DE102021102722A1 - Method and arrangement for detecting refrigerant leaks in a refrigeration circuit which is arranged in a closed housing - Google Patents

Method and arrangement for detecting refrigerant leaks in a refrigeration circuit which is arranged in a closed housing Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Feststellung einer Leckage in einem mit einem Kältemittel (2) gefüllten Kältekreislauf (1), der in einem Innenraum (4) eines dichten Gehäuses (3) angeordnet ist, welcher mit einer äußeren Umgebung (5) nur über eine mit einer Adsorbensfüllung (7) für das Kältemittel (2) versehenen Verbindungskammer (6) verbunden ist, wobei aus dem Kältekreislauf (1) in den Innenraum (4) austretendes Kältemittel (2) in der Adsorbensfüllung (7) unter Wärmeentwicklung adsorbiert wird, wobei die Temperatur an mindestens einer Stelle in der Adsorbensfüllung (7) gemessen und bei einer Überschreitung eines absoluten Schwellwertes und/oder einer Überschreitung eines Schwellwertes für den Temperaturanstieg pro Zeiteinheit auf eine Leckage geschlossen wird. Bevorzugt weist die Verbindungskammer (6) mindestens einen inneren Teilbereich (8) und einen äußeren Teilbereich (9) auf, wobei in jedem Teilbereich (8, 9) ein Temperatursensor (11, 12) angeordnet ist. Zusätzlich kann in dem Innenraum (4) ein Temperatursensor als Referenzsensor (13) angeordnet sein, der ebenfalls mit der Auswerteeinheit (14) verbunden ist. Die vorliegende Erfindung erlaubt es, mit einer einfachen, robusten und weitgehend wartungsfreien Instrumentierung aus einem oder mehreren Temperatursensoren (11, 12) in einer Adsorbensfüllung (7) Leckagen an Kältemittel (2) sicher festzustellen und entsprechende Maßnahmen einzuleiten.The invention relates to a method and an arrangement for detecting a leak in a refrigeration circuit (1) filled with a refrigerant (2), which is arranged in an interior (4) of a tight housing (3) which is connected to an external environment (5). is only connected via a connecting chamber (6) provided with an adsorbent filling (7) for the refrigerant (2), with refrigerant (2) escaping from the refrigeration circuit (1) being adsorbed into the interior (4) in the adsorbent filling (7) with the development of heat The temperature is measured at at least one point in the adsorbent filling (7) and a leak is concluded when an absolute threshold value is exceeded and/or a threshold value for the temperature rise per unit time is exceeded. The connecting chamber (6) preferably has at least one inner section (8) and one outer section (9), with a temperature sensor (11, 12) being arranged in each section (8, 9). In addition, a temperature sensor can be arranged in the interior (4) as a reference sensor (13), which is also connected to the evaluation unit (14). The present invention allows leaks in refrigerant (2) to be reliably detected and appropriate measures to be taken using simple, robust and largely maintenance-free instrumentation consisting of one or more temperature sensors (11, 12) in an adsorbent filling (7).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Feststellung von Kältemittelleckagen in einem Kältekreislauf.The invention relates to a method and an arrangement for detecting refrigerant leaks in a refrigeration cycle.

Moderne Heizungsanlagen sind oft mit Wärmepumpen ausgestattet, die der Umgebung Wärme entziehen, um damit Gebäude zu heizen und/oder Wasser zu erwärmen. Dazu ist ein Kältekreislauf erforderlich, in dem ein Kältemittel zirkuliert, welches bei Umgebungstemperatur und Umgebungsdruck meist gasförmig ist und daher bei einer Leckage im Kältekreislauf als Gas entweicht. Übliche Kältemittel, z. B. das sogenannte R290, für das die vorliegende Erfindung besonders geeignet ist, sollen aus verschiedenen Gründen nicht unkontrolliert in Gebäude gelangen. Einige Kältemittel sind auch brennbar, so dass schon aus diesem Grund eine unkontrollierte Verteilung vermieden werden muss. Sofern ein Kältekreislauf nicht außerhalb von Gebäuden angeordnet werden kann, wird er daher in einem Innenraum eines dichten Gehäuses angeordnet, welches z. B. in einem Keller oder einem Nebenraum eines Gebäudes aufgestellt wird. So kann entweichendes Kältemittel zunächst nur in den Innenraum entweichen, von wo es aus dem Gebäude heraus in die freie Umgebung geleitet werden kann. Da man auch eine Ableitung von Kältemittel in die Umwelt oft vermeiden möchte oder eine Ableitung in die freie Umgebung manchmal schwer möglich ist, ist es auch bekannt, in eine Verbindung des Innenraumes zur Umgebung eine Verbindungkammer einzubauen, die mit einem Adsorbens gefüllt ist, welche austretendes Kältemittel bindet. Je nach Dimensionierung einer solchen Adsorbensfüllung kann diese ausreichen, den gesamten Inhalt an Kältemittel eines Kältekreislaufs zu binden, so dass dieses weder in die freie Umgebung noch in ein Gebäude gelangen kann.Modern heating systems are often equipped with heat pumps that extract heat from the environment in order to heat buildings and/or water. This requires a refrigeration circuit in which a refrigerant circulates, which is mostly gaseous at ambient temperature and pressure and therefore escapes as a gas if there is a leak in the refrigeration circuit. Usual refrigerants, e.g. B. the so-called R290, for which the present invention is particularly suitable, should not get into buildings uncontrolled for various reasons. Some refrigerants are also flammable, so uncontrolled distribution must be avoided for this reason alone. Therefore, if a refrigeration circuit cannot be placed outside buildings, it is placed in an interior space of a sealed housing, which e.g. B. is placed in a basement or an adjoining room of a building. Escaping refrigerant can initially only escape into the interior, from where it can be routed out of the building into the open air. Since one often wants to avoid a discharge of refrigerant into the environment or a discharge into the free environment is sometimes difficult, it is also known to install a connection chamber in a connection between the interior and the environment, which is filled with an adsorbent, which exiting refrigerant binds. Depending on the dimensioning of such an adsorbent filling, it can be sufficient to bind the entire refrigerant content of a refrigeration circuit, so that it cannot get into the open air or into a building.

Andererseits reicht es für den Betreib einer Wärmepumpe nicht aus, nur ein unkontrolliertes Entweichen von Kältemittel zu verhindern, sondern es ist auch wichtig, Leckagen jeder Größenordnung möglichst frühzeitig zu detektieren, um Gegenmaßnahmen (Warnmeldung, Wartung, Abschaltung, Störungsmeldung) einleiten zu können. Dazu sind verschiedene Arten von Detektoren für Kältemittel bekannt, die im Innenraum des Gehäuses angeordnet werden können, insbesondere elektrochemische Sensoren. Solche Sensoren sind jedoch mit verschiedenen Nachteilen behaftet, insbesondere teuer, störanfällig (z. B. wegen möglicher Kontamination z. B. durch Siloxane oder Querempfindlichkeiten z. B. gegenüber Wasserdampf), von begrenzter Lebensdauer und/oder wartungsintensiv.On the other hand, for the operation of a heat pump it is not enough to just prevent an uncontrolled escape of refrigerant, but it is also important to detect leaks of any size as early as possible in order to be able to initiate countermeasures (warning, maintenance, shutdown, fault reporting). Various types of detectors for refrigerants are known for this purpose, which can be arranged in the interior of the housing, in particular electrochemical sensors. However, such sensors have various disadvantages, in particular they are expensive, prone to failure (e.g. due to possible contamination, e.g. by siloxanes or cross-sensitivities, e.g. to water vapor), have a limited service life and/or are maintenance-intensive.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschildeten Probleme wenigstens teilweise zu lösen. Insbesondere ist eine Aufgabe die Schaffung eines Verfahrens und einer Anordnung zum Feststellen und/oder quantitativen Bestimmen des Vorhandenseins einer Kältemittelleckage in einem Kältekreislauf, wobei die Anordnung einfach und geeignet für einen Alltagsbetrieb eines Kältekreislaufs und wartungsarm, möglichst für dessen gesamte Lebensdauer, sein soll.The object of the present invention is to at least partially solve the problems described with reference to the prior art. In particular, one object is to create a method and an arrangement for determining and/or quantitatively determining the presence of a refrigerant leak in a refrigeration circuit, the arrangement being simple and suitable for everyday operation of a refrigeration circuit and requiring little maintenance, if possible for its entire service life.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen ein Verfahren und eine Anordnung sowie ein Computerprogrammprodukt gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Zeichnung, veranschaulicht die Erfindung und gibt weitere Ausführungsbeispiele an.A method and an arrangement as well as a computer program product according to the independent claims serve to solve this task. Advantageous refinements and developments of the invention are specified in the respective dependent claims. The description, in particular in connection with the drawing, illustrates the invention and specifies further exemplary embodiments.

Hierzu trägt ein Verfahren bei zur Feststellung einer Leckage in einem mit einem Kältemittel gefüllten Kältekreislauf, der in einem Innenraum eines dichten Gehäuses angeordnet ist, welcher mit einer äußeren Umgebung nur über eine mit einer Adsorbensfüllung für das Kältemittel versehenen Verbindungskammer verbunden ist. Aus dem Kältekreislauf in den Innenraum austretendes Kältemittel wird in der Adsorbensfüllung unter Wärmeentwicklung adsorbiert, wobei die Temperatur an mindestens einer Stelle in der Adsorbensfüllung gemessen wird. Bei einer Überschreitung eines absoluten Schwellwertes der Temperatur und/oder einer Überschreitung eines Schwellwertes für den Temperaturanstieg pro Zeiteinheit wird dann auf eine Leckage geschlossen.Contributing to this is a method for detecting a leak in a refrigeration circuit filled with a refrigerant, which is arranged in an interior space of a tight housing which is connected to an external environment only via a connecting chamber provided with an adsorbent filling for the refrigerant. Refrigerant escaping from the refrigeration circuit into the interior is adsorbed in the adsorbent filling, with the development of heat, the temperature being measured at at least one point in the adsorbent filling. If an absolute threshold value of the temperature is exceeded and/or if a threshold value for the temperature rise per unit of time is exceeded, a leak is then concluded.

Bei der Adsorption eines Stoffes an einem geeigneten Adsorbermaterial wird Adsorptionsenthalpie freigesetzt, die das Adsorbermaterial mit dem adsorbierten Stoff erwärmt. Dies ist bei einem Kältemittel wie R290 und beispielsweise Aktivkohle als Adsorbens eine leicht als Temperaturerhöhung messbare Energiemenge pro adsorbierter Masseneinheit. Mit einer Temperaturmessung im innersten Bereich der Adsorbensfüllung, wo austretendes Kältemittel zuerst adsorbiert wird, lassen sich auch kleinere Leckagen bereits durch eine Temperaturerhöhung feststellen. Wird unmittelbar aus einer Messung und/oder aufgezeichneten bzw. gespeicherten Messwerten der Temperaturmessung(en) ein Überschreiten eines vorgebbaren absoluten Schwellwertes und/oder das Überschreiten eines vorgebbaren Schwellwertes für einen Temperaturanstieg pro Zeiteinheit ermittelt, kann dies (automatisch) als Hinweis auf eine Leckage interpretiert werden, wobei ggf. automatisch Gegenmaßnahmen (z.B. Warnmeldung, Wartung, Abschaltung, Störungsmeldung) eingeleitet werden können.When a substance is adsorbed on a suitable adsorber material, adsorption enthalpy is released, which heats the adsorber material with the adsorbed substance. With a refrigerant such as R290 and, for example, activated carbon as an adsorbent, this is an amount of energy per adsorbed mass unit that can easily be measured as a temperature increase. With a temperature measurement in the innermost area of the adsorbent filling, where escaping refrigerant is first adsorbed, even small leaks can be detected by an increase in temperature. If it is determined directly from a measurement and/or recorded or stored measured values of the temperature measurement(s) that a specifiable absolute threshold value has been exceeded and/or that a specifiable threshold value for a temperature rise per unit of time has been exceeded, this can (automatically) be interpreted as an indication of a leak where necessary countermeasures (e.g. warning message, maintenance, shutdown, error message) can be initiated automatically.

Bevorzugt weist die Adsorbensfüllung in der Verbindungskammer mindestens einen inneren Teilbereich und einen äußeren Teilbereich auf, wobei in diesen Teilbereichen jeweils die Temperatur gemessen wird. Es können mehr als zwei Teilbereiche vorgesehen sein. Die Teilbereiche müssen nicht baulich voneinander abgegrenzt sein, z.B. durch einen Kragen, ein Gitter oder dergleichen. Die Teilbereiche können unterschiedliche Volumina der Adsorbensfüllung umfassen, wobei bevorzugt ist, diese je nach Anzahl etwa mit gleichem Volumenanteil festzulegen. Der „innere“ bzw. erste Teilbereich liegt üblicherweise dem Innenraum am nächsten, während der „äußere“ Teilbereich (bzw. weitere Teilbereiche) weiter entfernt von dem Innenraum liegen bzw. von weiter innen liegenden Teilbereichen vom Innenraum bebstandet sind. Wenn mehr als zwei Teilbereiche vorgesehen sind, müssen nicht in allen Teilbereichen Temperaturmessungen vorgesehen oder durchgeführt werden. Es ist möglich, dass an einer Stelle in jedem Teilbereich eine (direkte) Temperaturmessung vorgenommen wird.The adsorbent filling in the connecting chamber preferably has at least one inner section and one outer section, with the temperature being measured in each of these sections. More than two partial areas can be provided. The partial areas do not have to be structurally delimited from one another, for example by a collar, a lattice or the like. The sub-areas can include different volumes of the adsorbent filling, it being preferable for them to be defined with approximately the same volume fraction, depending on the number. The “inner” or first sub-area is usually closest to the interior space, while the “outer” sub-area (or further sub-areas) is further away from the interior space or consists of more interior sub-areas from the interior space. If more than two sub-areas are provided, temperature measurements do not have to be provided or carried out in all sub-areas. It is possible that a (direct) temperature measurement is taken at one point in each sub-area.

Zu Beginn einer Leckage gelangt Kältemittel in den inneren Teilbereich und löst dort eine Temperaturerhöhung aus, während in dem äußeren Teilbereich noch kein Kältemittel festgestellt werden kann. Mit der Zeit und/oder bei sehr großen Leckagen tritt auch in dem äußeren Teilbereich eine Temperaturerhöhung auf, während in dem inneren Teilbereich die Temperatur wieder absinkt, je stärker dieser mit adsorbiertem Kältemittel gesättigt ist. Eine Unterteilung in mehr Teilbereiche kann die Messgenauigkeit erhöhen. Jedenfalls lässt sich auf diese Weise nicht nur das Vorhandensein einer Leckage feststellen, sondern auch die Größenordnung eines Lecks genauer ermitteln als mit nur einer Temperaturmessung. Da die Temperatur in der Verbindungskammer je nach Jahreszeit und Umgebungsbedingungen oder Betriebsbedingungen unterschiedlich sein kann, ist es sinnvoll, eine Referenztemperatur zu ermitteln, die nicht von einer Leckage beeinflusst wird, und nur die Differenz der in der Adsorbensfüllung gemessenen Temperaturen zu dieser Referenztemperatur zu ermitteln und für die weitere Auswertung zu nutzen. Die Referenztemperatur kann in dem Innenraum oder in der Umgebung gemessen werden.At the beginning of a leak, refrigerant gets into the inner part and triggers a temperature increase there, while no refrigerant can be detected in the outer part. Over time and/or in the case of very large leaks, the temperature also increases in the outer partial area, while the temperature in the inner partial area drops again the more it is saturated with adsorbed refrigerant. A subdivision into more partial areas can increase the measurement accuracy. In any case, not only can the presence of a leak be determined in this way, but the magnitude of a leak can also be determined more precisely than with just one temperature measurement. Since the temperature in the connecting chamber can vary depending on the time of year and environmental or operating conditions, it makes sense to establish a reference temperature that will not be affected by a leak and only determine the difference in temperatures measured in the adsorbent filling from this reference temperature and to be used for further evaluation. The reference temperature can be measured in the interior or in the environment.

Insbesondere wird aus dem Wert (bzw. der Höhe) der gemessenen Temperatur und/oder der Schnelligkeit eines Temperaturanstiegs in den Teilbereichen bzw. in jedem Teilbereich auf die Größe und/oder die bisherige Dauer der Leckage geschlossen.In particular, the size and/or the previous duration of the leak is inferred from the value (or the level) of the measured temperature and/or the speed of a temperature rise in the partial areas or in each partial area.

Die aktuell ermittelten Temperatur-Werte und/oder die Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur können mit vorausgegangenen und/oder gespeicherten Werten aus demselben und/oder einem anderen Teilbereich in Relation gesetzt werden. Hieraus können (automatisch) Kennwerte und/oder Korrelationen ermittelt werden, die den Ausbreitungsbereich der Leckage, die Menge des aufgetretenen Kältemittels und/oder das zeitliche Verhalten der Leckage charakterisieren. Diese Informationen können genutzt werden, weitere Aktionen zu veranlassen, wie z.B. zielgerichtete Meldungen zur Wartung, Abschaltung oder Störung.The currently determined temperature values and/or the rate of change of the temperature can be related to previous and/or stored values from the same and/or another sub-area. From this, characteristic values and/or correlations can be determined (automatically) which characterize the propagation area of the leak, the amount of refrigerant that has occurred and/or the behavior of the leak over time. This information can be used to initiate further actions, such as targeted notifications for maintenance, shutdown or malfunction.

Zur Lösung der Aufgabe dient auch eine Anordnung zur Feststellung einer Kältemittelleckage in einem Kältekreislauf, der in einem Innenraum eines dichten Gehäuses angeordnet ist, welcher mit einer äußeren Umgebung nur über eine mit einer Adsorbensfüllung für das Kältemittel versehenen Verbindungskammer verbunden ist, wobei in der Adsorbensfüllung in der Verbindungskammer mindestens ein Temperatursensor angeordnet ist, der über eine Messleitung mit einer Auswerteeinheit verbunden ist.The task is also solved by an arrangement for detecting a refrigerant leak in a refrigeration circuit, which is arranged in an interior of a tight housing, which is connected to an external environment only via a connecting chamber provided with an adsorbent filling for the refrigerant, wherein in the adsorbent filling in at least one temperature sensor is arranged in the connecting chamber, which is connected to an evaluation unit via a measuring line.

Temperatursensoren sind robust und wartungsarm und haben eine sehr lange Lebensdauer ebenso wie ein typisches Adsorbens, so dass die Anordnung eine ähnliche Lebensdauer haben kann wie ein Kältekreislauf. Der Temperatursensor steht insbesondere direkt mit dem Adsorbens in der Verbindungskammer in Kontakt. Der Temperatursensor selbst und/oder die (elektronische bzw. elektrische) Messleitung kann z.B. seitlich aus der Verbindungskammer herausgeführt werden. Die Auswerteeinheit kann einen Computer und einen (Daten-)Speicher umfassen.Temperature sensors are robust and require little maintenance and have a very long service life as does a typical adsorbent, so the arrangement can have a service life similar to that of a refrigeration cycle. In particular, the temperature sensor is in direct contact with the adsorbent in the connecting chamber. The temperature sensor itself and/or the (electronic or electrical) measuring line can, for example, be routed out of the connection chamber at the side. The evaluation unit can include a computer and a (data) memory.

Bevorzugt weist die Verbindungskammer mindestens einen inneren Teilbereich und einen äußeren Teilbereich auf, wobei in den Teilbereichen jeweils ein Temperatursensor angeordnet ist. Sind mehr als zwei Teilbereiche vorgesehen, können in jedem Teilbereich jeweils mindestens ein Temperatursensor vorgesehen sein, es ist aber auch möglich, dass mindestens ein Teilbereich ohne Temperatursensor ausgeführt ist.The connecting chamber preferably has at least one inner partial area and one outer partial area, with a temperature sensor being arranged in each of the partial areas. If more than two subareas are provided, at least one temperature sensor can be provided in each subarea, but it is also possible for at least one subarea to be designed without a temperature sensor.

Bei einer Leckage austretendes Kältemittel erreicht zuerst den inneren Teilbereich und erst später - wenn die Aufnahmefähigkeit der Adsorbensfüllung in diesem Bereich erreicht ist - den (weiter) äußeren Teilbereich, so dass durch Temperatursensoren in beiden Teilbereichen (oder sogar noch weiteren Teilbereichen) zusätzliche Informationen über die Größenordnung der Leckage und/oder die Menge des bereits ausgetretenen Kältemittels gewonnen werden können.Refrigerant escaping in the event of a leak first reaches the inner section and only later - when the absorption capacity of the adsorbent filling in this area has been reached - the (further) outer section, so that temperature sensors in both sections (or even other sections) provide additional information about the Magnitude of the leak and / or the amount of refrigerant that has already leaked can be obtained.

Bei einer speziellen Ausführungsform ist in dem Innenraum ein Temperatursensor als Referenzsensor angeordnet, der ebenfalls (über eine elektronische bzw. elektrische Messleitung) mit der Auswerteeinheit verbunden ist. Dieser Referenzsensor liefert eine nicht von einer Leckage beeinflusste Temperatur, die im Wesentlichen der Temperatur in der Verbindungskammer entspricht, so dass nur die Differenz von in der Verbindungskammer gemessenen Temperaturen von der Referenztemperatur bei der Interpretation der Daten betrachtet werden muss.In a special embodiment, a temperature sensor is arranged as a reference sensor in the interior, which is also (via an electronic or electrical measuring line) with the evaluation tea unit is connected. This reference sensor provides a temperature unaffected by a leak, which essentially corresponds to the temperature in the connection chamber, so that only the difference of temperatures measured in the connection chamber from the reference temperature has to be considered when interpreting the data.

Bevorzugt, insbesondere für das Kältemittel R290, umfasst bzw. enthält die Adsorbensfüllung Aktivkohle und/oder ein anderes Adsorbens, welches sich bei Adsorption von Kältemittel erwärmt.Preferably, in particular for the refrigerant R290, the adsorbent filling comprises or contains activated carbon and/or another adsorbent which heats up when the refrigerant is adsorbed.

Die Auswerteeinheit kann so eingerichtet sein, dass bei Überschreitung eines absoluten Schwellwertes der Temperatur und/oder eines Schwellwertes für den Temperaturanstieg pro Zeiteinheit (oder der jeweiligen Differenz zu einer Referenztemperatur) eine Warnmeldung und/oder Schutzmaßnahmen (automatisch) veranlasst wird. Dies kann eine Anzeige auf einem Display sein, eine Meldung an eine Fernwartungszentrale bis hin zu einer Abschaltung des Kältekreislaufs.The evaluation unit can be set up in such a way that if an absolute threshold value for the temperature and/or a threshold value for the temperature rise per unit of time (or the respective difference to a reference temperature) is exceeded, a warning message and/or protective measures are (automatically) triggered. This can be an indication on a display, a message to a remote maintenance center or a shutdown of the refrigeration cycle.

Besonders bevorzugt ist die Größe (z.B. das Volumen bzw. die Abmessungen) der Verbindungskammer und die Menge an Adsorbens darin so ausgelegt, dass bei Leckagen unterhalb eines Toleranzwertes in einem vorgebbaren Zeitintervall kein Kältemittel in die äußere Umgebung gelangt. Dies kann auch so weit gehen, dass selbst bei Austritt des gesamten Kältemittels alles adsorbiert werden kann. Dies bedeutet eine zusätzliche Sicherheit für ein Gebäude oder die Umwelt. Trotzdem wird eine Leckage schnell erkannt und gemeldet.The size (e.g. the volume or the dimensions) of the connecting chamber and the amount of adsorbent in it is particularly preferably designed such that, in the event of leaks below a tolerance value, no refrigerant escapes into the external environment within a specifiable time interval. This can even go so far that everything can be adsorbed even if all the refrigerant escapes. This means additional security for a building or the environment. Nevertheless, a leak is quickly detected and reported.

Ein weiterer Aspekt betrifft auch ein Computerprogramprodukt umfassend Befehle, die bewirken, dass die beschriebene Anordnung das beschriebene Verfahren ausführt. Die Auswertung der von den Sensoren gemessenen Daten und deren weitere Verwendung benötigen ein Programm und Daten, wobei beides gelegentlich aktualisiert werden muss.A further aspect also relates to a computer program product comprising instructions which cause the arrangement described to carry out the method described. The evaluation of the data measured by the sensors and their further use require a program and data, both of which must be updated from time to time.

Die Erläuterungen zum Verfahren können zur näheren Charakterisierung der Anordnung herangezogen werden, und umgekehrt. Die Anordnung kann auch so eingerichtet sein, dass damit das Verfahren durchgeführt wird.The explanations for the method can be used for a more detailed characterization of the arrangement, and vice versa. The arrangement can also be set up in such a way that the method is carried out with it.

Ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung, auf das diese jedoch nicht beschränkt ist, und die Funktionsweise des Verfahrens werden nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es stellt dar:

  • 1: einen Kältekreislauf in einem dichten Gehäuse mit zugehöriger Sensorik für Leckagen.
A schematic embodiment of the invention, to which it is not limited, and the way the method works will now be explained in more detail with reference to the drawing. It shows:
  • 1 : a refrigeration circuit in a sealed housing with associated sensors for leaks.

1 zeigt schematisch einen Kältekreislauf 1, gefüllt mit Kältemittel 2, der in einem Innenraum 4 eines Gehäuses 3 angeordnet ist. Der Kältekreislauf 1 enthält typischerweise hier nicht näher erläuterte Komponenten wie einen Kompressor, ein Entspannungselement, einen Verdampfer und einen Kondensator, die wiederum auch Zuleitungen haben können, die dichtend durch das Gehäuse geführt sind. Für innere Leckagen zu solchen Zuleitungen gibt es andere Messsysteme, die hier nicht Gegenstand der Betrachtungen sind. Im Folgenden geht es nur um Leckagen von Kältemittel 2, die zu einem Austritt von Kältemittel 2 in den Innenraum 4 führen, wo sich das Kältemittel schnell durch Diffusion verteilt und wegen des entstehenden Überdruckes im Innenraum durch eine Verbindungskammer 6 in eine Umgebung 5 (freie Umgebung oder Gebäude) entweichen will. Dies wird durch ein Adsorbens, z. B. Aktivkohle, verhindert, welches das Kältemittel 2 adsorbiert. Für R290 und andere natürliche Kältemittel, die teilweise auch brennbar sein können, gibt es geeignete Adsorbensfüllungen 7. Diese sind porös und haben eine große Oberfläche, so dass eine effektive Adsorption stattfinden kann, wobei Wärme frei wird. Im Fall einer Leckage gelangt Kältemittel 2 zunächst in einen inneren Teilbereich 8 der Adsorbensfüllung 7, wo sich die Temperatur zunächst in einer Adsorptionszone 10 erhöht, was von einem ersten Temperatursensor 11 gemessen und über eine Messleitung 15 an eine Auswerteeinheit 14 weitergegeben werden kann. Im einfachsten Fall ist damit bereits eine Überwachung auf Leckagen möglich. Im Laufe der Zeit (wenn das Adsorbens im ersten Teilbereich zunehmend gesättigt ist) wandert die Adsorptionszone 10, in der hauptsächlich die Wärme freigesetzt wird, weiter nach außen und gelangt dann auch in einen äußeren Teilbereich 9, in dem ebenfalls die Temperatur durch einen zweiten Temperatursensor 12 gemessen werden kann. Durch Auswertung der Temperaturmessungen von erstem 11 und zweitem 12 Temperatursensor kann daher nicht nur eine Leckage festgestellt werden, sondern auch deren Größe und Dauer eingeschätzt werden. Mit einem dritten Temperatursensor 13 als Referenz können nicht auf eine Leckage zurückgehende Temperaturschwankungen kompensiert werden, was auch mit nur einem Temperatursensor 11 in der Adsorbensfüllung funktioniert. Es wird immer nur die Differenz zwischen Referenztemperatur am dritten Temperatursensor 13 und Temperatur in der Adsorbensfüllung betrachtet. Die Auswerteeinheit 14 stellt die Überschreitung eines vorgebbaren absoluten Schwellwertes und/oder die Überschreitung eines vorgebbaren Schwellwertes bei der Temperaturzunahme pro Zeiteinheit fest und interpretiert diese als Hinweis auf eine Leckage. Im Allgemeinen ist die Auswerteeinheit Teil einer Steuer- und Regeleinheit einer gesamten Heizungsanlage und kann in letzterer Warnsignale, Warnanzeigen, Meldungen an eine Fernwartungszentrale und/oder direkt Maßnahmen bis hin zu einer Abschaltung des Kältekreislaufs 1 auslösen. Durch Adsorbens in geeigneter Menge kann die Anordnung aber auch gleichzeitig inhärent sicher gegen den Austritt von Kältemittel 2 in die Umgebung 5 gestaltet werden. 1 shows schematically a refrigeration circuit 1, filled with refrigerant 2, which is arranged in an interior 4 of a housing 3. The refrigeration circuit 1 typically contains components that are not explained in more detail here, such as a compressor, an expansion element, an evaporator and a condenser, which in turn can also have supply lines that are guided through the housing in a sealed manner. There are other measuring systems for internal leaks in such supply lines, which are not the subject of the considerations here. The following only deals with leaks of refrigerant 2, which lead to refrigerant 2 escaping into the interior 4, where the refrigerant spreads quickly through diffusion and, because of the resulting overpressure in the interior, through a connecting chamber 6 into an environment 5 (free environment or building) wants to escape. This is achieved by an adsorbent, e.g. B. activated carbon prevented, which the refrigerant 2 adsorbed. There are suitable adsorbent fillings 7 for R290 and other natural refrigerants, some of which can also be flammable. These are porous and have a large surface area, so that effective adsorption can take place, with heat being released. In the event of a leak, refrigerant 2 first reaches an inner partial area 8 of the adsorbent filling 7, where the temperature initially increases in an adsorption zone 10, which can be measured by a first temperature sensor 11 and passed on to an evaluation unit 14 via a measuring line 15. In the simplest case, it is already possible to monitor for leaks. Over time (when the adsorbent in the first section is increasingly saturated), the adsorption zone 10, in which mainly the heat is released, moves further outwards and then also reaches an outer section 9, in which the temperature is also measured by a second temperature sensor 12 can be measured. By evaluating the temperature measurements from the first 11 and second 12 temperature sensor, not only can a leak be detected, but its size and duration can also be estimated. With a third temperature sensor 13 as a reference, temperature fluctuations that are not due to a leak can be compensated for, which also works with only one temperature sensor 11 in the adsorbent filling. Only the difference between the reference temperature at the third temperature sensor 13 and the temperature in the adsorbent filling is considered. The evaluation unit 14 determines that a definable absolute threshold value has been exceeded and/or that a definable threshold value has been exceeded for the temperature increase per unit of time and interprets this as an indication of a leak. In general, the evaluation unit is part of a control and regulation unit of an entire heating system and can be used in the latter to send warning signals, warning displays, messages to a remote maintenance center and/or to take direct action men to trigger a shutdown of the refrigeration circuit 1. By using adsorbents in a suitable amount, the arrangement can also be designed to be inherently safe against the escape of refrigerant 2 into the environment 5 at the same time.

Die vorliegende Erfindung erlaubt es, mit einer einfachen, robusten und weitgehend wartungsfreien Instrumentierung aus einem oder mehreren Temperatursensoren in einer Adsorbensfüllung Leckagen an Kältemittel sicher festzustellen und entsprechende Maßnahmen einzuleiten.The present invention makes it possible to reliably detect refrigerant leaks and to initiate appropriate measures with a simple, robust and largely maintenance-free instrumentation consisting of one or more temperature sensors in an adsorbent filling.

BezugszeichenlisteReference List

11
Kältekreislaufrefrigeration cycle
22
Kältemittelrefrigerant
33
GehäuseHousing
44
Innenrauminner space
55
Äußere Umgebungexternal environment
66
Verbindungskammercompound chamber
77
Adsorbensfüllungadsorbent filling
88th
Innerer Teilbereichinner section
99
Äußerer TeilbereichOuter Section
1010
Adsorptionszoneadsorption zone
1111
Erster TemperatursensorFirst temperature sensor
1212
Zweiter TemperatursensorSecond temperature sensor
1313
Dritter Temperatursensor (Referenzsensor)Third temperature sensor (reference sensor)
1414
Auswerteeinheitevaluation unit
1515
MessleitungMeasurement line

Claims (10)

Verfahren zur Feststellung einer Leckage in einem mit einem Kältemittel (2) gefüllten Kältekreislauf (1), der in einem Innenraum (4) eines dichten Gehäuses (3) angeordnet ist, welcher mit einer äußeren Umgebung (5) nur über eine mit einer Adsorbensfüllung (7) für das Kältemittel (2) versehenen Verbindungskammer (6) verbunden ist, wobei aus dem Kältekreislauf (1) in den Innenraum (4) austretendes Kältemittel (2) in der Adsorbensfüllung (7) unter Wärmeentwicklung adsorbiert wird, wobei die Temperatur an mindestens einer Stelle in der Adsorbensfüllung (7) gemessen und bei einer Überschreitung eines absoluten Schwellwertes und/oder einer Überschreitung eines Schwellwertes für den Temperaturanstieg pro Zeiteinheit auf eine Leckage geschlossen wird.Method for detecting a leak in a refrigeration circuit (1) filled with a refrigerant (2), which is arranged in an interior (4) of a tight housing (3) which is connected to an external environment (5) only via an adsorbent filling ( 7) is connected to the connecting chamber (6) provided for the refrigerant (2), with refrigerant (2) escaping from the refrigeration circuit (1) into the interior (4) being adsorbed in the adsorbent filling (7) with the development of heat, the temperature being at least measured at a point in the adsorbent filling (7) and a leak is concluded when an absolute threshold value is exceeded and/or a threshold value for the temperature rise per unit of time is exceeded. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Adsorbensfüllung (7) in der Verbindungskammer (6) mindestens einen inneren Teilbereich (8) und einen äußeren Teilbereich (9) aufweist und in diesen Teilbereichen (8, 9) jeweils die Temperatur gemessen wird.procedure after claim 1 , wherein the adsorbent filling (7) in the connecting chamber (6) has at least one inner section (8) and one outer section (9) and the temperature is measured in each of these sections (8, 9). Verfahren nach Anspruch 2, wobei aus dem Wert der gemessenen Temperatur und/oder der Schnelligkeit eines Temperaturanstiegs in den Teilbereichen (8, 9) zumindest auf die Größe oder die bisherige Dauer der Leckage geschlossen wird.procedure after claim 2 , wherein at least the size or the previous duration of the leak is inferred from the value of the measured temperature and/or the speed of a temperature rise in the partial areas (8, 9). Anordnung zur Feststellung einer Kältemittelleckage in einem Kältekreislauf (1), der in einem Innenraum (4) eines dichten Gehäuses (3) angeordnet ist, welcher mit einer äußeren Umgebung (5) nur über eine mit einer Adsorbensfüllung (7) für das Kältemittel (2) versehenen Verbindungskammer (6) verbunden ist, wobei in der Adsorbensfüllung (7) in der Verbindungskammer (6) mindestens ein Temperatursensor (11) angeordnet ist, der über eine Messleitung (15) mit einer Auswerteeinheit (14) verbunden ist.Arrangement for detecting a refrigerant leak in a refrigeration circuit (1), which is arranged in an interior (4) of a tight housing (3), which is connected to an external environment (5) only via an adsorbent filling (7) for the refrigerant (2 ) provided connecting chamber (6), wherein in the adsorbent filling (7) in the connecting chamber (6) at least one temperature sensor (11) is arranged, which is connected via a measuring line (15) to an evaluation unit (14). Anordnung nach Anspruch 4, wobei die Verbindungskammer (6) mindestens einen inneren Teilbereich (8) und einen äußeren Teilbereich (9) aufweist, wobei in jedem Teilbereich (8, 9) ein Temperatursensor (11, 12) angeordnet ist.arrangement according to claim 4 , wherein the connecting chamber (6) has at least one inner partial area (8) and one outer partial area (9), wherein a temperature sensor (11, 12) is arranged in each partial area (8, 9). Anordnung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei in dem Innenraum (4) ein Temperatursensor als Referenzsensor (13) angeordnet ist, der ebenfalls mit der Auswerteeinheit (14) verbunden ist.Arrangement according to one of Claims 4 or 5 , wherein in the interior (4) a temperature sensor is arranged as a reference sensor (13), which is also connected to the evaluation unit (14). Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Adsorbensfüllung (7) Aktivkohle und/oder ein anderes Adsorbens, welches sich bei Adsorption von Kältemittel (2) erwärmt, umfasst.Arrangement according to one of Claims 4 until 6 , wherein the adsorbent filling (7) comprises activated carbon and/or another adsorbent which heats up during the adsorption of refrigerant (2). Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Auswerteeinheit (14) eingerichtet ist, bei Überschreitung eines absoluten Schwellwertes der Temperatur und/oder eines Schwellwertes für den Temperaturanstieg pro Zeiteinheit zumindest eine Warnmeldung oder Schutzmaßnahmen zu veranlassen.Arrangement according to one of Claims 4 until 7 , wherein the evaluation unit (14) is set up to initiate at least one warning message or protective measures when an absolute threshold value of the temperature and/or a threshold value for the temperature rise per unit of time is exceeded. Anordnung nach einem der Ansprüche, wobei die Größe der Verbindungskammer (6) und die Menge an Adsorbensfüllung (7) darin so ausgelegt werden, dass bei Leckagen unterhalb eines Toleranzwertes in einem vorgebbaren Zeitintervall kein Kältemittel (2) in die äußere Umgebung (5) gelangt.Arrangement according to one of the claims, wherein the size of the connecting chamber (6) and the amount of adsorbent filling (7) in it are designed such that, in the event of leaks below a tolerance value, no refrigerant (2) escapes into the external environment (5) within a specifiable time interval . Computerprogramprodukt umfassend Befehle, die bewirken, dass die Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 9 das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausführt.Computer program product comprising instructions that cause the arrangement according to one of the Claims 4 until 9 the procedure according to one of the Claims 1 until 3 executes
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