EP3805671A1 - Absorption brennbarer kältemittel - Google Patents

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EP3805671A1
EP3805671A1 EP20195255.3A EP20195255A EP3805671A1 EP 3805671 A1 EP3805671 A1 EP 3805671A1 EP 20195255 A EP20195255 A EP 20195255A EP 3805671 A1 EP3805671 A1 EP 3805671A1
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flammable
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housing
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Vaillant GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/005—Arrangement or mounting of control or safety devices of safety devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/12—Inflammable refrigerants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2500/00—Problems to be solved
    • F25B2500/22—Preventing, detecting or repairing leaks of refrigeration fluids

Definitions

  • the invention relates to the suppression of inflammable and poisonous gases in a device in which a counterclockwise cooling process takes place, for example a heat pump.
  • flammable refrigerants are used in heat pumps and in cooling and freezing systems, which have the advantage that if they are accidentally released, they do not damage the climate or the ozone layer.
  • due to their flammability, such accidental release should be avoided as far as possible.
  • Suitable absorption liquids are long-chain alcohols such as nonanol, decanol and undecanol; they are particularly suitable for absorbing propane.
  • the object of the invention is therefore to provide a method and a device for binding working fluids that accidentally escape so that they cannot ignite.
  • the absorption liquid is a long-chain carbon compound, preferably these are the liquids nonanol, decanol, undecanol or mixtures thereof.
  • the triggering signal follows a concentration measurement, a triggering signal being given when the working fluid-air concentration reaches 40 percent of the ignition limit.
  • the stop signal is given when 10 percent or 5 percent of the corresponding ignition limit is reached.
  • the trigger signal and the stop signal can also occur several times in succession.
  • the draining absorption liquid is collected in a separate container after it has been collected and fed to a reprocessing.
  • carbon dioxide or nitrogen are used as the propellant gas in the pressure vessel. This has the advantage that when the tank no longer contains any absorbent because it has been used up, the room is still rendered inert.
  • the collecting trough is provided with a vent which opens into a lockable and removable container.
  • nozzles fed via a header can also be used. These nozzles can be oriented vertically or horizontally, whereby the orientation can be directed to known risk areas in the refrigeration circuit.
  • Fig. 1 shows a heat pump 1 with a refrigeration circuit 2 which is operated in a capsule housing 3.
  • a pressure vessel 4 is arranged above the capsule housing 3; the pressure vessel can also be arranged at any other easily accessible location in the heat pump 1.
  • the pressure vessel contains a mixture of nonanol, decanol and undecanol as absorption liquid and carbon dioxide as propellant gas.
  • the pressure vessel 4 is connected to the automatic valve 5 via a pressure line.
  • a concentration measurement for gaseous working fluid which in this example is R290, serves as the signal transmitter 6 for the valve 5.
  • the concentration is measured inside the capsule housing 3.
  • a gas concentration of 40 percent of the ignition limit which is 1.7 percent in air, i.e. 0.68 percent, is measured, the valve 5 opens automatically.
  • the absorption liquid is conducted via a pressure line to the atomizer nozzle 7, which is located inside the capsule housing 3, where the absorption liquid is finely atomized.
  • the absorption liquid dissolves the propane and runs off into the collecting pan 8. From there it is directed into the collecting container 10 via a secured drain. As soon as the concentration measurement has fallen below 10 percent of the ignition limit, i.e. 0.17 percent propane in air, the injection is stopped.
  • this cycle can be repeated until the absorption liquid in the pressure vessel 4 is used up.
  • the capsule housing is then rendered inert with the propellant gas, so that ignition is reliably prevented even if the working fluid continues to escape.
  • FIG. 4 shows a heat pump 1 with the same structure as in FIG Fig. 1 , but with the difference that instead of a single nozzle, a horizontal row of nozzles 11 is provided in the head area of the capsule housing. This enables the absorption liquid to be distributed more quickly in the capsule housing 3.
  • the pressure line behind the valve 5 is connected to a header 12 for this purpose, which distributes the absorption liquid evenly to all nozzles.
  • FIG. 4 shows a heat pump 1 with the same structure as in FIG Fig. 2 , but with the difference that in addition to a horizontal row of nozzles, vertical rows of nozzles 13 are also provided, which allow an even better distribution of the absorption liquid.
  • the nozzles can be aimed at critical pipe connections or heat exchanger connections where leaks are possible.

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Absorption von entzündlichem Arbeitsfluid im Gehäuse (1, 3) einer Vorrichtung zum Betrieb eines linksdrehenden Kältekreises, wobei auf ein auslösendes Signal hin eine unter hohem Druck befindliche, schlecht brennbare oder unbrennbare Absorptionsflüssigkeit in das Gehäuse (3) eingedüst wird, die Eindüsung solange aufrechterhalten wird, bis ein Signal zum Stoppen der Eindüsung erfolgt, und die ablaufende Absorptionsflüssigkeit aufgefangen wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft die Niederschlagung entzündlicher und giftiger Gase in einem Gerät, in welchem ein linksdrehender Kälteprozess abläuft, beispielsweise einer Wärmepumpe. So werden inzwischen in Wärmepumpen und in Kühl- und Gefrieranlagen entzündliche Kältemittel verwendet, die den Vorteil haben, bei ihrer versehentlichen Freisetzung weder das Klima noch die Ozonschicht zu schädigen. Eine solche versehentliche Freisetzung ist aufgrund deren Brennbarkeit aber möglichst zu vermeiden.
  • Dies betrifft vor allem das inzwischen häufig eingesetzte Propan im Kältemittel R290, aber auch Isobutan im Kältemittel R600a, n-Butan in R600, Propylen in R1270 sowie weitere Alkane und Alkene. Solche niederkettigen Alkane und Alkene können mit schlecht brennbaren Stoffen mit langen Kohlenstoffketten absorbiert und gelöst werden. Verwendet man hierfür Flüssigkeiten, die als nicht brennbar oder schwer brennbar eingestuft sind, können diese Flüssigkeiten versprüht werden und das niederkettige Alkan oder Alken wird der Luft entzogen, das Gemisch verliert seine Entzündlichkeit.
  • Geeignete Absorptionsflüssigkeiten sind langkettige Alkohole wie Nonanol, Decanol und Undecanol, sie sind besonders geeignet, um Propan zu absorbieren.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, um versehentlich austretende Arbeitsfluide zu binden, damit sie sich nicht entzünden können.
  • Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein entsprechendes Verfahren zur Absorption von entzündlichem Arbeitsfluid im Gehäuse einer Vorrichtung zum Betrieb eines linksdrehenden Kältekreises, wobei
    • auf ein auslösendes Signal hin eine unter hohem Druck befindliche schlecht brennbare oder unbrennbare Absorptionsflüssigkeit in das Gehäuse eingedüst wird,
    • die Eindüsung solange aufrechterhalten wird, bis ein Signal zum Stoppen der Eindüsung erfolgt, und
    • die ablaufende Absorptionsflüssigkeit aufgefangen wird.
  • In Ausgestaltungen des Verfahrens wird vorgesehen, dass die Absorptionsflüssigkeit eine langkettige Kohlenstoffverbindung ist, vorzugsweise sind dies die Flüssigkeiten Nonanol, Decanol, Undecanol oder Mischungen daraus.
  • In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das auslösende Signal einer Konzentrationsmessung folgt, wobei beim Erreichen von 40 Prozent der Zündgrenze der Arbeitsfluid-Luft-Konzentration ein Auslösesignal gegeben wird. Das Stoppsignal wird beim Erreichen von 10 Prozent oder 5 Prozent der entsprechenden Zündgrenze gegeben. Auslösesignal und Stoppsignal können auch mehrmals nacheinander erfolgen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die ablaufende Absorptionsflüssigkeit nach dem Auffangen in einem separaten Behälter gesammelt und einer Wiederaufbereitung zugeführt wird.
  • Die Erfindung löst die Aufgabe auch durch eine Vorrichtung zum Eindüsen von Absorptionsflüssigkeit in das Gehäuse einer Vorrichtung zum Betrieb eines linksdrehenden Kältekreises, aufweisend
    • einem Druckbehälter, der eine Absorptionsflüssigkeit enthält und der ein Treibgas enthalten kann,
    • der Druckbehälter über eine Druckleitung mit einem automatischen Ventil verbunden ist,
    • dieses Ventil mit einem Signalgeber verbunden ist, dessen Signale aus einer Konzentrationsmessung von gasförmigem Arbeitsfluid und einer Recheneinheit oder Analogelektronik zur Bestimmung der Zündgrenze entstammen,
    • das Ventil mit einer Druckleitung verbunden ist, die zu mindestens einer Düse führt, die in dem Raum angeordnet ist, in welchem der linksdrehende Kältekreis durchgeführt wird,
    • unterhalb des Raumes, in welchem der linksdrehende Kältekreis durchgeführt wird, eine Auffangwanne vorgesehen wird.
  • In einer Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass als Treibgas im Druckbehälter Kohlendioxid oder Stickstoff verwendet werden. Dies hat den Vorteil, dass wenn der Tank kein Absorptionsmittel mehr enthält, weil es aufgebraucht ist, noch eine Inertisierung des Raumes erfolgt.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Auffangwanne mit einem Abzug versehen, der in einen abschließbaren und entfernbaren Behälter mündet. Das hat den Vorteil, dass die beladene Absorptionsflüssigkeit entnommen und wiederaufbereitet werden kann.
  • Weitere Ausgestaltungen der Vorrichtung betreffen die Eindüsung. Hierbei ist vorgesehen, dass eine sehr feine Düse verwendet wird, die zu sehr feinem Nebel bei der Versprühung führt. Es können auch eine Vielzahl von Düsen verwendet werden, die über einen Header gespeist werden. Diese Düsen können vertikal oder horizontal ausgerichtet werden, wobei die Ausrichtung auf bekannte Risikostellen im Kältekreis gerichtet werden kann.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von drei Prinzipskizzen anhand einer Wärmepumpe näher erläutert. Hierbei zeigen
    • Fig. 1:
    ein vereinfachtes Schema der Vorrichtung mit einer Düse,
    Fig. 2:
    ein vereinfachtes Schema der Vorrichtung mit vertikalen Düsen,
    Fig. 3:
    ein vereinfachtes Schema der Vorrichtung mit vertikalen und horizontalen Düsen.
  • Fig. 1 zeigt eine Wärmepumpe 1 mit einem Kältekreis 2, der in einem Kapselgehäuse 3 betrieben wird. Oberhalb des Kapselgehäuses 3 ist ein Druckbehälter 4 angeordnet, der Druckbehälter kann auch an jeder anderen, leicht zugänglichen Stelle in der Wärmepumpe 1 angeordnet werden. Der Druckbehälter enthält eine Mischung aus Nonanol, Decanol und Undecanol als Absorptionsflüssigkeit sowie als Treibgas Kohlendioxid.
  • Der Druckbehälter 4 ist über eine Druckleitung mit dem automatischen Ventil 5 verbunden. Als Signalgeber 6 für das Ventil 5 dient eine Konzentrationsmessung für gasförmiges Arbeitsfluid, welches in diesem Beispiel R290 ist. Die Konzentrationsmessung erfolgt dabei innerhalb des Kapselgehäuses 3. Sobald eine Gaskonzentration von 40 Prozent der Zündgrenze, die in Luft bei 1,7 Prozent liegt, also 0,68 Prozent gemessen wird, öffnet das Ventil 5 automatisch.
  • In diesem Fall wird die Absorptionsflüssigkeit über eine Druckleitung zu der Zerstäuberdüse 7 geleitet, die sich innerhalb des Kapselgehäuses 3 befindet, wo eine feine Zerstäubung der Absorptionsflüssigkeit erfolgt. Die Absorptionsflüssigkeit löst das Propan und läuft in die Auffangwanne 8 ab. Von dort aus wird es über einen gesicherten Ablauf in den Auffangbehälter 10 geleitet. Sobald die Konzentrationsmessung unter 10 Prozent der Zündgrenze gefallen ist, also 0,17 Prozent Propan in Luft beträgt, wird die Eindüsung beendet.
  • Sollte sich eine Leckage im Kältekreis befinden, die zu einem Wiederanstieg der Propankonzentration führen sollte, kann dieser Zyklus so lange wiederholt werden, bis die Absorptionsflüssigkeit im Druckbehälter 4 aufgebraucht ist. Danach wird das Kapselgehäuse mit dem Treibgas inertisiert, so dass auch bei einem weiteren Austritt von Arbeitsfluid eine Entzündung sicher verhindert wird.
  • Fig. 2 zeigt eine Wärmepumpe 1 mit dem gleichen Aufbau wie in Fig. 1, jedoch mit dem Unterschied, dass statt einer Einzeldüse eine horizontale Düsenreihe 11 im Kopfbereich des Kapselgehäuses vorgesehen ist. Hierdurch kann eine schnellere Verteilung der Absorptionsflüssigkeit im Kapselgehäuse 3 erfolgen. Die Druckleitung hinter dem Ventil 5 wird hierfür mit einem Header 12 verbunden, der die Absorptionsflüssigkeit auf alle Düsen gleichmäßig verteilt.
  • Fig. 3 zeigt eine Wärmepumpe 1 mit dem gleichen Aufbau wie in Fig. 2, jedoch mit dem Unterschied, dass zusätzlich zu einer horizontalen Düsenreihe auch vertikale Düsenreihen 13 vorgesehen werden, die eine noch bessere Verteilung der Absorptionsflüssigkeit erlauben. Hierbei können die Düsen auf kritische Rohrverbindungen oder Wärmetauscheranschlüsse gerichtet werden, bei denen Undichtigkeiten möglich sind.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Wärmepumpe
    2
    Kältekreis
    3
    Kapselgehäuse
    4
    Druckbehälter
    5
    Ventil
    6
    Signalgeber mit Konzentrationsmessung
    7
    Zerstäuberdüse
    8
    Auffangwanne
    9
    Ablauf
    10
    Auffangbehälter
    11
    horizontale Düsenreihe
    12
    Header
    13
    vertikale Düsenreihe

Claims (11)

  1. Verfahren zur Absorption von entzündlichem Arbeitsfluid im Gehäuse (1, 3) einer Vorrichtung zum Betrieb eines linksdrehenden Kältekreises, dadurch gekennzeichnet, dass
    - auf ein auslösendes Signal hin eine unter hohem Druck befindliche, schlecht brennbare oder unbrennbare Absorptionsflüssigkeit in das Gehäuse (3) eingedüst wird,
    - die Eindüsung solange aufrechterhalten wird, bis ein Signal zum Stoppen der Eindüsung erfolgt, und
    - die ablaufende Absorptionsflüssigkeit aufgefangen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionsflüssigkeit eine langkettige Kohlenstoffverbindung ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionsflüssigkeit ausgewählt wird aus Nonanol, Decanol, Undecanol oder Mischungen daraus.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das auslösende Signal einer Konzentrationsmessung folgt, wobei beim Erreichen von 40 Prozent der Zündgrenze der Arbeitsfluid-Luft-Konzentration ein Auslösesignal gegeben wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stoppsignal beim Erreichen von 10 Prozent oder 5 Prozent der entsprechenden Zündgrenze gegeben wird .
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ablaufende Absorptionsflüssigkeit nach dem Auffangen in einem separaten Behälter gesammelt wird.
  7. Vorrichtung zum Eindüsen von Absorptionsflüssigkeit in das Gehäuse (3) einer Vorrichtung zum Betrieb eines linksdrehenden Kältekreises, gekennzeichnet durch
    - einen Druckbehälter (4), der eine Absorptionsflüssigkeit enthält und der ein Treibgas enthalten kann,
    - der Druckbehälter (4) über eine Druckleitung mit einem automatischen Ventil (5) verbunden ist,
    - dieses Ventil (5) mit einem Signalgeber (6) verbunden ist, dessen Signale aus einer Konzentrationsmessung von gasförmigem Arbeitsfluid und einer Recheneinheit oder Analogelektronik zur Bestimmung der Zündgrenze entstammen,
    - das Ventil (5) mit einer Druckleitung verbunden ist, die zu mindestens einer Düse (7) führt, die in dem Raum (3) angeordnet ist, in welchem der linksdrehende Kältekreis durchgeführt wird,
    - wobei unterhalb des Raumes (3), in welchem der linksdrehende Kältekreis durchgeführt wird, eine Auffangwanne (8) vorgesehen wird.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Treibgas im Druckbehälter (4) Kohlendioxid oder Stickstoff verwendet werden.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auffangwanne (8) mit einem Abzug (9) versehen ist, der in einen abschließbaren und entfernbaren Behälter (10) mündet.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine sehr feine Düse (7) verwendet wird, die zu sehr feinem Nebel bei der Versprühung führt.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Düsen (11, 13) verwendet werden, die über einen Header (12) gespeist werden.
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