-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen eines Sicherheit-Hochdruckschalters in einem Wärmepumpensystem sowie ein Wärmepumpensystem mit einem Sicherheit-Hochdruckschalter. Insbesondere soll der Sicherheit-Hochdruckschalter geprüft werden können, so dass ein unnötiges Austauschen des Sicherheit-Hochdruckschalters vermieden werden kann.
-
Moderne Wärmepumpen zeichnen sich durch ihren hohen Wirkungsgrad aus und können daher unter ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten besonders attraktiv zum Heizen und/oder Kühlen eines Gebäudes verwendet werden. Das Heizen mit Umweltwärme ist einerseits klimafreundlich. Andererseits bieten viele Energieversorger seit einigen Jahren spezielle Wärmepumpentarife an, die finanziell attraktiver sind als ein normaler Stromtarif.
-
Eine gattungsgemäße Wärmepumpe weist einen Kreislauf für ein Kältemittel auf. Als Kältemittel kann beispielsweise R290 verwendet werden. An einem Verdampfer nimmt das Kältemittel Wärme aus der Umgebung auf. Eine mögliche Störungsursache bei Wärmepumpen ist, dass sich am Verdampfer eine Eisschicht bildet, die den Wärmeübertrag am Verdampfer behindert. Die Eisschicht muss dann in der Regel durch einen Abtauprozess entfernt werden. Die Notwendigkeit des Abtauens führt zu verkürzten Heizzyklen und somit zu einer verringerten Betriebsbereitschaft der Wärmepumpe.
-
1 illustriert schematisch den Aufbau einer gattungsgemäßen Luft-Wasser-Wärmepumpe 1 für ein Gebäude G. Die Wärmepumpe 1 nutzt die Umgebungsluft als Wärmequelle, um das Gebäude mit Wärme zu versorgen. Im Betrieb saugt ein Ventilator 8 Umgebungsluft an und leitet diese über einen Wärmeübertrager beziehungsweise Verdampfer 2, der außerhalb oder auch innerhalb des Gebäudes G angeordnet sein kann, um Wärme aus der Umgebungsluft aufzunehmen. Im Verdampfer 2 zirkuliert ein Kältemittel, das aufgrund seiner thermischen Eigenschaften seinen Aggregatzustand bei einer relativ niedrigen Temperatur von flüssig zu gasförmig ändert, also verdampft. Eine solche Wärmepumpe ist nicht auf die Verwendung in einem Gebäude beschränkt und könnte beispielsweise auch in einem Fahrzeug verwendet werden.
-
Im Verdampfer 2 wird der zugeführten (warmen) Außenluft W Wärme entzogen, so dass sich das Kältemittel erwärmt und verdampft. Die Temperatur des dabei entstehenden Dampfes ist für typische Heizungs- oder Warmwasseranwendungen noch verhältnismäßig niedrig. Dies liegt unter anderem daran, dass die aufgenommene Wärme als Verdampfungswärme genutzt wird, und nicht zu einem Erwärmen des Kältemittels führt. Vom Verdampfer 2 strömt der Dampf weiter über ein Vierwegeventil 3 zu einem (elektrisch angetriebenen) Verdichter 4. Der Verdichter 4 erhöht den Druck, so dass die Temperatur des Kältemittels auf ein gewünschtes Temperaturniveau ansteigt. In der Folge strömt das erwärmte Kältemittel weiter zu einem weiteren Wärmeübertrager, dem Verflüssiger 5. Im Verflüssiger 5 überträgt das Kältemittel seine Wärme auf ein Wärmeträgermedium eines nicht näher dargestellten Heizsystems H des Gebäudes G und verflüssigt sich dabei wieder.
-
Die so gewonnene Wärme W' kann beispielsweise zum Heizen oder zur Warmwasserbereitung genutzt werden. Das verflüssigte Kältemittel sammelt sich zunächst in einem Sammler 6. Anschließend durchströmt das Kältemittel ein Expansionsventil 7, wobei Druck und Temperatur des Kältemittels wieder auf das Ausgangsniveau absinken, so dass der Kreislauf von vorne beginnen kann.
-
Im oder am Verdampfer 2, beispielsweise am Austritt des Verdampfers 2, ist ein Temperatursensor 9 angeordnet, der die Temperatur, insbesondere die Verdampfungstemperatur des Kältemittels misst. Eine Regeleinrichtung 10 der Wärmepumpe 1 überwacht die Verdampfungstemperatur und kann eine Drehzahl des Ventilators 8 und/oder einen Öffnungsgrad des Expansionsventils 7 in Abhängigkeit der gemessenen Verdampfungstemperatur regeln. Ferner kann im oder am Verdampfer 2, beispielsweise am Austritt des Verdampfers 2, ein Drucksensor zum Messen des Drucks, insbesondere des Verdampfungsdrucks des Kältemittels angeordnet sein. Durch Messen der Temperatur und des Drucks des Kältemittels im Verdampfer können die Verdampfungstemperatur und die Überhitzung des Kältemittels ermittelt werden.
-
Eine gattungsgemäße Wärmepumpe 1 wie in 1 weist üblicherweise einen Drucksensor und einen Sicherheit-Hochdruckschalter (SHD) auf, der ein Bersten des Kältekreises bei fehlerhafter Ausregelung verhindern soll. Die Signale vom SHD und vom Drucksensor können insbesondere einer Regeleinrichtung 10 und gegebenenfalls einem Wechselrichter der Wärmepumpe 1 zugeführt werden. Die Regeleinrichtung 10 regelt oder steuert unter anderem eine Drehzahl des Verdichters 4.
-
Im normalen Betrieb ist der vom Drucksensor gemessene Druck im normalen Regelbereich, so dass der SHD nie auslösen sollte. Im Falle eines Fehlers in der Regeleinrichtung 10 oder im Drucksensor schaltet der SHD den Verdichter 4 beim Überschreiten eines Grenzdrucks im Kältekreis ab, um einen gefährlichen Anstieg des Drucks und somit ein Bersten des Kältekreises zu verhindern.
-
Aus der
DE 10 2007 052 532 A1 ist ein Sicherheitssystem für Kälteverdichter in Kälteanlagen bekannt. Das Sicherheitssystem erfasst computergesteuert Zustände in der Kälteanlage. Dabei werden gleichzeitig unter anderem ein Sicherheitshochdruckbegrenzer und ein Hochdruckschalter erfasst und ausgewertet. Jede Sicherheitseinrichtung der Kälteanlage hat Einfluss auf die Funktion des Kälteverdichters bzw. der Kälteverdichter. Der Sicherheitshochdruckbegrenzer schaltet bei Störung den Verdichter sofort ab und eine automatische Rückschaltung ist nicht möglich. Der Hochdruckschalter schaltet bei Störung den Verdichter sofort ab und eine mehrmalige automatische Rückschaltung ist möglich. Das Sicherheitssystem kann bei allen Kälteanlagen mit mindestens einem Kälteverdichter, d.h. auch bei Wärmepumpen, Trocknungsanlagen, Eismaschinen und Entfeuchtungsanlagen mit einem oder mehreren Verdichtern eingesetzt werden.
-
Für den sicheren Betrieb eines Wärmepumpensystems muss das Sicherheitssystem, also z.B. der SHD, zu festgelegten regelmäßigen Wartungsintervallen geprüft oder ausgetauscht werden. Oft schreibt ein Hersteller eines SHD eine Lebensdauer vor, die einen fehlerfreien SHD garantieren soll. Das prophylaktische Austauschen eines eigentlich funktionsfähigen SHD kann jedoch einen hohen Zeitaufwand sowie hohe Kosten verursachen.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik bekannten Probleme zu überwinden und ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Prüfen eines Sicherheit-Hochdruckschalters anzugeben. Insbesondere soll ein unnötiges Austauschen eines funktionsfähigen SHDs vermieden werden.
-
Die Lösung der Aufgabe gelingt durch ein Verfahren zum Prüfen eines Sicherheit-Hochdruckschalters nach Anspruch 1 sowie durch ein Wärmepumpensystem nach Anspruch 6.
-
Ein erfindungsgemäßes Wärmepumpensystem umfasst ein Wärmeträgermedium. Das Wärmeträgermedium transportiert Wärme zum Heizen oder Kälte zum Kühlen des Gebäudes. Als Wärmeträgermedium zum Heizen kann beispielsweise Wasser verwendet werden, das in einem Heizkreis des Gebäudes zirkuliert. Alternativ oder zusätzlich kann zum Kühlen oder Heizen Luft verwendet werden, die beispielsweise in einem offenen Kreislauf zirkuliert. Das Wärmepumpensystem kann somit Bestandteil einer Heizungs-, Lüftungs-, Klima- und/oder Kältetechnik-Anlage (HLKK-Anlage sein).
-
In einer bevorzugten Ausführung kann das Wärmepumpensystem sowohl zum Kühlen als auch zum Heizen des Gebäudes ausgelegt sein. Entsprechend können getrennte Heizkreise bzw. Kühlleitungen und/oder Lüftungsleitungen für jeweils geeignete Wärmeträgermedien vorhanden sein. Die Heizkreise bzw. Kühlleitungen und/oder Lüftungsleitungen können eine für das jeweilige Wärmeträgermedium geeignete Umwälzeinrichtung aufweisen, beispielsweise eine Pumpe und/oder einen Ventilator.
-
Das Wärmepumpensystem umfasst eine Wärmepumpe mit einem Kreislauf, in dem ein Kältemittel zirkuliert. Der Kreislauf ist über einen Wärmetauscher mit dem Wärmeträgermedium zum Heizen und/oder Kühlen des Gebäudes gekoppelt.
-
Das Wärmepumpensystem umfasst einen Drucksensor zum Messen eines Drucks des Kältemittels im Kreislauf der Wärmepumpe. Der Drucksensor weist vorzugsweise einen Messbereich von 30 bar(g) bis 40 bar(g) auf, besonders vorzugsweise bis zu 45 bar(g), weiter vorzugsweise bis zu 46 bar(g), nochmals besonders vorzugsweise bis zu 50 bar(g).
-
Das Wärmepumpensystem umfasst einen Sicherheit-Hochdruckschalter, SHD, zum Abschalten eines Verdichters der Wärmepumpe, wenn der gemessene Druck einen vorgegebenen zweiten Grenzwert erreicht. Der SHD kann insbesondere eine harte Abschaltung durchführen, so dass ein erneutes Starten des Verdichters z.B. nur durch einen Servicetechniker nach Durchführen einer Sicherheitsroutine vorgenommen werden kann.
-
Das Wärmepumpensystem umfasst eine Regeleinrichtung zum Regeln und/oder Steuern der Wärmepumpe. Im Folgenden wird der Begriff Regeln sowohl für Regelals auch Steuerverfahren verwendet. Die Regeleinrichtung gibt über eine geeignete Schnittstelle sowie geeignete Signalleitungen entsprechende Regelsignale an die Wärmepumpe, insbesondere an den Verdichter der Wärmepumpe aus.
-
Ferner kann die Regeleinrichtung Sensorsignale vom Drucksensor empfangen und auswerten. Hierzu kann die Regeleinrichtung eine geeignete Recheneinrichtung und/oder Speichereinrichtung aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die Regeleinrichtung die empfangenen Signale über ein geeignetes Netzwerk an eine geographisch entfernt angeordnete zentrale Datenverarbeitungseinrichtung übertragen und/oder Regelparameter von der Datenverarbeitungseinrichtung empfangen.
-
Die Datenverarbeitungseinrichtung kann beispielsweise eine Cloud und/oder ein Server sein, die und/oder der mit dem Internet verbunden ist/sind. Die Regeleinrichtung kann beispielsweise über ein Gateway mit dem Internet verbunden sein. Ferner kann die Regeleinrichtung über das Internet Meldungen an einen Benutzer oder Betreiber des Wärmepumpensystems ausgeben, insbesondere an ein mobiles Endgerät des Benutzers oder Betreibers. Der Benutzer bzw. Betreiber des Wärmepumpensystems kann beispielsweise ein Servicetechniker sein.
-
Die Regeleinrichtung umfasst ferner eine Schnittstelle zum Ausgeben einer Fehlermeldung. Die Schnittstelle kann insbesondere wie oben beschrieben das Übertragen einer Nachricht an das mobile Endgerät des Benutzers oder Betreibers ermöglichen. Zusätzlich oder alternativ kann die Regeleinrichtung eine Anzeigeeinrichtung, z.B. einen Bildschirm, zum Ausgeben der Fehlermeldung aufweisen.
-
Als Schnittstelle der Regeleinrichtung zum Ausgeben von Meldungen an einen Benutzer oder Betreiber kann im Allgemeinen eine Mensch-Maschine-Schnittstelle („Human-Machine-Interface“, HMI) verstanden werden, über die der Benutzer oder Betreiber vorzugsweise auch Eingaben machen kann. Das HMI kann in einer bevorzugten Ausführung eine Anwendung („App“) auf dem mobilen Endgerät des Benutzers oder Betreibers sein. Auch die Cloud oder der Server können als Schnittstelle verwendet werden. So kann insbesondere über einen Internetbrowser ein Zugriff auf Daten in der Cloud oder auf dem Server ermöglicht werden, wobei hierdurch auch regelungstechnische Eingriffe ermöglicht werden können.
-
Erfindungsgemäß kann die Wärmepumpe in einem ersten Betriebszustand als Wärme- oder Kälteerzeuger für ein Wärmeträgermedium betrieben werden. Im ersten Betriebszustand wird ein Druck des Kältemittels, das in einem Kreislauf der Wärmepumpe zirkuliert, durch einen Drucksensor gemessen. Eine Drehzahl des Verdichters der Wärmepumpe wird in Abhängigkeit des gemessenen Drucks von der Regeleinrichtung geregelt. Die Regeleinrichtung schaltet den Verdichter ab, wenn der gemessene Druck gleich groß wie oder größer als ein vorgegebener erster Grenzwert ist.
-
Die Abschaltung des Verdichters durch die Regeleinrichtung beim Erreichen des ersten Grenzwerts kann reversibel sein, da der Anstieg nicht notwendiger Weise durch einen sicherheitskritischen Zustand verursacht wird. Der erste Grenzwert verhindert, dass der Druck den zweiten Grenzwert erreicht, bei dem die Abschaltung vom SHD durchgeführt wird. Trotzdem kann die Regeleinrichtung vorzugsweise eine Fehlermeldung ausgeben bzw. speichern, wenn der erste Grenzwert erreicht wird.
-
Der erste Betriebszustand entspricht einem Normalbetrieb der Wärmepumpe. Vorzugsweise kann ein Benutzer oder Betreiber die Wärmepumpe über die Schnittstelle in den ersten Betriebszustand versetzen.
-
Erfindungsgemäß kann die Wärmepumpe in einem zweiten Betriebszustand zum Prüfen des SHD betrieben werden. Der zweite Betriebszustand umfasst zusätzlich ein Anheben des ersten Grenzwerts auf einen Wert, gleich groß wie oder größer als ein vorgegebener zweiter Grenzwert des SHD, bei dem der SHD eine Sicherheitsabschaltung des Verdichters durchführen soll. Durch das Anheben des ersten Grenzwerts mindestens auf den Wert des zweiten Grenzwerts, kann ein Auslösen des SHD provoziert werden, da nun keine Abschaltung durch die Regeleinrichtung durchgeführt wird, bevor der zweite Grenzwert erreicht werden kann. Somit ermöglicht das Anheben des ersten Grenzwerts erst das Prüfen, ob der SHD beim Erreichen des zweiten Grenzwerts auslöst.
-
Der zweite Betriebszustand entspricht einem Wartungszustand bzw. Prüfmodus der Wärmepumpe. Vorzugsweise kann ein Benutzer oder Betreiber die Wärmepumpe über die Schnittstelle in den zweiten Betriebszustand versetzen. Im zweiten Betriebszustand wird eine Prüfung des SHD durchgeführt.
-
Falls der SHD beim Erreichen des zweiten Grenzwerts die Sicherheitsabschaltung durchführt, wird eine Erfolgsmeldung über die Schnittstelle der Regeleinrichtung ausgegeben und die Wärmepumpe wird wieder in den ersten Betriebszustand versetzt. Mit anderen Worten, der SHD hat die Prüfung bestanden und kann weiterhin für einen sicheren Betrieb der Wärmepumpe verwendet werden.
-
Falls der SHD beim Erreichen des zweiten Grenzwerts keine Sicherheitsabschaltung durchführt, wird eine Fehlermeldung über die Schnittstelle der Regeleinrichtung ausgegeben. Bevorzugte Ausführungen zum Ausgeben der Fehlermeldung, beispielsweise an einen Servicetechniker, wurden oben beschrieben.
-
Die Fehlermeldung zeigt dem Empfänger, also beispielsweise dem Benutzer oder Betreiber an, dass der SHD nicht ordnungsgemäß funktioniert. Entsprechend kann ein Austauschen des SHDs notwendig sein. Die Fehlermeldung kann vorzugweise eine Handlungsempfehlung wie zum Beispiel eine Aufforderung zum Austauschen des SHDs umfassen.
-
Der zweite Betriebszustand umfasst vorzugsweise einen Schritt des Unterbrechens eines Volumenstroms des Wärmeträgermediums des Wärmepumpensystems, welches über einen Wärmetauscher mit dem Kreislauf der Wärmepumpe gekoppelt ist. Durch das Unterbrechen des Volumenstroms kann der Druck im Kältemedium schneller ansteigen, da die Wärme am Wärmetauscher nicht mehr, oder zumindest deutlich weniger vom Wärmeträgermedium abgenommen wird. Somit kann die benötigte Zeit für die Überprüfung des SHD verringert werden.
-
In einer bevorzugten Ausführung kann die Regeleinrichtung die Drehzahl des Verdichters im ersten Betriebszustand variabel regeln. In anderen Ausführungen kann der Verdichter mit konstanter Drehzahl betrieben werden, so dass die Regeleinrichtung den Verdichter modulierend betreiben kann, also nur für bestimmte Zeitintervalle ein und ausschaltet.
-
In einer bevorzugten Ausführung erhöht die Regeleinrichtung die Drehzahl des Verdichters im zweiten Betriebszustand kontinuierlich, bis der zweite Grenzwert erreicht wird. Alternativ, bei einem Verdichter mit konstanter Drehzahl, kann die Regeleinrichtung den Verdichter beispielsweise ohne Unterbrechung betreiben, bis der zweite Grenzwert erreicht wird. Durch Erhöhen der Drehzahl, bzw. durch kontinuierliches Betreiben bei fester Drehzahl, steigt der Druck im Kältemittel, so dass der erste bzw. zweite Grenzwert erreicht werden kann, und eine Sicherheitsabschaltung provoziert wird.
-
Vorzugsweise weist der Drucksensor eine negative Toleranz auf. Ferner wird vorzugsweise der erste Grenzwert im zweiten Betriebszustand auf einen Wert eingestellt, der um mehr als die negative Toleranz größer ist als der zweite Grenzwert. Insbesondere ist der erste Grenzwert im zweiten Betriebszustand um einen Sicherheitsabstand größer als der zweite Grenzwert. Ein bevorzugter Drucksensor weist insbesondere gemäß Baumusterprüfung keine positive Toleranz auf.
-
Die negative Toleranz gibt eine erlaubte Abweichung des gemessenen Drucks nach unten an. Das heißt, dass ein tatsächlicher Druck um eine Abweichung von beispielsweise 5% kleiner sein kann als ein gemessener Druck. Hierdurch wird sichergestellt, dass der tatsächliche Druck nur kleiner sein kann als der gemessene Druck. Die positive Toleranz gibt entsprechend eine erlaubte Abweichung des gemessenen Drucks nach oben an. Da der bevorzugte Drucksensor keine positive Toleranz aufweisen darf, kann sichergestellt werden, dass der tatsächliche Druck nie höher als der gemessene Druck ist, was zum sicheren Betrieb der Wärmepumpe beiträgt.
-
Figurenliste
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels, auf welches die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, näher beschrieben.
-
Es zeigen schematisch:
- 1 illustriert eine gattungsgemäße Wärmepumpe.
- 2 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Wärmepumpensystems mit SHD und Drucksensor.
- 3 zeigt ein Diagramm, das einen ersten Betriebszustand der Wärmepumpe illustriert.
- 4 zeigt ein Diagramm, das einen ersten Betriebszustand und einen zweiten Betriebszustand der Wärmepumpe illustriert.
- 5 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Prüfen eines Sicherheit-Hochdruckschalters illustriert.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG ANHAND VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
-
Bei der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
-
1 illustriert ein Ausführungsbeispiel einer Wärmepumpe 1, insbesondere für ein Gebäude G. Die Wärmepumpe 1 umfasst einen Verdampfer 2, ein Vier-Wege-Schaltventil 3, einen Verdichter 4, einen Verflüssiger 5, einen Sammler 6, ein regelbares Expansionsventil 7, einen Lüfter 8 und eine Regeleinrichtung 10.
-
Der Verdampfer 2 dient zum Wärmeübertrag von der Umgebungsluft auf ein im Kreislauf der Wärmepumpe zirkulierendes Kältemittel. Das Kältemittel nimmt die Wärmeenergie aus der Wärmequelle (Luft, Erdreich oder Wasser) auf und verdampft. Dann gibt das Kältemittel die Wärme an einen Verbraucher (hier Verflüssiger 5) ab, indem es wieder kondensiert.
-
In diesen Phasenübergängen steckt immer Energie, theoretisch ist deshalb jeder Stoff als Kältemittel denkbar. Ein für eine Wärmepumpe geeignetes Kältemittel muss jedoch einige besondere Eigenschaften aufweisen: Es soll einen möglichst niedrigen Siedepunkt, ein kleines Dampfvolumen und eine hohe volumenbezogene Kälteleistung besitzen. Außerdem darf es die Bauteile und eingesetzten Schmierstoffe nicht angreifen, es sollte möglichst ungiftig, nicht explosiv und nicht brennbar sein. Die Auswirkungen auf die Ozonschicht und auf den Treibhauseffekt müssen so klein wie möglich sein. Bekannte Kältemittel für Luft-Wasser-Wärmepumpen umfassen beispielsweise Pentafluorethan, CO2, Propan oder Butan.
-
Der Verdampfer 2 kann beispielsweise außerhalb eines Gebäudes G angeordnet sein, beziehungsweise über eine Luftzufuhr mit Umgebungsluft versorgt werden. Die zugeführte Luftmenge kann über den Lüfter 8 (Ventilator) geregelt werden. Für einen effizienten Wärmeübertrag von der Umgebungsluft auf das Kältemittel kann der Verdampfer 2 eine Vielzahl von Lamellen aufweisen, welche die Oberfläche des Verdampfers vergrößern. Durch den Wärmeübertrag von der Umgebungsluft auf den Verdampfer 2 wird das Kältemittel zum Verdampfen gebracht.
-
Das Kältemittel strömt vom Verdampfer 2 zunächst zum Vier-Wege-Schaltventil 3 und von dort weiter zum Verdichter 4. Das Ventil 3 sorgt dafür, dass ausschließlich überhitzter Dampf in den Verdichter 4 gelangt. Der Verdichter 4 ist beispielsweise ein elektrisch angetriebener Scroll-Verdichter und dient zum Verdichten des Kältemittels. Durch das Verdichten erhöht sich die Temperatur des gasförmigen Kältemittels, so dass es für Anwendungen wie Heizen oder Warmwasseraufbereitung nutzbar wird.
-
Das verdichtete Kältemittel fließt weiter zum Verflüssiger 5, in dem ein Wärmeübertrag vom Kältemittel auf ein Wärmeträgermedium (zum Beispiel Wasser oder Luft), das beispielsweise in einem ein Heizsystem H oder Lüftungssystem des Gebäudes G fließt, stattfindet. Bei diesem Wärmeübertrag verflüssigt sich das Kältemittel, so dass auch die dabei freiwerdende Kondensationswärme als nutzbare Wärme für das Heizsystem H übertragen wird. Der Verflüssiger 5 kann beispielsweise ein Plattenwärmetauscher sein.
-
Das verflüssigte Kältemedium sammelt sich zunächst im Sammler 6. Von hier strömt es durch das regelbare Expansionsventil 7. Das Expansionsventil 7 hat im Wärmepumpenkreislauf die Aufgabe, nach der Übergabe der Wärme an das Heizsystem H das flüssige, aber noch unter hohem Druck stehende Kältemittel zu entspannen. Das Kältemittel wird so in einen Zustand versetzt, der die erneute Aufnahme von Umweltwärme ermöglicht. Um zu verhindern, dass Flüssigkeit in den Verdichter 2 gelangt, regelt das Expansionsventil 7 die Kältemittelmenge (Kältemittelmassenstrom) so, dass nur so viel Kältemittel in den Verdampfer 2 gelangt, wie dort vollständig verdampfen kann. Das geregelte Expansionsventil 7 kann insbesondere Schwankungen der Quellentemperatur und der Leistung ausgleichen.
-
2 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines Wärmepumpensystems mit einer Wärmepumpe 1, die im Wesentlichen identisch funktioniert wie die Wärmepumpe 1 der 1. Zusätzlich sind in 2 ein Drucksensor 11 zum Messen eines Drucks des Kältemittels und ein Sicherheit-Hochdruckschalter 12, SHD, dargestellt.
-
Der Drucksensor 11 gibt ein Sensorsignal an die Regeleinrichtung 10 aus. Erreicht der gemessene Druck im Kältemittel einen ersten Grenzwert, schaltet die Regeleinrichtung 10 den Verdichter 4 ab. Hierdurch wird eine erste Sicherheitsschaltung zum Verhindern eines zu hohen Drucks im Kältemittel verwirklicht.
-
Eine zweite, redundante Sicherheitsschaltung wird durch den SHD 12 verwirklicht. Sollte der Druck im Kältemittel über einen zweiten Grenzwert steigen, der höher als der erste Grenzwert ist, schaltet der SHD den Verdichter 4 ab, selbst wenn die Regeleinrichtung 10 und/oder der Drucksensor 11 nicht funktionieren sollten. Die Abschaltung durch den SHD 12 funktioniert hiervon unabhängig.
-
3 ist ein Diagramm, das einen Normalbetrieb des in 2 dargestellten Wärmepumpensystems illustriert. Im Diagramm der 3 ist der Druck p gegen die Zeit t aufgetragen. Die gepunktete Fläche steht für einen Arbeitsbereich des Drucksensors 11, der bis zum ersten Grenzwert GW1 geht. Solange der Drucksensor 11 einen Druck innerhalb des gepunkteten Bereichs misst, kann das Wärmepumpensystem normal betrieben werden.
-
Die schraffierte Fläche B illustriert einen Sicherheitsabstand B zwischen dem ersten Grenzwert GW1 und einem zweiten Grenzwert GW2, bei dem eine Sicherheitsabschaltung durch den SHD 12 erfolgt. Würde der Drucksensor 11 einen Druck messen, der in den Sicherheitsabstand B fällt, so würde die Regeleinrichtung 10 den Verdichter 4 abschalten, so dass ein weiterer Anstieg des Drucks verhindert werden kann.
-
4 zeigt ein Diagramm, das den erfindungsgemäßen zweiten Betriebszustand BZ2 illustriert. Bis zum Zeitpunkt t1 wird die Wärmepumpe 1 im ersten Betriebszustand BZ1 betrieben. Dieser Normalbetrieb entspricht der 3.
-
Zum Zeitpunkt t1 versetzt ein Servicetechniker die Wärmepumpe 1 in den zweiten Betriebszustand BZ2, um den SHD 12 zu testen. Im zweiten Betriebszustand BZ2 wird der erste Grenzwert auf einen neuen Wert GW1a angehoben, der größer als der zweite Grenzwert GW2 ist. Nach Abschluss der Prüfung wird die Wärmepumpe 1 ab Zeitpunkt t2 wieder im ersten Betriebszustand BZ1 betrieben.
-
5 illustriert das erfindungsgemäße Verfahren zum Prüfen des Sicherheit-Hochdruckschalters 12, SHD, anhand eines Flussdiagramms. Im ersten Schritt S1 wird die Wärmepumpe 1 im ersten Betriebszustand betrieben. Dabei wird der Druck eines Kältemittels, das im Kreislauf der Wärmepumpe 1 zirkuliert, vom Drucksensor 11 gemessen.
-
Im ersten Betriebszustand regelt die Regeleinrichtung 10 die Drehzahl eines Verdichters 4 der Wärmepumpe 1 in Abhängigkeit des gemessenen Drucks. Wenn der gemessene Druck gleich groß wie oder größer als der erste Grenzwert ist, schaltet die Regeleinrichtung 10 den Verdichter 4 ab.
-
Nun soll eine Prüfung der Funktionsfähigkeit des SHD 12 durchgeführt werden, Hierzu versetzt ein Servicetechniker in Schritt S2 die Wärmepumpe 1 in einen zweiten Betriebszustand. Dies kann der Servicetechniker beispielsweise durch Eingabe an einer Schnittstelle an der Regeleinrichtung 10 bewirken. In bevorzugten Ausführungen kann dies auch als Remote-Zugriff durchgeführt werden, beispielsweise über eine App auf einem mobilen Endgerät des Servicetechnikers oder über einen Browser, der über das Internet auf eine Anwendung auf einem Server oder einer Cloud steuern kann.
-
Im zweiten Betriebszustand S2 hebt die Regeleinrichtung 10 den ersten Grenzwert auf einen Wert an, der gleich groß wie oder größer als der zweite Grenzwert ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Regeleinrichtung 10 keine Abschaltung durchführt, wenn der vom Drucksensor 11 gemessene Druck einen Wert zwischen dem ursprünglichen ersten Grenzwert des ersten Betriebszustands und dem zweiten Grenzwert erreicht.
-
Zusätzlich unterbricht die Regeleinrichtung in S2 einen Volumenstrom des Wärmeträgermediums H des Wärmepumpensystems. Hierzu kann die Regeleinrichtung 10 beispielsweise eine Umwälzpumpe in einem Heizkreis des Wärmepumpensystems oder einen Ventilator in einem Lüftungsschacht des Wärmepumpensystems abschalten.
-
Vorzugsweise kann die Regeleinrichtung 10 in Schritt S2 die Drehzahl des Verdichters 4 kontinuierlich erhöhen, so dass der Druck im Kältemittel schneller ansteigt. Diese Maßnahme kann insbesondere die Dauer des Prüfverfahrens verkürzen.
-
In Schritt S3 erreicht der Druck im Kältemittel den zweiten Grenzwert. Ein funktionierender SHD 12 soll dann eine Sicherheitsabschaltung durchführen.
-
Falls der SHD 12 in Schritt S3 die Sicherheitsabschaltung durchführt (JA in S3), gibt die Regeleinrichtung 10 im folgenden Schritt S4 eine Erfolgsmeldung aus. Die Ausgabe kann über eine Schnittstelle der Regeleinrichtung 10 erfolgen, beispielsweise über die App auf dem Endgerät des Servicetechnikers. Anschließend kann die Regeleinrichtung 10 oder der Servicetechniker die Wärmepumpe 1 wieder in den ersten Betriebszustand versetzen (zurück zu Schritt S1).
-
Falls der SHD 12 in SchrittS3 keine Sicherheitsabschaltung durchführt (NEIN in S3), so wird erkannt, dass der SHD 12 die Prüfung nicht bestanden hat, also fehlerhaft ist. Somit gibt die Regeleinrichtung 10 im folgenden Schritt S5 eine Fehlermeldung aus. Die Ausgabe kann über die Schnittstelle der Regeleinrichtung 10 erfolgen, beispielsweise über die App auf dem Endgerät des Servicetechnikers. Die Fehlermeldung kann insbesondere eine Handlungsempfehlung enthalten, beispielsweise eine Anweisung zum Austauschen des SHD 12.
-
Ein weiterer Betrieb im ersten Betriebszustand ist vorerst nicht möglich, insbesondere solange der Servicetechniker keinen Austausch des SHD 12 bzw. eine Reparatur des SHD 12 bestätigt.
-
Das beschriebene Verfahren ermöglicht eine effiziente und einfache Überprüfung des SHD 12, so dass ein sicherer Betrieb der Wärmepumpe 1 gewährleistet werden kann, ohne dass der SHD bei jeder planmäßigen Wartung zwingend ausgetauscht werden muss.
-
Das beschriebene Verfahren kann vorzugsweise automatisiert durchgeführt werden. Hierzu kann über die Schnittstelle der Regeleinrichtung 10 vom Server oder der Cloud ein entsprechender Steuerbefehl empfangen werden. Nur wenn das Ergebnis der Überprüfung negativ ist (NEIN in S3) muss sich ein Servicetechniker zum Warten an den Ort des Wärmepumpensystems begeben. Somit kann die Überprüfung des SHD 12 in vorteilhafter Weise aus der Ferne erfolgen.
-
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Wärmepumpe
- 2
- Verdampfer
- 3
- Vier-Wege-Ventil
- 4
- Verdichter
- 5
- Verflüssiger
- 6
- Sammler
- 7
- Expansionsventil
- 8
- Lüfter
- 9
- Temperatursensor
- 10
- Regeleinrichtung
- 11
- Drucksensor
- 12
- Sicherheit-Hochdruckschalter SHD
- GW1
- erster Grenzwert
- GW2
- zweiter Grenzwert
- BZ1
- erster Betriebszustand
- BZ2
- zweiter Betriebszustand
-
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
-
- DE 102007052532 A1 [0010]
