DE102019124531A1 - Safety flushing device for a heat pump - Google Patents
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Abstract
Sole-Wasser-Wärmepumpe zur sicheren Durchführung eines linksdrehenden thermodynamischen Kreisprozesses mittels eines gefährlichen Arbeitsfluids, welches in einem geschlossenen, hermetisch dichten Arbeitsfluidumlauf geführt wird, geeignet zur Aufstellung in einem Gebäude, aufweisend ein Wärmepumpengehäuse, mindestens einen Verdichter (12) für Arbeitsfluid, mindestens eine Entspannungseinrichtung (14) für Arbeitsfluid, mindestens zwei Wärmeübertrager (18,19) für Arbeitsfluid mit jeweils mindestens zwei Anschlüssen für Wärmeüberträgerfluide, wobei im Wärmepumpengehäuse ein Kapselgehäuse (107) vorgesehen wird, welches alle Apparate und Armaturen umschließt, die von Arbeitsfluid durchströmt werden, und ein Mauerdurchbruch (104) mit einem Luftkanal (103) für Spülluft vorgesehen wird, der mit dem Inneren des Kapselgehäuses (107) verbunden ist und an die Umwelt außerhalb des Gebäudes führt.Brine-water heat pump for the safe implementation of a counterclockwise thermodynamic cycle by means of a dangerous working fluid, which is guided in a closed, hermetically sealed working fluid circuit, suitable for installation in a building, having a heat pump housing, at least one compressor (12) for working fluid, at least one Expansion device (14) for working fluid, at least two heat exchangers (18, 19) for working fluid, each with at least two connections for heat transfer fluids, a capsule housing (107) being provided in the heat pump housing which encloses all apparatus and fittings through which the working fluid flows, and a wall opening (104) with an air duct (103) for scavenging air is provided, which is connected to the interior of the capsule housing (107) and leads to the environment outside the building.
Description
Die Erfindung betrifft irreguläre Zustände in Kältekreisen, in denen ein als Kältemittel wirkendes, gefährliches 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. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Wärmepumpe, die innerhalb eines Wohngebäudes aufgestellt wird und auch Belüftungszwecke erfüllt.The invention relates to irregular states in refrigeration circuits in which a dangerous working fluid acting as a refrigerant is conducted in a thermodynamic cycle, such as the Clausius-Rankine cycle. These are mainly heat pumps, air conditioning systems and cooling devices, as are common in residential buildings. In particular, the invention relates to a heat pump which is installed inside a residential building and which also fulfills ventilation purposes.
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.Residential buildings are understood to mean private houses, apartment complexes, hospitals, hotel facilities, restaurants and combined residential and commercial buildings in which people live and work permanently, in contrast to mobile devices such as car air conditioning systems or transport boxes, or industrial systems or medical devices. What these cycle processes have in common is that they generate useful heat or useful cooling using energy and form heat displacement systems.
Ein erfolgreiches Beispiel aus dem bekannten Stand der Technik ist das geoTHERM-Plus-System; wie es in der Firmendruckschrift „System geoTHERM“, Vaillant GmbH 03/2009, beschrieben ist. Hierbei wird Wärme aus einer Erdbohrung gewonnen, wobei diese Erdbohrung von einem Solekreislauf durchströmt wird, wobei sie Wärme aufnimmt oder abgibt. Die Wärmepumpe selbst wie auch ihre Installationen für die Nutzer werden innerhalb eines Gebäudes aufgestellt, woraus hohe Ansprüche an die Sicherheit folgen. Ein solches System bildet den nächstliegenden Stand der Technik.A successful example from the known state of the art is the geoTHERM-Plus-System; as described in the company publication "System geoTHERM", Vaillant GmbH 03/2009. Here, heat is obtained from an earth borehole, this earth borehole being traversed by a brine circuit, where it absorbs or gives off heat. The heat pump itself as well as its installations for the users are set up within a building, which results in high demands on safety. Such a system represents the closest prior art.
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.The thermodynamic cycle processes that are used have been known for a long time, as are the safety problems that can arise when using suitable working fluids. Apart from water, the most well-known working fluids of the time are flammable and poisonous. In the past century they led to the development of safety refrigerants, which consisted of fluorinated hydrocarbons. However, it turned out that these safety refrigerants damage the ozone layer, lead to global warming, and that their safety-related harmlessness led to constructive inattention. Up to 70% of the turnover was accounted for by the need to refill leaky systems and their leakage losses, which was accepted as long as this was perceived as economically justifiable in individual cases and promoted the need for replacement.
Der Einsatz dieser Kältemittel wurde aus diesem Grund Restriktionen unterworfen, in der Europäischen Union beispielsweise durch die F-Gas-Verordnung (EU) 517/2014. Dadurch werden praktisch alle ungefährlichen Sicherheitskältemittel verboten und es bleiben nur noch gefährliche Arbeitsfluide und Wasser zur Auswahl. Gefährlich bedeutet in diesem Fall, dass sie entweder giftig sind, wie zum Beispiel Ammoniak, oder entzündlich oder explosiv in Verbindung mit Luftsauerstoff sein können, jedoch kaum umweltschädlich sind.For this reason, the use of these refrigerants was subject to restrictions, in the European Union for example through the F-gas regulation (EU) 517/2014. As a result, practically all harmless safety refrigerants are banned and only dangerous working fluids and water remain to choose from. In this case, dangerous means that they are either toxic, such as ammonia, or flammable or explosive in connection with atmospheric oxygen, but are hardly harmful to the environment.
Die auftretenden Probleme bei der Sicherheitsauslegung solcher Anlagen werden in der
R290 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 R290-Menge erwarten lässt. Die
Die
Die
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Es ist auch bekannt, entzündliche und explosive Arbeitsfluide im Falle von Leckagen einfach ins Freie abzulassen. So erklärt die „Bundesfachschule Kälte Klima Technik“ im Mai 2012, der Einfluss auf die globale Erderwärmung bei R290 sei sehr gering, daher sei das Ablassen in die Atmosphäre die bisher übliche Vorgehensweise, um dieses Kältemittel zu entsorgen. Es seien aber gewisse Sicherheitsvorkehrungen zu treffen, die das Auftreten einer explosionsfähigen Atmosphäre weitestgehend minimierten.It is also known to simply discharge flammable and explosive working fluids into the open in the event of a leak. In May 2012, the “Bundesfachschule Kälte Klima Technik” declared that R290 had very little influence on global warming, so releasing it into the atmosphere was the usual procedure to date to dispose of this refrigerant. However, certain safety precautions must be taken to minimize the occurrence of an explosive atmosphere as far as possible.
Die Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren für eine sichere und effiziente Spülung eines Gehäuses für eine Wärmepumpe bereitzustellen, das in einem Wohngebäude aufgestellt ist, und in dessen Inneren ein linksdrehender thermodynamischer Kreisprozess in einem geschlossenen, hermetisch dichten Arbeitsfluidumlauf mittels eines Arbeitsfluids durchgeführt wird, und das Gerät auch eine Warmwasserfunktion aufweist.The object of the invention is therefore to provide a device and a method for safe and efficient flushing of a housing for a heat pump, which is installed in a residential building, and inside a counterclockwise thermodynamic cycle in a closed, hermetically sealed working fluid circuit by means of a working fluid is carried out, and the device also has a hot water function.
Die Erfindung löst diese Aufgabe zur sicheren Durchführung eines linksdrehenden thermodynamischen Kreisprozesses in einer Sole-Wasser-Wärmepumpe mittels eines gefährlichen Arbeitsfluids, welches in einem geschlossenen, hermetisch dichten Arbeitsfluidumlauf geführt wird, geeignet zur Aufstellung in einem Gebäude, aufweisend
- - ein Wärmepumpengehäuse,
- - mindestens einen Verdichter für Arbeitsfluid,
- - mindestens eine Entspannungseinrichtung für Arbeitsfluid,
- - mindestens zwei Wärmeübertrager für Arbeitsfluid mit jeweils mindestens zwei Anschlüssen für Wärmeüberträgerfluide,
- - im Wärmepumpengehäuse ein Kapselgehäuse vorgesehen wird, welches alle Apparate und Armaturen umschließt, die von Arbeitsfluid durchströmt werden,
- - ein Mauerdurchbruch mit einem Luftkanal für Spülluft vorgesehen wird, der mit dem Inneren des Kapselgehäuses verbunden ist und an die Umwelt außerhalb des Gebäudes führt.
- - a heat pump housing,
- - at least one compressor for working fluid,
- - at least one expansion device for working fluid,
- - at least two heat exchangers for working fluid, each with at least two connections for heat transfer fluids,
- - a capsule housing is provided in the heat pump housing, which encloses all apparatus and fittings through which the working fluid flows,
- - A wall breakthrough is provided with an air duct for scavenging air, which is connected to the interior of the capsule housing and leads to the environment outside the building.
Sollte also eine Leckage auftreten, bewirkt der dabei entstehende Überdruck, dass das Luftgemisch aus dem Kapselgehäuse direkt zur Umwelt austreten kann.So if a leak occurs, the resulting overpressure means that the air mixture can escape from the capsule housing directly to the environment.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in dem Luftkanal für Spülluft ein Fördergebläse vorgesehen wird, welches explosionsgeschützt ausgeführt ist. Das Kapselgehäuse muss hierfür über einen Luftzugang verfügen, der entweder im Luftkanal integriert ist oder der als Öffnungen im Kapselgehäuse ausgeführt wird, durch welche Luft einströmen, aber nicht ausströmen kann, beispielsweise durch Jalousieklappen, die nur in eine Richtung zu öffnen sind.In one embodiment it is provided that a conveying fan is provided in the air duct for scavenging air, which is designed to be explosion-proof. For this purpose, the capsule housing must have an air inlet that is either integrated in the air duct or that is designed as openings in the capsule housing through which air can flow in but not out, for example through louvre flaps that can only be opened in one direction.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass mindestens ein Gasdetektor im Kapselgehäuse angeordnet wird, bei dessen Alarm die Zwangsbelüftung des Kapselgehäuses aktiviert wird.In a further refinement, it is provided that at least one gas detector is arranged in the capsule housing, the forced ventilation of the capsule housing being activated in the event of an alarm.
In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgesehen, dass ein Luftstrom aus dem Kapselgehäuse herausgeführt und mittels eines Fördergebläses in einen Adsorber geleitet wird. Dieser Adsorber kann entweder in den Aufstellungsraum der Wärmepumpe oder zurück ins Kapselgehäuse entlüften.In a further embodiment it is provided that an air stream is led out of the capsule housing and directed into an adsorber by means of a conveying fan. This adsorber can either vent into the room where the heat pump is installed or back into the capsule housing.
Je nach detektierter Gaskonzentration kann entweder die Zwangsbelüftung nach außerhalb aktiviert werden, was bei größeren Konzentrationen oder schnellen Konzentrationsanstiegen vorzunehmen ist, oder nur die Zwangsbelüftung durch den Adsorber bei geringen Konzentrationen an Arbeitsfluid.Depending on the detected gas concentration, either the forced ventilation to the outside can be activated, which is to be carried out in the case of larger concentrations or rapid increases in concentration, or only the forced ventilation through the adsorber in the case of low concentrations of working fluid.
Weitere Ausgestaltungen betreffen die Verwendung eines gefährlichen Arbeitsfluides in der so ausgestatteten Sole-Wasser-Wärmepumpe. Hierbei wird vorgesehen, dass es sich bei dem gefährlichen Arbeitsfluid um ein in Verbindung mit Luft entzündliches oder explosives Arbeitsfluid handelt. Vor allem ist vorgesehen, dass das Arbeitsfluid Propan enthält oder R290 ist.Further refinements relate to the use of a dangerous working fluid in the brine-water heat pump equipped in this way. It is provided here that the dangerous working fluid is an inflammable or explosive working fluid in connection with air. In particular, it is provided that the working fluid contains propane or is R290.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels näher erläutert. Dabei zeigt
Im unteren Teil sind die thermodynamischen Apparate angeordnet, die das Arbeitsfluid im Kältekreis führen, dies sind der Kompressor
Es ist dabei frei wählbar, ob diese Anordnungen in der oben beschriebenen Weise vorgenommen werden, oder ob der Warmwasserteil und der Kältekreis nebeneinander oder genau andersrum übereinander angeordnet werden. Im Bodenbereich befinden sich das Typenschild
Am Inneneinlass des Luftkanals, der sich im Kapselgehäuse
Als weitere Sicherheitsmaßnahme dient der Adsorber
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- LeitungsführungskanalCable duct
- 22
- TrinkwasserspeicherDrinking water storage
- 33
- ElektroschaltkastenElectrical switch box
- 44th
- ReglerplatineController board
- 55
- Anschluss SpannungsversorgungPower supply connection
- 66th
- Sicherheitstemperaturbegrenzer STB der ZusatzheizungSafety temperature limiter STB of the additional heating
- 77th
- Elektrische ZusatzheizungElectric auxiliary heating
- 88th
- 3-Wege-Ventil3-way valve
- 99
- HeizkreispumpeHeating circuit pump
- 1010
- Füll-und Entleerventil HeizungskreislaufFilling and draining valve heating circuit
- 1111
- Typenschildtype label
- 1212th
- Kompressorcompressor
- 1313th
- GriffmuldenRecessed grips
- 1414th
- ExpansionsventilExpansion valve
- 1515th
- KondensatwanneCondensate pan
- 1616
- Füll- und Entleerventil SolekreislaufFilling and draining valve, brine circuit
- 1717th
- SolepumpeBrine pump
- 1818th
- VerdampferEvaporator
- 1919th
- VerflüssigerCondenser
- 100100
- WohngebäudeResidential buildings
- 101101
- WärmepumpeHeat pump
- 102102
- AußenwandOuter wall
- 103103
- LuftkanalAir duct
- 104104
- MauerdurchbruchWall breakthrough
- 105105
- AußenauslassExternal outlet
- 106106
- FördergebläseConveyor blower
- 107107
- KapselgehäuseCapsule housing
- 108108
- GassensorGas sensor
- 109109
- SauganschlussSuction connection
- 110110
- FördergebläseConveyor blower
- 111111
- AktivkohleadsorberActivated carbon adsorber
- 112112
- InnenauslassInner outlet
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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