DE102018129131A1 - Arbeitsfluid-Management - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur sicheren Durchführung eines linksdrehenden thermodynamischen Clausius-Rankine-Kreisprozesses mittels eines entzündlicher Arbeitsfluide, welche in einem geschlossenen, hermetisch dichten Arbeitsfluidumlauf (1) geführt werden, aufweisend mindestens einen Verdichter (2) für Arbeitsfluid, mindestens eine Entspannungseinrichtung (4) für Arbeitsfluid, mindestens zwei Wärmeübertrager (3, 5) für Arbeitsfluid mit jeweils mindestens zwei Anschlüssen (7, 8, 9, 10) für Wärmeüberträgerfluide, ein geschlossenes Gehäuse (6), welches alle am geschlossenen Arbeitsfluidumlauf angeschlossenen Einrichtungen umfasst und weitere Einrichtungen umfassen kann, mindestens zwei Behälter (15, 16, 17, 18, 19, 20) zur Aufnahme von Arbeitsfluid, mindestens eine Absperrvorrichtung (11, 12) innerhalb des Arbeitsfluidumlaufes (1), je einen Abzweig (11, 12) und eine Absperrvorrichtung (11, 12) aus dem Arbeitsfluidumlauf (1) zu den Behältern (15, 16, 17, 18, 19, 20) zur Aufnahme von Arbeitsfluid, ferner ein Verfahren zum Befüllen und Entleeren des Arbeitsfluidumlaufs mit unterschiedlichen Arbeitsfluiden.

Description

• Die Erfindung betrifft Arbeitsfluidumläufe, in denen ein als Kältemittel wirkendes Arbeitsfluid in einem thermodynamischen Kreisprozess, wie zum Beispiel dem Clausius-Rankine-Kreisprozess, geführt wird. Vorwiegend sind dies Wärmepumpen, Klimaanlagen und Kühlgeräte, wie sie in Wohngebäuden gebräuchlich sind. Unter Wohngebäuden werden dabei Privathäuser, Miethauskomplexe, Krankenhäuser, Hotelanlagen, Gastronomie und kombinierte Wohn- und Geschäftshäuser verstanden, in denen Menschen dauerhaft leben und arbeiten, im Unterschied zu mobilen Vorrichtungen wie KFZ-Klimaanlagen oder Transportboxen, oder auch Industrieanlagen oder medizintechnischen Geräten. Gemeinsam ist diesen Kreisprozessen, dass sie unter Einsatz von Energie Nutzwärme oder Nutzkälte erzeugen und Wärmeverschiebungssysteme bilden.
• Die zum Einsatz kommenden thermodynamischen Kreisprozesse sind seit langem bekannt, ebenso die Sicherheitsprobleme, die bei der Verwendung geeigneter Arbeitsfluide entstehen können. Abgesehen von Wasser sind die bekanntesten damaligen Arbeitsfluide brennbar und giftig. Sie führten im vergangenen Jahrhundert zur Entwicklung der Sicherheitskältemittel, die aus fluorierten Kohlenwasserstoffen bestanden. Es zeigte sich jedoch, dass diese Sicherheitskältemittel die Ozonschicht schädigen, zur Klimaerwärmung führen, und dass ihre sicherheitstechnische Unbedenklichkeit zu konstruktiven Unachtsamkeiten führte. Bis zu 70 % des Umsatzes entfiel auf den Nachfüllbedarf undichter Anlagen und deren Leckageverluste, der hingenommen wurde, solange dies im Einzelfall als wirtschaftlich vertretbar empfunden wurde und Bedarf an Ersatzbeschaffung förderte.
• Der Einsatz dieser Kältemittel wurde aus diesem Grund Restriktionen unterworfen, in der Europäischen Union beispielsweise durch die F-Gas-Verordnung (EU) 517/2014. Eine weitere Einschränkung wurde 2016 im Montrealer Protokoll beschlossen, bei dem sich die Vertragsstaaten auch zur Begrenzung von teilfluorierten Kohlenwasserstoffen einigen konnten.
• Zur empfohlenen Verwendung bleiben demnach nur noch natürliche Ersatz-Kältemittel, dies sind Wasser, Kohlendioxid, Ammoniak und nicht-halogenierte Kohlenwasserstoffe. Es hat sich dabei gezeigt, dass es das ideale Ersatzkältemittel nicht gibt. So wird im Fall von Kohlendioxid ein sehr hoher Betriebsdruck benötigt und Ammoniak verträgt sich nicht mit Kupferinstallationen, die einen hohen Wärmeübergang gewährleisten würden. Wasser lässt sich nur in Sonderfällen bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt einsetzen, was deren Einsatz für Wärmepumpen, die im Winter Heizungen versorgen sollen, und die frostiger Umgebung Wärme entziehen müssen, unmöglich macht.
• Doch auch die nicht-halogenierten Kohlenwasserstoffe mit geringem Klimaschädigungspotenzial sind problematisch. Sie sind entzündlich und zersetzen sich gern, auch stellen sie teilweise hervorragende Lösungsmittel für die verwendeten Verdichterschmiermittel dar. Ihre Mischungen weisen oft einen deutlichen Temperaturgleit auf, was die Regelung der Anlagen erschwert, weil die Verdampferüberhitzung nur schlecht zu bestimmen ist. Damit ist entweder der Verdichter gefährdet, wenn die Verdampferüberhitzung zu gering geworden ist und Tröpfchen in den Verdichter eingesogen werden, oder die Leistungszahl sinkt unverhältnismäßig, wenn sicherheitshalber eine besonders große Verdampferüberhitzung eingestellt wird.
• Das Problem mit geeigneten Mischungen wird verstärkt durch die Gefahr der Leckagebildung. Zum einen entsteht durch austretendes Kältemittel Entzündungsgefahr, zum anderen ändern sich die Mischungsverhältnisse im Kältemittel und damit auch die Anforderungen an die Steuerung und Regelung des Geräts.
• Es ist daher einerseits äußerst problematisch, die konstruktiven Prinzipien für Kältemittel-führende thermodynamische Prozesse zu übernehmen, die sich bei Sicherheitskältemitteln scheinbar gut bewährt haben, andererseits auf die Anlagenkonzepte aus der Zeit vor Einführung der Sicherheitskältemittel aufzusetzen und einen Rückgriff auf die seinerzeit verwendeten Kältemittel vorzunehmen. Dies liegt auch daran, dass inzwischen aus Einzelgeräten komplexe Anlagen geworden sind, was die Anzahl der Möglichkeiten für Störungen und deren Folgen vervielfältigt hat. Hierdurch ergeben sich beispielhaft die folgenden Anforderungen an das Sicherheitskonzept:
• - Im Normalbetrieb muss die Anlage absolut dicht sein.
• - Weder bei einer Leckage im Kondensator noch bei einer Leckage im Verflüssiger darf Arbeitsfluid in den gekoppelten Nutzwärme- oder Nutzkältekreislauf gelangen.
• - Es darf kein Arbeitsfluid aus dem Kältekreislauf unbemerkt entweichen können.
• - Im Verdichter darf das Arbeitsfluid nicht durch die Lagerung entweichen.
• - Im Entspannungssystem darf das Arbeitsfluid nicht durch den Ventilsitz diffundieren oder durch Kavitation zu Leckagen führen.
• - Gekapselte Teile müssen für Wartungs- und Kontrollzwecke zugänglich bleiben.
• - In Notfällen dürfen sich keine Gefahren einstellen.
• - Die Anlage soll in vorhandene Räumlichkeiten integrierbar sein
• - Das Kältemittel soll abgelassen und eingefüllt werden können.
• Der Begriff des Notfalls muss weit gesehen werden. Denkbar sind Stromausfälle, Erdbeben, Erdrutsche, Überschwemmungen, Brände, technische Fehler und klimatische Extrembedingungen. Sofern die Anlagen in einem Netzwerk betrieben werden, ist auch ein Netzausfall oder eine Netzstörung als Notfall anzusehen. Gegenüber solchen Gefahren oder Störungen soll die Vorrichtung inhärent sicher sein. Aber auch ein Ausfall der verfügbaren Primärenergie kann einen Notfall begründen und darf keine Gefahrentwicklung zur Folge haben. Alle diese Notfälle können auch kombiniert auftreten.
• Hierbei sind die verschiedenen Bauformen und Anwendungsfälle für derartige thermodynamische Kreisprozesse gesondert zu berücksichtigen, bei ortsfesten Anlagen für Wohngebäude beispielsweise folgende:
• - Haushaltskühlschränke,
• - Haushaltsgefrierschränke,
• - Haushaltstrockner,
• - Haushaltskühl-Gefrierkombinationen,
• - Kühlkammern für Hotel- und Gastronomie,
• - Gefrierkammern für Hotel- und Gastronomie,
• - Klimaanlagen für Haus, Hotel- und Gastronomie,
• - Warmwassererzeugung für Haus, Hotel- und Gastronomie,
• - Beheizung für Haus, Hotel- und Gastronomie,
• - Sauna-Schwimmbadanlagen für Haus, Hotel- und Gastronomie,
• - Kombinierte Anlagen für die oben genannten Anwendungen, wobei diese Aufzählung nicht vollständig ist.
• Die Energie für den Betrieb der Anlagen einschließlich der zu verschiebenden Wärmeenergie kann aus verschiedenen Quellen stammen:
• - Wärme aus Umgebungsluft,
• - Erdwärme aus Erdwärmespeichern,
• - Geothermische Wärme,
• - Fernwärme,
• - Elektrische Energie aus allgemeiner Stromversorgung,
• - Elektrische Solarenergie,
• - Solarwärme,
• - Abwärme,
• - Warmwasserspeicher,
• - Eisspeicher,
• - Latentwärmespeicher,
• - Fossile Energieträger wie Erdgas, Erdöl, Kohle,
• - Nachwachsende Rohstoffe wie Holz, Pellets, Biogas,
• - Kombinationen aus den oben genannten Energiequellen,
wobei auch diese Aufzählung nicht vollständig ist.
• Die auftretenden Probleme bei der Sicherheitsauslegung solcher Anlagen werden in der WO 2015/032905 A1 anschaulich beschrieben. So liegt die untere Zündgrenze von Propan als Arbeitsfluid R290 etwa bei 1,7 Volumenprozent in Luft, was 38 g/m³ in Luft entspricht. Sofern der Kälteprozess in einem ihn umgebenden, hermetisch abgeschlossenen, ansonsten aber luftgefüllten Raum mit dem Arbeitsfluid Propan durchgeführt wird, stellt sich das Problem der Erkennung einer kritischen, explosiven Situation nach einer Störung, bei der das Arbeitsfluid in diesen hermetisch abgeschlossenen Raum austritt. Elektrische Sensoren zur Erkennung kritischer Konzentrationen sind nur schwierig explosionsgeschützt auszuführen, weswegen gerade die Propan-Erkennung durch die Sensoren selbst das Explosionsrisiko erheblich verschärft, ausgenommen hiervon sind Infrarotsensoren. Propan ist auch giftig, bei Inhalation oberhalb einer Konzentration von ca. 2 g/m³ stellen sich narkotische Effekte, Kopfschmerzen und Übelkeit ein. Dies betrifft Personen, die ein erkanntes Problem vor Ort lösen sollen, noch bevor Explosionsgefahr entsteht.
• Propan ist auch schwerer als Luft, sinkt also in ruhender Luft auf den Boden und sammelt sich dort an. Sollte sich also ein Teil des Propans in einer strömungsarmen Zone des abgeschlossenen Raums, in dem sich das gestörte Aggregat befindet, sammeln, können die lokalen Explosionsgrenzen wesentlich schneller erreicht werden, als es der Quotient aus Gesamtraumvolumen zu ausgetretener Propanmenge erwarten lässt. Die WO 2015/032905 A1 sucht dieses Problem zu lösen, indem ein Generator für elektrischen Strom in die Öffnung bzw. deren Verriegelung dieses Raums integriert wird und bei deren Betätigung in einem ersten Schritt die elektrische Energie erzeugt und bereitstellt, mit der der Sensor aktiviert wird, und der im Alarmfall die Verriegelung dann nicht freigibt, sondern eine Lüftung des abgeschlossenen Raums veranlasst, und erst in einem zweiten Schritt eine Entriegelung und Öffnung zulässt.
• Schon zu Beginn der Technologie der Kompressionskältemaschinen wurde der Versuch unternommen, einen abgeschlossenen Raum zu bilden, in dem die apparativen Ausrüstungen alle sicher untergebracht werden konnten und der diese vollständig umhüllt. Die DE-PS 553 295 beschreibt eine gekapselte Kompressionskältemaschine, bei der der Kältemittelverdichter 1, sein Antriebsmotor 2, Verdampfer 3, Verflüssiger 4 und Regelventil 5 in einer doppelwandigen Kapsel 6 bzw. 7 eingeschlossen sind. Im Zwischenraum der doppelwandigen Kapsel wird ein Unterdruck angelegt und Leckagen, die an den Durchbrüchen für Kühlwasser und Sole auftreten könnten, abgesaugt. Das abgesaugte Arbeitsfluid kann im Anschluss daran ggf. zurückgewonnen werden. Zu bemerken ist dabei, dass sich innerhalb des gekapselten Raums keine Umgebungsluft befindet und aufgrund des Unterdrucks im Doppelmantel auch nicht in den gekapselten Innenraum eindringen kann.
• Die DE 41 14 529 A1 beschreibt eine Sicherheitseinrichtung für eine mit einem gefährlichen Medium gefüllte kältetechnische Anlage, die aus mindestens einem kompletten Kälteaggregat besteht, das einen Kältemittelkreislauf mit Verdampfer, Verdichter und Verflüssiger, sowie einen Antriebsmotor umfasst. Die Anlage ist gasdicht eingeschlossen, wobei die Umschließung nach dem im Störfall technisch möglichen Höchstdruck ausgelegt ist, und aus der Umschließung die Anschlüsse für den Kälteträger, ein Kühlmittel sowie elektrische Versorgungs-, Überwachungs- und Steuerleitungen druckdicht nach außen geführt sind. Es kann ein Ausgleichsbehälter angeschlossen sein.
• Die DE 195 25 064 C1 beschreibt eine Kältemaschine mit einem gasdicht ausgebildeten Gehäuse, welches alle kältemittelführenden Komponenten der Maschine aufnimmt, ein das Innere des gasdichten Gehäuses mit einem Auslass verbindender Raum vorgesehen ist, und der Raum mit einem das Kältemittel sorbierenden Stoff gefüllt ist. Die Menge des sorbierenden Stoffes wird dabei so dimensioniert, dass die gesamte Menge an eventuell austretendem Kältemittel aufgenommen und von der Umwelt ferngehalten werden kann. Der mit dem sorbierenden Stoff gefüllte Raum ist zur Umgebung hin offen. Bei Kältemitteln, die schwerer als Luft sind, ist der Raum nach unten hin offen, bei solchen, die leichter sind, ist er nach oben hin offen, so dass ein Fördergebläse nicht erforderlich ist. Das Sorptionsmittel wird in das Gehäuse eingebracht und umschließt die Kältemaschine bzw. die kältemittelführenden Einrichtungen vollständig. Auf seinem Weg nach außen sind Schikanen vorgesehen, die Kurzschlussströmungen verhindern und entweichendes Gas durch das Sorptionsmittel zwingen. Auch eine doppelwandige Ausführungsform, bei der das Sorptionsmittel im Doppelmantel angeordnet ist, ist möglich. Am Ausgang des mit dem sorbierenden Stoffes gefüllten Raumes zur Umgebung hin kann eine Messeinrichtung für Kältemittel vorgesehen werden.
• Die DE 195 26 980 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reinigung von Luft geschlossener Räume, die eine gasförmige Verunreinigung aufweisen. Nachdem die Verunreinigung von einem Gassensor erkannt wurde, steuert dieser einen Verdichter an, der die Luft durch einen in diesem Raum befindlichen Absorber leitet, wodurch die Verunreinigung absorbiert wird. Die gereinigte Luft verlässt den Absorber in den geschlossenen Raum.
• Die DE 195 25 064 C1 beschreibt eine Kältemaschine mit einem gasdicht ausgebildeten Gehäuse, welches alle kältemittelführenden Komponenten der Maschine aufnimmt, ein das Innere des gasdichten Gehäuses mit einem Auslass verbindender Raum vorgesehen ist, und der Raum mit einem das Kältemittel sorbierenden Stoff gefüllt ist. Die Menge des sorbierenden Stoffes wird dabei so dimensioniert, dass die gesamte Menge an eventuell austretendem Kältemittel aufgenommen und von der Umwelt ferngehalten werden kann. Der mit dem sorbierenden Stoff gefüllte Raum ist zur Umgebung hin offen. Bei Kältemitteln, die schwerer als Luft sind, ist der Raum nach unten hin offen, bei solchen, die leichter sind, ist er nach oben hin offen, so dass ein Fördergebläse nicht erforderlich ist. Das Sorptionsmittel wird in das Gehäuse eingebracht und umschließt die Kältemaschine bzw. die kältemittelführenden Einrichtungen vollständig. Auf seinem Weg nach außen sind Schikanen vorgesehen, die Kurzschlussströmungen verhindern und entweichendes Gas durch das Sorptionsmittel zwingen. Auch eine doppelwandige Ausführungsform, bei der das Sorptionsmittel im Doppelmantel angeordnet ist, ist möglich. Am Ausgang des mit dem sorbierenden Stoffes gefüllten Raumes zur Umgebung hin kann eine Messeinrichtung für Kältemittel vorgesehen werden.
• Die WO 2009/091405 A1 beschreibt einen Druckbehälter für Kälteerzeugungssysteme, mithilfe dessen der Druck von Kältemitteln während Transport und Lagerung verringert werden kann. Als Kältemittel wird Kohlendioxid verwendet, der Behälter ist entweder hinter dem Kondensator oder dem Verdampfer direkt absperrbar, aber im Betrieb durchflutbar im Arbeitsfluidumlauf angeordnet, oder er wird alternativ hinter einer absperrbaren Abzweigung nach dem Kondensator vorgesehen.
• Die WO 2005/066556 A1 beschreibt ebenfalls einen Druckbehälter für Kälteerzeugungssysteme, mithilfe dessen der Druck von Kältemitteln während Transport und Lagerung verringert werden kann. Der Druckbehälter ist hinter dem Verdampfer, aber vor dem Verdichter angeschlossen, als Arbeitsfluid wird beispielhaft R410A erwähnt.
• Die EP 1 666 287 beschreibt eine Fahrzeugklimaanlage mit einem Auffangbehälter für das Kältemittel, der über ein extern steuerbares Ventil mit einem Gas-Flüssigkeits-Trenner in Verbindung steht. Mittels einer Druckerfassungsvorrichtung kann das Ventil geschlossen werden, wenn der erfasste Druck gleich einem vorbestimmten Druck wird. Das Signal zum Öffnen des Ventils kann durch eine Leckageerkennung erfolgen.
• Die EP 2 921 801 A1 beschreibt eine Methode zum Austausch von fluiddurchströmten Teilen einer Klima-Kälteanlage. Hierbei wird ein Behälter angeschlossen, in den das Arbeitsfluid aus dem Kältekreislauf hineinströmen kann, wobei ein Verbindungsteil und eine Druckreduzierung vorgesehen werden. Sobald der größte Teil des Kältekreislaufs in den Behälter geströmt ist, befindet sich nur so wenig entzündliches Arbeitsfluid in den von Arbeitsfluid üblicherweise durchströmten Teilen, dass das schadhafte Teil entfernt und durch ein Ersatzteil ersetzt werden kann, ohne dass bei dieser Arbeit auch bei Wärmezufuhr, z.B. durch Löten, eine Entzündungsgefahr besteht.
• Die EP 3 115 714 A1 beschreibt die Problematik eines Ablasses des Arbeitsfluids durch eine großlumige Rohrleitung, die am Auslass der Wärmequellenseite des Kondensators angeschlossen ist. Hierbei sammelt sich Arbeitsfluid nicht nur während des Ablassens, sondern auch während des normalen Kühlbetriebs, und dadurch sinkt auch die Kühlleistung. Würde man dem Effekt durch eine größere Menge an Arbeitsfluid entgegensteuern, stiegen die Herstellungskosten und auch die Risiken bei Leckagen. Das Problem wird gelöst durch einen Lagerbehälter, ein erstes Auf/Zu-Ventil in einer Leitung zwischen der Entspannungsventil und der Nutzseite des Wärmetauschers und einen Bypass, der zwischen dem Auf/Zu-Ventil und dem Entspannungsventil abzweigt und mit der Saugseite des Verdichters verbunden ist. Beim Ablassen von Arbeitsfluid in den Behälter wird das erste Auf/Zu-Ventil geschlossen und das Arbeitsfluid strömt von der Wärmequellenseite durch den Bypass in den Lagerbehälter.
• Die vorgestellten Systeme hatten am Markt bislang nur wenig Erfolg. Dies kann auf die folgenden Gründe zurückgeführt werden:
• - Montagefreundlichkeit: Im Falle von Modernisierungen von alten Heizungsanlagen müssen die neu zu installierenden Vorrichtungen zerlegbar und transportabel sein. Beispielsweise müssen sie über Kellertreppen und in verwinkelte und niedrige Kellerräume verbracht werden können. Zusammenbau, Inbetriebnahme und Wartung müssen ohne großen Aufwand vor Ort möglich sein. Dies schließt große und schwere Druckbehälter weitgehend aus, ferner Systeme, die nach einer Havarie nicht mehr demontierbar sind.
• - Diagnosefreundlichkeit: Die Betriebszustände sollten von außen gut erkennbar sein, dies betrifft die Sichtbarkeit und Prüfbarkeit bezüglich möglicher Leckagen und schließt den Füllstand des Arbeitsfluids sowie den Befüllungsgrad ggf. eingebrachter Sorbentien ein.
• - Wartungsfreundlichkeit: Systemdiagnosen sollten ohne großen zusätzlichen Aufwand erfolgen können. Sicherheitsrelevante Systeme sollten regelmäßig getestet bzw. auf ihre Zuverlässigkeit geprüft werden können. Sofern Systemdiagnosen nicht einfach durchführbar sind, sollten möglicherweise belastete Teile leicht durch Neuteile austauschbar sein.
• - Ausfallsicherheit: Die Systeme sollen einerseits gegen Störungen gesichert sein, gleichzeitig aber zuverlässig laufen können, wenigstens im Notbetrieb. Im Falle einer vorübergehenden externen Störung sollten die Systeme entweder selbstständig wieder anfahren oder ohne großen Aufwand wiederangefahren werden können.
• - Energieeffizienz: Die Anlagen sollen energetisch günstig betrieben werden können, ein hoher Eigenverbrauch an Energie für Sicherheitsmaßnahmen wirkt dem entgegen.
• - Robustheit: Im Falle größerer Störungen, seien sie extern oder systemintern aufgeprägt, muss die Beherrschbarkeit gewährleistet sein, dies betrifft z.B. Lüftungssysteme, die verstopfen können oder Druckbehälter, die unter Druck stehen oder heiß werden, etwa bei einem Brand.
• - Kosten: Die Sicherheitsmaßnahmen sollen weder bei den Anschaffungskosten noch bei den laufenden Kosten bedeutend sein und die Einsparungen bei den Energiekosten gegenüber herkömmlichen Systemen übersteigen. Sie sollen günstig sein.
• - Die verwendeten Kältemittel sollen möglichst bessere thermodynamische Eigenschaften als die ursprünglich verwendeten Sicherheitskältemittel aufweisen.
• Besonders der letzte Aspekt ist in die Diskussion gekommen in Form des GWP und der TEWI-Zahl (TEWI=Total Equivalent Warming). Während das GWP das direkte Treibhauspotenzial eines Stoffes im Falle von Leckagen beschreibt, berücksichtigt die TEWI-Zahl als Kennzahl additiv auch das indirekte Treibhauspotenzial, indem es die verbundene CO₂-Erzeugung mitberücksichtigt, etwa beim Energieverbrauch. Beim Ersatz eines herkömmlichen Mittels sind also nicht nur Sicherheitsaspekte, sondern auch der Stromverbrauch relevant.
• Im Falle von Leckagen oder Wartungsarbeiten, bei denen der Arbeitsfluidumlauflauf geöffnet oder erhitzt werden muss, ist der Arbeitsfluidumlauf möglichst vollständig zu entleeren oder wenigstens vom entzündlichen Arbeitsfluid so weitgehend zu befreien, dass nie die Gefahr einer Entzündung entstehen kann. Auch sonstige Maßnahmen, wie z.B. Routineprüfungen, können eine Entleerung erfordern. Solche Entleerungen werden derzeit manuell durchgeführt und es wäre wünschenswert, sie auch per Fernwartung durchführen zu können. Wünschenswert angesichts extern verursachter Störungen wie Erdbeben, Bränden oder Überschwemmungen wäre ferner, wenn das entzündliche Arbeitsfluid schnell in Sicherheit gebracht werden könnte, ohne dass ein manuelles Eingreifen vor Ort erforderlich ist.
• Die Aufgabe der Erfindung ist daher, einen verbessertes Kältemittelmanagementsystem bereitzustellen, bei dem das Arbeitsfluid aus dem Kreisprozess entnommen werden kann, durch ein anderes ausgetauscht werden kann, Rücktausch und Rückführung in den Kreisprozess ermöglicht, die dargestellten Probleme besser löst und die Nachteile nicht mehr aufweist.
• Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur sicheren Durchführung eines linksdrehenden thermodynamischen Clausius-Rankine-Kreisprozesses mittels entzündlicher Arbeitsfluide, welche in einem geschlossenen, hermetisch dichten Arbeitsfluidumlauf geführt werden, aufweisend
• - mindestens einen Verdichter für Arbeitsfluid,
• - mindestens eine Entspannungseinrichtung für Arbeitsfluid,
• - mindestens zwei Wärmeübertrager für Arbeitsfluid mit jeweils mindestens zwei Anschlüssen für Wärmeüberträgerfluide,
• - ein geschlossenes Gehäuse, welches alle am geschlossenen Arbeitsfluidumlauf angeschlossenen Einrichtungen umfasst, weitere Einrichtungen umfassen kann,
• - mindestens zwei Behälter zur Aufnahme von Arbeitsfluid,
• - mindestens eine Absperrvorrichtung innerhalb des Arbeitsfluidumlaufes,
• - je einen Abzweig und eine Absperrvorrichtung aus dem Arbeitsfluidumlauf zu den Behältern zur Aufnahme von Arbeitsfluid.
• Als Wärmeübertragerfluide sind hier alle gasförmigen oder flüssigen Medien zu verstehen, mit denen Wärme übertragen wird, also etwa Luft, Wasser, Sole, Wärmeträgeröle oder dergleichen.
• In Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens drei Behälter zur Aufnahme von Arbeitsfluid vorgesehen werden. Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich eine Vielzahl von Behältern vorzusehen, vor allem, wenn diese Behälter jeweils nur ein geringes Füllvolumen aufweisen. Typischerweise handelt es sich bei den Behältern um handelsübliche Nachfüllflaschen mit standardisierten Anschlussmaßen, aber unterschiedlichen Arbeitsfluiden und haben ein Volumen von 990 Millilitern.
• Der Vorteil der Erfindung besteht dabei darin, dass in einem Notfall das im Einsatz befindliche Arbeitsfluid größtenteils in einen der Behälter eingefüllt werden kann. Weiterhin ist es möglich, in unterschiedlichen Betriebsmodi unterschiedliche Arbeitsfluide zu verwenden, die dem jeweiligen Bedarf angepasst sind.
• In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besitzen die Behälter eine zuschaltbare Kühlung und einen Kühlmantel. Sofern eine geplante Entleerung des Arbeitsfluidumlaufs in einen oder mehrere der Behälter stattfinden soll, wird zunächst Arbeitsfluid hinter dem Kondensator abgezogen und flüssig abgefüllt. Dann wird hinter diesem Abzweig der Arbeitsfluidumlauf gesperrt und der Verdichter fördert solange weiter Arbeitsfluid, bis der Druck soweit abgefallen ist, dass eine weitere Verflüssigung im Kondensator nicht mehr möglich ist. Der gefüllte Behälter wird dann verschlossen und ein weiterer gekühlter Behälter wird geöffnet. Das noch gasförmige restliche Arbeitsfluid wird in diesem Behälter auskondensiert, bis sich nur noch ein sehr kleiner Rest im Arbeitsfluidumlauf befindet, der dem Dampfdruck bei der Kondensationstemperatur des gekühlten Behälters entspricht. Dann wird auch dieser zweite, gekühlte Behälter geschlossen.
• Im Notfall bleiben die beiden Behälter geschlossen, bis die Gefahr behoben ist. Danach kann das Arbeitsfluid wieder in den Arbeitsfluidumlauf eingefüllt werden. Besteht die Sorge, dass das Arbeitsfluid kontaminiert wurde, etwa dadurch, dass beim Kondensieren im gekühlten Behälter ein Unterdruck im System entstand sein könnte, bei dem durch eine Leckage Luft mit in den Fluidumlauf einsogen hätte werden und sich nunmehr auch im Behälter befinden könne, sollte das Arbeitsfluid durch einen Neufüllung ersetzt werden.
• Falls die Veranlassung eine Änderung des Betriebsmodus war, wird das abgezogene Arbeitsfluid in den Behältern solange aufbewahrt, bis es wieder zum Einsatz gebracht werden soll, und es wird ein anderes Arbeitsfluid aus einem der anderen Behälter in den Arbeitsfluidumlauf eingefüllt.
• Als Arbeitsfluide kommen alle Alkane und Alkene mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen in Betracht, ferner organische Ether-Verbindungen und Alkohole, sowie geeignete Mischungen hieraus. Einige davon sind bereits als standardisierte Kältemittel marktüblich und erhältlich. Dies sind vor allem:

  -	R290	Propan als Reinstoff
  -	R1270	Propen als Reinstoff
  -	R600	Butan als Reinstoff
  -	R600a	Isobutan als Reinstoff
  -	R601	Pentan
  -	R601a	Isopentan
  -	R610	Ethylether
  -	R611	Essig säu remethylester
  -	R170	Ethan

• Es sind auch Mischungen erhältlich:
• - R433A, aus R1270/290 (5/95)
• - R433B, aus R1270/290 (25/75)
• - R436A, aus R290/600a (56/44)
• - R436B, aus R290/600a (52/48)
• - R441A, aus R-170/290/600a/600 (3.1/54.8/6.0/36.1)
• - R443A, aus R1270/290/600a (55.0/40.0/5.0)
• Eine weitere Mischung wird von Menlik, Özcan und Arcaklioglu, „Second Law Analysis of an Environmentally Friendly R290/R600/R600a Mixture in a Water-Cooled Heat Pump Unit“, Journal of Thermal Science and Technology 2014, S.19-28 beschrieben.
• Weitere Kältemittel können aus bislang ungebräuchlichen organischen Stoffen gebildet werden, entweder in Mischungen oder in Reinform:
• - Methanol
• - Ethanol
• - Propanol
• - Dimethylether
• - Buten
• Natürlich sind auch eine Vielzahl weiterer Stoffe bekannt, die in Beimischungen zur Verbesserung beitragen können, beispielsweise solche, die Stickstoff oder Schwefel enthalten.
• Aus diesem reichen und sich schnell erweiternden Fundus an möglichen und geeigneten Kältemitteln soll eine Auswahl getroffen werden. Maßgeblich hierbei der Bedarf des Nutzers und die Qualität der Wärmequelle bzw. der Wärmesenke. So wird in frostigem Winterwetter der Bedarf der Wohnraumheizung überwiegen, und wenn die Wärmequelle die Umgebungsluft ist, wird ein Kältemittel benötigt, welches sehr niedrig siedet. Allerdings muss die Temperatur dann meist nicht weit angehoben werden, da die Wärmeabgabe bei ca. 30 Grad Celsius erfolgt, sofern eine Fußbodenheizung vorgesehen ist. Die Verhältnisse einer so geforderten Wärmepumpe entsprechen daher denen eines Tiefkühlschrankes.
• Bei der Warmwasserbereitung erfolgt die Wärmeabgabe aber bei Temperaturen knapp unterhalb 50 Grad Celsius, in regelmäßigen Abständen muss zur Abtötung von Legionellen auch eine Temperatur von über 70 Grad bereitgestellt werden. Während der Übergangszeit ist in den meisten Haushalten diese Warmwasserbereitung die Hauptwärmesenke, während die Verdampfertemperatur meist über dem Gefrierpunkt gewählt werden kann. Außerdem bewirkt die meist bessere solare Einstrahlung, dass eine Wärmepumpe mit Solarstrom betrieben werden kann.
• Während des Hochsommers kann eine entsprechend ausgestattete Wärmepumpe auch als Klimatisierung eingesetzt werden. Die Wärmequelle ist dann beispielsweise eine Deckenkühlung oder eine Fußbodenkühlung mit einer Temperatur von ca. 20 Grad und die Wärmesenke kann Warmwasser, beispielsweise für ein Schwimmbecken, oder Brauchwasser sein. Falls keine Verbraucher zur Verfügung stehen, muss die Wärme über eine Außenbox an die Außenluft abgegeben werden, was etwa dieselben Temperaturen wie die Abtötungstemperatur für die Abtötung von Legionellen bei der Brauchwassererwärmung erfordert.
• Man erkennt, dass die Temperaturniveaus und die Temperaturspreizungen jeweils völlig verschieden sind, auch die Leistungsabnahme ist unterschiedlich. Letzteres ist jedoch entscheidend für die Jahresarbeitszahl, denn Wärmepumpen herkömmlicher Bauart können selbst bei Verwendung eines Inverters nur in bestimmten Leistungsbereichen effizient arbeiten. Es wäre also wünschenswert, wenn die verschiedenen Anforderungen mit unterschiedlichen Arbeitsfluiden bewirkt werden könnten, was praktisch bedeutet, dass jeweils ein Arbeitsfluid mit der optimalen Dampfdruckkurve zu verwenden wäre. Dabei gilt stets, dass zu hohe Drücke ein Sicherheitsrisiko bedeuten können und andererseits zu niedrige Drücke zu einer geringen Leistungsdichte führen.
• Die Erfindung löst diese Aufgabe unter der Verwendung der Vorrichtung in einem Verfahren, indem
• - in die Behälter unterschiedliche Arbeitsfluide gefüllt werden, die unterschiedliche Dampfdruckkurven aufweisen,
• - je nach Anforderung ein passendes Arbeitsfluid ausgewählt wird,
• - dieses Arbeitsfluid in den Arbeitsfluidumlauf geleitet wird,
• - der Arbeitsfluidumlauf solange mit diesem Arbeitsfluid betrieben wird, bis eine andere Anforderung gestellt wird,
• - das Arbeitsfluid dann in den ursprünglichen Behälter zurückgeführt wird,
• - ein anderes Arbeitsfluid ausgewählt und in den Arbeitsfluidumlauf geleitet wird.
• In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgesehen, dass die Entleerung des Arbeitsfluidumlaufs bei einem Arbeitsfluidwechsel durch den Verdichter bewirkt wird, wobei zunächst so viel Arbeitsfluidkondensat wie möglich hinter dem Kondensator abgezogen und in den zugeordneten Behälter gefüllt wird und nachfolgend gasförmiges Arbeitsfluid nach dem Verdichter abgezogen und in einen weiteren gekühlten Behälter geleitet wird.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Skizze näher erläutert. Hierbei zeigt 1 einen Arbeitsfluidumlauf und die Behälter für Arbeitsfluide.
• 1 zeigt eine Prinzipskizze eines Arbeitsfluidumlaufes 1 mit einem Verdichter 2, einem Kondensator 3, einer Druckreduzierung 4 und einem Verdampfer 5 in einem geschlossenen Gehäuse 6. Das Gehäuse 6 verfügt über einen Wärmequellen-Anschluss 7, einen Wärmequellen-Vorlauf 8, einen Wärmesenken-Vorlauf 9 und einen Wärmesenken-Anschluss 10. Dargestellt sind nur die wichtigsten Absperrorgane, selbstverständlich wird der Fachmann weitere Absperreinrichtungen und Rückschlagsicherungen vorsehen.
• Im Entleerungsfall aus dem Arbeitsfluidumlauf wird das Dreiwegeventil 11 so umgeschaltet, dass ein Durchgang des Arbeitsfluids vom Kondensator 3 zur Druckreduzierung 4 verhindert wird, und das kondensierte Arbeitsfluid über das geöffnete Dreiwegeventil 13 in den Header 14 geleitet wird. Dort wird es in den dafür vorgesehenen Behälter 15 eingeleitet, bis kein Kondensat mehr kommt. Das Dreiwegeventil 11 wird wieder zurück in den Normalumlauf geschaltet, und das Dreiwegeventil 12 hinter dem Verdichter 2 wird zum Header 14 über das Dreiwegeventil 13 hin geöffnet. Das gasförmige Arbeitsfluid aus dem Verdichter 2 wird in den gekühlten Behälter 16 geleitet, wo es kondensiert. Sobald der Arbeitsfluidumlauf praktisch evakuiert ist, wird der Verdichter abgeschaltet und der gekühlte Behälter versperrt.
• Danach kann ein anderes Arbeitsfluid aus dem Behälter 17 über den Header 14 und das Dreiwegeventil 12 in den Arbeitsfluidumlauf eingefüllt werden, wobei zunächst der Kondensator 3 gefüllt wird. Nachdem der Arbeitsfluidumlauf mit dem Inhalt des Behälters 17 gefüllt ist, muss geprüft werden, ob sich weiteres Arbeitsfluid im Behälter 18 befindet. Falls dies der Fall ist, wird dies durch Erwärmung unter Druck gesetzt und ebenfalls über das Dreiwegeventil 12 in den Arbeitsfluidumlauf gefüllt. Eine derartige Umfüllaktion dauert nur wenige Minuten und kann, falls gewünscht, auch mehrmals täglich erfolgen.
• Bei den Umfüllaktionen verbleiben stets kleine Reste des Arbeitsfluids im Arbeitsfluidumlauf sowie in den verbindenden Rohrleitungen, was mit der Zeit zu einer Vermischung führt. Dies ist normalerweise unproblematisch, da auch die handelsüblichen Kältemittel nicht tatsächlich als Reinstoffe geliefert werden, sondern typischerweise bis zu 5 % Beimengungen anderer Stoffe beinhalten. Auch sind manche Mischungen selbst als Arbeitsfluide für andere Beanspruchungen geeignet und können statt in den ursprünglichen Behälter als Mischungen in einen anderen Behälter, hier z.B. in den Behälter 19 bzw. 20 abgefüllt werden.
• Wird diese Menge an Beimischungen jedoch zu groß, was sich in einem deutlichen Temperaturgleit bemerkbar macht, wird das verbrauchte Arbeitsfluid über den Anschluss 21 an extern gegeben. Es kann dann beispielsweise immer noch zum Grillen im Garten in einem handelsüblichen Gasgrill genutzt werden, während frisches Arbeitsfluid an dem dafür vorgesehenen Behälterplatz ausgetauscht wird.
• Die Behälter 15, 16, 17, 18, 19, 20 sind vorzugsweise Standardbehälter, die über Doppelabsperrungen 22 mit dem Header 14 verbunden sind. Im Beispielfall sind die Doppelabsperrungen durch ein Dreiwegeventil und ein schaltbares Kugelventil realisiert, hierfür sind alternative Lösungen ebenfalls erhältlich. Die Kühlungen bzw. Heizungen der Behälter sind nur angedeutet, der Fachmann kann hier auf bewährte Lösungen zurückgreifen.
• Im Havariefall muss zunächst geprüft werden, ob der Verdichter weiter betriebsbereit ist. Ist dies der Fall, kann das Arbeitsfluid wie bei einem Arbeitsfluidwechsel in den zugehörigen Behälter gefördert werden. Falls der Verdichter nicht mehr läuft, wird nur ein kleinerer Teil des Arbeitsfluid in den Behälter geleitet und ein entsprechend größerer Teil wird in den gekühlten Behälter abgefüllt, dessen niedrige Temperatur zu einer Abkühlung und damit verbundenen Druckabsenkung führt, mit deren Hilfe ein großer Teil aus dem Arbeitsfluidumlauf abgezogen werden kann. Es muss in diesem Fall aber darauf geachtet werden, dass kein Unterdruck im Arbeitsfluidumlauf entsteht, damit kein leckagebedingter Zutritt von Umgebungsluft stattfindet.
• Im Folgenden wird beispielhaft gezeigt, mit welchen Arbeitsfluiden bestimmte Anforderungen erfüllt werden können. Im Beispiel 1 soll im Winterfall mittels Außenluft von minus 15 Grad Celsius eine Heizkreis-Vorlauftemperatur von 30 Grad Celsius für eine Fußbodenheizung erreicht werden. Die Temperaturspreizung beträgt 45 Kelvin zuzüglich Verdampferüberhitzung und Temperaturdifferenzen an den Wärmetauschern. Hierfür eignen sich R1270, R433B wäre ebenfalls geeignet.
• Im Beispiel 2 soll Warmwasser bei 70 Grad bei einer Vorlauftemperatur von 22 Grad Celsius erzeugt werden. Eine solche Vorlauftemperatur ergibt sich beispielsweise, wenn das Frischwasser durch einen Speicher des Heizkreiswasser geleitet wird oder wenn Kaltwasser von 18 Grad Celsius für eine Kühldecke im Sommer erzeugt wird, also auch die Wärmequelle bei etwa 20 Grad Celsius vorliegt. Die Temperaturspreizung beträgt 50 Kelvin zuzüglich Verdampferüberhitzung und Temperaturdifferenzen an den Wärmetauschern. Hierfür eignet sich R600a, R436A und R436B wären ebenfalls geeignet.
• Im Beispiel 3 soll während der Übergangszeit leichter Heizbetrieb stattfinden und ein Außenschwimmbecken (Frühjahr) bzw. ein Warmwasserspeicher (Herbst) erwärmt werden. Die Umgebungsluft soll 9 Grad Celsius betragen und die Beckentemperatur 15 Grad. Die Heizkreis-Vorlauftemperatur von 28 Grad Celsius soll für eine Fußbodenheizung erreicht werden. Die Temperaturspreizung beträgt 19 Kelvin zuzüglich Verdampferüberhitzung und Temperaturdifferenzen an den Wärmetauschern. Hierfür eignet sich R290.
• In allen Fällen eignen sich diese drei Arbeitsfluide nicht nur als Reinstoff, sondern auch in Mischung mit R290. Auch von daher ist der Verbrauch durch Vermischung bei Arbeitsfluidwechseln unproblematisch.
• Bezugszeichenliste

1

Arbeitsfluidumlauf

2

Verdichter

3

Kondensator

4

Druckreduzierung

5

Verdampfer

6

Gehäuse

7

Wärmequellen-Anschluss

8

Wärmequellen-Vorlauf

9

Wärmesenken-Vorlauf

10

Wärmesenken-Anschluss

11

Drei-Wege-Ventil

12

Drei-Wege-Ventil

13

Drei-Wege-Ventil

14

Header

15

Behälter

16

gekühlter Behälter

17

Behälter

18

gekühlter Behälter

19

Behälter

20

gekühlter Behälter

21

Anschluss

22

Doppelabsperrung

23

Kühlung

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• WO 2015/032905 A1 [0011, 0012]
• DE 553295 [0013]
• DE 4114529 A1 [0014]
• DE 19525064 C1 [0015, 0017]
• DE 19526980 A1 [0016]
• WO 2009/091405 A1 [0018]
• WO 2005/066556 A1 [0019]
• EP 1666287 [0020]
• EP 2921801 A1 [0021]
• EP 3115714 A1 [0022]

Claims (10)

1. Vorrichtung zur sicheren Durchführung eines linksdrehenden thermodynamischen Clausius-Rankine-Kreisprozesses mittels eines entzündlicher Arbeitsfluide, welche in einem geschlossenen, hermetisch dichten Arbeitsfluidumlauf (1) geführt werden, aufweisend - mindestens einen Verdichter (2) für Arbeitsfluid, - mindestens eine Entspannungseinrichtung (4) für Arbeitsfluid, - mindestens zwei Wärmeübertrager (3, 5) für Arbeitsfluid mit jeweils mindestens zwei Anschlüssen (7, 8, 9, 10) für Wärmeüberträgerfluide, - ein geschlossenes Gehäuse (6), welches alle am geschlossenen Arbeitsfluidumlauf angeschlossenen Einrichtungen umfasst und weitere Einrichtungen umfassen kann, - mindestens zwei Behälter (15, 16, 17, 18, 19, 20) zur Aufnahme von Arbeitsfluid, - mindestens eine Absperrvorrichtung (11, 12) innerhalb des Arbeitsfluidumlaufes (1), - je einen Abzweig (11, 12) und eine Absperrvorrichtung (11, 12) aus dem Arbeitsfluidumlauf (1) zu den Behältern (15, 16, 17, 18, 19, 20) zur Aufnahme von Arbeitsfluid.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Behälter (15, 16, 17, 18, 19, 20) vorgesehen werden.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Behälter (16, 18, 20) eine anschließbare Kühlung und einen Kühlmantel (23) aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Absperrvorrichtungen (11, 12) mit je einem Abzweig innerhalb des Arbeitsfluidumlaufes (1), vorgesehen werden, von denen die eine nach dem Kondensator (3) und die andere nach dem Verdichter (2) angeordnet ist.
5. Verfahren zur sicheren Entleeren und Befüllen eines entzündlichen Arbeitsfluids aus einem oder in einen geschlossenen, hermetisch dichten Arbeitsfluidumlauf (1) eines linksdrehenden thermodynamischen Clausius-Rankine-Kreisprozesses, wobei der Arbeitsfluidumlauf - mindestens einen Verdichter (2) für Arbeitsfluid, - mindestens eine Entspannungseinrichtung (4) für Arbeitsfluid, - mindestens zwei Wärmeübertrager (3, 5) für Arbeitsfluid mit jeweils mindestens zwei Anschlüssen (7, 8, 9, 10) für Wärmeüberträgerfluide, - ein geschlossenes Gehäuse (6), welches alle am geschlossenen Arbeitsfluidumlauf angeschlossenen Einrichtungen umfasst und weitere Einrichtungen umfassen kann, - mindestens zwei Behälter (15, 16, 17, 18, 19, 20) zur Aufnahme von Arbeitsfluid, - mindestens eine Absperrvorrichtung (11, 12) innerhalb des Arbeitsfluidumlaufes (1), - je einen Abzweig (11, 12) und eine Absperrvorrichtung (11, 12) aus dem Arbeitsfluidumlauf (1) zu den Behältern (15, 16, 17, 18, 19, 20) zur Aufnahme von Arbeitsfluid. aufweist, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: a) Schließen der Absperrvorrichtung (11), innerhalb des Arbeitsfluidumlaufes (1) und Öffnen der Zuleitung (14) zur Absperrvorrichtung zu einem ersten Behälter (15) bei Weiterlaufen des Verdichters (2), b) Befüllen des Behälters (15) mit flüssigem Arbeitsfluid, c) Schließen der Absperrvorrichtung zum soeben gefüllten Behälter (15), d) Stoppen des Verdichters (2), e) Öffnen der Absperrvorrichtung eines anderen Behälters (17,19), der mit einem Arbeitsfluid gefüllt ist, und Einleiten des Arbeitsfluids aus diesem Behälter in den Arbeitsfluidumlauf (1) durch die zum Behälter hin geöffnete Absperrvorrichtung (11). f) Schließen der Absperrvorrichtungen zu den Behältern (11, 22) und Öffnen der Absperrvorrichtung (11) im Arbeitsfluidumlauf (1) g) Wiederstarten des Verdichters.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Vorrichtung mit Behältern (16, 18, 20) die gekühlt werden können und mit einem zweiten Abzweig und einer Absperrvorrichtung (12) ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Schritten c) und d) die folgenden Schritte eingefügt werden: h) Schließen der Absperrvorrichtung (11), die hinter dem Kondensator (3) angeordnet ist, zu den Behältern (15, 16, 17, 18, 19, 20), i) Öffnen der Absperrvorrichtung (11) im Arbeitsfluidumlauf (1) j) Schließen der Absperrvorrichtung (12), die hinter dem Verdichter (2) angeordnet ist, im Arbeitsfluidumlauf (1), k) Öffnen der Absperrvorrichtung (12), die hinter dem Verdichter (2) angeordnet ist, zu einem der Behälter (16, 18, 20), die gekühlt sind, I) Einfüllen des gasförmigen Arbeitsfluids unter Kondensation des Arbeitsfluids in den gekühlten Behälter (16, 18, 20) m) Schließen des gekühlten Behälters, wenn der Einfüllvorgang abgeschlossen ist und Beenden der Kühlung.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Entleeren des Arbeitsfluidumlaufs (1) ein von dem entleerten Arbeitsfluid verschiedenes Arbeitsfluid in den Arbeitsfluidumlauf eingefüllt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige verwendete Arbeitsfluid entsprechend den Anforderungen bezüglich Arbeitstemperaturen und Temperaturspreizung nach Maßgabe der Dampfdrücke und der volumetrischen Enthalpien ausgewählt wird.
9. Verwendung eines entzündlichen, nicht-halogenierten Arbeitsfluids, welches zwei bis fünf Kohlenstoffatome und Wasserstoff aufweist und als weitere Komponenten Sauerstoff, Stickstoff und/oder Schwefel enthalten kann, in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8.
10. Verwendung nach Anspruch 9, ausgewählt aus einem Arbeitsfluid aus einer Gruppe von Arbeitsfluiden oder einer Mischung daraus, wobei die Gruppe gebildet wird aus: R290, R1270, R600, R600a, R601, Pentan, R601a, R610, R611, R170, R433A, R433B, R436A, R436B, R441A, R443A, Methanol, Ethanol, Propanol, Dimethylether und Buten.

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