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Stand der Technik
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Es ist bereits ein Wärmepumpenmodul für eine Beheizung und/oder Kühlung zumindest eines Nutzraums, insbesondere zumindest eines Gebäudeabschnitts eines Gebäudes, bekannt, welches ein zumindest abschnittsweise geschlossenes Modulgehäuse sowie zumindest eine in dem Modulgehäuse angeordnete Komponente zum Ausbilden eines Kältemittelkreislaufs umfasst.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einem Wärmepumpenmodul für eine Beheizung und/oder Kühlung zumindest eines Nutzraums, insbesondere zumindest eines Gebäudeabschnitts, und/oder zumindest eines Nutzfluids. Das Wärmepumpenmodul umfasst ein zumindest abschnittsweise geschlossenes Modulgehäuse, wobei das Modulgehäuse einen Innenraum ausbildet, sowie zumindest eine in dem Innenraum des Modulgehäuses angeordnete Komponente zum Ausbilden eines Kältemittelkreislaufs.
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Es wird vorgeschlagen, dass das Wärmepumpenmodul eine Explosionsschutzvorrichtung aufweist, wobei die Explosionsschutzvorrichtung zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, in dem Innenraum des Modulgehäuses angeordnet ist und ein Reaktionsmaterial aufweist, wobei das Reaktionsmaterial dazu vorgesehen ist, mit aus dem Kältemittelkreislauf austretendem Kältemittel kontrolliert zu reagieren, insbesondere das Kältemittel kontrolliert unschädlich zu machen.
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Unter einem Wärmepumpenmodul soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Modul mit zumindest einer Komponente einer Kältemaschine, einer Kompressionswärmepumpe oder einer Sorptionswärmepumpe verstanden werden. Beispielsweise kann es sich bei dem Wärmepumpenmodul um zumindest eine Komponente eines Wärmepumpenheizgeräts, einer Klimaanlage oder eines Kälteaggregats handeln, die einen Nutzraum und/oder einen Gebäudeabschnitt und/oder ein Nutzfluid erwärmen und/oder kühlen können. Das Wärmepumpenmodul erzeugt insbesondere ein warmes und/oder kaltes Wärmeträgermedium, das mittels zumindest einer Rohrleitung zu dem Nutzraum, dem Gebäudeabschnitt und/oder dem Nutzfluid geleitet wird, wo es Wärme abgeben und/oder aufnehmen kann. Unter einem Modulgehäuse soll hier insbesondere Gehäuse des Wärmepumpenmoduls verstanden werden, beispielsweise ein aus Wandabschnitten und/oder einem Rahmen zusammengesetztes Gehäuse. Unter einem Innenraum des Modulgehäuses soll hier insbesondere ein Raum verstanden werden, der von dem Modulgehäuse umgeben ist und gegenüber einer Aufstellumgebung des Wärmepumpenmoduls abgetrennt ist. Unter einem zumindest abschnittsweise geschlossenen Modulgehäuse soll hier insbesondere ein Modulgehäuse verstanden werden, das einen Innenraum definiert, der zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, dicht, insbesondere gasdicht, gegenüber der Aufstellumgebung des Wärmepumpenmoduls abgegrenzt ist. Beispielsweise kann das Modulgehäuse zumindest in einem unteren Gehäuseabschnitt gegenüber der Aufstellumgebung abdichtet sein. So kann ein aus dem Kältemittelkreislauf austretendes Kältemittel sich hier sammeln und nicht bis in die Aufstellumgebung gelangen. Unter einer Aufstellumgebung soll hier insbesondere ein Raum in einem Gebäude verstanden werden, in dem das Wärmepumpenmodul steht, dies kann beispielsweise ein Aufstellraum, ein Heizungsraum oder ein Technikraum in einem Gebäude sein. Unter einem Kältemittelkreislauf soll hier insbesondere ein thermodynamischer Kreislauf von Kältemittel durch ein geschlossenes System verstanden werden. Unter einem Kältemittel soll hier insbesondere ein Arbeitsstoff verstanden werden, der zur Wärmeübertragung im Wärmepumpenmodul (im Kältemittelkreislauf) eingesetzt wird, der bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck Wärme aufnimmt und bei höherer Temperatur und höherem Druck Wärme abgibt, wobei Zustandsänderungen des Arbeitsstoffs erfolgen. Unter dem Begriff Kältemittel soll seine flüssige, dampfförmige oder gasförmige Ausprägung verstanden werden. Unter dem Begriff Kältemittel soll hier insbesondere auch ein Kältemittel-Luft-Gemisch verstanden werden. Dieses Kältemittel-Luft-Gemisch kann sich im Modulgehäuse bei Vermischung von austretendem Kältemittel mit dort vorhandener Luft bilden. Insbesondere kann es sich bei dem Kältemittel um einen Kohlenwasserstoff, insbesondere ein Alkan, beispielsweise Propan, handeln. Unter einem aus dem Kältemittelkreislauf austretenden Kältemittel soll hier insbesondere eine unbeabsichtigte Kältemittelleckage aus dem geschlossenen System verstanden werden, wobei das austretende Kältemittel eine explosionsfähige Atmosphäre erzeugen kann, beispielsweise in Anwesenheit von und/oder im Gemisch mit Luft. Unter dem hier verwendeten Begriff austretendes Kältemittel soll insbesondere auch bereits ausgetretenes Kältemittel verstanden werden. Unter einer Komponente zum Ausbilden eines Kältemittelkreislaufs soll hier insbesondere ein Wärmetauscher, ein Kompressor, ein Expansionselement, ein Absorber, ein Austreiber, eine Lösungspumpe und/oder Rohrleitungselemente zum fluidischen Verbinden der vorgenannten Komponenten verstanden werden. Unter einer Explosionsschutzvorrichtung soll hier insbesondere eine Vorrichtung zur Vermeidung einer unkontrollierten Verbrennung oder Verpuffung von Kältemittel, Kältemitteldampf und/oder Kältemittel-Luft-Gemisch, insbesondere im Modulgehäuse, verstanden werden. Darunter, dass die Explosionsschutzvorrichtung zumindest abschnittsweise in dem Innenraum des Modulgehäuses angeordnet ist, soll hier insbesondere verstanden werden, dass ein Abschnitt oder einzelne Abschnitte der Explosionsschutzvorrichtung aus dem Modulgehäuse herausragen können. Beispielsweise kann ein Austrittsabschnitt mit einer Austrittsöffnung aus dem Modulgehäuse herausragen. Alternativ ist die Explosionsschutzvorrichtung vollständig in dem Innenraum des Modulgehäuses angeordnet. Unter einem Reaktionsmaterial soll hier insbesondere ein Material, ein Stoff und/oder Stoffgemisch verstanden werden, das dazu vorgesehen ist, mit Kältemittel, Kältemitteldampf und/oder Kältemittel-Luft-Gemisch, insbesondere kontrolliert, zu reagieren und es dadurch zu verändern, insbesondere unschädlich zu machen, insbesondere so dass es keine explosionsfähige Atmosphäre bildet. Unter reagieren soll hier insbesondere chemisch reagieren, oxidieren, verbrennen, cracken, katalysieren, absorbieren und/oder adsorbieren verstanden werden. Die Reaktion kann insbesondere rein passiv beim Aufeinandertreffen von Reaktionsmaterial und Kältemittel, Kältemitteldampf und/oder Kältemittel-Luft-Gemisch und ohne eine Aktivierungseinrichtung ausgelöst werden. Bei der Reaktion können Reaktionsprodukte wie beispielsweise Kohlendioxid und/oder Wasserdampf und/oder kurzkettige Crack-Produkte entstehen. Insbesondere kann bei der Reaktion Wärme freiwerden. Unter einer Aktivierungseinrichtung soll hier insbesondere eine Einrichtung verstanden werden, die unter Energiezufuhr eine Reaktion auslösen kann, wie zum Beispiel ein Zündelement und/oder Heizelement und/oder ein Ultraviolett-Strahlungserzeuger. Unter einer kontrollierten Reaktion soll hier insbesondere eine in einem definierten und/oder begrenzten Reaktionsraum, und/oder bei niedriger Kältemittelkonzentration unterhalb einer unteren Explosionsgrenze (untere Zündgrenze), und/oder bei niedrigen Drücken und/oder niedrigen Temperaturen, insbesondere bei Normaldruck (in etwa 1 bar) und/oder Raumtemperatur (in etwa 20 °C), stattfindende Reaktion verstanden werden.
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Das vorgeschlagene Wärmepumpenmodul ist sicher betreibbar, insbesondere auch mit einem Kältemittel, das bei Leckage, insbesondere im Gemisch mit Luft, eine explosionsfähige Atmosphäre bilden kann. Austretendes Kältemittel wird unschädlich gemacht und kann nicht in einen Aufstellraum des Wärmepumpenmoduls gelangen. Insbesondere kann das Wärmepumpenmodul gefahrlos in geschlossenen Innenräumen betrieben werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung enthält das Reaktionsmaterial zumindest einen Katalysator, der dazu vorgesehen ist, aus dem Kältemittelkreislauf austretendes Kältemittel einer kontrollierten chemischen Reaktion zu unterziehen.
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Unter einem Katalysator soll hier insbesondere ein Hilfsstoff zum Ingangbringen, Beschleunigen und/oder Ändern eines Gleichgewichtszustands einer, insbesondere chemischen, Reaktion verstanden werden. Insbesondere umfasst der Katalysator einen Stoff oder ein Stoffgemisch, beispielsweise in Form einer Wolle oder eines porösen Schaums, aufweisend ein Metall, insbesondere ein Nebengruppenmetall, oder ein Metalloxid. Der Katalysator ist ausgebildet, selbst geringe Kältemittelmengen und/oder Kältemittel in geringer Konzentration zu oxidieren, zu verbrennen und/oder zu cracken, dies auch bei Normaldruck und/oder bei Raumtemperatur. Unter Cracken soll hier insbesondere ein Aufspalten von langkettigen (schweren) Kältemittelteilchen in kurzkettige (leichte) Teilchen verstanden werden. Die kurzkettigen Teilchen haben insbesondere eine kleinere Dichte als Luft. Der Katalysator kann insbesondere als Katalytbrenner ausgebildet sein, der bei Anwesenheit von brennbarem Kältemittel dieses, insbesondere allein durch Berührung, entzündet und/oder verbrennt und/oder oxidiert, ohne dass sich größere Mengen Kältemittel zu einer gefährlichen explosiven Atmosphäre ansammeln.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung enthält das Reaktionsmaterial zumindest ein Sorptionsmittel und/oder ein Gettermaterial, das dazu vorgesehen ist, aus dem Kältemittelkreislauf austretendes Kältemittel kontrolliert zu absorbieren und/oder zu adsorbieren und/oder zu binden.
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Unter einem Sorptionsmittel soll hier insbesondere ein Hilfsstoff zum Anreichern, Absorbieren und/oder Adsorbieren eines Kältemittels verstanden werden. Unter einem Gettermaterial soll hier insbesondere ein Hilfsstoff zum, insbesondere selektiven, Binden eines Kältemittels verstanden werden. Als ein beispielhaftes, typisches Material zum Binden von Kohlenwasserstoffen kann ein Aktivkohlehaltiges Material verwendet werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung enthält das Reaktionsmaterial zumindest ein Verbrauchsmaterial, das dazu vorgesehen ist, mit dem aus dem Kältemittelkreislauf austretenden Kältemittel kontrolliert zu reagieren und sich dabei zu verbrauchen.
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Unter einem Verbrauchsmaterial soll hier insbesondere ein Hilfsstoff zum Neutralisieren, Abbauen, Abreagieren, Aufzehren und/oder Verbrauchen eines Kältemittels verstanden werden. Insbesondere nehmen das Verbrauchsmaterial und das Kältemittel an einer, vorteilhafterweise chemischen und/oder physikalischen, Reaktion teil und/oder verbrauchen sich gegenseitig, so dass die Reaktionsprodukte dieser Reaktion nicht mehr brennbar sind.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Reaktionsmaterial in einem, insbesondere durchströmbaren, zumindest abschnittsweise geschlossenen Innenraum eines Vorrichtungsgehäuses aufgenommen, wobei das Vorrichtungsgehäuse zumindest abschnittsweise in dem Innenraum des Modulgehäuses angeordnet ist. Der Innenraum des Vorrichtungsgehäuses ist mittels zumindest einer Eintrittsöffnung mit dem Innenraum des Modulgehäuses fluidleitend verbunden, wobei aus dem Kältemittelkreislauf austretendes Kältemittel durch die Eintrittsöffnung in das Vorrichtungsgehäuse und in die Explosionsschutzvorrichtung einströmen kann.
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Insbesondere umfasst die Explosionsschutzvorrichtung das Vorrichtungsgehäuse. Insbesondere bildet das Vorrichtungsgehäuse das Gehäuse der Explosionsschutzvorrichtung. Das Vorrichtungsgehäuse bildet in seinem Innenraum, zumindest abschnittsweise, den definierten und/oder begrenzten Reaktionsraum der Explosionsschutzvorrichtung. Der Reaktionsraum ist durch das Vorrichtungsgehäuse geschützt. Darunter, dass der Innenraum des Vorrichtungsgehäuses durchströmbar und zumindest abschnittsweise geschlossen ausgebildet ist, soll hier insbesondere verstanden werden, dass die Explosionsschutzvorrichtung von dem Vorrichtungsgehäuse umgeben einen Innenraum ausbildet, der gegenüber dem Innenraum des Modulgehäuses zumindest abschnittsweise abgetrennt ausgebildet ist. Insbesondere kann das abschnittsweise geschlossen ausgebildete Vorrichtungsgehäuse eine umfänglich geschlossene Oberfläche aufweisen und Öffnungen für einen Eintritt und einen Austritt einer Fluiddurchströmung (insbesondere Kältemittel und Reaktionsprodukte) aufweisen. In dem Vorrichtungsgehäuse kann sich unter einer Wärmeentwicklung der Reaktion am Reaktionsmaterial, beispielsweise unter einer Auftriebswirkung von warmen Reaktionsprodukten, ein eine Durchströmung begünstigender Kamineffekt einstellen. Die Durchströmung kann insbesondere rein passiv sein und ohne eine Strömungsfördereinrichtung wie zum Beispiel ein Ventilator auskommen.
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Die Explosionsschutzvorrichtung ist so im Modulgehäuse angeordnet, dass das Kältemittel, der Kältemitteldampf und/oder das Kältemittel-Luft-Gemisch aufgrund seiner Beschaffenheit in ihren Innenraum einströmen kann. Insbesondere sind die Eintrittsöffnung in den Innenraum und der Reaktionsraum mit dem Reaktionsmaterial so zum Modulgehäuse angeordnet, dass das Kältemittel, der Kältemitteldampf und/oder das Kältemittel-Luft-Gemisch aufgrund ihrer Beschaffenheit in den Innenraum einströmen und mit dem Reaktionsmaterial in Berührung kommen und reagieren können - und zwar auch ohne eine unterstützende Reaktionsstarteinrichtung und/oder Strömungsfördereinrichtung. Unter Beschaffenheit soll hier insbesondere eine Dichte verstanden werden.
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Ist beispielsweise die Dichte des Kältemittels, des Kältemitteldampfs und/oder des Kältemittel-Luft-Gemischs größer als die von Luft, so sind die Eintrittsöffnung und der Reaktionsraum unten im Modulgehäuse anzuordnen. Ist die Dichte des Kältemittels, des Kältemitteldampfs und/oder des Kältemittel-Luft-Gemischs kleiner als die von Luft, so sind die Eintrittsöffnung und der Reaktionsraum oben im Modulgehäuse anzuordnen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Vorrichtungsgehäuse zumindest eine Austrittsöffnung zum Ausströmen von Kältemittel und/oder von Reaktionsprodukten aus dem Vorrichtungsgehäuse und/oder aus der Explosionsschutzvorrichtung auf, wobei die Austrittsöffnung insbesondere - direkt oder indirekt - mit einer Aufstellumgebung des Modulgehäuses und/oder mit einer Außenumgebung fluidleitend verbunden ist.
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Unter einer direkten fluidleitenden Verbindung mit einer Umgebung soll hier insbesondere eine fluiddurchlässige Verbindung verstanden werden, die ohne Umwege direkt in die Umgebung mündet. Unter einer indirekten fluidleitenden Verbindung mit einer Umgebung soll hier insbesondere eine fluiddurchlässige Verbindung verstanden werden, die auf Umwegen - beispielsweise über ein zwischengeschaltetes Abgasrohr - in die Umgebung mündet.
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Unter einer Außenumgebung soll hier insbesondere eine freie Umgebung außerhalb eines Gebäudes, in dem das Wärmepumpenmodul aufgestellt ist, verstanden werden.
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Bei Anwendung der Erfindung auf eine Luftwärmepumpe kann die Austrittsöffnung in einen Zuluftkanal oder Abluftkanal der Luftwärmepumpe münden. So können die Reaktionsprodukte und/oder eventueller geringer Kältemittelschlupf (am Reaktionsmaterial vorbei geschlüpftes Kältemittel) und/oder die Wärme aus dem Wärmepumpenmodul in die Aufstellumgebung und/oder mit der Abluft in eine Außenumgebung abgeführt werden. Bei Anwendung der Erfindung auf einen anderen Wärmepumpentyp kann die Austrittsöffnung in ein separates Abgasrohr münden, das in die Außenumgebung mündet.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Eintrittsöffnung und/oder die Austrittsöffnung der Explosionsschutzvorrichtung und/oder des Vorrichtungsgehäuses mit einem Flammsieb abgedeckt.
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Das Flammsieb umfasst insbesondere ein metallisches Drahtnetz, Sieb oder Gitter mit kleiner Maschenweite, insbesondere mit einer Maschenweite kleiner oder gleich der Grenzspaltweite des verwendeten Kältemittels. Die gute Wärmeleitfähigkeit des Metalls senkt die Temperatur der Reaktionsprodukte und/oder in der Explosionsschutzvorrichtung strömenden Gase schnell unter eine Zündtemperatur, was eine Entzündung einer explosionsfähigen Atmosphäre außerhalb der Explosionsschutzvorrichtung verhindert, jedoch eine Durchströmung mit Reaktionsprodukten und/oder strömenden Gasen erlaubt. Eine Reaktion (Flamme) kann sich nicht durch das Flammsieb ausbreiten und bleibt somit auf den Innenraum des Vorrichtungsgehäuses, insbesondere den Katalysator, begrenzt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung umfasst eine Aktivierungseinrichtung zum Aktivieren der Explosionsschutzvorrichtung, insbesondere des Reaktionsmaterials.
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Unter einer Aktivierungseinrichtung soll hier insbesondere eine elektrische Einrichtung verstanden werden, die eine Reaktion des Kältemittels mit dem Reaktionsmaterial begünstigt und/oder auslöst. Insbesondere kann die Aktivierungseinrichtung durch Anschluss an ein Stromnetz mit elektrischer Energie versorgt werden. Alternativ oder ergänzend kann die Aktivierungseinrichtung durch Anschluss an eine Batterie mit elektrischer Energie versorgt werden. Die Aktivierungseinrichtung kann insbesondere im oder am Reaktionsraum der Explosionsschutzvorrichtung angeordnet sein.
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Beispielsweise kann die Aktivierungseinrichtung ein Heizelement umfassen. Das Heizelement ist insbesondere dazu vorgesehen, das Kältemittel und/oder das Reaktionsmaterial zu erwärmen und/oder eine Reaktion des Kältemittels am Reaktionsmaterial auszulösen.
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Alternativ kann die Aktivierungseinrichtung einen Ultraviolett-Strahlungserzeuger, insbesondere eine UV-Leuchtdiode, umfassen. Der Ultraviolett-Strahlungserzeuger ist insbesondere dazu vorgesehen, das Kältemittel und/oder das Reaktionsmaterial anzuregen und/oder eine Reaktion des Kältemittels am Reaktionsmaterial auszulösen.
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Die Aktivierungseinrichtung dient insbesondere als Hilfsmittel zum Ingangbringen einer Reaktion, insbesondere einer Verbrennung, falls das Reaktionsmaterial bei Raumbedingungen nicht ausreichend arbeiten sollte. Die Aktivierungseinrichtung kann durchgängig in Betrieb sein. Optional kann die Aktivierungseinrichtung nur im Betrieb des Wärmepumpenmoduls in Betrieb sein. Optional kann die Aktivierungseinrichtung nur bei sensierter Kältemittelleckage in Betrieb sein. Optional kann die Aktivierungseinrichtung nur so lang in Betrieb sein, bis eine Reaktion am Reaktionsmaterial sensiert wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht einen Sensor vor, wobei der Sensor dazu eingerichtet ist, eine, insbesondere chemische, Reaktion an dem Reaktionsmaterial zu erfassen und ein die erfasste Reaktion repräsentierendes Sensorsignal zu erzeugen.
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Der Sensor reagiert auf eine Reaktion am Reaktionsmaterial, insbesondere auf ein Reaktionsprodukt oder auf freiwerdende Wärme. Unter einem Sensor kann hier insbesondere ein Temperatursensor verstanden werden. Der Sensor kann insbesondere ein mit elektrischer Energie arbeitender Sensor sein. Der Sensor kann insbesondere im oder am Reaktionsraum der Explosionsschutzvorrichtung angeordnet sein. Der Sensor kann durchgängig in Betrieb sein. Optional kann der Sensor nur im Betrieb des Wärmepumpenmoduls in Betrieb sein. Optional kann der Sensor nur bei sensierter Kältemittelleckage in Betrieb sein. Optional kann der Sensor nur so lang in Betrieb sein, bis eine Reaktion am Reaktionsmaterial sensiert wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht einen Sensor vor, wobei der Sensor als Indikator ausgebildet ist und/oder ein Indikatormaterial aufweist, der/das direkt auf Kontakt mit Kältemittel reagiert.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht einen Sensor vor, wobei der Sensor als Indikator ausgebildet ist und/oder ein Indikatormaterial aufweist, der/das direkt auf eine, insbesondere chemische, Reaktion des Kältemittels mit dem Reaktionsmaterial reagiert. Insbesondere reagiert der Indikator und/oder das Indikatormaterial auf eine mit der Reaktion des Kältemittels mit dem Reaktionsmaterial einhergehende erhöhte Temperatur.
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Insbesondere benötigt der Indikator und/oder das Indikatormaterial zu seinem Funktionieren keine zusätzliche Energie, insbesondere keine elektrische Energie. Insbesondere ändert der Indikator und/oder das Indikatormaterial bei seiner Reaktion seine Erscheinung, beispielsweise seine Farbe und/oder seinen physischen Zusammenhalt und/oder seine geometrische Form und/oder seine Größe. So kann beispielsweise bei einer Inspektion oder Reparatur des Wärmepumpenmoduls oder einer Komponente des Wärmepumpenmoduls mit bloßem Auge erkannt werden, dass Kältemittel austritt und/oder ausgetreten ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung weist eine Steuer- und/oder Regeleinheit auf, wobei die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu ausgebildet ist, das Sensorsignal zu empfangen und bei einem Überschreiten eines ersten Schwellenwerts durch das Sensorsignal eine Warnmeldung auszugeben.
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Unter einer Steuer- und/oder Regeleinheit soll hier insbesondere eine Einheit zum Steuern und/oder Regeln der Explosionsschutzvorrichtung und/oder des Wärmepumpenmoduls verstanden werden. Die Steuer- und/oder Regeleinheit erkennt anhand des Sensorsignals, insbesondere anhand eines Wertes des Sensorsignals, insbesondere anhand eines Vergleichs mit dem ersten Schwellenwert, ob eine Reaktion von Kältemittel, Kältemitteldampf und/oder Kältemittel-Luft-Gemisch am Reaktionsmaterial vorliegt. Der erste Schwellenwert ist insbesondere ein in der Steuer- und/oder Regeleinheit gespeicherter Wert. Beispielsweise kann eine Warnmeldung ausgegeben werden, wenn der Wert des Sensorsignals den ersten Schwellenwert zumindest einmal und/oder kurzzeitig überschreitet.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung weist eine Steuer- und/oder Regeleinheit auf, wobei die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu ausgebildet ist, das Sensorsignal zu empfangen und bei einem Überschreiten eines zweiten Schwellenwerts durch das Sensorsignal das Wärmepumpenmodul auszuschalten und/oder das Modulgehäuse mit Spülluft zu spülen.
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Die Steuer- und/oder Regeleinheit erkennt anhand des Sensorsignals, insbesondere anhand eines Wertes des Sensorsignals, insbesondere anhand eines Vergleichs mit dem zweiten Schwellenwert, ob eine Reaktion von Kältemittel, Kältemitteldampf und/oder Kältemittel-Luft-Gemisch am Reaktionsmaterial vorliegt. Der zweite Schwellenwert ist insbesondere ein in der Steuer- und/oder Regeleinheit gespeicherter Wert. Beispielsweise kann das Wärmepumpenmodul ausgeschaltet und/oder das Modulgehäuse mit Spülluft gespült werden, wenn der Wert des Sensorsignals den zweiten Schwellenwert dauerhaft überschreitet. Der erste Schwellenwert kann kleiner als oder genau so groß wie der zweite Schwellenwert sein.
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Die Erfindung betrifft auch eine Explosionsschutzvorrichtung zur Anordnung in einem Modulgehäuse und zur Vermeidung einer unkontrollierten Verbrennung eines austretenden Arbeitsstoffs in dem Modulgehäuse. Insbesondere betrifft die Erfindung auch eine Explosionsschutzvorrichtung zur Verwendung mit einem vorstehend beschriebenen Wärmepumpenmodul.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Explosionsschutzvorrichtung ein Reaktionsmaterial aufweist, wobei das Reaktionsmaterial dazu vorgesehen ist, mit dem austretenden Arbeitsstoff kontrolliert zu reagieren, insbesondere den Arbeitsstoff mittels Katalyse oder Sorption unschädlich zu machen.
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Figurenliste
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Weitere Ausgestaltungen und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigt schematisch die einzige
- Figur ein Wärmepumpenmodul mit Explosionsschutzeinrichtung.
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Die Figur zeigt ein Wärmepumpenmodul 100 für eine Beheizung und/oder Kühlung zumindest eines Nutzraums und/oder zumindest eines Nutzfluids. Das Wärmepumpenmodul 100 erzeugt ein warmes Wärmeträgermedium 1, das mittels einer Vorlaufleitung 2 und einer Rücklaufleitung 3 zu dem Nutzraum, dem Gebäudeabschnitt und/oder dem Nutzfluid geleitet wird, wo es Wärme abgibt.
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Das Wärmepumpenmodul 100 umfasst ein Modulgehäuse 102, wobei das Modulgehäuse 102 einen Innenraum 104 ausbildet, sowie die in dem Innenraum 104 des Modulgehäuses 102 angeordneten Komponenten Verdampfer 106, Kompressor 108, Verflüssiger 110, Expansionselement 112 und Rohrleitungselemente 114 zum fluidischen Verbinden der vorgenannten Komponenten zum Ausbilden eines Kältemittelkreislaufs 116, in dem ein Kältemittel zirkuliert. Das Kältemittel weist beispielsweise Propan auf, das eine größere Dichte als Luft hat. Das Modulgehäuse 102 ist in seinem unteren Abschnitt 118 gasdicht ausgebildet.
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Bei dem dargestellten Wärmepumpenmodul 100 handelt es sich um eine Luftwärmepumpe mit einem Zuluftkanal 120 und einem Abluftkanal 122. Der Verdampfer 106 ist zwischen Zuluftkanal 120 und Abluftkanal 122 angeordnet und wird von einem Luftstrom 4 durchströmt.
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Das Wärmepumpenmodul 100 umfasst eine Explosionsschutzvorrichtung 200, die in dem Innenraum 104 des Modulgehäuses 102 angeordnet ist. Die Explosionsschutzvorrichtung 200 weist ein Reaktionsmaterial 202 auf, das dazu vorgesehen ist, mit aus dem Kältemittelkreislauf 116 austretendem Kältemittel 5 kontrolliert zu reagieren, insbesondere das Kältemittel 5 unschädlich zu machen.
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Das Reaktionsmaterial 202 enthält einen Katalysator, der dazu vorgesehen ist, aus dem Kältemittelkreislauf 116 austretendes Kältemittel 5 einer kontrollierten chemischen Reaktion zuzuführen.
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Alternativ enthält das Reaktionsmaterial 202 zumindest ein Sorptionsmittel, das dazu vorgesehen ist, aus dem Kältemittelkreislauf 116 austretendes Kältemittel 5 kontrolliert zu absorbieren und/oder zu adsorbieren.
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Alternativ enthält das Reaktionsmaterial 202 zumindest ein Verbrauchsmaterial, das dazu vorgesehen ist, mit dem aus dem Kältemittelkreislauf 116 austretenden Kältemittel 5 kontrolliert zu reagieren und/oder sich gegenseitig zu verbrauchen.
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Das Reaktionsmaterial 202 ist in einem, hier von unten nach oben, durchströmbaren Innenraum 206 eines Vorrichtungsgehäuses 204 der Explosionsschutzvorrichtung 200 aufgenommen. Das Vorrichtungsgehäuse 204 weist eine Eintrittsöffnung 208 auf, die den Innenraum 206 des Vorrichtungsgehäuses 204 mit dem Innenraum 104 des Modulgehäuses 102 fluidleitend verbindet. Aus dem Kältemittelkreislauf 116 austretendes Kältemittel 5 kann durch die Eintrittsöffnung 208 in das Vorrichtungsgehäuse 204 einströmen und so in Berührung mit dem Reaktionsmaterial 202 kommen. Die Eintrittsöffnung 208 und auch das Reaktionsmaterial 202 sind hier im unteren Abschnitt 118 des Modulgehäuses 102 angeordnet, so dass ein austretendes Kältemittel 5 mit einer größeren Dichte als Luft, das sich im unteren Abschnitt 118 des Modulgehäuses 102 ansammelt, leicht in die Explosionsschutzvorrichtung 200 und zum Reaktionsmaterial 202 strömen kann, wo es reagieren und unschädlich gemacht werden kann.
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Das Vorrichtungsgehäuse 204 weist eine Austrittsöffnung 210 zum Ausströmen von Kältemittel 5 und/oder von Reaktionsprodukten 6 aus dem Vorrichtungsgehäuse 204 auf. Die Austrittsöffnung 210 mündet in den Abluftkanal 122. Das Kältemittel 5 und/oder die Reaktionsprodukte 6 strömen aus dem Vorrichtungsgehäuse 204 und aus der Explosionsschutzvorrichtung 200 durch die Austrittsöffnung 210 in den Abluftkanal 122 und mit der Abluft (Luftstrom 4) weiter in eine Außenumgebung 7.
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Bei der Reaktion des austretenden Kältemittels 5 am Reaktionsmaterial 202 wird Wärme frei, die einen thermischen Auftrieb der Reaktionsprodukte 6 in Gang bringt.
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Alternativ zerfällt das austretende Kältemittel 5 durch Cracken am Reaktionsmaterial 202 in kurzkettige Teilchen und erlangt dadurch eine geringere Dichte als Luft.
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Die Reaktionsprodukte 6 steigen auf und strömen durch die Austrittsöffnung 210, während weiteres Kältemittel 5 durch die Eintrittsöffnung 208 in die Explosionsschutzvorrichtung 200 einströmt.
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Sowohl die Eintrittsöffnung 208 als auch die Austrittsöffnung 210 des Vorrichtungsgehäuses 204 sind mit einem Flammsieb 212 abgedeckt.
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Das Wärmepumpenmodul 100, insbesondere die Explosionsschutzvorrichtung 200, umfasst eine Aktivierungseinrichtung 214 zum Aktivieren der Explosionsschutzvorrichtung 200, insbesondere zum Aktivieren des Reaktionsmaterials 202. Die Aktivierungseinrichtung 214 ist vorteilhafterweise in der Explosionsschutzvorrichtung 200 stromabwärts des Reaktionsmaterials 202 angeordnet.
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Das Wärmepumpenmodul 100, insbesondere die Explosionsschutzvorrichtung 200, umfasst einen Sensor 216, wobei der Sensor 216 dazu eingerichtet ist, eine Reaktion des Kältemittels 5 an dem Reaktionsmaterial 202 zu erfassen und ein die erfasste Reaktion repräsentierendes Sensorsignal zu erzeugen. Der Sensor 216 ist in der Explosionsschutzvorrichtung 200 stromabwärts des Reaktionsmaterials 202 angeordnet.
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Das Wärmepumpenmodul 100, insbesondere die Explosionsschutzvorrichtung 200, umfasst eine Steuer- und/oder Regeleinheit 124, wobei die Steuer- und/oder Regeleinheit 124 dazu ausgebildet ist, das Sensorsignal zu empfangen und bei einem Überschreiten eines ersten Schwellenwerts durch das Sensorsignal eine Warnmeldung auszugeben. Die Steuer- und/oder Regeleinheit 124 ist weiter dazu ausgebildet ist, bei einem Überschreiten eines zweiten Schwellenwerts durch das Sensorsignal das Wärmepumpenmodul 100 auszuschalten.
