用于车辆空调测试系统的制冷剂加注回收系统及方法.pdf

本发明公开了一种用于车辆空调测试系统的制冷剂加注回收系统及方法，包括储液罐、真空泵、真空计、第一管路、第二管路、加注罐、回收罐、温控箱、加热器、冷却器、称重装置和控制单元，位于第一温控箱的加注罐通过制冷剂补充阀与储液罐相连且通过加注阀与第一管路相连；位于第二温控箱的回收罐通过回收阀与第二管路相连；加热器和冷却器分别控制第一、二温控箱的温度且两个温控箱设在称重装置上；低压、第二管路分别通过低压、高压真空阀与真空泵相连，加注罐与回收罐间设有连通阀且二者之一通过加注回收真空阀与真空泵相连；控制单元与称重装置、加热器、冷却器、真空计以及所有阀连接。本发明可以准确实现定量加注和温度控制，而且可以通过切换温控箱状态实现制冷剂的重复利用。

1.  一种用于车辆空调测试系统的制冷剂加注回收系统，包括储液罐、真空泵、真空计、与空调低压侧相连的第一管路和加注端头、与空调高压侧相连的第二管路和回收端头，其特征在于，还包括加注罐、回收罐、温控箱、加热器、冷却器、称重装置和控制单元，
所述加注罐位于一第一温控箱内，其通过一制冷剂补充阀与储液罐相连，且通过一加注阀与第一管路相连；所述回收罐位于一第二温控箱内，其通过一回收阀与第二管路相连；所述加注罐与回收罐之间设有一连通阀，所述连通阀用于控制加注罐和回收罐的通断；
所述加热器控制加注罐所在的第一温控箱的温度，所述冷却器控制回收罐所在的第二温控箱的温度，且两个温控箱设置在称重装置上；
所述第一管路通过一低压真空阀与真空泵相连，所述第二管路通过一高压真空阀与真空泵相连，所述加注罐或回收罐通过一加注回收真空阀与真空泵相连；
所述控制单元分别与称重装置、加热器、冷却器、真空计、制冷剂补充阀、加注阀、回收阀、连通阀、低压真空阀、高压真空阀和加注回收真空阀电性连接。

2.  根据权利要求1所述的用于车辆空调测试系统的制冷剂加注回收系统，其特征在于，所述加热器和冷却器为一体式的半导体电子冷热器，该电子冷热器一侧位于第一温控箱内且控制第一温控箱的温度，另一侧位于第二温控箱内且控制第二温控箱的温度。

3.  根据权利要求1所述的用于车辆空调测试系统的制冷剂加注回收系统，其特征在于，所述加注罐还连接有一加注排气阀，用于抽真空前排放罐内制冷剂和释放压力。

4.  根据权利要求1所述的用于车辆空调测试系统的制冷剂加注回收系统，其特征在于，所述回收罐还连接有一回收排气阀，用于抽真空前排放罐内制冷剂和释放压力。

5.  根据权利要求1所述的用于车辆空调测试系统的制冷剂加注回收系统，其特征在于，所述低压真空阀、高压真空阀和加注回收真空阀并联后与真空泵相连，且真空计设在真空泵与低压真空阀、高压真空阀和加注回收真空阀之间。

6.  一种采用权利要求1所述的用于车辆空调测试系统的制冷剂加注回收系统的制冷剂加注回收方法，其特征在于，
加注制冷剂前，先对汽车空调以及加注回收系统进行抽真空处理：将加注端头和回 收端头分别连接空调的低压侧和高压侧，控制单元控制低压真空阀、高压真空阀、加注回收真空阀以及加注罐与回收罐之间的连通阀打开，同时启动真空泵抽真空，通过真空计检测汽车空调以及加注回收系统是否存在泄漏，如果无泄漏，控制单元控制低压真空阀、高压真空阀、加注回收真空阀以及连通阀关闭，同时关闭真空泵；
加注制冷剂：控制单元控制制冷剂补充阀打开，储液罐内的制冷剂自动加入到加注罐内，称重装置实时采集制冷剂的重量信号，当重量信号达到预设的补充量时，控制单元控制制冷剂补充阀关闭；控制单元驱动加热器工作，使加注罐所在的第一温控箱为热箱，再控制加注阀打开，加注罐内的制冷剂通过第一管路和加注端头自动加入到真空状态的汽车空调内，当制冷剂的加注量达到预设的加注量时，控制单元驱动加注阀关闭；
回收制冷剂：控制单元驱动冷却器工作，使回收罐所在的第二温控箱为冷箱，再控制回收阀打开，汽车空调内的制冷剂通过回收端头和第二管路自动流入回收罐内，当制冷剂的回收量达到预设的回收量时，控制单元驱动回收阀关闭。

7.  根据权利要求6所述的用于车辆空调测试系统的制冷剂加注回收系统的制冷剂加注回收方法，其特征在于，
所述加热器和冷却器为一体式的半导体电子冷热器，该电子冷热器一侧位于第一温控箱内，另一侧位于第二温控箱内，其用于控制两个温控箱的温度并改变两个温控箱的冷热模式；
当回收罐内的制冷剂达到预设的阈值量时，作为冷箱的第二温控箱在电子冷热器的加热下切换为热箱，同时作为热箱的第一温控箱在电子冷热器的冷却下切换为冷箱，控制单元控制连通阀打开，回收罐内的制冷剂通过连通阀自动流入加注罐内。

8.  根据权利要求6所述的用于车辆空调测试系统的制冷剂加注回收系统的制冷剂加注回收方法，其特征在于，所述加注罐底部还连接有一加注排气阀，该加注排气阀用于抽真空前排放罐内制冷剂和释放压力。

9.  根据权利要求6所述的用于车辆空调测试系统的制冷剂加注回收系统的制冷剂加注回收方法，其特征在于，所述回收罐底部还连接有一回收排气阀，该回收排气阀用于抽真空前排放罐内制冷剂和释放压力。

10.  根据权利要求6所述的用于车辆空调测试系统的制冷剂加注回收系统的制冷剂加注回收方法，其特征在于，启动真空泵进行抽真空后，先进行真空保压再通过真空计 检测汽车空调以及加注回收系统是否存在泄漏。

用于车辆空调测试系统的制冷剂加注回收系统及方法
技术领域
本发明涉及空调制冷技术领域，尤其属于一种用于车辆空调测试系统的制冷剂加注回收系统及方法。
背景技术
目前，在汽车空调制冷剂的加注和回收领域内，多数采用泵加注以及压缩机回收的方式。
图1为一种常见的通过柱塞泵来加注制冷剂的装置原理图，其中包括柱塞泵11、真空泵12、传感器(包括压力传感器13、真空传感器14)、流量计15、流体控制阀等，真空定量加注制冷剂的整个过程主要包括抽真空、保压检漏、二次抽真空、加注这几个工艺时序。
首先，利用真空泵12将汽车空调系统中的空气排出，通过真空传感器14检测真空管路的真空值大小并以此判断空调系统是否存在泄漏。若无泄漏，继续进行二次抽真空以及保压，再通过真空传感器14判断系统是否存在泄漏，若无泄漏，则可以开始制冷剂加注。加注时，打开加注头16内的高压端阀门，制冷剂通过第二管路输送至空调系统内，当加注量达到设定值时，完成加注。在制冷剂加注过程中，通过压力传感器13检测储液罐17内的压力，当储液罐17内的压力低于最低阈值时，表明储液罐17中储液不足，此时柱塞泵11开始工作，将制冷剂瓶18内的制冷剂通过管路及时补充到储液罐17内，直到储液罐17内压力达到最高阈值时完成制冷剂的补充。
在图1所示的制冷剂加注装置中，柱塞泵11是整个加注系统的核心元件，而柱塞泵11内的密封圈属于易损件，需要定期更换，且长期使用会造成柱塞泵11的活塞磨损，进而导致加注装置发生压力内漏。
图2为一种常见的以压缩机来回收制冷剂的装置原理图，其通过真空泵35、压缩机26、油分离器29、流体控制阀等实现制冷剂的回收-加注循环过程。
制冷剂回收过程开始时，打开管路阀23、24和回收阀25，启动压缩机26，汽车空调系统中的废旧制冷剂通过高压岐管21或低压岐管22被回收。具体地，气液混合的制冷剂依次经过回收阀25和杂质过滤器27，然后由膨胀阀28减压后进入油分离器29的 内腔，气态制冷剂在内腔吸收热量后通过干燥过滤器30滤除水分，并经压缩机26压缩为高压气体后进入回流罐31，继而通过单向阀32进入油分离器29的外腔，高压气体在外腔释放热量后以液态形式进入储液罐33。加注制冷剂时，通常需要先进行抽真空以检查系统是否存在泄漏。抽真空过程开始时，打开真空阀34，启动真空泵35，整个循环系统或空调系统就可以被抽为真空状态。加注过程开始时，开启电磁阀36，储液罐33中的液态制冷剂会依靠自然压力通过低压岐管22被加注到空调系统中。
图2所示的装置采用压缩机回收制冷剂，不但增加了成本，而且如果压缩机内含有润滑油，还可能渗入压缩机内的润滑油。除此之外，储液罐置于常温环境中，不具备温度控制功能，当外部环境温度较低时，则可能出现储液罐内压力较低的情况，这样在加注过程中就会因为储液罐内的压力与空调系统内的压力平衡而造成无法正常加注的问题。另外，该装置的加注精度较低，一般为±5g。
综上所述，采用柱塞泵或压缩机的加注回收装置，加注精度低，不易控制，设备成本较高，同时运动部件容易损坏，降低了系统可靠性，而且会产生较大的噪音。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于车辆空调测试系统的制冷剂加注回收系统及方法，不但可以精确实现定量加注，而且制冷剂易于回收且可以实现制冷剂的重复利用。
为解决上述技术问题，本发明提供的用于车辆空调测试系统的制冷剂加注回收系统，包括储液罐、真空泵、真空计、与空调低压侧相连的第一管路和加注端头、与空调高压侧相连的第二管路和回收端头，还包括加注罐、回收罐、温控箱、加热器、冷却器、称重装置和控制单元，
所述加注罐位于一第一温控箱内，其通过一制冷剂补充阀与储液罐相连，且通过一加注阀与第一管路相连；所述回收罐位于一第二温控箱内，其通过一回收阀与第二管路相连；所述加注罐与回收罐之间设有一连通阀，所述连通阀用于控制加注罐和回收罐的通断；
所述加热器控制加注罐所在的第一温控箱的温度，所述冷却器控制回收罐所在的第二温控箱的温度，且两个温控箱设置在称重装置上；
所述第一管路通过一低压真空阀与真空泵相连，所述第二管路通过一高压真空阀与 真空泵相连，所述加注罐或回收罐通过一加注回收真空阀与真空泵相连；
所述控制单元分别与称重装置、加热器、冷却器、真空计、制冷剂补充阀、加注阀、回收阀、连通阀、低压真空阀、高压真空阀和加注回收真空阀电性连接。
优选的，所述加热器和冷却器为一体式的半导体电子冷热器，该电子冷热器一侧位于第一温控箱内且控制第一温控箱的温度，另一侧位于第二温控箱内且控制第二温控箱的温度。
进一步地，所述加注罐还连接有一加注排气阀，该加注排气阀用于抽真空前排放罐内制冷剂和释放压力。所述回收罐还连接有一回收排气阀，该回收排气阀用于抽真空前排放罐内制冷剂和释放压力。
在上述结构中，所述低压真空阀、高压真空阀和加注回收真空阀并联后与真空泵相连，且真空计设在真空泵与低压真空阀、高压真空阀和加注回收真空阀之间。
此外，本发明还提供采用上述用于车辆空调测试系统的制冷剂加注回收系统实现的制冷剂加注回收方法，其中：
加注制冷剂前，先对汽车空调以及加注回收系统进行抽真空处理：将加注端头和回收端头分别连接空调的低压侧和高压侧，控制单元控制低压真空阀、高压真空阀、加注回收真空阀以及加注罐与回收罐之间的连通阀打开，同时启动真空泵抽真空，通过真空计检测汽车空调以及加注回收系统是否存在泄漏，如果无泄漏，控制单元控制低压真空阀、高压真空阀、加注回收真空阀以及连通阀关闭，同时关闭真空泵；
加注制冷剂：控制单元控制制冷剂补充阀打开，储液罐内的制冷剂自动加入到加注罐内，称重装置实时采集制冷剂的重量信号，当重量信号达到预设的补充量时，控制单元控制制冷剂补充阀关闭；控制单元驱动加热器工作，使加注罐所在的第一温控箱为热箱，再控制加注阀打开，加注罐内的制冷剂通过第一管路和加注端头自动加入到真空状态的汽车空调内，当制冷剂的加注量达到预设的加注量时，控制单元驱动加注阀关闭；
回收制冷剂：控制单元驱动冷却器工作，使回收罐所在的第二温控箱为冷箱，再控制回收阀打开，汽车空调内的制冷剂通过回收端头和第二管路自动流入回收罐内，当制冷剂的回收量达到预设的回收量时，控制单元驱动回收阀关闭。
进一步地，所述加热器和冷却器为一体式的半导体电子冷热器，该电子冷热器一侧位于第一温控箱内，另一侧位于第二温控箱内，其用于控制两个温控箱的温度并改变两 个温控箱的冷热模式；当回收罐内的制冷剂达到预设的阈值量时，作为冷箱的第二温控箱在电子冷热器的加热下切换为热箱，同时作为热箱的第一温控箱在电子冷热器的冷却下切换为冷箱，控制单元控制连通阀打开，回收罐内的制冷剂通过连通阀自动流入加注罐内。
其中，所述加注罐底部还连接有一加注排气阀，该加注排气阀用于抽真空前排放罐内制冷剂和释放压力。所述回收罐底部还连接有一回收排气阀，该回收排气阀用于抽真空前排放罐内制冷剂和释放压力。
较佳的，启动真空泵进行抽真空后，先进行真空保压再通过真空计检测汽车空调以及加注回收系统是否存在泄漏。
本发明的有益之处在于：
1)本发明的制冷剂加注回收系统中采用了称重装置，该称重装置与控制单元连接，可以准确地实现定量加注，从而显著提高测试系统的精度；
2)本发明的制冷剂加注回收系统中采用半导体技术的电子冷热器，不但可以准确控制温控箱的温度，而且可以根据需要切换两个温控箱的冷热模式，从而实现制冷剂的重复利用；
3)本发明的制冷剂加注回收系统省去了压缩机、柱塞泵以及流量计等装置，简化了系统组成，避免了易损件的维护保养和更换，降低了成本和噪音。
附图说明
图1为现有的泵加注制冷剂的装置示意图；
图2为现有的压缩机回收制冷剂的装置示意图；
图3为半导体电子冷热器的结构示意图；
图4为本发明的制冷剂加注回收系统的示意图。
其中附图标记说明如下：
11为柱塞泵；12为真空泵；13为压力传感器；14为真空传感器；15为流量计；16为加注头；17为储液罐；18为制冷剂罐；
21为高压歧管；22为低压歧管；23、24为管路阀；25为回收阀；26为压缩机；27为杂质过滤器；28为膨胀阀；29为油分离器；30为干燥过滤器；31为回收罐；32为单向阀；33为储液罐；34为真空阀；35为真空泵；36为电磁阀；
41为储液罐；42为真空泵；43为真空计；44为加注罐；45为回收罐；46为第一温控箱；47为第二温控箱；48为电子冷热器；49为称重装置；50为制冷剂补充阀；51为加注阀；52为回收阀；53为连通阀；54为低压真空阀；55为高压真空阀；56为加注回收真空阀；57为回收排气阀；58为加注排气阀；59为第一管路；60为第二管路。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供的用于车辆空调测试系统的制冷剂加注回收系统，如图4所示，包括储液罐41、真空泵42、真空计43、与空调低压侧相连的第一管路59和加注端头、与空调高压侧相连的第二管路60和回收端头，此外还包括加注罐44、回收罐45、温控箱46、47、加热器、冷却器、称重装置49和控制单元(图中未示出)，其中：
所述加注罐44位于一第一温控箱46内，其通过一制冷剂补充阀50与储液罐41相连，且通过一加注阀51与第一管路59相连；所述回收罐45位于一第二温控箱47内，其通过一回收阀52与第二管路60相连；所述加注罐44与回收罐45之间设有一连通阀53，所述连通阀53用于控制加注罐44和回收罐45的通断；加注阀51与加注罐44之间设有加注针阀用于调节加注流量，同时回收阀52与回收罐45之间设有回收针阀用于调节回收流量；
所述加热器控制加注罐44所在的第一温控箱46的温度，所述冷却器控制回收罐45所在的第二温控箱47的温度，且两个温控箱设置在称重装置49上；
所述第一管路59通过一低压真空阀54与真空泵42相连，所述第二管路60通过一高压真空阀55与真空泵相连，所述加注罐44或回收罐45通过一加注回收真空阀56与真空泵相连；
所述控制单元分别与称重装置49、加热器、冷却器、真空计43、制冷剂补充阀50、加注阀51、回收阀52、连通阀53、低压真空阀54、高压真空阀55和加注回收真空阀55电性连接。
其中，加热器和冷却器可以为一体式的半导体电子冷热器48，如图3所示，其特点是一侧可以制冷另一侧可以加热。这种半导体的电子冷热器48由若干N型半导体颗粒和P型半导体颗粒间隔摆放而成，相邻的N型半导体颗粒和P型半导体颗粒之间通过导体(通常是铜、铝或其他金属导体)相连接组成一完整的通电电路，最后用两块绝缘 体(如陶瓷片)将导体以及通过导体连接的半导体颗粒夹起来，如图3所示。
如图3所示，该电子冷热器工作时，接通直流电源后，电子由负极动身，首先经过右侧第一个P型半导体颗粒并在此吸收热量，然后通过导体到达相邻的右侧第一个N型半导体颗粒并将热量释放，电子每经过一个NP模组就将热量从一侧传递至另一侧从而使得电子冷热器的两侧构成温差，形成冷热端。对于电子冷热器的一侧制冷还是加热以及制冷/加热的速率，可以根据需要设置通过它的电流方向和大小。
这种半导体电子冷热器的机理主要是电荷载体在不同的材料中处于不同的能量级，在外电场的作用下，电荷载体从高能级的材料向低能级的材料运动时，便会释放出多余的能量。反之，电荷载体从低能级的材料向高能级的材料运动时，需从外界吸收能量。
如图4所示，电子冷热器48一侧位于第一温控箱46内且控制第一温控箱46的温度，另一侧位于第二温控箱47内且控制第二温控箱47的温度。
此外，加注罐44还连接有一加注排气阀58，回收罐45还连接有一回收排气阀57，该加注排气阀58和回收排气阀57用于抽真空前排放罐内制冷剂和释放压力。
其中，低压真空阀54、高压真空阀55和加注回收真空阀56并联后与真空泵42相连，且真空计43设在真空泵42与低压真空阀54、高压真空阀55和加注回收真空阀56之间，用于检测汽车空调系统以及加注回收系统在抽真空处理后的压力状况。
利用上述制冷剂加注回收系统加注制冷剂前，首先要对汽车空调以及加注回收系统(加注罐44和回收罐45)进行抽真空处理，保证汽车空调系统内无制冷剂。其中，将加注端头连接汽车空调的低压侧，将回收端头连接汽车空调的高压侧。抽真空开始时，控制单元控制低压真空阀54、高压真空阀55、加注回收真空阀56以及加注罐44与回收罐45之间的连通阀53打开，同时启动真空泵42抽真空，抽真空时间可以根据不同的汽车空调系统设置，然后进行一段时间的真空保压。通过真空计43检测汽车空调以及加注回收系统是否存在泄漏(即真空系统的压力变化情况)，如果真空计43采集的压力信号没有明显的上升，说明系统无泄漏，可以进行制冷剂的加注，此时控制单元控制低压真空阀54、高压真空阀55、加注回收真空阀56以及连通阀53关闭，同时关闭真空泵42。
加注制冷剂包括从储液罐41向加注罐44补充制冷剂以及从加注罐44向汽车空调系统内加注。向加注罐44补充制冷剂时，控制单元控制制冷剂补充阀50打开，储液罐 41内的制冷剂会自动加入到加注罐44内，在这个过程中称重装置49实时采集制冷剂的重量信号，当重量信号达到预设的补充量时，控制单元控制制冷剂补充阀50关闭。向汽车空调系统加注制冷剂时，控制单元驱动加热器工作，使加注罐44所在的第一温控箱46为热箱(如温度控制在+40～50℃)，再控制加注阀51打开，作为热箱的加注罐44内的制冷剂由于高压作用通过第一管路59和加注端头自动加入到真空状态的汽车空调内，当称重装置49采集的重量信号表明制冷剂的加注量达到预设的加注量时，控制单元驱动加注阀51关闭，此时就可以启动汽车空调系统，进行空调的性能测试。通常情况下，在试验过程中往往需要少量多次的定量加注。
在加注开始之前，可以先将称重装置49清零再开始将储液罐41内的制冷剂补充到加注罐44内。
如果试验过程中发现制冷剂加注过量时，可以回收多余的制冷剂，此时控制单元驱动冷却器工作，使回收罐45所在的第二温控箱47为冷箱(如温度控制在+10～15℃)，再控制回收阀52打开，由于回收端头连接在汽车空调系统的高压侧，而低温的回收罐45处于低压侧，所以汽车空调内的制冷剂通过回收端头和第二管路60自动流入回收罐45内，当制冷剂的回收量达到预设的回收量时，控制单元驱动回收阀52关闭。这个制冷剂的回收过程仅能回收多余的部分制冷剂，无法将所有制冷剂回收，因为该加注回收系统是依靠回收罐与空调系统之间的压力差进行回收的，当回收罐回收一定量的制冷剂后，回收罐内的压力升高，当其压力与汽车空调系统的压力平衡时，回收过程无法继续进行，但是在车辆空调测试过程中，根本不需要将空调系统中的制冷剂完全回收，因此该回收方法简单有效，且满足空调系统性能测试的需要。
当采用一体式的半导体电子冷热器取代上述的加热器和冷却器时，利用电子冷热器48的一侧为第一温控箱46加热时，电子冷热器48的另一侧为第二温控箱47制冷，当然改变电子冷热器的电流方向就可以调换两个温控箱的冷热模式。当回收罐45内的制冷剂达到预设的阈值量时，作为冷箱的第二温控箱47在电子冷热器48的加热下切换为热箱，同时作为热箱的第一温控箱46在电子冷热器48的冷却下切换为冷箱，控制单元控制连通阀53打开，在压力差的作用下回收罐45内的制冷剂通过连通阀53自动流入加注罐44内。
此外，当车辆空调系统采用另一种制冷剂时，可以将加注罐和回收罐通过底部接头 更换为新的罐体，然后连接氮气对管路进行吹扫清洗即可采用新的制冷剂了，操作简单并不会产生交叉污染。
下表所示为该制冷剂加注回收系统在实现各个功能时阀门的开关状态。

本发明的制冷剂加注回收系统中采用了称重装置，该称重装置与控制单元连接，可以准确地实现定量加注(加注精度可以控制在1g以内)，从而显著提高测试系统的精度，同时采用半导体技术的电子冷热器，不但可以准确控制温控箱的温度，而且可以根据需要切换两个温控箱的冷热模式，从而实现制冷剂的重复利用。
此外，本发明的制冷剂加注回收系统省去了压缩机、柱塞泵以及流量计等装置，简化了系统组成，避免了易损件的维护保养和更换，降低了成本和噪音。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，该实施例仅仅是本发明的较佳实施例，其并非对本发明进行限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员做 出的等效置换和改进，均应视为在本发明所保护的技术范畴内。