-
Die Erfindung betrifft einen Kühlkreis, zumindest mit einem Verdichter, einem Verflüssiger und einem Verdampfer, wobei der Kühlkreis ein Kältemittel umfasst, das während eines Kühlbetriebs des Kühlkreises entlang einer Strömungsrichtung im Kühlkreis zirkuliert, um an dem Verdampfer Wärme aufzunehmen und an dem Verflüssiger Wärme abzugeben.
-
Ein derartiger Kühlkreis dient zum Kühlen eines Raums oder eines Behältnisses, in dem der Verdampfer angeordnet oder mit dem der Verdampfer wärmeleitend gekoppelt ist. Der Verdampfer entzieht der Umgebungsluft in dem Raum oder dem Behältnis Wärme, die von dem Kältemittel aufgenommen und – auf einem höheren Temperaturniveau – an dem Verflüssiger abgegeben wird. Insbesondere kann ein derartiger Kühlkreis an einem Gebäude stationär installiert sein, beispielsweise an dem Gebäude eines Lebensmittel-Supermarkts, wobei der Verdampfer oder mehrere Verdampfer einem Kühlraum, einem Kühlmöbel der Normalkühlung und/oder einem Kühlmöbel der Tiefkühlung zugeordnet ist bzw. sind.
-
Ein Problem bei derartigen Kühlkreisen liegt in einem unerwünschten Verlust von Kältemittel im Falle eines Lecks einer Komponente des Kühlkreises, beispielsweise an einem Verbindungsrohr oder an einem Rohranschluss. Zwar werden inzwischen Kältemittel eingesetzt, die bei einem Entweichen in die Atmosphäre keine Zersetzung der Ozon-Schicht bewirken. Jedoch können diese Kältemittel den Treibhauseffekt begünstigen (CO2-äquivalente Wirkung).
-
Im Falle eines Verlusts von Kältemittel besteht ein Problem auch darin, dass der Kältemittelverlust oftmals nur sehr spät erkannt wird. Die Funktionstüchtigkeit der betreffenden Kühlanlage ist durch den Kältemittelverlust nämlich zunächst nicht oder nicht spürbar beeinträchtigt. Um einen Kältemittelverlust zu erfassen, ist es prinzipiell möglich, Sensoren zu verwenden, die einen Gasaustritt aus dem Kühlkreis detektieren. Diese Methode ist jedoch unerwünscht aufwendig und ungenau.
-
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Kühlkreis zu schaffen, der eine einfache und zuverlässige Erfassung eines Verlusts von Kältemittel gestattet, ohne dass der Kühlbetrieb wesentlich beeinträchtigt wird.
-
Diese Aufgabe wird durch einen Kühlkreis mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst und insbesondere dadurch, dass in Strömungsrichtung nach dem Verflüssiger und vor dem Verdampfer ein Sperrventil vorgesehen ist, um den Kühlkreis für einen Messbetrieb wahlweise zu sperren, wobei an dem Verflüssiger eine Wägeeinrichtung vorgesehen ist, um während des Messbetriebs den Verflüssiger zusammen mit dem darin enthaltenen Kältemittel zu wiegen.
-
Bei dem Kühlkreis ist in Strömungsrichtung nach dem Verflüssiger und vor dem Verdampfer ein Sperrventil angeordnet. Das Sperrventil ist während des Kühlbetriebs des Kühlkreises gewöhnlich geöffnet. Für einen Messbetrieb kann das Sperrventil jedoch temporär geschlossen werden, um den Kühlkreislauf zu sperren. Wenn bei geschlossenem Sperrventil der Verdichter läuft, kann das Kältemittel zumindest zu einem signifikanten Anteil aus dem Verdampfer abgesaugt und in dem Verflüssiger (d. h. in den darin vorgesehenen Rohrleitungsabschnitten) aufgestaut werden. Wenn in diesem Zustand – also während der Verdichter noch läuft oder bereits wieder abgeschaltet worden ist und während das Kältemittel noch in dem Verflüssiger aufgestaut ist – das Gewicht des Verflüssigers mittels einer Wägeeinrichtung bestimmt wird, kann aus dem entsprechenden Gewichtsmesswert auf die Menge des in dem Kühlkreis insgesamt noch enthaltenen Kältemittels geschlossen werden.
-
Mit anderen Worten wird während des Messbetriebs eine große Menge des Kältemittels in den Verflüssiger verbracht, um das ohnehin vorhandene Rohrleitungsvolumen des Verflüssigers für eine Gewichtsmessung auszunutzen und somit Rückschlüsse auf die im Kühlkreislauf noch vorhandene Kältemittelmenge ziehen zu können. Aus mehreren nacheinander ermittelten derartigen Kältemittel-Gewichtsmesswerten kann auf einen Verlust von Kältemittel aus dem Kühlkreis geschlossen werden.
-
Der Kühlkreis bildet hierbei einen geschlossenen Kreislauf. Das Kältemittel verbleibt also während des Kühlbetriebs und auch während des Messbetriebs im Kühlkreis. Der Kühlbetrieb muss somit auch nur kurz unterbrochen werden, so dass trotz der intermittierenden Messung der Kältemittelmenge keine unerwünscht starke Erwärmung des Verdampfers (Kühlstellen) erfolgt.
-
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend beschrieben und in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung besitzt der Kühlkreis ferner einen Kältemittel-Sammler, der in Strömungsrichtung nach dem Verflüssiger vorgesehen ist, wobei während des Messbetriebs auch die in dem Sammler enthaltene Kältemittelmenge erfasst wird. Ein derartiger Sammler ist üblicherweise als Reservoir für das überschüssige Kältemittel vorgesehen, wenn bei niedrigem Kältebedarf einzelne Verdampfer nur teilweise gefüllt oder sogar vollständig leer sind. Ein derartiger Sammler kann auch allein deshalb vorgesehen sein, um während des genannten Messbetriebs das überschüssige Kältemittel aufzunehmen, also wenn das Volumen des Verflüssigers nicht ausreicht. Durch die zusätzliche Berücksichtigung der in dem Sammler enthaltenen Kältemittelmenge kann die Genauigkeit der Bestimmung der (Gesamt-)Kältemittelmenge erhöht werden. Bei Vorhandensein eines derartigen Sammlers ist das genannte Sperrventil in Strömungsrichtung vorzugsweise nach dem Sammler vorgesehen.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist an dem genannten Sammler ein Füll standssensor vorgesehen, der während des Messbetriebs die in dem Sammler enthaltene Kältemittelmenge unmittelbar erfasst, d. h. durch Messung der Füllstandshöhe. Bei dieser Ausführungsform kann an dem Sammler zusätzlich ein Temperaturfühler vorgesehen sein, um während des Messbetriebs zusätzlich die Temperatur des in dem Sammler enthaltenen Kältemittels zu erfassen. Hierdurch können temperaturabhängige Ausdehnungseffekte des Kältemittels berücksichtigt werden.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist auch an dem Sammler eine (separate) Wägeeinrichtung vorgesehen, um während des Messbetriebs auch den Sammler zusammen mit dem darin enthaltenen Kältemittel zu wiegen und einen entsprechenden Gewichtsmesswert zu erzeugen.
-
Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass der Sammler mit dem Verflüssiger starr verbunden ist, so dass die für den Verflüssiger vorgesehene Wägeeinrichtung während des Messbetriebs auch das Gewicht des Sammlers und des darin enthaltenen Kältemittels erfasst. Hierdurch muss lediglich ein einziger Gewichtsmesswert erfasst und verarbeitet werden, um sowohl das Gewicht des Kältemittels im Verflüssiger als auch das Gewicht des Kältemittels im Sammler zu berücksichtigen.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist dem Kühlkreis eine Steuereinrichtung zugeordnet, die dazu ausgebildet ist, während des Messbetriebs das genannte Sperrventil zu schließen, den Verdichter (während das Sperrventil geschlossen ist) zu aktivieren und die Wägeeinrichtung (während das Sperrventil weiterhin geschlossen ist und der Verdichter noch läuft oder bereits wieder abgeschaltet ist) zum Wiegen des Verflüssigers anzusteuern. Hierbei wird ein Signal der Wägeeinrichtung ausgelesen, das einen Gewichtsmesswert repräsentiert. Sofern gemäß einer der vorgenannten Ausführungsformen auch ein Füllstandssensor, ein Temperaturfühler oder eine weitere Wägeeinrichtung für einen Kältemittel-Sammler vorgesehen ist, wird auch hierzu ein entsprechender Messwert erfasst.
-
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung ferner mit einer Auswerteeinrichtung verbunden, wobei diese Auswerteeinrichtung mit der Steuereinrichtung auch eine einzige Einheit bilden kann. Die genannte Auswerteeinrichtung ist dazu ausgebildet, aus Signalen zumindest der Wägeeinrichtung die Menge des in dem Kühlkreis enthaltenen Kältemittels zu berechnen, wobei vorzugsweise ein entsprechender Wert ausgegeben und beispielsweise zur Anzeige gebracht wird. Sofern auch der genannte Füllstandssensor, der genannte Temperaturfühler oder die genannte weitere Wägeeinrichtung für einen Kältemittel-Sammler vorgesehen ist, berücksichtigt die Auswerteeinrichtung auch den diesbezüglich erfassten Messwert. Für die Berechnung der Kältemittelmenge kann die Auswerteeinrichtung auch noch zusätzliche Messwerte oder Parameter berücksichtigen (z. B. Druck oder Temperatur des Kältemittels im Kühlkreis) und/oder statistische Analysen vornehmen und berücksichtigen (z. B. Filterung, gleitende Mittelwertbildung). Die genannte Auswerteeinrichtung ist vorzugsweise auch dazu ausgebildet, ein Warnsignal auszugeben, falls die berechnete Kältemittelmenge einen Referenzwert unterschreitet (z. B. absoluter oder relativer Schwellwert).
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die genannte Steuereinrichtung dazu ausgebildet, den Messbetrieb zu mehreren verschiedenen Messzeitpunkten auszulösen, wobei die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, die zu den verschiedenen Messzeitpunkten ermittelten Signale der Wägeeinrichtung oder die zu den verschiedenen Messzeitpunkten berechneten Kältemittelmengen miteinander zu vergleichen oder mit einem Referenzwert zu vergleichen. Dieser Referenzwert kann beispielsweise durch eine oder mehrere Kalibrierungsmessungen ermittelt worden sein. Als Ergebnis des jeweiligen Vergleichs kann die Ausgabe eines Warnsignals vorgesehen sein.
-
Bei dem genannten Sperrventil kann es sich um ein separates Ventil des Kühlkreises handeln. Bei einer vorteilhaft einfachen Ausführungsform ist das Sperrventil hingegen durch das Expansionsventil gebildet, das üblicherweise ohnehin in Strömungsrichtung vor dem Verdampfer vorgesehen ist. In diesem Fall muss das Expansionsventil also steuerbar gesperrt und geöffnet werden können.
-
Was die genannte Wägeeinrichtung betrifft, so kann diese beispielsweise wenigstens einen Dehnmessstreifen aufweisen, um während des Messbetriebs ein Signal erzeugen zu können, das das Gewicht des Verflüssigers und des darin enthaltenen Kältemittels repräsentiert. Ein Dehnmessstreifen oder eine Anordnung von mehreren Dehnmessstreifen stellt eine besonders zuverlässige Einrichtung zur Gewichtsbestimmung dar. Jedoch können auch andere bekannte Einrichtungen oder Methoden der Gewichtsbestimmung zur Anwendung gelangen.
-
Besonders vorteilhafte Anwendung findet die Erfindung für stationär installierte Kühlkreise, bei denen typischerweise mit besonders großen Kältemittelmengen gearbeitet wird und bei denen es besonders wichtig ist, dass der Kühlbetrieb nur kurz für den Messbetrieb unterbrochen werden muss, so dass es zu keiner unerwünschten Erwärmung am Verdampfer (Kühlstellen) kommt.
-
Bei einem derartigen stationär installierten Kühlkreis kann der Verdampfer innerhalb eines Gebäudes vorgesehen sein (z. B. mehrere Kühlstellen und ein Kühlraum), während der Verflüssiger außerhalb des Gebäudes angeordnet ist, beispielsweise auf dem Dach des Gebäudes. Im Falle einer derartigen Anordnung des Verflüssigers im Außenraum ist es bevorzugt, wenn der Verflüssiger an seiner Oberseite (abgesehen beispielsweise von den üblicherweise vorhandenen Ventilatoren und den hierfür erforderlichen Öffnungen) im Wesentlichen plan ausgebildet ist (d. h. ohne Randerhöhungen, z. B. ebener Gehäusedeckel oder separate Abdeckung). Alternativ oder zusätzlich kann der Verflüssiger eine bezüglich der Horizontalen geneigte Oberseite aufweisen (z. B. schräg geneigter Gehäusedeckel oder separate Abdeckung). Durch derartige Maßnahmen wird erreicht, dass Niederschlag (z. B. Regenwasser, Schnee) sich nicht leicht an der Oberseite des Verflüssigers absetzt und hierdurch das Messergebnis verfälscht.
-
Die Erfindung wird nachfolgend noch lediglich beispielhaft anhand der einzigen Figur erläutert. Diese zeigt in einer schematischen Darstellung einen erfindungsgemäßen Kühlkreis.
-
Der gezeigte Kühlkreis umfasst entlang einer Strömungsrichtung S einen Verdichter 11, einen Verflüssiger 13, einen Sammler 15, ein Sperrventil 17, ein Expansionsventil 19 und einen Verdampfer 21. Während eines Kühlbetriebs (Verdichter 11 ist aktiviert, Sperrventil 17 ist geöffnet) zirkuliert ein Kältemittel 23 in dem Kühlkreis, um an dem Verdampfer 21 Wärme aufzunehmen und an den Verflüssiger 13 Wärme abzugeben. Der Kühlkreis bildet hierbei einen geschlossenen Kreislauf. Typischerweise ist der Verflüssiger 13 in einem Außenraum A eines Gebäudes angeordnet, insbesondere auf dem Dach des Gebäudes, während die weiteren Komponenten 11, 15, 17, 19, 21 im Innenraum I des Gebäudes angeordnet sind. Grundsätzlich können jedoch auch sämtliche Komponenten 11, 13, 15, 17, 19, 21 im Innenraum I oder im Außenraum A eines Gebäudes angeordnet sein. In einer bevorzugten Anwendung dient der gezeigte Kühlkreis zum Kühlen von Kühlstellen in einem Supermarkt.
-
Natürlich handelt es sich bei dem gezeigten Kühlkreis um eine stark vereinfachte Darstellung. Zusätzliche Komponenten und Verbindungsleitungen können vorgesehen sein. Beispielsweise können mehrere Verdampfer 21 vorgesehen sein, um mehrere Kühlstellen zu bilden, insbesondere auf unterschiedlichen Temperaturniveaus und/oder in einer Kaskadenschaltung (mit zwei getrennten Kreisläufen) oder einer Booster-Schaltung (mit einem einzigen Kreislauf). Ferner können auch mehrere Verdichter 11 in einer Parallelschaltung vorgesehen sein, um eine Verbundanlage zu bilden. Das Sperrventil 17 und das Expansionsventil 19 können auch durch ein einziges Ventil gebildet sein (z. B. Magnetventil).
-
Der gezeigte Kühlkreis weist die folgenden Besonderheiten auf: Das Sperrventil 17 ist über eine Steuerleitung 25 mit einer Steuer- und Auswerteeinheit 27 verbunden. Der Verflüssiger 13 stützt sich über eine Wägeeinrichtung 29 ab, die beispielsweise durch mehrere Dehnmessstreifen gebildet ist, die an den Tragefüßen des Verflüssigers 13 vorgesehen sind. Die Wägeeinrichtung 29 ist über eine jeweilige Signalleitung 31 ebenfalls mit der Steuer- und Auswerteeinheit 27 verbunden. An dem Sammler 15 ist ferner ein Füllstandssensor 33 vorgesehen, der über eine Signalleitung 35 mit der Steuer- und Auswerteeinheit 27 verbunden ist. Außerdem führt eine weitere Steuerleitung 37 von der Steuer- und Auswerteeinheit 27 zu dem Verdichter 11.
-
Die Steuer- und Auswerteeinheit 27 ist dazu ausgebildet, während des Kühlbetriebs den Kühlkreis zu steuern, beispielsweise durch Aktivieren und Deaktivieren des Verdichters 11. Hierfür kann die Steuer- und Auswerteeinheit 27 mit weiteren, nicht dargestellten Komponenten (z. B. Magnetventil) oder Sensoren (z. B. Temperaturfühler) verbunden sein. Zusätzlich ist die Steuer- und Auswerteeinheit 27 dazu ausgebildet, beispielsweise gemäß einem vorbestimmten Ablaufschema und/oder auf Abruf den Kühlbetrieb zeitweise zu unterbrechen und stattdessen einen Messbetrieb auszulösen. Während des Messbetriebs wird zunächst das Sperrventil 17 (und vorzugsweise auch das Expansionsventil 19) geschlossen, und der Verdichter 11 wird aktiviert, d. h. eingeschaltet. Hierdurch wird das in Strömungsrichtung S nach dem Sperrventil 17 und vor dem Verdichter 11 befindliche Kältemittel 23, also insbesondere das in dem Verdampfer 21 vorhandene Kältemittel 23, weitestgehend in den Verflüssiger 13 und den Sammler 15 befördert. Danach, insbesondere nachdem der Verdichter 11 wieder deaktiviert worden ist, liest die Steuer- und Auswerteeinheit 27 die von der Wägeeinrichtung 29 und dem Füllstandssensor 33 erzeugten Signale aus, d. h. bezüglich des Verflüssigers 13 wird ein Gewichtsmesswert erfasst und bezüglich des Sammlers 15 wird ein Füllstandsmesswert erfasst. Unmittelbar anschließend, und noch bevor es am Verdampfer 21 zu einer signifikanten Erwärmung kommen kann, wird der Kältebetrieb wieder aufgenommen, d. h. der Messbetrieb ist abgeschlossen.
-
Die Steuer- und Auswerteeinheit 27 ist auch dazu ausgebildet, aus den ermittelten Signalen der Wägeeinrichtung 29 und des Füllstandssensors 33 die Menge des in dem Kühlkreis enthaltenen Kältemittels 23 zu berechnen. Hierfür können die ermittelten Signale mit Signalen verglichen werden, die zu einem früheren Zeitpunkt ermittelt worden sind, und/oder die aktuell ermittelten Signale können mit Referenzwerten verglichen werden, die durch Kalibriermessungen ermittelt worden sind (z. B. bei bekannter Menge des Kältemittels 23, bei bekanntem Gewicht des Verflüssigers 13 und/oder bei bekanntem Füllstand im Sammler 15).
-
Anhand der somit berechneten aktuellen Menge des in dem Kühlkreis enthaltenen Kältemittels 23 kann die Steuer- und Auswerteeinheit 27 auf eventuelle Verluste von Kältemittel 23 schliefen, beispielsweise wenn die Differenz zwischen der berechneten Kältemittelmenge und einem Referenzwert einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt. Zutreffendenfalls kann die Steuer- und Auswerteeinheit 27 ein Warnsignal ausgeben.
-
Der gezeigte Kühlkreislauf ermöglicht somit bei einfachem Aufbau und ohne wesentliche Störung des Kühlbetriebs eine zuverlässige Erfassung der Menge des in dem Kühlkreis enthaltenen Kältemittels 23, um Kältemittelverluste frühzeitig erfassen und anzeigen zu können.
-
Schließlich ist anzumerken, dass auch andere Anordnungen und Ausgestaltungen des Kühlkreises möglich sind. Beispielsweise können der Verflüssiger 13 und der Sammler 15 zu einer einzigen Einheit zusammengefasst werden, deren Gewicht durch eine gemeinsame Wägeeinrichtung 29 erfasst wird. In diesem Fall ist kein zusätzlicher Füllstandssensor 33 erforderlich.
-
Bezugszeichenliste
-
- 11
- Verdichter
- 13
- Verflüssiger
- 15
- Sammler
- 17
- Sperrventil
- 19
- Expansionsventil
- 21
- Verdampfer
- 23
- Kältemittel
- 25
- Steuerleitung
- 27
- Steuer- und Auswerteeinheit
- 29
- Wägeeinrichtung
- 31
- Signalleitung
- 33
- Füllstandssensor
- 35
- Signalleitung
- 37
- Steuerleitung
- A
- Außenraum
- I
- Innenraum
- S
- Strömungsrichtung
