DE102023106862A1 - Method for monitoring loss of working fluid from a heat pump and correspondingly monitored heat pump - Google Patents
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Abstract
Um die Effizienz einer Wärmepumpe (10) zu gewährleisten, wird ein automatisches Verfahren zum Überwachen von Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe (10) vorgeschlagen, welches ein dauerhaftes Erfassen von Leistungsdaten der Fördervorrichtung (15), ein Einschätzen der Temperatur des Arbeitsmittels auf Grundlage der erfassten Leistungsdaten der Fördervorrichtung (15), ein Erfassen einer tatsächlichen Temperatur des Arbeitsmittels im Arbeitsmittelkreislauf (12) durch wenigstens einen ausgewählten Sensor (24a-d, 25a-d), und ein Beurteilen eines Arbeitsmittelverlustes aus der Wärmepumpe (10) basierend auf einer ermittelten Differenz zwischen der eingeschätzten Temperatur und der erfassten tatsächlichen Temperaturen aufweist. Falls auf diese Weise ein Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe (10) beurteilt wird, wird vorzugsweise ein entsprechender Hinweis an einen Benutzer ausgegeben, um den Benutzer anzuregen, Reparaturmaßnahmen an der Wärmepumpe durchzuführen, und Benutzer und Umwelt vor Schaden durch ausgetretene Arbeitsmittel zu bewahren.In order to ensure the efficiency of a heat pump (10), an automatic method for monitoring working fluid loss from the heat pump (10) is proposed, which comprises continuously recording performance data of the conveying device (15), estimating the temperature of the working fluid on the basis of the recorded performance data of the conveying device (15), recording an actual temperature of the working fluid in the working fluid circuit (12) by at least one selected sensor (24a-d, 25a-d), and assessing a working fluid loss from the heat pump (10) based on a determined difference between the estimated temperature and the recorded actual temperatures. If a working fluid loss from the heat pump (10) is assessed in this way, a corresponding notice is preferably issued to a user in order to encourage the user to carry out repair measures on the heat pump and to protect users and the environment from damage caused by leaked working fluids.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen von Arbeitsmittelverlust aus einer Wärmepumpe und auch eine Wärmepumpe, die ein solches Verfahren ausführen kann.The present invention relates to a method for monitoring working fluid loss from a heat pump and also to a heat pump capable of carrying out such a method.
Eine Wärmepumpe als Kältemaschine oder Heizmaschine hat üblicherweise einen geschlossenen Arbeitsmittelkreislauf mit einer Fördervorrichtung zum Fördern eines Arbeitsmittels durch den Arbeitsmittelkreislauf, eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben der Fördervorrichtung und wenigstens einen Wärmeübertrager, in dem das Arbeitsmittel mit einem Nutzmittel eines Nutzmittelkreislaufs für ein thermisches Objekt in Wärmeaustausch steht. Im Laufe der Zeit kann es im Arbeitsmittelkreislauf durch Verschleiß oder Beschädigung zu Leckagen kommen, durch welche das Arbeitsmittel dann aus dem Arbeitsmittelkreislauf austritt. Dies kann sowohl zu einem kurzfristigen Totalverlust des Arbeitsmittels als auch zu einem langfristigen Entweichen des Arbeitsmittels führen. Unterschreitet die Arbeitsmittelmenge im Kältemittelkreislauf einen gewissen Wert, verliert die Maschine an Effizienz; bei einem zunehmenden Arbeitsmittelverlust sinkt der Wirkungsgrad, bis die Maschine aufgrund von Arbeitsmittelmangel komplett ausfällt. Außerdem sind vereinzelte Arbeitsmittel für den Benutzer sowie die Umwelt toxisch und/oder brennbar, sodass eine frühzeitige Leckageerkennung zur Sicherung von Benutzer und Umwelt beitragen soll. Es wurden deshalb für die Detektion von Leckagen der Wärmepumpe bereits Gassensoren und Drucksensoren innerhalb des Wärmepumpengehäuses vorgeschlagen, welche einerseits einen zusätzlichen Herstellungsaufwand durch diese zusätzlichen Sensorsysteme erzeugen und durch welche andererseits nur sehr große Arbeitsmittelverluste erfasst werden können.A heat pump as a refrigeration or heating machine usually has a closed working fluid circuit with a conveying device for conveying a working fluid through the working fluid circuit, a drive device for driving the conveying device and at least one heat exchanger in which the working fluid is in heat exchange with a useful fluid of a useful fluid circuit for a thermal object. Over time, wear or damage can lead to leaks in the working fluid circuit, through which the working fluid then escapes from the working fluid circuit. This can lead to both a short-term total loss of the working fluid and a long-term escape of the working fluid. If the amount of working fluid in the refrigeration circuit falls below a certain value, the machine loses efficiency; with increasing loss of working fluid, the efficiency drops until the machine fails completely due to a lack of working fluid. In addition, some working fluids are toxic and/or flammable for the user and the environment, so early leak detection should help to protect users and the environment. For this reason, gas sensors and pressure sensors within the heat pump housing have already been proposed for the detection of leaks in the heat pump. On the one hand, these additional sensor systems require additional manufacturing effort and, on the other hand, they can only detect very large losses of working fluid.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Überwachen von Arbeitsmittelverlust aus einer Wärmepumpe zu entwickeln, durch welches bereits geringe Arbeitsmittelverluste erkennbar sind, damit Reparaturen früher ausgeführt werden können, und welches keine zu großen Herstellungs- und Kostenaufwände generiert.It is the object of the invention to develop an improved method for monitoring working fluid loss from a heat pump, by means of which even small working fluid losses can be detected so that repairs can be carried out earlier, and which does not generate excessive manufacturing and cost expenditure.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das automatische Verfahren zum Überwachen von Arbeitsmittelverlust aus einer Wärmepumpe, das im unabhängigen Anspruch 1 definiert ist. Einige vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieses Erfindungsgegenstandes sowie Realisierungen und Anwendungen dieser Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by the automatic method for monitoring working fluid loss from a heat pump, which is defined in independent claim 1. Some advantageous embodiments and further developments of this subject matter of the invention as well as realizations and applications of this invention are the subject matter of the dependent claims.
Es wird ein automatisches Verfahren zum Überwachen von Arbeitsmittelverlust aus einer Wärmepumpe (je nach Anwendung als Kältemaschine oder Heizmaschine einsetzbar) mit einem Arbeitsmittelkreislauf mit einer Fördervorrichtung zum Fördern eines Arbeitsmittels (je nach Anwendung zum Beispiel Kältemittel oder Heizmittel) durch den Arbeitsmittelkreislauf, einer Antriebsvorrichtung zum Antreiben der Fördervorrichtung, wenigstens einem Wärmeübertrager, in dem das Arbeitsmittel mit einem Nutzmittel eines Nutzmittelkreislaufs für ein thermisches Objekt (Kühlobjekt oder Heizobjekt) in Wärmeaustausch steht, und wenigstens einem Sensor (z.B. Temperatursensor bzw. Kreislaufsensor) zur Temperaturerfassung des Arbeitsmittels im Arbeitsmittelkreislauf vorgeschlagen, bei dem gemäß der Erfindung ein dauerhaftes Erfassen von Leistungsdaten der Fördervorrichtung; ein Einschätzen der Temperatur des Arbeitsmittels auf Grundlage der erfassten Leistungsdaten der Fördervorrichtung; ein Erfassen einer tatsächlichen Temperatur des Arbeitsmittels im Arbeitsmittelkreislauf durch einen ausgewählten des wenigstens einen Sensors; ein Ermitteln der Differenz zwischen der eingeschätzten Temperatur und der erfassten tatsächlichen Temperatur des Arbeitsmittels; und ein Beurteilen, ob ein Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe vorhanden ist, basierend auf der ermittelten Differenz der eingeschätzten und tatsächlichen Temperaturen, ausgeführt werden.An automatic method is proposed for monitoring working fluid loss from a heat pump (can be used as a refrigeration machine or heating machine depending on the application) with a working fluid circuit with a conveying device for conveying a working fluid (depending on the application, for example coolant or heating fluid) through the working fluid circuit, a drive device for driving the conveying device, at least one heat exchanger in which the working fluid is in heat exchange with a utility fluid of a utility fluid circuit for a thermal object (cooling object or heating object), and at least one sensor (e.g. temperature sensor or circuit sensor) for detecting the temperature of the working fluid in the working fluid circuit, in which according to the invention a permanent recording of performance data of the conveying device; an assessment of the temperature of the working fluid on the basis of the recorded performance data of the conveying device; a recording of an actual temperature of the working fluid in the working fluid circuit by a selected one of the at least one sensors; a determination of the difference between the estimated temperature and the recorded actual temperature of the working fluid; and an assessment of whether there is a loss of working fluid from the heat pump based on the determined difference between the estimated and actual temperatures.
Die Leistungsdaten der Fördervorrichtung (insbesondere Verdichter / Kompressor) können durch standardmäßig in der Fördervorrichtung vorhandene Sensorsysteme erfasst werden, und die tatsächlichen Temperaturen des Arbeitsmittels im Arbeitsmittelkreislauf können durch standardmäßig im Arbeitsmittelkreislauf vorhandene Sensoren (üblicherweise Kreislaufsensoren für Temperatur und Druck in der Arbeitsmittelleitung sowie Temperatursensoren in Elementen des Arbeitsmittelkreislaufs) erfasst werden, sodass in die Wärmepumpe für die Realisierung des vorgeschlagenen Überwachungsverfahrens keine zusätzlichen Elemente eingesetzt werden müssen. Die Fördervorrichtung treibt einen Arbeitsmittelmassenstrom, wobei sich dieser innerhalb des geschlossenen Arbeitsmittelkreislaufs auf den Antrieb der Fördervorrichtung auswirkt, und wobei Druck, Masse und Temperatur des Arbeitsmittels im geschlossenen Arbeitsmittelkreislauf abhängig zueinander sind. Der Arbeitsmitteldruck wirkt eine Kraft auf den Rotor aus, die sich auf das Leistungsbild der Fördervorrichtung auswirkt, und der elektrische Widerstand der Motorwicklungen, die Magnetfelder und damit die Leistungsaufnahme der Fördervorrichtung sind temperaturabhängig, sodass auf Grundlage der Leistungsdaten der Fördervorrichtung die Temperatur des Arbeitsmittels eingeschätzt werden kann. Wenn der Druck durch zum Beispiel eine Leckage sinkt, ändert sich das Druck-Temperatur-Verhältnis des Kreislaufsystems, sodass das sich verändernde Verhältnis die Leistungsaufnahme der Fördervorrichtung beeinflusst, was zu einer Änderung der Temperatureinschätzung führt, und damit eine Abweichung der eingeschätzten Temperatur zur tatsächlichen Temperatur stattfindet. Die zu erfassenden Leistungsdaten der Fördervorrichtung enthalten beispielsweise wenigstens einen Parameter, der ausgewählt ist aus einem elektrischen Widerstand der Motorwicklungen und der Leistungsaufnahme der Fördervorrichtung. Durch das Einschätzen und Auswerten der Temperatur aus den Leistungsdaten der Fördervorrichtung können somit auch schon geringe Arbeitsmittelverluste erkannt werden. Wenn kein Arbeitsmittelverlust existiert, ist natürlich im Wesentlichen keine Differenz zwischen der eingeschätzten Temperatur und der tatsächlichen Temperatur vorhanden.The performance data of the conveying device (in particular the compressor) can be recorded by sensor systems that are standard in the conveying device, and the actual temperatures of the working fluid in the working fluid circuit can be recorded by sensors that are standard in the working fluid circuit (usually circuit sensors for temperature and pressure in the working fluid line and temperature sensors in elements of the working fluid circuit), so that no additional elements need to be used in the heat pump to implement the proposed monitoring method. The conveying device drives a working fluid mass flow, which affects the drive of the conveying device within the closed working fluid circuit, and the pressure, mass and temperature of the working fluid in the closed working fluid circuit are dependent on one another. The working fluid pressure exerts a force on the rotor that affects the performance of the conveying device, and the electrical resistance of the motor windings, the magnetic fields and thus the power consumption of the conveying device are temperature-dependent, so that the temperature of the working fluid can be estimated on the basis of the performance data of the conveying device. If the pressure drops due to a leak, for example, the pressure-temperature ratio of the circulation system changes, so that the changing ratio affects the power consumption of the conveying device, which leads to a change This leads to an error in the temperature estimate and thus a deviation between the estimated temperature and the actual temperature. The performance data of the conveyor device to be recorded contains, for example, at least one parameter that is selected from an electrical resistance of the motor windings and the power consumption of the conveyor device. By estimating and evaluating the temperature from the performance data of the conveyor device, even small losses of working fluid can be detected. If there is no loss of working fluid, there is of course essentially no difference between the estimated temperature and the actual temperature.
Vorzugsweise weist das Verfahren ferner ein Vergleichen der ermittelten Differenz der Temperaturen mit einem vorbestimmten Grenzwert auf, der dem ausgewählten des wenigstens einen Sensors zugeordnet ist, und ein vorhandener Arbeitsmittelverlust wird dann beurteilt, wenn ermittelt worden ist, dass die ermittelte Differenz der Temperaturen den vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Ohne Differenz zwischen eingeschätzter Temperatur und tatsächlicher Temperatur existiert sicher kein Arbeitsmittelverlust. Aber die Nutzung eines Grenzwertes unterstützt vorteilhafterweise die Varianten, dass bei einer geringen Differenz der Temperaturen voraussichtlich ein Arbeitsmittelverlust vorhanden ist und bei hoher Differenz der Temperaturen ganz sicher ein Arbeitsmittelverlust vorhanden ist. Außerdem ist der vorbestimmte Grenzwert dem für dieses Verfahren ausgewählten Sensor zum Erfassen der tatsächlichen Temperatur des Arbeitsmittels angepasst, da in verschiedenen Positionen im Arbeitsmittelkreislauf naturgemäß verschiedene Temperaturen des Arbeitsmittels vorhanden sind. Diese Nutzung eines Grenzwerts unterstützt die richtige Auswertung der eingeschätzten Temperatur im Fall einer auch ohne Arbeitsmittelverlust vorhandenen Temperaturdifferenz, wenn ein Sensor benutzt wird, der an einer anderen Stelle im Arbeitsmittelkreislauf vorhanden ist, wo das Arbeitsmittel standardgemäß eine andere Temperatur als an der Fördervorrichtung hat. Und vorzugsweise weist das Verfahren ferner ein Beurteilen der Menge des Arbeitsmittelverlustes basierend auf der Größe der Grenzwertüberschreitung, wenn ein vorhandener Arbeitsmittelverlust beurteilt wird, auf.Preferably, the method further comprises comparing the determined difference in temperatures with a predetermined limit value associated with the selected one of the at least one sensors, and an existing loss of working fluid is assessed when it has been determined that the determined difference in temperatures exceeds the predetermined limit value. Without a difference between the estimated temperature and the actual temperature, there is certainly no loss of working fluid. However, the use of a limit value advantageously supports the variants that a loss of working fluid is likely to occur with a small difference in temperatures and a loss of working fluid is definitely present with a large difference in temperatures. In addition, the predetermined limit value is adapted to the sensor selected for this method for detecting the actual temperature of the working fluid, since different temperatures of the working fluid are naturally present in different positions in the working fluid circuit. This use of a limit value supports the correct evaluation of the estimated temperature in the case of a temperature difference that exists even without a loss of working fluid, if a sensor is used that is present at a different location in the working fluid circuit, where the working fluid is normally at a different temperature than at the conveyor device. And preferably, the method further comprises assessing the amount of working fluid loss based on the magnitude of the limit violation when assessing an existing working fluid loss.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Verfahren ferner ein Ausgeben (z.B. optisch, akustisch und/oder digital) eines Hinweises an einen Benutzer auf, der einen Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe anzeigt. Basierend auf einen solchen Hinweis kann der Benutzer eine Reparatur der Wärmepumpe aktivieren und sich und die Umwelt vor ausgeleiteten kritischen Arbeitsmitteln schützen. Und wenn auch die Menge des Arbeitsmittelverlustes basierend auf der Größe der Grenzwertüberschreitung beurteilt wird, kann der an den Benutzer ausgegebene Hinweis vorzugsweise abhängig von der beurteilten Menge des Arbeitsmittelverlustes einen geringfügigen Arbeitsmittelverlust oder einen Totalverlust des Arbeitsmittels aus der Wärmepumpe anzeigen.In one embodiment of the invention, the method further comprises outputting (e.g. optically, acoustically and/or digitally) a notification to a user indicating a loss of working fluid from the heat pump. Based on such a notification, the user can activate a repair of the heat pump and protect himself and the environment from critical working fluids being discharged. And if the amount of working fluid loss is also assessed based on the magnitude of the limit value violation, the notification issued to the user can preferably indicate a minor loss of working fluid or a total loss of the working fluid from the heat pump depending on the assessed amount of working fluid loss.
Bei dem erfindungsgemäßen Überwachungsverfahren kann die tatsächliche Temperatur des Arbeitsmittels im Arbeitsmittelkreislauf vorzugsweise durch einen Temperatursensor in der Fördervorrichtung oder einen Kreislaufsensor stromauf der Fördervorrichtung oder einen Kreislaufsensor stromab der Fördervorrichtung gemessen werden, da bei diesen Varianten die an der Fördervorrichtung eingeschätzte Temperatur ohne Arbeitsmittelverlust der erfassten tatsächlichen Temperatur im Wesentlichen übereinstimmt. Alternativ kann die tatsächliche Temperatur des Arbeitsmittels im Arbeitsmittelkreislauf auch durch einen Kreislaufsensor auf der der Fördervorrichtung gegenüberliegenden Seite eines jeweiligen Wärmeübertragers, einen Temperatursensor im jeweiligen Wärmeübertrager oder einen Temperatursensor im Expansionsorgan erfasst werden, wobei in diesen Varianten vorzugsweise das oben erläuterte Vergleichen der Temperaturdifferenz mit einem zugeordneten Grenzwert ausgeführt wird.In the monitoring method according to the invention, the actual temperature of the working medium in the working medium circuit can preferably be measured by a temperature sensor in the conveying device or a circuit sensor upstream of the conveying device or a circuit sensor downstream of the conveying device, since in these variants the temperature estimated at the conveying device without loss of working medium essentially corresponds to the actual temperature recorded. Alternatively, the actual temperature of the working medium in the working medium circuit can also be recorded by a circuit sensor on the side of a respective heat exchanger opposite the conveying device, a temperature sensor in the respective heat exchanger or a temperature sensor in the expansion element, wherein in these variants the comparison of the temperature difference with an associated limit value explained above is preferably carried out.
In einer Ausgestaltung der Erfindung werden mehrere tatsächliche Temperaturen des Arbeitsmittels im Arbeitsmittelkreislauf durch jeweils ausgewählte Sensoren erfasst. In diesem Fall werden die jeweiligen Differenzen zwischen der eingeschätzten Temperatur und den erfassten tatsächlichen Temperaturen des Arbeitsmittels ermittelt und werden die ermittelten Differenzen der Temperaturen mit vorbestimmten Grenzwerten, die den jeweiligen Sensoren zugeordnet sind, verglichen. Da das Arbeitsmittel in verschiedenen Stellen des Arbeitsmittelkreislaufs standardgemäß unterschiedliche Temperaturen hat, müssen den verschiedenen Sensoren unterschiedliche Grenzwerte der Temperaturdifferenzen zugeordnet sein. Diese Variante mit mehreren Sensoren und dementsprechend mehreren zu bearbeitenden Temperaturdifferenzen mag etwas aufwändiger sein, aber vorteilhafterweise noch zuverlässiger einen vorhandenen Arbeitsmittelverlust beurteilen können. In einer Variante kann ein Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe als vorhanden beurteilt werden, wenn mindestens ein vorbestimmter Grenzwert durch die ermittelte Differenz der Temperaturen überschritten wird. In einer anderen Variante, die noch zuverlässiger einen vorhandenen Arbeitsmittelverlust beurteilt, kann ein Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe als vorhanden beurteilt werden, wenn alle vorbestimmten Grenzwerte durch die ermittelten Differenzen der Temperaturen überschritten werden.In one embodiment of the invention, several actual temperatures of the working fluid in the working fluid circuit are recorded by selected sensors. In this case, the respective differences between the estimated temperature and the recorded actual temperatures of the working fluid are determined and the determined temperature differences are compared with predetermined limit values that are assigned to the respective sensors. Since the working fluid has different temperatures in different places in the working fluid circuit as standard, different limit values of the temperature differences must be assigned to the different sensors. This variant with several sensors and accordingly several temperature differences to be processed may be somewhat more complex, but can advantageously assess an existing working fluid loss even more reliably. In one variant, a working fluid loss from the heat pump can be assessed as existing if at least one predetermined limit value is exceeded by the determined temperature difference. In another variant, which assesses an existing working fluid loss even more reliably, a working fluid loss from the heat pump can be assessed as existing if all predetermined limit values are exceeded by the determined temperature differences.
In einer Ausgestaltung der Erfindung werden das Einschätzen der Temperatur des Arbeitsmittels, das Ermitteln der Differenz zwischen der eingeschätzten Temperatur und der erfassten tatsächlichen Temperatur des Arbeitsmittels und das Beurteilen des Arbeitsmittelverlustes aus der Wärmepumpe durch ein computergestütztes Verfahren durchgeführt, welches von einem Benutzer und/oder selbst durch künstliche Intelligenz eingestellt wird. Und je nach Ausführungsform des Überwachungsverfahrens wird durch dieses computergestützte Verfahren gegebenenfalls auch das Vergleichen der ermittelten Differenz der Temperaturen mit dem vorbestimmten Grenzwert durchgeführt.In one embodiment of the invention, the estimation of the temperature of the working medium, the determination of the difference between the estimated temperature and the recorded actual temperature of the working medium and the assessment of the loss of working medium from the heat pump are carried out by a computer-aided method which is set by a user and/or by artificial intelligence itself. And depending on the embodiment of the monitoring method, this computer-aided method may also compare the determined difference in temperatures with the predetermined limit value.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält eine Wärmepumpe (je nach Anwendung als Kältemaschine oder Heizmaschine einsetzbar) einen Arbeitsmittelkreislauf mit einer Fördervorrichtung zum Fördern eines Arbeitsmittels (je nach Anwendung zum Beispiel Kältemittel oder Heizmittel) durch den Arbeitsmittelkreislauf, einer Antriebsvorrichtung zum Antreiben der Fördervorrichtung und wenigstens einem Wärmeübertrager, in dem das Arbeitsmittel mit einem Nutzmittel eines Nutzmittelkreislaufs für ein thermisches Objekt (Kühlobjekt oder Heizobjekt) in Wärmeaustausch steht, und wenigstens einen Sensor (z.B. Temperatursensor bzw. Kreislaufsensor) zur Temperaturerfassung des Arbeitsmittels im Arbeitsmittelkreislauf, wobei die Fördervorrichtung eine Leistungssensorik zum Erfassen von Leistungsdaten der Fördervorrichtung aufweist, und wobei die Wärmepumpe ferner eine Auswerteeinheit aufweist, die mit der Leistungssensorik der Fördervorrichtung verbunden ist und konfiguriert ist, um das oben diskutierte automatische Verfahren zum Überwachen von Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe gemäß der Erfindung durchzuführen.According to a further aspect of the invention, a heat pump (can be used as a refrigeration machine or heating machine depending on the application) contains a working fluid circuit with a conveying device for conveying a working fluid (depending on the application, for example, coolant or heating fluid) through the working fluid circuit, a drive device for driving the conveying device and at least one heat exchanger in which the working fluid is in heat exchange with a utility fluid of a utility fluid circuit for a thermal object (cooling object or heating object), and at least one sensor (e.g. temperature sensor or circuit sensor) for detecting the temperature of the working fluid in the working fluid circuit, wherein the conveying device has a power sensor system for detecting performance data of the conveying device, and wherein the heat pump further has an evaluation unit which is connected to the power sensor system of the conveying device and is configured to carry out the automatic method discussed above for monitoring working fluid loss from the heat pump according to the invention.
Mit dieser erfindungsgemäßen Wärmepumpe werden dieselben Vorteile wie mit dem erfindungsgemäßen automatischen Überwachungsverfahren erzielt. Bezüglich der Vorteile und Erklärungen wird deshalb auch auf die oben in Bezug auf das Verfahren erläuterten Vorteile und Erklärungen verwiesen.With this heat pump according to the invention, the same advantages are achieved as with the automatic monitoring method according to the invention. With regard to the advantages and explanations, reference is therefore also made to the advantages and explanations explained above with regard to the method.
Die Wärmepumpe weist vorzugsweise ferner ein Ausgabeelement auf, das mit der Auswerteeinheit verbunden ist und konfiguriert ist, um an einen Benutzer einen Hinweis auf Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe auszugeben (z.B. optisch, akustisch und/oder digital).The heat pump preferably further comprises an output element which is connected to the evaluation unit and is configured to output to a user an indication of loss of working fluid from the heat pump (e.g. optically, acoustically and/or digitally).
Vorzugsweise enthält der wenigstens eine Sensor zur Temperaturerfassung einen Temperatursensor in der Fördervorrichtung und/oder einen Kreislaufsensor stromauf der Fördervorrichtung und/oder einen Kreislaufsensor stromab der Fördervorrichtung. Alternativ oder zusätzlich können auch ein Kreislaufsensor auf der der Fördervorrichtung gegenüberliegenden Seite eines jeweiligen Wärmeübertragers und/oder ein Temperatursensor im jeweiligen Wärmeübertrager und/oder ein Temperatursensor im Expansionsorgan enthalten sein.Preferably, the at least one sensor for temperature detection contains a temperature sensor in the conveying device and/or a circuit sensor upstream of the conveying device and/or a circuit sensor downstream of the conveying device. Alternatively or additionally, a circuit sensor on the side of a respective heat exchanger opposite the conveying device and/or a temperature sensor in the respective heat exchanger and/or a temperature sensor in the expansion element can also be included.
In einer Ausgestaltung der Erfindung enthält die Auswerteeinheit ein computergestütztes Verfahren, das konfiguriert ist, um basierend auf den durch die Leistungssensorik erfassten Leistungsdaten der Fördervorrichtung die Temperatur des Arbeitsmittels einzuschätzen, die Differenz zwischen der eingeschätzten Temperatur und der erfassten tatsächlichen Temperatur des Arbeitsmittels zu ermitteln und den Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe zu beurteilen. Dieses computergestützte Verfahren kann von einem Benutzer und/oder selbst durch künstliche Intelligenz eingestellt werden. Und die Auswerteeinheit zum Durchführen der Überwachung von Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe kann optional mit einer Steuereinheit zum Ansteuern der Antriebsvorrichtung für die Fördervorrichtung integriert sein (wahlweise in einer gemeinsamen Steuerung).In one embodiment of the invention, the evaluation unit contains a computer-aided method that is configured to estimate the temperature of the working medium based on the performance data of the conveying device recorded by the performance sensor system, to determine the difference between the estimated temperature and the recorded actual temperature of the working medium, and to assess the loss of working medium from the heat pump. This computer-aided method can be set by a user and/or by artificial intelligence itself. And the evaluation unit for carrying out the monitoring of loss of working medium from the heat pump can optionally be integrated with a control unit for controlling the drive device for the conveying device (optionally in a common control system).
Gegenstand der Erfindung ist auch ein elektronisches Gerät (zum Beispiel als Haushaltsgerät, gewerbliches Gerät oder Fahrzeuggerät), das eine oben beschriebene Wärmepumpe gemäß der Erfindung und wenigstens ein thermisches Objekt (Kühlobjekt oder Heizobjekt), dessen Nutzmittelkreislauf in dem wenigstens einen Wärmeübertrager der Wärmepumpe mit dem Arbeitsmittelkreislauf in Wärmeaustausch steht, aufweist. Das elektronische Gerät kann zum Beispiel ein Wäschebehandlungsgerät, ein Kühl- und/oder Gefriergerät, eine Klimaanlage oder dergleichen sein.The invention also relates to an electronic device (for example as a household appliance, commercial device or vehicle device) which has a heat pump according to the invention as described above and at least one thermal object (cooling object or heating object) whose working medium circuit is in heat exchange with the working medium circuit in the at least one heat exchanger of the heat pump. The electronic device can be, for example, a laundry treatment device, a refrigerator and/or freezer, an air conditioning system or the like.
Die Erfindung ist durch die anhängenden Ansprüche definiert. Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden beispielhaften Beschreibung bevorzugter, nicht-einschränkender Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnung besser verständlich. Darin zeigen, zum Teil schematisch:
-
1 den Grundaufbau eines Ausführungsbeispiels einer Wärmepumpe gemäß der Erfindung; und -
2 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiel eines automatischen Überwachungsverfahren gemäß der Erfindung.
-
1 the basic structure of an embodiment of a heat pump according to the invention; and -
2 a flow chart of an embodiment of an automatic monitoring method according to the invention.
Bezugnehmend auf
Die Wärmepumpe 10 hat einen Arbeitsmittelkreislauf 12 für ein Arbeitsmittel (z.B. Kältemittel R134a), der entlang der Arbeitsmittelleitung 13 eine Arbeitsmittel-Fördervorrichtung 15 in Form eines Verdichters oder Kompressors, einen hochdruckseitigen Wärmeübertrager 16 in Form eines Verflüssigers oder Kondensators, ein Expansionsorgan 17 in Form eines Expansionsventils oder einer Drossel und einen niederdruckseitigen Wärmeübertrager 18 in Form eines Verdampfers aufweist. Das gasförmige Arbeitsmittel wird zunächst im Verdichter 15 komprimiert und dann im Verflüssiger 16 unter Wärmeabgabe zum Beispiel an die Umgebung verflüssigt. Anschließend wird das verflüssigte Arbeitsmittel durch das Expansionsventil 17 entspannt. Im anschließenden Verdampfer 18 verdampft das Arbeitsmittel unter Wärmeaufnahme bei niedriger Temperatur, um dann wieder im Verdichter 15 komprimiert zu werden.The
Am Verdampfer 18 steht der Arbeitsmittelkreislauf 12 mit einem Nutzmittelkreislauf 32 eines Kühlobjekts 30 in Form zum Beispiel eines Kühlraums in Wärmeaustausch. Wie in
Wie in
Im Laufe der Zeit kann es durch Verschleiß oder Beschädigung des Arbeitsmittelkreislaufs 12 zur Leckage kommen, wodurch das Arbeitsmittel aus dem Arbeitsmittelkreislauf 12 entweichen kann. Wie in
Die Auswerteeinheit 20b ist mit einer Leistungssensorik 26 im Verdichter 15 verbunden, um dauerhaft Leistungsdaten des Verdichters 15 zu erfassen. Eine solche Leistungssensorik 26 ist standardgemäß in einem Verdichter 15 enthalten. Der Verdichter 15 enthält zum Beispiel eine Kompressionsvorrichtung zum Komprimieren des aus der Arbeitsmittelleitung 13 eingeleiteten Arbeitsmittelmassenstroms vor der Ausgabe in die Arbeitsmittelleitung 13 und einen Verdichtermotor zum Antreiben der Kompressionsvorrichtung, wobei Druck, Masse und Temperatur des Arbeitsmittels im geschlossenen Arbeitsmittelkreislauf abhängig zueinander sind und der Arbeitsmitteldruck eine Kraft auf den Rotor auswirkt, die sich auf das Leistungsbild der Fördervorrichtung auswirkt, und wobei der elektrische Widerstand der Motorwicklungen, die Magnetfelder und damit die Leistungsaufnahme der Fördervorrichtung temperaturabhängig sind. Die von der Leistungssensorik 26 zu erfassenden Leistungsdaten des Verdichters 15 enthalten deshalb einen elektrischen Widerstand der Motorwicklungen und die Leistungsaufnahme der Fördervorrichtung, aus denen die Auswerteeinheit 20b die Temperatur des Arbeitsmittels im Bereich des Verdichters einschätzen kann.The
Wie in
Und wie in
Außerdem enthält die Auswerteeinheit 20b vorzugsweise ein computergestütztes Verfahren 28 zum Beurteilen, ob ein Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe 10 vorhanden ist, basierend auf den durch die Leistungssensorik 26 erfassten Leistungsdaten des Verdichters 15 und der durch den wenigstens einen Sensor 24, 25 erfassten tatsächlichen Temperatur des Arbeitsmittels, wobei dieses computergestützte Verfahren 28 von einem Benutzer und/oder selbst durch künstliche Intelligenz einstellbar sein kann. Optional können Algorithmen, welche der künstlichen Intelligenz zugeschrieben werden, verwendet werden.In addition, the
Wie oben erläutert, ist im Ausführungsbeispiel von
Bezugnehmend auf
In einem ersten Schritt S110 werden dauerhaft die Leistungsdaten des Verdichters 15 erfasst. In Schritt S112 schätzt die Auswerteeinheit 20b auf Grundlage der erfassten Leistungsdaten des Verdichters 15 die Temperatur des Arbeitsmittels ein. In Schritt S114 erfasst die Auswerteeinheit 20b eine tatsächliche Temperatur des Arbeitsmittels im Arbeitsmittelkreislaufs 12, die von ein oder mehr der oben erläuterten Sensoren 24, 25 gemessen wird. Dann ermittelt die Auswerteeinheit 20b in Schritt S116 die Differenz zwischen der eingeschätzten Temperatur und der erfassten tatsächlichen Temperatur des Arbeitsmittels.In a first step S110, the performance data of the
Basierend auf der ermittelten Differenz der eingeschätzten Temperatur und der tatsächlichen Temperatur kann die Auswerteeinheit 20b dann in Schritt S120 beurteilen, ob ein Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe 10 vorhanden ist. Wenn keine Differenz zwischen der eingeschätzten Temperatur und der tatsächlichen Temperatur festgestellt wird, wird beurteilt, dass kein Arbeitsmittelverlust existiert.Based on the determined difference between the estimated temperature and the actual temperature, the
Falls in Schritt S120 basierend auf einer vorhandenen Differenz zwischen der eingeschätzten und der tatsächlichen Temperatur des Arbeitsmittels ein Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe 10 beurteilt worden ist, wird bevorzugt in einem nächsten Schritt S124 ein entsprechender Hinweis, der den Arbeitsmittelverlust anzeigt, über das Ausgabeelement 29 an den Benutzer ausgegeben (z.B. optisch, akustisch und/oder digital).If in step S120 a loss of working fluid from the
Durch diesen Hinweis, der durch das automatische Überwachungsverfahren 100 der Wärmepumpe 10 ausgegeben wird, kann der Benutzer auch schon bei einem geringfügigen Arbeitsmittelverlust eine entsprechende Reparatur der Wärmepumpe 10 durchführen oder veranlassen, um einen effizienten Betrieb der Wärmepumpe 10 aufrechtzuerhalten bzw. wieder einzurichten. Sicherheitshalber kann das System auch abgeschaltet werden.This information, which is issued by the automatic monitoring process 100 of the
Wie in
Außerdem ist in
In Schritt S120 wird dann ein vorhandener Arbeitsmittelverlust beurteilt, wenn in Schritt S118 ermittelt worden ist, dass die ermittelte Differenz der Temperaturen den jeweiligen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Falls mehrere tatsächliche Temperaturen des Arbeitsmittels im Arbeitsmittelkreislauf 12 durch jeweils ausgewählte Sensoren 24, 25 erfasst werden, kann dann in Schritt S120 ein Arbeitsmittelverlust als vorhanden beurteilt werden, wenn mindestens ein vorbestimmter Grenzwert durch die ermittelte Differenz der Temperaturen überschritten wird oder wenn sogar alle vorbestimmten Grenzwerte durch die ermittelten Differenzen der Temperaturen überschritten werden.In step S120, an existing loss of working fluid is then assessed if it has been determined in step S118 that the determined difference in temperatures exceeds the respective predetermined limit value. If several actual temperatures of the working fluid in the working
Die Nutzung des Grenzwertes unterstützt die Varianten, dass bei einer geringen Differenz der Temperaturen voraussichtlich ein Arbeitsmittelverlust vorhanden ist und bei hoher Differenz der Temperaturen ganz sicher ein Arbeitsmittelverlust vorhanden ist, und auch die richtige Auswertung der eingeschätzten Temperatur im Fall einer auch ohne Arbeitsmittelverlust vorhandenen Temperaturdifferenz, wenn ein Sensor benutzt wird, der an einer anderen Stelle im Arbeitsmittelkreislauf vorhanden ist, wo das Arbeitsmittel standardgemäß eine andere Temperatur als an der Fördervorrichtung hat.The use of the limit value supports the variants that a loss of working fluid is likely to occur when the temperature difference is small and that a loss of working fluid is definitely present when the temperature difference is large, and also the correct evaluation of the estimated temperature in the case of a temperature difference that exists even without a loss of working fluid when a sensor is used that is located at a different point in the working fluid circuit where the working fluid normally has a different temperature than at the conveyor.
Wie in
Die Erfindung ist durch die anhängenden Ansprüche definiert. Die oben erläuterten Ausführungsbeispiele dienen nur dem besseren Verständnis der Erfindung, sollen aber nicht den durch die Ansprüche definierten Schutzbereich einschränken. Wie für den Fachmann ersichtlich, sind auch noch andere Ausführungsformen im Rahmen der Erfindung möglich, insbesondere durch Weglassen einzelner Merkmale aus den oder Hinzufügen zusätzlicher Merkmale in die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele.The invention is defined by the appended claims. The embodiments explained above serve only to improve the understanding of the invention, but are not intended to limit the scope of protection defined by the claims. As will be apparent to those skilled in the art, other embodiments are also possible within the scope of the invention, in particular by omitting individual features from or adding additional features to the embodiments described above.
BEZUGSZIFFERNLISTEREFERENCE NUMBER LIST
- 1010
- Wärmepumpe (als Kälteanlage oder Heizanlage)Heat pump (as cooling or heating system)
- 1212
- ArbeitsmittelkreislaufWork equipment cycle
- 1313
- ArbeitsmittelleitungWork equipment management
- 1515
- Fördervorrichtung, insbes. Verdichter / KompressorConveying device, especially compressor
- 1616
- hochdruckseitiger Wärmeübertrager, insbes. Verflüssiger / Kondensatorhigh-pressure side heat exchanger, especially condenser / condenser
- 1717
- Expansionsorgan, insbes. Expansionsventil / DrosselExpansion device, especially expansion valve / throttle
- 1818
- niederdruckseitiger Wärmeübertrager, insbes. VerdampferLow-pressure side heat exchanger, especially evaporator
- 2020
- Steuerungsteering
- 20a20a
- Steuereinheit für Betrieb der FördervorrichtungControl unit for operation of the conveyor device
- 20b20b
- Auswerteeinheit für ÜberwachungsverfahrenEvaluation unit for monitoring procedures
- 2222
- Antriebsvorrichtung für 15Drive device for 15
- 24a24a
-
Kreislaufsensor stromab 15 für Temperatur / Druck des Arbeitsmittels in 13
Downstream circuit sensor 15 for temperature / pressure of the working fluid in 13 - 24b24b
-
Kreislaufsensor stromab 16 für Temperatur / Druck des Arbeitsmittels in 13
Downstream circuit sensor 16 for temperature / pressure of the working fluid in 13 - 24c24c
-
Kreislaufsensor stromauf 18 für Temperatur / Druck des Arbeitsmittels in 13
Upstream circuit sensor 18 for temperature / pressure of the working fluid in 13 - 24d24d
-
Kreislaufsensor stromauf 15 für Temperatur / Druck des Arbeitsmittels in 13
Upstream circuit sensor 15 for temperature / pressure of the working fluid in 13 - 25a25a
- Temperatursensor in 15Temperature sensor in 15
- 25b25b
- Temperatursensor in 16Temperature sensor in 16
- 25c25c
- Temperatursensor in 17Temperature sensor in 17
- 25d25d
- Temperatursensor in 18Temperature sensor in 18
- 2626
- Leistungssensorik in 15Power sensors in 15
- 2828
- computergestütztes Verfahren in 20bcomputer-aided procedure in 20b
- 2929
- AusgabeelementOutput element
- 3030
- thermisches Objekt (Kühlobjekt bei 18)thermal object (cooling object at 18)
- 3131
- thermisches Objekt (Heizobjekt bei 16)thermal object (heating object at 16)
- 3232
- NutzmittelkreislaufResource cycle
- 34a34a
-
Nutzmittelförderer stromauf 16 18
Upstream material conveyor 16 18 - 34b34b
- Nutzmittelförderer stromab 16 18Utility conveyor downstream 16 18
- 36a36a
-
Nutzmittel-Temperatursensor stromauf 16 18Upstream
utility temperature sensor 16 18 - 36b36b
- Nutzmittel-Temperatursensor stromab 16 18Utility temperature sensor downstream 16 18
- 100100
- VerfahrenProceedings
Claims (14)
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Publications (2)
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ID=91667724
Family Applications (1)
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---|---|
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DE102017122126A1 (en) | 2017-09-25 | 2019-03-28 | Vaillant Gmbh | Leakage detection |
DE102019123044A1 (en) | 2019-08-28 | 2021-03-04 | Vaillant Gmbh | Leak detection |
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-
2023
- 2023-03-20 DE DE102023106862.8A patent/DE102023106862B4/en active Active
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102023106862B4 (en) | 2024-10-02 |
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