DE4319805A1

DE4319805A1 - Einrichtung zur Überwachung eines Füllvolumens

Info

Publication number: DE4319805A1
Application number: DE4319805A
Authority: DE
Inventors: Norbert Morawetz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-06-15
Filing date: 1993-06-15
Publication date: 1994-12-22

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Überwachung eines Füllvolumens gemäß den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

In mit Luft oder Wasser gekühlten Verflüssigersätzen zur Luftkühlung können geringe oder schleichende Leckagen des Kältemittels in der Praxis erhebliche Schwierigkeiten bereiten. Die im System zur Förderung und Leitung des Kältemittels enthaltenen Rohrleitungen, Ventile, Schieber und andere Systemkomponenten können Leckagen aufweisen und zu einem unzulässigen Verlust des Kältemittels führen. Ferner sei auf Kaltwassersätze mit Kolbenverdichtern oder Schraubenverdichtern, vollhermetische Rollkolbenverdichter, Scroll-Kompressoren, konstante Volumenstromsysteme, variable Volumenstromsysteme und dergleichen verwiesen. In all diesen Systemen kann ein schleichender oder allmählicher Verlust der Flüssigkeit zu Betriebsstörungen ebenso führen wie zu Belastungen der Umwelt. So sei an dieser Stelle nur beispielshaft auf FCKW-haltige Kältemittel verwiesen, wobei ein unzulässiger Verlust und eine Abgabe an die Umgebung, selbst in kleinen Raten, auf Dauer zu erheblichen Umweltbelastungen führt.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Einrichtung der genannten Art dahingehend auszubilden, daß mit möglichst geringem zusätzlichem Aufwand eine funktionssichere Überwachung des Flüssigkeitsvolumens erfolgt. Die im System vorhandenen Komponenten, wie Verdichter, Pumpen, Magnetventile, Sammelbehälter oder ähnliches sollen weitgehend zur Messung und Überprüfung des Flüssigkeitsvolumens herangezogen werden. Die Einrichtung soll einen geringen Fertigungs- und Montageaufwand erfordern und bei langer Lebensdauer eine sichere Überprüfung und Erfassung einer evtl. eintretenden Leckage der Flüssigkeit zuverlässig ermöglichen.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht ohne besonderen zusätzlichen Aufwand eine hohe Funktionssicherheit. Die in dem System oder der Anlage vorhandenen Komponenten werden weitgehend zur Realisierung der Überwachungseinrichtung herangezogen. Im Sammelbehälter werden sowohl der Füllstand als auch die Temperatur erfaßt und in einem angeschlossenen Rechner werden die intervallmäßig ermittelten Daten mit im Rechner gespeicherten Daten über den Flüssigkeitsstand verglichen. Die im Rechner gespeicherten Daten über den Füllstand sind in zweckmäßiger Weise in Abhängigkeit von Temperaturwerten erfaßt, um temperaturabhängige Änderungen des Füllstandes im Sammler zu kompensieren. Zu Beginn einer Überprüfung wird die gesamte Flüssigkeit eines Systems weitgehend in den Sammler geleitet, wobei in zweckmäßiger Weise das im Flüssigkeitssystem oder Flüssigkeitskreislauf enthaltene Fördersystem, wie insbesondere ein Kompressor oder eine Pumpe, genutzt wird, um die Flüssigkeit in den Sammler zu fördern. Es wurde erkannt, daß die im System bei einer Prüfung ggfs. noch verbleibenden Flüssigkeitsanteile jeweils weitgehend gleich groß sind, so daß insoweit das Meßergebnis praktisch nicht verfälscht wird. Im Flüssigkeitskreislauf vor und hinter dem Sammler angeordnete Absperrorgane werden bei der Durchführung der Überprüfung betätigt und insoweit ist ein zusätzlicher Schaltungsaufwand nicht erforderlich. In Anlagen mit überflutetem Verdampfer, wie beispielsweise Turbo-Verdichter, gelangt als Sammelbehälter der den überfluteten Verdampfer aufnehmende Tank oder Behälter zum Einsatz. In solchen Anlagen kann die Messung während des Betriebs erfolgen, wobei dies erfindungsgemäß gemäß immer in der gleichen Leistungsstufe geschieht. Somit ist einerseits im System im wesentlichen immer die gleich große Menge der Flüssigkeit, während im Sammelbehälter die gegebenenfalls infolge einer Leckage reduzierte Flüssigkeitsmenge vorhanden ist bzw. überprüft wird. In besonders zweckmäßiger Weise ist das Volumen des Sammlers derart vorgegeben, daß die vollständig in den Sammler eingelagerte Flüssigkeit, insbesondere das Kältemittel, den Sammler maximal zu 70% füllt. Mittels Zeitgebern wird der Beginn und der Ablauf der Überwachung automatisch gesteuert, wodurch Fehlbedienungen oder gar ein Vergessen der Überprüfung mit hoher Sicherheit ausgeschlossen werden können.

Weiterbildungen und besondere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und werden nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild eines Verflüssigersatzes, welcher einen Kompressor 2, einen Verflüssiger 4 und einen Verdampfer 6 aufweist, welche in bekannter Weise mittels Rohrleitungen 8 in einem geschlossenen System miteinander verbunden sind. Es ist ferner ein Sammelbehälter 10 vorgesehen, welcher gleichfalls in das System mit den Rohrleitungen 8 integriert ist und welcher zur Aufnahme des durch die Rohrleitungen strömenden Kältemittels vorgesehen ist. Mittels Pfeilen 12 ist die Strömungsrichtung des Kältemittels in dem System angedeutet. Zwischen dem Verflüssiger 4 und dem Sammelbehälter 8 ist ein erster Schieber 14 mit einem Motorantrieb 16 vorgesehen. Dem Sammelbehälter 10 ist ein zweiter Schieber 18 nachgeschaltet, welcher gleichfalls mittels eines Motorantriebs 20 betätigbar ist. Stromab in Richtung zum Verdampfer 6 sind weitere Komponenten, und zwar insbesondere ein Sicherheitsventil 20, ein Magnetventil 22 und ein Expansionsventil 24, im Rohrleitungssstem angeordnet. Ferner sind zwischen dem Ausgang 26 des Sammelbehälters 10 und dem Ausgang 28 des Verflüssigers 4 ein Magnetventil 30 und ein Rückschlagventil 32 angeordnet. Das Magnetventil 30 ist Bestandteil einer Sicherheitseinrichtung und ist über einen den Sammelbehälter 10 überwachenden Druckschalter 8 ansteuerbar. Übersteigt der Druck im Sammler 10 einen vorgebbaren Wert, so öffnet das Magnetventil 30 und Kältemittel strömt in Richtung des Pfeiles 36 aus dem Sammelbehälter 10 in der dargestellten Weise zurück. Mittels des Druckschalters 34 sind ferner die beiden Schieber 14 und 18 betätigbar, wie es durch die elektrischen Leitungen 38 bis 42 angedeutet ist.

Dem Kompressor 2 ist ein Niederdruckschalter 44 zugeordnet, welcher bei Erreichen eines vorgebbaren Schwellwertes, insbesondere entsprechend Pumpdown, den Kompressor 2 abschaltet. Ferner sind im Sammler 10 ein Temperatursensor 46 und ein Füllstandssensor 48 angeordnet, welche auf einen Rechner 50 geschaltet sind. Der Rechner 50 steht mit einer Steuereinheit 52 in Verbindung oder ist Bestandteil derselben. Die Steuereinheit 52 enthält einen ersten Zeitgeber 54 und einen zweiten Zeitgeber 56. Der erste Zeitgeber 54 ist Bestandteil einer Sicherheitseinrirchtung ist insbesondere als eine Wochen- und Zeitschaltuhr ausgebildet und steuert in vorgebbaren Intervallen den Beginn eines Meßvorganges. Es sei festgehalten, daß je nach Auslegung und Aufbau des zu überwachenden Systems die Zeiten für den Beginn eines Meßvorganges den Erfordernissen entsprechend vorgebbar sind. Mittels des zweiten Zeitgebers 54 wird nach Beginn des Meßvorganges in vorgegebener Zeit die Messung und Auswertung der Meßergebnisse durchgeführt, wie es nachfolgend im einzelnen zu erläutern ist.

Über den Zeitgeber 54 errfolgt intervallmäßig die Ansteuerung des Meßvorganges mit der Sicherheitseinrichtung und die Einlagerung des flüssigen Kältemittels in den Sammelbehälter 10 eingelagert. Wesentlich ist hierbei, daß das Volumen des Sammelbehälters 10 derart vorgegeben ist, daß das vollständig aus dem System in den Sammelbehälter eingelagerte Kältemittel maximal 70% des Volumens des Sammelbehälters anfüllt. Es wird der zweite motorgetriebene Schieber 18 geschlossen, wobei die Ansteuerung insbesondere über die Steuereinheit 52 erfolgt. Das Mittel, und zwar hier das Kältemittel, wird nunmehr mittels des Kompressors in den Sammelbehälter 10 gefördert, so daß das Rohrleitungssystem entleert wird. Über den Pumpdown-Niederdruckschalter 14 wird der Kompressor 2 abgeschaltet. Die Messung im Sammelbehälter 10 wird erfindungsgemäß zeitverzögert durchgeführt, wobei mittels des zweiten Zeitgebers 56 die Zeitvorgabe, insbesondere in der Größenordnung von 5 Minuten, erfolgt. Innerhalb dieser Verzögerungszeit erfolgt ein Temperaturausgleich des Kältemittels im wesentlichen auf die Außentemperatur. Die Messung erfolgt praktisch immer unter den gleichen Randbedingungen. Auch gegebenenfalls im System verbleibende und nicht in den Sammelbehälter gelangende Restmengen des Mittels sind jeweils im wesentlichen gleich groß, so daß die Messung reproduzierbare Ergebnisse liefert.

Der Sammelbehälter 10 ist in zweckmäßiger Weise luftgekühlt ausgebildet und in einem Raum mit im wesentlichen gleichbleibenden Umgebungstemperaturen angeordnet. Für den jeweiligen Meßvorgang sind somit im wesentlichen gleiche Rahmenbedingungen vorgegeben. Auch der Kondensator oder Verflüssiger 4 ist in einem Raum mit einer relativ konstanten Umgebungstemperatur aufgebaut. Nach Ablauf der vorgegebenen Zeit erfolgt mittels des Sensors 46 die Messung der Temperatur und mittels des Sensors 48 erfolgt die Messung des Füllgrades des Sammlers 10. Die erfaßten Meßwerte werden nach geeigneter Signalwandlung, insbesondere mittels eines Impulswandlers bzw. Analog-Digitalwandlers auf den Rechner 50 geführt. In dem Rechner 50 sind Werte für das Soll-Füllvolumen gespeichert, und zwar in Abhängigkeit von Temperaturwerten. Unter Berücksichtigung der mittels des Temperatursensors 46 erfaßten tatsächlichen Temperatur wird der mittels des Sensors 48 erfaßte Füllstand mit dem gespeicherten Soll-Füllvolumen verglichen. Unterschreitet das derart ermittelte Ist-Füllvolumen das Soll-Füllvolumen um einen vorgegebenen Faktor, und zwar insbesondere kleiner als 90%, so wird ein optisches und/oder akustisches Signal gegeben. Ggfs. kann in Abhängigkeit eines derartigen Signals die Wiederinbetriebnahme des Systems gestoppt werden und das Kältemittel im Sammler 10 eingelagert bleiben.

Der dem Sammler 10 zugeordnete Druckschalter 34 ist derart eingestellt, daß sein Ansprechwert um einen vorgegebenen Wert, insbesondere in der Größenordnung von einem bar unterhalb des Einstellwertes des Sicherheitsventils 20 liegt. Steigt während des erläuterten Meßvorganges der Druck im Sammler über den vorgegebenen Ansprechwert des Druckschalters 34 an, so wird das Magnetventil 30 geöffnet und das sich ausdehnende Kältemittel gelangt entsprechend dem Pfeil 36 in den Verflüssiger 4. Ferner werden über den Druckschalter 34 die beiden motorgetriebenen Schieber 14, 18 geöffnet und insgesamt wird der Motorvorgang somit abgebrochen. Auf diese Weise bleibt das Kältemittel im System und gelangt nicht nach außen. Wichtige Voraussetzung ist dabei, daß der Ansprechwert des Druckschalters 34 um einen vorgebbaren Faktor oder Betrag unterhalb des Einstellwertes des Sicherheitsventils 20 liegt. Nach Ablauf der erläuterten Intervalle können der Meßvorgang und der Vergleich erneut durchgeführt werden.

Durch die Erläuterung des obigen Ausführungsbeispiels erfolgt insoweit keine Einschränkung der Erfindung. So sind bei variablen Volumenstromsystemen zusätzliche Magnetventile in vorhandene Leitungen einzusetzen und es sei hier auch vor allem auf die Heißgas-Bypass-Regelung verwiesen. Des weiteren kann in Anlagen mit überflutetem Verdampfer, beispielsweise einem Turboverdichter, die Messung auch während des Betriebes erfolgen. Die Messung ist hierbei immer in der gleichen Leistungsstufe durchzuführen, um zu gewährleisten, daß immer ein konstanter Volumenstrom sich im System befindet. Schließlich sei festzuhalten, daß Kondensatoren und insbesondere luftgekühlte Sammler in Räumlichkeiten anzuordnen sind, welche eine relativ konstante Umgebungstemperatur aufweisen.

Bezugszeichenliste

2 Kompressor
4 Verflüssiger
6 Verdampfer
8 Rohrleitungen
10 Sammelbehälter
12 Pfeil
14 erster Schieber
16 Motorantrieb von 14
18 zweiter Schieber
19 Motorantrieb von 18
20 Sicherheitsventil
22 Magnetventil
24 Expansionsventil
26 Ausgang von 10
28 Ausgang von 4
30 Magnetventil
32 Rückschlagklappe
34 Druckschalter
36 Pfeil
38 bis 42 elektrische Leitung
44 Niederdruckschalter
46 Temperatur-Sensor
48 Füllstands-Sensor
50 Rechner
52 Steuereinheit
54 erster Zeitgeber
56 zweiter Zeitgeber

Claims

1. Einrichtung zur Überwachung eines Füllvolumens eines Systems mit Rohrleitungen, in welchen ein strömendes Mittel durch eine Fördermaschine, insbesondere einen Kompressor (2), förderbar ist und welches einen Sammelbehälter (10) aufweist.
dadurch gekennzeichnet, daß in dem Sammelbehälter (10) ein Füllstandssensor (48) und bevorzugt ein Temperatursensor (46) angeordnet sind, welche mit einem Rechner (50) verbunden sind,
und daß das Mittel in vorgebbaren Zeitintervallen in den Sammelbehälter (10) eingelagert wird und mittels des Rechners (50) zumindest das mit dem Füllstandssensor (48) erfaßte Signal mit einem einem Sollwert entsprechenden Signal verglichen wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor Durchführung der Messung des Füllstandes eine Zeit vorgegeben wird, insbesondere in der Größenordnung von 5 Minuten, um einen Temperaturausgleich des Mittels im Sammler (10) zu erhalten.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Sammlers (10) derart vorgegeben ist, daß das vollständig in den Sammler (10) eingelagerte Mittel maximal 70 Prozent des Volumens ausfüllt.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Durchführung der Messung das Mittel durch die Fördermaschine, insbesondere den Kompressor (2), aus dem System im wesentlichen in den Sammler (10) befördert wird.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Rohrleitungssystem vorhandene Schieber (14, 18) oder dergleichen zum Einlagern des Mittels im Sammelbehälter (10) betätigbar sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sicherheitseinrichtung vorgesehen ist, über welche beim Überschreiten eines vorgebbaren Druckes im Sammelbehälter (10) dessen Ausgang (26) auf den Ausgang eines dem Sammelbehälter (10) vorgeschalteten Verflüssigers (4) und/oder auf den Eingang des Sammelbehälters (10) verbindbar ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sammelbehälter (10) ein Druckschalter (34) zugeordnet ist, dessen Schaltwert um einen vorgebbaren Betrag niedriger ist als der Einstellwert eines Sicherheitsventils (20), und daß beim Ansprechen des Druckschalters (34) das Mittel aus dem Sammelbehälter (10) geleitet und wieder dem Rohrleitungssystem zugeführt wird.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die als Kompressor (2) ausgebildete Fördermaschine des Systems beim Beginn des Meßvorgangs nach Schließen eines Ventils (18) selbsttätig über einen Pumpdown-Niederdruckschalter (44) abschaltbar ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein überfluteter Verdampfer, insbesondere mit einem Turboverdichter vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der dem überfluteten Verdampfer enthaltende Behälter als Sammelbehälter genutzt wird, und daß die Überwachung während des Betriebes, insbesondere in der jeweils gleichen Leistungsstufe, durchführbar ist.