EP4227612A1 - Verfahren zum prüfen eines sicherheit-hochdruckschalters - Google Patents

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EP4227612A1
EP4227612A1 EP23153012.2A EP23153012A EP4227612A1 EP 4227612 A1 EP4227612 A1 EP 4227612A1 EP 23153012 A EP23153012 A EP 23153012A EP 4227612 A1 EP4227612 A1 EP 4227612A1
Authority
EP
European Patent Office
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heat pump
limit value
control device
operating state
compressor
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
EP23153012.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Francisco Felipe Cuenca Garcia
Holger WERNER
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.)
Viessmann Holding International GmbH
Original Assignee
Viessmann Climate Solutions SE
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 Viessmann Climate Solutions SE filed Critical Viessmann Climate Solutions SE
Publication of EP4227612A1 publication Critical patent/EP4227612A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/005—Arrangement or mounting of control or safety devices of safety devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • F25B49/022—Compressor control arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B2600/027—Compressor control by controlling pressure
    • F25B2600/0271—Compressor control by controlling pressure the discharge pressure
    • 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
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/19—Pressures
    • F25B2700/193—Pressures of the compressor
    • F25B2700/1931—Discharge pressures

Definitions

  • the present invention relates to a method for testing a safety high-pressure switch in a heat pump system and a heat pump system with a safety high-pressure switch.
  • the safety high-pressure switch should be able to be checked so that an unnecessary replacement of the safety high-pressure switch can be avoided.
  • Modern heat pumps are characterized by their high efficiency and can therefore be used particularly attractively from an ecological and economic point of view for heating and/or cooling a building.
  • heating with environmental heat is climate-friendly.
  • energy suppliers have been offering special heat pump tariffs for a number of years, which are financially more attractive than a normal electricity tariff.
  • a generic heat pump has a circuit for a refrigerant.
  • R290 for example, can be used as the refrigerant.
  • the refrigerant absorbs heat from the environment.
  • a possible cause of faults in heat pumps is that a layer of ice forms on the evaporator, which impedes the heat transfer on the evaporator. The layer of ice then usually has to be removed by a defrosting process. The need for defrosting leads to shorter heating cycles and thus reduced operational readiness of the heat pump.
  • FIG. 1 schematically illustrates the structure of a generic air-water heat pump 1 for a building G.
  • the heat pump 1 uses the ambient air as a heat source to supply the building with heat.
  • a fan 8 sucks in ambient air and directs it via a heat exchanger or evaporator 2, which can be arranged outside or inside the building G in order to absorb heat from the ambient air.
  • a refrigerant circulates in the evaporator 2, which due to its thermal Properties changes its physical state from liquid to gaseous at a relatively low temperature, i.e. vaporizes.
  • Such a heat pump is not limited to use in a building and could also be used in a vehicle, for example.
  • the evaporator 2 heat is extracted from the supplied (warm) outside air W, so that the refrigerant heats up and evaporates.
  • the temperature of the resulting steam is still relatively low for typical heating or hot water applications.
  • the heat absorbed is used as evaporation heat and does not lead to heating of the refrigerant.
  • the vapor flows further via a four-way valve 3 to an (electrically driven) compressor 4.
  • the compressor 4 increases the pressure so that the temperature of the refrigerant rises to a desired temperature level.
  • the heated refrigerant flows on to another heat exchanger, the condenser 5.
  • the condenser 5 the refrigerant transfers its heat to a heat transfer medium of a heating system H of the building G, not shown in detail, and liquefies again in the process.
  • the heat W' obtained in this way can be used, for example, for heating or hot water preparation.
  • the liquefied refrigerant first collects in a collector 6.
  • the refrigerant then flows through an expansion valve 7, with the pressure and temperature of the refrigerant dropping back to the initial level so that the cycle can begin again.
  • a temperature sensor 9 is arranged, which measures the temperature, in particular the evaporation temperature of the refrigerant.
  • a control device 10 of the heat pump 1 monitors the evaporation temperature and can regulate a speed of the fan 8 and/or a degree of opening of the expansion valve 7 depending on the measured evaporation temperature.
  • a pressure sensor for measuring the pressure in particular the evaporation pressure of the refrigerant, can be arranged on the evaporator 2, for example at the outlet of the evaporator 2.
  • a generic heat pump 1 as in 1 usually has a pressure sensor and a safety high-pressure switch (SHD), which is intended to prevent the refrigeration circuit from bursting in the event of incorrect regulation.
  • the signals from the SHD and from the pressure sensor can in particular be fed to a control device 10 and optionally to an inverter of the heat pump 1 .
  • the control device 10 regulates or controls, among other things, a speed of the compressor 4.
  • the pressure measured by the pressure sensor is in the normal control range, so the SHD should never trip.
  • the SHD switches off the compressor 4 when a limit pressure in the refrigeration circuit is exceeded, in order to prevent a dangerous increase in pressure and thus a bursting of the refrigeration circuit.
  • a safety system for refrigeration compressors in refrigeration systems is known.
  • the safety system records computer-controlled conditions in the refrigeration system. Among other things, a safety high-pressure limiter and a high-pressure switch are recorded and evaluated at the same time. Every safety device in the refrigeration system affects the function of the refrigeration compressor or compressors. In the event of a fault, the safety high-pressure limiter switches off the compressor immediately and automatic switching back is not possible. In the event of a fault, the high-pressure switch switches off the compressor immediately and it is possible to switch back automatically several times.
  • the safety system can be used in all refrigeration systems with at least one refrigeration compressor, i.e. also in heat pumps. Drying systems, ice machines and dehumidification systems are used with one or more compressors.
  • the safety system e.g. the SHD
  • the safety system e.g. the SHD
  • a manufacturer of an SHD often prescribes a service life that is intended to guarantee a fault-free SHD.
  • the prophylactic replacement of an actually functional SHD can be time-consuming and costly.
  • the present invention is therefore based on the object of overcoming the problems known in the prior art and of specifying a method for testing a safety high-pressure switch that is improved over the prior art. In particular, an unnecessary replacement of a functional SHD should be avoided.
  • the object is achieved by a method for testing a safety high-pressure switch according to claim 1 and by a heat pump system according to claim 6.
  • a heat pump system includes a heat transfer medium.
  • the heat transfer medium transports heat to heat the building or cold to cool it.
  • Water for example, which circulates in a heating circuit of the building, can be used as the heat transfer medium for heating.
  • air can be used for cooling or heating, which air circulates in an open circuit, for example.
  • HVAC heating, ventilation, air conditioning and/or refrigeration
  • the heat pump system can be designed for both cooling and heating of the building. Accordingly can separate heating circuits or cooling lines and/or ventilation lines for suitable heat transfer media.
  • the heating circuits or cooling lines and/or ventilation lines can have a circulating device suitable for the respective heat transfer medium, for example a pump and/or a fan.
  • the heat pump system includes a pressure sensor for measuring a pressure of the refrigerant in the circuit of the heat pump.
  • the pressure sensor preferably has a measuring range of 30 bar(g) to 40 bar(g), particularly preferably up to 45 bar(g), more preferably up to 46 bar(g), again particularly preferably up to 50 bar(g) .
  • the heat pump system includes a safety high-pressure switch, SHD, for switching off a compressor of the heat pump when the measured pressure reaches a predetermined second limit value.
  • SHD safety high-pressure switch
  • the SHD can perform a hard shutdown so that the compressor can only be restarted, e.g. by a service technician after a safety routine has been carried out.
  • the heat pump system includes a regulating device for regulating and/or controlling the heat pump.
  • a regulating device for regulating and/or controlling the heat pump.
  • rules is used for both control and control methods.
  • the control device outputs appropriate control signals to the heat pump, in particular to the compressor of the heat pump, via a suitable interface and suitable signal lines.
  • control device can receive and evaluate sensor signals from the pressure sensor.
  • control device can be a suitable computing device and/or storage device.
  • control device can transmit the received signals via a suitable network to a geographically distant central data processing device and/or receive control parameters from the data processing device.
  • the data processing device can, for example, be a cloud and/or a server which is/or is/are connected to the Internet.
  • the control device can be connected to the Internet via a gateway, for example.
  • the control device can issue messages to a user or operator of the heat pump system via the Internet, in particular to a mobile terminal device of the user or operator.
  • the user or operator of the heat pump system can be a service technician, for example.
  • the control device also includes an interface for outputting an error message.
  • the interface can enable a message to be transmitted to the mobile terminal device of the user or operator.
  • the control device can have a display device, e.g. a screen, for outputting the error message.
  • a human-machine interface can generally be understood as the interface of the control device for outputting messages to a user or operator, via which the user or operator can preferably also make entries.
  • the HMI can be an application ("app") on the user's or operator's mobile terminal device.
  • the cloud or the server can also be used as an interface. In particular, access to data in the cloud or on the server can be made possible via an Internet browser, with control-technical interventions also being made possible as a result.
  • the shutdown of the compressor by the control device when the first limit value is reached can be reversible, since the increase is not necessarily caused by a safety-critical state.
  • the first limit prevents the pressure from reaching the second limit at which the shutdown of the SHD is performed. Nevertheless, the control device can preferably output or store an error message when the first limit value is reached.
  • the first operating state corresponds to normal operation of the heat pump.
  • a user or operator can preferably set the heat pump to the first operating state via the interface.
  • the heat pump can be operated in a second operating state for testing the SHD.
  • the second operating state also includes raising the first limit value to a value that is equal to or greater than a predefined second limit value of the SHD, at which point the SHD should perform a safety shutdown of the compressor. Raising the first limit value to at least the value of the second limit value can provoke triggering of the SHD, since now the control device does not switch off before the second limit value can be reached. Raising the first limit value therefore makes it possible to check whether the SHD trips when the second limit value is reached.
  • the second operating state corresponds to a maintenance state or test mode of the heat pump.
  • a user or operator can preferably switch the heat pump to the second operating state via the interface.
  • the SHD is checked.
  • the SHD If the SHD carries out the safety shutdown when the second limit value is reached, a success message is output via the interface of the control device and the heat pump is switched back to the first operating state. In other words, the SHD passed the test and can still be used for safe operation of the heat pump.
  • an error message is output via the interface of the control device. Preferred embodiments for outputting the error message, for example to a service technician, have been described above.
  • the error message indicates to the recipient, for example the user or operator, that the SHD is not working properly. Accordingly, it may be necessary to replace the SHD.
  • the error message can preferably include a recommendation for action, such as a request to replace the SHD.
  • the second operating state preferably includes a step of interrupting a volume flow of the heat transfer medium of the heat pump system, which is coupled to the circuit of the heat pump via a heat exchanger.
  • control device can variably control the speed of the compressor in the first operating state.
  • the compressor can be operated at a constant speed, so that the control device can operate the compressor in a modulating manner, ie only switches it on and off for specific time intervals.
  • control device continuously increases the speed of the compressor in the second operating state until the second limit value is reached.
  • the controller may operate the compressor without interruption until the second limit is reached.
  • the negative tolerance indicates a permitted downward deviation of the measured pressure. This means that an actual pressure can be smaller than a measured pressure by a deviation of, for example, 5%. This ensures that the actual pressure can only be lower than the measured pressure. Accordingly, the positive tolerance indicates a permitted upward deviation of the measured pressure. Because the preferred pressure sensor must not have a positive tolerance, it can be assured that the actual pressure is never higher than the measured pressure, which contributes to the safe operation of the heat pump.
  • the heat pump 1 illustrates an embodiment of a heat pump 1, in particular for a building G.
  • the heat pump 1 comprises an evaporator 2, a four-way switching valve 3, a compressor 4, a condenser 5, a collector 6, a controllable expansion valve 7, a fan 8 and a control device 10.
  • the evaporator 2 serves to transfer heat from the ambient air to a refrigerant circulating in the circuit of the heat pump.
  • the refrigerant absorbs the thermal energy from the heat source (air, ground or water) and evaporates.
  • the refrigerant then transfers the heat to a consumer (here condenser 5) by condensing again.
  • a refrigerant that is suitable for a heat pump must have a number of special properties: It should have the lowest possible boiling point, a small vapor volume and a high volume-related cooling capacity. In addition, it must not attack the components and lubricants used, it should be as non-toxic, non-explosive and non-flammable as possible. The impact on the ozone layer and on the greenhouse effect must be as small as possible.
  • Known refrigerants for air-to-water heat pumps include, for example, pentafluoroethane, CO 2 , propane or butane.
  • the evaporator 2 can be arranged, for example, outside a building G, or can be supplied with ambient air via an air supply.
  • the amount of air supplied can be controlled via the fan 8 (fan).
  • the evaporator 2 can have a large number of lamellae, which increase the surface area of the evaporator.
  • the coolant is caused to evaporate by the heat transfer from the ambient air to the evaporator 2 .
  • the refrigerant first flows from the evaporator 2 to the four-way switching valve 3 and from there to the compressor 4.
  • the valve 3 ensures that only superheated steam enters the compressor 4.
  • the compressor 4 is, for example, an electrically driven scroll compressor and is used to compress the refrigerant. Compression increases the temperature of the gaseous refrigerant so that it can be used for applications such as heating or water heating.
  • the compressed refrigerant flows on to the condenser 5, in which heat is transferred from the refrigerant to a heat transfer medium (for example water or air), which flows in a heating system H or ventilation system of the building G, for example.
  • a heat transfer medium for example water or air
  • the refrigerant liquefies so that the heat of condensation released in the process is also transferred as usable heat for the heating system H.
  • the condenser 5 can be a plate heat exchanger, for example.
  • the liquefied refrigerant first collects in the collector 6. From here it flows through the controllable expansion valve 7.
  • the expansion valve 7 has the task of expanding the liquid refrigerant, which is still under high pressure, after the heat has been transferred to the heating system H .
  • the refrigerant is thus brought into a state that enables it to absorb ambient heat again.
  • the expansion valve 7 regulates the amount of refrigerant (refrigerant mass flow) so that only as much refrigerant gets into the evaporator 2 as can be completely evaporated there.
  • the regulated expansion valve 7 can in particular compensate for fluctuations in the source temperature and the power.
  • FIG 2 shows a simplified representation of a heat pump system with a heat pump 1, which functions essentially identically to the heat pump 1 of FIG 1 . Additionally are in 2 a pressure sensor 11 for measuring a pressure of the refrigerant and a safety high-pressure switch 12, SHD.
  • the pressure sensor 11 outputs a sensor signal to the control device 10 . If the pressure measured in the refrigerant reaches a first limit value, the control device 10 switches the compressor 4 off. This implements a first safety circuit to prevent excessive pressure in the refrigerant.
  • a second, redundant safety circuit is implemented by the SHD 12. Should the pressure in the refrigerant rise above a second limit value, which is higher than the first limit value, the SHD switches off the compressor 4, even if the control device 10 and/or the pressure sensor 11 should not function. The shutdown by the SHD 12 works independently of this.
  • FIG. 3 is a diagram showing normal operation of the in 2 shown heat pump system illustrated.
  • the pressure p is plotted against the time t.
  • the dotted area represents a working range of the pressure sensor 11, which goes up to the first limit value GW1. As long as the pressure sensor 11 measures a pressure within the dotted area, the heat pump system can be operated normally.
  • the hatched area B illustrates a safety distance B between the first limit value GW1 and a second limit value GW2, at which a safety shutdown by the SHD 12 takes place. If the pressure sensor 11 measured a pressure that fell within the safety margin B, the control device 10 would switch off the compressor 4 so that a further increase in pressure can be prevented.
  • FIG. 4 shows a diagram that illustrates the second operating state BZ2 according to the invention.
  • the heat pump 1 is operated in the first operating state BZ1 up to the point in time t1. This normal operation corresponds to 3 .
  • a service technician puts the heat pump 1 into the second operating state BZ2 in order to test the SHD 12.
  • the first limit value is raised to a new value GW1a, which is greater than the second limit value GW2.
  • the heat pump 1 is again operated in the first operating state BZ1 from time t2.
  • figure 5 illustrates the method according to the invention for testing the safety high-pressure switch 12, SHD, using a flow chart.
  • the heat pump 1 is operated in the first operating state.
  • the pressure of a refrigerant circulating in the circuit of the heat pump 1 is measured by the pressure sensor 11 .
  • the control device 10 controls the speed of a compressor 4 of the heat pump 1 depending on the measured pressure. If the measured pressure is equal to or greater than the first limit value, the control device 10 switches the compressor 4 off.
  • a service technician puts the heat pump 1 into a second operating state in step S2.
  • the service technician can do this, for example, by making an entry at an interface on the control device 10 .
  • this can also be carried out as remote access, for example via an app on the service technician's mobile terminal device or via a browser which can control an application on a server or a cloud via the Internet.
  • the control device 10 raises the first limit value to a value that is equal to or greater than the second limit value. This ensures that the control device 10 does not shut down when the pressure measured by the pressure sensor 11 has a value between the original first limit value of the first operating state and the second limit value.
  • control device interrupts a volume flow of the heat transfer medium H of the heat pump system in S2.
  • control device 10 can, for example, switch off a circulating pump in a heating circuit of the heat pump system or a fan in a ventilation shaft of the heat pump system.
  • control device 10 can continuously increase the speed of the compressor 4 in step S2, so that the pressure in the refrigerant increases more quickly.
  • this measure can shorten the duration of the test procedure.
  • step S3 the pressure in the refrigerant reaches the second limit value. A functioning SHD 12 should then perform a safety shutdown.
  • step S3 If the SHD 12 carries out the safety shutdown in step S3 (YES in S3), the control device 10 outputs a success message in the following step S4.
  • the output can take place via an interface of the control device 10, for example via the app on the terminal device of the service technician.
  • the control device 10 or the service technician can then put the heat pump 1 back into the first operating state (back to step S1).
  • step S5 If the SHD 12 does not carry out a safety shutdown in step S3 (NO in S3), it is recognized that the SHD 12 did not pass the test, ie is faulty.
  • the control device 10 thus outputs an error message in the following step S5.
  • the output can take place via the interface of the control device 10, for example via the app on the terminal device of the service technician.
  • the error message can contain a recommendation for action, for example an instruction to replace the SHD 12.
  • the method described enables the SHD 12 to be checked efficiently and easily, so that reliable operation of the heat pump 1 can be guaranteed without the SHD necessarily having to be replaced with every scheduled maintenance.
  • the method described can preferably be carried out automatically.
  • a corresponding control command can be received via the interface of the control device 10 from the server or the cloud. Only if the result of the check is negative (NO in S3) does a service technician have to go to the site of the heat pump system for maintenance.
  • the SHD 12 can thus advantageously be checked remotely.

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Abstract

Ein Wärmepumpensystem umfasst ein Wärmeträgermedium (H) und eine Wärmepumpe (1) mit einem Kreislauf, in dem ein Kältemittel zirkuliert. Der Kreislauf ist über einen Wärmetauscher (5) mit dem Wärmeträgermedium (H) gekoppelt. Ein Drucksensor (11) misst einen Druck des Kältemittels. Ein Sicherheit-Hochdruckschalter (12), SHD, dient zum Abschalten eines Verdichters (4) der Wärmepumpe (1) bei Erreichen eines vorgegebenen zweiten Grenzwerts. Eine Regeleinrichtung (10) regelt eine Drehzahl des Verdichters (4) in Abhängigkeit des gemessenen Drucks und schaltet den Verdichter (4) ab, wenn der gemessene Druck gleich groß wie oder größer als ein erster Grenzwert ist. In einem zweiten Betriebszustand wird der erste Grenzwert auf einen Wert angehoben, der gleich groß wie oder größer als der zweite Grenzwert ist. Falls der SHD (12) beim zweiten Grenzwert die Sicherheitsabschaltung durchführt, wird eine Erfolgsmeldung ausgegeben. Falls der SHD (12) beim zweiten Grenzwert keine Sicherheitsabschaltung durchführt, wird eine Fehlermeldung ausgegeben.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen eines Sicherheit-Hochdruckschalters in einem Wärmepumpensystem sowie ein Wärmepumpensystem mit einem Sicherheit-Hochdruckschalter. Insbesondere soll der Sicherheit-Hochdruckschalter geprüft werden können, so dass ein unnötiges Austauschen des Sicherheit-Hochdruckschalters vermieden werden kann.
  • Moderne Wärmepumpen zeichnen sich durch ihren hohen Wirkungsgrad aus und können daher unter ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten besonders attraktiv zum Heizen und/oder Kühlen eines Gebäudes verwendet werden. Das Heizen mit Umweltwärme ist einerseits klimafreundlich. Andererseits bieten viele Energieversorger seit einigen Jahren spezielle Wärmepumpentarife an, die finanziell attraktiver sind als ein normaler Stromtarif.
  • Eine gattungsgemäße Wärmepumpe weist einen Kreislauf für ein Kältemittel auf. Als Kältemittel kann beispielsweise R290 verwendet werden. An einem Verdampfer nimmt das Kältemittel Wärme aus der Umgebung auf. Eine mögliche Störungsursache bei Wärmepumpen ist, dass sich am Verdampfer eine Eisschicht bildet, die den Wärmeübertrag am Verdampfer behindert. Die Eisschicht muss dann in der Regel durch einen Abtauprozess entfernt werden. Die Notwendigkeit des Abtauens führt zu verkürzten Heizzyklen und somit zu einer verringerten Betriebsbereitschaft der Wärmepumpe.
  • Fig. 1 illustriert schematisch den Aufbau einer gattungsgemäßen Luft-Wasser-Wärmepumpe 1 für ein Gebäude G. Die Wärmepumpe 1 nutzt die Umgebungsluft als Wärmequelle, um das Gebäude mit Wärme zu versorgen. Im Betrieb saugt ein Ventilator 8 Umgebungsluft an und leitet diese über einen Wärmeübertrager beziehungsweise Verdampfer 2, der außerhalb oder auch innerhalb des Gebäudes G angeordnet sein kann, um Wärme aus der Umgebungsluft aufzunehmen. Im Verdampfer 2 zirkuliert ein Kältemittel, das aufgrund seiner thermischen Eigenschaften seinen Aggregatzustand bei einer relativ niedrigen Temperatur von flüssig zu gasförmig ändert, also verdampft. Eine solche Wärmepumpe ist nicht auf die Verwendung in einem Gebäude beschränkt und könnte beispielsweise auch in einem Fahrzeug verwendet werden.
  • Im Verdampfer 2 wird der zugeführten (warmen) Außenluft W Wärme entzogen, so dass sich das Kältemittel erwärmt und verdampft. Die Temperatur des dabei entstehenden Dampfes ist für typische Heizungs- oder Warmwasseranwendungen noch verhältnismäßig niedrig. Dies liegt unter anderem daran, dass die aufgenommene Wärme als Verdampfungswärme genutzt wird, und nicht zu einem Erwärmen des Kältemittels führt. Vom Verdampfer 2 strömt der Dampf weiter über ein Vierwegeventil 3 zu einem (elektrisch angetriebenen) Verdichter 4. Der Verdichter 4 erhöht den Druck, so dass die Temperatur des Kältemittels auf ein gewünschtes Temperaturniveau ansteigt. In der Folge strömt das erwärmte Kältemittel weiter zu einem weiteren Wärmeübertrager, dem Verflüssiger 5. Im Verflüssiger 5 überträgt das Kältemittel seine Wärme auf ein Wärmeträgermedium eines nicht näher dargestellten Heizsystems H des Gebäudes G und verflüssigt sich dabei wieder.
  • Die so gewonnene Wärme W' kann beispielsweise zum Heizen oder zur Warmwasserbereitung genutzt werden. Das verflüssigte Kältemittel sammelt sich zunächst in einem Sammler 6. Anschließend durchströmt das Kältemittel ein Expansionsventil 7, wobei Druck und Temperatur des Kältemittels wieder auf das Ausgangsniveau absinken, so dass der Kreislauf von vorne beginnen kann.
  • Im oder am Verdampfer 2, beispielsweise am Austritt des Verdampfers 2, ist ein Temperatursensor 9 angeordnet, der die Temperatur, insbesondere die Verdampfungstemperatur des Kältemittels misst. Eine Regeleinrichtung 10 der Wärmepumpe 1 überwacht die Verdampfungstemperatur und kann eine Drehzahl des Ventilators 8 und/oder einen Öffnungsgrad des Expansionsventils 7 in Abhängigkeit der gemessenen Verdampfungstemperatur regeln. Ferner kann im oder am Verdampfer 2, beispielsweise am Austritt des Verdampfers 2, ein Drucksensor zum Messen des Drucks, insbesondere des Verdampfungsdrucks des Kältemittels angeordnet sein. Durch Messen der Temperatur und des Drucks des Kältemittels im Verdampfer können die Verdampfungstemperatur und die Überhitzung des Kältemittels ermittelt werden.
  • Eine gattungsgemäße Wärmepumpe 1 wie in Fig. 1 weist üblicherweise einen Drucksensor und einen Sicherheit-Hochdruckschalter (SHD) auf, der ein Bersten des Kältekreises bei fehlerhafter Ausregelung verhindern soll. Die Signale vom SHD und vom Drucksensor können insbesondere einer Regeleinrichtung 10 und gegebenenfalls einem Wechselrichter der Wärmepumpe 1 zugeführt werden. Die Regeleinrichtung 10 regelt oder steuert unter anderem eine Drehzahl des Verdichters 4.
  • Im normalen Betrieb ist der vom Drucksensor gemessene Druck im normalen Regelbereich, so dass der SHD nie auslösen sollte. Im Falle eines Fehlers in der Regeleinrichtung 10 oder im Drucksensor schaltet der SHD den Verdichter 4 beim Überschreiten eines Grenzdrucks im Kältekreis ab, um einen gefährlichen Anstieg des Drucks und somit ein Bersten des Kältekreises zu verhindern.
  • Aus der DE 10 2007 052 532 A1 ist ein Sicherheitssystem für Kälteverdichter in Kälteanlagen bekannt. Das Sicherheitssystem erfasst computergesteuert Zustände in der Kälteanlage. Dabei werden gleichzeitig unter anderem ein Sicherheitshochdruckbegrenzer und ein Hochdruckschalter erfasst und ausgewertet. Jede Sicherheitseinrichtung der Kälteanlage hat Einfluss auf die Funktion des Kälteverdichters bzw. der Kälteverdichter. Der Sicherheitshochdruckbegrenzer schaltet bei Störung den Verdichter sofort ab und eine automatische Rückschaltung ist nicht möglich. Der Hochdruckschalter schaltet bei Störung den Verdichter sofort ab und eine mehrmalige automatische Rückschaltung ist möglich. Das Sicherheitssystem kann bei allen Kälteanlagen mit mindestens einem Kälteverdichter, d.h. auch bei Wärmepumpen, Trocknungsanlagen, Eismaschinen und Entfeuchtungsanlagen mit einem oder mehreren Verdichtern eingesetzt werden.
  • Für den sicheren Betrieb eines Wärmepumpensystems muss das Sicherheitssystem, also z.B. der SHD, zu festgelegten regelmäßigen Wartungsintervallen geprüft oder ausgetauscht werden. Oft schreibt ein Hersteller eines SHD eine Lebensdauer vor, die einen fehlerfreien SHD garantieren soll. Das prophylaktische Austauschen eines eigentlich funktionsfähigen SHD kann jedoch einen hohen Zeitaufwand sowie hohe Kosten verursachen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik bekannten Probleme zu überwinden und ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Prüfen eines Sicherheit-Hochdruckschalters anzugeben. Insbesondere soll ein unnötiges Austauschen eines funktionsfähigen SHDs vermieden werden.
  • Die Lösung der Aufgabe gelingt durch ein Verfahren zum Prüfen eines Sicherheit-Hochdruckschalters nach Anspruch 1 sowie durch ein Wärmepumpensystem nach Anspruch 6.
  • Ein erfindungsgemäßes Wärmepumpensystem umfasst ein Wärmeträgermedium. Das Wärmeträgermedium transportiert Wärme zum Heizen oder Kälte zum Kühlen des Gebäudes. Als Wärmeträgermedium zum Heizen kann beispielsweise Wasser verwendet werden, das in einem Heizkreis des Gebäudes zirkuliert. Alternativ oder zusätzlich kann zum Kühlen oder Heizen Luft verwendet werden, die beispielsweise in einem offenen Kreislauf zirkuliert. Das Wärmepumpensystem kann somit Bestandteil einer Heizungs-, Lüftungs-, Klima- und/oder Kältetechnik-Anlage (HLKK-Anlage sein).
  • In einer bevorzugten Ausführung kann das Wärmepumpensystem sowohl zum Kühlen als auch zum Heizen des Gebäudes ausgelegt sein. Entsprechend können getrennte Heizkreise bzw. Kühlleitungen und/oder Lüftungsleitungen für jeweils geeignete Wärmeträgermedien vorhanden sein. Die Heizkreise bzw. Kühlleitungen und/oder Lüftungsleitungen können eine für das jeweilige Wärmeträgermedium geeignete Umwälzeinrichtung aufweisen, beispielsweise eine Pumpe und/oder einen Ventilator.
  • Das Wärmepumpensystem umfasst eine Wärmepumpe mit einem Kreislauf, in dem ein Kältemittel zirkuliert. Der Kreislauf ist über einen Wärmetauscher mit dem Wärmeträgermedium zum Heizen und/oder Kühlen des Gebäudes gekoppelt.
  • Das Wärmepumpensystem umfasst einen Drucksensor zum Messen eines Drucks des Kältemittels im Kreislauf der Wärmepumpe. Der Drucksensor weist vorzugsweise einen Messbereich von 30 bar(g) bis 40 bar(g) auf, besonders vorzugsweise bis zu 45 bar(g), weiter vorzugsweise bis zu 46 bar(g), nochmals besonders vorzugsweise bis zu 50 bar(g).
  • Das Wärmepumpensystem umfasst einen Sicherheit-Hochdruckschalter, SHD, zum Abschalten eines Verdichters der Wärmepumpe, wenn der gemessene Druck einen vorgegebenen zweiten Grenzwert erreicht. Der SHD kann insbesondere eine harte Abschaltung durchführen, so dass ein erneutes Starten des Verdichters z.B. nur durch einen Servicetechniker nach Durchführen einer Sicherheitsroutine vorgenommen werden kann.
  • Das Wärmepumpensystem umfasst eine Regeleinrichtung zum Regeln und/oder Steuern der Wärmepumpe. Im Folgenden wird der Begriff Regeln sowohl für Regelals auch Steuerverfahren verwendet. Die Regeleinrichtung gibt über eine geeignete Schnittstelle sowie geeignete Signalleitungen entsprechende Regelsignale an die Wärmepumpe, insbesondere an den Verdichter der Wärmepumpe aus.
  • Ferner kann die Regeleinrichtung Sensorsignale vom Drucksensor empfangen und auswerten. Hierzu kann die Regeleinrichtung eine geeignete Recheneinrichtung und/oder Speichereinrichtung aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die Regeleinrichtung die empfangenen Signale über ein geeignetes Netzwerk an eine geographisch entfernt angeordnete zentrale Datenverarbeitungseinrichtung übertragen und/oder Regelparameter von der Datenverarbeitungseinrichtung empfangen.
  • Die Datenverarbeitungseinrichtung kann beispielsweise eine Cloud und/oder ein Server sein, die und/oder der mit dem Internet verbunden ist/sind. Die Regeleinrichtung kann beispielsweise über ein Gateway mit dem Internet verbunden sein. Ferner kann die Regeleinrichtung über das Internet Meldungen an einen Benutzer oder Betreiber des Wärmepumpensystems ausgeben, insbesondere an ein mobiles Endgerät des Benutzers oder Betreibers. Der Benutzer bzw. Betreiber des Wärmepumpensystems kann beispielsweise ein Servicetechniker sein.
  • Die Regeleinrichtung umfasst ferner eine Schnittstelle zum Ausgeben einer Fehlermeldung. Die Schnittstelle kann insbesondere wie oben beschrieben das Übertragen einer Nachricht an das mobile Endgerät des Benutzers oder Betreibers ermöglichen. Zusätzlich oder alternativ kann die Regeleinrichtung eine Anzeigeeinrichtung, z.B. einen Bildschirm, zum Ausgeben der Fehlermeldung aufweisen.
  • Als Schnittstelle der Regeleinrichtung zum Ausgeben von Meldungen an einen Benutzer oder Betreiber kann im Allgemeinen eine Mensch-Maschine-Schnittstelle ("Human-Machine-Interface", HMI) verstanden werden, über die der Benutzer oder Betreiber vorzugsweise auch Eingaben machen kann. Das HMI kann in einer bevorzugten Ausführung eine Anwendung ("App") auf dem mobilen Endgerät des Benutzers oder Betreibers sein. Auch die Cloud oder der Server können als Schnittstelle verwendet werden. So kann insbesondere über einen Internetbrowser ein Zugriff auf Daten in der Cloud oder auf dem Server ermöglicht werden, wobei hierdurch auch regelungstechnische Eingriffe ermöglicht werden können.
  • Erfindungsgemäß kann die Wärmepumpe in einem ersten Betriebszustand als Wärme- oder Kälteerzeuger für ein Wärmeträgermedium betrieben werden. Im ersten Betriebszustand wird ein Druck des Kältemittels, das in einem Kreislauf der Wärmepumpe zirkuliert, durch einen Drucksensor gemessen. Eine Drehzahl des Verdichters der Wärmepumpe wird in Abhängigkeit des gemessenen Drucks von der Regeleinrichtung geregelt. Die Regeleinrichtung schaltet den Verdichter ab, wenn der gemessene Druck gleich groß wie oder größer als ein vorgegebener erster Grenzwert ist.
  • Die Abschaltung des Verdichters durch die Regeleinrichtung beim Erreichen des ersten Grenzwerts kann reversibel sein, da der Anstieg nicht notwendiger Weise durch einen sicherheitskritischen Zustand verursacht wird. Der erste Grenzwert verhindert, dass der Druck den zweiten Grenzwert erreicht, bei dem die Abschaltung vom SHD durchgeführt wird. Trotzdem kann die Regeleinrichtung vorzugsweise eine Fehlermeldung ausgeben bzw. speichern, wenn der erste Grenzwert erreicht wird.
  • Der erste Betriebszustand entspricht einem Normalbetrieb der Wärmepumpe. Vorzugsweise kann ein Benutzer oder Betreiber die Wärmepumpe über die Schnittstelle in den ersten Betriebszustand versetzen.
  • Erfindungsgemäß kann die Wärmepumpe in einem zweiten Betriebszustand zum Prüfen des SHD betrieben werden. Der zweite Betriebszustand umfasst zusätzlich ein Anheben des ersten Grenzwerts auf einen Wert, gleich groß wie oder größer als ein vorgegebener zweiter Grenzwert des SHD, bei dem der SHD eine Sicherheitsabschaltung des Verdichters durchführen soll. Durch das Anheben des ersten Grenzwerts mindestens auf den Wert des zweiten Grenzwerts, kann ein Auslösen des SHD provoziert werden, da nun keine Abschaltung durch die Regeleinrichtung durchgeführt wird, bevor der zweite Grenzwert erreicht werden kann. Somit ermöglicht das Anheben des ersten Grenzwerts erst das Prüfen, ob der SHD beim Erreichen des zweiten Grenzwerts auslöst.
  • Der zweite Betriebszustand entspricht einem Wartungszustand bzw. Prüfmodus der Wärmepumpe. Vorzugsweise kann ein Benutzer oder Betreiber die Wärmepumpe über die Schnittstelle in den zweiten Betriebszustand versetzen. Im zweiten Betriebszustand wird eine Prüfung des SHD durchgeführt.
  • Falls der SHD beim Erreichen des zweiten Grenzwerts die Sicherheitsabschaltung durchführt, wird eine Erfolgsmeldung über die Schnittstelle der Regeleinrichtung ausgegeben und die Wärmepumpe wird wieder in den ersten Betriebszustand versetzt. Mit anderen Worten, der SHD hat die Prüfung bestanden und kann weiterhin für einen sicheren Betrieb der Wärmepumpe verwendet werden.
  • Falls der SHD beim Erreichen des zweiten Grenzwerts keine Sicherheitsabschaltung durchführt, wird eine Fehlermeldung über die Schnittstelle der Regeleinrichtung ausgegeben. Bevorzugte Ausführungen zum Ausgeben der Fehlermeldung, beispielsweise an einen Servicetechniker, wurden oben beschrieben.
  • Die Fehlermeldung zeigt dem Empfänger, also beispielsweise dem Benutzer oder Betreiber an, dass der SHD nicht ordnungsgemäß funktioniert. Entsprechend kann ein Austauschen des SHDs notwendig sein. Die Fehlermeldung kann vorzugweise eine Handlungsempfehlung wie zum Beispiel eine Aufforderung zum Austauschen des SHDs umfassen.
  • Der zweite Betriebszustand umfasst vorzugsweise einen Schritt des Unterbrechens eines Volumenstroms des Wärmeträgermediums des Wärmepumpensystems, welches über einen Wärmetauscher mit dem Kreislauf der Wärmepumpe gekoppelt ist. Durch das Unterbrechen des Volumenstroms kann der Druck im Kältemedium schneller ansteigen, da die Wärme am Wärmetauscher nicht mehr, oder zumindest deutlich weniger vom Wärmeträgermedium abgenommen wird. Somit kann die benötigte Zeit für die Überprüfung des SHD verringert werden.
  • In einer bevorzugten Ausführung kann die Regeleinrichtung die Drehzahl des Verdichters im ersten Betriebszustand variabel regeln. In anderen Ausführungen kann der Verdichter mit konstanter Drehzahl betrieben werden, so dass die Regeleinrichtung den Verdichter modulierend betreiben kann, also nur für bestimmte Zeitintervalle ein und ausschaltet.
  • In einer bevorzugten Ausführung erhöht die Regeleinrichtung die Drehzahl des Verdichters im zweiten Betriebszustand kontinuierlich, bis der zweite Grenzwert erreicht wird. Alternativ, bei einem Verdichter mit konstanter Drehzahl, kann die Regeleinrichtung den Verdichter beispielsweise ohne Unterbrechung betreiben, bis der zweite Grenzwert erreicht wird. Durch Erhöhen der Drehzahl, bzw. durch kontinuierliches Betreiben bei fester Drehzahl, steigt der Druck im Kältemittel, so dass der erste bzw. zweite Grenzwert erreicht werden kann, und eine Sicherheitsabschaltung provoziert wird.
  • Vorzugsweise weist der Drucksensor eine negative Toleranz auf. Ferner wird vorzugsweise der erste Grenzwert im zweiten Betriebszustand auf einen Wert eingestellt, der um mehr als die negative Toleranz größer ist als der zweite Grenzwert. Insbesondere ist der erste Grenzwert im zweiten Betriebszustand um einen Sicherheitsabstand größer als der zweite Grenzwert. Ein bevorzugter Drucksensor weist insbesondere gemäß Baumusterprüfung keine positive Toleranz auf.
  • Die negative Toleranz gibt eine erlaubte Abweichung des gemessenen Drucks nach unten an. Das heißt, dass ein tatsächlicher Druck um eine Abweichung von beispielsweise 5% kleiner sein kann als ein gemessener Druck. Hierdurch wird sichergestellt, dass der tatsächliche Druck nur kleiner sein kann als der gemessene Druck. Die positive Toleranz gibt entsprechend eine erlaubte Abweichung des gemessenen Drucks nach oben an. Da der bevorzugte Drucksensor keine positive Toleranz aufweisen darf, kann sichergestellt werden, dass der tatsächliche Druck nie höher als der gemessene Druck ist, was zum sicheren Betrieb der Wärmepumpe beiträgt.
    • KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels, auf welches die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, näher beschrieben.
  • Es zeigen schematisch:
    • Figur 1
    illustriert eine gattungsgemäße Wärmepumpe.
    Figur 2
    zeigt eine vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Wärmepumpensystems mit SHD und Drucksensor.
    Figur 3
    zeigt ein Diagramm, das einen ersten Betriebszustand der Wärmepumpe illustriert.
    Figur 4
    zeigt ein Diagramm, das einen ersten Betriebszustand und einen zweiten Betriebszustand der Wärmepumpe illustriert.
    Figur 5
    zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Prüfen eines Sicherheit-Hochdruckschalters illustriert.
    AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG ANHAND VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
  • Bei der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
  • Fig. 1 illustriert ein Ausführungsbeispiel einer Wärmepumpe 1, insbesondere für ein Gebäude G. Die Wärmepumpe 1 umfasst einen Verdampfer 2, ein Vier-Wege-Schaltventil 3, einen Verdichter 4, einen Verflüssiger 5, einen Sammler 6, ein regelbares Expansionsventil 7, einen Lüfter 8 und eine Regeleinrichtung 10.
  • Der Verdampfer 2 dient zum Wärmeübertrag von der Umgebungsluft auf ein im Kreislauf der Wärmepumpe zirkulierendes Kältemittel. Das Kältemittel nimmt die Wärmeenergie aus der Wärmequelle (Luft, Erdreich oder Wasser) auf und verdampft. Dann gibt das Kältemittel die Wärme an einen Verbraucher (hier Verflüssiger 5) ab, indem es wieder kondensiert.
  • In diesen Phasenübergängen steckt immer Energie, theoretisch ist deshalb jeder Stoff als Kältemittel denkbar. Ein für eine Wärmepumpe geeignetes Kältemittel muss jedoch einige besondere Eigenschaften aufweisen: Es soll einen möglichst niedrigen Siedepunkt, ein kleines Dampfvolumen und eine hohe volumenbezogene Kälteleistung besitzen. Außerdem darf es die Bauteile und eingesetzten Schmierstoffe nicht angreifen, es sollte möglichst ungiftig, nicht explosiv und nicht brennbar sein. Die Auswirkungen auf die Ozonschicht und auf den Treibhauseffekt müssen so klein wie möglich sein. Bekannte Kältemittel für Luft-Wasser-Wärmepumpen umfassen beispielsweise Pentafluorethan, CO2, Propan oder Butan.
  • Der Verdampfer 2 kann beispielsweise außerhalb eines Gebäudes G angeordnet sein, beziehungsweise über eine Luftzufuhr mit Umgebungsluft versorgt werden. Die zugeführte Luftmenge kann über den Lüfter 8 (Ventilator) geregelt werden. Für einen effizienten Wärmeübertrag von der Umgebungsluft auf das Kältemittel kann der Verdampfer 2 eine Vielzahl von Lamellen aufweisen, welche die Oberfläche des Verdampfers vergrößern. Durch den Wärmeübertrag von der Umgebungsluft auf den Verdampfer 2 wird das Kältemittel zum Verdampfen gebracht.
  • Das Kältemittel strömt vom Verdampfer 2 zunächst zum Vier-Wege-Schaltventil 3 und von dort weiter zum Verdichter 4. Das Ventil 3 sorgt dafür, dass ausschließlich überhitzter Dampf in den Verdichter 4 gelangt. Der Verdichter 4 ist beispielsweise ein elektrisch angetriebener Scroll-Verdichter und dient zum Verdichten des Kältemittels. Durch das Verdichten erhöht sich die Temperatur des gasförmigen Kältemittels, so dass es für Anwendungen wie Heizen oder Warmwasseraufbereitung nutzbar wird.
  • Das verdichtete Kältemittel fließt weiter zum Verflüssiger 5, in dem ein Wärmeübertrag vom Kältemittel auf ein Wärmeträgermedium (zum Beispiel Wasser oder Luft), das beispielsweise in einem ein Heizsystem H oder Lüftungssystem des Gebäudes G fließt, stattfindet. Bei diesem Wärmeübertrag verflüssigt sich das Kältemittel, so dass auch die dabei freiwerdende Kondensationswärme als nutzbare Wärme für das Heizsystem H übertragen wird. Der Verflüssiger 5 kann beispielsweise ein Plattenwärmetauscher sein.
  • Das verflüssigte Kältemedium sammelt sich zunächst im Sammler 6. Von hier strömt es durch das regelbare Expansionsventil 7. Das Expansionsventil 7 hat im Wärmepumpenkreislauf die Aufgabe, nach der Übergabe der Wärme an das Heizsystem H das flüssige, aber noch unter hohem Druck stehende Kältemittel zu entspannen. Das Kältemittel wird so in einen Zustand versetzt, der die erneute Aufnahme von Umweltwärme ermöglicht. Um zu verhindern, dass Flüssigkeit in den Verdichter 2 gelangt, regelt das Expansionsventil 7 die Kältemittelmenge (Kältemittelmassenstrom) so, dass nur so viel Kältemittel in den Verdampfer 2 gelangt, wie dort vollständig verdampfen kann. Das geregelte Expansionsventil 7 kann insbesondere Schwankungen der Quellentemperatur und der Leistung ausgleichen.
  • Fig. 2 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines Wärmepumpensystems mit einer Wärmepumpe 1, die im Wesentlichen identisch funktioniert wie die Wärmepumpe 1 der Fig. 1. Zusätzlich sind in Fig. 2 ein Drucksensor 11 zum Messen eines Drucks des Kältemittels und ein Sicherheit-Hochdruckschalter 12, SHD, dargestellt.
  • Der Drucksensor 11 gibt ein Sensorsignal an die Regeleinrichtung 10 aus. Erreicht der gemessene Druck im Kältemittel einen ersten Grenzwert, schaltet die Regeleinrichtung 10 den Verdichter 4 ab. Hierdurch wird eine erste Sicherheitsschaltung zum Verhindern eines zu hohen Drucks im Kältemittel verwirklicht.
  • Eine zweite, redundante Sicherheitsschaltung wird durch den SHD 12 verwirklicht. Sollte der Druck im Kältemittel über einen zweiten Grenzwert steigen, der höher als der erste Grenzwert ist, schaltet der SHD den Verdichter 4 ab, selbst wenn die Regeleinrichtung 10 und/oder der Drucksensor 11 nicht funktionieren sollten. Die Abschaltung durch den SHD 12 funktioniert hiervon unabhängig.
  • Fig. 3 ist ein Diagramm, das einen Normalbetrieb des in Fig. 2 dargestellten Wärmepumpensystems illustriert. Im Diagramm der Fig. 3 ist der Druck p gegen die Zeit t aufgetragen. Die gepunktete Fläche steht für einen Arbeitsbereich des Drucksensors 11, der bis zum ersten Grenzwert GW1 geht. Solange der Drucksensor 11 einen Druck innerhalb des gepunkteten Bereichs misst, kann das Wärmepumpensystem normal betrieben werden.
  • Die schraffierte Fläche B illustriert einen Sicherheitsabstand B zwischen dem ersten Grenzwert GW1 und einem zweiten Grenzwert GW2, bei dem eine Sicherheitsabschaltung durch den SHD 12 erfolgt. Würde der Drucksensor 11 einen Druck messen, der in den Sicherheitsabstand B fällt, so würde die Regeleinrichtung 10 den Verdichter 4 abschalten, so dass ein weiterer Anstieg des Drucks verhindert werden kann.
  • Fig. 4 zeigt ein Diagramm, das den erfindungsgemäßen zweiten Betriebszustand BZ2 illustriert. Bis zum Zeitpunkt t1 wird die Wärmepumpe 1 im ersten Betriebszustand BZ1 betrieben. Dieser Normalbetrieb entspricht der Fig. 3.
  • Zum Zeitpunkt t1 versetzt ein Servicetechniker die Wärmepumpe 1 in den zweiten Betriebszustand BZ2, um den SHD 12 zu testen. Im zweiten Betriebszustand BZ2 wird der erste Grenzwert auf einen neuen Wert GW1a angehoben, der größer als der zweite Grenzwert GW2 ist. Nach Abschluss der Prüfung wird die Wärmepumpe 1 ab Zeitpunkt t2 wieder im ersten Betriebszustand BZ1 betrieben.
  • Fig. 5 illustriert das erfindungsgemäße Verfahren zum Prüfen des Sicherheit-Hochdruckschalters 12, SHD, anhand eines Flussdiagramms. Im ersten Schritt S1 wird die Wärmepumpe 1 im ersten Betriebszustand betrieben. Dabei wird der Druck eines Kältemittels, das im Kreislauf der Wärmepumpe 1 zirkuliert, vom Drucksensor 11 gemessen.
  • Im ersten Betriebszustand regelt die Regeleinrichtung 10 die Drehzahl eines Verdichters 4 der Wärmepumpe 1 in Abhängigkeit des gemessenen Drucks. Wenn der gemessene Druck gleich groß wie oder größer als der erste Grenzwert ist, schaltet die Regeleinrichtung 10 den Verdichter 4 ab.
  • Nun soll eine Prüfung der Funktionsfähigkeit des SHD 12 durchgeführt werden, Hierzu versetzt ein Servicetechniker in Schritt S2 die Wärmepumpe 1 in einen zweiten Betriebszustand. Dies kann der Servicetechniker beispielsweise durch Eingabe an einer Schnittstelle an der Regeleinrichtung 10 bewirken. In bevorzugten Ausführungen kann dies auch als Remote-Zugriff durchgeführt werden, beispielsweise über eine App auf einem mobilen Endgerät des Servicetechnikers oder über einen Browser, der über das Internet auf eine Anwendung auf einem Server oder einer Cloud steuern kann.
  • Im zweiten Betriebszustand S2 hebt die Regeleinrichtung 10 den ersten Grenzwert auf einen Wert an, der gleich groß wie oder größer als der zweite Grenzwert ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Regeleinrichtung 10 keine Abschaltung durchführt, wenn der vom Drucksensor 11 gemessene Druck einen Wert zwischen dem ursprünglichen ersten Grenzwert des ersten Betriebszustands und dem zweiten Grenzwert erreicht.
  • Zusätzlich unterbricht die Regeleinrichtung in S2 einen Volumenstrom des Wärmeträgermediums H des Wärmepumpensystems. Hierzu kann die Regeleinrichtung 10 beispielsweise eine Umwälzpumpe in einem Heizkreis des Wärmepumpensystems oder einen Ventilator in einem Lüftungsschacht des Wärmepumpensystems abschalten.
  • Vorzugsweise kann die Regeleinrichtung 10 in Schritt S2 die Drehzahl des Verdichters 4 kontinuierlich erhöhen, so dass der Druck im Kältemittel schneller ansteigt. Diese Maßnahme kann insbesondere die Dauer des Prüfverfahrens verkürzen.
  • In Schritt S3 erreicht der Druck im Kältemittel den zweiten Grenzwert. Ein funktionierender SHD 12 soll dann eine Sicherheitsabschaltung durchführen.
  • Falls der SHD 12 in Schritt S3 die Sicherheitsabschaltung durchführt (JA in S3), gibt die Regeleinrichtung 10 im folgenden Schritt S4 eine Erfolgsmeldung aus. Die Ausgabe kann über eine Schnittstelle der Regeleinrichtung 10 erfolgen, beispielsweise über die App auf dem Endgerät des Servicetechnikers. Anschließend kann die Regeleinrichtung 10 oder der Servicetechniker die Wärmepumpe 1 wieder in den ersten Betriebszustand versetzen (zurück zu Schritt S1).
  • Falls der SHD 12 in SchrittS3 keine Sicherheitsabschaltung durchführt (NEIN in S3), so wird erkannt, dass der SHD 12 die Prüfung nicht bestanden hat, also fehlerhaft ist. Somit gibt die Regeleinrichtung 10 im folgenden Schritt S5 eine Fehlermeldung aus. Die Ausgabe kann über die Schnittstelle der Regeleinrichtung 10 erfolgen, beispielsweise über die App auf dem Endgerät des Servicetechnikers. Die Fehlermeldung kann insbesondere eine Handlungsempfehlung enthalten, beispielsweise eine Anweisung zum Austauschen des SHD 12.
  • Ein weiterer Betrieb im ersten Betriebszustand ist vorerst nicht möglich, insbesondere solange der Servicetechniker keinen Austausch des SHD 12 bzw. eine Reparatur des SHD 12 bestätigt.
  • Das beschriebene Verfahren ermöglicht eine effiziente und einfache Überprüfung des SHD 12, so dass ein sicherer Betrieb der Wärmepumpe 1 gewährleistet werden kann, ohne dass der SHD bei jeder planmäßigen Wartung zwingend ausgetauscht werden muss.
  • Das beschriebene Verfahren kann vorzugsweise automatisiert durchgeführt werden. Hierzu kann über die Schnittstelle der Regeleinrichtung 10 vom Server oder der Cloud ein entsprechender Steuerbefehl empfangen werden. Nur wenn das Ergebnis der Überprüfung negativ ist (NEIN in S3) muss sich ein Servicetechniker zum Warten an den Ort des Wärmepumpensystems begeben. Somit kann die Überprüfung des SHD 12 in vorteilhafter Weise aus der Ferne erfolgen.
  • Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 1
    Wärmepumpe
    2
    Verdampfer
    3
    Vier-Wege-Ventil
    4
    Verdichter
    5
    Verflüssiger
    6
    Sammler
    7
    Expansionsventil
    8
    Lüfter
    9
    Temperatursensor
    10
    Regeleinrichtung
    11
    Drucksensor
    12
    Sicherheit-Hochdruckschalter SHD
    GW1
    erster Grenzwert
    GW2
    zweiter Grenzwert
    BZ1
    erster Betriebszustand
    BZ2
    zweiter Betriebszustand

Claims (10)

  1. Verfahren zum Prüfen eines Sicherheit-Hochdruckschalters (12), SHD, in einem Wärmepumpensystem, mit den Schritten:
    Betreiben einer Wärmepumpe (1) in einem ersten Betriebszustand als Wärme- oder Kälteerzeuger für ein Wärmeträgermedium (H), wobei der erste Betriebszustand umfasst:
    Messen eines Drucks eines Kältemittels, das in einem Kreislauf der Wärmepumpe (1) zirkuliert, mittels eines Drucksensors (11); und
    Regeln einer Drehzahl eines Verdichters (4) der Wärmepumpe (1) in Abhängigkeit des gemessenen Drucks mittels einer Regeleinrichtung (10), wobei die Regeleinrichtung (10) den Verdichter (4) abschaltet, wenn der gemessene Druck gleich groß wie oder größer als ein vorgegebener erster Grenzwert ist;
    Betreiben der Wärmepumpe (1) in einem zweiten Betriebszustand zum Prüfen des SHD (12), wobei der zweite Betriebszustand zusätzlich umfasst:
    Anheben des ersten Grenzwerts auf einen Wert, der gleich groß wie oder größer ist als ein vorgegebener zweiter Grenzwert, bei dem der SHD (12) eine Sicherheitsabschaltung des Verdichters (4) durchführen soll;
    Falls der SHD (12) beim Erreichen des zweiten Grenzwerts die Sicherheitsabschaltung durchführt, Ausgeben einer Erfolgsmeldung über eine Schnittstelle der Regeleinrichtung (10) und Versetzen der Wärmepumpe (1) in den ersten Betriebszustand; oder
    Falls der SHD (12) beim Erreichen des zweiten Grenzwerts keine Sicherheitsabschaltung durchführt, Ausgeben einer Fehlermeldung über die Schnittstelle der Regeleinrichtung (10).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite Betriebszustand umfasst:
    Unterbrechen eines Volumenstroms des Wärmeträgermediums (H) des Wärmepumpensystems, welches über einen Wärmetauscher (5) mit dem Kreislauf der Wärmepumpe (1) gekoppelt ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Regeleinrichtung (10) die Drehzahl des Verdichters (4) im ersten Betriebszustand variabel regelt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Regeleinrichtung (10) die Drehzahl des Verdichters (4) im zweiten Betriebszustand bis zum Erreichen des zweiten Grenzwerts kontinuierlich erhöht.
  5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Drucksensor (11) eine negative Toleranz aufweist und der erste Grenzwert im zweiten Betriebszustand auf einen Wert eingestellt wird, der um mehr als die negative Toleranz größer ist als der zweite Grenzwert.
  6. Wärmepumpensystem, umfassend:
    ein Wärmeträgermedium (H);
    eine Wärmepumpe (1) mit einem Kreislauf, in dem ein Kältemittel zirkuliert, wobei der Kreislauf über einen Wärmetauscher (5) mit dem Wärmeträgermedium (H) gekoppelt ist;
    einen Drucksensor (11) zum Messen eines Drucks des Kältemittels im Kreislauf;
    einen Sicherheit-Hochdruckschalter (12), SHD, zum Abschalten eines Verdichters (4) der Wärmepumpe (1), wenn der Druck einen vorgegebenen zweiten Grenzwert erreicht;
    eine Regeleinrichtung (10) zum Regeln der Wärmepumpe (1), wobei die Regeleinrichtung (10) in einem ersten Betriebszustand konfiguriert ist:
    eine Drehzahl des Verdichters (4) der Wärmepumpe (1) in Abhängigkeit des vom Drucksensor (11) gemessenen Drucks zu regeln; und
    den Verdichter (4) abzuschalten, wenn der gemessene Druck gleich groß wie oder größer als ein vorgegebener erster Grenzwert ist;
    die Regeleinrichtung (10) in einem zweiten Betriebszustand konfiguriert ist:
    den ersten Grenzwert auf einen Wert anzuheben, der gleich groß wie oder größer ist als der zweite Grenzwert;
    Falls der SHD (12) beim Erreichen des zweiten Grenzwerts die Sicherheitsabschaltung durchführt, eine Erfolgsmeldung über eine Schnittstelle der Regeleinrichtung (10) auszugeben und die Wärmepumpe (1) in den ersten Betriebszustand zu versetzen;
    Falls der SHD (12) beim Erreichen des zweiten Grenzwerts keine Sicherheitsabschaltung durchführt, eine Fehlermeldung über die Schnittstelle der Regeleinrichtung (10) auszugeben.
  7. Wärmepumpensystem nach Anspruch 6, wobei die Regeleinrichtung (10) im zweien Betriebszustand konfiguriert ist:
    einen Volumenstrom des Wärmeträgermediums (H) des Wärmepumpensystems, welches über einen Wärmetauscher (5) mit dem Kreislauf der Wärmepumpe (1) gekoppelt ist, zu unterbrechen.
  8. Wärmepumpensystem nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Regeleinrichtung (10) konfiguriert ist, die Drehzahl des Verdichters (4) im ersten Betriebszustand variabel zu regeln.
  9. Wärmepumpensystem nach Anspruch 8, wobei die Regeleinrichtung (10) konfiguriert ist, die Drehzahl des Verdichters (4) im zweiten Betriebszustand bis zum Erreichen des zweiten Grenzwerts kontinuierlich zu erhöhen.
  10. Wärmepumpensystem nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei der Drucksensor (11) eine negative Toleranz aufweist und der erste Grenzwert im zweiten Betriebszustand auf einen Wert eingestellt wird, der um mehr als die negative Toleranz größer ist als der zweite Grenzwert.
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