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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Heizeinheit mit einem Leckagesensor für eine Absorptionskältevorrichtung für ein Freizeitfahrzeug, zum Beispiel einen Wohnwagen, ein Wohnmobil oder ein Reisemobil, eine Absorptionskältevorrichtung für ein Freizeitfahrzeug, ein Fahrzeug mit der Absorptionskältevorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Absorptionskältevorrichtung.
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Leckagesensoren für Absorptionskältegeräte für Freizeitfahrzeuge sind im Allgemeinen aus dem Stand der Technik bekannt und erfüllen ihren Zweck hinsichtlich der Sicherheit der Geräte und der gesetzlichen Sicherheitsvorschriften. Bekannte Leckageerkennungssysteme für derartige Absorptionskältegeräte verwenden z.B. Ammoniaksensoren, Temperatursensoren und/oder softwarebasierte Steuergeräte. Das Austreten von Kühlflüssigkeit aus einem Absorptionskältegerät führt in der Regel zu einer erhöhten Temperatur im System und kann auch zu anderen Arten von Fehlfunktionen des Gerätes führen. Bekannte Geräte setzen daher auf Verfahren zur Temperaturüberwachung vorzugsweise in unmittelbarer Nähe des Absorptionskältemittels - zum Beispiel an der Außenhülle der Isolierung oder am Boden der Absorptionskältevorrichtung - oder sogar innerhalb des Kühlkreislaufs selbst, um eine auftretende Leckage zu erkennen. Die Kühlflüssigkeit enthält in der Regel Ammoniak. Daher ist auch der Einsatz von Ammoniaksensoren zur Erkennung leckender Kühlflüssigkeit ein angewandtes Prinzip.
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Ein anderes Beispiel für einen bekannten Leckagesensor für ein Kühlsystem ist der
US 2010/ 0 244 863 A1 zu entnehmen. Hier erfolgt die Leckageerkennung mittels eines Flüssigkeitssensors. Spezifische Sensormatten zur Ermittlung der Anwesenheit von Flüssigkeit sind weiterbildend aus der
US 5 192 932 A und der
US 6 639 517 B1 bekannt. Diese Mittel sind wohl im Prinzip durchaus geeignet sind, um Leckage in einem Kühlsystem zu ermitteln. Wie diese Mittel jedoch besonders vorteilhaft in entsprechenden Kühlsystemen vorzusehen sind bzw. zur Bildung von verbesserten Schutzmitteln für Absorptionskältegeräte eingesetzt werden können, ist diesen Dokumenten nicht zu entnehmen.
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Folglich ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, verbesserte Schutzmittel für Absorptionskältegeräte für Freizeitfahrzeuge bereitzustellen und ein zuverlässiges System für den sicheren Betrieb einer Absorptionskältevorrichtung für ein Freizeitfahrzeug bereitzustellen.
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Diese Ziele werden durch eine Heizeinheit mit einem Leckagesensor, eine Absorptionskältevorrichtung, ein Fahrzeug und ein Verfahren, wie in den unabhängigen Ansprüchen definiert, erreicht. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Die vorliegende Erfindung verwendet einen neuen Ansatz, um das Austreten von Kühlflüssigkeit aus einer Absorptionskältevorrichtung zu erkennen. Die vorliegende Erfindung nutzt die Tatsache, dass die Leitfähigkeit gängiger Dämmstoffe deutlich ansteigt, sobald irgendeine Form von Flüssigkeit innerhalb der Isolierung vorhanden ist. Läuft Kühlflüssigkeit aus dem Boiler der Heizeinheit eines Absorptionskältemittels in die diese Komponenten umgebende Isolierung aus, kann eine Erhöhung der Leitfähigkeit innerhalb der Isolierung gemessen werden und somit durch das Erfassen dieser Erhöhung der Leitfähigkeit innerhalb der Isolierung eine Leckage schnell erkannt werden. Die Temperatur und der Druck im Boiler der Heizeinheit einer Absorptionskältevorrichtung machen den Boiler im Allgemeinen zum wahrscheinlichsten Ort für das Auftreten einer Leckage.
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Daher ist nach der vorliegenden Erfindung in einer Heizeinheit ein Leckagesensor vorgesehen, der den Widerstand und/oder die Leitfähigkeit innerhalb der Isolierung eines Boilers misst. Der Leckagesensor ist somit in der Lage, eine Leckage schnell und zuverlässig zu erkennen. Darüber kann die Leckageerkennungsfunktionen bei geringer Fertigungskomplexität erreicht werden. Darüber hinaus ist eine Absorptionskältevorrichtung vorgesehen, die mit einer kostengünstigen Leckageerkennung ausgestattet ist. Zusätzlich wird ein Fahrzeug zur Verfügung gestellt, das sicher vor den Risiken eines Kühlmittellecks ist. Schließlich wird ein Verfahren zum Betreiben einer Absorptionskältevorrichtung mit den genannten Leckageerkennungsmöglichkeiten bereitgestellt.
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Nach der vorliegenden Erfindung ist ein Leckagesensor in einer Heizeinheit für eine Absorptionskältevorrichtung für ein Freizeitfahrzeug, insbesondere für einen Absorptionskälteschrank für ein Freizeitfahrzeug, vorgesehen. Die Absorptionskältevorrichtung verfügt über eine Heizeinheit mit einem Boiler. Der Leckagesensor weist eine Spannungsquelle und mindestens zwei Sensorstifte auf. Darüber hinaus umfasst der Leckagesensor eine Stromerfassungseinheit, die in Reihe mit den beiden Sensorstiften geschaltet ist, oder einen Thermistor, der parallel zu den Sensorstiften geschaltet ist. Mindestens ein Sensorstift ist elektrisch mit einem Pol der Spannungsquelle und mindestens ein weiterer Sensorstift mit dem anderen Pol der Spannungsquelle oder mit Masse verbunden. Die Sensorstifte sind so konfiguriert, dass sie sich in einer Boilerisolierung der Heizeinheit des Absorptionskältemittels angeordnet werden können. So ist nach der vorliegenden Erfindung ein Leckagesensor vorgesehen, der die Leitfähigkeit innerhalb der Isolierung eines Boilers einer Absorptionskältevorrichtung misst und somit in der Lage ist, ein Austreten von Kühlflüssigkeit schnell und zuverlässig zu erkennen. Dadurch können die mit dem Austreten von Kühlflüssigkeit verbundenen Risiken wie Überhitzung des Boilers und andere Arten von Fehlfunktionen der Absorptionskältevorrichtung minimiert werden. Ein solcher Leckagesensor kann aufgrund seiner geringen Komplexität in der Fertigung auf Wunsch auch auf bestehende Systeme angewandt werden. In Kombination mit bestehenden Leckageerkennungssystemen kann mit diesem Leckagesensor Redundanz geschaffen und damit die Produktsicherheit der Absorptionskältevorrichtung erhöht werden.
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Vorzugsweise wird jeder Sensorstift des Leckagesensors mit mindestens einem weiteren Sensorstift zu einer Sensoreinheit kombiniert. Die Sensorstifte einer Sensoreinheit sind in Abständen voneinander angeordnet. Insbesondere ist der Abstand der Sensorstifte zueinander kleiner als 2,0 cm, vorzugsweise kleiner als 1,0 cm und weiterhin kleiner als 0,5 cm. Die Sensorstifte stehen jedoch nicht in direktem Kontakt miteinander. Somit werden die Stifte des Leckagesensors im Falle eines Lecks durch die Flüssigkeit kurzgeschlossen, was den Widerstand zwischen den beiden Stiften deutlich reduziert. Je näher die Sensorstifte beieinander liegen, desto empfindlicher ist der Sensor gegenüber kleinen Mengen auslaufender Kühlflüssigkeit. Generell ist es wünschenswert, dass die die Sensoreinheiten bildenden Sensorstifte über das gesamte Volumen der Boilerisolierung verteilt werden, um alle möglichen Leckage- und Kondensationspunkte der austretenden Kühlflüssigkeit abzudecken, um die Sicherheit der Erkennung einer Leckage zu maximieren.
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Vorzugsweise ist die Stromerfassungseinheit oder der Thermistor so konfiguriert, dass er einen Widerstand erfasst. Insbesondere der Thermistor (falls vorhanden) und die Spannungsquelle sind Komponenten der Absorptionskältevorrichtung selbst. Die Sensorstifte und die Stromerfassungseinheit (falls vorhanden) sind nur mit dem Thermistor (falls vorhanden) und der Spannungsquelle der Absorptionskältevorrichtung verbunden. Durch das Erfassen eines Widerstands in der Isolierung ist der Leckagesensor in der Lage, das Austreten von Kühlflüssigkeit aus der Absorptionskältevorrichtung zu erfassen, indem er den erfassten Widerstand beispielsweise mit vorgegebenen Soll-, Referenz- und/oder Schwellenwerten vergleicht. Durch den Einsatz von Komponenten, welche in Absorptionskältevorrichtungn ohnehin bereits vorhanden sind - wie z.B. eine Spannungsquelle oder ein Thermistor - werden die Kosten und der Fertigungsaufwand des Leckagesensors minimiert. Der Leckagesensor kann mit minimalem Einsatz zusätzlicher Komponenten und minimalem Aufwand in bestehende Systeme integriert werden.
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Vorzugsweise hat der Leckagesensor nur eine Sensoreinheit mit zwei Sensorstiften, wobei einer der Sensorstifte als Elektrodenplatte und der andere der Sensorstifte als Drahtgeflecht vorgesehen ist. Der als Drahtgeflecht vorgesehene Sensorstift ist parallel zu dem als Elektrodenplatte vorgesehenen Sensorstift ausgerichtet. Zwischen dem als Elektrodenplatte vorgesehenen Sensorstift und dem als Drahtgeflecht vorgesehenen Sensorstift ist eine Schicht aus nicht leitfähigem und flüssigkeitsdurchlässigem Material vorgesehen. Darüber hinaus ist das Drahtgeflecht vorzugsweise so ausgerichtet, dass es auf eine Position der zu erwartenden Leckage ausgerichtet ist. Wenn der als Drahtgeflecht vorgesehene Sensorstift auf eine Position mit erwarteter Leckage ausgerichtet ist, durchläuft das aus dem Boiler austretendes Kühlmittel das Drahtgeflecht und das angrenzende flüssigkeitsdurchlässige Material, um mit dem als Elektrodenplatte vorgesehenen Sensorstift in Kontakt zu kommen. Die Elektrodenplatte fungiert nicht nur als Elektrode, sondern auch als Falle für die austretende Kühlflüssigkeit und erhöht so die Wahrscheinlichkeit, eine leitende Flüssigkeitsrücke zwischen den beiden Sensorstiften zu schaffen. Der als Drahtgeflecht vorgesehene Sensorstift kann eine beliebige andere geometrische Form aufweisen, die den Übergang von austretender Kühlflüssigkeit ermöglicht.
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Vorzugsweise sind mindestens zwei Sensorstifte, die eine Sensoreinheit bilden, als miteinander verschlungene Drähte vorgesehen, wobei vorzugsweise einer der beiden Sensorstifte mit einer Schicht aus nichtleitendem und flüssigkeitsdurchlässigem Material bedeckt ist. Damit steht eine Sensoreinheit zur Verfügung, die flexibel über die gesamte Isolierung des Boilers eingesetzt werden kann. Auf diese Weise können Stellen des Boilers mit erhöhtem Leckagerisiko, wie z.B. Schweißbereiche, gezielt anvisiert werden.
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Vorzugsweise sind mindestens zwei Sensorstifte, die eine Sensoreinheit bilden, gabelartig ausgebildet. Das bedeutet, dass die Sensorstifte so positioniert sind, dass sie miteinander ineinander greifen und durch eine Schicht aus nicht leitfähigem und flüssigkeitsdurchlässigem Material voneinander getrennt sind. Somit bietet diese Sensoreinheit eine enge Abdeckung großer Isolationsbereiche, um die Wahrscheinlichkeit von Leckagen ohne Erkennung weiter zu verringern.
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Vorzugsweise ist einer der Sensorstifte eine tatsächliche Kühleinheit aus Kohlenstoffstahl. Somit ist eine Ausgestaltung vorgesehen, bei der einer der Sensorstifte bereits Teil der Absorptionskältevorrichtung ist und die Komplexität des Leckagesensors weiter reduziert wird.
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Vorzugsweise sind die Sensorstifte aus verzinktem Stahl und/oder das nicht leitende und flüssigkeitsdurchlässige Material ist ausreichend hitzebeständig und besteht insbesondere aus Glasfaser oder Papier. Somit ist der Leckagesensor mit langlebigen Komponenten ausgestattet, die Materialfehler, Fehlalarme und andere Arten von Fehlfunktionen verhindern.
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Vorzugsweise weist die Schicht aus nicht leitfähigem und flüssigkeitsdurchlässigem Material eine Dicke von weniger als 10 mm und insbesondere weniger als 5 mm auf. Dadurch können die Stifte nahe beieinander platziert werden, was die Empfindlichkeit des Sensors gegenüber kleinen Mengen auslaufender Kühlflüssigkeit erhöht.
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Ebenfalls gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Heizeinheit als eine Heizeinheit für eine Absorptionskältevorrichtung für ein Freizeitfahrzeug, insbesondere für einen Absorptionskälteschrank für ein Freizeitfahrzeug, vorgesehen. Die Heizeinheit weist einen mit einer Boilerisolierung und einem Heizelement versehenen Boiler auf, wobei das Heizelement insbesondere ein elektrisches Heizelement ist. Der Boiler ist konfiguriert, um mit einem Absorber und einem Kondensator der Absorptionskältevorrichtung gekoppelt zu werden. Die Heizeinheit weist einen Leckagesensor, wie er vorstehend beschrieben wurde, auf, wobei sich die Sensorstifte des Leckagesensors in der Boilerisolierung der Heizeinheit befinden. Somit ist die Komponente der Heizeinheit, bei der ein Materialausfall, der zu Leckagen führt, am ehesten auftritt, der Boiler, mit Leckageerkennungsfunktionen ausgestattet. Eine solche Heizeinheit erfüllt die Sicherheitsanforderungen bei reduzierten Kosten und minimiertem Fertigungsaufwand.
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Die Boilerisolierung umschließt vorzugsweise den Boiler und das Heizelement in radialer Richtung zur Längsachse des Boilers. Somit ist der Boiler vollständig mit einer Isolierung mit Leckageerkennungsfunktionen ausgestattet, um eine zuverlässige Erkennung auftretender Leckagen zu gewährleisten.
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Vorzugsweise ist der Leckagesensor wie vorstehend beschrieben vorgesehen, wobei der Sensor nur eine Sensoreinheit mit zwei Sensorstiften aufweist, wobei einer der Sensorstifte als Elektrodenplatte und der andere der Sensorstifte als Drahtgeflecht vorgesehen ist. Der als Drahtgeflecht vorgesehene Sensorstift umschließt den Boiler in radialer Richtung zur Längsachse des Boilers. Zwischen dem als Drahtgeflecht vorgesehenen Sensorstift und dem Boiler ist eine Schicht aus nicht leitfähigem und flüssigkeitsdurchlässigem Material vorgesehen. Darüber hinaus umgibt der als Elektrodenplatte vorgesehene Sensorstift den als Drahtgeflecht vorgesehenen Sensorstift in radialer Richtung in Bezug auf die Längsachse des Boilers. Insbesondere ist der Boiler mit etwas Mineralwolle bedeckt. Mit dem als Drahtgeflecht vorgesehenen Sensorstift, der den Boiler in radialer Richtung umgibt, durchläuft das aus dem Boiler austretende Kühlmittel das Drahtgeflecht und das angrenzende flüssigkeitsdurchlässige Material, um mit dem als Elektrodenplatte vorgesehenen Sensorstift in Kontakt zu kommen. Die Elektrodenplatte fungiert somit nicht nur als Elektrode, sondern auch als Falle für die austretende Kühlflüssigkeit und erhöht damit die Wahrscheinlichkeit, eine leitende Flüssigkeitsbrücke zwischen den beiden Sensorstiften zu schaffen. Der als Drahtgitter vorgesehene Sensorstift kann eine beliebige andere geometrische Form aufweisen, die den Übergang von austretender Kühlflüssigkeit ermöglicht.
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Vorzugsweise ist die Heizeinheit mit verschiedenen Sensoreinheiten ausgestattet. Die Sensoreinheiten sind in der Boilerisolierung über die Länge und Tiefe der Boilerisolierung hinweg verteilt. Insbesondere sind die Sensoreinheiten auch in einem Bereich der Boilerisolierung vorgesehen, in dem die auftretende Temperatur voraussichtlich etwa 100°C und weniger betragen wird. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit unentdeckter Leckagen durch den dichten Einsatz von Sensoreinheiten in der gesamten Boilerisolierung weiter reduziert.
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Darüber hinaus ist nach der vorliegenden Erfindung eine Absorptionskältevorrichtung für ein Freizeitfahrzeug, insbesondere ein Absorptionskälteschrank für ein Freizeitfahrzeug, vorgesehen. Die Absorptionskältevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung weist eine Heizeinheit wie vorstehend beschrieben, einen Kondensator, einen Verdampfer, einen Absorber, welche miteinander gekoppelt sind, und ein Steuersystem auf. So wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Absorptionskältevorrichtung bereitgestellt, die mit einer zuverlässigen und schnellen Leckageerkennung bei minimalem technischen Aufwand und minimierten Kosten ausgestattet ist.
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Vorzugsweise ist das Steuersystem an die Stromerfassungseinheit oder an den Thermistor angeschlossen. Das Steuersystem sendet ein Fehlersignal und/oder schaltet die Absorptionskältevorrichtung, insbesondere die Heizeinheit der Absorptionskältevorrichtung, bei der Bestimmung des Auftretens von Leckagen anhand der von der Stromerfassungseinheit oder vom Thermistor empfangenen Signale ab. Dadurch kann die Sicherheit des Benutzers der Absorptionskältevorrichtung auch im unwahrscheinlichen Fall eines Austritts von Kühlflüssigkeit erhöht werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch ein Fahrzeug, insbesondere ein Freizeitfahrzeug, bereitgestellt. Das Fahrzeug ist mit einer Absorptionskältevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und wie vorstehend beschrieben ausgestattet. So kann der Anwender die Vorteile der Absorptionskältevorrichtung nutzen und ist gleichzeitig zuverlässig vor Risiken geschützt, die mit dem Austreten von Kühlflüssigkeit aus dem Boiler der Heizeinheit der Absorptionskältevorrichtung verbunden sind.
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Darüber hinaus umfasst ein Verfahren zum Betreiben einer Absorptionskältevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere einer Absorptionskältevorrichtung, wie vorstehend beschrieben, die folgenden Schritte:
- Messen eines elektrischen Widerstands und/oder einer Leitfähigkeit im Umfang des Boilers der Absorptionskältevorrichtung;
- Vergleichen der Messdaten mit mindestens einem vorgegebenen Soll-, Schwellen- und/oder Referenzwert; und
- Steuern der Absorptionskältevorrichtung, insbesondere der Heizeinheit der Absorptionskältevorrichtung, in Abhängigkeit vom erhaltenen Ergebnis des durchgeführten Vergleichs.
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Der Vergleich der Messdaten mit mindestens einem vorgegebenen Sollwert, Schwellenwert und/oder Referenzwert ermöglicht somit eine zuverlässige Erkennung von Leckagen. Die Absorptionskältevorrichtung wird somit sicher gesteuert. Der mindestens eine vorgegebene Sollwert, Schwellenwert und/oder Referenzwert wird gewählt, um Fehlalarme zu vermeiden und somit einen stabilen Betrieb der Absorptionskältevorrichtung zu gewährleisten.
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Vorzugsweise wird die Messung des elektrischen Widerstands und/oder der Leitfähigkeit im Umfeld des Boilers kontinuierlich, periodisch und/oder selektiv durchgeführt. Dadurch kann eine zuverlässige Überwachung des Systems an Sicherheits- und andere Anforderungen angepasst und ein sicherer und stabiler Betrieb der Absorptionskältevorrichtung gewährleistet werden.
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Vorzugsweise befindet sich das vermessene Umfeld des Boilers im Inneren der Boilerisolierung der Absorptionskältevorrichtung. Dadurch wird eine schnelle Erkennung auftretender Leckagen und eine schnelle Anwendung entsprechender Gegenmaßnahmen ermöglicht.
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Vorzugsweise werden neben dem elektrischen Widerstand und/oder der Leitfähigkeit auch andere Eigenschaften und/oder Parameter der Absorptionskältevorrichtung gemessen und im durchgeführten Vergleich berücksichtigt. So wird eine Redundanz geschaffen, um die Sicherheit des Systems weiter zu erhöhen.
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Vorzugsweise ist mindestens eine der anderen Eigenschaften und/oder Parameter der Absorptionskältevorrichtung eine(n) Durchflussrate, -geschwindigkeit und/oder -strom und/oder eine andere diesen ähnliche Eigenschaft, die Zustände und/oder Parameter der Absorptionskältevorrichtung anzeigen. So können durch den Einblick in die Zustände und/oder Parameter der Absorptionskältevorrichtung redundante Kontrollmaßnahmen zur Gewährleistung der Sicherheit der Absorptionskältevorrichtung einfach umgesetzt werden.
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Vorzugsweise wird die Absorptionskältevorrichtung und insbesondere die Heizeinheit der Absorptionskältevorrichtung abgeschaltet, wenn sich aus dem durchgeführten Vergleich eine nicht unerhebliche Leckage für die Absorptionskältevorrichtung ergibt und/oder eine sichere Fortsetzung des Betriebs der Absorptionskältevorrichtung nicht gewährleistet werden kann. Dadurch können die mit dem Austritt von Kühlflüssigkeit aus der Absorptionskältevorrichtung verbundenen Risiken minimiert und ein sicherer und stabiler Betrieb des Gerätes gewährleistet werden.
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Ein umfassenderes Verständnis der vorliegenden Erfindung und vieler ihrer detaillierten Merkmale und damit verbundenen Vorteile wird leicht erlangt, da sie mit Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verstanden wird, wenn sie im Zusammenhang mit den beiliegenden Figuren betrachtet wird, wobei:
- 1 ein Beispiel für einen Kühlkreislauf einer Absorptionskältevorrichtung zeigt;
- 2 ein Querschnitt ist, der eine schematische Anordnung der den Boiler umgebenden Elemente einer Heizeinheit einer Absorptionskältevorrichtung darstellt;
- 3A eine exemplarische elektrische Schaltung eines Leckagesensors unter Verwendung einer Stromerfassungseinheit zur Messung des elektrischen Widerstands und/oder der Leitfähigkeit zeigt;
- 3B eine exemplarische elektrische Schaltung eines Leckagesensors unter Verwendung eines Thermistors zur Messung des elektrischen Widerstands und/oder der Leitfähigkeit zeigt;
- 4 eine Ausführungsform einer Sensoreinheit zeigt, die mit einer Elektrodenplatte und einem Drahtgeflecht als Sensorstifte versehen ist;
- 5 eine schematische Anordnung der in 4 dargestellten Sensoreinheit innerhalb der Boilerisolierung einer Heizeinheit einer Absorptionskältevorrichtung zeigt;
- 6 eine schematische Anordnung von gabelartig angeordneten Sensorstiften zeigt;
- 7 eine schematische Anordnung von Sensorstiften, die als miteinander verschlungene Stifte vorgesehen sind, zeigt; und
- 8 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Absorptionskältevorrichtung zeigt.
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Ausgewählte Ausführungsformen werden nun mit Bezug auf die beiliegenden Figuren beschrieben, wobei gleiche Referenzzeichen entsprechende oder identische Elemente in den verschiedenen Figuren bezeichnen.
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In 1 ist ein exemplarischer Kühlkreislauf einer Absorptionskältevorrichtung, wie beispielsweise eines Absorptionskälteschranks, dargestellt. Grundsätzlich beinhaltet der Kühlkreislauf einer Absorptionskältevorrichtung eine Heizeinheit H mit einem Boiler B, einem Absorber A und einem Kondensator C. Im Boiler B der Heizeinheit H treten die höchsten Temperaturen und Drücke innerhalb des Kühlkreislaufs der Absorptionskältevorrichtung auf. Daher wird das Material des Boilers und seiner umgebenden Elemente stärker beansprucht als das Material in anderen Abschnitten des Kühlkreislaufs, was es zur wahrscheinlichsten Stelle für Fehler und damit für Austritt von Kühlflüssigkeit macht. Die hohen Temperaturen der Kühlflüssigkeit im Boiler B führen auch zu einem erhöhten Risiko einer Überhitzung des umgebenden Materials, einschließlich weiterer Schäden an den umgebenden Komponenten oder einer anderen Art von Fehlfunktion.
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Die vorliegende Erfindung nutzt die Erkenntnis, dass die Leitfähigkeit von trockenem Isolationsmaterial deutlich niedriger ist als die von üblicherweise verwendeten Kühlflüssigkeiten. Im Falle einer Leckage am Boiler tritt Kühlflüssigkeit in das den Boiler umgebende Isoliermaterial ein und erhöht so die elektrische Leitfähigkeit des Isoliermaterials. Durch die Messung des Widerstandes und/oder der elektrischen Leitfähigkeit innerhalb der Boilerisolierung der Heizeinheit einer Absorptionskältevorrichtung ist die Erkennung leckender Kühlflüssigkeit möglich.
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Ein Leckagepunkt ist natürlich nicht bekannt, bevor die Leckage auftritt. Es ist daher wünschenswert, dass ein so breiter Bereich von potentiellen Leckagepunkten am Boiler B der Heizeinheit der Absorptionskältevorrichtung durch einen Leckagesensor abgedeckt wird, um die Wahrscheinlichkeit einer Leckageerkennung zu maximieren.
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Der Querschnitt in 2 zeigt eine schematische Anordnung des Boilers B, eines elektrischen Heizelements E und eines Zentralgasrohres G innerhalb einer Boilerisolierung Bl. Innerhalb der Absorptionskältevorrichtung ist der Druck höher als in der Umgebung. Daher liegt die Siedetemperatur der Kühlflüssigkeit im System über der Siedetemperatur von Wasser oder Ammoniak bei Atmosphärendruck. Nach einer Leckage verdampft die Kühlflüssigkeit daher zunächst. Die verdampfte Kühlflüssigkeit muss dann jedoch ihren Dampfzustand durch ihre eigene Temperatur aufrechterhalten. Dies führt zur Abkühlung des Dampfes und zur Kondensation der Kühlflüssigkeit innerhalb der Boilerisolierung Bl. Kondensierte Kühlflüssigkeit verstärkt natürlich den Effekt einer erhöhten Leitfähigkeit innerhalb der Boilerisolierung BI im Vergleich zu verdampfter Kühlflüssigkeit. Darüber hinaus ist der Salzgehalt der üblichen Kühlflüssigkeiten sehr hoch. So bleibt Salz zurück, wenn die Kühlflüssigkeit verdampft. Das Salz erhöht nicht nur die Leitfähigkeit der Boilerisolierung BI weiter, sondern verhindert auch, dass die gesamte Kühlflüssigkeit verdampft, was dazu beiträgt, eine leitende Brücke zwischen den innerhalb der Boilerisolierung BI vorgesehenen Sensorstiften herzustellen.
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3A veranschaulichte ein Beispiel für einen Stromkreis eines Leckagesensors 1 für eine Absorptionskältevorrichtung. Der Leckagesensor 1 hat eine Spannungsquelle 3 und zwei Sensorstifte 2. Darüber hinaus umfasst der Leckagesensor 1 eine Stromerfassungseinheit 4, die in Reihe mit den beiden Sensorstiften 2 geschaltet ist. Ein Sensorstift 2 ist über die Stromerfassungseinheit 4 mit dem 5V DC-Pol der Spannungsquelle 3 verbunden. Der andere Sensorstift 2 ist mit dem anderen Pol der Spannungsquelle 3 verbunden. Die Sensorstifte 2 sind konfiguriert, um sich in einer Boilerisolierung BI zu befinden, wie beispielsweise in 2 dargestellt. Über die Stromerfassungseinheit 4 wird der elektrische Widerstand und/oder die Leitfähigkeit zwischen den Sensorstiften 2 gemessen. Gelangt leckende Kühlflüssigkeit zwischen die beiden Sensorstifte, sinkt der elektrische Widerstand/ steigt die Leitfähigkeit zwischen den Sensorstiften 2 und die Leckage kann somit von der Steuerung der Absorptionskältevorichtung, an die der Lecksensor 1 angeschlossen ist, erkannt werden.
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Die elektrische Schaltung eines Leckagesensors 1 in 3B ist eine Alternative zu der in 3A dargestellten. Hier wird anstelle der Stromerfassungseinheit 4 in 3A ein Thermistor 5 parallel zu den beiden Sensorstifte 2 geschaltet. Die Sensorstifte 2 sind wieder mit den beiden Polen der Spannungsquelle 3 verbunden. Sowohl der Thermistor 5 als auch die Spannungsquelle 3 sind häufig verwendete Komponenten in Absorptionskältevorrichtungen. Der Thermistor 5 dient zur Messung der Temperatur innerhalb der Absorptionskältevorrichtung. Ein solcher Thermistor 5 hat typischerweise einen Widerstand im Bereich von 1 bis 30 kOhm. Mit dem Steuersystem des Absorptionskältemittels wird der Widerstand des Thermistors 5 gemessen und in eine Temperatur umgewandelt. Der Thermistor 5 wird typischerweise mit einer stabilisierten Spannungsquelle 3 auf der Leiterplatte verbunden. Sind die Sensorstifte 2 parallel zum Thermistor 5 geschaltet, hat dies im Normalbetrieb keine Auswirkungen, da die elektrische Verbindung zwischen den Sensorstiften 2 vernachlässigbar ist. Im Falle einer Leckage reduziert die Leitfähigkeit der Kühlflüssigkeit jedoch schnell den Widerstand zwischen den Sensorstifts 2 und der gemischte Systemwiderstand wird beeinflusst. Dies zeigt eine Temperatur außerhalb des Bereichs für den Thermistor 5 an und das Steuersystem kann entsprechend reagieren. Der Widerstand des Thermistors 5 und der erwartete Widerstand zwischen den Sensorstiften 2 im Falle einer Leckage müssen natürlich so angepasst werden, dass eine ausreichende Empfindlichkeit und Zuverlässigkeit gewährleistet ist.
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Die beiden Sensorstifte 2 in den 3A und 3B bilden eine Sensoreinheit und die Sensorstifte der Sensoreinheit sind in Abständen von weniger als 2,0, vorzugsweise weniger als 1,0 cm und insbesondere weniger als 0,5 cm voneinander beabstandet, um die Wahrscheinlichkeit einer Bildung einer Leiterbrücke zwischen ihnen im Falle von Leckagen zu erhöhen. Einer der Sensorstifte 2 kann auch das eigentliche Kühlelement der Absorptionskältevorrichtung aus Kohlenstoffstahl sein.
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4 veranschaulicht eine Ausführungsform einer Sensoreinheit. Hier sind die beiden Sensorstifte 2 als Elektrodenplatte 6 und Drahtgeflecht 7 vorgesehen. Sowohl die Elektrodenplatte 6 als auch das Drahtgeflecht 7 sind vorzugsweise aus verzinktem Stahl gefertigt, können aber auch aus jedem anderen geeigneten Material hergestellt sein. Das Drahtgeflecht 7 und die Elektrodenplatte 6 sind parallel zueinander ausgerichtet, und zwischen ihnen ist eine Schicht aus nicht leitfähigem und flüssigkeitsdurchlässigem Material vorgesehen. Insbesondere ist das Drahtgeflecht 7 in eine Tasche aus zwei Glasfaserfilzplatten 8 eingebettet. In dieser Ausgestaltung kann die Sensoreinheit so ausgerichtet sein, dass das Drahtgeflecht 7 auf eine Stelle mit erwarteter Leckage zeigt. So kann leckende Kühlflüssigkeit durch das Drahtgeflecht und den Glasfaserfilz 8, aber nicht durch die Elektrodenplatte 6 gelangen. Wenn die Kühlflüssigkeit noch in verdampfter Form vorliegt, hilft die Elektrodenplatte 6, die Kühlflüssigkeit einzufangen und die Kondensation zu beschleunigen und damit austretende Kühlflüssigkeit zu erkennen. Vorzugsweise deckt eine solche Sensoreinheit die gesamte Länge des Boilers B ab, um eine Leckageerkennung an allen möglichen Stellen der Leckage zu ermöglichen. Sie kann beispielsweise um die Boilerisolierung BI herum gewickelt sein.
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In 5 ist eine mögliche Anordnung der in 3 dargestellten Sensoreinheit innerhalb der Boilerisolierung BI einer Heizeinheit H einer Absorptionskältevorrichtung schematisch dargestellt. Wie bereits erwähnt, ist es im Rahmen des Konzepts der vorliegenden Erfindung beabsichtigt, möglichst viele potentielle Leckagestellen sowie alle Tiefen der Boilerisolierung BI abzudecken, um austretende Kühlflüssigkeit so schnell wie möglich erfassen und erkennen zu können. Die in 5 dargestellte Ausgestaltung platziert das Drahtgeflecht 7 innerhalb der umhüllenden Elektrodenplatte 6. Beide sind sternförmig innerhalb der Boilerisolierung BI angeordnet, um sowohl Stellen in der Nähe als auch weiter entfernt vom Boiler B abzudecken. Die Darstellung in 5 ist als ein Querschnitt zu verstehen, der mit dem in 2 vergleichbar ist. Sowohl die Elektrodenplatte 6 als auch das Drahtgeflecht 7 decken vorzugsweise die gesamte Länge des Boilers B ab, um eine maximale Leckageerkennung zu gewährleisten.
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Eine weitere mögliche Anordnung von Sensorstiften ist in 6 schematisch dargestellt. Dabei sind die beiden eine Sensoreinheit bildenden Sensorstifts 2 gabelartig vorgesehen. Das bedeutet, dass die beiden eine Sensoreinheit bildenden Sensorstifte 2 ineinandergreifend angeordnet und durch Schichten aus nicht leitfähigem und flüssigkeitsdurchlässigem Material voneinander getrennt sind. Diese Art von Sensorstiften 2 werden dann von der Seite des Boilers B und von außen in die Boilerisolierung BI eingeschoben. Somit können durch die Tiefe und Höhe der Boilerisolierung BI hindurch kurze Abstände zwischen den Sensorstiften 2 gewährleistet werden. Dies wiederum maximiert die Möglichkeit der Leckageerkennung.
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Eine weitere bevorzugte Anordnung der Sensorstifte ist in 7 zu sehen. In dieser Ausführungsform sind die beiden die Sensoreinheit bildenden Sensorstifte 2 als Drähte vorgesehen, die jeweils mit einer Schicht aus nichtleitendem, aber flüssigkeitsdurchlässigem Material bedeckt und miteinander verschlungen sind. Eine solche Sensoreinheit kann in der gesamten Isolierung des Boilers hochflexibel eingesetzt werden, so dass insbesondere kritische Stellen des Boilers, die ein erhöhtes Leckagerisiko aufweisen, mit den Sensorstiften 2 abgedeckt werden können.
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8 veranschaulicht das Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Absorptionskältevorrichtung. Bei diesem Verfahren wird ein Leckagesensor 1 wie vorstehend beschrieben verwendet, der in der Boilerisolierung BI eines Boilers B einer Heizeinheit H einer Absorptionskältevorrichtung, wie beispielsweise einer Absorptionskältevorrichtung für ein Freizeitfahrzeug vorgesehen ist. Schritt S1 des Verfahrens umfasst das Messen des elektrischen Widerstands und/oder der Leitfähigkeit im Umfeld des Boilers B der Absorptionskältevorrichtung. In Schritt S2 werden die Messdaten mit mindestens einem vorgegebenen Soll-, Schwellen- und/oder Referenzwert verglichen. Abhängig vom erhaltenen Ergebnis des durchgeführten Vergleichs wird in Schritt S3 die Absorptionskältevorrichtung, insbesondere die Heizeinheit der Absorptionskältevorrichtung, gesteuert.
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Schritt S1 wird kontinuierlich, periodisch und/oder selektiv durchgeführt. Das Umfeld des Boilers B der Absorptionskältevorrichtung ist das Innere der Boilerisolierung BI der Absorptionskältevorrichtung. Während Schritt S1 können auch andere Eigenschaften und/oder Parameter der Absorptionskältevorrichtung gemessen und dann in Schritt S2 neben dem elektrischen Widerstand und/oder der Leitfähigkeit berücksichtigt werden. Diese anderen Eigenschaften und/oder Parameter können eine(n) Durchflussmenge, -geschwindigkeit und/oder -strom und/oder eine andere diesen ähnliche Eigenschaft enthalten, die Zustände und/oder Parameter der Absorptionskältevorrichtung anzeigen.
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Ergibt der in Schritt S2 durchgeführte Vergleich, dass eine nicht vernachlässigbare Leckage für die Absorptionskältevorrichtung vorliegt und/oder eine sichere Fortsetzung des Betriebs der Absorptionskältevorrichtung nicht gewährleistet werden kann, wird die Absorptionskältevorrichtung und insbesondere die Heizeinheit H der Absorptionskältevorrichtung in Schritt S3 abgeschaltet und/oder nicht wieder gestartet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Leckagesensor
- 2
- Sensorstift
- 3
- Spannungsquelle
- 4
- Stromerfassungseinheit
- 5
- Thermistor
- 6
- Elektrodenplatte
- 7
- Drahtgeflecht
- 8
- Glasfaserfilz
- A
- Absorber
- B
- Boiler
- BI
- Boilerisolierung
- C
- Kondensator
- E
- elektrisches Heizelement
- G
- Zentralgasrohr
- H
- Heizeinheit
- S1 bis S3
- Schritt