DE3913521C2

DE3913521C2 - Verfahren zum Erkennen von Leckstellen im Kältemittelkreislauf einer Kälteanlage

Info

Publication number: DE3913521C2
Application number: DE19893913521
Authority: DE
Inventors: Gerald Hemm
Original assignee: Individual
Current assignee: I Koop 90441 Nuernberg De GmbH
Priority date: 1989-04-25
Filing date: 1989-04-25
Publication date: 1996-09-12
Anticipated expiration: 2009-04-26
Also published as: DE3913521A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von Leckstellen im Kältemittelkreislauf einer Kälteanlage der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Ein bekanntes Verfahren dieser Art arbeitet mit einem Niederdruck-Pressostaten. Dieser erfaßt einen Druckabfall im Kältemittelkreislauf vor dem Verdichter. Sobald dieser Druckabfall einen vorgegebenen Wert erreicht hat, wird ein Leckwarnsignal ausgegeben.

Eine ebenfalls bekannte Vorrichtung zur Leckerkennung erfaßt mit sog. Schnüffelsonden die Kältemittelkonzentration im unmittelbaren Umfeld der Kälteanlage und gibt ein Warnsignal aus, wenn diese einen bestimmten Konzentrationswert erreicht hat.

In beiden Fällen tritt relativ viel Kältemittel aus, bevor die Warnvorrichtung an spricht und eine Warnung ausgibt, wo bei insbesondere im letzten Fall das Volu men des austretenden Kältemittels je nach Relativlage von Schnüffelsonde und Leck unakzeptabel hoch werden kann.

Aus der US-PS 4,677,830 ist eine einen Kühlkreislauf aufweisende Aircondition- Anlage für Fahrzeuge bekannt. Zwar werden bei dieser Anlage bereits zwei ver schiedene Parameter, nämlich der Druck und die Temperatur im Bereich zwischen dem Verdampfer und dem Verdichter gemessen, die anschließend nach entspre chender rechnerischer Umwandlung zur Bestimmung der Kühlmittelmenge ver wendet werden, jedoch handelt es sich hierbei nicht um ein Leckanzeigeverfah ren, da die Messung und damit die Kühlmittelmengenbestimmung nur ein einziges Mal, nämlich entweder unmittelbar vor oder unmittelbar nach dem Starten des Kühlmittelkreislaufes durchgeführt wird, um diesen ggf. bei Kühlmittelunterschuß sofort zu stoppen. Ein kontinuierlicher Meßbetrieb, wie er für ein Leckerkennungs verfahren unumgänglich ist, ist nicht vorbekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem bereits kleine Leckstellen im Kältemittelkreislauf zuver lässig und frühzeitig erkannt werden, so daß die bis zur Leckwarnung austretende Kältemittelmenge nur sehr gering ist.

Die Aufgabe ist bei einem Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definier ten Gattung erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichenteil des An spruchs 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zwei Größen, nämlich der Saug gasdruck und die Sauggastemperatur des verdampften Kältemittels, zur Lecker kennung ausgewertet. Da bei Verlust von Kältemittel infolge von Kältemittelaustritt aus dem Kältemittelkreislauf einerseits der Sauggasdruck sinkt und andererseits die Sauggastemperatur ansteigt, da eine geringere Kältemittelmenge die anfal lende Wärme aufnehmen muß, nimmt schon bei geringen Kältemittelverlusten die Istwertdifferenz stark ab, so daß, wie erfindungsgemäß ferner vorgesehen sein kann, selbst bei Vorgabe nicht zu enger Toleranzgrenzen ein sicherer und zuver lässiger Detektionswert zur Verfügung steht. Die Toleranzgrenzen können so ge legt werden, daß andere betriebsbedingte Anlagestörungen, die sich beispielswei se nur auf einen Parameter, also nur auf den Sauggasdruck oder die Saugga stemperatur auswirken, nicht zu einer Anzeige führen, wodurch die Falschalarmra te recht gering gehalten werden kann. Durch die geschickte Ausnützung der ge genläufig sich verändernden Meßgrößen kann ein Leck somit sehr frühzeitig zu verlässig erkannt werden, bereits schon dann, wenn nur geringe Kältemittelmengen austreten. Damit kann die Umweltbelastung im Schadensfall sehr niedrig gehalten werden, was heutzutage einen sehr hohen Stellenwert hat.

Zur zweckmäßigen Bildung der Istwertdifferenz von Sauggasdruck und Sauggastemperatur werden die Meßwerte von Sauggasdruck und Sauggastemperatur in Relativgrößen umgerechnet, die auf den vorgegebenen Meßbereich von Drucksensor und Temperaturfühler bezogen sind. Der Sollwert wird ebenfalls als Differenz vorgegeben, und zwar zwischen den Werten von Sauggasdruck und Sauggastemperatur, wie sie bei intakter, leckloser Kälteanlage üblicherweise herrschen.

Eine zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dadurch realisiert, daß ein Drucksensor und ein Temperaturfühler im Kältemittel kreislauf auf der Saugseite des Verdichters angeordnet und ihre Meßwertausgänge an eine Auswerteeinheit angeschlossen werden. Die Auswerteeinheit umfaßt eine Recheneinheit zur Berechnung der auf ihren jeweiligen Meßbereich bezogenen Relativgrößen der Meßwerte, einen Differenzbildner zur Berechnung der Istwertdifferenz der Relativgrößen und einen Komparator zum Vergleich der Istwertdifferenz mit der Sollwertdifferenz. Am Ausgang des Komparators steht dann ein Leckerkennsignal an, wenn die Istwertdifferenz die Sollwertdifferenz um einen außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegenden Betrag unterschreitet.

Mit dem Leckerkennsignal wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Relaiswicklung eines Schaltrelais erregt, dessen Schaltkontakt im Stromkreis einer Warnanzeige angeordnet ist und diese bei Auftreten eines Leckerkennsignals einschaltet. Anstelle einer optischen Warnanzeige kann auch eine akustische Warnanzeige oder beides verwendet werden.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Kälteanlage mit integriertem Leckwarngerät,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Auswerteeinheit des Leckwarngeräts in Fig. 1.

Die in Fig. 1 im Blockschaltbild skizzierte Kälteanlage weist in bekannter Weise einen Verdampfer 10, einen Kompressor oder Verdichter 11, einen Kondensator 12 und ein Expansionsventil 13 auf, die in der genannten Reihenfolge in einem geschlossen Kältemittelkreislauf angeordnet sind. Im Verdampfer 10 wird das flüssige Kältemittel verdampft, wobei es der Umgebung Wärme entzieht, also Kühl- oder Kälteleistung zur Verfügung stellt. In dem Leitungsabschnitt zwischen Verdampfer 10 und Verdichter 11 befindet sich das Kältemittel im gasförmigen Zustand und wird als Sauggas bezeichnet. Das Sauggas wird im Verdichter 11 verdichtet und im Kondensator 12 abgekühlt, wodurch es wieder in den flüssigen Aggregatzustand überführt wird. Dabei gibt das Kältemittel Wärme an die Umgebung ab. Das verflüssigte Kältemittel wird über das Expansionsventil 13 wieder dem Verdampfer 10 zugeführt, wo sich der vorstehend beschriebene Prozeß wiederholt.

Heute üblicherweise verwendete Kältemittel enthalten einen hohen Anteil an Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW), die bei Ausströmen die Umwelt sehr stark belasten. Um mögliche Leckagen im Kältemittelkreislauf der Kälteanlage erkennen zu können und damit die Menge des austretenden Kältemittels im Falle eines Lecks möglichst niedrig zu halten, ist die Kälteanlage mit einem Leckwarngerät 14 ausgerüstet, das nach folgendem Detektionsverfahren arbeitet:
Der Druck p und die Temperatur ϑ des Sauggases auf der Saugseite des Verdichters 11 werden laufend, z. B. kontinuierlich oder in Zeitintervallen, gemessen. Die Meßwerte p, ϑ von Sauggasdruck und Sauggastemperatur werden in Relativgrößen x_p, x_ϑ umgerechnet, die auf einen vorgegebenen Meßbereich von Druck und Temperatur bezogen sind. Nunmehr wird die Differenz Δx der Relativgrößen x_p, x_ϑ von Sauggasdruck und Sauggastemperatur gebildet. Diese Istwertdifferenz Δx wird mit einem Sollwert verglichen. Liegt die Abweichung außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs, so wird auf Leck im Kältemittelkreislauf erkannt. Der Sollwert wird ebenfalls als Differenz Δx_S der Relativgrößen von Sauggasdruck und Sauggastemperatur bestimmt, wobei die Werte p₀, ϑ₀ von Sauggasdruck und Sauggastemperatur verwendet werden, die bei intakter, leckloser Kälteanlage üblicherweise auftreten.

Ein Beispiel soll die Festlegung des Sollwertes deutlich machen. Bei einer intakten Kälteanlage beträgt der Verdampfungsdruck p₀ = 6 bar und die dabei auftretende Sauggastemperatur ϑ₀ = 12°. Bei einem Meßbereich von 10 bar beträgt damit die Relativgröße des Verdampfungsdrucks 60% und bei einem Temperaturmeßbereich von 100°C die Relativgröße für die Sauggastemperatur 12%. Die Sollwertdifferenz Δx_S der Relativgrößen beträgt somit Δx_S = 60%-12% = 48%. Dieser Sollwert Δx_S dient als Referenz zur Erkennung von Lecks. Tritt ein solches auf, so sinkt infolge von Kältemittelverlusten der Verdampfungsdruck p. Durch den Kältemittelverlust muß die verbleibende Kältemittelmenge bei gleicher Kälteleistung eine größere Wärmemenge aufnehmen und erhitzt sich dadurch stärker, so daß die Sauggastemperatur ϑ ansteigt. Beides wirkt sich gegenläufig auf die Istwertdifferenz Δx aus, die damit sehr stark abnimmt, so daß bereits bei kleinen Kältemittelverlusten eine starke Abweichung von der Sollwertdifferenz Δx_S entsteht, die einwandfrei detektiert werden kann.

Im einzelnen besitzt das Leckwarngerät 14 einen Drucksensor 15, einen Temperaturfühler 16, eine Auswerteinheit 17 und eine optische und/oder akustische Warnanzeige 18. Der Drucksensor 15 und der Temperaturfühler 16 sind auf der Saugseite des Verdichters 11 angeordnet und messen den Druck p bzw. die Temperatur ϑ des Sauggases. Die Meßwertausgänge von Drucksensor 15 und Temperaturfühler 16 sind mit den Eingängen 19, 20 der Auswerteeinheit 17 verbunden.

Die Auswerteeinheit 17 ist in Fig. 2 im Blockschaltbild dargestellt. Sie weist eine Recheneinheit 21, einen Differenzbildner 22, einen Komparator 23, einen Verstärker 24 und ein Schaltrelais 25 mit Relaiswicklung 251 und Schaltkontakt 252 auf. Der Schaltkontakt 252 des Schaltrelais 25 ist im Stromkreis der Warnanzeige 18 angeordnet und schließt bei Erregung der Relaiswicklung 251. Die Recheneinheit 21 berechnet zu den an den Eingängen 19, 20 anstehenden Meßwerten p, ϑ, die entsprechenden Relativgrößen x_p, x_ϑ aufgrund des für Drucksensor 15 und Temperaturfühler 16 vorgegebenen Meßbereichs. Die Relativgrößen werden als Prozentzahlen x_p und x_ϑ dem Differenzbildner 22 zugeführt, der daraus die Istwertdifferenz Δx. = x_p-x_ϑ bildet. Diese am Istwerteingang 231 des Komparators 23 anstehende Istwertdifferenz Δx wird im Komparator 23 mit der am Sollwerteingang 232 eingestellten Sollwertdifferenz Δx_S, die wie vorstehend beschrieben festgelegt ist, verglichen. Am Ausgang 233 des Komparators 23 tritt ein Ausgangssignal auf, wenn die Istwertdifferenz Δx die Sollwertdifferenz Δx_S unterschreitet, wobei bei der Größe der Unterschreitung ein bestimmter Toleranzbereich vorgesehen werden kann. Das Ausgangssignal des Komparators 23 dient nach Verstärkung im Verstärker 24 zur Erregung der Relaiswicklung 251, woraufhin das Schaltrelais 25 anzieht und die Warnanzeige 18 einschaltet.

Claims

1. Verfahren zum Erkennen von Leckstellen im Kältemittelkreislauf einer Käl teanlage, bei welcher ein Kältemittel in einem Verdampfer, Verdichter und Kondensator enthaltenden geschlossenen Kreislauf umläuft, dadurch ge kennzeichnet, daß der Druck (p) und die Temperatur (ϑ) des saugseitig am Verdichter (11) anstehenden verdampften Kältemittels (Sauggas) laufend, kontinuierlich oder in Zeitintervallen, gemessen und die Meßwerte von Sauggasdruck (p) und -temperatur (ϑ) in jeweils auf einen bestimmten Meßbereich bezogene Relativgrößen (x_p, x_ϑ) umgerechnet werden, die Differenz (Δx) dieser Ist-Relativgrößen von Sauggasdruck und Saug gastemperatur mit einem Sollwert (Δx_S) verglichen wird, der der Differenz der Relativgrößen (x_po, x_ϑ _o) bei einer intakten Kälteanlage entspricht und bei einer Abweichung der Istwert-Differenz (Δx) von der Sollwert-Differenz (Δx_S) um einen vorgegebenen Betrag ein Kältemittel-Leck angezeigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sollwert (Δx_S) ein Toleranzbereich zugeordnet wird, der vorzugsweise derart bemes sen ist, daß er betriebsbedingte Parameteränderungen umfaßt, wobei die Leckstellenanzeige bei einem außerhalb des Toleranzbereichs liegenden Istwert (Δx) erfolgt.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, ge kennzeichnet durch einen Drucksensor (15) und einen Temperaturfühler (16), die im Kältemittelkreislauf auf der Saugseite des Verdichters (11) an geordnet sind, und durch eine mit ihren Eingängen (19, 20) an den Meß wertausgängen von Drucksensor (15) und Temperaturfühler (16) ange schlossene Auswerteinheit (17), die eine Recheneinheit (21) zur Berech nung der auf die jeweiligen Meßbereiche von Drucksensor (15) und Tempe raturfühler (16) bezogenen Relativgrößen (x_p, x_ϑ), der an den Eingängen (19, 20) anstehenden Meßwerte (p, ϑ), einen Differenzbildner (22) zur Be rechnung der Istwertdifferenz (Δx) der Relativgrößen (x_p, x_v) und einen Komparator (23) aufweist, an dessen einem Eingang (231) die Istwertdiffe renz (Δx) und an dessen anderem Eingang (232) die Sollwertdifferenz (Δx_S) liegt und an dessen Ausgang (233) ein Leckerkennungssignal ansteht, wenn die Istwertdifferenz (Δx) die Sollwertdifferenz (Δx_S) um einen außer halb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegenden Betrag unterschrei tet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (233) des Komparators (23) über einen Verstärker (24) an der Relaiswick lung (251) eines Schaltrelais (25) angeschlossen ist, dessen bei Wick lungserregung schließender Schaltkontakt (252) im Stromkreis einer Warn anzeige (18) eingeschaltet ist.