DE102019129324A1

DE102019129324A1 - Detektion einer Leckage in einer Rohrleitung

Info

Publication number: DE102019129324A1
Application number: DE102019129324.3A
Authority: DE
Inventors: Adjan Kretz
Original assignee: Innovative Sensor Technology IST AG
Current assignee: Innovative Sensor Technology IST AG
Priority date: 2019-10-30
Filing date: 2019-10-30
Publication date: 2021-05-06

Abstract

Die Erfindung umfasst ein System zur Detektion einer Leckage in einer Rohrleitung (RL), umfassend:- Die Rohrleitung (RL), in welcher sich ein fluides Medium befindet und welche zumindest in einem Teilbereich einen ersten Durchmesser (01) aufweist;- Ein Ventil (VE), welches innerhalb des Teilbereichs in der Rohrleitung (RL) angeordnet ist, wobei das Ventil (VE) in einem ersten Betriebsmodus geöffnet ist, wodurch ein Durchströmen der Rohrleitung (RL) mit dem fluidem Medium erfolgt, und wobei das Ventil (VE) in einem zweiten Betriebsmodus geschlossen ist, wodurch kein Durchströmen der Rohrleitung (RL) mit dem fluiden Medium erfolgt;- Einen Nebenkanal (NK) mit einem innerhalb des Teilbereichs mit der Rohrleitung (RL) verbunden Einlass und einem innerhalb des Teilbereichs mit der Rohrleitung (RL) verbundenen Auslass, wobei der Nebenkanal (NK) einen zweiten Durchmesser (Ø2) aufweist, welcher kleiner als der erste Durchmesser (01) ist, wobei der Einlass relativ zur Strömungsrichtung(v→)des fluiden Mediums in der Rohrleitung (RL) vor dem Ventil (VE) angeordnet ist, und wobei der Auslass relativ zur Strömungsrichtung(v→)des fluiden Mediums in der Rohrleitung (RL) hinter dem Ventil (VE) angeordnet ist; und- Ein Durchflusssensor (SE), welcher im Nebenkanal (NK) angeordnet ist, und welcher zum Erfassen eines Wertes eines Durchflusses des fluiden Mediums im Nebenkanal (NK) ausgestaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Detektion einer Leckage in einer Rohrleitung.
Leckagen in Rohrleitungssystemen, insbesondere solcher der Hauswasserversorgung, können zu großen Schäden führen, wenn sie nicht unmittelbar registriert werden. Aus dem Stand der Technik bekannte und am Markt erhältliche Sensorik-Lösungen registrieren die aus einer defekten Rohrleitung austretende Feuchtigkeit. Die vollständige Abdeckung aller Rohrleitungen mit einer solchen Sensorik ist jedoch aufwendig und teuer. Eine Nachrüstung alter Rohrleitungssysteme, bei welchen der Bedarf hierfür mitunter am größten ist, ist daher wenig wirtschaftlich.
Eine andere Methode besteht darin, den Druckabfall über eine Rohrleitung zu messen, was bereits vor Inbetriebnahme von Neuinstallationen zwingend vorgenommen wird. Dafür muss das Rohrleitungssystem jedoch allseits abgesperrt werden. Eine Messung dauert mindestens einige Minuten, wobei in dieser Zeit kein Medium, beispielsweise Trinkwasser, zu Verfügung steht. Eine kontinuierliche Messung zu Überwachungszwecken ist daher mittels dieser Methode nicht möglich.
Eine direkte Messung eines Leckageflusses (typischerweise einige ml/min) ist schwierig, da dieser im Verhältnis zu dem eigentlichen Auslegungsfluss (beispielsweise 50 l/min) sehr klein ist, bzw. zu dem dadurch notwendigen Rohrdurchmesser.
Ausgehend von dieser Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein System vorzustellen, welches einfach in bestehende Rohrleitungssysteme integriert werden kann und welches eine zuverlässige und genaue Messung eines Leckageflusses im laufenden Betrieb erlaubt.
Die Aufgabe wird durch ein System gemäß Anspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das System zumindest die folgenden Bestandteile umfasst:

- Eine Rohrleitung, in welcher sich ein fluides Medium befindet und welche zumindest in einem Teilbereich einen ersten Durchmesser aufweist;
- Ein Ventil, welches innerhalb des Teilbereichs in der Rohrleitung angeordnet ist, wobei das Ventil in einem ersten Betriebsmodus geöffnet ist, wodurch ein Durchströmen der Rohrleitung mit dem fluidem Medium erfolgt, und wobei das Ventil in einem zweiten Betriebsmodus geschlossen ist, wodurch kein Durchströmen der Rohrleitung mit dem fluiden Medium erfolgt;
- Einen Nebenkanal mit einem innerhalb des Teilbereichs mit der Rohrleitung verbunden Einlass und einem innerhalb des Teilbereichs mit der Rohrleitung verbundenen Auslass, wobei der Nebenkanal einen zweiten Durchmesser aufweist, welcher kleiner als der erste Durchmesser ist, wobei der Einlass relativ zur Strömungsrichtung des fluiden Mediums in der Rohrleitung vor dem Ventil angeordnet ist, und wobei der Auslass relativ zur Strömungsrichtung des fluiden Mediums in der Rohrleitung hinter dem Ventil angeordnet ist; und
- Ein Durchflusssensor, welcher im Nebenkanal angeordnet ist, und welcher zum Erfassen eines Wertes eines Durchflusses des fluiden Mediums im Nebenkanal ausgestaltet ist.

Erfindungsgemäß wird zwischen zwei Betriebszuständen unterschieden: Zum einen der Auslegungsfluss, bei welchem Medium durch die Rohrleitung fließt, beispielsweise Wasser bei Öffnen eines Wasser- oder Duschhahns. Zum anderen die Leckagedetektion selbst.
Hierfür sind zwei Kanäle, in Gestalt der Rohrleitung und des Nebenkanals, vorgesehen. Ein Leckagefluss erzeugt nur eine geringe Druckdifferenz über das Ventil. Diese reicht nicht aus, um das Ventil zu öffnen. Der Fluss strömt daher durch den Nebenkanal und kann von dem Durchflusssensor quantifiziert werden. Mit einem solchen Durchflusssensor ist je nach konkreter Ausgestaltung von selbigem eine Messung von wenigen ml pro Minute problemlos möglich.
Im Auslegungsmodus steigt die Druckdifferenz durch den Bezug des Mediums stark an, so dass sich das Ventil öffnet und den vollen Volumenstrom durch die Rohrleitung freigibt. Das System ermöglicht also trotz Einbau des Ventils und des Nebenkanals eine normale Benutzung und steht jederzeit ohne Einschränkung zur Verfügung. Auch ältere Rohrleitungssysteme sind ohne größeren Aufwand und ohne Ausfallzeiten nachrüstbar.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das erfindungsgemäße System als weitere Komponente eine mit dem Durchflusssensor verbundene Auswerteeinheit, welche ausgestaltet ist, einen Alarm auszugeben, wenn der Durchflusssensor einen Wert eines Durchflusses detektiert, welcher größer als ein vorbestimmter Wert ist und/oder wenn der Durchflussmesser über einen Zeitraum, welcher größer als ein vorbestimmter Zeitraum ist, einen Wert eines Durchflusses größer Null detektiert.
Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass das System als weitere Komponente eine automatische Absperrvorrichtung aufweist, beispielsweise einen Motorkugelhahn. Dieser kann automatisch von der Auswerteeinheit angesteuert und geschlossen werden, wenn ein Durchfluss detektiert wird. Dies kann auch so ausgestaltet sein, dass bei kleinen Leckagen, also kleinen gemessenen Werten des Durchflusses, insbesondere dem obig definierten vorbestimmten Wert, von der Auswerteeinheit der Alarm ausgegeben wird und erst beim Überschreiten eines weiteren, höheren Grenzwertes die automatische Absperrvorrichtung geschlossen wird, um Überschwemmungen zu verhindern.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Auswerteeinheit dazu ausgestaltet, nur dann einen Alarm auszugeben, wenn sich das Ventil im zweiten Betriebsmodus befindet. Dadurch werden Fehlalarme im Bezugsfall vermieden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass es sich bei dem Ventil um ein Rückschlagventil handelt. Dieses verfügt über eine Feder, welche das Ventil mit einer definierten Kraft entsprechend der Ausgestaltung der Feder, insbesondere deren Federkonstante, schließt. Im zweiten Betriebsmodus ist die Druckdifferenz über dem Ventil, verursacht durch die Kraft, welche das Medium auf das Ventil ausübt, zu gering, um dieses zu öffnen. Im ersten Betriebsmodus ist die auf das Ventil ausgeübte Kraft des Mediums größer als die Schließkraft der Feder, so dass das Ventil geöffnet wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass es sich bei dem Durchflusssensor um einen thermischen Strömungssensor handelt. Es kann sich jedoch auch einen jeden weiteren Typ Durchflusssensor handeln, welcher dazu geeignet ist, kleine Ströme mit mehreren ml pro Minute zu detektieren.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass das Verhältnis des ersten Durchmessers zu dem zweiten Durchmesser größer als 4 ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass der erste Durchmesser in einem Größenbereich von 20 mm bis 30 mm liegt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass der zweite Durchmesser in einem Größenbereich 3 bis 5 mm liegt.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figur näher erläutert. Es zeigt

1: ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems.

Die Hauptkomponente des in 1 gezeigten Systems ist eine Rohrleitung RL. Bei dieser handelt es sich um eine handelsübliche Rohrleitung aus beliebigen geeigneten Materialien, welche üblicherweise im Haushalt oder in der Industrie Anwendung findet. Um vorliegenden Beispiel handelt es sich bei dem in 1 gezeigten Abschnitt der Rohrleitung um einen Teil einer Wasserleitung in einem Haushalt. Hierbei durchströmt Trinkwasser als fluides Medium die Rohrleitung. Das Trinkwasser kann beispielsweise durch einen Wasserhahn bezogen werden, im sogenannten „Bezugsmodus“. In diesem Fall durchströmt das Medium die Rohrleitung in einer Flussrichtung $\vec{v} .$
Das erfindungsgemäße System umfasst weiterhin ein Ventil VE, insbesondere vorteilhafterweise in Gestalt eines Rückschlagventils. Weiterhin ist ein Nebenkanal NK vorgesehen, welcher mit der Rohrleitung dergestalt verbunden ist, dass sich der Einlass des Nebenkanals NK in Flussrichtung $\vec{v}$
vor dem Ventil VE und sich der Auslass des Nebenkanals NK in Flussrichtung $\vec{v}$
nach dem Ventil VE befindet.
Der Durchmesser Ø2 des Nebenkanals NK ist hierbei kleiner als der Durchmesser Ø1 der Rohrleitung RL. Insbesondere vorgesehen, dass das Verhältnis des Durchmessers zu dem zweiten Durchmesser größer als 4 ist.
Im Nebenkanal NK ist ein Durchflusssensor SE angeordnet, welcher dazu ausgestaltet ist, ein eventuelles Durchströmen des Nebenkanals NK mit dem Medium zu detektieren, bzw. zu quantifizieren. Bei dem Durchflusssensor SE handelt es sich beispielsweise um einen thermischen Strömungssensor oder um einen beliebigen Sensortypen, welcher geringe Durchflussraten erfassen kann, wie beispielsweise ein vibronischer Durchflusssensor. Der Durchflusssensor SE ist mit einer Auswerteeinheit AE verbunden, welche den aktuell gemessenen Wert des Durchflusses durch den Nebenkanal NK aus dem Durchflusssensor SE ausliest.
In einem ersten Betriebsmodus wird Trinkwasser entnommen, beispielsweise durch einen Wasserhahn. Die Differenz des Drucks P1 vor dem Ventil VE und des Drucks P2 nach dem Ventil VE wird dabei durch Öffnen des Wasserhahns so groß, dass das Ventil geöffnet wird und das Trinkwasser in Flussrichtung $\vec{v}$
durch die Rohrleitung fließt.
In einem zweiten Betriebsmodus ist der Wasserhahn geschlossen. Die Druckdifferenz P1-P2 ist daher so gering, dass das Ventil geschlossen ist. Tritt eine Leckage in Flussrichtung $\vec{v}$
nach dem Ventil auf, so fließt eine geringe Wassermenge durch den Nebenkanal NK und kann von dem Durchflusssensor SE erfasst werden. Die Auswerteeinheit überprüft den vom Durchflusssensor SE detektierten Durchflusswert und gibt gegebenenfalls einen Alarm aus, wenn der Durchflusssensor SE einen Wert eines Durchflusses detektiert, welcher größer als ein vorbestimmter Wert ist und/oder wenn der Durchflusssensor SE über einen Zeitraum, welcher größer als ein vorbestimmter Zeitraum ist, einen Wert eines Durchflusses größer Null detektiert.
Auf diese Art und Weise ist zuverlässig eine Leckage in der Rohrleitung detektierbar. Durch Einbau des Ventils VE und des Durchflusssensors SE in der Rohrleitung wird der Normalbetrieb im Bezugsmodus nicht beeinträchtigt.
Das erfindungsgemäße System ist auch nachrüstbar. Beispielsweise kann ein Kit, bestehend aus einem Teil einer Rohrleitung RE, an welchem der Nebenkanal NK samt Durchflusssensor SE und Ventil angebracht ist, vorgesehen sein. Vorteilhafterweise enthält der Teil der Rohrleitung RL an beiden Enden einen Flansch, wodurch das System auf einfache Art und Weise in ein bereits bestehenden Rohrleitungssystem eingebracht werden kann.
Bezugszeichenliste

AE: Auswerteeinheit
NK: Nebenkanal
RL: Rohrleitung
SE: Durchflusssensor
VE: Ventil
Ø1: Durchmesser Rohrleitung
Ø2: Durchmesser Nebenkanal

Claims

System zur Detektion einer Leckage in einer Rohrleitung (RL), umfassend: - Die Rohrleitung (RL), in welcher sich ein fluides Medium befindet und welche zumindest in einem Teilbereich einen ersten Durchmesser (01) aufweist; - Ein Ventil (VE), welches innerhalb des Teilbereichs in der Rohrleitung (RL) angeordnet ist, wobei das Ventil (VE) in einem ersten Betriebsmodus geöffnet ist, wodurch ein Durchströmen der Rohrleitung (RL) mit dem fluidem Medium erfolgt, und wobei das Ventil (VE) in einem zweiten Betriebsmodus geschlossen ist, wodurch kein Durchströmen der Rohrleitung (RL) mit dem fluiden Medium erfolgt; - Einen Nebenkanal (NK) mit einem innerhalb des Teilbereichs mit der Rohrleitung (RL) verbunden Einlass und einem innerhalb des Teilbereichs mit der Rohrleitung (RL) verbundenen Auslass, wobei der Nebenkanal (NK) einen zweiten Durchmesser (02) aufweist, welcher kleiner als der erste Durchmesser (01) ist, wobei der Einlass relativ zur Strömungsrichtung $(\vec{v})$
des fluiden Mediums in der Rohrleitung (RL) vor dem Ventil (VE) angeordnet ist, und wobei der Auslass relativ zur Strömungsrichtung $(\vec{v})$
des fluiden Mediums in der Rohrleitung (RL) hinter dem Ventil (VE) angeordnet ist; und - Ein Durchflusssensor (SE), welcher im Nebenkanal (NK) angeordnet ist, und welcher zum Erfassen eines Wertes eines Durchflusses des fluiden Mediums im Nebenkanal (NK) ausgestaltet ist.
System nach Anspruch 1, weiter umfassend eine mit dem Durchflusssensor (SE) verbundene Auswerteeinheit (AE), welche ausgestaltet ist, einen Alarm auszugeben, wenn der Durchflusssensor (SE) einen Wert eines Durchflusses detektiert, welcher größer als ein vorbestimmter Wert ist und/oder wenn der Durchflusssensor (SE) über einen Zeitraum, welcher größer als ein vorbestimmter Zeitraum ist, einen Wert eines Durchflusses größer Null detektiert.
System nach Anspruch 2, wobei die Auswerteeinheit (AE) ausgestaltet ist, nur dann einen Alarm auszugeben, wenn sich das Ventil (VE) im zweiten Betriebsmodus befindet.
System nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei es sich bei dem Ventil (VE) um ein Rückschlagventil handelt.
System nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei es sich bei dem Durchflusssensor (SE) um einen thermischen Strömungssensor handelt.
System nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Verhältnis des ersten Durchmessers (01) zu dem zweiten Durchmesser (Ø2) größer als 4 ist.
System nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste Durchmesser (01) in einem Größenbereich von 20 mm bis 30 mm liegt.
System nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zweite Durchmesser (Ø2) in einem Größenbereich 3 bis 5 mm liegt.