EP4040064A1 - Verfahren und anordnung zur feststellung von kältemittelleckagen in einem kältekreislauf, der in einem geschlossenen gehäuse angeordnet ist - Google Patents

Verfahren und anordnung zur feststellung von kältemittelleckagen in einem kältekreislauf, der in einem geschlossenen gehäuse angeordnet ist Download PDF

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EP4040064A1
EP4040064A1 EP22153871.3A EP22153871A EP4040064A1 EP 4040064 A1 EP4040064 A1 EP 4040064A1 EP 22153871 A EP22153871 A EP 22153871A EP 4040064 A1 EP4040064 A1 EP 4040064A1
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EP
European Patent Office
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refrigerant
temperature
adsorbent filling
leak
refrigeration circuit
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Pascal Forner
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Vaillant GmbH
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    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/02—Heat pumps of the compression type

Definitions

  • the invention relates to a method and an arrangement for detecting refrigerant leaks in a refrigeration circuit.
  • Modern heating systems are often equipped with heat pumps that extract heat from the environment in order to heat buildings and/or water.
  • This requires a refrigeration circuit in which a refrigerant circulates, which is mostly gaseous at ambient temperature and pressure and therefore escapes as a gas if there is a leak in the refrigeration circuit.
  • Usual refrigerants e.g. B. the so-called R290, for which the present invention is particularly suitable, should not get into buildings uncontrolled for various reasons. Some refrigerants are also flammable, so uncontrolled distribution must be avoided for this reason alone. Therefore, if a refrigeration circuit cannot be placed outside buildings, it is placed in an interior space of a sealed housing, which e.g. B. is placed in a basement or an adjoining room of a building.
  • Escaping refrigerant can initially only escape into the interior, from where it can be routed out of the building into the open air. Since one often wants to avoid a discharge of refrigerant into the environment or a discharge into the free environment is sometimes difficult, it is also known to install a connection chamber in a connection between the interior and the environment, which is filled with an adsorbent, which exiting refrigerant binds. Depending on the dimensioning of such an adsorbent filling this can be sufficient to bind the entire content of the refrigerant in a refrigeration circuit, so that it can neither escape into the open air nor into a building.
  • the object of the present invention is to at least partially solve the problems described with reference to the prior art.
  • one object is to create a method and an arrangement for determining and/or quantitatively determining the presence of a refrigerant leak in a refrigeration circuit, the arrangement being simple and suitable for everyday operation of a refrigeration circuit and requiring little maintenance, if possible for its entire service life.
  • a method for detecting a leak in a refrigeration circuit filled with a refrigerant which is arranged in an interior space of a tight housing which is connected to an external environment only via a connecting chamber provided with an adsorbent filling for the refrigerant.
  • Refrigerant escaping from the refrigeration circuit into the interior is adsorbed in the adsorbent filling, with the development of heat, the temperature being measured at at least one point in the adsorbent filling. If an absolute threshold value for the temperature is exceeded and/or if a threshold value for the temperature rise per unit of time is exceeded, a leak is then concluded.
  • a specifiable absolute threshold value has been exceeded and/or that a specifiable threshold value for a temperature rise per unit of time has been exceeded.
  • a leak countermeasures e.g. warning message, maintenance, shutdown, error message
  • the adsorbent filling in the connecting chamber preferably has at least one inner section and one outer section, with each of these sections the temperature is measured. More than two partial areas can be provided.
  • the sub-areas do not have to be structurally delimited from one another, for example by a collar, a lattice or the like.
  • the sub-areas can include different volumes of the adsorbent filling, it being preferable for them to be defined with approximately the same volume fraction, depending on the number.
  • the "inner" or first sub-area is usually closest to the interior space, while the "outer" sub-area (or further sub-areas) is further away from the interior space or is separated from the interior space by sub-areas located further inwards. If more than two sub-areas are provided, temperature measurements do not have to be provided or carried out in all sub-areas. It is possible that a (direct) temperature measurement is taken at one point in each sub-area.
  • refrigerant gets into the inner part and triggers a temperature increase there, while no refrigerant can be detected in the outer part.
  • the temperature also increases in the outer partial area, while the temperature in the inner partial area drops again the more it is saturated with adsorbed refrigerant.
  • a subdivision into more partial areas can increase the measurement accuracy. In any case, not only can the presence of a leak be determined in this way, but the magnitude of a leak can also be determined more precisely than with just one temperature measurement.
  • the temperature in the connecting chamber can vary depending on the time of year and environmental or operating conditions, it makes sense to establish a reference temperature that will not be affected by a leak and only determine the difference in temperatures measured in the adsorbent filling from this reference temperature and to be used for further evaluation.
  • the reference temperature can be measured in the interior or in the environment.
  • the size and/or the previous duration of the leak is inferred from the value (or the level) of the measured temperature and/or the speed of a temperature rise in the partial areas or in each partial area.
  • the currently determined temperature values and/or the rate of change of the temperature can be related to previous and/or stored values from the same and/or another sub-area. From this, characteristic values and/or correlations can be determined (automatically) which characterize the propagation area of the leak, the amount of refrigerant that has occurred and/or the behavior of the leak over time. This information can be used to initiate further actions, such as targeted notifications for maintenance, shutdown or malfunction.
  • the task is also solved by an arrangement for detecting a refrigerant leak in a refrigeration circuit, which is arranged in an interior of a tight housing, which is connected to an external environment only via a connecting chamber provided with an adsorbent filling for the refrigerant, wherein in the adsorbent filling in at least one temperature sensor is arranged in the connecting chamber, which is connected to an evaluation unit via a measuring line.
  • Temperature sensors are robust and require little maintenance and have a very long service life as does a typical adsorbent, so the arrangement can have a service life similar to that of a refrigeration cycle.
  • the temperature sensor is in direct contact with the adsorbent in the connecting chamber.
  • the temperature sensor itself and / or the (electronic or electrical) measuring line can, for example, laterally from the Connection chamber are brought out.
  • the evaluation unit can include a computer and a (data) memory.
  • the connecting chamber preferably has at least one inner partial area and one outer partial area, with a temperature sensor being arranged in each of the partial areas. If more than two subareas are provided, at least one temperature sensor can be provided in each subarea, but it is also possible for at least one subarea to be designed without a temperature sensor.
  • Refrigerant escaping in the event of a leak first reaches the inner section and only later - when the absorption capacity of the adsorbent filling in this area has been reached - the (further) outer section, so that temperature sensors in both sections (or even other sections) provide additional information about the Magnitude of the leak and / or the amount of refrigerant that has already leaked can be obtained.
  • a temperature sensor is arranged in the interior space as a reference sensor, which is also connected to the evaluation unit (via an electronic or electrical measuring line).
  • This reference sensor provides a temperature unaffected by a leak, which essentially corresponds to the temperature in the connection chamber, so that only the difference of temperatures measured in the connection chamber from the reference temperature has to be considered when interpreting the data.
  • the adsorbent filling comprises or contains activated carbon and/or another adsorbent which heats up when the refrigerant is adsorbed.
  • the evaluation unit can be set up in such a way that if an absolute threshold value for the temperature and/or a threshold value for the temperature rise per unit of time (or the respective difference to a reference temperature) is exceeded, a warning message and/or protective measures are (automatically) triggered. This can be an indication on a display, a message to a remote maintenance center or a shutdown of the refrigeration circuit.
  • the size (e.g. the volume or the dimensions) of the connecting chamber and the amount of adsorbent in it is particularly preferably designed such that, in the event of leaks below a tolerance value, no refrigerant escapes into the external environment within a specifiable time interval. This can even go so far that everything can be adsorbed even if all the refrigerant escapes. This means additional security for a building or the environment. Nevertheless, a leak is quickly detected and reported.
  • a further aspect also relates to a computer program product comprising instructions which cause the arrangement described to carry out the method described.
  • the evaluation of the data measured by the sensors and their further use require a program and data, both of which must be updated from time to time.
  • the explanations of the method can be used to characterize the arrangement in more detail, and vice versa.
  • the arrangement can also be set up in such a way that the method is carried out with it.
  • the refrigeration circuit 1 shows schematically a refrigeration circuit 1, filled with refrigerant 2, which is arranged in an interior 4 of a housing 3.
  • the refrigeration circuit 1 typically contains components that are not explained in more detail here, such as a compressor, an expansion element, an evaporator and a condenser, which in turn can also have supply lines that are guided through the housing in a sealed manner.
  • the following only deals with leaks of refrigerant 2, which lead to refrigerant 2 escaping into the interior 4, where the refrigerant spreads quickly through diffusion and, because of the resulting overpressure in the interior, through a connecting chamber 6 into an environment 5 (free environment or building) wants to escape.
  • adsorbent e.g. B. activated carbon prevented, which the refrigerant 2 adsorbed.
  • adsorbent fillings 7 for R290 and other natural refrigerants some of which can also be flammable. These are porous and have a large surface area, so that effective adsorption can take place, with heat being released.
  • refrigerant 2 first enters an inner portion 8 of the adsorbent filling 7, where the Temperature initially increases in an adsorption zone 10, which can be measured by a first temperature sensor 11 and passed on to an evaluation unit 14 via a measuring line 15. In the simplest case, it is already possible to monitor for leaks.
  • the adsorption zone 10 Over time (when the adsorbent in the first section is increasingly saturated), the adsorption zone 10, in which mainly the heat is released, moves further outwards and then also reaches an outer section 9, in which the temperature is also measured by a second temperature sensor 12 can be measured.
  • a second temperature sensor 12 By evaluating the temperature measurements from the first 11 and second 12 temperature sensors, not only can a leak be detected, but its size and duration can also be estimated.
  • a third temperature sensor 13 as a reference, temperature fluctuations that are not due to a leak can be compensated for, which also works with only one temperature sensor 11 in the adsorbent filling. Only the difference between the reference temperature at the third temperature sensor 13 and the temperature in the adsorbent filling is considered.
  • the evaluation unit 14 determines that a definable absolute threshold value has been exceeded and/or that a definable threshold value has been exceeded for the temperature increase per unit of time and interprets this as an indication of a leak.
  • the evaluation unit is part of a control and regulation unit of an entire heating system and can trigger warning signals, warning displays, messages to a remote maintenance center and/or direct measures in the latter, including switching off the refrigeration circuit 1 .
  • the arrangement can also be designed to be inherently safe against the escape of refrigerant 2 into the environment 5 at the same time.
  • the present invention allows with a simple, robust and largely maintenance-free instrumentation of one or more temperature sensors in one Adsorbent filling Reliably detect leaks in refrigerant and initiate appropriate measures.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Feststellung einer Leckage in einem mit einem Kältemittel (2) gefüllten Kältekreislauf (1), der in einem Innenraum (4) eines dichten Gehäuses (3) angeordnet ist, welcher mit einer äußeren Umgebung (5) nur über eine mit einer Adsorbensfüllung (7) für das Kältemittel (2) versehenen Verbindungskammer (6) verbunden ist, wobei aus dem Kältekreislauf (1) in den Innenraum (4) austretendes Kältemittel (2) in der Adsorbensfüllung (7) unter Wärmeentwicklung adsorbiert wird, wobei die Temperatur an mindestens einer Stelle in der Adsorbensfüllung (7) gemessen und bei einer Überschreitung eines absoluten Schwellwertes und/oder einer Überschreitung eines Schwellwertes für den Temperaturanstieg pro Zeiteinheit auf eine Leckage geschlossen wird. Bevorzugt weist die Verbindungskammer (6) mindestens einen inneren Teilbereich (8) und einen äußeren Teilbereich (9) auf, wobei in jedem Teilbereich (8, 9) ein Temperatursensor (11, 12) angeordnet ist. Zusätzlich kann in dem Innenraum (4) ein Temperatursensor als Referenzsensor (13) angeordnet sein, der ebenfalls mit der Auswerteeinheit (14) verbunden ist. Die vorliegende Erfindung erlaubt es, mit einer einfachen, robusten und weitgehend wartungsfreien Instrumentierung aus einem oder mehreren Temperatursensoren (11, 12) in einer Adsorbensfüllung (7) Leckagen an Kältemittel (2) sicher festzustellen und entsprechende Maßnahmen einzuleiten.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Feststellung von Kältemittelleckagen in einem Kältekreislauf.
  • Moderne Heizungsanlagen sind oft mit Wärmepumpen ausgestattet, die der Umgebung Wärme entziehen, um damit Gebäude zu heizen und/oder Wasser zu erwärmen. Dazu ist ein Kältekreislauf erforderlich, in dem ein Kältemittel zirkuliert, welches bei Umgebungstemperatur und Umgebungsdruck meist gasförmig ist und daher bei einer Leckage im Kältekreislauf als Gas entweicht. Übliche Kältemittel, z. B. das sogenannte R290, für das die vorliegende Erfindung besonders geeignet ist, sollen aus verschiedenen Gründen nicht unkontrolliert in Gebäude gelangen. Einige Kältemittel sind auch brennbar, so dass schon aus diesem Grund eine unkontrollierte Verteilung vermieden werden muss. Sofern ein Kältekreislauf nicht außerhalb von Gebäuden angeordnet werden kann, wird er daher in einem Innenraum eines dichten Gehäuses angeordnet, welches z. B. in einem Keller oder einem Nebenraum eines Gebäudes aufgestellt wird. So kann entweichendes Kältemittel zunächst nur in den Innenraum entweichen, von wo es aus dem Gebäude heraus in die freie Umgebung geleitet werden kann. Da man auch eine Ableitung von Kältemittel in die Umwelt oft vermeiden möchte oder eine Ableitung in die freie Umgebung manchmal schwer möglich ist, ist es auch bekannt, in eine Verbindung des Innenraumes zur Umgebung eine Verbindungkammer einzubauen, die mit einem Adsorbens gefüllt ist, welche austretendes Kältemittel bindet. Je nach Dimensionierung einer solchen Adsorbensfüllung kann diese ausreichen, den gesamten Inhalt an Kältemittel eines Kältekreislaufs zu binden, so dass dieses weder in die freie Umgebung noch in ein Gebäude gelangen kann.
  • Andererseits reicht es für den Betreib einer Wärmepumpe nicht aus, nur ein unkontrolliertes Entweichen von Kältemittel zu verhindern, sondern es ist auch wichtig, Leckagen jeder Größenordnung möglichst frühzeitig zu detektieren, um Gegenmaßnahmen (Warnmeldung, Wartung, Abschaltung, Störungsmeldung) einleiten zu können. Dazu sind verschiedene Arten von Detektoren für Kältemittel bekannt, die im Innenraum des Gehäuses angeordnet werden können, insbesondere elektrochemische Sensoren. Solche Sensoren sind jedoch mit verschiedenen Nachteilen behaftet, insbesondere teuer, störanfällig (z. B. wegen möglicher Kontamination z. B. durch Siloxane oder Querempfindlichkeiten z. B. gegenüber Wasserdampf), von begrenzter Lebensdauer und/oder wartungsintensiv.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschildeten Probleme wenigstens teilweise zu lösen. Insbesondere ist eine Aufgabe die Schaffung eines Verfahrens und einer Anordnung zum Feststellen und/oder quantitativen Bestimmen des Vorhandenseins einer Kältemittelleckage in einem Kältekreislauf, wobei die Anordnung einfach und geeignet für einen Alltagsbetrieb eines Kältekreislaufs und wartungsarm, möglichst für dessen gesamte Lebensdauer, sein soll.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe dienen ein Verfahren und eine Anordnung sowie ein Computerprogrammprodukt gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Zeichnung, veranschaulicht die Erfindung und gibt weitere Ausführungsbeispiele an.
  • Hierzu trägt ein Verfahren bei zur Feststellung einer Leckage in einem mit einem Kältemittel gefüllten Kältekreislauf, der in einem Innenraum eines dichten Gehäuses angeordnet ist, welcher mit einer äußeren Umgebung nur über eine mit einer Adsorbensfüllung für das Kältemittel versehenen Verbindungskammer verbunden ist. Aus dem Kältekreislauf in den Innenraum austretendes Kältemittel wird in der Adsorbensfüllung unter Wärmeentwicklung adsorbiert, wobei die Temperatur an mindestens einer Stelle in der Adsorbensfüllung gemessen wird. Bei einer Überschreitung eines absoluten Schwellwertes der Temperatur und/oder einer Überschreitung eines Schwellwertes für den Temperaturanstieg pro Zeiteinheit wird dann auf eine Leckage geschlossen.
  • Bei der Adsorption eines Stoffes an einem geeigneten Adsorbermaterial wird Adsorptionsenthalpie freigesetzt, die das Adsorbermaterial mit dem adsorbierten Stoff erwärmt. Dies ist bei einem Kältemittel wie R290 und beispielsweise Aktivkohle als Adsorbens eine leicht als Temperaturerhöhung messbare Energiemenge pro adsorbierter Masseneinheit. Mit einer Temperaturmessung im innersten Bereich der Adsorbensfüllung, wo austretendes Kältemittel zuerst adsorbiert wird, lassen sich auch kleinere Leckagen bereits durch eine Temperaturerhöhung feststellen. Wird unmittelbar aus einer Messung und/oder aufgezeichneten bzw. gespeicherten Messwerten der Temperaturmessung(en) ein Überschreiten eines vorgebbaren absoluten Schwellwertes und/oder das Überschreiten eines vorgebbaren Schwellwertes für einen Temperaturanstieg pro Zeiteinheit ermittelt, kann dies (automatisch) als Hinweis auf eine Leckage interpretiert werden, wobei ggf. automatisch Gegenmaßnahmen (z.B. Warnmeldung, Wartung, Abschaltung, Störungsmeldung) eingeleitet werden können.
  • Bevorzugt weist die Adsorbensfüllung in der Verbindungskammer mindestens einen inneren Teilbereich und einen äußeren Teilbereich auf, wobei in diesen Teilbereichen jeweils die Temperatur gemessen wird. Es können mehr als zwei Teilbereiche vorgesehen sein. Die Teilbereiche müssen nicht baulich voneinander abgegrenzt sein, z.B. durch einen Kragen, ein Gitter oder dergleichen. Die Teilbereiche können unterschiedliche Volumina der Adsorbensfüllung umfassen, wobei bevorzugt ist, diese je nach Anzahl etwa mit gleichem Volumenanteil festzulegen. Der "innere" bzw. erste Teilbereich liegt üblicherweise dem Innenraum am nächsten, während der "äußere" Teilbereich (bzw. weitere Teilbereiche) weiter entfernt von dem Innenraum liegen bzw. von weiter innen liegenden Teilbereichen vom Innenraum bebstandet sind. Wenn mehr als zwei Teilbereiche vorgesehen sind, müssen nicht in allen Teilbereichen Temperaturmessungen vorgesehen oder durchgeführt werden. Es ist möglich, dass an einer Stelle in jedem Teilbereich eine (direkte) Temperaturmessung vorgenommen wird.
  • Zu Beginn einer Leckage gelangt Kältemittel in den inneren Teilbereich und löst dort eine Temperaturerhöhung aus, während in dem äußeren Teilbereich noch kein Kältemittel festgestellt werden kann. Mit der Zeit und/oder bei sehr großen Leckagen tritt auch in dem äußeren Teilbereich eine Temperaturerhöhung auf, während in dem inneren Teilbereich die Temperatur wieder absinkt, je stärker dieser mit adsorbiertem Kältemittel gesättigt ist. Eine Unterteilung in mehr Teilbereiche kann die Messgenauigkeit erhöhen. Jedenfalls lässt sich auf diese Weise nicht nur das Vorhandensein einer Leckage feststellen, sondern auch die Größenordnung eines Lecks genauer ermitteln als mit nur einer Temperaturmessung. Da die Temperatur in der Verbindungskammer je nach Jahreszeit und Umgebungsbedingungen oder Betriebsbedingungen unterschiedlich sein kann, ist es sinnvoll, eine Referenztemperatur zu ermitteln, die nicht von einer Leckage beeinflusst wird, und nur die Differenz der in der Adsorbensfüllung gemessenen Temperaturen zu dieser Referenztemperatur zu ermitteln und für die weitere Auswertung zu nutzen. Die Referenztemperatur kann in dem Innenraum oder in der Umgebung gemessen werden.
  • Insbesondere wird aus dem Wert (bzw. der Höhe) der gemessenen Temperatur und/oder der Schnelligkeit eines Temperaturanstiegs in den Teilbereichen bzw. in jedem Teilbereich auf die Größe und/oder die bisherige Dauer der Leckage geschlossen.
  • Die aktuell ermittelten Temperatur-Werte und/oder die Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur können mit vorausgegangenen und/oder gespeicherten Werten aus demselben und/oder einem anderen Teilbereich in Relation gesetzt werden. Hieraus können (automatisch) Kennwerte und/oder Korrelationen ermittelt werden, die den Ausbreitungsbereich der Leckage, die Menge des aufgetretenen Kältemittels und/oder das zeitliche Verhalten der Leckage charakterisieren. Diese Informationen können genutzt werden, weitere Aktionen zu veranlassen, wie z.B. zielgerichtete Meldungen zur Wartung, Abschaltung oder Störung.
  • Zur Lösung der Aufgabe dient auch eine Anordnung zur Feststellung einer Kältemittelleckage in einem Kältekreislauf, der in einem Innenraum eines dichten Gehäuses angeordnet ist, welcher mit einer äußeren Umgebung nur über eine mit einer Adsorbensfüllung für das Kältemittel versehenen Verbindungskammer verbunden ist, wobei in der Adsorbensfüllung in der Verbindungskammer mindestens ein Temperatursensor angeordnet ist, der über eine Messleitung mit einer Auswerteeinheit verbunden ist.
  • Temperatursensoren sind robust und wartungsarm und haben eine sehr lange Lebensdauer ebenso wie ein typisches Adsorbens, so dass die Anordnung eine ähnliche Lebensdauer haben kann wie ein Kältekreislauf. Der Temperatursensor steht insbesondere direkt mit dem Adsorbens in der Verbindungskammer in Kontakt. Der Temperatursensor selbst und/oder die (elektronische bzw. elektrische) Messleitung kann z.B. seitlich aus der Verbindungskammer herausgeführt werden. Die Auswerteeinheit kann einen Computer und einen (Daten-)Speicher umfassen.
  • Bevorzugt weist die Verbindungskammer mindestens einen inneren Teilbereich und einen äußeren Teilbereich auf, wobei in den Teilbereichen jeweils ein Temperatursensor angeordnet ist. Sind mehr als zwei Teilbereiche vorgesehen, können in jedem Teilbereich jeweils mindestens ein Temperatursensor vorgesehen sein, es ist aber auch möglich, dass mindestens ein Teilbereich ohne Temperatursensor ausgeführt ist.
  • Bei einer Leckage austretendes Kältemittel erreicht zuerst den inneren Teilbereich und erst später - wenn die Aufnahmefähigkeit der Adsorbensfüllung in diesem Bereich erreicht ist - den (weiter) äußeren Teilbereich, so dass durch Temperatursensoren in beiden Teilbereichen (oder sogar noch weiteren Teilbereichen) zusätzliche Informationen über die Größenordnung der Leckage und/oder die Menge des bereits ausgetretenen Kältemittels gewonnen werden können.
  • Bei einer speziellen Ausführungsform ist in dem Innenraum ein Temperatursensor als Referenzsensor angeordnet, der ebenfalls (über eine elektronische bzw. elektrische Messleitung) mit der Auswerteeinheit verbunden ist. Dieser Referenzsensor liefert eine nicht von einer Leckage beeinflusste Temperatur, die im Wesentlichen der Temperatur in der Verbindungskammer entspricht, so dass nur die Differenz von in der Verbindungskammer gemessenen Temperaturen von der Referenztemperatur bei der Interpretation der Daten betrachtet werden muss.
  • Bevorzugt, insbesondere für das Kältemittel R290, umfasst bzw. enthält die Adsorbensfüllung Aktivkohle und/oder ein anderes Adsorbens, welches sich bei Adsorption von Kältemittel erwärmt.
  • Die Auswerteeinheit kann so eingerichtet sein, dass bei Überschreitung eines absoluten Schwellwertes der Temperatur und/oder eines Schwellwertes für den Temperaturanstieg pro Zeiteinheit (oder der jeweiligen Differenz zu einer Referenztemperatur) eine Warnmeldung und/oder Schutzmaßnahmen (automatisch) veranlasst wird. Dies kann eine Anzeige auf einem Display sein, eine Meldung an eine Fernwartungszentrale bis hin zu einer Abschaltung des Kältekreislaufs.
  • Besonders bevorzugt ist die Größe (z.B. das Volumen bzw. die Abmessungen) der Verbindungskammer und die Menge an Adsorbens darin so ausgelegt, dass bei Leckagen unterhalb eines Toleranzwertes in einem vorgebbaren Zeitintervall kein Kältemittel in die äußere Umgebung gelangt. Dies kann auch so weit gehen, dass selbst bei Austritt des gesamten Kältemittels alles adsorbiert werden kann. Dies bedeutet eine zusätzliche Sicherheit für ein Gebäude oder die Umwelt. Trotzdem wird eine Leckage schnell erkannt und gemeldet.
  • Ein weiterer Aspekt betrifft auch ein Computerprogramprodukt umfassend Befehle, die bewirken, dass die beschriebene Anordnung das beschriebene Verfahren ausführt. Die Auswertung der von den Sensoren gemessenen Daten und deren weitere Verwendung benötigen ein Programm und Daten, wobei beides gelegentlich aktualisiert werden muss.
  • Die Erläuterungen zum Verfahren können zur näheren Charakterisierung der Anordnung herangezogen werden, und umgekehrt. Die Anordnung kann auch so eingerichtet sein, dass damit das Verfahren durchgeführt wird.
  • Ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung, auf das diese jedoch nicht beschränkt ist, und die Funktionsweise des Verfahrens werden nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es stellt dar:
    • Fig. 1:
    einen Kältekreislauf in einem dichten Gehäuse mit zugehöriger Sensorik für Leckagen.
  • Fig. 1 zeigt schematisch einen Kältekreislauf 1, gefüllt mit Kältemittel 2, der in einem Innenraum 4 eines Gehäuses 3 angeordnet ist. Der Kältekreislauf 1 enthält typischerweise hier nicht näher erläuterte Komponenten wie einen Kompressor, ein Entspannungselement, einen Verdampfer und einen Kondensator, die wiederum auch Zuleitungen haben können, die dichtend durch das Gehäuse geführt sind. Für innere Leckagen zu solchen Zuleitungen gibt es andere Messsysteme, die hier nicht Gegenstand der Betrachtungen sind. Im Folgenden geht es nur um Leckagen von Kältemittel 2, die zu einem Austritt von Kältemittel 2 in den Innenraum 4 führen, wo sich das Kältemittel schnell durch Diffusion verteilt und wegen des entstehenden Überdruckes im Innenraum durch eine Verbindungskammer 6 in eine Umgebung 5 (freie Umgebung oder Gebäude) entweichen will. Dies wird durch ein Adsorbens, z. B. Aktivkohle, verhindert, welches das Kältemittel 2 adsorbiert. Für R290 und andere natürliche Kältemittel, die teilweise auch brennbar sein können, gibt es geeignete Adsorbensfüllungen 7. Diese sind porös und haben eine große Oberfläche, so dass eine effektive Adsorption stattfinden kann, wobei Wärme frei wird. Im Fall einer Leckage gelangt Kältemittel 2 zunächst in einen inneren Teilbereich 8 der Adsorbensfüllung 7, wo sich die Temperatur zunächst in einer Adsorptionszone 10 erhöht, was von einem ersten Temperatursensor 11 gemessen und über eine Messleitung 15 an eine Auswerteeinheit 14 weitergegeben werden kann. Im einfachsten Fall ist damit bereits eine Überwachung auf Leckagen möglich. Im Laufe der Zeit (wenn das Adsorbens im ersten Teilbereich zunehmend gesättigt ist) wandert die Adsorptionszone 10, in der hauptsächlich die Wärme freigesetzt wird, weiter nach außen und gelangt dann auch in einen äußeren Teilbereich 9, in dem ebenfalls die Temperatur durch einen zweiten Temperatursensor 12 gemessen werden kann. Durch Auswertung der Temperaturmessungen von erstem 11 und zweitem 12 Temperatursensor kann daher nicht nur eine Leckage festgestellt werden, sondern auch deren Größe und Dauer eingeschätzt werden. Mit einem dritten Temperatursensor 13 als Referenz können nicht auf eine Leckage zurückgehende Temperaturschwankungen kompensiert werden, was auch mit nur einem Temperatursensor 11 in der Adsorbensfüllung funktioniert. Es wird immer nur die Differenz zwischen Referenztemperatur am dritten Temperatursensor 13 und Temperatur in der Adsorbensfüllung betrachtet. Die Auswerteeinheit 14 stellt die Überschreitung eines vorgebbaren absoluten Schwellwertes und/oder die Überschreitung eines vorgebbaren Schwellwertes bei der Temperaturzunahme pro Zeiteinheit fest und interpretiert diese als Hinweis auf eine Leckage. Im Allgemeinen ist die Auswerteeinheit Teil einer Steuer- und Regeleinheit einer gesamten Heizungsanlage und kann in letzterer Warnsignale, Warnanzeigen, Meldungen an eine Fernwartungszentrale und/oder direkt Maßnahmen bis hin zu einer Abschaltung des Kältekreislaufs 1 auslösen. Durch Adsorbens in geeigneter Menge kann die Anordnung aber auch gleichzeitig inhärent sicher gegen den Austritt von Kältemittel 2 in die Umgebung 5 gestaltet werden.
  • Die vorliegende Erfindung erlaubt es, mit einer einfachen, robusten und weitgehend wartungsfreien Instrumentierung aus einem oder mehreren Temperatursensoren in einer Adsorbensfüllung Leckagen an Kältemittel sicher festzustellen und entsprechende Maßnahmen einzuleiten.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kältekreislauf
    2
    Kältemittel
    3
    Gehäuse
    4
    Innenraum
    5
    Äußere Umgebung
    6
    Verbindungskammer
    7
    Adsorbensfüllung
    8
    Innerer Teilbereich
    9
    Äußerer Teilbereich
    10
    Adsorptionszone
    11
    Erster Temperatursensor
    12
    Zweiter Temperatursensor
    13
    Dritter Temperatursensor (Referenzsensor)
    14
    Auswerteeinheit
    15
    Messleitung

Claims (10)

  1. Verfahren zur Feststellung einer Leckage in einem mit einem Kältemittel (2) gefüllten Kältekreislauf (1), der in einem Innenraum (4) eines dichten Gehäuses (3) angeordnet ist, welcher mit einer äußeren Umgebung (5) nur über eine mit einer Adsorbensfüllung (7) für das Kältemittel (2) versehenen Verbindungskammer (6) verbunden ist, wobei aus dem Kältekreislauf (1) in den Innenraum (4) austretendes Kältemittel (2) in der Adsorbensfüllung (7) unter Wärmeentwicklung adsorbiert wird, wobei die Temperatur an mindestens einer Stelle in der Adsorbensfüllung (7) gemessen und bei einer Überschreitung eines absoluten Schwellwertes und/oder einer Überschreitung eines Schwellwertes für den Temperaturanstieg pro Zeiteinheit auf eine Leckage geschlossen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Adsorbensfüllung (7) in der Verbindungskammer (6) mindestens einen inneren Teilbereich (8) und einen äußeren Teilbereich (9) aufweist und in diesen Teilbereichen (8, 9) jeweils die Temperatur gemessen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei aus dem Wert der gemessenen Temperatur und/oder der Schnelligkeit eines Temperaturanstiegs in den Teilbereichen (8, 9) zumindest auf die Größe oder die bisherige Dauer der Leckage geschlossen wird.
  4. Anordnung zur Feststellung einer Kältemittelleckage in einem Kältekreislauf (1), der in einem Innenraum (4) eines dichten Gehäuses (3) angeordnet ist, welcher mit einer äußeren Umgebung (5) nur über eine mit einer Adsorbensfüllung (7) für das Kältemittel (2) versehenen Verbindungskammer (6) verbunden ist, wobei in der Adsorbensfüllung (7) in der Verbindungskammer (6) mindestens ein Temperatursensor (11) angeordnet ist, der über eine Messleitung (15) mit einer Auswerteeinheit (14) verbunden ist.
  5. Anordnung nach Anspruch 4, wobei die Verbindungskammer (6) mindestens einen inneren Teilbereich (8) und einen äußeren Teilbereich (9) aufweist, wobei in jedem Teilbereich (8, 9) ein Temperatursensor (11, 12) angeordnet ist.
  6. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei in dem Innenraum (4) ein Temperatursensor als Referenzsensor (13) angeordnet ist, der ebenfalls mit der Auswerteeinheit (14) verbunden ist.
  7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Adsorbensfüllung (7) Aktivkohle und/oder ein anderes Adsorbens, welches sich bei Adsorption von Kältemittel (2) erwärmt, umfasst.
  8. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Auswerteeinheit (14) eingerichtet ist, bei Überschreitung eines absoluten Schwellwertes der Temperatur und/oder eines Schwellwertes für den Temperaturanstieg pro Zeiteinheit zumindest eine Warnmeldung oder Schutzmaßnahmen zu veranlassen.
  9. Anordnung nach einem der Ansprüche, wobei die Größe der Verbindungskammer (6) und die Menge an Adsorbensfüllung (7) darin so ausgelegt werden, dass bei Leckagen unterhalb eines Toleranzwertes in einem vorgebbaren Zeitintervall kein Kältemittel (2) in die äußere Umgebung (5) gelangt.
  10. Computerprogramprodukt umfassend Befehle, die bewirken, dass die Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 9 das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausführt.
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