AT400898B - Verfahren und anordnung zum betreiben einer kältemaschine - Google Patents

Description

AT 400 898 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Betreiben einer Kältemaschine mit einem Kältemitteikreislauf, in dem ein Verdichter, ein Kondensator, eine Drosseleinrichtung und ein Verdampfer geschaltet sind, wobei bei Kältemittelaustritt der Kältemittelkreislauf vom Verdichter aus gesehen hinter dem Kondensator abgesperrt wird.

Eine derartige Kältemaschine ist aus der US-PS 4,644,755 bekannt. Kältemaschinen werden z.B. in der Klimatechnik eingesetzt. Dabei strömen im Kältemittelkreislauf etwa 150 bis 200 kg eines toxischen Kältemittels, z.B. ein Kältemittel mit der Bezeichnung R22.

Bei einem Störfall, bei dem Kältemittel an einer Leckstelie im Kältemittelkreislauf austritt, wird bisher die Kältemaschine von einer Warte aus abgeschaltet und der Raum, in dem die Kältemaschine aufgestellt ist, belüftet, Dabei besteht die Gefahr, daß das gesamte Kältemittel entweicht, bevor der Schaden behoben worden ist. Dies kann zu einer erheblichen Belastung der Umwelt führen. Bei der aus der genannten US-PS 4,644,755 bekannten Kältemaschine wird im Fall einer durch eine Überwachung des Kältemittelflusses erkannten Leckage im Kältemittelkreislauf vorhandenes Kältemittel aus dem Kreislauf entnommen und in einen Flüssigkeitssammler geführt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zum Betreiben einer Kältemaschine der eingangs genannten Art ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, die im Fall einer Leckage am Kältemittelkreislauf eine Reduzierung der austretenden Kältemittelmenge auf ein Minimum gewährleisten.

Bezüglich des Verfahrens wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, - daß der Kältemittelaustritt von einem Gassensor erfaßt und der Kältemittelkreislauf aufgrund eines vom Gassensor abgegebenen Signals abgesperrt wird, - daß das im Kältemittelkreislauf vorhandene Kältemittel in den Kondensator gefördert wird, und - daß danach der Kältemittelkreislauf vom Verdichter aus gesehen zusätzlich im Bereich vor dem Kondensator abgesperrt wird.

Dadurch wird ein Kältemittelaustritt frühzeitig erkannt, und eine schnellstmögliche Absperrung des Kältemittelkreislaufs erreicht.

Die Erfindung beruht dabei auf der Überlegung, daß während des Betriebs der Kältemaschine zu jeder Zeit mindestens 60 % der Kältemittelmenge im Kondensator enthalten ist, und daß der Kondensator zur Aufnahme von mehr als 80 % der Kältemittelmenge ausgelegt ist.

Um ein Ansaugen von Luft durch eine Leckstelle im KäItemittelkreislauf zu vermeiden, wird der Druck im Kältemittelkreislauf während der Förderung des Kältemittels in den Kondensator nicht unter den Umgebungsdruck abgesenkt, vorzugsweise nicht unter 0,18 MPa. Dazu wird zweckmäßigerweise während der Förderung des Kältemittels in den Kondensator der Druck im Kältemittelkreislauf gemessen. Vorzugsweise wird der Druck zwischen Verdampfer und Verdichter gemessen.

Dieses Verfahren wird zweckmäßigerweise mit einer Anordnung durchgeführt, bei der ein Gassensor vorgesehen ist, der über eine Signalleitung ein im Kältemittelkreislauf vom Verdichter aus gesehen hinter dem Kondensator vorgesehenes erstes Ventil bei Kältemittelaustritt zusteuert, und bei der vom Verdichter aus gesehen vor dem Kondensator ein nach dem Schließen des ersten Ventils bei Erreichen eines vorgegebenen Drucks im Kältemittelkreislauf betätigbares zweites Ventil vorgesehen ist.

Zur Messung des Drucks im Kältemittelkreislauf ist zweckmäßigerweise zwischen dem Verdampfer und dem Verdichter ein Drucksensor vorgesehen. Der Drucksensor ist vorteilhafterweise über eine Steuereinrichtung mit dem zweiten Ventil verbunden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemaßen Anordnung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß im Fall einer Leckage der überwiegende Teil der im Kältemittelkreislauf vorhandenen Kältemittelmenge im Kondensator eingeschlossen wird, so daß nur ein vergleichsweise geringer Teil der Kaltemittelmenge aus dem Kältemittelkreislauf entweichen kann. Der Betriebsaufwand und der Bauaufwand wird durch Einsparung von aufwendigen Abluftanlagen und durch Verminderung der zum Nachfüllen des Kältemittelkreislaufs bereitzustellenden Kältemittelmenge reduziert.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden anhand einer Zeichnung Ausführungsbeispiele beschrieben. Darin zeigen: FIG 1 einen Kältemittelkreislauf einer Kältemaschine in einer schematischen Darstellung, und FIG 2 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs.

Die in Figur 1 schematisch dargestellte Kältemaschine 1 umfaßt einen Kältemittelkreislauf 2 in einem sogenannten Ein-Kreis-System mit einer Leistung von etwa 425 kW. Dabei strömen im Kaltemittelkreislauf 2 etwa 150 bis 200 kg eines Kältemittels, z.B. das Kältemittel R22. Eine derartige Kältemaschine 1 wird z.B. in der Klimatechnik zur Kälteversorgung von Kaltwasserverbrauchern eingesetzt. 2

AT 400 898 B

Der Kältemittelkreislauf 2 umfaßt einen Kondensator 3, eine Drosseleinrichtung 4, einen Verdampfer 5 und einen Verdichter 6. Der Kondensator 3 ist über eine Flüssigkeitsleitung 7, in die die Drosseleinrichtung 4 geschaltet ist, mit dem Verdampfer 5 verbunden. Dieser ist über eine Saugleitung 8 mit dem das Kühlmittel in den Kondensator 3 fördernden Verdichter 6 verbunden.

Der Kondensator 3 weist sekundärseitig eine von einem Kühlmittel, z.B. Wasser, durchströmte Kühlschlange 9 auf.

In den Kältemittelkreislauf 2 ist vom Verdichter 6 aus gesehen hinter dem Kondensator 3 in die Kältemittelleitung 7 ein erstes Absperrventil 10 geschaltet. Ein zweites Ventil 11 ist vom Verdichter 6 aus gesehen vor dem Kondensator 3 in die Saugleitung 8 geschaltet.

Beim Betrieb der Kältemaschine 1 wird das Kältemittel in dampfförmigem Zustand in Richtung des Pfeils 14 aus dem Verdampfer 5 vom Verdichter 6 über die Saugleitung 8 angesaugt und auf Kondensatdruck pi verdichtet. Im Kondensator 3 wird der verdichtete Dampf unter Wärmeabgabe an das durch die Schleife 9 strömende Kühlmittel verflüssigt. Das nun flüssige Kältemittel strömt über die Flüssigkeitsleitung 7 und durch die Drosseleinrichtung 4 in den Verdampfer 5. In der Drosseleinrichtung 4 wird das Kältemittel auf niedrigen Druck p2 entspannt. Die Drosseleinrichtung 4 verhindert dabei während des Betriebs einen Druckausgleich zwischen dem Kondensator 3 und dem Verdampfer 5. Im Verdampfer 5 verdampft das Kältemittel und entzieht dabei der Umgebung die hierzu erforderliche Wärme, so daß sich hier die eigentliche Kälteerzeugung vollzieht. Dieser Kreislauf beginnt nun von neuem.

Die Verteilung des Kältemittels als Stoff im Kältemittelkreislauf 2 ist beim Betrieb der Kältemaschine 1 sehr unterschiedlich. In Figur 1 ist der Kältemittelkreislauf 2 in sechs durch strichpunktierte Linien dargestellte Bereiche unterteilt. Die prozentualen Zahlenangaben geben die Verteilung des Kältemittels in den jeweiligen Bereichen bei Vollastbetrieb an. Danach sind bei Vollastbetrieb, d.h. im ungünstigsten Fall, mindestens 60 % des Kältemittels k im Kondensator 3. Im Verdampfer 5 sind etwa 28 % und in der Flüssigkeitsleitung 7 mit der Drosseleinrichtung 4 sind etwa 8 % des Kältemittels. In der Saugleitung 8 sind im Bereich zwischen dem Verdampfer 5 und dem Verdichter 6 etwa 1,5 % und im Bereich zwischen dem Verdichter 6 und dem Kondensator 3 etwa 0,7 % des Kältemittels. Im Verdichter 6 sind etwa 1,3 % des Kältemittels. Bei Teillastbetrieb sind im Kondensator etwa 80 % des Kältemittels, so daß lediglich die verbleibenden 20 % auf die übrigen Bereiche des Kältemittelkreislaufs 2 verteilt sind.

Im Fall einer Leckage am Kältemittelkreislauf 2 wird ein Kältemittelaustritt von einem Gassensor 15 registriert und ein Signal zum Absperren des Ventils 10 über eine Signalleitung 16 abgegeben. Gleichzeitig wird mit Hilfe einer Steuereinrichtung 17, die mit dem Gassensor 15 über eine Leitung 18 verbunden ist, der Verdichter 6 auf minimale Verdichterleistung reduziert. Vom Gassensor 15 kann ein weiteres Signal in nicht näher dargestellter Art und Weise an eine Warte abgegeben werden.

Anschließend wird das in der Flüssigkeitsleitung 7, im Verdampfer 5 und in der Saugleitung 8 noch vorhandene Kältemittel in den Kondensator 3 gefördert. Um während des Förderns des Kältemittels in den Kondensator 3 ein Eindringen von Luft in den Kältemittelkreislauf 2 zu vermeiden, wird dieser nur bis auf einen Druck von etwa 0,18 MPa abgesaugt. Sobald dieser Druck erreicht ist, wird der Verdichter 6 abgeschaltet. Dazu ist der Verdichter 6 über einer Steuerleitung 19 mit der Steuereinrichtung 17 verbunden, der über eine Leitung 20 von einem Drucksensor 12 gemessene Druckwerte übermittelt werden. Der Drucksensor 12 ist zweckmäßigerweise zwischen dem Verdampfer 5 und dem Verdichter 6 angeordnet. Um einen Rückfluß des Gases aus dem Kondensator 3 in den abgeschalteten Verdichter 6 zu verhindern, wird anschließend das Ventil 11 geschlossen. Dazu ist das Ventil 11 über eine Steuerleitung 21 mit der Steuereinrichtung 17 verbunden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist gewährleistet, daß auch im ungünstigsten Fall, d.h. bei einer größtmöglichen Leckage im Kältemittelkreislauf 2 in Strömungsrichtung des Kältemittels hinter dem Kondensator 3 maximal 40 % des Kältemittels entweichen kann. Mit anderen Worten: Auch im ungünstigsten Fall können mindestens 60 % des Kältemittels im Kondensator 3 eingeschlossen werden, solange dieser dicht ist.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 sind zwei Drosseleinrichtungen 4a und 4b sowie zwei Verdampfer 5a und 5b vorgesehen, die jeweils parallel zueinander in den Kältemitelkreislauf 2 geschaltet sind. Die an den Kondensator 3 angeschlossene Flüssigkeitsleitung 7 verzeigt sich in zwei Leitungen 7a und 7b, in die jeweils ein Absperrventil 30 bzw. 31 geschaltet ist. Die Verdampfer 5a und 5b sind an jeweils eine Saugleitung 8a bzw.8b angeschlossen, die in die gemeinsame Saugleitung 8 münden. Die Saugleitung 8a enthält ein Absperrventil 34 und die Saugleitung 8b ein Absperrventil 35. Die übrigen Teile entsprechen denen in Figur 1 und sind daher mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Zur besseren Übersicht sind die übrigen, im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 dargestellten Teile, weggelassen.

Im störungsfreien Betrieb ist je eines der Ventile 30 oder 31 sowie 34 oder 35, z.B. die Ventile 31 und 35, abgesperrt, so daß der Kältemittelkreislauf 2 über die Drosseleinrichtung 4a und den Verdampfer 5a 3

Claims (8)

1. AT 400 898 B geschlossen ist. Im Fall einer Leckage im Bereich zwischen einer Verzweigungsstelle 32 der Flüssigkeitsleitung 7 und einer Anschlußstelle 33 der Saugleitung 8, d.h. im Bereich der Leitung 7a, der Drossel 4a, des Verdampfers 5a oder der Saugleitung 8a, wird - wie im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 beschrieben -das Ventil 10 geschlossen und der Verdichter 6 auf minimale Verdichterleistung heruntergefahren. Anschließend wird das in der Flüssigkeitsleitung 7a und im Verdampfer 5a sowie in den vor dem Verdichter 6 liegenden Saugleitungen 8 und 8a vorhandene Kältemittel abgesaugt und in den Kondensator 3 gefördert. Um dabei eine Druckabsenkung im Kältemittelkreislauf 2 unter Umgebungsdruck zu vermeiden, ist zweckmäßigerweise das Ventil 11 als Rückschlagventil ausgebildet, das bei einem vorgegebenen Druck, z.B. bei 0. 18.MPa, automatisch schließt. Das Rückschlagventil 11 öffnet dann automatisch wieder, nachdem die Ventile 31 und 35 geöffnet sind, und der Verdichter 6 auf normale Verdichterleistung hochgefahren wird. Bei diesem Betriebszustand erfolgt die Kühlung dann über die Drossel 4b und den Verdampfer 5b. Durch eine derartige Redundanz eines großen Teils des Kältemittelkreislaufs 2 ist ein nahezu kontinuierlicher Betrieb der Kältemaschine 1 im Fall einer Leckage möglich. Um die Möglichkeit einer Leckage an der Flüssigkeitsleitung 7 und an der Saugleitung 8 zu begrenzen, sind diese möglichst kurz. Patentansprü che 1. Verfahren zum Betreiben einer Kältemaschine (1) mit einem Kältemittelkreislauf (2), in den ein Verdichter (6), ein Kondensator (3), eine Drosseleinrichtung (4) und ein Verdampfer (5) geschaltet sind, wobei bei Kältemittelaustritt der Kältemittelkreislauf (2) vom Verdichter (6) aus gesehen hinter dem Kondensator (3) abgesperrt wird, dadurch gekennzeichnet, - daß der Kältemittelaustritt von einem Gassensor (15) erfaßt wird, wobei der Kältemittelkreislauf (2) aufgrund eines vom Gassensor (15) abgegebenen Signals abgesperrt wird, - daß das im Kältemittelkreislauf (2) vorhandene Kältemittel (k) in den Kondensator (3) gefördert wird, und - daß danach der Kältemittelkreislauf (2) vom Verdichter (6) aus gesehen zusätzlich im Bereich vor dem Kondensator (3) abgesperrt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck (p) im Kältemittelkreislauf (2) während der Förderung des Kältemittels in den Kondensator (3) nicht unter den Umgebungsdruck, vorzugsweise nicht unter 0,18 MPa, abgesenkt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens während der Förderung des Kältemittels in den Kondensator (3) der Druck im Kältemittelkreislauf (2) gemessen wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Kältemittelkreislauf (2) zwischen Verdampfer (5) und Verdichter (6), vorzugsweise am Verdichtereingang, gemessen wird.
5. 5. Anordnung zum Betreiben einer Kältemaschine (1) mit einem Käitemittelkreislauf (2), in dem ein Verdichter (6), ein Kondensator (3), eine Drosseleinrichtung (4) und ein Verdampfer (5) hintereinander liegen, wobei im Kältemittelkreislauf (2) vom Verdichter (6) aus gesehen hinter dem Kondensator (3) ein bei Kältemittelaustritt betätigbares erstes Ventil (10) vorgesehen ist, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, - daß mindestens ein Gassensor (15) vorgesehen ist, der über eine Signalleitung (16) das erste Ventil (10) zusteuert, und - daß vom Verdichter (6) aus gesehen vor dem Kondensator (3) ein nach dem Schließen des ersten Ventils (10) bei Erreichen eines vorgegebenen Drucks (p) im Kältemittelkreislauf (2) betätigbares zweites Ventil (2) vorgesehen ist.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Kältemittelkreislauf (2) zwischen dem Verdampfer (5) und dem Verdichter (6) ein Drucksensor (12) vorgesehen ist. 4 AT 400 898 B
7. 7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (17) vorgesehen ist, die mit dem Verdichter (6), mit dem Drucksensor (12) und/oder mit dem zweiten Ventil (11) verbunden ist.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (17) vom Gassensor (15) und/oder vom Drucksensor (12) gesteuert ist. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 5