VERFAHREN ZUM BETRIEB EINER FLUIDFÖRDERVORRICHTUNG

Abstract

 Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Fluidfördervorrichtung, insbesondere einer Fluidfördervorrichtung eines Wärmepumpensystems, welche zumindest ein Förderelement (16) umfasst, mit welchem in zumindest einem Verfahrensschritt ein Fluid (17) gefördert wird, wobei in zumindest einem Verfahrensschritt ein aktueller Wert zumindest eines Betriebsparameters der Fluidfördervorrichtung ermittelt wird.
Es wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt in Abhängigkeit von dem ermittelten Wert des Betriebsparameters der Fluidfördervorrichtung ein Risiko eines Strömungsabrisses des Fluids (17) von dem Förderelement (16) bewertet wird.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Es ist bereits ein Verfahren zum Betrieb einer Fluidfördervorrichtung, insbesondere einer Fluidfördervorrichtung eines Wärmepumpensystems, welche zumindest ein Förderelement umfasst, mit welchem in zumindest einem Verfahrensschritt ein Fluid gefördert wird, wobei in zumindest einem Verfahrensschritt ein aktueller Wert zumindest eines Betriebsparameters der Fluidfördervorrichtung ermittelt wird, vorgeschlagen worden.

Offenbarung der Erfindung

[0002] Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Fluidfördervorrichtung, insbesondere einer Fluidfördervorrichtung eines Wärmepumpensystems, welche zumindest ein Förderelement umfasst, mit welchem in zumindest einem Verfahrensschritt ein Fluid gefördert wird, wobei in zumindest einem Verfahrensschritt ein aktueller Wert zumindest eines Betriebsparameters der Fluidfördervorrichtung ermittelt wird.

[0003] Es wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt in Abhängigkeit von dem ermittelten Wert des Betriebsparameters der Fluidfördervorrichtung ein Risiko eines Strömungsabrisses des Fluids von dem Förderelement bewertet wird. Die Fluidfördervorrichtung umfasst zu einem Fördern des Fluids beispielsweise einen Ventilator, einen Kompressor und/oder eine Pumpe, bevorzugt einen Axialventilator, einen Axialverdichter und/oder eine Axialpumpe. Insbesondere fördert die Fluidfördervorrichtung das Fluid mittels einer zyklischen Bewegung des Förderelements. Vorzugsweise umfasst die Fluidfördervorrichtung zumindest eine elektrische Antriebseinheit, insbesondere einen Elektromotor, zu einer Erzeugung der zyklischen Bewegung des Förderelements. Insbesondere steht das Förderelement während eines Betriebs der Fluidfördervorrichtung in direktem Kontakt mit dem Fluid. Das Förderelement ist beispielsweise als Rotor oder als Teil eines Rotors, insbesondere als Rotorblatt oder als Rotorschaufel, der Fluidfördervorrichtung ausgebildet. Bevorzugt ist die Fluidfördervorrichtung zu einem Einsatz beispielsweise in einer Lüftungsanlage, in einer Klimaanlage, in einem Heizungssystem, besonders bevorzugt in einem Wärmepumpensystem, vorgesehen. Alternativ ist die Fluidfördervorrichtung zu einem Einsatz, beispielsweise als Lüfter und/oder zur Förderung eines Prozessguts, in einem Haushaltsgerät, in einem Elektrowerkzeug, in einer Werkzeugmaschine, in einer Industrieanlage oder dergleichen ausgebildet. Insbesondere ist die Fluidfördervorrichtung zu einer Förderung eines fluiden Wärmereservoirs, insbesondere Umgebungsluft, eines Wärmeträgers, insbesondere einem Heizmittel und/oder einem Kühlmittel, einem Treibstoff, einem Prozessgut, einem Abfallstoff, insbesondere Abgas oder Abwasser, von Betriebswasser, von Trinkwasser, zur Erzeugung eines Transportstroms, insbesondere eines Luftstroms oder eines Wasserstroms, oder dergleichen vorgesehen. Unter "vorgesehen" soll insbesondere speziell eingerichtet, speziell programmiert, speziell ausgelegt und/oder speziell ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.

[0004] Vorzugsweise wird als Betriebsparameter eine Größe oder ein Kennwert ermittelt, der eine Leistung der Fluidfördervorrichtung beschreibt oder charakterisiert. Bevorzugt ist der Betriebsparameter als aufgenommene elektrische Leistung, als erbrachte mechanische Förderleistung, als Wirkungsgrad oder als eine andere dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Leistungsgröße oder als Leistungskennwert ausgebildet. Alternativ kann als Betriebsparameter eine Drehzahl des Förderelements, eine durch die Fluidfördervorrichtung verursachte Druckdifferenz, ein von der Fluidfördervorrichtung verursachter Volumenstrom, ein elektrischer Stromfluss durch die Fluidfördervorrichtung, ein elektrischer Spannungsabfall an der Fluidfördervorrichtung oder eine andere Größe oder Kennzahl verwendet werden, von welcher eine Leistungsgröße oder eine Leistungskennzahl der Fluidfördervorrichtung abhängig ist.

[0005] Vorzugsweise umfasst die Fluidfördervorrichtung zumindest eine Steuereinheit. Insbesondere steuert oder regelt die Steuereinheit das Förderelement, insbesondere mittels der Antriebseinheit. Insbesondere ermittelt die Steuereinheit den Betriebsparameter. Die Steuereinheit ermittelt den Betriebsparameter insbesondere mittels eines Auslesens zumindest einer Messgröße einer Sensoreinheit der Fluidfördervorrichtung und/oder mittels eines Auslesens von Einstellungen und/oder Steuersignalen der Steuereinheit. Beispiele für die Messgröße umfassen insbesondere die Drehzahl des Förderelements, die durch die Fluidfördervorrichtung verursachte Druckdifferenz, den von der Fluidfördervorrichtung verursachten Volumenstrom, den elektrischen Stromfluss durch die Fluidfördervorrichtung, den elektrischen Spannungsabfall und/oder die elektrische Leistung. Optional wird eine der Messgrößen mittels Kennlinien oder Korrelationen, welche insbesondere in einer Speichereinheit der Steuereinheit hinterlegt sind, aus einer weiteren der Messgrößen ermittelt, insbesondere anstelle direkt gemessen zu werden.

[0006] Insbesondere sind mögliche Arbeitspunkte der Fluidfördervorrichtung zumindest in einen stabilen Bereich und einen Strömungsabrissbereich unterteilt. Insbesondere erzeugt die Fluidfördervorrichtung bei einem Arbeitspunkt in dem stabilen Bereich eine quasi-laminare Strömung, insbesondere eine Strömung mit einer unterkritischen Reynoldszahl, des Fluids. Insbesondere erzeugt die Fluidfördervorrichtung bei einem Arbeitspunkt in dem Strömungsabrissbereich eine turbulente Strömung, insbesondere eine Strömung mit einer überkritischen Reynoldszahl, des Fluids. Insbesondere beschreibt oder charakterisiert das Risiko einen Abstand eines aktuellen Arbeitspunkts von dem instabilen Bereich, insbesondere von einer für die Fluidfördervorrichtung kritischen Reynoldszahl. Alternativ oder zusätzlich beschreibt oder charakterisiert das Risiko eine Eindringtiefe in den instabilen Bereich und/oder eine Betriebsdauer innerhalb des instabilen Bereichs. Die Steuereinheit kann den Betriebsparameter insbesondere kontinuierlich, in regelmäßigen Abständen und/oder nach einem auslösenden Ereignis, beispielsweise einer Änderung einer der Messgrößen, bezüglich des Risikos eines Strömungsabrisses bewerten.

[0007] Typischerweise erhöht sich das Risiko, insbesondere bei unveränderten Einstellungen der Fluidfördervorrichtung, durch eine, insbesondere allmähliche, Erhöhung eines Strömungswiderstands der Fluidfördervorrichtung und/oder eines an der Fluidfördervorrichtung angeschlossenen Leitungssystems, beispielsweise aufgrund eines Ansammelns von Eis, von Schmutz, von Staub und/oder von anderen Ablagerungen und/oder von Fremdobjekten. Insbesondere verschiebt die Erhöhung des Strömungswiderstands einen aktuellen Arbeitspunkt der Fluidfördervorrichtung von dem stabilen Bereich in Richtung des Strömungsabrissbereichs. Vorzugsweise ordnet die Steuereinheit den aktuellen Arbeitspunkt anhand des aktuellen Werts des Betriebsparameters dem stabilen Bereich oder dem Strömungsabrissbereich zu.

[0008] Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens kann vorteilhaft ein Betrieb der Fluidfördervorrichtung überwacht werden. Insbesondere kann vorteilhaft eine potentiell gefährliche Situation, welche zu einer Beschädigung der Fluidfördervorrichtung führen kann, erkannt werden. Insbesondere können vorteilhaft Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Insbesondere kann die Fluidfördervorrichtung bei Vermeidung des Strömungsabrisses vorteilhaft verschleißarm betrieben werden. Insbesondere kann die Fluidfördervorrichtung bei Vermeidung des Strömungsabrisses vorteilhaft geräuscharm betrieben werden. Insbesondere kann die Fluidfördervorrichtung bei Vermeidung des Strömungsabrisses vorteilhaft energieeffizient betrieben werden.

[0009] Weiter wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt der aktuelle Wert des Betriebsparameters mit einem Stabilitätswert des Betriebsparameters verglichen wird, um das Risiko zu bewerten. Vorzugsweise ist der Stabilitätswert ein Schwellenwert für den Betriebsparameter. Vorzugsweise geht die Steuereinheit davon aus, dass bei einem Überschreiten des Stabilitätswerts ein Strömungsabriss unmittelbar bevorsteht. Insbesondere löst die Steuereinheit bei Überschreiten des Stabilitätswerts ein Strömungsabrissprotokoll aus. Das Strömungsabrissprotokoll kann beispielsweise eine von der Fluidfördervorrichtung ausführbare Gegenmaßnahme umfassen, um das Risiko zu senken, und/oder eine Schutzmaße, wie etwa eine automatische Leistungsdrosselung oder Notabschaltung, um eine Beschädigung zu vermeiden. Optional vergleicht die Steuereinheit den Betriebsparameter mit mehreren gestaffelten Stabilitätswerten, welche insbesondere unterschiedlich weit beabstandet von dem Strömungsabrissbereich sind. Vorzugsweise ist der Stabilitätswert abhängig von der Drehzahl des Förderelements. Insbesondere korreliert der Stabilitätswert positiv mit der Drehzahl. Vorzugsweise berechnet die Steuereinheit den Stabilitätswert in Abhängigkeit von der, insbesondere eingestellten und/oder gemessenen, Drehzahl des Förderelements. Alternativ ist der Stabilitätswert in der Speichereinheit der Steuereinheit, beispielsweise in tabellarischer Form, drehzahlspezifisch hinterlegt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann das Risiko vorteilhaft einfach und/oder vorteilhaft reproduzierbar bewertet werden.

[0010] Ferner wird vorgeschlagen, dass in einem Kalibrierungsschritt zumindest ein Referenzwert aus einem stabilen Bereich einer Kennlinie der Fluidfördervorrichtung ermittelt wird, um den aktuellen Wert zu bewerten. Beispielsweise ist der Referenzwert gleich einem Wert des Betriebsparameters aus dem stabilen Bereich. Alternativ ist der Referenzwert eine Funktion, beispielsweise ein Mittelwert, mehrerer Werte des Betriebsparameters aus dem stabilen Bereich. Vorzugsweise wird der Referenzwert abhängig von der Drehzahl des Förderelements ermittelt. Insbesondere korreliert der Referenzwert positiv mit der Drehzahl. In dem Kalibrierungsschritt kann der Referenzwert insbesondere von der Sensoreinheit und der Steuereinheit direkt oder von einem externen Messgerät ermittelt werden. Vorzugsweise ermittelt die Steuereinheit den Referenzwert in Abhängigkeit von der, insbesondere eingestellten und/oder gemessenen, Drehzahl des Förderelements. Insbesondere werden in dem Kalibrierungsschritt, insbesondere theoretische oder gemessene, Werte des Betriebsparameters aus dem stabilen Bereich in der Speichereinheit der Steuereinheit drehzahlspezifisch hinterlegt. Optional aktualisiert die Steuereinheit die in der Speichereinheit hinterlegten Werte des Betriebsparameters während eines regulären Betriebs der Fluidfördervorrichtung in dem stabilen Bereich. Vorzugsweise ermittelt die Steuereinheit während eines regulären Betriebs der Fluidfördervorrichtung den Stabilitätswert abhängig von dem Referenzwert. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine Bewertung des aktuellen Werts vorteilhaft spezifisch auf die Fluidfördervorrichtung abgestimmt werden. Insbesondere kann eine vorteilhaft präzise Bewertung des Risikos erreicht werden.

[0011] Weiterhin wird vorgeschlagen, dass in einem Kalibrierungsschritt eine Abhängigkeit des Betriebsparameters von einem weiteren Betriebsparameter der Fluidfördervorrichtung in einem Stabilitätsübergangsbereich erfasst wird. Insbesondere trennt der Stabilitätsübergangsbereich den stabilen Bereich und den Strömungsabrissbereich voneinander. Optional überlappt der Stabilitätsübergangsbereich teilweise mit dem stabilen Bereich und/oder dem Strömungsabrissbereich. Vorzugsweise wird die Fluidfördervorrichtung in dem Kalibrierungsschritt in dem Stabilitätsübergangsbereich betrieben. Beispielsweise wird der aktuelle Arbeitspunkt der Fluidfördervorrichtung durch teilweises Schließen eines Durchflusskontrollelements der Fluidfördereinheit oder des an der Fluidfördereinheit angeschlossenen Leitungssystems aus dem stabilen Bereich in den Stabilitätsübergangsbereich gebracht. Das Durchflusskontrollelement ist beispielsweise als Regelventil, als Drosselklappe oder dergleichen ausgebildet. Beispielsweise wird der aktuelle Arbeitspunkt der Fluidfördervorrichtung durch teilweises Öffnen des Durchflusskontrollelements der Fluidfördereinheit oder des an der Fluidfördereinheit angeschlossenen Leitungssystems aus dem Strömungsabrissbereich in den Stabilitätsübergangsbereich gebracht. Insbesondere ermittelt die Steuereinheit in dem Stabilitätsübergangsbereich den aktuellen Wert des Betriebsparameters und hinterlegt diesen insbesondere in der Speichereinheit der Steuereinheit. Bevorzugt ermittelt die Steuereinheit den Betriebsparameter in Abhängigkeit von der Drehzahl als weiteren Betriebsparameter, insbesondere bei konstanter Einstellung des Durchflusskontrollelements. Optional ermittelt die Steuereinheit den Betriebsparameter in Abhängigkeit von dem Volumenstrom und/oder der Druckdifferenz als weiteren Betriebsparameter, insbesondere bei verschiedenen Einstellungen des Durchflusskontrollelements. Vorzugsweise wird der Stabilitätswert in Abhängigkeit von den in dem Stabilitätsübergangsbereich ermittelten Werten des Betriebsparameters ermittelt. Insbesondere ist der Stabilitätswert bis auf einen optionalen, anwendungsabhängigen Sicherheitsfaktor gleich zu dem im Stabilitätsübergangsbereich ermittelten Werten des Betriebsparameters. Bevorzugt ermittelt die Steuereinheit oder eine externe Kalibrierungsrecheneinheit eine, insbesondere von dem weiteren Betriebsparameter abhängige, Korrelationsfunktion zwischen den im Stabilitätsübergangsbereich ermittelten Werten und dem Referenzwert. Insbesondere ermittelt die Steuereinheit während eines regulären Betriebs der Fluidfördervorrichtung den Stabilitätswert in Abhängigkeit von der Korrelationsfunktion und dem Referenzwert. Besonders bevorzugt gibt die Korrelationsfunktion, insbesondere bei einer bestimmten Drehzahl des Förderelements, ein Leistungsverhältnis eines Arbeitspunkts im stabilen Arbeitsbereich, insbesondere bei dieser Drehzahl, zu einem Arbeitspunkt im Stabilitätsübergangsbereich, insbesondere bei derselben Drehzahl, wieder. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann der Betriebsparameter, insbesondere der Stabilitätswert, aus dem weiteren Betriebsparameter zu einer Bewertung ermittelt werden. Ferner kann vorteilhaft eine obere Schranke für den Betriebsparameter, insbesondere für den Stabilitätswert, ermittelt werden. Insbesondere kann eine vorteilhaft zuverlässige Bewertung des Risikos erreicht werden.

[0012] Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Abhängigkeit des Betriebsparameters von dem weiteren Betriebsparameter mittels einer Regressionsfunktion genähert wird. Insbesondere wird die Korrelationsfunktion durch eine Regressionsfunktion genähert. Die Regressionsfunktion kann insbesondere von der Steuereinheit oder der externen Kalibrierungsrecheneinheit erstellt werden. Vorzugsweise wird die Regressionsfunktion in dem Kalibrierungsschritt als Rechenvorschrift für die Steuereinheit in dem Speicher der Steuereinheit hinterlegt. Insbesondere wird die Regressionsfunktion nach einem an sich bekannten Verfahren ermittelt, beispielsweise einem Verfahren basierend auf der Methode der kleinsten Quadrate, basierend auf der Maximum-Likelihood-Methode, basierend auf einer Gaußprozess-Regression oder dergleichen. Besonders bevorzugt ist die Regressionsfunktion ein Polynom, insbesondere zumindest zweiter Ordnung, vorzugsweise zumindest dritter Ordnung, in dem weiteren Betriebsparameter. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann der Betriebsparameter, insbesondere der Stabilitätswert, vorteilhaft lückenlos aus dem weiteren Betriebsparameter, insbesondere für eine beliebige Drehzahl, ermittelt werden. Es kann eine vorteilhaft einfache, insbesondere vorteilhaft schnell auszuwertende und vorteilhaft wenig Speicherplatz benötigende, Rechenvorschrift für den Betriebsparameter, insbesondere den Stabilitätswert, bereitgestellt werden.

[0013] Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt eine Gegenmaßnahme ergriffen wird, um das Risiko zu senken. Die Gegenmaßnahme ist insbesondere dazu vorgesehen, den Strömungswiderstand der Fluidfördervorrichtung und/oder des an der Fluidfördervorrichtung angeschlossenen Leitungssystems zu senken. Vorzugsweise wird die Gegenmaßnahme automatisch, insbesondere ohne Eingriff eines Bedieners, von der Steuereinheit ausgeführt. Vorzugsweise löst die Steuereinheit die Gegenmaßnahme aus, wenn der aktuelle Wert des Betriebsparameters den Stabilitätswert erreicht und/oder überschreitet. Beispielsweise werden/wird die Fluidfördervorrichtung und/oder das Leitungssystem als Gegenmaßnahme enteist oder gereinigt. Eine automatische Enteisung kann beispielsweise mittels eines elektrischen Heizelements der Fluidfördervorrichtung durchgeführt werden und/oder, bei einem Einsatz in einem Wärmepumpensystem, durch eine temporäre Umkehrung einer Wärmepumprichtung des Wärmepumpensystems. Eine automatische Reinigung kann beispielsweise mittels einer temporären Umkehrung einer Förderrichtung der Fluidfördervorrichtung, mittels eines mechanischen Reinigungselements der Fluidfördervorrichtung, beispielsweise einem/r elektrisch angetriebenen Stößel, Schaber, Spirale oder dergleichen, mittels Einspeisung eines Hochdruckfluids und/oder mittels eines Wechsels eines Filters der Fluidfördervorrichtung durchgeführt werden. Als temporäre Gegenmaßnahme, insbesondere zur Sicherstellung eines Betriebs der Fluidfördervorrichtung ohne unmittelbare Behebung einer Ursache des Risikos, kann beispielsweise ein Bypass geöffnet werden und/oder eine Kompensation mittels einer Anpassung der Drehzahl des Förderelements und/oder mittels einer Anpassung eines Verkippungswinkels des Förderelements relativ zu einer Drehachse des Rotors durchgeführt werden. Insbesondere zusätzlich, ist es denkbar, dass die Steuereinheit einen Bediener und/oder einen Wartungsdienst informiert, um das Risiko manuell zu senken, insbesondere wenn nach der automatischen Gegenmaßnahme der aktuelle Wert des Betriebsparameters immer noch über dem Stabilitätswert liegt und/oder nicht gesenkt werden konnte. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann ein Betrieb der Fluidfördervorrichtung in dem Strömungsabrissbereich in einer vorteilhaft großen Anzahl an Situationen vermieden werden.

[0014] Weiter wird eine Fluidfördervorrichtung, insbesondere eines Wärmepumpensystems, mit einer, insbesondere der bereits genannten, Steuereinheit zu einem Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen. Unter einer "Steuereinheit" soll insbesondere eine Einheit mit zumindest einer Steuerelektronik verstanden werden. Unter einer "Steuerelektronik" soll insbesondere eine Einheit mit einer Prozessoreinheit und mit einer, insbesondere der bereits genannten, Speichereinheit sowie mit einem in der Speichereinheit gespeicherten Betriebsprogramm verstanden werden. Die Fluidfördervorrichtung umfasst zumindest das Förderelement, insbesondere eine Vielzahl an Förderelementen. Die Fluidfördervorrichtung umfasst zumindest die elektrische Antriebseinheit, zu einem Antrieb des Förderelements. Vorzugsweise ist die elektrische Antriebseinheit als Elektromotor ausgebildet. Die Fluidfördervorrichtung umfasst optional ein fluiddurchlässiges Schutzelement, welches insbesondere zu einem Schutz des Förderelements vor Objekten und/oder Staub vorgesehen ist. Das Schutzelement ist insbesondere stromaufwärts des Förderelements angeordnet. Das Schutzelement ist beispielsweise als, insbesondere grobmaschiges, Gitter, insbesondere als Drahtgitter, Stangengitter und/oder Lamellengitter, und/oder als, insbesondere feinmaschiger, Filter ausgebildet. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine vorteilhaft verschleißarme, vorteilhaft energieeffiziente, vorteilhaft geräuscharme und/oder vorteilhaft langlebige Fluidfördervorrichtung bereitgestellt werden.

[0015] Des Weiteren wird ein Wärmepumpensystem mit zumindest einer Verdampfereinheit und einer an der Verdampfereinheit angeschlossenen erfindungsgemäßen Fluidfördervorrichtung vorgeschlagen. Insbesondere ist das Wärmepumpensystem als Kompressionswärmepumpe ausgebildet. Insbesondere umfasst das Wärmepumpensystem einen Fluidkreislauf mit einem Wärmeträger. Das Wärmepumpensystem umfasst insbesondere einen Kompressor zu einem Umwälzen und insbesondere einer Druckbeaufschlagung, insbesondere Verdichten, des Wärmeträgers. Das Wärmepumpensystem umfasst zumindest eine Kondensatoreinheit zu einem Kondensieren des Wärmeträgers und insbesondere zu einer Übertragung von Kondensationswärme auf einen Sekundärkreislauf. Der Sekundärkreislauf kann beispielsweise als Heizkörperkreislauf oder zu einer Temperierung eines Brauchfluids, insbesondere Betriebswasser und/oder Trinkwasser, ausgebildet sein. Das Wärmepumpensystem umfasst insbesondere zumindest eine Drossel zu einem Entspannen des Wärmeträgers. Die Verdampfereinheit ist insbesondere dazu vorgesehen, den Wärmeträger zu verdampfen. Insbesondere ist die Verdampfereinheit dazu vorgesehen, eine notwendige Verdampfungswärme dem von der Fluidfördervorrichtung geförderten Fluid, insbesondere ohne Stoffaustausch, zu entnehmen. Insbesondere ist die Fluidfördervorrichtung dazu vorgesehen, ein fluides Wärmereservoir, insbesondere Umgebungsluft und/oder Wasser, der Verdampfungseinheit zuzuführen. Vorzugsweise umfasst das Wärmepumpensystem eine Wärmepumpensteuereinheit. Die Steuereinheit der Fluidfördervorrichtung und die Wärmepumpensteuereinheit können insbesondere ineinander integriert sein und/oder als eigenständige Module ausgebildet sein. Vorzugsweise umfasst die Steuereinheit und die Wärmepumpensteuereinheit jeweils zumindest eine Datenschnittstelle zu einem Datenaustausch zwischen der Steuereinheit und der Wärmepumpensteuereinheit. Beispielsweise sind die Datenschnittstellen zu einer Übermittlung eines Förderleistungsbedarfs von der Wärmepumpensteuereinheit zu der Steuereinheit vorgesehen. Insbesondere stellt die Steuereinheit die Drehzahl des Förderelements in Abhängigkeit von dem übermittelten Förderleistungsbedarf ein. Besonders bevorzugt regelt die Steuereinheit und/oder die Wärmepumpensteuereinheit die Drehzahl proportional zu einer Temperaturdifferenz zwischen einer Umgebungstemperatur und einer Verdampfertemperatur. Optional ist ein Sollwert für die Temperaturdifferenz abhängig von der Umgebungstemperatur, insbesondere bei ansteigender Umgebungstemperatur ebenfalls ansteigend, wobei der Sollwert insbesondere in einem Temperaturbereich zwischen 0°C und 6°C ein lokales Minimum aufweist. Vorzugsweise ist eine Heizleistung des Wärmepumpensystems, insbesondere im Verhältnis zu einer Nennleistung des Wärmepumpensystems, als Vorsteuerung für eine Regelung der Drehzahl vorgesehen. Beispielsweise sind die Datenschnittstellen zu einer Übermittlung eines Enteisungsbedarfs von der Steuereinheit zu der Wärmepumpensteuereinheit vorgesehen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann ein vorteilhaft verschleißarmes, vorteilhaft energieeffizientes, vorteilhaft geräuscharmes und/oder vorteilhaft langlebiges Wärmepumpensystem bereitgestellt werden.

[0016] Ferner wird vorgeschlagen, dass ein Abstand eines stabilen Arbeitspunkts der Fluidfördereinheit von einem, insbesondere dem bereits genannten, Strömungsabrissbereich einer Kennlinie der Fluidfördereinheit einen wesentlichen Teilabschnitt eines, insbesondere des bereits genannten, stabilen Bereichs dieser Kennlinie bildet. Unter einem "wesentlichen Teilabschnitt" soll insbesondere ein Abschnitt einer Strecke verstanden werden, der zumindest 25 %, bevorzugt zumindest 33 %, besonders bevorzugt zumindest 45 % umfasst, wobei der Abschnitt insbesondere weniger als 90 %, besonders bevorzugt weniger als 75 %, der Strecke umfasst. Die, insbesondere auslegungsspezifische und charakteristische, Kennlinie der Fluidfördereinheit gibt eine Korrelation zwischen einer Förderhöhe und/oder der Druckdifferenz der Fluidfördereinheit und einer Fördermenge, typischerweise dem Volumenstrom, bei konstanter Drehzahl des Förderelements an. Die Korrelation der Kennlinie ist zumindest im stabilen Bereich typischerweise negativ. Insbesondere im Strömungsabrissbereich kann die Korrelation der Kennlinie streckenweise positiv sein. Vorzugsweise entspricht der Stabilitätswert einem Wert des Betriebsparameters an einem lokalen Maximum oder Sattelpunkt der Kennlinie. Der aktuelle Arbeitspunkt der Fluidfördervorrichtung wird insbesondere durch eine Systemkennlinie des an der Fluidfördervorrichtung angeschlossenen Leitungssystems vorgegeben. Beispielsweise kann eine Vergrößerung des stabilen Bereichs, insbesondere eine Verschiebung des lokalen Maximums oder des Sattelpunkts in Richtung niedriger Fördermengen und insbesondere weg von der Systemkennlinie, durch eine Verkleinerung des Durchmessers des gesamten Rotors der Fluidfördervorrichtung und/oder durch eine Erhöhung der Anzahl an Förderelementen pro Rotor der Fluidfördervorrichtung erreicht werden. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann der stabile Bereich vorteilhaft groß gehalten werden. Insbesondere kann eine vorteilhaft lange Zeitdauer zwischen zwei Gegenmaßnahmen erreicht werden.

[0017] Das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße Fluidfördervorrichtung und/oder das erfindungsgemäße Wärmepumpensystem sollen/soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere können/kann das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße Fluidfördervorrichtung und/oder das erfindungsgemäße Wärmepumpensystem zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten sowie Verfahrensschritten abweichende Anzahl aufweisen. Zudem sollen bei den in dieser Offenbarung angegebenen Wertebereichen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als offenbart und als beliebig einsetzbar gelten.

Zeichnungen

[0018] Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

[0019] Es zeigen:

Fig. 1

eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wärmepumpensystems mit einer erfindungsgemäßen Fluidfördervorrichtung,

Fig. 2

eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 3

ein schematisches Diagramm unterschiedlicher Stabilitätsbereiche der Fluidfördervorrichtung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

[0020] Figur 1 zeigt ein Wärmepumpensystem 14. Das Wärmepumpensystem 14 umfasst insbesondere einen geschlossen Fluidkreislauf für einen Wärmeträger 42. Das Wärmepumpensystem 14 umfasst, insbesondere in dem Fluidkreislauf, zumindest eine Verdampfereinheit 30. Vorzugsweise umfasst das Wärmepumpensystem 14, insbesondere in dem Fluidkreislauf, zumindest einen Kompressor 38. Bevorzugt umfasst das Wärmepumpensystem 14, insbesondere in dem Fluidkreislauf, zumindest eine Drossel 40. Vorzugsweise umfasst das Wärmepumpensystem 14, insbesondere in dem Fluidkreislauf, zumindest eine Kondensatoreinheit 36. Insbesondere ist die Kondensatoreinheit 36 an einem Sekundärkreislauf 44 angeschlossen, insbesondere zu einem Wärmeaustausch zwischen dem Fluidkreislauf und dem Sekundärkreislauf 44. Das Wärmepumpensystem 14 umfasst zumindest eine Fluidfördervorrichtung 12, insbesondere zu einer Förderung eines Fluids 17. Beispielsweise ist das Fluid 17 als Umgebungsluft ausgebildet. Die Fluidfördervorrichtung 12 ist an der Verdampfereinheit 30 angeschlossenen, insbesondere zu einem Wärmeaustausch zwischen dem Fluid 17 und dem Fluidkreislauf. Die Fluidfördervorrichtung 12 umfasst zumindest ein Förderelement 16. Beispielsweise ist das Förderelement 16 als Rotorblatt eines Ventilators ausgebildet. Die Fluidfördervorrichtung 12 umfasst eine Steuereinheit 28. Die Steuereinheit 28 ist zu einem Durchführen eines Verfahrens 10 vorgesehen, welches insbesondere in Figur 2 näher erläutert wird. Insbesondere ist die Steuereinheit 28 zu einer Steuerung des Förderelements 16 vorgesehen. Optional ist die Steuereinheit 28 zusätzlich als Wärmepumpensteuereinheit ausgebildet, insbesondere zu einer Steuerung des Kompressors 38. Optional umfasst die Fluidfördervorrichtung 12 zumindest ein Schutzelement 46, beispielsweise ein Lamellengitter. Vorzugsweise umfasst die Fluidfördervorrichtung 12 zumindest eine Sensoreinheit, zu einer Erfassung einer Drehzahl des Förderelements 16 und eines leitstungsbezogenen Betriebsparameters, insbesondere einer aufgenommenen elektrischen Leistung, der Fluidfördervorrichtung 12.

[0021] Figur 2 zeigt das Verfahren 10 zum Betrieb der Fluidfördervorrichtung 12. Das Verfahren 10 umfasst zumindest einen Kalibrierungsschritt 18, insbesondere zu einer Charakterisierung der Fluidfördervorrichtung 12. Das Verfahren 10 umfasst vorzugweise einen Korrelationsschritt 48, insbesondere zu einer Auswertung des Kalibrierungsschritts 18. Das Verfahren 10 umfasst einen regulären Betrieb 50, in welchem die Fluidfördervorrichtung 12 das Fluid 17 fördert. Vorzugsweise umfasst das Verfahren 10 zumindest einen Überprüfungsschritt 52, insbesondere zu einer Bewertung eines Risikos eines Strömungsabrisses anhand eines aktuellen Werts des Betriebsparameters der Fluidfördervorrichtung 12. Das Verfahren 10 umfasst zumindest eine Gegenmaßnahme 26 zu einer Senkung des Risikos.

[0022] Vorzugsweise wird zu einer Bewertung des Risikos eine elektrische Leistungsaufnahme der Fluidfördervorrichtung 12 als Betriebsparameter ermittelt. In dem Kalibrierungsschritt 18 wird zumindest ein Referenzwert aus einem stabilen Bereich 20 einer Kennlinie 22, 22', 22", 22"', 22"" (vgl. Figur 3) der Fluidfördervorrichtung 12 ermittelt, um den aktuellen Wert, insbesondere in dem Überprüfungsschritt 52, zu bewerten. Beispielsweise ist der Referenzwert eine elektrische Leistungsaufnahme der Fluidfördervorrichtung 12 an einem stabilen Arbeitspunkt 32 (vgl. Figur 3) aus dem stabilen Bereich 20. Vorzugsweise stellt die Steuereinheit 28 in dem Kalibrierungsschritt 18 unterschiedliche Drehzahlen des Förderelements 16 ein, bei welchen der Referenzwert jeweils drehzahlspezifisch ermittelt wird. Vorzugsweise wird in dem Kalibrierungsschritt 18 der Referenzwert, insbesondere zusammen mit der zugehörigen Drehzahl, in einer Speichereinheit der Steuereinheit 28 hinterlegt.

[0023] In dem Kalibrierungsschritt 18 wird eine Abhängigkeit des Betriebsparameters von einem weiteren Betriebsparameter, insbesondere der Drehzahl, der Fluidfördervorrichtung 12 in einem Stabilitätsübergangsbereich 24 (vgl. Figur 3) erfasst. Insbesondere wird in dem Kalibrierungsschritt 18 ein aktueller Arbeitspunkt der Fluidfördervorrichtung 12 auf einen Grenzarbeitspunkt 62 (vgl. Fig. 3) durch Anpassung eines Strömungswiderstands der Fluidfördervorrichtung 12 verschoben. Insbesondere liegen der Grenzarbeitspunkt 62 und der stabile Arbeitspunkt 32, bei welchem der Referenzwert ermittelt wird, auf derselben Kennlinie 22". Vorzugsweise wird der Betriebsparameter an dem Grenzarbeitspunkt 62 ermittelt. Vorzugsweise stellt die Steuereinheit 28 in dem Kalibrierungsschritt 18 unterschiedliche Drehzahlen des Förderelements 16 ein, bei welchen der Betriebsparameter des Grenzarbeitspunkts 62 jeweils drehzahlspezifisch ermittelt wird. Vorzugsweise wird in dem Kalibrierungsschritt 18 der Wert des Betriebsparameters an dem Grenzarbeitspunkt 62, insbesondere zusammen mit der zugehörigen Drehzahl, in einer Speichereinheit der Steuereinheit 28 hinterlegt.

[0024] In dem Korrelationsschritt 48 stellt die Steuereinheit 28 den Wert des Betriebsparameters an dem Grenzarbeitspunkt 62 dem Referenzwert, welcher insbesondere mit derselben Drehzahl ermittelt wurde, gegenüber. Vorzugsweise ermittelt die Steuereinheit 28 in dem Korrelationsschritt 48 eine Korrelationsfunktion zwischen dem Wert des Betriebsparameters an dem Grenzarbeitspunkt 62 und dem Referenzwert, insbesondere in Abhängigkeit von der Drehzahl des Förderelements 16. Die Abhängigkeit des Betriebsparameters von dem weiteren Betriebsparameter wird mittels einer Regressionsfunktion genähert. Insbesondere beschreibt die Regressionsfunktion ein Verhältnis des Werts des Betriebsparameters an dem Grenzarbeitspunkt 62 zu dem Referenzwert als Funktion der Drehzahl. Vorzugsweise verwendet die Steuereinheit 28 für die Regressionsfunktion ein Polynom zumindest zweiter, vorzugsweise dritter Ordnung, in der Drehzahl. Beispielsweise verwendet die Steuereinheit 28 das Modell:

wobei P_GA der Wert des Betriebsparameters an dem Grenzarbeitspunkt 62, n die Drehzahl, p die Regressionsfunktion und P_Ref der Referenzwert sind. Insbesondere verwendet die Steuereinheit 28 zu einer Bestimmung der Regressionsfunktion die in dem Kalibrierungsschritt 18 ermittelten Werte des Betriebsparameters und des Referenzwerts. Für eine Abhängigkeit des Referenzwerts von der Drehzahl kann die Steuereinheit 28 einen, insbesondere an sich bekannten, analytischen Ausdruck, eine weitere Regressionsfunktion oder ein Tabellenwerk verwenden, welche/s insbesondere auf den in dem Kalibrierungsschritt 18 ermittelten Werten beruht. Optional ist das Modell zusätzlich abhängig von einem durch die Fluidfördervorrichtung 12 erzeugten Volumenstrom 54 und/oder einer Druckdifferenz 56 (vgl. Fig. 3).

[0025] In dem regulären Betrieb 50 fördert die Fluidfördervorrichtung 12 das Fluid 17, insbesondere zu der Verdampfereinheit 30 hin. Vorzugsweise regelt die Steuereinheit 28 die Drehzahl des Förderelements 16, insbesondere in Abhängigkeit von einer Verdampfertemperatur der Verdampfereinheit 30, einer Heizleistung des Wärmepumpensystems 14 und einer Umgebungstemperatur. Vorzugsweise betreibt die Steuereinheit 28 die Fluidfördervorrichtung 12 in dem regulären Betrieb 50 auf einem Arbeitspunkt des stabilen Bereichs 20. Situationsabhängig kann ein aktueller Arbeitspunkt während des regulären Betriebs 50, beispielsweise durch eine Vereisung der Verdampfereinheit 30, in Richtung eines Strömungsabrissbereichs 34 verschoben werden.

[0026] In dem Überprüfungsschritt 52 wird der aktuelle Wert des Betriebsparameters ermittelt. In dem Überprüfungsschritt 52 wird in Abhängigkeit von dem ermittelten Wert des Betriebsparameters der Fluidfördervorrichtung 12 ein Risiko eines Strömungsabrisses des Fluids 17 von dem Förderelement 16 bewertet. Vorzugsweise überprüft die Steuereinheit 28 in dem Überprüfungsschritt 52 zumindest, ob ein aktueller Arbeitspunkt noch in dem stabilen Bereich 20 liegt. Optional ermittelt die Steuereinheit 28 in dem Überprüfungsschritt 52, wie weit entfernt der aktuelle Arbeitspunkt von dem Strömungsabrissbereich 34, insbesondere von dem Grenzarbeitspunkt 62, ist. Optional ermittelt die Steuereinheit 28 in dem Überprüfungsschritt 52 eine verbleibende Zeitdauer bis zu einem Erreichen des Strömungsabrissbereichs 34, insbesondere durch Extrapolation einer Historie des Betriebsparameters. Vorzugsweise ermittelt die Steuereinheit 28 in dem Überprüfungsschritt 52 einen Stabilitätswert des Betriebsparameters. Insbesondere ermittelt die Steuereinheit 28 den Stabilitätswert anhand des Modells P_GA(n) für den Wert des Betriebsparameters an dem Grenzarbeitspunkt 62. Optional multipliziert die Steuereinheit 28 das Modell P_GA(n) für den Wert des Betriebsparameters mit einem Sicherheitsfaktor, dessen Betrag insbesondere kleiner 1 ist. In dem Überprüfungsschritt 52 wird der aktuelle Wert des Betriebsparameters mit dem Stabilitätswert des Betriebsparameters verglichen, um das Risiko zu bewerten. Insbesondere wenn der aktuelle Wert kleiner als der Stabilitätswert ist, wird der reguläre Betrieb 50 aufrechterhalten. Insbesondere wenn der aktuelle Wert größer als der Stabilitätswert ist, löst die Steuereinheit 28 die Gegenmaßnahme 26 aus, um das Risiko eines Strömungsabrisses zu senken. Beispielsweise ist die Gegenmaßnahme 26 als, insbesondere an sich bekannte, automatische Enteisung der Verdampfereinheit 30 ausgebildet.

[0027] Figur 3 zeigt beispielhaft ein Kennliniendiagramm des Wärmepumpensystems 14. Insbesondere ist in dem Kennliniendiagramm die von der Fluidfördervorrichtung 12 erzeugte Druckdifferenz 56 gegen den erzeugten Volumenstrom 54 aufgetragen. Die Kennlinie 22, 22', 22", 22"', 22"" gibt insbesondere die Abhängigkeit von Druckdifferenz 56 und Volumenstrom 54 bei konstanter Drehzahl an. Ausprägungen der Kennlinie 22, 22', 22", 22"', 22"" für unterschiedlicher Drehzahl sind zu einer Unterscheidung mit Apostroph (') gekennzeichnet. Insbesondere ist die Kennlinie 22, 22', 22", 22'", 22"" in den stabilen Bereich 20 und den Strömungsabrissbereich 34 unterteilt. Insbesondere liegt zwischen dem stabilen Bereich 20 und dem Strömungsabrissbereich 34 der Stabilitätsübergangsbereich 24. Ein aktueller Arbeitspunkt der Fluidfördervorrichtung 12 ergibt sich insbesondere aus einem Schnittpunkt der Kennlinie 22, 22', 22", 22'", 22"" mit einer Systemkennlinie 58, 60, 64 des Wärmepumpensystems 14. Die Systemkennlinie 58, 60, 64 beschreibt insbesondere einen Strömungswiderstand eines an der Fluidfördervorrichtung 12 angeschlossenen Leitungssystems des Wärmepumpensystems 14. Bei dem regulären Betrieb 50 liegt die Systemkennlinie 58 vorzugsweise in dem stabilen Bereich 20 und gibt beispielsweise den stabilen Arbeitspunkt 32 vor. Ein Abstand des stabilen Arbeitspunkts 32 der Fluidfördervorrichtung 12 von dem Strömungsabrissbereich 34 der Kennlinie 22"', insbesondere von dem Grenzarbeitspunkt 62, der Fluidfördervorrichtung 12 bildet einen wesentlichen Teilabschnitt des stabilen Bereichs 20 dieser Kennlinie 22"'. Beispielsweise durch Vereisung, verschiebt sich die Systemkennlinie 60 in Richtung des Stabilitätsübergangsbereichs 24, insbesondere bis der Grenzarbeitspunkt 62 erreicht wird. Vorzugsweise leitet die Steuereinheit 28 spätestens zu dem Zeitpunkt, da der Grenzarbeitspunkt 62 erreicht wird, die Gegenmaßnahme 26, insbesondere ein Enteisen, ein. Insbesondere ohne, bei zu schwacher oder zu später Gegenmaßnahme 26, kann die Systemkennlinie 64 in den Strömungsabrissbereich 34 abgleiten, wodurch das Förderelement 16 vorzeitig verschleißt und/oder beschädigt werden kann.

Ansprüche

1. Verfahren zum Betrieb einer Fluidfördervorrichtung, insbesondere einer Fluidfördervorrichtung eines Wärmepumpensystems, welche zumindest ein Förderelement (16) umfasst, mit welchem in zumindest einem Verfahrensschritt ein Fluid (17) gefördert wird, wobei in zumindest einem Verfahrensschritt ein aktueller Wert zumindest eines Betriebsparameters der Fluidfördervorrichtung ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt in Abhängigkeit von dem ermittelten Wert des Betriebsparameters der Fluidfördervorrichtung ein Risiko eines Strömungsabrisses des Fluids (17) von dem Förderelement (16) bewertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt der aktuelle Wert des Betriebsparameters mit einem Stabilitätswert des Betriebsparameters verglichen wird, um das Risiko zu bewerten.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Kalibrierungsschritt (18) zumindest ein Referenzwert aus einem stabilen Bereich (20) einer Kennlinie (22, 22', 22", 22"', 22"") der Fluidfördervorrichtung ermittelt wird, um den aktuellen Wert zu bewerten.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Kalibrierungsschritt (18) eine Abhängigkeit des Betriebsparameters von einem weiteren Betriebsparameter der Fluidfördervorrichtung in einem Stabilitätsübergangsbereich (24) erfasst wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abhängigkeit des Betriebsparameters von dem weiteren Betriebsparameter mittels einer Regressionsfunktion genähert wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt eine Gegenmaßnahme (26) ergriffen wird, um das Risiko zu senken.

7. Fluidfördervorrichtung, insbesondere eines Wärmepumpensystems, mit einer Steuereinheit (28) zu einem Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6.

8. Wärmepumpensystem mit zumindest einer Verdampfereinheit (30) und einer an der Verdampfereinheit (30) angeschlossenen Fluidfördervorrichtung nach Anspruch 7.

9. Wärmepumpensystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand eines stabilen Arbeitspunkts (32) der Fluidfördervorrichtung von einem Strömungsabrissbereich (34) einer Kennlinie (22"') der Fluidfördervorrichtung einen wesentlichen Teilabschnitt eines stabilen Bereichs (20) dieser Kennlinie (22"') bildet.

Zeichnung