DE102022100635A1

DE102022100635A1 - Begrenzung der VOC-Co-Absorption

Info

Publication number: DE102022100635A1
Application number: DE102022100635.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Badenhop; Arnold Wohlfeil
Original assignee: Vaillant GmbH
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 2022-01-12
Filing date: 2022-01-12
Publication date: 2023-07-13
Also published as: EP4212801A1

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Absorption von entzündlichem Arbeitsfluid im Gehäuse (1, 3) einer Vorrichtung zum Betrieb eines linksdrehenden Kältekreises, wobei auf ein auslösendes Signal hin eine unter hohem Druck befindliche, schlecht brennbare oder unbrennbare Absorptionsflüssigkeit in das Gehäuse (3) eingedüst wird, die Eindüsung solange aufrechterhalten wird, bis ein Signal zum Stoppen der Eindüsung erfolgt, und die ablaufende Absorptionsflüssigkeit aufgefangen wird, die aufgefangene Absorptionsflüssigkeit erwärmt wird, die erwärmte Absorptionsflüssigkeit (13) in einen Gas-Flüssigabscheider (14) geleitet wird, in welchem desorbierte Gasbestandteile abgeschieden werden, die abgeschiedenen Gasbestandteile (16) ins Freie gefördert werden, und die regenerierte Absorptionsflüssigkeit in einen Vorratsbehälter oder den Druckbehälter geleitet wird

Description

Die Erfindung betrifft die Niederschlagung entzündlicher und giftiger Gase in einem Gerät, in welchem ein linksdrehender Kälteprozess abläuft, beispielsweise einer Wärmepumpe. So werden inzwischen in Wärmepumpen und in Kühl- und Gefrieranlagen entzündliche Kältemittel verwendet, die den Vorteil haben, bei ihrer versehentlichen Freisetzung weder das Klima noch die Ozonschicht zu schädigen. Eine solche versehentliche Freisetzung ist aufgrund deren Brennbarkeit aber möglichst zu vermeiden.
Dies betrifft vor allem das inzwischen häufig eingesetzte Propan im Kältemittel R290, aber auch Isobutan im Kältemittel R600a, n-Butan in R600, Propylen in R1270 sowie weitere Alkane und Alkene. Solche niederkettigen Alkane und Alkene können mit schlecht brennbaren Stoffen mit langen Kohlenstoffketten absorbiert und gelöst werden. Verwendet man hierfür Flüssigkeiten, die als nicht brennbar oder schwer brennbar eingestuft sind, können diese Flüssigkeiten versprüht werden und das niederkettige Alkan oder Alken wird der Luft entzogen, das Gemisch verliert seine Entzündlichkeit. Geeignete Absorptionsflüssigkeiten sind langkettige Alkohole wie Nonanol, Decanol und Undecanol, sie sind besonders geeignet, um Propan zu absorbieren.
Eine entsprechende technische Umsetzung einer derartigen Absorption wird in der EP 3 805 671 A1 beschrieben. Hierbei wird im Falle einer Leckage die Absorptionsflüssigkeit in den Behälter der Wärmepumpe gesprüht, in der sich die Vorrichtungen des Kältekreises befinden. Das versprühte Absorptionsmittel wird in einer Wanne am Boden des Behälters aufgefangen und später einer Wiederaufbereitung zugeführt. Ein Kreislauf des Absorptionsmittels ist nicht vorgesehen, hinsichtlich mitabsorbierter Stoffe schweigt die EP 3 805 671 A1 .
Die Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, um versprühtes Absorptionsmittel zu regenerieren, zu rezyklieren und die dabei desorbierten Bestandteile sicher zu entsorgen. Es soll dabei auch sichergestellt sein, dass co-absorbierte Stoffe, wie VOCs (volatile organic compounds), mitregeneriert werden und sich nicht anreichern können.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein entsprechendes Verfahren zur Absorption von entzündlichem Arbeitsfluid im Gehäuse einer Vorrichtung zum Betrieb eines linksdrehenden Kältekreises, wobei

- auf ein auslösendes Signal hin eine unter hohem Druck befindliche schlecht brennbare oder unbrennbare Absorptionsflüssigkeit in das Gehäuse eingedüst wird,
- die Eindüsung solange aufrechterhalten wird, bis ein Signal zum Stoppen der Eindüsung erfolgt, und
- die ablaufende Absorptionsflüssigkeit aufgefangen wird,
- die aufgefangene Absorptionsflüssigkeit erwärmt wird,
- die erwärmte Absorptionsflüssigkeit in einen Gas-Flüssigabscheider geleitet wird, in welchem desorbierte Gasbestandteile abgeschieden werden,
- die abgeschiedenen Gasbestandteile ins Freie gefördert werden,
- und die regenerierte Absorptionsflüssigkeit in einen Vorratsbehälter geleitet wird.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die aufgefangene Absorptionsflüssigkeit von einer Förderpumpe mit Zwangsförderung in einen Wärmetauscher geleitet wird, in dem eine erste Erwärmung stattfindet.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Absorptionsflüssigkeit im Gas-Flüssigabscheider (14) erhitzt wird.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass als Vorratsbehälter der Druckbehälter verwendet wird.
Die Erfindung löst die Aufgabe auch durch eine Vorrichtung zur Regeneration eingedüster und aufgefangener Absorptionsflüssigkeit in das Gehäuse einer Vorrichtung zum Betrieb eines linksdrehenden Kältekreises, aufweisend

- einem Druckbehälter, der eine Absorptionsflüssigkeit enthält und der ein Treibgas enthalten kann,
- der Druckbehälter über eine Druckleitung mit einem automatischen Ventil verbunden ist,
- dieses Ventil mit einem Signalgeber verbunden ist, dessen Signale aus einer Konzentrationsmessung von gasförmigem Arbeitsfluid und einer Recheneinheit oder Analogelektronik zur Bestimmung der Zündgrenze entstammen,
- das Ventil mit einer Druckleitung verbunden ist, die zu mindestens einer Düse führt, die in dem Raum angeordnet ist, in welchem der linksdrehende Kältekreis durchgeführt wird,
- unterhalb des Raumes, in welchem der linksdrehende Kältekreis durchgeführt wird, eine Auffangwanne vorgesehen wird
- die Auffangwanne mit einer Förderpumpe mit Zwangsförderung verbunden ist, die
- die Förderpumpe mit einer Einrichtung zur Erwärmung der in der Auffangwanne aufgefangenen Absorptionsflüssigkeit verbunden ist,
- die Einrichtung zur Erwärmung mit einem Gas-Flüssig-Abscheider verbunden ist,
- der Gas-Flüssig-Abscheider mit einem Gasabzug ins Freie ausgestattet ist,
- und der Gas-Flüssig-Abscheider mit einem Vorratsbehälter verbunden ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Einrichtung zur Erwärmung als eine indirekte Beheizungseinrichtung im Gas-Flüssig-Abscheider sowie einem Wärmetauscher für die eingebrachte und die abgezogene Flüssigkeit ausgeführt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung wird der Anschluss für die aus dem Wärmetauscher oder dem Gas-Flüssigabscheider abgezogene Flüssigkeit mit dem Druckbehälter verbunden. Damit ist eine Kreislaufführung des flüssigen Absorptionsmittels möglich.
In weiteren Ausgestaltungen ist vorgesehen, dass als eingebrachte Flüssigkeit eine langkettige Kohlenstoffverbindung verwendet wird, die mit Lösungsmittelzusätzen versehen ist. Als Lösungsmittelzusätze werden hierbei feindisperse Adsorptionsmittel, beispielsweise aus Aktivkohle, sowie Oxidationskatalysatoren mit katalytischen Verbindungen, beispielsweise Fe(III), CU(II), Ce(IV), PB(IV), Rh oder Pd oder Mischungen daraus, vorgesehen. Die Oxidationskalaysatoren können dabei auf dem Adsorptionsmittel geträgert sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Prinzipskizze einer Wärmepumpe näher erläutert. Hierbei zeigt 1 ein vereinfachtes Schema der Vorrichtung mit einer Regeneration.
1 zeigt eine Wärmepumpe 1 mit einem Kältekreis 2, der in einem Kapselgehäuse 3 betrieben wird. Oberhalb des Kapselgehäuses 3 ist ein Druckbehälter 4 angeordnet, der Druckbehälter kann auch an jeder anderen, leicht zugänglichen Stelle in der Wärmepumpe 1 angeordnet werden. Der Druckbehälter enthält eine Mischung aus Nonanol, Decanol und Undecanol als Absorptionsflüssigkeit sowie als Treibgas Kohlendioxid.
Der Druckbehälter 4 ist über eine Druckleitung mit dem automatischen Ventil 5 verbunden. Als Signalgeber 6 für das Ventil 5 dient eine Konzentrationsmessung für gasförmiges Arbeitsfluid, welches in diesem Beispiel R290 ist. Die Konzentrationsmessung erfolgt dabei innerhalb des Kapselgehäuses 3. Sobald eine Gaskonzentration von 40 Prozent der Zündgrenze, die in Luft bei 1,7 Prozent liegt, also 0,68 Prozent gemessen wird, öffnet das Ventil 5 automatisch.
In diesem Fall wird die Absorptionsflüssigkeit über eine Druckleitung zu der Zerstäuberdüse 7 geleitet, die sich innerhalb des Kapselgehäuses 3 befindet, wo eine feine Zerstäubung der Absorptionsflüssigkeit erfolgt. Die Absorptionsflüssigkeit löst das Propan und läuft in die Auffangwanne 8 ab. Von dort aus wird es über einen gesicherten Ablauf in den Auffangbehälter 10 geleitet, wobei auf diesen Auffangbehälter 10 auch verzichtet werden kann, wenn die Auffangwanne entsprechend ausgeführt wird. Sobald die Konzentrationsmessung unter 10 Prozent der Zündgrenze gefallen ist, also 0,17 Prozent Propan in Luft beträgt, wird die Eindüsung beendet. Bis dahin entspricht der Vorgang der EP 3 805 671 A1 .
Dann jedoch fördert die Förderpumpe 11 das flüssige Absorbat in den Wärmetauscher 12, wo es erwärmt wird. Das erwärmte Absorbat wird in den Gas-Flüssigabscheider 14 geleitet, wo es mittels einer indirekten externen Heizung 15, beispielsweise elektrisch, auf eine höhere Temperatur gebracht wird, bei der die Desorption des absorbierten Kältemittels und der mitabsorbierten VOCs erfolgt. Alternativ oder zusätzlich kann heißes Strippgas eingeführt werden. Die desorbierten gasförmigen Stoffe werden über die Leitung 16 ins Freie gefördert. Das erwärmte, aber abgereicherte Absorptionsmittel 17 wird in den Wärmetauscher 12 zurückgeführt, wo es den größten Teil der aufgenommenen Wärme wieder abgibt. Das dadurch abgekühlte Absorptionsmittel 18 wird in den Druckbehälter 4 zurückgeführt.
Dieser Vorgang kann auch turnusmäßig durchgeführt werden, wenn unklar ist, ob sich VOCs oder ausgetretenes Kältemittel im Kapselgehäuse 3 befinden. Beispielsweise kann dies grundsätzlich vor Öffnung des Kapselgehäuses 3 durchgeführt werden. In solchen Fällen ist jedoch sicherzustellen, dass genügend Treibgas in den Druckbehälter 4 nachgefüllt wird. Sollte sich eine Leckage im Kältekreis befinden, die zu einem Wiederanstieg der Propankonzentration führen würde, kann dieser Zyklus beliebig lange wiederholt werden, da sich die Absorptionsflüssigkeit im Druckbehälter 4 nicht aufbraucht.
Aufgrund der Rezirkulation und der gleichzeitigen Regeneration kann das Absorptionsverfahren im Vergleich zur EP 3 805 671 A1 mit einer deutlich geringeren Menge an Absorptionsflüssigkeit sicher betrieben werden und es ist nicht mehr erforderlich, die Menge an Absorptionsflüssigkeit entsprechend dem Aufnahmevermögen des gesamten Kältemittels im Kältemittelkreislauf zu dimensionieren, was ein Vorteil der Erfindung ist.
Bezugszeichenliste

1: Wärmepumpe
2: Kältekreis
3: Kapselgehäuse
4: Druckbehälter
5: Ventil
6: Signalgeber mit Konzentrationsmessung
7: Zerstäuberdüse
8: Auffangwanne
9: Ablauf
10: Auffangbehälter
11: Förderpumpe
12: Wärmetauscher
13: erwärmtes Absorbat
14: Gas-Flüssig-Abscheider
15: Heizung
16: Abgas
17: erwärmtes Absorptionsmittel
18: abgekühltes Absorptionsmittel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 3805671 A1 [0003, 0016, 0019]

Claims

Verfahren zur Regeneration von im Gehäuse (1, 3) einer Vorrichtung zum Betrieb eines linksdrehenden Kältekreises adsorbiertem entzündlichem Arbeitsfluid und co-adsorbierten volatilen organischen Komponenten (VOCs), wobei - auf ein auslösendes Signal hin eine unter hohem Druck befindliche, schlecht brennbare oder unbrennbare Absorptionsflüssigkeit in das Gehäuse (3) eingedüst wird, - die Eindüsung solange aufrechterhalten wird, bis ein Signal zum Stoppen der Eindüsung erfolgt, und - die ablaufende Absorptionsflüssigkeit aufgefangen wird. dadurch gekennzeichnet, dass - die aufgefangene Absorptionsflüssigkeit erwärmt wird, - die erwärmte Absorptionsflüssigkeit (13) in einen Gas-Flüssigabscheider (14) geleitet wird, in welchem desorbierte Gasbestandteile abgeschieden werden, - die abgeschiedenen Gasbestandteile (16) ins Freie gefördert werden, - und die regenerierte Absorptionsflüssigkeit in einen Vorratsbehälter geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgefangene Absorptionsflüssigkeit von einer Förderpumpe (11) mit Zwangsförderung in einen Wärmetauscher (12) geleitet wird, in dem eine erste Erwärmung stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionsflüssigkeit im Gas-Flüssigabscheider (14) erhitzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorratsbehälter der Druckbehälter (4) verwendet wird.
Vorrichtung zum Eindüsen von Absorptionsflüssigkeit in das Kapselgehäuse (3) einer Vorrichtung zum Betrieb eines linksdrehenden Kältekreises, wobei - einen Druckbehälter (4), der eine Absorptionsflüssigkeit enthält und der ein Treibgas enthalten kann, - der Druckbehälter (4) über eine Druckleitung mit einem automatischen Ventil (5) verbunden ist, - dieses Ventil (5) mit einem Signalgeber (6) verbunden ist, dessen Signale aus einer Konzentrationsmessung von gasförmigem Arbeitsfluid und einer Recheneinheit oder Analogelektronik zur Bestimmung der Zündgrenze entstammen, - das Ventil (5) mit einer Druckleitung verbunden ist, die zu mindestens einer Düse (7) führt, die in dem Raum des Kapselgehäuses (3) angeordnet ist, in welchem der linksdrehende Kältekreis durchgeführt wird, - wobei unterhalb des Raumes des Kapselgehäuses (3), in welchem der linksdrehende Kältekreis durchgeführt wird, eine Auffangwanne (8) vorgesehen wird - gekennzeichnet, dadurch dass - die Auffangwanne mit einer Förderpumpe mit Zwangsförderung verbunden ist, die - die Förderpumpe (11) mit einer Einrichtung (12, 15) zur Erwärmung der in der Auffangwanne aufgefangenen Absorptionsflüssigkeit verbunden ist, - die Einrichtung (12, 15) zur Erwärmung mit einem Gas-Flüssig-Abscheider (14) verbunden ist, - der Gas-Flüssig-Abscheider (14) mit einem Gasabzug (16) ins Freie ausgestattet ist, - und der Gas-Flüssig-Abscheider mit einem Vorratsbehälter verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erwärmung als eine indirekte Beheizungseinrichtung (15) im Gas-Flüssig-Abscheider (14) sowie einem Wärmetauscher (12) für die eingebrachte und die abgezogene Flüssigkeit ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss für die aus dem Wärmetauscher (12) oder dem Gas-Flüssigabscheider (14) abgezogene Flüssigkeit (18) mit dem Druckbehälter (4) verbunden ist, der gleichzeitig der Vorratsbehälter ist.
Verwendung einer Absorptionsflüssigkeit in einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 in einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Absorptionsflüssigkeit eine langkettige Kohlenstoffverbindung ist, der ein feindisperses Adsorptionsmittel oder Oxidationsoxidatoren oder beides zugefügt ist.
Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das feindisperse Adsorptionsmittel Aktivkohle ist.
Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidationskatalysatoren katalytische Verbindungen enthaltend Fe(III), CU(II), Ce(IV), PB(IV), Rh oder Pd oder Mischungen daraus sind.
Verwendung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidationskatalysatoren auf dem Adsorptionsmittel geträgert sind.