達するまで、コンプレッサのスイッチを入れずに貯蔵容器から冷媒が補充され、そして、さらなる充填が、圧力が公称圧力範囲内であるまで、コンプレッサのスイッチを入れてさらに続けられる。
【００４７】
冷媒の圧力および冷媒の温度または同等の温度の間の関係に基づき、チャージエラーが確証されるような様式で、冷媒回路の充填レベルが評価される。チャージは、圧力、温度およびチャージの間の関係に基づき評価される。チャージエラーの評価からの結果は、組み込まれた貯蔵容器から冷媒回路を充填するためのトリガーイベントとして用いられ得て、ここで、充填の検証が可能である。チャージエラーの充填ひいては補填は、バルブユニットを用いて制御されるラインを介して、コンプレッサのスイッチを入れて進行し、ここで、チャージ−感知性パラメーターの圧力および温度は、対応するセンサーを用いて測定される。チャージ−感知性パラメーターの圧力および温度が規定の公称圧力範囲内に戻っている場合、例えばバルブユニットに対する対応する制御シグナルにより、貯蔵容器からの冷媒供給が止まり、そして、出力されている任意の警告はキャンセルされる。この様式で、規定のチャージを維持することが可能であり、それは、冷却システムの最大限に損失フリーの冷却性能に必須である。
【００４８】
貯蔵容器は冷媒回路に連結され、それは、蒸発装置の下流およびコンプレッサの吸込み側の上流のラインに、圧縮冷却システムの低圧側に、バルブユニットを介して配置される。一実施態様では、冷媒を保管する貯蔵容器は、冷媒システムの充填作業が大幅に加速および短縮され得るように、温度（したがって貯蔵容器内の圧力）を上昇させるための加熱装置を備える。
【００４９】
さらに、貯蔵容器内に保管される冷媒（具体的にはＣＯ２）は、車両の消火システムのための消火媒体として用いられ得る。消火装置は、必要な場合は消火媒体として冷媒ＣＯ２を供給し、車両内で生じ得る、または、交通事故によって引き起こされ得る、特にエンジン室での、火災元のために備えられる。本発明によれば、前記の冷媒は、貯蔵容器内に保管され得て、冷却システムの充填のため、および消火装置のための、両方に利用可能である。消火装置は、消火剤ラインおよびノズル（車両のセンシティブ領域（ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ｒｅｇｉｏｎ）内の、可能性のある火災元で終わる）を備える。衝突および／または火災の場合、自動消火プロセスは、適切なセンサーシステムを用いて進行し得て、ここで、保管されたＣＯ２（特にオイルフリーである）は、火災を防ぐための予防手段を実行するような様式で、大気酸素を火災の危険性がある領域から追い出す。特に、貯蔵容器内に保管された二酸化炭素は、冷媒回路内で運搬される冷媒（コンプレッサ内で用いられる潤滑油の高い溶解度に起因して、高圧側で油を混入させる）とは異なり、オイルフリーである。
【００５０】
衝突および／または火災の場合、自動消火プロセスが引き起こされ、出てくる冷媒は、いかなる油（火災の危険性をさらに増大させる）をも過熱された位置へ運搬することなく、大気酸素（火災の発生に関与する）を追い出す。
【００５１】
本発明の例示的な実施態様を、図面に関連して、より詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】冷媒ＣＯ２を用いた冷却システム、および、冷媒チャージおよび消火装置のモニタリングの略ブロック図を示す。
【図２】制御された充填での進行中の作動における、図１の冷却システムの冷媒チャージをモニタリングするフローチャットを示す。
【図３】様々な蒸発温度での、ガス冷却器から出現後の冷媒の温度と、関係がある公称圧力との間の関係のグラフを示す。
【図４】冷媒の臨界点を超えて推定される蒸気圧力曲線と比較した、５Ｋのサブクーリングでのガス冷却器から出現後の冷媒の温度と圧力との間の関係のグラフを示す。
【図５】様々な蒸発温度での、５Ｋのサブクーリングでのガス冷却器から出現後の冷媒の温度と冷却性能係数との間の関係のグラフを示す。
【図６】最適冷却性能係数での、ガス冷却器から出現後の冷媒の温度と充填レベルとの間の関係のグラフを示す。
【図７】コンプレッサのスイッチを切って、冷媒の圧力および温度を測定するための温度スケールを有する圧力計スケールを示す。
【図８】コンプレッサのスイッチを入れて、冷媒の圧力および温度を測定するための温度スケールを有する圧力計スケールを示す。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
異なる実施態様
図１は、冷媒ＣＯ２を用いて作動し、車両内で用いられ得る、冷却システム１０の概略図である。ＣＯ２は、二酸化炭素として、およびＲ−７４４としても知られる。冷却システム１０は、コンプレッサ１２を具備する閉じた冷媒回路４６を備え、その下流には、高圧側に、ガス冷却器１４が配置される。後者は膨張装置１６が続き、それにより、循環される冷媒が、それを通って通過の際に、膨張および冷却された形態で蒸発装置１８に供給され、それはコンプレッサ１２へ吸込み側２０で連結される。冷却システム１０の個々の構成要素１２、１４、１６および１８は、圧力ライン１９により共に連結される。
【００５４】
特定量の冷媒が保管される貯蔵容器２２は、吸込み側２０に、または、蒸発装置１８の出口側とコンプレッサ１２の注入口または吸込み側２０との間の対応する圧力ライン１９に、連結される。貯蔵容器２２は、例えば電磁弁および逆止弁（図示せず）を備えるバルブユニット２４を介して、圧力ライン１９に連結される。貯蔵容器２２は、加熱装置４８をさらに備えてよく、ここで、上昇温度は、貯蔵容器２２内に保管された冷媒の圧力を増大させ、それは充填の加速に寄与する。
【００５５】
冷却される気流２６は蒸発装置１８を介して運ばれ、その気流は、例えば、車両の内部へ吹き込まれる。ガス冷却器１４は、前記冷却器を介して運び出される気流２８により冷却される。少なくとも１つの制御ユニット３０がさらに示され、それは、従来の様式で冷却システム１０の作動を制御する。さらに説明されるように、前記の少なくとも１つの制御ユニット３０は、検出手段とともに、冷媒チャージのモニタリングをさらに制御する。
【００５６】
冷媒チャージエラーが冷却システム１０内で検出される場合に、シグナルが前記の少なくとも１つの制御ユニット３０から警告装置３１へ送信され得ることが、図１から推測され得て、ここで、警告装置３１へ出力される情報は、冷却システム１０のチャージエラーに関する情報を提供する。
【００５７】
検出手段は、ガス冷却器１４の出口側３５に備わっている冷媒温度センサー３２および冷媒圧力センサー３４を具備する。前記の少なくとも１つの制御ユニット３０は、前述のセンサー３２および３４から測定シグナルを受け取り、そして、冷媒チャージをモニタリングするための方法に従ってそれらを評価し、これは、冷却システムの進行中の作動の間、進行する。
【００５８】
図１は消火ライン３６を示し（複数のそのようなラインを代表する）、それは貯蔵容器２２から始まり車両のエンジン室内の火災の危険性があるポイントで終わる。消火ノズル３８は、消火ライン３６の末端に備えられる。電磁弁４０は、制御ライン４２を介して前記の少なくとも１つの制御ユニット３０に連結され、消火ライン３６内に配置される。前記の少なくとも１つの制御ユニット３０は、衝突および／または火災を検出するセンサー４４からのシグナルを処理する。センサー４４は、例えば、シートベルトテンショナーおよび／またはエアバッグの形態をとり得る衝突センサーであってよく、または、衝突センサーと別であってよい。これに代え又はこれに加えて、対応するセンサー４４もまた、潜在的な火災位置に火災センサーとして配置される温度センサーを備えてもよい。損傷を検出することが可能な変形センサーをさらに備えてよい。事故に起因する火災、または損傷の場合、消火ライン３６内の電磁弁４０が、前記の少なくとも１つの制御ユニット３０を介してアクチュエートされ、消火ライン３６を介して消火ノズル３８から、制御された様式で、貯蔵容器２２からの冷媒ＣＯ２が出てくるように前記電磁弁が開き、そして、火災元を意図的に消火し、または、引火性の高い領域を予防的にＣＯ２に曝露する。
【００５９】
図２は、制御された充填での、進行中の作動における、図１の冷却システム１０の冷媒チャージのモニタリングのフローチャートを示す。
【００６０】
最初のステップ１００において、冷却システム１０の冷媒チャージのモニタリングのスタート９９では、冷媒温度ＴＫＭｍｅｓｓは、ガス冷却器１４の出口側３５に配置された冷媒温度センサー３２を介して制御ユニット３０に移行し、冷媒圧力ｐＫＭｍｅｓｓは、同じ位置に同様に配置された冷媒圧力センサー３４によって制御ユニット３０へ移行する。それから、ステップ１０２において、冷却システム１０のコンプレッサ１２のスイッチが入っているかどうか確認する。以下は、コンプレッサ１２のスイッチが入っている場合を言及する。
【００６１】
コンプレッサ１２のスイッチが切れると、例えば、測定される圧力が低すぎて、コンプレッサ１２が低圧スイッチを介して自動的にスイッチが切れた場合、高圧側と低圧側との間の均圧がステップ１０１において進行する。この場合、制御ユニット３０がバルブユニット２４を開くことができ、それにより、冷媒が、特定のレベルまで、貯蔵容器２２の外へ冷媒回路４６中に流れる。それから、以下に説明するように、コンプレッサ１２のスイッチを入れて冷媒回路４６のさらなる充填が続く。
【００６２】
コンプレッサ１２のスイッチを入れて、測定される冷媒温度ＴＫＭｍｅｓｓと関連し得る公称圧力ｐｓｏｌｌ（Ｔ）がステップ１０４において確証され、ここで、様々な近似が用いられ得る。冷媒チャージエラーは、確証された冷媒温度および確証された冷媒圧力から、および、温度−依存性の制限圧力値または公称圧力との比較に基づいて、検証され得る。ここで、測定された圧力および温度の値は、制限圧力曲線（関係がある参照温度値に関する制限圧力値を表わし、したがって、冷媒チャージエラーを検証するための基礎として用いられる）と比較される。
【００６３】
ステップ１０６では、制御ユニット３０は、測定された冷媒圧力ｐＫＭｍｅｓｓが、最低圧力ｐｍｉｎと最大圧力ｐｍａｘとの間に置かれる公称圧力範囲外であるかどうかを確証する。具体的には、最低圧力ｐｍｉｎは、公称圧力ｐｓｏｌｌ（Ｔ）およびΔｐ（それからの逸脱が許容範囲である、例えば、公称圧力ｐｓｏｌｌ（Ｔ）から＋／−１０％の許容範囲を許す）から決定される。公称圧力ｐｓｏｌｌ（Ｔ）は、冷媒の規定の最低圧力に相当し、したがって、規定の最低チャージに相当し、および、現在の冷媒温度ＴＫＭｍｅｓｓに依存する。
【００６４】
測定された冷媒圧力ｐＫＭｍｅｓｓが、カバーされた許容範囲域内である場合は、モニタリングのプロセスは最終段階１１５であり、終了する。測定された冷媒圧力ｐＫＭｍｅｓｓが、より低い規定可能な最低圧力ｐｍｉｎよりも下になる場合は、制御ユニット３０は、冷媒チャージエラーまたは冷媒回路４６の損失としてこれを認識し、そして、さらなるステップを生じさせる。１つのステップ１０８は、警告の発生であり、適切な様式で出力される。
【００６５】
さらなるステップ１１０は、自動的および制御された、貯蔵容器２２内に保管された冷媒を用いた冷却システム１０の充填に関する。
【００６６】
制御ユニット３０は、冷却システム１０内の冷媒の損失が補われるまで、圧力ライン１９を介してコンプレッサ１２の吸込み側２０で冷媒回路４６に、貯蔵容器２２からの冷媒が供給されるように、バルブユニット２４を開く。冷却システム１０の充填は、ステップ１１２において、公称圧力ｐｓｏｌｌ（Ｔ）と測定された冷媒圧力ｐＫＭｍｅｓｓの比較を伴う。測定された冷媒圧力が、公称圧力からの逸脱が、公称圧力＋／−決定可能な許容範囲の範囲内（例えば２％）である場合、ステップ１１４において、制御ユニット３０は、充填を終了および警告をキャンセルするためのシグナルを出力する。その結果、充填のプロセスは最終段階１１５であり、終了する。
【００６７】
図３は、測定された冷媒温度ＴＫＭｍｅｓｓ（℃）と、ガス冷却器１４から出現後の冷媒二酸化炭素の関係がある公称圧力ｐｓｏｌｌ（Ｔ）（バール）との関係を示すグラフである。ここで、第一曲線Ｋ１は、＋１０℃の蒸発温度ｔ０での言及した関係を示し、第二曲線Ｋ２は、−１０℃の蒸発温度ｔ０での言及した関係を示す。
【００６８】
図４は、第三曲線Ｋ３における、５Ｋのサブクーリングでの冷媒回路４６の一定のチャージでの、ガス冷却器１４から出現後の冷媒二酸化炭素の測定された冷媒温度ＴＫＭｍｅｓｓ（℃）と圧力ｐ（バール）との間の関係を示すグラフである。比較により、冷媒二酸化炭素の臨界点ＰＣを超えて推定される蒸気圧力曲線Ｋ４が、ダイアグラム上にさらにプロットされる。
【００６９】
図５は、例として、ガス冷却器１４から出現後の冷媒二酸化炭素の測定された冷媒温度ＴＫＭｍｅｓｓ（℃）と、５Ｋのサブクーリングでの冷却性能係数εとの間の関係を示すグラフである。ここで、第五曲線Ｋ５は、＋１０℃の蒸発温度ｔ０での言及された関係を示し、第六曲線Ｋ６は、−１０℃の蒸発温度ｔ０での言及された関係を示す。
【００７０】
図６は、例として、ガス冷却器１４から出現後の冷媒二酸化炭素の測定された冷媒温度ＴＫＭｍｅｓｓ（℃）と、最適冷却性能係数εでの冷媒の充填レベルＦ（ｇ／リットル）との間の関係を示すグラフである。選択された例では、蒸発温度ｔ０は０℃に達し、コンプレッサ１２は０．８の効率を有し、および、ガス冷却器１４のボリュームは、蒸発装置１８のボリュームのおよそ２倍の大きさである。
【００７１】
図７は、コンプレッサ１２のスイッチを切って、冷媒二酸化炭素の冷媒圧力ｐＫＭｍｅｓｓ（バール）および冷媒温度ＴＫＭｍｅｓｓ（℃）を測定するための、温度スケールを有する圧力計のスケールの例を示す。示される例では、充填レベルは、およそ２６０ｇ／ｌに達する。この場合、冷媒二酸化炭素は液体状態である。
【００７２】
図８は、コンプレッサ１２のスイッチを入れて、冷媒二酸化炭素の冷媒圧力ｐＫＭｍｅｓｓ（バール）および冷媒温度ＴＫＭｍｅｓｓ（℃）を測定するための、温度スケールを有する圧力計のスケールの例を示す。示される例では、サブクーリングはおよそ５Ｋである。この場合、冷媒二酸化炭素は超臨界状態である。
【００７３】
本発明は、記載される例示的な実施態様および本明細書中で強調される態様に限定されない。むしろ、当業者の能力内である数多くの改変が、特許請求の範囲により定義される範囲内で可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１０  冷却システム
１２  コンプレッサ
１４  ガス冷却器
１６  膨張装置
１８  蒸発装置
１９  圧力ライン
２０  吸込み側
２２  貯蔵容器
２４  制御されたバルブユニット
２６  冷却される気流
２８  ガス冷却器を介して運び出される気流
３０  制御ユニット
３１  警告装置
３２  冷媒温度センサー
３４  冷媒圧力センサー
３５  ガス冷却器の出口側
３６  消火ライン
３８  消火ノズル
４０  電磁弁
４２  制御ライン
４４  衝突および／または火を検出するセンサー
４６  冷媒回路
４８  加熱装置
９９  スタート
１００・・・１１４  ステップ
１１５  最終段階
Ｆ  充填レベル
ｐ  圧力
ＰＣ  臨界点
ｐＫＭｍｅｓｓ  冷媒圧力
ｐｓｏｌｌ（Ｔ）  公称圧力
ｔ０  蒸発温度
ＴＫＭｍｅｓｓ  冷媒温度
ε  冷却性能係数
Ｋ１  第一曲線
Ｋ２  第二曲線
Ｋ３  第三曲線
Ｋ４  蒸気圧力曲線
Ｋ５  第五曲線
Ｋ６  第六曲線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2016102647.tif 000008
【図７】
2016102647.tif 000009
【図８】
2016102647.tif 000010
【外国語明細書】
2016102647000001.pdf