EP4194769A1 - Kältemittelanlage sowie kältemittelmodul - Google Patents

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EP4194769A1
EP4194769A1 EP22211521.4A EP22211521A EP4194769A1 EP 4194769 A1 EP4194769 A1 EP 4194769A1 EP 22211521 A EP22211521 A EP 22211521A EP 4194769 A1 EP4194769 A1 EP 4194769A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
refrigerant
housing
control housing
refrigeration
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22211521.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan BRÜCKNER
Ian RÜHROLD
Gunnar Schmitt
Raphael Winter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Glen Dimplex Deutschland GmbH
Original Assignee
Glen Dimplex Deutschland GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Glen Dimplex Deutschland GmbH filed Critical Glen Dimplex Deutschland GmbH
Publication of EP4194769A1 publication Critical patent/EP4194769A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H4/00—Fluid heaters characterised by the use of heat pumps
    • F24H4/02—Water heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/08—Arrangements for drainage, venting or aerating
    • F24D19/082—Arrangements for drainage, venting or aerating for water heating systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1009—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating
    • F24D19/1039—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating the system uses a heat pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
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    • F24H15/10—Control of fluid heaters characterised by the purpose of the control
    • F24H15/12—Preventing or detecting fluid leakage
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/02—Casings; Cover lids; Ornamental panels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/12—Heat pump
    • F24D2200/123—Compression type heat pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/30—Control or safety arrangements for purposes related to the operation of the system, e.g. for safety or monitoring
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    • F24F11/36—Responding to malfunctions or emergencies to leakage of heat-exchange fluid
    • 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
    • F25B2500/221—Preventing leaks from developing
    • 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
    • F25B2500/222—Detecting refrigerant leaks

Definitions

  • the invention relates to a refrigeration system that is designed in particular for indoor installation, ie as a so-called indoor system.
  • the invention also relates to a refrigerant module for such a refrigerant system.
  • Such a refrigeration system and such a refrigeration module generally have a refrigeration circuit which has two heat exchangers, namely an evaporator and a condenser, and also a compressor and an expansion valve. A refrigerant flows in the refrigeration circuit during operation.
  • refrigerant leaks can occur for a variety of reasons, which can have a direct effect on the installation room in refrigeration systems installed inside buildings (indoor systems).
  • the escaping refrigerant is mostly gaseous or sometimes also liquid and then becomes gaseous. This can lead to harmful or toxic concentrations for living beings.
  • Decomposition of some refrigerant gases on hot surfaces can also lead to toxic decomposition products.
  • highly or hardly flammable refrigerants there is a risk of deflagration, explosion or fire if flammable mixtures and ignition sources act at the same time.
  • a refrigeration system can be seen in which the refrigeration circuit is arranged within a housing in which a negative pressure relative to the environment is set. This is to prevent refrigerant gas from escaping into the environment.
  • the refrigeration circuit is also arranged in a housing in which a pressure sensor is mounted, which monitors the internal pressure in the housing.
  • An increase in pressure is identified as a leak in the refrigeration cycle and external air for the interior of the housing is sucked in by means of a suction device and the air enriched with refrigerant is blown out into the surroundings of the installation room.
  • the invention is based on the object of specifying a refrigerant system and a refrigerant module which are easy to install and at the same time ensure a high level of protection against the escape of refrigerant and against an accumulation of critical refrigerant concentrations in the installation room.
  • a refrigeration system especially for indoor installation with a refrigeration circuit which has two heat exchangers, namely an evaporator and a condenser and also a compressor and an expansion valve and in which a refrigerant circulates during operation.
  • a refrigeration circuit which has two heat exchangers, namely an evaporator and a condenser and also a compressor and an expansion valve and in which a refrigerant circulates during operation.
  • at least one hydraulic circuit is connected to the refrigeration circuit, in which a liquid carrier medium, in particular a liquid heat transfer medium, typically water, possibly mixed with additives, is circulated.
  • the refrigeration system generally has a system housing in which at least some and preferably all of the components of the refrigeration circuit and other components are arranged.
  • the other components are hydraulic or electrical components that are required and used to operate the refrigeration system.
  • These additional components are, for example, circulation pumps, piping, an expansion tank, and valves or a storage device, for example a service water storage tank.
  • a system control including an operator terminal.
  • a sealed control housing is arranged within the system housing, in which the components compressor, expansion valve and at least one and preferably both heat exchangers of the refrigerant circuit are arranged.
  • the control housing encloses a control volume, which is used to collect refrigerant that has escaped from the refrigerant circuit.
  • a discharge line for the targeted discharge of gas from the control volume is also connected to the control housing.
  • the derivation line is connected in a lower partial area, specifically in a lower third of the control housing, and in this area represents a connection to the interior of the control housing. This is based in particular on the consideration that frequently used refrigerants are heavier than atmospheric air and therefore accumulate in the lower area in case of leakage. The arrangement in the lower section ensures efficient drainage of refrigerant.
  • control housing is arranged as an independent, integral structural unit within the other system housing and therefore forms an independent sub-module of the system.
  • this enables simplified assembly and simplified maintenance or replacement of this separate structural unit.
  • the hermetically sealed control housing within which the refrigeration circuit is formed, also reliably prevents refrigerant from escaping into the installation room of the system.
  • the control housing has the exception of the derivation no further opening through which a gas exchange with the environment would be possible, also no closable opening. Ie the only flow connection is via the derivation.
  • the refrigerant can accumulate inside the control housing.
  • refrigerant is discharged from the control housing to the outside outside of the installation room via the connected discharge line.
  • the refrigerant is therefore reliably diverted to a non-critical outdoor area.
  • a negative pressure is not generated in the control housing.
  • a permanently open flow connection to the outside area is ensured via the derivation.
  • the outdoor area is in particular the environment outside of a building.
  • the outside area can also be an area of the building in which a critical accumulation of refrigerant is reliably ruled out, for example through a sufficiently large room or also through secured room ventilation. Overall, this reliably prevents the critical accumulation of refrigerant in the installation room. Therefore, in particular, there is no active ventilation in the installation area of the refrigeration system, which means that the installation effort is low.
  • the control housing creates an explosion-proof area overall. Especially because there are no effective sources of ignition inside the control housing.
  • refrigeration system is generally understood to mean a system in which, by means of a refrigeration circuit, heat is transported from a heat source to a heat sink while absorbing energy.
  • the refrigerant system is preferably a heat pump system in which heat is made available on a consumer side.
  • it can be a refrigeration system in which refrigeration is provided on the consumer side.
  • At least one (first) hydraulic circuit is connected to the refrigeration circuit, which is designed as a consumer circuit and in which a carrier medium—depending on the system type, a heat transfer medium or a cold transfer medium—circulates and at least one consumer Heat (heat sink) or cold (cold sink, or heat source for the refrigeration cycle) supplied.
  • a second hydraulic circuit is connected to the refrigeration circuit when installed.
  • This can be a water circuit (in a water/water refrigerant system) or a brine circuit. Without restricting the generality, both variants are referred to below as a brine circuit and a brine/water refrigerant system.
  • This second hydraulic circuit is connected to the second heat exchanger, in the case of a heat pump to the evaporator.
  • the second heat exchanger is an air/refrigerant heat exchanger, which is therefore designed for heat transfer with moist air.
  • air/refrigerant heat exchanger Such systems are also referred to below as air/water refrigerant systems.
  • the system housing generally has an interface to which the remaining components of the at least one hydraulic circuit can be connected, specifically a tubing and at least one consumer. This means that the system housing is a pre-assembled unit that only needs to be connected to the piping of the consumer circuit, for example.
  • this heat exchanger is preferably arranged within an air duct.
  • the derivation opens into this air duct. Since the air duct is usually connected to the outside area, specifically to the environment outside of the building, this measure ensures a reliable flow connection to the outside area with little installation effort.
  • a preferred embodiment provides for a permanently open flow connection to the outside area to exist via the discharge line.
  • refrigerant can therefore automatically flow outside via the discharge line.
  • the derivation is therefore specifically a passive safety device that works reliably for the derivation of the gases independently of any other active measures, such as a measurement of the concentration of the refrigerant. This achieves a high level of passive system safety.
  • the derivation is, for example, an open pipe connection.
  • the derivation is free of built-in components, such as flaps, valves. It is also preferred that no fan is arranged in the discharge line.
  • control housing has no inlet air opening. Except for the discharge, there is therefore no possibility of gas exchange with the environment. In the system, therefore, targeted ventilation of the control housing is not possible and is also not provided for.
  • the at least one heat exchanger is connected to the at least one hydraulic circuit by a connecting line running within the control housing, with a gas separator being attached to the connecting line, which is provided for direct degassing of the fluid conducted in the hydraulic circuit into the control housing.
  • a gas separator is a conventional gas separator or micro-bubble separator known per se.
  • a so-called buffer tank is often integrated into the hydraulic circuit.
  • a buffer store is provided, for example, with a gas separation device so that separated gas can escape, or the buffer store is designed as a gas separator overall.
  • the buffer memory is preferably designed as in the EP 4 047 275 A1 is described. In the event of a refrigerant transfer into the hydraulic circuit, refrigerant is therefore diverted via the buffer storage.
  • the hydraulic circuit usually also has at least one safety valve, which opens in particular in the event of excess pressure for pressure relief, so that the carrier medium flowing in the hydraulic circuit can escape.
  • the safety valve opens in particular in the event of a refrigerant leak, when refrigerant penetrates the hydraulic circuit. Such a leakage leads, for example, to a significant increase in the volume flow and/or the system pressure in the hydraulic circuit.
  • a ventilation line is preferably connected to a respective device such as a gas separator, buffer store or safety valve and is used for controlled removal of gas components in the carrier medium of the hydraulic circuit, which can also be refrigerant components in particular.
  • these gas components are routed at least indirectly to the outside area via the ventilation line.
  • such a ventilation line is routed into the control room.
  • the gas fractions in the carrier medium of the hydraulic circuit are conducted into the control housing and are detected there, for example with a device for detecting a leak.
  • a device for detecting a leak As a result, not only a direct control of the refrigeration circuit is made possible within the control housing, but also an overall monitoring of the system with the hydraulic circuits.
  • the ventilation line of the safety valve and/or the buffer store preferably ends outside of the control housing.
  • the ventilation line preferably opens out at least indirectly in the outside area. In comparison to the embodiment described above, in which the ventilation line opens into the control housing, this prevents the control housing from being flooded with refrigerant.
  • the ventilation line is routed directly to the outside so that the gas components are reliably discharged.
  • the respective ventilation line preferably opens into this air duct. In this way, in the event of a refrigerant leak, the refrigerant is diverted in a targeted manner via the air duct and from there to the outside area.
  • a blocking device in particular a blocking or sealing flap, is arranged in the hydraulic circuit, which blocks the hydraulic circuit in the event of a pressure increase and/or an increase in the volume flow above a predetermined limit value, in particular in such a way that it can no longer communicate with the at least one heat exchanger in flow connection is established.
  • the blocking device therefore closes a corresponding hydraulic line as soon as the pressure and/or the volume flow exceeds the defined limit value, so that the carrier medium flowing in the hydraulic line during normal operation (e.g. water in a consumer circuit; brine in the brine circuit) no longer circulates. This initially prevents further refrigerant from entering the hydraulic circuit, e.g. via a leak in the heat exchanger.
  • a subregion of the hydraulic circuit on the heat source side/heat sink side is separated from a subregion on the refrigeration circuit side and the heat exchanger arranged there.
  • a non-return device especially a non-return valve or a non-return lock, is preferably provided for this purpose.
  • a safety valve and/or a gas separator is/are preferably also arranged in the part area on the refrigerant circuit side. Any refrigerant that may be present can then be reliably discharged via these devices.
  • the measures described above such as the arrangement of the gas separator within the control housing and / or a discharge using the ventilation line, are preferably provided.
  • the blocking device is preferably a passive blocking element which automatically blocks the hydraulic circuit when the limit value is exceeded and preferably also releases it again when the limit value is not reached.
  • the blocking device is a spring-loaded sealing element such as a sealing valve or sealing flap.
  • the sealing element is kept open up to a defined limit value for the pressure or for the volume flow via the (defined) spring force.
  • the spring force is preferably adjustable.
  • This configuration is based on the consideration that if refrigerant enters the hydraulic circuit, this leads to displacement of the carrier medium and thus to a higher flow rate/higher pressure.
  • the derivation has an inner section and an outer section.
  • the inner section is connected to the control housing and leads to an interface on the system housing.
  • the outer section is in turn connected to the inner section at this interface, i.e. the two sections of the derivation can be coupled to one another.
  • At least one hydraulic circuit for example.
  • At least one connecting line is provided for its connection, which is connected on the one hand to the control housing, more precisely to one of the heat exchangers, and on the other hand also leads to the interface on the system housing.
  • the hydraulic circuit, at least parts of it that are not arranged within the system housing, can therefore be reversibly coupled to this interface, for example via corresponding screw connections.
  • coupling elements are preferably attached to the control housing for the reversible connection of the control housing and the components located therein, in particular with the inner section of the discharge line and the at least one connecting line.
  • These connecting elements such as the inner section or the at least one connecting line that lead to the interface on the system housing, are therefore quasi as connectors between two interfaces are formed, namely on the one hand an interface to the control housing and on the other hand an interface to the outside outside of the system housing.
  • coupling elements are preferably also formed on the outside for the reversible connection of the components arranged inside the control housing with the other components outside of the control housing.
  • This is also an electrical coupling element, for example, via which power is supplied or at least one of the components, such as the compressor, is controlled.
  • the coupling element is in particular a plug connector.
  • control housing is therefore an exchangeable control housing, which can therefore be removed from the system housing as a structural unit together with the components arranged therein.
  • control housing is preferably held on rails or on a carrier, in particular in a vibration-decoupled manner from the rest of the system housing.
  • the control housing is preferably divided and can be opened. This allows access to the internal components.
  • the at least two and preferably exactly two housing shells have a suitable sealing arrangement at their point of separation, for example a sealing element or also a suitable configuration of the walls, for example according to the tongue and groove principle.
  • the system housing is preferably designed overall in the manner of a module cabinet with a plurality of housing areas, with different function modules being arranged in the different housing areas.
  • the housing areas for the different functional modules are designed, for example, as independent housing modules.
  • the control housing is preferably arranged within a refrigerant module, which is one of the functional modules forms and which is arranged in a closed housing area, preferably in its own module housing.
  • the refrigerant module forms the module cabinet together with at least one additional function module and its additional housing area/module housing.
  • a storage module with a service water storage tank is preferably provided as an additional function module.
  • the refrigerant module and the further functional module are preferably arranged one on top of the other.
  • the refrigerant system described here is intended in particular as a heat pump system for the building sector, ie for providing heat for a building.
  • the heat pump system is used specifically for heating residential buildings, for example single or multi-family houses.
  • the heat pump system has, for example, a maximum heat output of just up to 10 kW or just up to 20 kW.
  • a fan is arranged in the discharge line. With this fan, there is the possibility of actively removing refrigerant from the control housing in a targeted manner. In principle, the passive and permanently open flow connection via the discharge line is preferably maintained in this case.
  • the fan is preferably designed and configured in such a way that it does not, at least not completely, close the discharge line, so that there is an open flow connection via the fan, even if it is not actively operated.
  • the fan can rotate freely even when it is switched off. In this way, in the event of a leak, that is to say if an increased pressure occurs in the control housing, a passive outflow of the gas via the discharge line is ensured. through the elevated Pressure in the control housing allows the gas to escape via the discharge line and also via the fan, which only represents a certain flow resistance, but not a flow barrier.
  • the fan offers the possibility of ensuring that the refrigerant is removed in a targeted and active manner if necessary and is also controlled accordingly if necessary.
  • a device for detecting a leak in the refrigeration circuit is preferably also provided, which comprises an evaluation unit.
  • the device is used, for example, for the indirect or direct detection of a leak.
  • a conclusion can be drawn as to the extent of the leakage and thus to the extent of a coolant escape and thus to a leakage rate.
  • countermeasures are initiated with the aid of the evaluation unit, preferably different countermeasures depending on the extent of the refrigerant leak.
  • the evaluation unit is generally set up to monitor the refrigerant system with regard to a refrigerant leak and, if necessary, to initiate suitable safety measures.
  • the evaluation unit is therefore set up to carry out the monitoring and control measures described below.
  • a safety measure is initiated, such as targeted control of the fan, for example switching the fan on or on Increase the fan speed.
  • a safety measure depending on the extent of the leak - a safety shutdown of the refrigerant system is also carried out.
  • different measures are taken, ranging from warning messages and/or activation of the fan to an automatic safety shutdown.
  • the evaluation unit is set up to infer a leak within the refrigeration circuit based on at least one characteristic value of the fan.
  • the fan with a suitable sensor system therefore forms the leak detection device.
  • the fan characteristic or at least one current operating point of the fan is evaluated.
  • the fan characteristic curve is understood to be the progression of the differential pressure between a suction side and a pressure side of the fan in relation to the conveyed volume flow or also in relation to the fan speed.
  • the operating point is a special point on the fan curve, for example a defined assignment of a specified volume flow to the differential pressure.
  • This evaluation is based on the consideration that, due to the hermetic sealing of the control housing, the slope of the fan curve varies depending on a leak. If there is no leakage and therefore no gas escapes into the control volume, the fan characteristic is very steep. Conversely, the fan characteristic becomes flatter as the leakage rate increases. In this respect, it can be reliably derived from the instantaneous fan characteristic curve or also the instantaneous operating point whether there is a leak. In addition, the fan characteristic curve and the operating point are preferably used to derive how high the leakage rate is, in order to then initiate a corresponding countermeasure.
  • the speed of the fan is evaluated, in particular in a state when the fan is not being actively operated.
  • This is basically based on the consideration that a refrigerant leak leads to an increase in pressure in the control housing, so that the gas automatically flows out via the discharge line and thus drives the fan, so to speak.
  • a speed increase is therefore an indication of a leak, in particular of an increase in a leak rate.
  • a conclusion about the leak rate can also be drawn from this.
  • a measure of the leakage, and thus the leakage rate, is preferably generally inferred based on the characteristic values determined for the fan.
  • a gas sensor in particular a CO 2 sensor or alternatively an N 2 or O 2 sensor, is provided as a device for detecting a leak.
  • a gas sensor can also be provided, which directly detects the refrigerant gas. This gas sensor is used for direct or at least largely direct determination of whether refrigerant is present in the control volume and in particular how high the proportion of refrigerant is.
  • the use of a CO 2 sensor, or a sensor that measures another component (O 2 , N 2 ) of the atmosphere is based on the consideration that in the event of a refrigerant leak, the natural CO 2 content (O 2 , N 2 salary) is reduced. This reduction then indicates a leak.
  • a pressure sensor is provided, which measures an increase in the pressure inside the control housing as a result of a leak.
  • active monitoring is of particular advantage in order to be able to initiate suitable countermeasures, i.e. to control the system. Since non-critical parts in the hydraulic circuits can also escape during operation of the system, which therefore do not lead to critical accumulations of explosive mixtures, for example, this variant with the ventilation line routed into the control housing is preferably combined with an additional monitoring measure, in particular with monitoring using a gas sensor.
  • a leak detector which is connected to the evaluation unit, is arranged on the at least one connected hydraulic circuit.
  • the evaluation unit therefore receives an (electrical) sensor signal and can take this into account for assessing the risk potential and for initiating safety measures.
  • a volume flow sensor and/or according to a second variant a pressure sensor is arranged as a leak detector.
  • the evaluation unit now evaluates the sensor signal from the leak detector with regard to the presence of refrigerant in the carrier medium. In particular, characteristic signal fluctuations are evaluated as an indication of the existence of refrigerant.
  • the volume flow sensor is designed as an ultrasonic sensor, for example, but can also be designed as an impeller sensor or according to the Karman vortex street principle.
  • the evaluation of these sensor signals is generally based on the consideration that if refrigerant is present in the liquid carrier medium, the refrigerant is present in gaseous form, so that gas bubbles are contained within the carrier medium. Such gas bubbles lead to characteristic signal variations both in the volume flow sensor and in the pressure sensor, which are evaluated by the evaluation unit and used to assess the risk situation.
  • the object is also achieved according to the invention by a refrigerant module for the refrigerant system described above.
  • the refrigerant module includes the control housing and the other components connected to the control housing, namely in particular the inner section of the discharge line, the at least one connecting line for connecting the hydraulic circuit and also preferably other hydraulic or electrical components, such as a circulation pump, valves, a control unit, an operating terminal, etc. Preferred components of the at least one hydraulic circuit are also already integrated in the refrigerant module.
  • the refrigerant module preferably also has its own module housing, which therefore has the interfaces to which the at least one hydraulic circuit, at least some of its components, specifically the consumer, can be connected via the interface.
  • one in the figure 1 refrigeration system designed as a heat pump system 2 has a system housing 4 designed as a system cabinet.
  • the heat pump system 2 has a modular structure and has two modules in the exemplary embodiment, namely a cooling module 6 and a storage module 8 .
  • Each of the modules 6, 8 is arranged in its own housing part, in particular in its own module housing.
  • the two module housings are stacked on top of each other and form the system housing 4.
  • a memory especially a water heater 10 is arranged.
  • a refrigeration cycle 12 is disposed within a control housing 14 .
  • further components are arranged in the refrigeration module 6, as will be explained below.
  • the control housing 14 is a hermetically sealed housing into which no ambient air can enter.
  • the control housing 14 is a two-part housing which can in principle be opened for inspection purposes, for example.
  • a lead 16, specifically an inner section 16A, is connected to the control housing 14 and is preferably reversibly detachably connected.
  • the term inner section 16A is generally understood to mean a section of the discharge line 16 running inside the system housing 4 . In some design variants (compare, for example, design variants according to the figure 4 ) the inner section 16A forms the entire duct.
  • the derivation 16 is preferably connected to the control housing 14 in a lower partial area, specifically in the lower third. It generally represents a flow connection to the interior volume of the control housing 14. In the event of a refrigerant leak, the drain line 16 is used to drain refrigerant.
  • control housing 14 is arranged within its own module housing 18 . It is preferably on its own carrier 19 and arranged above this on a floor of the module housing 18 and in particular arranged in a vibration-decoupled manner.
  • the control housing 14 is preferably made of a plastic, especially a foamed plastic.
  • At least one connecting line 20 is preferably also connected to the control housing 14 in a reversibly detachable manner.
  • the connecting line 20 is connected to a heat exchanger, specifically a condenser, arranged in the control housing 14 . If two hydraulic circuits are connected to the refrigeration circuit 12, then two connecting lines 20 are arranged.
  • An electrical connection is also preferably provided on the control housing, specifically via a detachable plug connection, via which control signals or also an electrical power supply for the components arranged inside the control housing 14 takes place.
  • Both the connecting line 20 and the inner section 16A are routed to an interface 22 .
  • the connecting line 20 and the inner section 16A are arranged on the back of the control housing 14 and are routed from here to the interface 22 . In the exemplary embodiment, this is formed on an upper side of the system housing 4 and specifically of the module housing 18 .
  • hydraulic couplings for connection to further components of hydraulic circuits 64, 66 (cf. figures 4 , 5 ) intended.
  • a connection is also provided as an interface 22, via which the inner section 16A can be connected.
  • hydraulic and electrical components are arranged inside the refrigeration module 6 outside of the control housing 14 .
  • These include, for example, pumps, pipe elements, valves if necessary and, with regard to the electrical components, in particular a control unit for controlling the heat pump system.
  • an operating element is preferably provided for inputting and for operating the control unit.
  • FIG. 3 A preferred exemplary installation of such a heat pump system 2 within a building 24 is shown.
  • the heat pump system 2 specifically the system housing 4 with the components located therein, is arranged within an installation room 26 .
  • the derivation 16 is led into an outdoor area 28, in this case the environment outside of the building 24.
  • the refrigeration circuit 12 comprises a compressor, the condenser 68 , an expansion valve and the evaporator 70 .
  • the components are piped together and a refrigerant is routed in the refrigeration circuit 12 .
  • Several of the components in the embodiment figure 5 all and in the exemplary embodiment figure 4 all but the evaporator 70 are arranged within the control housing 14, which is connected to the installation space 26 of the system housing 4 ( figure 3 ) is sealed gas-tight. It is only connected to the outside area 28 via the permanently open discharge line 16 .
  • a consumer circuit 64 with a consumer 52 is connected to the refrigeration circuit 12 to one of the two heat exchangers, namely to the condenser 68 .
  • the buffer memory 58 is also integrated in the consumer circuit 64 .
  • Such a buffer memory 58 is generally known and is typically arranged in series between the refrigeration circuit 12 and the consumer 52 . During operation, it is completely or almost completely filled with the carrier medium circulating in the consumer circuit 64 and this also flows through it.
  • no heat exchangers are arranged in the buffer store 58 .
  • Such buffer storage 58 generally have a volume that depends on the application and the system performance.
  • the volume is typically at least 50 dm 3 , or at least 100 dm 3 or at least several 100 dm 3 and in some cases also over 1000 dm 3 .
  • the buffer memory 58 has a volume in the range of 10-50 dm 3 /kW and in particular in the range of 20-40 dm 3 /kW of the maximum heat output of the heat pump system 2 (maximum nominal output of the heat pump system 2).
  • the buffer reservoir 58 is usually a cylindrical pressure vessel with a typically dome-shaped base and cover.
  • a passive blocking device 78 is specially integrated in the form of a flap. In particular, this is arranged directly on the outlet side (cooling water/hot water) of the heat exchanger 68 (condenser). In the variant according to the figure 5 such a blocking device 78 is preferably additionally provided in the brine circuit 66 . This is also arranged on the exit side (exit to the heat source/heat sink) of the other heat exchanger 70 (evaporator).
  • blocking device 78 is effective in the direction of flow of the respective carrier medium in the respective hydraulic circuit 64, 66 and closes automatically when a predetermined limit value is exceeded, for example a predetermined flow rate and/or a predetermined volume flow and/or a predetermined pressure of the carrier medium .
  • the blocking device 78 in the consumer circuit 64 is arranged between the control housing 14 and the buffer memory 58 or the consumer 52 .
  • a non-return device 42 is also arranged in the respective hydraulic circuit 64, 66 in the direction of flow after the heat sink (eg consumer 52) or after the heat source (eg 54).
  • the blocking device 78 and the non-return device 42 allow a heat sink-side/heat-source-side sub-area of the respective hydraulic circuit 64, 66 to be hydraulically separated from a refrigeration-circuit-side sub-area of the respective hydraulic circuit 64, 66. This takes place automatically when the blocking device 78 is closed when the limit value is exceeded.
  • the blocking device 78 is connected via a fluid line, e.g. a capillary tube, to the hydraulic line in the area of the non-return device 42, namely on the side of the non-return device 42 facing away from the refrigeration circuit and thus the heat exchanger Pressure level of the carrier medium in the hydraulic circuit.
  • the blocking device 78 is preferably acted upon with this (print) information. Specifically, this pressure acts on the blocking device 78 in the opening direction.
  • a second hydraulic circuit namely a brine circuit 66
  • the hydraulic circuits 64, 66 are each connected to the control housing 14 with the aid of a coupling element 72, so that a corresponding pipework can be connected to the control housing 14.
  • some essential components of the hydraulic circuits 64, 66 within the system housing 4 are already connected.
  • part of the piping is arranged inside the system housing 4 , specifically the connecting line 20 that leads to the interface 22 is arranged inside the system housing 4 .
  • the heat source/heat sink 54 is connected, if necessary with the corresponding additional components such as valves, pumps, etc.
  • channel sections 86 namely an intake line and an outflow line, are connected to the air duct 62 on the system housing.
  • the air duct 62 is provided, within which a structural unit 60 consisting of an air/refrigerant heat exchanger (evaporator 70) with a fan is arranged.
  • the air duct 62 in turn is connected via interfaces 22 on the one hand to the intake line for outside air and to the outflow line for the exhaust air, which are typically routed through a building wall and into the outside area 28 are sufficient.
  • the air duct 62 runs inside the system housing 4 and is connected via the interfaces 22 to the duct sections 86 leading to the outside area 28 .
  • control unit 74 arranged, via which the operation of the heat pump system 2 is controlled.
  • this also contains an evaluation unit 76 which is designed to monitor and control the system with regard to a refrigerant leak and to initiate safety measures.
  • the heat pump system 2 has one or more devices for detecting a refrigerant leak.
  • the discharge line 16 is connected to the control housing 14 , preferably via a coupling element 72 .
  • Connection lines 84 run within control housing 14, which on the one hand are connected to the at least one heat exchanger (condenser 68 and, in the exemplary embodiment, figure 5 also evaporators 70) are connected and lead to the respective coupling element 72, via which the connection to the connecting line 20 takes place.
  • the connecting lines 84 are therefore each part of the respective hydraulic circuit (consumer circuit 64/brine circuit 66).
  • a gas separator 40 for example a micro-bubble separator, is now attached to a respective hydraulic circuit, namely to a respective connecting line 84.
  • a preferred embodiment provides that no other degassing or venting lines 36 end in the control housing 14 .
  • More vent lines 36 which, for example, at the buffer memory 58 or are connected to a safety valve 48, lead past the control housing 14 at least indirectly to the outside area 28.
  • FIG. 4 lead a total of 2 ventilation lines 36, namely one from the buffer memory 58 and one from a safety valve 48 in the air duct 62 and open there.
  • the safety valve 48 with the connected ventilation line 36 is arranged in the partial area of the consumer circuit 64 on the refrigerant circuit side.
  • the consumer-side portion is hydraulically separated by closing the blocking device 78, gas and possibly also part of the carrier medium can escape via the safety valve 48 and the connected vent line 36.
  • Such a safety valve 48 with a connected ventilation line 36 is preferably also (deviating from the representation according to figure 5 ) in the variant of the figure 5 intended.
  • the ventilation line 36 is routed to the outside area 28 .
  • the ventilation line 36 connected to the buffer store 58 is also routed to the outside area 28 . In the exemplary embodiment, it is connected to the line 16 .
  • a fan 30 is arranged inside the inner section 16A.
  • This is assigned a sensor system 32 for monitoring and evaluating the characteristic values of the fan 30 and its fan characteristics and/or the fan characteristic curve.
  • the fan 30 and the sensors 32 are in the figure 5 shown as an example.
  • such a fan 30 in the discharge line 16 more precisely in the inner section 16A.
  • such a fan is dispensed with and only an open pipe connection is provided as a discharge line 16 without built-in components.
  • the sensor system 32 has pressure sensors, via which the suction-side pressure and the pressure-side pressure or at least the differential pressure between the suction side and the pressure side of the fan 30 are recorded. Furthermore, the sensor system 32 has, if necessary, a rotational speed detection of the rotational speed of the fan 30, a detection of the power consumption or the electrical current consumption of the fan 30. A vibration sensor for detecting vibrations can also be provided. On the basis of the fan characteristics, specifically on the basis of the fan characteristic curve or operating points, a conclusion can then be drawn as to a refrigerant leak, for example.
  • a gas sensor 34 is (optionally) arranged within the control housing 14 . This measures at least indirectly the one refrigerant concentration within the control housing 14, for example through the decrease in the CO 2 proportion. In a preferred embodiment, however, such a gas sensor 34 is omitted.
  • volume flow sensors 38 and pressure sensors 44 are shown by way of example, via which it can be detected whether the hydraulic circuits 64, 66 contain refrigerant.
  • the sensor signals of the respective volume flow sensor 38 and/or the pressure sensor 44 are transmitted to the evaluation unit 76 and evaluated there.
  • the evaluation of the fan characteristics is based on the figure 6 illustrated.
  • This shows a qualitative course of the operating points of the fan 30 depending on the extent of a leak: It contains various fan characteristics A, B, C, in which the differential pressure ⁇ p (delivery head h) is plotted against the volume flow V/h.
  • Characteristic curve A characterizes a state in which there are no leaks and in which the refrigeration system is sealed against the environment. In this state, the characteristic curve is very steep.
  • the characteristic curve B characterizes a state in which there is a low leakage rate and the characteristic curve C characterizes a state with a large leakage rate.
  • the characteristic curves become increasingly flatter, so that each characteristic curve is not only characteristic of a leak, but also of the leak rate.
  • the speed of the fan 30 is used, especially with an unchanged speed specification and especially with large leaks. There is thus the possibility that the fan 30 is switched off (speed equal to zero) or is rotating at only a low speed and thus only conveys a low volume flow V/h.
  • the leakage mass flow i.e. the leakage rate (refrigerant mass per unit of time) of the escaping refrigerant can reach up to 100 g/s. This increase in pressure means that the speed is automatically increased. Such a speed change is evaluated and the leak rate is deduced.
  • FIG. 7 shows the qualitative course of the sensor signal S over time t depending on the presence of gas bubbles in the carrier medium. If gas bubbles occur within the hydraulic circuit 64, 66, this leads to a characteristic signal course. Specifically, the usually constant signal curve S, which is present when no gas bubbles are present in the carrier medium, changes, and an unstable zone with strong signal fluctuations occurs when gas bubbles are present in the carrier medium. In the figure 7 a tolerance range shown in dashed lines is also drawn in, which is clearly exceeded in the case of gas bubbles. These signal fluctuations can in turn be used to determine the proportion of gas bubbles within the carrier medium.
  • FIG figure 8 shows a qualitative course of an operating point in the hydraulic circuit 64, 66 over time t.
  • gas components within the carrier medium lead to characteristic signal fluctuations, which in turn exceed a tolerance threshold, represented by dashed lines, of an otherwise largely constant signal S.
  • a tolerance threshold represented by dashed lines

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kältemittelanlage mit einem Kältekreislauf, mit einem Anlagengehäuse, welches im installierten Zustand in einem Aufstellraum aufgestellt ist und in dem zumindest mehrere Komponenten des Kältekreislaufes sowie weitere Komponenten, wie hydraulische oder elektrische Komponenten angeordnet sind, wobei innerhalb des Anlagengehäuses ein abgedichtetes Kontrollgehäuse angeordnet ist, in dem die Komponenten Verdichter, Expansionsventil und zumindest einer und vorzugsweise beide Wärmetauscher des Kältekreislaufes angeordnet sind, wobei weiterhin am Kontrollgehäuse eine Ableitung zum Ableiten von Gas aus dem Kontrollvolumen angeschlossen ist, die in vorzugsweise dauerhaft offener Strömungsverbindung mit einem Außenbereich außerhalb des Aufstellraums steht.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kältemittelanlage, die insbesondere für eine Innenaufstellung, also als eine sogenannte Indoor-Anlage ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kältemittelmodul für eine solche Kältemittelanlage. Eine derartige Kältemittelanlage sowie ein derartiges Kältemittelmodul weisen allgemein einen Kältekreislauf auf, welcher zwei Wärmetauscher, nämlich einen Verdampfer sowie einen Kondensator, und weiterhin einen Verdichter sowie ein Expansionsventil aufweist. Im Kältekreislauf strömt im Betrieb ein Kältemittel.
  • Während der Nutzungsdauer von Kältemittelanlagen kann es aus verschiedensten Gründen zu Kältemittelleckagen kommen, die bei innerhalb von Gebäuden aufgestellten Kältemittelanlagen (Indoor-Anlagen), direkt in den Aufstellraum einwirken können. Je nach Aufstellung und Verwendung der Kältemittelanlage können mehrere Räume oder sogar das komplette Gebäude mit entweichendem Kältemittel aus Kältemittelleckagen beaufschlagt sein. Das entweichende Kältemittel tritt dabei meist gasförmig oder teilweise auch flüssig aus und wird dann gasförmig. Dies kann zu gesundheitsschädlichen oder toxischen Konzentrationen für Lebewesen führen. Eine Zersetzung von einigen Kältemittelgasen an heißen Oberflächen kann weiterhin zu toxischen Zersetzungsprodukten führen. Darüber hinaus besteht bei der Verwendung von leicht oder schwer brennbaren Kältemitteln das Risiko einer Verpuffung, Explosion oder eines Brandes, sofern zündfähige Gemische mit Zündquellen zeitgleich wirken.
  • Aus der DE 10 2016 112 851 A1 ist eine Kältemittelanlage zu entnehmen, bei dem der Kältekreislauf innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist, in dem ein Unterdruck gegenüber der Umgebung eingestellt ist. Dadurch soll ein Ausströmen von Kältemittelgas in die Umgebung vermieden werden.
  • Gemäß der DE 20 2016 103 305 U1 ist der Kältekreislauf ebenfalls in einem Gehäuse angeordnet, in dem ein Drucksensor angebracht ist, welcher den Innendruck im Gehäuse überwacht. Ein Anstieg des Druckes wird als eine Leckage des Kältekreislaufes identifiziert und mittels einer Absaugeinrichtung wird Außenluft für den Innenraum des Gehäuses angesaugt und die mit Kältemittel angereicherte Luft wird nach außen in die Umgebung des Aufstellraums abgeblasen.
  • Aus der DE 10 2018 113 332 A1 ist ebenfalls ein Durchspülen eines Gehäuses eines Kältekreislaufes vorgesehen, wobei ein Auslass in die Umgebung außerhalb des Gebäudes führt.
  • Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kältemittelanlage sowie ein Kältemittelmodul anzugeben, welche montagefreundlich sind und zugleich einen hohen Schutz gegenüber einem Kältemittelaustritt und gegenüber einer Anreicherung von kritischen Kältemittel-Konzentrationen im Aufstellraum gewährleistet.
  • Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Kältemittelanlage speziell für eine Innenaufstellung mit einem Kältekreislauf, welcher zwei Wärmetauscher, nämlich einen Verdampfer sowie einen Kondensator und weiterhin einen Verdichter sowie ein Expansionsventil aufweist und in dem im Betrieb ein Kältemittel zirkuliert. An dem Kältekreislauf ist im installierten Zustand zumindest ein Hydraulikkreis angeschlossen, in dem ein flüssiges Trägermedium, insbesondere ein flüssiger Wärmeträger, typischerweise Wasser, ggf. mit Additiven versetzt, umgewälzt wird. Die Kältemittelanlage weist allgemein ein Anlagengehäuse auf, in dem zumindest einige und vorzugsweise alle Komponenten des Kältekreislaufes sowie weitere Komponenten angeordnet sind.
  • Bei den weiteren Komponenten handelt es sich um hydraulische oder auch elektrische Komponenten, welche zum Betrieb der Kältemittelanlage erforderlich und eingesetzt sind. Bei diesen weiteren Komponenten handelt es sich beispielsweise um Umwälzpumpen, um eine Verrohrung, um ein Ausdehnungsgefäß, um Ventile oder auch um einen Speicher, beispielsweise ein Brauchwasserspeicher. Im Hinblick auf die elektrischen Komponenten handelt es sich hierbei insbesondere um eine Anlagensteuerung inklusive eines Bedienterminals.
  • Weiterhin ist innerhalb des Anlagengehäuses ein abgedichtetes Kontrollgehäuse angeordnet, in dem die Komponenten Verdichter, Expansionsventil und zumindest einer und vorzugsweise beide Wärmetauscher des Kältemittelkreises angeordnet sind. Das Kontrollgehäuse umschließt ein Kontrollvolumen, welches zum Sammeln von Kältemittel dient, welches aus dem Kältemittelkreislauf ausgetreten ist. Am Kontrollgehäuse ist weiterhin eine Ableitung zum gezielten Ableiten von Gas aus dem Kontrollvolumen angeschlossen. Das Anlagengehäuse befindet sich im installierten Zustand der Kältemittelanlage in einem Aufstellraum. Die Ableitung steht weiterhin in Strömungsverbindung mit einem Außenbereich außerhalb des Aufstellraums.
  • Die Ableitung ist in bevorzugter Ausgestaltung in einem unteren Teilbereich, speziell in einem unteren Drittel des Kontrollgehäuse angeschlossen und stellt in diesem Bereich eine Verbindung zum Innenraum des Kontrollgehäuse dar. Dies beruht insbesondere auf der Überlegung, dass häufig eingesetzte Kältemittel schwerer sind als atmosphärische Luft und sich daher im unteren Bereich im Falle einer Leckage ansammeln. Durch die Anordnung im unteren Teilbereich wird eine effiziente Ableitung von Kältemittel sichergestellt.
  • Ein besonderer Vorteil der Kältemittelanlage ist darin zu sehen, dass das Kontrollgehäuse als eine eigenständige integrale Baueinheit innerhalb des weiteren Anlagengehäuses angeordnet ist und daher ein eigenständiges Teilmodul der Anlage bildet. Dies ermöglicht zum einen eine vereinfachte Montage und eine vereinfachte Wartung oder Austausch dieser separaten Baueinheit.
  • Durch das hermetisch dichte Kontrollgehäuse, innerhalb dessen der Kältekreislaufausgebildet ist, ist zudem ein Austritt von Kältemittel in den Aufstellraum der Anlage zuverlässig vermieden. Bis auf die Ableitung weist das Kontrollgehäuse keine weitere Öffnung auf, durch die ein Gasaustausch mit der Umgebung ermöglicht wäre, auch keine verschließbare Öffnung. D.h. die einzige Strömungsverbindung besteht über die Ableitung. Innerhalb des Kontrollgehäuses kann sich bei einem Leckagefall das Kältemittel ansammeln. Über die angeschlossene Ableitung erfolgt im Leckagefall ein Ableiten von Kältemittel aus dem Kontrollgehäuse in den Außenbereich außerhalb des Aufstellraums. Das Kältemittel wird daher zuverlässig in einen unkritischen Außenbereich abgeleitet. Ein Unterdruck im Kontrollgehäuse wird nicht erzeugt. Über die Ableitung ist dabei insbesondere eine dauerhaft offene Strömungsverbindung in den Außenbereich gewährleistet.
  • Bei dem Außenbereich handelt es sich insbesondere um die Umgebung außerhalb eines Gebäudes. Alternativ kann es sich bei dem Außenbereich auch um einen Gebäudebereich handeln, bei dem eine kritische Anreicherung von Kältemittel zuverlässig ausgeschlossen ist, beispielsweise durch eine ausreichende Raumgröße oder auch durch eine gesicherte Raumbelüftung. Insgesamt ist dadurch die kritische Anreicherung von Kältemittel im Aufstellraum zuverlässig vermieden. Daher ist insbesondere auch auf eine aktive Durchlüftung im Aufstellbereich der Kältemittelanlage verzichtet, wodurch der Montageaufwand gering ist.
  • Durch das Kontrollgehäuse ist insgesamt ein explosionsgeschützter Bereich geschaffen. Insbesondere auch dadurch, dass innerhalb des Kontrollgehäuses keine wirksamen Zündquellen vorhanden sind.
  • Sofern vorliegend von Kältemittelanlage gesprochen wird, so wird hierunter allgemein eine Anlage verstanden, bei der mittels eines Kältekreislaufes Wärme von einer Wärmequelle unter Energieaufnahme zu einer Wärmesenke transportiert wird. Bei der Kältemittelanlage handelt es sich bevorzugt um eine Wärmepumpenanlage, bei der auf einer Verbraucherseite Wärme zur Verfügung gestellt wird. Alternativ kann es sich um eine Kälteanlage handeln, bei der auf der Verbraucherseite Kälte zur Verfügung gestellt wird. An dem Kältekreislauf ist dabei der zumindest eine (erste) Hydraulikkreis angeschlossen, welcher als Verbraucherkreis ausgebildet ist und in dem ein Trägermedium - je nach Anlagentyp ein Wärmeträgermedium oder ein Kälteträgermedium - zirkuliert und zumindest einen Verbraucher mit Wärme (Wärmesenke) bzw. Kälte (Kältesenke, bzw. Wärmequelle für den Kältekreislauf) versorgt.
  • Je nach Anlagentyp ist im installierten Zustand am Kältekreislauf ein zweiter Hydraulikkreis angeschlossen. Bei diesem kann es sich um einen Wasserkreislauf (bei einer Wasser/Wasser-Kältemittelanlage) oder auch um einen Solekreislauf handeln. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit wird nachfolgend für beide Varianten von einem Solekreislauf und von einer Sole/Wasser-Kältemittelanlagen gesprochen. Dieser zweite Hydraulikkreis ist jeweils am zweiten Wärmetauscher, im Falle einer Wärmepumpe am Verdampfer angeschlossen.
  • Bei dem zweiten Wärmetauscher handelt es sich in einer Ausführungsvariante um einen Luft/Kältemittel-Wärmetauscher, welcher also für eine Wärmeübertragung mit feuchter Luft ausgebildet ist. Derartige Anlagen werden nachfolgend auch als Luft/Wasser-Kältemittelanlagen bezeichnet.
  • Bevorzugt ist bereits ein Teil der Komponenten des zumindest einen Hydraulickreises innerhalb des Anlagengehäuses angeordnet, wie z.B. Pumpen und Ventile. Das Anlagengehäuse weist allgemein eine Schnittstelle auf, an der die restlichen Komponenten des zumindest einen Hydraulikkreises angeschlossen werden können, speziell eine Verrohrung und zumindest ein Verbraucher. D.h. bei dem Anlagengehäuse handelt es sich um eine vormontierte Baueinheit, die nur noch an eine Verrohrung beispielsweise des Verbraucherkreises anzuschließen ist.
  • Bei der Ausgestaltung als Luft/Wasser-Kältemittelanlage, bei der der eine der beiden Wärmetauscher als ein Luft/Kältemittel-Wärmetauscher ausgebildet ist, ist dieser Wärmetauscher vorzugsweise innerhalb eines Luftkanals angeordnet. In bevorzugter Ausgestaltung mündet die Ableitung in diesen Luftkanal. Da der Luftkanal in der Regel mit dem Außenbereich, speziell mit der Umgebung außerhalb des Gebäudes in Verbindung steht, ist durch diese Maßnahme mit geringem Installationsaufwand eine zuverlässige Strömungsverbindung mit dem Außenbereich gewährleistet.
  • Im Hinblick auf ein zuverlässiges Ableiten von Kältemittel bei einem Leckagefall ist in bevorzugter Ausgestaltung vorgesehen, dass über die Ableitung eine permanent offene Strömungsverbindung mit dem Außenbereich besteht. Im Leckagefall kann daher Kältemittel automatisch über die Ableitung in den Außenbereich strömen. Bei der Ableitung handelt sich daher speziell um eine passive Sicherheitseinrichtung, die für eine Ableitung der Gase unabhängig von irgendwelchen weiteren aktiven Maßnahmen, wie beispielsweise einer Messung der Konzentration des Kältemittels, zuverlässig wirkt. Dadurch ist eine hohe passive Anlagensicherheit erreicht. Bei der Ableitung handelt es sich beispielsweise um eine offene Rohrverbindung. Insbesondere ist in bevorzugter Ausgestaltung die Ableitung frei von Einbauten, wie z.B. Klappen, Ventilen. Bevorzugt ist auch kein Ventilator in der Ableitung angeordnet.
  • In bevorzugter Ausgestaltung ist weiterhin vorgesehen, dass das Kontrollgehäuse keine Zuluftöffnung aufweist. Bis auf die Ableitung besteht daher keine Möglichkeit eines Gasaustausches mit der Umgebung. Bei der Anlage ist daher insofern kein gezieltes Be- oder Durchlüften des Kontrollgehäuse möglich und auch nicht vorgesehen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der zumindest ein Wärmetauscher eine innerhalb des Kontrollgehäuses verlaufende Anschlussleitung an dem zumindest einen Hydraulikkreis angeschlossen, wobei an der Anschlussleitung ein Gasabscheider angebracht ist, welcher zum unmittelbaren Entgasen des im Hydraulickreis geführten Fluids in das Kontrollgehäuse vorgesehen ist. Durch diese Maßnahme wird eine direkte Entgasung mit Hilfe des Gasabscheiders ohne zusätzliche Entgasungsleitung ermöglicht. Bei dem Gasabscheider handelt es sich um einen an sich bekannten, herkömmlichen Gasabscheider oder Mikroblasenabscheider.
  • Grundsätzlich bestehen unterschiedliche Arten einer Leckage. Zum einen können kontinuierliche, geringfügige Leckagen beispielsweise bei den Wärmetauschern dazu führen, dass sich Kältemittel in den angeschlossenen Hydraulikkreisen ansammelt. In diesen sind typischerweise Einrichtungen zum Abscheiden von Gasanteilen aus dem flüssigen Trägermedium, sogenannte Gasabscheider, enthalten.
  • In vielen Anlagen ist im Hydraulikkreis häufig ein sogenannter Pufferspeicher integriert. Ein derartiger Pufferspeicher ist beispielsweise mit einer Gas-Abscheideeinrichtung versehen, so dass abgeschiedenes Gas entweichen kann oder der Pufferspeicher ist insgesamt als Gasabscheider ausgebildet. Der Pufferspeicher ist dabei vorzugsweise ausgebildet, wie er in der EP 4 047 275 A1 beschrieben ist. Im Falle eines Kältemittelübertritts in den Hydraulikreis wird daher über den Pufferspeicher Kältemittel abgeleitet.
  • Üblicherweise weist der Hydraulikkreis auch zumindest ein Sicherheitsventil auf, welches insbesondere im Falle eines Überdrucks zur Druckentlastung öffnet, so dass das im Hydraulikreis strömende Trägermedium entweichen kann. Das Sicherheitsventil öffnet dabei insbesondere im Falle einer Kältemittelleckage, wenn Kältemittel in den Hydraulikkreis eindringt. Eine solche Leckage führt beispielsweise zu einem deutlichen Anstieg des Volumenstroms und / oder des Systemdrucks im Hydraulikkreis.
  • Bevorzugt ist eine Entlüftungsleitung an einer jeweiligen Einrichtung wie Gasabscheider, Pufferspeicher oder Sicherheitsventil angeschlossen und wird zu einer kontrollierten Abfuhr von im Trägermedium des Hydraulikkreises befindlichen Gasanteilen, die insbesondere auch Kältemittelanteile sein können, herangezogen. Insbesondere werden diese Gasanteile über die Entlüftungsleitung zumindest mittelbar in den Außenbereich geführt.
  • Gemäß einer ersten Variante wird eine solche Entlüftungsleitung in den Kontrollraum geführt. Dadurch werden die im Trägermedium des Hydraulikkreises befindlichen Gasanteile in das Kontrollgehäuse geleitet und werden dort beispielsweise mit Einrichtung zur Detektion einer Leckage erfasst. Dadurch ist also innerhalb des Kontrollgehäuses nicht nur eine unmittelbare Kontrolle des Kältekreislaufes ermöglicht, sondern darüber hinaus eine Gesamtüberwachung der Anlage mit den Hydraulikkreisen.
  • In einer alternativen, bevorzugten Ausgestaltung endet die Entlüftungsleitung des Sicherheitsventils und / oder des Pufferspeichers vorzugsweise außerhalb des Kontrollgehäuses. Die Entlüftungsleitung mündet vorzugsweise zumindest mittelbar im Außenbereich. Dadurch wird - im Vergleich zu der zuvor beschriebenen Ausgestaltung, bei der die Entlüftungsleitung in das Kontrollgehäuse mündet - ein Fluten des Kontrollgehäuses mit Kältemittel vermieden. Beispielsweise wird die Entlüftungsleitung direkt nach außen in den Außenbereich geführt, so dass die Gasanteile zuverlässig abgeleitet werden.
  • Bei einer Luft/Wasser-Kältemittelanlage und der zuvor beschriebenen bevorzugten Anordnung des Luft/Kältemittel-Wärmetauschers in dem Luftkanal mündet die jeweilige Entlüftungsleitung vorzugweise in diesen Luftkanal. Hierdurch wird also im Falle eines Kältemittelleckage das Kältemittel zielgerichtet über den Luftkanal und von dort in den Außenbereich abgeleitet.
  • In bevorzugter Ausbildung ist im Hydraulikkreis eine Sperreinrichtung, insbesondere eine Sperr- oder Dichtklappe angeordnet, welche im Falle einer Druckerhöhung und / oder einer Zunahme des Volumenstroms über einen vorgegebenen Grenzwert den Hydraulikkreis sperrt, insbesondere derart, dass dieser nicht mehr mit dem zumindest einen Wärmetauscher in Strömungsverbindung steht. Durch die Sperreinrichtung wird daher eine entsprechend Hydraulikleitung verschlossen, sobald der Druck und / oder der Volumenstrom den definierten Grenzwert überschreitet, so dass das in der Hydraulikleitung im Normalbetrieb strömende Trägermedium (z.B. Wasser in einem Verbraucherkreis; Sole im Solekreis) nicht mehr zirkuliert. Damit wird zunächst verhindert, dass weiteres Kältemittel z.B. über eine Leckage im Wärmetauscher in den Hydraulikkreis eintreten kann.
  • Es wird daher im Grunde ein wärmequellenseitiger / wärmesenkenseitiger Teilbereich des Hydraulikkreises von einem kältekreislaufseitigen Teilbereich und dem dort angeordneten Wärmetauscher getrennt. Bevorzugt ist hierzu neben der Sperreinrichtung insbesondere noch eine Rückschlageinrichtung, speziell ein Rückschlagventil oder eine Rückschlagsperre angeordnet.
  • Im kältekreislaufseitigen Teilbereich ist vorzugsweise weiterhin ein Sicherheitsventil und / oder ein Gasabscheider angeordnet. Über diese Einrichtungen kann dann zuverlässig ein eventuell vorhandenes Kältemittel abgeführt werden. Hierzu sind bevorzugt die zuvor beschriebenen Maßnahmen, wie z.B. die Anordnung der Gasabscheider innerhalb des Kontrollgehäuses und / oder eine Ableitung mit Hilfe der Entlüftungsleitung vorgesehen.
  • Bei der Sperreinrichtung handelt es sich bevorzugt um ein passives Sperrelement, welches automatisch bei Überschreitung des Grenzwertes den Hydraulikkreis sperrt und vorzugsweise diesen bei Unterschreitung des Grenzwertes auch wieder freigibt. Speziell handelt es sich bei der Sperreinrichtung um ein federbelastetes Dichtelement wie Dichtventil oder Dichtklappe. Über die (definierte) Federkraft wird das Dichtelement bis zu einem definierten Grenzwert für den Druck oder für den Volumenstrom offengehalten. Bevorzugt ist die Federkraft einstellbar. Bei Übersteigen des Grenzwertes wird das Dichtelement in eine Schließstellung gedrückt, die sie vorzugsweise wieder automatisch freigibt, wenn der Grenzwert wieder unterschritten wird.
  • Diese Ausgestaltung beruht auf der Überlegung, dass im Falle eines Kältemitteleintritts in den Hydraulikkreis dies zu einer Verdrängung des Trägermediums und dadurch zu einer höheren Strömungsgeschwindigkeit / höheren Druck führt.
  • Die zuvor beschriebene Ausführungsvariante mit der Sperreinrichtung und der automatischen hydraulischen Abkopplung eines Teils des Hydraulikkreises, insbesondere in Kombination mit der Anordnung des Sicherheitsventils im kältekreislaufseitigen Teilbereich wird auch unabhängig von der Ausgestaltung mit dem dichten Kontrollgehäuse und der Ableitung als eine eigenständige Erfindung angesehen. Die Einreichung einer Teilanmeldung auf diesen Aspekt bleibt vorbehalten, also auf eine Kältemittelanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ohne die Merkmale des abgedichteten Kontrollgehäuses und der Ableitung, jedoch mit den Merkmalen des Anspruchs 7. An einen solchen unabhängigen Anspruch schließen sich in bevorzugten Weiterbildungen der Unteranspruch 8 und / oder die zuvor beschriebene spezielle Anordnung des Sicherheitsventils mit einer Entlüftungsleitung in den Außenbereich an. Weiterhin schließen sich die weiteren abhängigen Ansprüche 2-6 sowie 9-14 an einen solchen neuen Anspruch analog an, insbesondere auch in Verbindung mit den weiteren vorteilhaften Ergänzungen und Erweiterungen, wie sie in der Beschreibung aufgeführt sind.
  • Die Ableitung weist in bevorzugter Ausgestaltung ein Innenteilstück sowie ein Aussenteilstück auf. Das Innenteilstück ist am Kontrollgehäuse angeschlossen und führt zu einer Schnittstelle am Anlagengehäuse. Das Außenteilstück ist wiederum an dieser Schnittstelle mit dem Innenteilstück verbunden, d.h. die beiden Teilstücke der Ableitung sind miteinander koppelbar.
  • Dies gilt vorzugsweise auch für weitere Komponenten, die am Kältekreislauf angeschlossen sind. Dies betrifft zum Beispiel den zumindest einen Hydraulikkreis. Für dessen Anschluss ist zumindest eine Verbindungsleitung vorgesehen, welche einerseits am Kontrollgehäuse, genauer an einem der Wärmetauscher angeschlossen ist und andererseits ebenfalls zu der Schnittstelle am Anlagengehäuse führt. An dieser Schnittstelle ist daher der Hydraulikkreis, zumindest Teile von diesem, die nicht innerhalb des Anlagengehäuses angeordnet sind, reversibel ankoppelbar, beispielsweise über entsprechende Schraubanschlüsse.
  • Für den Fall, dass ein zweiter Hydraulikkreis vorgesehen ist, ist eine weitere Verbindungsleitung zwischen Kontrollgehäuse und Schnittstelle geführt.
  • Bevorzugt sind am Kontrollgehäuse weiterhin Kupplungselemente angebracht zum reversiblen Verbinden des Kontrollgehäuses und der darin befindlichen Komponenten insbesondere mit dem Innenteilstück der Ableitung und der zumindest einen Verbindungsleitung. Diese Verbindungselemente, wie beispielsweise das Innenteilstück oder die zumindest eine Verbindungsleitung, die zu der Schnittstelle am Anlagengehäuse führen, sind daher quasi als Verbindungsstücke zwischen zwei Schnittstellen ausgebildet, nämlich einerseits eine Schnittstelle zum Kontrollgehäuse und andererseits eine Schnittstelle nach außen außerhalb des Anlagengehäuses.
  • Daneben sind vorzugsweise weiterhin Kupplungselemente zum reversiblen Verbinden der innerhalb des Kontrollgehäuses angeordneten Komponenten mit den weiteren Komponenten außerhalb des Kontrollgehäuses außen ausgebildet. Hierbei handelt es sich beispielsweise auch um ein elektrisches Kupplungselement, über das beispielsweise eine Stromversorgung oder eine Ansteuerung zumindest einer der Komponenten, wie z.B. des Verdichters erfolgt. Bei dem Kupplungselement handelt es sich insbesondere um einen Steckverbinder.
  • Durch diese Maßnahme lässt sich daher das gesamte Kontrollgehäuse innerhalb der Anlage montagefreundlich installieren. Speziell handelt sich daher um ein austauschbares Kontrollgehäuse, welches also zusammen mit den darin angeordneten Komponenten als eine Baueinheit aus dem Anlagengehäuse herausnehmbar ist. Bevorzugt ist das Kontrollgehäuse hierzu auf Schienen oder auf einem Träger gehalten und zwar insbesondere schwingungsentkoppelt zum restlichen Anlagengehäuse.
  • Bevorzugt ist das Kontrollgehäuse geteilt und kann geöffnet werden. Hierdurch ist ein Zugang zu den innenliegenden Komponenten ermöglicht. Die zumindest zwei und vorzugsweise genau zwei Gehäuseschalen weisen an ihrer Trennstelle eine geeignete Dichtanordnung auf, beispielsweise ein Dichtelement oder auch eine geeignete Ausgestaltung der Wände, beispielsweise nach dem Nut-Federprinzip.
  • Das Anlagengehäuse ist vorzugsweise insgesamt nach Art eines Modulschranks mit mehreren Gehäusebereichen ausgebildet, wobei in den unterschiedlichen Gehäusebereichen unterschiedliche Funktionsmodule angeordnet sind. Die Gehäusebereiche für die unterschiedlichen Funktionsmodule sind beispielsweise als eigenständige Gehäusemodule ausgebildet. Das Kontrollgehäuse wiederum ist bevorzugt innerhalb eines Kältemittelmoduls angeordnet, welches eines der Funktionsmodule bildet und welches in einem abgeschlossenen Gehäusebereich, vorzugsweise in einem eigenen Modulgehäuse angeordnet ist. Das Kältemittelmodul bildet zusammen mit zumindest einem weiteren Funktionsmodul und dessen weiteren Gehäusebereich / Modulgehäuse den Modulschrank aus. Bevorzugt ist als zusätzliches Funktionsmodul ein Speichermodul mit einem Brauchwasserspeicher vorgesehen. Bevorzugt sind das Kältemittelmodul und das weitere Funktionsmodul aufeinander angeordnet.
  • Die hier beschriebene Kältemittelanlage ist insbesondere als eine Wärmepumpenanlage für den Gebäudebereich, also zur Bereitstellung von Wärme für ein Gebäude vorgesehen. Speziell dient die Wärmepumpenanlage zum Beheizen von Wohngebäuden, beispielsweise von Ein- oder Mehrfamilien-Häusern. Die Wärmepumpenanlage weist beispielsweise eine maximale Heizleistung von lediglich bis 10 kW oder von lediglich bis 20 kW auf.
  • Neben diesen zuvor beschriebenen Maßnahmen, die eine möglichst einfache und zweckmäßige Montage einer derartigen Kältemittelanlage mit hoher Sicherheit gegenüber einer kritischen Kältemittelanreicherung im Falle einer Kältemittel-Leckage ermöglicht, werden nachfolgend weitere spezielle Maßnahmen beschrieben, die zur Verbesserung der Kontrolle und Überwachung der Anlage im Hinblick auf eine Kältemittel-Leckage eingesetzt werden:
    So ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ein Ventilator in der Ableitung angeordnet. Durch diesen Ventilator besteht die Möglichkeit, gezielt aktiv Kältemittel aus dem Kontrollgehäuse abzuleiten. Grundsätzlich ist hierbei bevorzugt weiterhin die passive und permanent offene Strömungsverbindung über die Ableitung aufrechterhalten. Hierzu ist der Ventilator vorzugsweise derart konzipiert und ausgestaltet, dass er die Ableitung nicht, zumindest nicht vollständig verschließt, so dass also eine offene Strömungsverbindung über den Ventilator besteht, selbst wenn dieser nicht aktiv betrieben wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Ventilator auch im abgeschalteten Zustand frei drehen kann. Hierdurch ist im Leckagefall, wenn also ein erhöhter Druck im Kontrollgehäuse auftritt, weiterhin ein passives Abströmen des Gases über die Ableitung sichergestellt. Durch den erhöhten Druck im Kontrollgehäuse kann das Gas über die Ableitung und auch über den Ventilator hinweg entweichen, der lediglich einen gewissen Strömungswiderstand, jedoch keine Strömungssperre darstellt.
  • Gleichzeitig bietet der Ventilator die Möglichkeit, gezielt und aktiv für eine Ableitung des Kältemittels im Bedarfsfall zu sorgen und wird bei Bedarf auch entsprechend angesteuert.
  • Vorzugsweise ist weiterhin eine Einrichtung zur Detektion einer Leckage im Kältekreislauf vorgesehen, welche eine Auswerteeinheit umfasst. Die Einrichtung dient dabei beispielsweise zur indirekten oder auch zur direkten Detektion einer Leckage. Bevorzugt wird weiterhin mit Hilfe der Auswerteeinheit auf ein Maß der Leckage und damit auf das Maß eines Kältemittelaustritts und damit auf eine Leckrate zurückgeschlossen. Weiterhin werden mit Hilfe der Auswerteeinheit Gegenmaßnahmen eingeleitet, vorzugsweise unterschiedliche Gegenmaßnahmen in Abhängigkeit des Maßes des Kältemittelaustritts.
  • Die Auswerteeinheit ist allgemein dazu eingerichtet, die Kältemittelanlage im Hinblick auf eine Kältemittel-Leckage zu überwachen und bei Bedarf geeignete Sicherheitsmaßnahmen einzuleiten. Die Auswerteeinheit ist daher dazu eingerichtet, die nachfolgend beschriebenen Kontroll- und Steuermaßnahmen durchzuführen.
  • Speziell wird in Abhängigkeit der Erkennung einer Leckage, beispielsweise in Abhängigkeit des Messsignals eines Leckdetektors oder eines Gassensors im Kontrollvolumen oder auch in Abhängigkeit der Auswertung von Ventilator-Kennwerten eine Sicherheitsmaßnahme eingeleitet, wie beispielsweise ein gezieltes Ansteuern des Ventilators, beispielsweise ein Einschalten des Ventilators oder ein Erhöhen der Drehzahl des Ventilators. Als Sicherheitsmaßnahme wird - je nach Ausmaß der Leckage - auch eine Sicherheitsabschaltung der Kältemittelanlage vorgenommen. Je nach identifizierter Leckrate werden daher unterschiedliche Maßnahmen ergriffen, die von Warnmeldungen und / oder einer Ansteuerung des Ventilators bis hin zu einer automatischen Sicherheitsabschaltung reichen.
  • In bevorzugter Ausgestaltung ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, anhand zumindest eines Kennwerts des Ventilators auf eine Leckage innerhalb des Kältekreislaufes zu schließen. Bei dieser Ausführungsvariante bildet daher der Ventilator mit einer geeigneten Sensorik die Einrichtung zur Leckdetektion.
  • Dies beruht auf der Überlegung, dass im Falle einer Leckage die Strömungs- und Druckverhältnisse innerhalb der Ableitung sowie innerhalb des Kontrollgehäuses sich charakteristisch ändern, und diese Änderungen auch zu charakteristischen Änderungen von Betriebsparameter des Ventilators führen, die ausgewertet werden.
  • Bevorzugt wird dabei zumindest einer der folgenden Kennwerte herangezogen und ausgewertet:
    Gemäß einer ersten Ausführungsvariante wird die Ventilatorkennlinie oder zumindest ein aktueller Betriebspunkt des Ventilators ausgewertet. Unter Ventilatorkennlinie wird vorliegend der Verlauf des Differenzdrucks zwischen einer Saugseite und einer Druckseite des Ventilators gegenüber dem geförderten Volumenstrom oder auch gegenüber der Ventilatordrehzahl verstanden. Der Betriebspunkt ist dabei ein spezieller Punkt auf der Ventilatorkennlinie, also z.B. eine definierte Zuordnung eines vorgegebenen Volumenstroms zum Differenzdruck.
  • Diese Auswertung beruht dabei auf der Überlegung, dass aufgrund der hermetischen Abdichtung des Kontrollgehäuses die Ventilatorkennlinie in Abhängigkeit einer Leckage unterschiedlich steil ist. Sofern keine Leckage vorliegt und damit eben kein Gas in das Kontrollvolumen austritt, ist die Ventilatorkennlinie sehr steil. Umgekehrt wird die Ventilatorkennlinie mit zunehmender Leckrate zunehmend flacher. Insofern kann aus der momentanen Ventilatorkennlinie oder auch dem momentanen Betriebspunkt zuverlässig abgeleitet werden, ob eine Leckage vorliegt. Bevorzugt wird zudem aus der Ventilatorkennlinie und dem Betriebspunkt auch abgeleitet, wie hoch die Leckrate ist, um dann eine entsprechende Gegenmaßnahme einzuleiten.
  • Gemäß einer alternativen Variante oder auch ergänzend wird die Drehzahl des Ventilators ausgewertet, insbesondere in einem Zustand, wenn der Ventilator nicht aktiv betrieben wird. Dies beruht grundsätzlich auf der Überlegung, dass ein Kältemittelaustritt zu einer Erhöhung des Drucks im Kontrollgehäuse führt, sodass automatisch das Gas über die Ableitung abströmt und dadurch den Ventilator quasi antreibt. Eine Drehzahlerhöhung ist daher ein Indiz für eine Leckage, insbesondere für die Zunahme einer Leckrate. Auch hieraus kann wieder ein Rückschluss auf die Leckrate gezogen werden.
  • Weitere Parameter des Ventilators, die ausgewertet werden, sind alternativ oder ergänzend dessen elektrische Strom- oder Leistungsaufnahme sowie auch Vibrationswerte.
  • Bevorzugt wird allgemein anhand der ermittelten Kennwerte des Ventilators auf ein Maß der Leckage und damit auf die Leckrate geschlossen.
  • Alternativ oder auch ergänzend ist als Einrichtung zur Detektion einer Leckage ein Gassensor und zwar insbesondere ein CO2-Sensor oder alternativ auch ein N2- oder O2-Sensor vorgesehen. Grundsätzlich kann auch ein Gassensor vorgesehen sein, welcher direkt das Kältemittelgas detektiert. Dieser Gassensor dient zur direkten oder zumindest zur weitgehend direkten Ermittlung, ob Kältemittel im Kontrollvolumen vorliegt und insbesondere wie hoch der Anteil des Kältemittels ist. Die Verwendung eines CO2-Sensors, oder eines Sensors, der einen sonstigen Bestandteil (O2, N2) der Atmosphäre misst, beruht dabei auf der Überlegung, dass im Falle eines Kältemittelaustritts der natürliche CO2-Gehalt (O2, N2-Gehalt) reduziert wird. Diese Reduktion deutet dann auf eine Leckage hin.
  • Alternativ oder ergänzend zu einem Gassensor ist ein Drucksensor vorgesehen, welcher eine Erhöhung des Drucks innerhalb des Kontrollgehäuse infolge einer Leckage misst.
  • Die aktive Überwachung ist insgesamt von besonderem Vorteil, um geeignete Gegenmaßnahmen einleiten zu können, also zur Kontrolle der Anlage. Da beim Betrieb der Anlage auch unkritische Anteile in den Hydraulikkreisläufen ausgasen können, die also nicht zu kritischen Anreicherungen von z.B. explosionsfähigen Gemischen führen, wird diese Variante mit der in das Kontrollgehäuse geführten Entlüftungsleitung vorzugsweise zusätzlich mit einer weiteren Überwachungsmaßnahme kombiniert, insbesondere mit der Überwachung mittels eines Gassensors.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist an dem zumindest einen angeschlossenen Hydraulikkreis ein Leckdetektor angeordnet, welcher mit der Auswerteeinheit verbunden ist. In diesem Fall erhält daher die Auswerteeinheit ein (elektrisches) Sensorsignal und kann dieses für die Beurteilung des Gefährdungspotenzials und der Einleitung von Sicherheitsmaßnahmen berücksichtigen.
  • Als Leckdetektor ist dabei gemäß einer ersten Ausführungsvariante ein Volumenstromsensor und / oder gemäß einer zweiten Variante ein Drucksensor angeordnet. Die Auswerteeinheit wertet nunmehr das Sensorsignal des Leckdetektors im Hinblick auf das Vorhandensein von Kältemittel im Trägermedium aus. Speziell werden charakteristische Signalschwankungen als Hinweis auf die Existenz von Kältemittel ausgewertet.
  • Der Volumenstromsensor ist dabei beispielsweise als Ultraschall-Sensor ausgebildet, kann jedoch auch als Flügelrad-Sensor oder nach dem Prinzip der Karmanschen Wirbelstraße ausgebildet sein. Die Auswertung dieser Sensorsignale beruht dabei allgemein auf der Überlegung, dass im Falle des Vorhandenseins von Kältemittel in dem flüssigen Trägermedium das Kältemittel gasförmig vorliegt, sodass also Gasblasen innerhalb des Trägermediums enthalten sind. Derartige Gasblasen führen sowohl beim Volumenstromsensor als auch beim Drucksensor zu charakteristischen Signalvariationen, die von der Auswerteeinheit ausgewertet und für eine Beurteilung der Gefährdungslage herangezogen werden.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin gelöst durch ein Kältemittelmodul für die zuvor beschriebene Kältemittelanlage. Das Kältemittelmodul umfasst dabei das Kontrollgehäuse sowie die weiteren am Kontrollgehäuse angeschlossenen Komponenten, nämlich insbesondere das Innenteilstück der Ableitung, die zumindest eine Verbindungsleitung zum Anschluss des Hydraulikkreises sowie weiterhin vorzugsweise weitere hydraulische oder auch elektrische Komponenten, wie beispielsweise eine Umwälzpumpe, Ventile, eine Steuereinheit, ein Bedienterminal usw. Bevorzugt sind im Kältemittelmodul auch bereits Komponenten des zumindest einen Hydraulikkreises integriert. Das Kältemittelmodul weist bevorzugt weiterhin ein eigenes Modulgehäuse auf, welches daher die Schnittstellen aufweist, an denen der zumindest eine Hydraulikkreis, zumindest einige von dessen Komponenten, speziell der Verbraucher, über die Schnittstelle angeschlossen werden kann.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen in vereinfachten Darstellungen:
    • FIG 1
    eine als Wärmepumpenanlage ausgebildete Kältemittelanlage mit einem Anlagenschrank als Anlagengehäuse vor der End-Installation und vor der eigentlichen Aufstellung in einem Aufstellraum,
    FIG 2
    eine Darstellung eines Kältemittelmoduls mit einem Kontrollgehäuse, welches bei der Darstellung der Figur 2 geöffnet ist,
    FIG 3
    eine stark vereinfachte Darstellung eines Wohngebäudes zur Darstellung der Aufstellung des Anlagengehäuses mit einer Ableitung,
    FIG 4
    ein Schaltbild für eine Luft/Wasser-Wärmepumpenanlage,
    FIG 5
    ein Schaltbild für eine Sole/Wasser-Wärmepumpenanlage,
    FIG 6
    eine Darstellung von unterschiedlichen Ventilatorkennlinien,
    FIG 7
    eine Darstellung eines Signalverlaufs eines Volumenstrom-Sensors sowie
    FIG 8
    eine vereinfachte Darstellung des Verlaufs eines Sensorsignals eines Drucksensors.
  • In den Figuren sind gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Eine in der Figur 1 als Wärmepumpenanlage 2 ausgebildete Kältemittelanlage weist ein als Anlagenschrank ausgebildetes Anlagengehäuse 4 auf. Die Wärmepumpenanlage 2 ist modular aufgebaut und weist im Ausführungsbeispiel zwei Module, nämlich ein Kältemodul 6 sowie ein Speichermodul 8 auf. Jedes der Module 6, 8 ist in einem eigenen Gehäuseteil, insbesondere in einem eigenen Modulgehäuse angeordnet. Die beiden Modulgehäuse sind dabei übereinandergestapelt und bilden das Anlagengehäuse 4. Im Speichermodul 8 ist ein Speicher, speziell ein Brauchwasserspeicher 10 angeordnet. Im Kältemodul 6, wie es in Alleinstellung nochmals in Figur 2 dargestellt ist, ist ein Kältekreislauf 12 innerhalb eines Kontrollgehäuses 14 angeordnet. Dieses weist zwei Gehäuseschalen auf. In der Figur 2 ist das Kontrollgehäuse 14 geöffnet und nur eine der Gehäuseschalen dargestellt. Zusätzlich sind im Kältemodul 6 weitere Komponenten angeordnet, wie sie nachfolgend noch erläutert werden.
  • Bei dem Kontrollgehäuse 14 handelt sich um ein hermetisch dichtes Gehäuse, in das keine Umgebungsluft eintreten kann. Bei dem Kontrollgehäuse 14 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein zweiteiliges Gehäuse, welches grundsätzlich beispielsweise zu Revisionszwecken geöffnet werden kann.
  • Am Kontrollgehäuse 14 ist eine Ableitung 16, speziell ein Innenteilstück 16A angeschlossen, und vorzugsweise reversibel abnehmbar angeschlossen. Unter Innenteilstück 16A wird allgemein ein innerhalb des Anlagengehäuses 4 verlaufender Abschnitt der Ableitung 16 verstanden. Bei einigen Ausführungsvarianten (vergleiche beispielsweise Ausführungsvariante gemäß nachfolgend beschriebener Figur 4) bildet das Innenteilstück 16A die gesamte Ableitung. Die Ableitung 16 ist dabei vorzugsweise in einem unteren Teilbereich, speziell im unteren Drittel am Kontrollgehäuse 14 angeschlossen. Sie stellt allgemein eine Strömungsverbindung zum Innenvolumen des Kontrollgehäuses 14 dar. Die Ableitung 16 dient im Falle einer Kältemittelleckage zum Ableiten von Kältemittel.
  • Das Kontrollgehäuse 14 ist im Ausführungsbeispiel innerhalb eines eigenen Modulgehäuses 18 angeordnet. Es ist vorzugsweise auf einem eigenen Träger 19 und über diesen auf einem Boden des Modulgehäuses 18 angeordnet und insbesondere schwingungsentkoppelt angeordnet. Das Kontrollgehäuse 14 besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff, speziell einem geschäumten Kunststoff.
  • Am Kontrollgehäuse 14 ist vorzugsweise weiterhin zumindest eine Verbindungsleitung 20 insbesondere wiederum reversibel abnehmbar angeschlossen. Die Verbindungsleitung 20 ist mit einem im Kontrollgehäuse 14 angeordneten Wärmetauscher, speziell Kondensator verbunden. Sind am Kältekreislauf 12 zwei Hydraulickreise angeschlossen, so sind zwei Verbindungsleitungen 20 angeordnet. Am Kontrollgehäuse ist weiterhin vorzugsweise auch ein elektrischer Anschluss, speziell über eine lösbare Steckverbindung vorgesehen, über die Steuersignale oder auch eine elektrische Leistungsversorgung für die innerhalb des Kontrollgehäuses 14 der angeordneten Komponenten erfolgt.
  • Sowohl die Verbindungsleitung 20 als auch das Innenteilstück 16A sind zu einer Schnittstelle 22 geführt. Im Ausführungsbeispiel sind die Verbindungsleitung 20 als auch das Innenteilstück 16 A an der Rückseite des Kontrollgehäuses 14 angeordnet und werden von hier zu der Schnittstelle 22 geführt. Diese ist im Ausführungsbeispiel an einer Oberseite des Anlagengehäuses 4 und speziell des Modulgehäuses 18 ausgebildet. Über die Schnittstelle 22 sind insbesondere hydraulische Kupplungen zum Anschluss an weitere Komponenten von Hydraulikkreisen 64, 66 (vgl. Figuren 4, 5) vorgesehen. Weiterhin ist als Schnittstelle 22 auch ein Anschluss vorgesehen, über das das Innenteilstück 16A angeschlossen werden kann.
  • Innerhalb des Kältemoduls 6 sind außerhalb des Kontrollgehäuse 14 weitere hydraulische sowie elektrische Komponenten angeordnet. Hierzu zählen beispielsweise Pumpen, Rohrelemente, bei Bedarf Ventile und im Hinblick auf die elektrischen Komponenten insbesondere eine Steuereinheit zum Steuern der Wärmepumpenanlage. Weiterhin ist bevorzugt ein Bedienelement zur Eingabe und zur Bedienung der Steuereinheit vorgesehen.
  • Anhand der Figur 3 ist eine bevorzugte, beispielhafte Aufstellung einer derartigen Wärmepumpenanlage 2 innerhalb eines Gebäudes 24 dargestellt. Die Wärmepumpenanlage 2, speziell das Anlagengehäuse 4 mit den darin befindlichen Komponenten, ist innerhalb eines Aufstellraums 26 angeordnet. Die Ableitung 16 wird in einen Außenbereich 28, vorliegend die Umgebung außerhalb des Gebäudes 24 geführt.
  • Die Figuren 4 und 5 zeigen unterschiedliche Varianten einer Wärmepumpenanlage, wobei die Figur 4 beispielhaft eine Luft/Wasser-Wärmepumpenanlage 2 und die Figur 5 eine Sole/Wasser-Wärmepumpenanlage 2 darstellt. Die in den Figuren 1 bis 5 dargestellten Bezugszeichen bezeichnen folgende Komponenten:
    • 2
    Wärmepumpenanlage
    4
    Anlagengehäuse
    6
    Kältemodul
    8
    Speichermodul
    10
    Brauchwasserspeicher
    12
    Kältekreislauf (ggf. reversibel)
    14
    Kontrollgehäuse (Kontrollvolumen)
    16
    Ableitung (Auslasskanal)
    16A
    Innenteilstück der Ableitung
    16B
    Außenteilstück der Ableitung
    18
    Modulgehäuse
    19
    Träger
    20
    Verbindungsleitung
    22
    Schnittstelle
    24
    Gebäude
    28
    Außenbereich
    30
    Ventilator / Ablüfter (optional)
    32
    Sensorik Ventilatorcharakteristik
    34
    Gassensor
    36
    Entlüftungsleitung
    38
    Volumenstromsensor
    40
    Gasabscheider / Mikroblasenabscheider
    42
    Rückschlageinrichtung )
    44
    Drucksensor
    46
    Umwälzpumpe
    48
    Sicherheitsventil
    50
    Ausdehnungsgefäß
    52
    Verbraucher (Wärmeverbraucher Heizfall / Kälteverbraucher Kühlfall)
    54
    Wärmequelle / Wärmesenke
    58
    Pufferspeicher insbesondere als Teil eines doppelt differenzdrucklosen Verteilers
    60
    Luft/Kältemittel -Wärmetauscher mit Primärlüfter
    62
    Luftkanal
    64
    Verbraucherkreis
    66
    Solekreis
    68
    Kondensator
    70
    Verdampfer
    72
    Kupplungselement
    74
    Steuereinheit
    76
    Auswerteeinheit
    78
    Sperreinrichtung
    84
    Anschlussleitungen
    86
    Kanalabschnitt
  • Der Kältekreislauf 12 umfasst bei den Ausführungsbeispielen einen Verdichter, den Kondensator 68, ein Expansionsventil sowie den Verdampfer 70. Die Komponenten sind miteinander verrohrt und ein Kältemittel wird im Kältekreislauf 12 geführt. Mehrere der Komponenten, im Ausführungsbeispiel der Figur 5 alle und im Ausführungsbeispiel der Figur 4 alle bis auf den Verdampfer 70, sind innerhalb des Kontrollgehäuses 14 angeordnet, welches zum Aufstellraum 26 des Anlagengehäuses 4 (Figur 3) gasdicht abgedichtet ist. Er steht lediglich über die permanent offene Ableitung 16 mit dem Außenbereich 28 in Verbindung.
  • Sowohl bei der Sole/Wasser-Wärmepumpenanlage 2 gemäß Figur 5 als auch bei der Luft/Wasser-Wärmepumpenanlage 2 gemäß Figur 4 ist am Kältekreislauf 12 an einem der beiden Wärmetauscher, nämlich am Kondensator 68 ein Verbraucherkreis 64 mit einem Verbraucher 52 angeschlossen. Im Verbraucherkreis 64 ist weiterhin der Pufferspeicher 58 integriert. Ein solcher Pufferspeicher 58 ist allgemein bekannt und ist typischerweise in Reihe zwischen Kältekreis 12 und Verbraucher 52 angeordnet. Er ist im Betrieb vollständig oder nahezu vollständig mit dem im Verbraucherkreis 64 zirkulierenden Trägermedium gefüllt und von diesem auch durchströmt. Im Pufferspeicher 58 sind typischerweise keine Wärmetauscher angeordnet. Derartige Pufferspeicher 58 weisen allgemein ein Volumen auf, das vom Anwendungszweck und der Anlagenleistung abhängt. Das Volumen liegt dabei typischerweise bei zumindest 50 dm3, oder zumindest bei 100 dm3 oder auch bei zumindest mehreren 100 dm3 und teilweise auch über 1000 dm3. Typischerweise weist der Pufferspeicher 58 ein Volumen beispielsweise im Bereich von 10-50 dm3 /kW und insbesondere im Bereich von 20-40 dm3 /kW der maximalen Heizleistung der Wärmepumpenanlage 2 (maximale Nennleistung der Wärmepumpenanlage 2) auf. Bei dem Pufferspeicher 58 handelt es sich regelmäßig um einen zylindrischen Druckbehälter mit typischerweise kalottenförmigen Boden und Deckel.
  • Weiterhin ist in den Ausführungsbeispielen der Figuren 4 und 5 im Verbraucherkreis 64 eine passive Sperreinrichtung 78 speziell in Form einer Klappe integriert. Insbesondere ist diese unmittelbar an der Austrittsseite (Kühlwasser / Heißwasser) des Wärmetauschers 68 (Kondensator) angeordnet. Bei der Ausführungsvariante gemäß der Figur 5 ist vorzugsweise ergänzend eine solche Sperreinrichtung 78 auch im Solekreis 66 vorgesehen. Diese ist ebenfalls an der Austrittsseite (Austritt zur Wärmequelle / Wärmesenke) des anderen Wärmetauschers 70 (Verdampfer) angeordnet.
  • Die Sperreinrichtung 78 ist in den Ausführungsbeispielen jeweils in Richtung der Strömungsrichtung des jeweiligen Trägermediums im jeweiligen Hydraulikkreis 64, 66 wirksam und schließt automatisch bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes, beispielsweise eine vorgegebene Strömungsgeschwindigkeit, und / oder ein vorgegebener Volumenstrom und / oder ein vorgegebener Druck des Trägermediums. Die Sperreinrichtung 78 im Verbraucherkreis 64 ist im Ausführungsbeispiel zwischen dem Kontrollgehäuse 14 und dem Pufferspeicher 58 bzw. dem Verbraucher 52 angeordnet.
  • Weiterhin ist in dem jeweiligen Hydraulikkreis 64, 66 in Strömungsrichtung nach der Wärmesenke (z.B. Verbraucher 52) bzw. nach der Wärmequelle (z.B. 54) weiterhin eine Rückschlageinrichtung 42 angeordnet. Durch die Sperreinrichtung 78 und die Rückschlageinrichtung 42 lässt sich ein wärmesenkenseitiger / wärmequellenseitiger Teilbereich des jeweiligen Hydraulikkreises 64, 66 von einem kältekreislaufseitigen Teilbereich des jeweiligen Hydraulikkreises 64, 66 hydraulisch abtrennen. Dies erfolgt automatisch bei einem Schließen der Sperreinrichtung 78 bei Überschreiten des Grenzwertes.
  • In einer bevorzugten, hier nicht näher dargestellten Variante ist die Sperreinrichtung 78 über eine Fluidleitung, z.B. ein Kapillarrohr mit der Hydraulikleitung im Bereich der Rückschlageinrichtung 42 verbunden und zwar auf der dem Kältekreis und damit dem Wärmetauscher abgewandten Seite der Rückschlageinrichtung 42. An dieser Stelle wirkt das Druckniveau des Trägermediums im Hydraulikkreis. Mit dieser (Druck-) Information wird die Sperreinrichtung 78 vorzugsweise beaufschlagt. Speziell wirkt dieser Druck auf die Sperreinrichtung 78 in Öffnungs-Richtung.
  • Im Ausführungsbeispiel der Figur 5, die eine Sole/Wasser-Wärmepumpenanlage 2 zeigt, ist ein zweiter Hydraulikkreis, nämlich ein Solekreis 66 an dem anderen Wärmetauscher, nämlich dem Verdampfer 70 angeschlossen. Die Hydraulikkreise 64, 66 sind jeweils mit Hilfe eines Kupplungselements 72 mit dem Kontrollgehäuse 14 verbunden, sodass eine entsprechende Verrohrung am Kontrollgehäuse 14 anschließbar ist. Wie weiterhin zu erkennen ist, sind bereits einige wesentliche Komponenten der Hydraulikkreise 64, 66 innerhalb des Anlagengehäuses 4 verbunden. So ist zum einen ein Teil der Verrohrung innerhalb des Anlagengehäuses 4 angeordnet, speziell ist die Verbindungsleitung 20 innerhalb des Anlagengehäuses 4 angeordnet, die zu der Schnittstelle 22 führt. In den dargestellten Ausführungsbeispielen sind außerhalb des Anlagengehäuses 4 noch eine außenseitige Verrohrung, der (optionale) Pufferspeicher 58 und der zumindest eine Verbraucher 52 sowie bei der Variante nach Figur 5 die Wärmequelle/Wärmesenke 54 angeschlossen ggf. mit entsprechenden weiteren Komponenten wie Ventile, Pumpen usw. Bei der Variante nach Figur 4 sind am Anlagengehäuse 4 Kanalabschnitte 86, nämlich eine Ansaugleitung sowie eine Ausströmleitung, an Luftkanal 62 angeschlossen.
  • Bei der in der Figur 4 dargestellten Luft/Wasser-Wärmepumpenanlage 2 ist der Luftkanal 62 vorgesehen, innerhalb dessen eine Baueinheit 60 bestehend aus Luft/Kältemittel-Wärmetauscher (Verdampfer 70) mit Ventilator angeordnet ist. Der Luftkanal 62 wiederum ist über Schnittstellen 22 einerseits mit der Ansaugleitung für Außenluft und mit der Ausströmleitung für die Fortluft verbunden, die typischerweise durch eine Gebäudewand hindurchgeführt sind und in den Außenbereich 28 reichen. Hervorzuheben ist, dass der Luftkanal 62 innerhalb des Anlagengehäuses 4 verläuft und über die Schnittstellen 22 an die in den Außenbereich 28 führenden Kanalabschnitte 86 angeschlossen ist.
  • Innerhalb des Anlagengehäuses 4 ist weiterhin eine in den Schaubildern der Figuren 4 und 5 nur vereinfacht dargestellte Steuereinheit 74 angeordnet, über die der Betrieb der Wärmepumpenanlage 2 gesteuert wird. Diese enthält im Ausführungsbeispiel ergänzend auch eine Auswerteeinheit 76 die zur Überwachung und Kontrolle der Anlage im Hinblick auf eine Kältemittelleckage sowie zur Einleitung von Sicherheitsmaßnahmen ausgebildet ist. Hierzu weist die Wärmepumpenanlage 2 ein oder mehrere Einrichtungen zur Detektion einer Kältemittelleckage auf.
  • Allgemein ist vorgesehen, dass an dem Kontrollgehäuse 14 die Ableitung 16, genauer das Innenteilstück 16A, vorzugsweise über ein Kupplungselement 72 angeschlossen ist.
  • Innerhalb des Kontrollgehäuses 14 verlaufen jeweils Anschlussleitungen 84, die einerseits jeweils an dem zumindest einen Wärmetauscher (Kondensator 68 und im Ausführungsbeispiel der Figur 5 auch Verdampfer 70) angeschlossen sind und bis zum jeweiligen Kupplungselement 72 führen, über welches der Anschluss an die Verbindungsleitung 20 erfolgt. Die Anschlussleitungen 84 sind daher jeweils Teil des jeweiligen Hydraulikkreises (Verbraucherkreis 64/Solekreis 66). Innerhalb des Modulgehäuses 14 ist nunmehr an einen jeweiligen Hydraulikkreis und zwar an einer jeweiligen Anschlussleitung 84 ein Gasabscheider 40, beispielsweise ein Mikroblasenabscheider angebracht. Der besondere Vorteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, dass über den Gasabscheider 40 im Bedarfsfall ein Entgasen des Trägermediums des Hydraulikkreises 64, 66 unmittelbar in den Innenraum des Kontrollgehäuse 14 erfolgt und das Gas über die Ableitung 16 in den Außenbereich 28 entweichen kann.
  • In beiden Varianten ist in bevorzugter Ausgestaltung vorgesehen, dass ansonsten keine weiteren Entgasungs- oder Entlüftungsleitungen 36 im Kontrollgehäuse 14 enden. Weitere Entlüftungsleitungen 36, welche beispielsweise am Pufferspeicher 58 oder an einem Sicherheitsventil 48 angeschlossen sind, führen am Kontrollgehäuse 14 vorbei zumindest mittelbar in den Außenbereich 28.
  • Im Ausführungsbeispiel der Figur 4 führen insgesamt 2 Entlüftungsleitungen 36, nämlich eine vom Pufferspeicher 58 und eine von einem Sicherheitsventil 48 in den Luftkanal 62 und münden dort. Bei der Ausführungsvariante der Figur 4 ist das Sicherheitsventil 48 mit der angeschlossene Entlüftungsleitung 36 in dem kältekreislaufseitigen Teilbereich des Verbraucherkreises 64 angeordnet.
  • Wird - wie zuvor beschrieben - beispielsweise bei einer Kältemittel-Leckage der verbraucherseitige Teilbereich durch Schließen der Sperreinrichtung 78 hydraulisch abgetrennt, so kann über das Sicherheitsventil 48 und der angeschlossenen Entlüftungsleitung 36 Gas und gegebenenfalls auch ein Teil des Trägermediums entweichen.
  • Ein derartiges Sicherheitsventil 48 mit angeschlossener Entlüftungsleitung 36 ist, vorzugsweise auch (abweichend von der Darstellung gemäß Figur 5) bei der Ausführungsvariante der Figur 5 vorgesehen. In diesem Fall wird die Entlüftungsleitung 36 in den Außenbereich 28 geführt. Die am Pufferspeicher 58 angeschlossene Entlüftungsleitung 36 wird ebenfalls in den Außenbereich 28 geführt. Im Ausführungsbeispiel ist sie mit der Ableitung 16 verbunden.
  • Allgemein - unabhängig von der speziellen Ausführungsvariante - sind in einer bevorzugten Ausgestaltung eine oder mehrere solcher Entlüftungsleitungen 36 an die Ableitung 16 angeschlossen. Hierdurch ist lediglich ein Durchtritt durch die Gebäudewand erforderlich.
  • Bei einer (optionalen) Ausführungsvariante mit einem Ventilator 30 ist innerhalb des Innenteilstücks 16A ein Ventilator 30 angeordnet. Diesem ist eine Sensorik 32 zur Überwachung und Auswertung der Kennwerte des Ventilators 30 sowie dessen Ventilatorcharakteristik und / oder der Ventilatorkennlinie zugeordnet. Der Ventilator 30 sowie die Sensorik 32 sind in der Figur 5 beispielhaft dargestellt. Analog kann auch bei der Ausführungsvariante der Figur 4 ein derartiger Ventilator 30 in der Ableitung 16, genauer im Innenteilstück 16A angeordnet sein. In alternativen Ausführungsvarianten ist auf einen derartigen Ventilator verzichtet und es ist lediglich eine offene Rohrverbindung als Ableitung 16 ohne Einbauten vorgesehen.
  • Speziell weist die Sensorik 32 Drucksensoren auf, über die der saugseitige Druck und der druckseitige Druck oder zumindest der Differenzdruck zwischen Saugseite und Druckseite des Ventilators 30 erfasst werden. Weiterhin weist die Sensorik 32 bei Bedarf eine Drehzahlerfassung der Drehzahl des Ventilators 30, eine Erfassung der Leistungsaufnahme oder der elektrischen Stromaufnahme des Ventilators 30 auf. Auch kann ein Vibrationssensor zur Erfassung von Vibrationen vorgesehen sein. Anhand der Ventilatorcharakteristik, speziell anhand der Ventilatorkennlinie oder auch von Betriebspunkten wird dann beispielsweise ein Rückschluss auf eine Kältemittelleckage gezogen.
  • Weiterhin ist (optional) innerhalb des Kontrollgehäuses 14 ein Gassensor 34, speziell ein CO2-Sensor angeordnet. Dieser misst zumindest mittelbar den eine Kältemittelkonzentration innerhalb des Kontrollgehäuse 14, beispielsweise durch die Abnahme des CO2-Anteils. In bevorzugter Ausgestaltung ist jedoch auf einen solchen Gassensor 34 verzichtet.
  • Weiterhin sind beispielhaft Volumenstromsensoren 38 sowie Drucksensoren 44 dargestellt, über die erfasst werden kann, ob in den Hydraulikkreisen 64, 66 Kältemittel enthalten ist. Die Sensorsignale des jeweiligen Volumenstromsensors 38 und / oder des Drucksensors 44 werden an die Auswerteeinheit 76 übermittelt und dort ausgewertet.
  • Die Auswertung der Ventilatorcharakteristik wird anhand der Figur 6 illustriert. Diese zeigt einen qualitativen Verlauf der Betriebspunkte des Ventilators 30 in Abhängigkeit eines Leckageausmaßes:
    Darin sind verschiedene Ventilatorkennlinien A, B, C bei denen der Differenzdruck Δp (Förderhöhe h) gegenüber dem Volumenstrom V/h aufgetragen ist. Die Kennlinie A charakterisiert einen Zustand, bei dem keine Leckage besteht, und bei dem die Kältemittelanlage gegenüber der Umgebung dicht ist. Bei diesem Zustand ist die Kennlinie sehr steil. Die Kennlinie B charakterisiert einen Zustand, bei dem eine geringe Leckrate vorliegt und die Kennlinien C charakterisiert einen Zustand mit einer großen Leckrate. Die Kennlinien werden zunehmend flacher, sodass jede Kennlinie charakteristisch nicht nur für eine Leckage, sondern auch für die Leckrate ist.
  • Für die Auswertung ist es dabei bereits ausreichend, den jeweiligen Betriebspunkt 1, 2 und 3 bei einem jeweiligen aktuellen Volumenstrom zu erfassen. Dieser lässt sich ableiten aus der aktuellen Drehzahl des Ventilators 30. Dies bedeutet, dass ausgehend von der aktuellen Drehzahl und bei Kenntnis des Differenzdrucks Δp ein Betriebspunkt eindeutig zugeordnet werden kann und aus diesem auf eine Leckrate zurückgeschlossen werden kann.
  • Alternativ oder ergänzend zu dieser Auswertung wird die Drehzahl des Ventilators 30, speziell bei unveränderter Drehzahlvorgabe und speziell bei großen Leckagen herangezogen. So besteht die Möglichkeit, dass der Ventilator 30 ausgeschaltet ist (Drehzahl gleich Null) oder auch mit nur geringer Drehzahl dreht und damit nur einen geringen Volumenstrom V/h fördert. Im Falle einer Leckage, speziell bei einer großen Leckage oder einer abrupt auftretenden Leckage, beispielsweise bei einem Rohrbruch, treten typischerweise deutliche Druckanstiege auf. Der Leckagemassenstrom, also die Leckagerate (Kältemittelmasse pro Zeiteinheit) des austretenden Kältemittels kann dabei bis zu 100 g/s erreichen. Dieser Druckanstieg führt dazu, dass die Drehzahl automatisch angehoben wird. Eine solche Drehzahländerung wird ausgewertet und es wird auf die Leckrate zurückgeschlossen.
  • Schließlich wird alternativ oder weiter ergänzend eine Änderung der elektrischen Stromaufnahme/Leistungsaufnahme speziell bei unveränderter Drehzahlvorgabe ausgewertet. Aufgrund eines Druckanstiegs im Falle einer Leckage verändert sich die erforderliche Leistung und damit die elektrische Stromaufnahme/Leistungsaufnahme bei ansonsten gleicher Drehzahlvorgabe. Speziell sinkt die elektrische Stromaufnahme ab, da der Ventilator automatisch angetrieben wird.
  • Der Verlauf eines Sensorsignals S des Volumenstromsensors 38 (Volumenstromsignal) gegenüber der Zeit t ist anhand der Figur 7 illustriert. Figur 7 zeigt dabei den qualitativen Verlauf des Sensorsignals S über die Zeit t in Abhängigkeit vom Vorhandensein von Gasblasen im Trägermedium. Treten innerhalb des Hydraulickreises 64, 66 Gasblasen auf, so führt dies zu einem charakteristischen Signalverlauf. Speziell ändert sich der üblicherweise konstante Signalverlauf S, der vorliegt, wenn keine Gasblasen im Trägermedium vorhanden sind, und es tritt eine instabile Zone mit starken Signalschwankungen auf, wenn Gasblasen im Trägermedium vorhanden sind. In der Figur 7 ist weiterhin ein gestrichelt dargestellter Toleranzbereich eingezeichnet, welcher im Falle von Gasblasen deutlich überschritten wird. Anhand dieser Signalschwankungen kann wiederum auf den Anteil von Gasblasen innerhalb des Trägermediums geschlossen werden. Speziell bei einer Kombination mit dem Gassensor 34 kann dann eine Aussage über einen Kältemittelanteil innerhalb der Hydraulikkreise 64, 66 getroffen werden. Bevorzugt ist jedoch auf einen zusätzlichen Gassensor 34 zur Detektion von austretendem Gas, speziell zur Detektion von Kältemittel zu verzichten. Dies hat den Vorteil, dass die Kosten für beispielsweise kältemittel-sensitive Sensoren eingespart werden.
  • Ähnlich verhält es sich mit der Auswertung des Sensorsignals S des Drucksensors 44, welches beispielhaft in der Figur 8 illustriert ist. Figur 8 zeigt einen qualitativen Verlauf eines Betriebspunkts im Hydraulikkreis 64, 66 über die Zeit t. Auch hier führen Gasanteile innerhalb des Trägermediums zu charakteristischen Signalschwankungen, welche wiederum eine gestrichelt dargestellte Toleranzschwelle eines ansonst üblicherweise weitgehenden konstanten Signals S überschreiten. Auch diese Auswertungen werden beispielsweise mit einer Auswertung des Signals der Gassensor 34 kombiniert.
  • Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.

Claims (15)

  1. Kältemittelanlage mit
    - einem Kältekreislauf (12), welcher zwei Wärmetauscher, nämlich einen Verdampfer (70) sowie einen Kondensator (68) und weiterhin einen Verdichter sowie ein Expansionsventil aufweist und in dem im Betrieb ein Kältemittel zirkuliert, wobei am Kältekreislauf (12) im installierten Zustand zumindest ein Hydraulikkreis (64, 66) angeschlossen ist, in dem im Betrieb ein Trägermedium umgewälzt wird,
    - einem Anlagengehäuse (4), welches im installierten Zustand in einem Aufstellraum (26) aufgestellt ist und in dem zumindest mehrere Komponenten des Kältekreislaufes (12) sowie weitere Komponenten, wie hydraulische oder elektrische Komponenten angeordnet sind, wobei innerhalb des Anlagengehäuses (4) ein abgedichtetes Kontrollgehäuse (14) angeordnet ist, in dem die Komponenten Verdichter, Expansionsventil und zumindest einer der Wärmetauscher des Kältekreises (12) angeordnet sind, und wobei am Kontrollgehäuse (14) eine Ableitung (16) zum Ableiten von Gas aus dem Kontrollgehäuse (14) angeschlossen ist, die in Strömungsverbindung mit einem Außenbereich (28) außerhalb des Aufstellraums (26) steht.
  2. Kältemittelanlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass einer der beiden Wärmetauscher als ein Luft/Kältemittel-Wärmetauscher ausgebildet und in einem Luftkanal (62) angeordnet ist, wobei die Ableitung (16) in den Luftkanal (62) mündet, wobei der Luftkanal (62) insbesondere innerhalb des Anlagengehäuses (4) verläuft und vorzugsweise über Schnittstellen (22) an in den Außenbereich (28) führende Kanalabschnitte (86) angeschlossen ist.
  3. Kältemittelanlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass über die Ableitung (16) eine permanent offene Strömungsverbindung mit dem Außenbereich (28) besteht, sodass entweichendes Kältemittel automatisch in den Außenbereich (28) strömen kann, wobei die offene Strömungsverbindung vorzugsweise frei von Einbauten ist.
  4. Kältemittelanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontrollgehäuse (14) keine Zuluftöffnung aufweist.
  5. Kältemittelanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest ein Wärmetauscher über eine innerhalb des Kontrollgehäuses (14) verlaufende Anschlussleitung (84) an dem zumindest einen Hydraulikkreis (64, 66) angeschlossen ist, wobei an der Anschlussleitung (84) ein Gasabscheider (40) angebracht ist, welcher zum unmittelbaren Entgasen eines im Hydraulikkreis (64, 66) geführten Trägermediums in das Kontrollgehäuse (14) vorgesehen ist.
  6. Kältemittelanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Hydraulikkreis (64, 66) außerhalb des Kontrollgehäuses (14) eine Vorrichtung, nämlich ein Sicherheitsventil (48) und / oder ein Pufferspeicher (58) jeweils mit einer Entlüftungsleitung (36) angeschlossen ist, wobei die Entlüftungsleitung (36) zumindest mittelbar in den Außenbereich (28) mündet und im Falle einer Luft/Wasser-Kältemittelanlage (2) in einen Luftkanal (62) mündet, in dem ein Luft/Kältemittel-Wärmetauscher angeordnet ist.
  7. Kältemittelanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Hydraulikkreis (64, 66) eine Sperreinrichtung (78), insbesondere eine Sperr- oder Dichtklappe angeordnet ist, welche im Falle einer Druckerhöhung und / oder einer Zunahme des Volumenstroms über einen Grenzwert hinaus den Hydraulikkreis (64, 66) sperrt, insbesondere derart, dass dieser nicht mehr mit dem zumindest einen Wärmetauscher in Strömungsverbindung steht, wobei vorzugsweise ein wärmesenkenseitiger oder wärmequellenseitiger Teilbereich des Hydraulikkreises (64, 66) von einem kältekreisseitigen Teilbereich des Hydraulikkreises (64, 66) hydraulisch abgetrennt wird.
  8. Kältemittelanlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Sperreinrichtung (78) um ein passives Sperrelement handelt, welches automatisch bei Überschreitung des Grenzwertes den Hydraulikkreis (64, 66) sperrt und vorzugsweise diesen bei Unterschreitung des Grenzwertes auch wieder freigibt.
  9. Kältemittelanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kontrollgehäuse (14) ein Innenteilstück (16A) der Ableitung (16) sowie zumindest eine Verbindungsleitung (20) für den zumindest einen Hydraulikkreis (64, 66) angeschlossen ist und das Innenteilstück (16A) sowie die zumindest eine Verbindungsleitung zu einer jeweiligen Schnittstelle (22) des Anlagengehäuses (4) geführt ist, über die ein Außenteilstück (16B) der Ableitung (16) sowie zumindest Teile des zumindest einen Hydraulikkreises (64, 66) ankoppelbar sind, wobei in bevorzugter Ausgestaltung am Kontrollgehäuse (14) Kupplungselemente (72) zum insbesondere reversiblen Verbinden mit dem Innenteilstück (16A) und / oder mit der zumindest einen Verbindungsleitung (20) sowie vorzugsweise mit zumindest einer der weiteren im Anlagengehäuse (4) angeordneten Komponenten angeordnet sind.
  10. Kältemittelanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anlagengehäuse (4) nach Art eines Modulschranks ausgebildet ist und das Kontrollgehäuse (14) innerhalb eines Kältemittelmoduls (6) angeordnet ist, wobei vorzugsweise zusätzlich ein Speichermodul (8) mit einem Brauchwasserspeicher (10) vorgesehen ist und das Kältemittelmodul (6) und das Speichermodul (8) insbesondere aufeinander angeordnet sind.
  11. Kältemittelanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ableitung (16) ein Ventilator (30) angeordnet ist.
  12. Kältemittelanlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Detektion einer Leckage im Kältekreis (12) vorgesehen ist, welche eine Auswerteeinheit (76) umfasst, die derart eingerichtet ist, dass sie anhand zumindest eines Kennwerts des Ventilators (30) auf eine Leckage innerhalb des Kältekreislaufes (12) zurückschließt.
  13. Kältemittelanlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der nachfolgenden Kennwerte des Ventilators (30) ausgewertet wird:
    - Ventilatorkennlinie oder aktueller Betriebspunkt,
    - Drehzahl, insbesondere in einem Zustand, wenn der Ventilator nicht aktiv betrieben wird,
    - Elektrische Strom- oder Leistungsaufnahme,
    - Vibration,
    wobei vorzugsweise aus dem Kennwert eine Leckrate abgeleitet wird.
  14. Kältemittelanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Detektion einer Leckage im Kältekreislauf (12) vorgesehen ist und als Einrichtung zur Detektion der Leckage ein Gassensor (34), insbesondere ein CO2-Sensor, oder ein Drucksensor im Kontrollgehäuse (14) angeordnet ist.
  15. Kältemittelmodul für eine Kältemittelanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Kontrollgehäuse (14), mit einem daran angeschlossenen Innenteilstück (16A) einer Ableitung (16) sowie mit zumindest einer daran angeschlossenen Verbindungsleitung (20), wobei das Innenteilstück (16A) wahlweise zu einer Schnittstelle (22) zum reversiblen Anschluss eines Außenteilstücks (16B) der Ableitung (16) oder in einen Luftkanal (62) mündet.
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