KÄLTEKREISVORRICHTUNG MIT ZWISCHENRAUM-WÄRMEÜBERTRAGER

Abstract

 Zwischenraum-Wärmeübertrager (1) zur Übertragung von Wärme zwischen einem Arbeitsfluid eines Kältekreislaufes (101) und einem Wärmeträgerfluid, wobei in den Zwischenraum zwischen den beiden Fluid führenden Kammern ein Sorptionsmittel (4) eingebracht ist, welches geeignet ist, Arbeitsfluid unter Abgabe von Sorptionswärme zu sorbieren.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft die Verhinderung des Übertritts von entzündlichen oder schädlichen gasförmigen Kohlenwasserstoffen, die auch teil- oder per-halogeniert sein können, aus einem Wärmepumpensystem in einen Heizungskreislauf oder Kühlsolekreislauf, im Folgenden als Wärmeträgerfluidkreislauf bezeichnet.

[0002] Einerseits ist bekannt, dass Heizkreisläufe gelegentlich entlüftet werden müssen, da sich Luft im System ansammeln kann. Meist geschieht dies durch Undichtigkeiten an erhöhten Stellen im Heizkreislauf, bei denen eine Undichtigkeit in Verbindung mit Unterdruck zum Ansaugen von Luft in den Wasserkreislauf führt. In manchen Fällen handelt es sich auch um Luft, die in Nachfüllwasser gelöst ist und die bei dessen Erwärmung freigesetzt wird. Dasselbe gilt für Sole-Split-Anlagen, bei denen sich Sole im Heizkreis befindet und auch für Klimaanlagen. Je nachdem, welche Zwecke ein solcher Wärmeträgerfluidkreislauf erfüllen oder welche Umgebungsbedingungen er zu bewältigen hat, können neben dem eigentlichen Wärmeträger, meistens Wasser, auch Additive dem Wärmeträgerfluidkreislauf hinzugesetzt werden. Hierbei handelt es sich meist um Frostschutzmittel oder Korrosionsschutzmittel.

[0003] Andererseits werden inzwischen in Wärmepumpen und in Kühl- und Gefrieranlagen entzündliche Kältemittel als Arbeitsfluide verwendet, die den Vorteil haben, bei ihrer versehentlichen Freisetzung weder das Klima noch die Ozonschicht zu schädigen oder deren Freisetzung wenigstens weniger schädlich ist. Eine solche versehentliche Freisetzung ist aufgrund deren Brennbarkeit und sonstigen Schadwirkung aber möglichst zu vermeiden. In Kältekreisen, in denen solche Arbeitsfluide eingesetzt werden, können solche unbeabsichtigten Freisetzungen über die Wärmeübertrager passieren, die als Verflüssiger und Verdampfer zum Einsatz kommen und die mit dem Wärmeträgerfluidkreislauf, also dem Heizungskreislauf oder Kühlsolekreislauf, über ihre Austauschflächen verbunden sind. Im Unterschied zu herkömmlichen Gasbrennkesseln steht das Arbeitsfluid im Kältekreis unter einem höheren Druck als das Wärmeträgerfluid im Heizkreis oder Kühlsolekreis, es könnte also bei Leckagen leicht in den unter geringerem Druck stehenden Wärmeträgerfluidkreislauf gelangen.

[0004] Um dies so weit wie möglich zu verhindern, werden im herkömmlichen Stand der Technik doppelwandige Wärmeübertrager verwendet, wie sie beispielsweise in den Patentschriften DE 11 2019 001 344 T5, DE 11 2019 001 350 T5 und DE 11 2019 001 351 T5 für Wärmepumpen beschrieben sind, die das Arbeitsfluid R290 gegen eine Wasser-Propylenglykol-Sole als Wärmeträgerfluid führen. Neben dem hohen Preis führt dieser Einsatz aber zu Effizienzverlusten, da die Materialien, wie beispielsweise etwa Edelstahl, Wärme schlecht leiten und der dünne Luftspalt zwischen den Wärmeübertragerflächen wie eine Isolierung wirkt. Praktisch bedeutet dies, dass höhere Temperaturdifferenzen in den Wärmeübertragern eingestellt werden müssen, was den Wirkungsgrad von Wärmepumpen herabsetzt.

[0005] Die DE 10 2019 134 587 A1 beschreibt für Adsorptionsmaschinen doppelwandige Wärmeübertrager, die zwischen den Fluid führenden Kammern Rohrabschnitte aufweisen, die die beiden Kammern miteinander verbinden. Das Innere der Rohrabschnitte ist als HeatPipe ausgebildet. Im Zwischenraum zwischen den Kammern ist eine Aktivmaterialbeschichtung aufgebracht.

[0006] Ein weiterer Adsorptionswärmeübertrager wird in der DE 10 2011 108 467 A1 beschrieben. Hierbei wird zwischen zwei benachbarten Rohrelementen ein Lamellenprofil vorgesehen, in welches ein Sorptionsmittel aufnehmbar ist, das in Form einer Schüttung von Sorptionsmittel-Pellets vorliegt Auch hier handelt es sich um einen Wärmeübertrager für eine Adsorptionsmaschine, die keinen Verdichter benötigt. Die Adsorption ist dabei zentraler Teil des Kälteverfahrens und dient nicht der Sicherung gegen Kältemittelaustritt.

[0007] Die DE 195 39 106 A1 beschriebt einen weiteren Wärmeübertrager mit Zwischenräumen, die durch Sorptionsmaterial gefüllt sind. Die Füllung mit Sorptionsmaterial ist praktisch lückenlos und die Schüttungspartikel des Sorptionsmaterials sind durch Keramikkleber fixiert.

[0008] Die US 2011/0232305 A1 beschreibt ein kombiniertes Verfahren zur Energieerzeugung, bei dem die entstehende Abwärme zur Erzeugung von Kälte mittels einer Adsorptionswärmepumpe. Hierbei wird Arbeitsfluid mittels eines Adsorptionsmittels in einem Wärmetauscher adsorbiert. Die DE 10 2011 083 976 A1 beschreibt ein Sorptionsmittel aus einer ionischen Flüssigkeit für eine Absorptionswärmepumpe. Die DE 10 2015 224 660 A1 beschreibt einen Wärmetauscher für eine sorptive Kältemaschine oder Wärmepumpe mit einem Sorptionsmittel, welches einen Katalysator enthält. Die DE 2006 028 372 A1 beschreibt eine Heatpipe, die mit Fasern in ihrem Inneren ausgestattet ist. Die DE 3135025 A1 beschreibt einen sorptiv wirkenden Körper, der ein Sorptionsmittel wie Aktivkohle enthält, welches Gerüche aufnehmen und diese durch Desorption wieder abgeben kann. Die DE 198 11 302 C2 beschreibt einen Sorptionsspeicher zur Speicherung von Wärme.

[0009] Alle diese genannten Schriften beschreiben Sorptionsvorgänge in Sorptionswärmepumpen oder für Sonderfälle, nicht jedoch die Wärmeübertragungen in linksdrehenden Kreisprozessen, bei denen ein Verdichter ein dampfförmiges Kältemittel verdichtet, dieses verdichtete unter Druck befindliche Kältemittel in einem Kondensatorwärmetauscher Wärme an ein Wärmeträgermedium abgibt, das erhaltene Kältemittelkondensat danach entspannt wird und das beim Entspannen abgekühlte Kältemittel in einem Verdampfer bei niedriger Temperatur Wärme aufnimmt und dabei verdampft.

[0010] Die Anforderungen an den Kondensator, aber auch an den Verdampfer, sind aus technischer Sicht groß und unterscheiden sich von den Anforderungen an einen Wärmeübertrager einer Adsorptionswärmepumpe erheblich. Das liegt vor allem am Druckunterschied an der Wärmeübertragungsfläche.

[0011] Die Konstruktion doppelwandigen Wärmeübertrager, die einen Spezialfall der Zwischenraum-Wärmeübertrager darstellen, ist deshalb aufwändig, weil der Luftspalt, der den Zwischenraum bildet, möglichst klein sein soll. Wenn sich auf beiden Seiten der Wärme übertragenden Fluide aber deutlich unterschiedliche Drücke einstellen, was bei Wärmepumpen üblich ist, neigen die dünnen Bleche dazu, sich zu verbiegen und auszubeulen. Auch während des Betriebs besteht die Tendenz, sich zu verziehen, wenn sich die Temperaturdifferenzen ändern und die Bleche sich thermisch ausdehnen oder zusammenziehen. Diesem Dehnen und Biegen muss durch Stege und Stützen im Luftspalt begegnet werden, was im Material zusätzliche Spannungen hervorruft und nach häufigen Lastwechseln Materialversagen provoziert.

[0012] Diese doppelwandigen Wärmeübertrager mit Luftspalt können das Risiko also zwar verringern, aber ausschließen können sie es nicht. Die Aufgabe der Erfindung ist daher, einen Zwischenraum-Wärmeübertrager bereitzustellen und so zu ertüchtigen, dass auch bei Leckagen kein Arbeitsfluid in das Wärmeträgerfluid gelangen kann. Für die derart ertüchtigten Zwischenraum-Wärmeübertrager, die auch doppelwandige Wärmeübertrager sein können, soll auch ein günstiges und wirtschaftliches Herstellungsverfahren vorgestellt werden. Ferner soll eine Möglichkeit geschaffen werden, aus dem Arbeitsfluidkreislauf in den Zwischenraum ausgetretenes Arbeitsfluid zu detektieren, um weitere Maßnahmen ergreifen zu können.

[0013] Die Aufgabe wird gelöst durch Zwischenraum-Wärmeübertrager zur Übertragung von Wärme zwischen einem Arbeitsfluid eines Kältekreislaufes und einem Wärmeträgerfluid, wobei in den Zwischenraum zwischen den beiden Fluid führenden Kammern ein Sorptionsmittel eingebracht wird, welches geeignet ist, Arbeitsfluid unter Abgabe von Sorptionswärme zu sorbieren. Statt eines Luftspalts wird ein besser wärmeleitfähiges Material verwendet, welches dazu noch die Eigenschaft hat, kleine Mengen von Arbeitsfluid, sollte es aus einer Leckage austreten, zu sorbieren. Der Zwischenraum ist dabei abgeschlossen und druckdicht.

[0014] Eine solche Zwischenschicht ist leicht herzustellen. Wegen der guten Wärmeleitfähigkeit ist es nicht erforderlich, besonders dünne Zwischenschichten zu erzeugen, auch kann die Zwischenschicht tragend konstruiert werden, benötigt also keine Abstandshalter oder Stege. Hierzu bestehen unter anderen die folgenden Möglichkeiten, die auch in Kombination verwendet werden können:

[0015] In einer ersten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Sorptionsmittel eine Flüssigkeit oder ein Gel ist, worin das Arbeitsfluid gelöst wird.

[0016] In einer zweiten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Sorptionsmittel ein Feststoff ist, worin das Arbeitsfluid gelöst oder darin adsorbiert wird. Dabei ist vorgesehen, dass das Sorptionsmittel oder Adsorptionsmittel in Form einer pulverförmigen Beschichtung auf mindestens einer der wärmetauschenden, fluidabgewandten Oberflächen aufgebracht ist. Es können auch beide gegenüberliegenden Oberflächen mit Sorptionsmittel- oder Adsorptionsmittelpulver beschichtet werden. Zum Beschichten können übliche Klebeverfahren verwendet werden, auf die das Pulver aufgesprüht wird. Anschließend werden die beiden Oberflächen zusammengefügt.

[0017] In einer dritten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Sorptionsmittel in Form einer mit Sorptionsmittel- oder Adsorptionsmittelpulver belegten geschlossenporigen Schaumgummimatte zwischen den beiden wärmetauschenden, fluidabgewandten Oberflächen aufgebracht ist. Eine solche Gummimatte kann auch eine elastische Silikonverbundfolie sein, sie sollte gute Wärmeleiteigenschaften haben, 1,4 bis 2,5 W/mK sind typische Werte. Diese Matte muss nicht geklebt werden, sondern haftet adhäsiv und hat den Vorteil, dass eine zerstörungsfreie Demontage möglich ist. Gegenüber einer Leckage weist sie Notdichteigenschaften auf. Die Matte kann mit flüssigem Sorptionsmittel getränkt sein.

[0018] In einer vierten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Sorptionsmittel bzw. Adsorptionsmittel in Form einer mit Sorptionsmittel- oder Adsorptionsmittelpulver belegten oder mit sorbierender Flüssigkeit oder sorbierendem Gel getränkten, offenporigen Polyurethanschaumstoffmatte zwischen den beiden wärmetauschenden, fluidabgewandten Oberflächen aufgebracht ist. Der Vorteil davon ist, dass sich das leckagebedingt austretende Arbeitsfluid auf eine größere Menge Sorptionsmittel verteilen kann, da es durch die Poren durchströmt und so mehr Sorptionsmittel erreicht wird.

[0019] In einer fünften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Sorptionsmittel in Form von Wärmeleitpaste aufgebracht ist. Solche Wärmeleitpaste ist aus dem IT-Bereich gut bekannt und bewährt, um Abwärme der Prozessoren abzuführen. Vorliegend wird die Wärmeleitpaste mit Sorptionsmittel- oder Adsorptionsmittelpulver vermengt und auf die Oberflächen aufgetragen. Bevorzugt ist die Wärmeleitpaste eine Metallpaste, vor allem bevorzugt ist Kupferleitpaste. Die Wärmeleitpaste kann auch aus Sorptionsmittelpulver, Metallpulver und flüssigem oder gelförmigen Sorptionsmittel hergestellt werden.

[0020] Weitere Ausgestaltungen betreffen die Art und Weise, wie Information über aufgetretene Leckagen gewonnen und übermittelt wird sowie das hierfür erforderliche Messequipment. Die Methoden können auch kombiniert werden.

[0021] So wird vorgesehen, dass im Zwischenraum zwischen den beiden wärmeübertragenden, fluidabgewandten Oberflächen Temperatursensoren angebracht sind mit Signalleitungen, welche Signale aus dem doppelwandigen Wärmeübertrager herausführen. Die Temperatursensoren sollen plötzliche Temperaturänderungen erfassen, die nicht auf die gewünschten Wärmeübertragungen zurückführbar sind und daher der Sorptionswärme entstammen müssen, die bei der Sorption des leckagebedingt ausgetretenen Arbeitsfluids auftritt. Daher können statt einfacher Temperatursensoren, die die Temperatur messen, auch solche vorgesehen werden, die die zeitliche Änderung der Temperatur anzeigen.

[0022] Es wird auch vorgesehen, dass die Zwischenräume zwischen den beiden wärmeübertragenden, fluidabgewandten Oberflächen gekapselt sind und über Druckmesssensoren verfügen. Da sich das Arbeitsfluid regelmäßig unter einem deutlich höheren Druck befindet als die Umgebung, die dem Druck in der Kapselung entspricht, macht sich eine Leckage auch durch einen Druckanstieg bemerkbar. Damit sich dieser Druckanstieg über den ganzen Zwischenraum verbreiten kann und auch entsprechend viel Sorptionsmittel erreicht wird, ist vorgesehen, dass die Oberflächen der Zwischenräume strukturiert sind und Kanäle aufweisen, die miteinander verbunden sind.

[0023] Weitere Ausgestaltungen betreffen geeignete Bauformen. So ist vorgesehen, dass die Oberflächen als kreisförmige Rohre ausgeführt sind, die konzentrisch angeordnet sind. Dabei kann vorgesehen werden, dass das innere Rohr als Kondensator für Arbeitsfluid ausgebildet ist und einen größeren Querschnitt als das äußere Rohr aufweist, welches zum Durchleiten von Wärmeträgerfluid ausgebildet ist. Die kreisförmigen Rohre können dabei spiralförmig ausgeführt sein.

[0024] Alternativ ist vorgesehen, dass die Oberflächen als Platten ausgeführt sind. Die Platten können auch als Rippen ausgeführt sein. Sie werden üblicherweise in bekannter Weise als Stack gestapelt ausgeführt. Die Oberflächen können auch als Heatpipe ausgeführt sein, wobei ein flüssiges Sorptionsmittel als Wärmeübertragungsmedium verwendet wird. Dieses ist dann so zu wählen, dass es auf der warmen Seite verdampft und auf der kühlen Seite kondensiert, ideal ist hierfür Polyglykol. Die Platten sind in solchen Fällen liegend, wobei die warme Seite unten ist.

[0025] Die folgenden Ausführungsvarianten der Zwischenraum-Wärmeübertrager finden bevorzugt Verwendung, wenn das Arbeitsfluid brennbar ist, beispielsweise bei R290, R1270, R600a und R32. Als festes Sorptionsmittel wird hierbei zur Adsorption Aktivkohle oder aktiviertes Saran, also Polyvinylidenchlorid, genutzt.

[0026] In solchen Fällen ist auch vorgesehen, dass die Wärmeleitpaste, sofern sie im Zwischenraum zur Anwendung kommt, aus dem Adsorptionsmittel Aktivkohle und dem Wärmeleitmittel eine Metallpaste ist. Vorzugsweise ist das Wärmeleitmittel Kupferpaste, die als Adsorptionsmittel Aktivkohlepulver enthält. Die Pastengrundlage kann dabei ein gelförmiges Sorptionsmittel sein, in welches gut wärmeleitende Metallpulver, beispielsweise aus Aluminium oder Kupfer oder Legierungen daraus, eingerührt sind.

[0027] Als flüssige oder gelartige Sorbenzien finden Alkohole und/oder Ether Anwendung, vor allem Polyalkohole und/oder Polyether. Als Polyether ist vorgesehen, dass Isopropyl-n-propylether und/oder seine Konstitutionsisomere Diisopropylether und Di-n-propylether ausgewählt sind. Als Polyalkohole ist vorgesehen, dass Glykole, Mono- und Polyethylenglykol, Mono- und Polypropylenglykol und/oder Glycerin ausgewählt sind. Als Alkohole können auch biogene Polyalkohole vorgesehen werden, etwa Zucker wie Pentanpentol und/oder Xylitol (Xylit) und/oder Rizinusöl. Alternativ können auch einwertige Alkohole wie Ethanol, Propanol, höhere einwertige Alkanole und/oder Phenol vorgesehen werden. Ebenso können als Alkohole Diole aus einer Gruppe ausgewählt werden umfassend Propandiol und/oder die Phenole, 1,2-Dihydroxybenzol (Brenzkatechin), 1,3-Dihydroxybenzol (Resorcin), 1,4-Dihydroxybenzol (Hydrochinon), 1,2,3-Trihydroxybenzol (Pyrogallol), 1,2,4-Trihydroxybenzol (Hydroxyhydrochinon), 1,3,5-Trihydroxybenzol (Phloroglucin), und/oder 2,4,6-Trinitrophenol (Pikrinsäure).

[0028] Als flüssige Sorbenzien können auch ionische Flüssigkeiten verwendet werden. Insbesondere sind verwendbar 1-Butyl-3-methylimidazoliumhexafluorophosphat und/oder 1-Butyl-3-methylimidazoliumtetrafluoroborat und/oder1-Butyl-3-methylimidazoliumtetrachloro-aluminat.

[0029] Alle diese Flüssigkeiten können mit Aktivkohlepulver und Metallpulver vermengt werden, sofern Schaumstoffe aus Polyurethan oder Silikon als Zwischenlagen im Zwischenraum vorgesehen werden, können diese mit den oben genannten Flüssigkeiten getränkt und mit den Pulvern belegt werden.

[0030] Die Erfindung löst die sichere Wärmeübertragung auch durch ein Verfahren zur sicheren Übertragung von Wärme zwischen einem brennbaren Arbeitsfluid eines Kältekreislaufes und einem Wärmeträgerfluid mittels eines Zwischenraum-Wärmeübertragers, in dessen Zwischenraum ein Sorptionsmittel eingebracht ist, welches geeignet ist, Arbeitsfluid unter Abgabe von Sorptionswärme zu sorbieren, wobei im Zwischenraum mindestens ein Temperatursensor angeordnet ist, indem die zeitliche Entwicklung des Temperaturverlaufs gemessen und mit ordnungsgemäßen Temperaturverläufen verglichen wird, und dass bei signifikanten Abweichungen auf eine Leckage geschlossen und ein Alarm ausgelöst wird.

[0031] Im Unterschied zu bekannten Absorptionswärmepumpen wird hier das Sorptionsmittel aber nicht aus prozesstechnischen Gründen erwärmt und nimmt auch nicht selbst am Wärmekreislauf teil, sondern die Sorptionswärme dient ausschließlich der Detektion einer Leckage. Im Normalfall findet dagegen keine Sorption unter Wärmeentwicklung statt.

[0032] Desgleichen ist alternativ oder zusätzlich vorgesehen, dass die zeitliche Entwicklung des Druckverlaufs mittels eines Drucksensors gemessen und mit ordnungsgemäßen Druckverläufen verglichen wird, und dass bei signifikanten Abweichungen auf eine Leckage geschlossen und ein Alarm ausgelöst wird.

[0033] Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der Fig. 1 bis Fig. 4 näher erläutert. Hierbei zeigen

Fig. 1 eine Verfahrensskizze mit einem Zwischenraum-Wärmeübertrager

Fig. 2 eine Skizze eines doppelwandigen Plattenwärmeübertragers,

Fig. 3 eine Skizze eines doppelwandigen Rohrwärmeübertragers,

Fig. 4 eine Skizze eines als Heatpipe ausgebildeten Zwischenraum-Wärmeübertragers.

[0034] Fig. 1 zeigt eine Verfahrensskizze mit einem Zwischenraum-Wärmeübertrager 1 als Teil eines linksdrehenden Kältekreises 101 mit einem Verdichter 102, einem Solewärmetauscher 103, einem Entspannungsventil 104 und einem Solekreislauf 105 als Wärmequelle. Der Zwischenraum-Wärmeübertrager 1 ist ausgestattet mit einem sorptivem Zwischenraummedium 4 und Temperaturüberwachung. Im vorliegenden Beispiel dient er der Warmwassererzeugung für einen Heizungskreis 3. Im Falle einer Leckage, z.B. infolge von Korrosion, tritt Kältemittel aus dem Kältemittelkreislauf 2 in den Zwischenraum 12 ein und wird von Aktivkohle als adsorptives Zwischenraummedium 4 adsorbiert. Dadurch wird die Adsorptionsenthalpie freigesetzt. Es kommt zu einer ungewöhnlichen Erwärmung des Zwischenraummediums in den Wärmeübertrager 1. Die Temperaturerhöhung kann durch einen oder mehrere Temperatursensoren 5 ermittelt werden, welche über eine erste Signalleitung 6 mit der Auswerteelektronik 7 verbunden sind. Durch die Temperatursensoren 8 und 9 werden die Temperaturen am kältemittelseitigen sowie heizungswasserseitigen Eingang bzw. Ausgang des Wärmeübertragers 1 ermittelt. Die Signalleitungen 6 können alternativ auch Funkübertragungen oder WLAN-Verbindungen sein. Über den Vergleich der Temperaturen 5, 8 und 9 kann auf eine ordnungsgemäße Wärmeübertragung oder auf eine Leckage geschlossen werden. Die Temperatursensoren können Widerstandsthermometer, Thermoelemente oder Expansionsthermometer sein.

[0035] Fig. 2 zeigt eine Skizze eines doppelwandigen Plattenwärmeübertragers im Querschnitt mit der Kältemittelkammer 10, der Warmwasserkammer 11 und des Zwischenraums 12. Es wird nur eines von normalerweise einer Vielzahl gleichartiger Elemente gezeigt. Innerhalb des Zwischenraums 12 sind die mit Aktivkohle beschichteten Oberflächen 13 und 14 gezeigt sowie die Wärmeleitpaste 15 aus Kupfer dazwischen. In der Wärmeleitpaste 15 sind die Thermoelemente 16 mit der Signalleitung 17 eingebettet.

[0036] Fig. 3 zeigt eine Skizze eines doppelwandigen Rohrwärmeübertragers im Querschnitt mit der Kältemittelkammer 10, der Warmwasserkammer 11 und des Zwischenraums 12. Im Zwischenraum 12 ist die mit Aktivkohle belegte und mit Flüssigkeit getränkte Schaumstoffschicht 18 gezeigt. In der Schaumstoffschicht 18 sind die Thermoelemente 16 mit der Signalleitung 17 eingebettet.

[0037] Fig. 4 zeigt eine Skizze eines als Heatpipe ausgebildeten Zwischenraum-Wärmeübertragers 1. Die Flüssigkeit 19 im Zwischenraum 12 dient dabei sowohl als Sorptionsmittel als auch als Wärmeübertragungsmedium, indem sie im Zwischenraum 12 verdampft und auf der gegenüber liegenden Seite kondensiert. Zur gleichmäßigen Benetzung kann auf der Seite des verdampfenden Mediums ein Gitternetz 20 aus einem weiteren Sorptionsmittel vorgesehen werden. Im Falle einer Leckage erwärmt sich das Zwischenraummedium, was zunächst nur als eine zusätzliche Erhöhung des Dampfanteils des Sorptionsmittels ohne Temperaturerhöhung erscheint, dann aber den Druck erhöht und damit auch die Temperatur im Zwischenraum. Dieser Effekt ist gut in der Auswerteeinheit mit bekannten Mitteln und Methoden der Mustererkennung, der künstlichen Intelligenz und des Machine-Learnings detektierbar.

Liste der Bezugszeichen

[0038] 

1

Zwischenraum-Wärmeübertrager

2

Kältemittel

3

Wärmeträgerfluid

4

Zwischenraummedium

5

Temperatursensor

6

Signalleitung

7

Auswerteeinheit

8

Temperatursensor

9

Temperatursensor

10

Kältemittelkammer

11

Warmwasserkammer

12

Zwischenraum

13

Oberfläche

14

Oberfläche

15

Wärmeleitpaste

16

Thermoelement

17

Signalleitung

18

Schaumstoffschicht

19

Flüssigkeit

20

Gitternetz

21

Drucksensor

101

Kältekreis

102

Verdichter

103

Verdampferwärmetauscher

104

Entspannungsventil

105

Solekreislauf

Ansprüche

1. Vorrichtung mit einem Kältekreislauf (101) und einem Zwischenraum-Wärmeübertrager (1) mit mindestens zwei Fluid führenden Kammern, die jeweils Anschlüsse zum Einlass und Auslass von Fluiden aufweisen, zur Übertragung von Wärme zwischen einem Arbeitsfluid (2) des Kältekreislaufes (101) und einem wässrigen Wärmeträgerfluid (3), wobei der Kältekreislauf (101) mindestens einen Verdichter (102), einen Kondensatorwärmeübertrager, einen Verdampferwärmeübertrager (103) und eine Entspannungseinrichtung (104) umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen den beiden Fluid führenden Kammern in den abgeschlossenen Zwischenraum (12) zwischen den beiden Fluid führenden Kammern ein Sorptionsmittel (4) eingebracht ist, welches geeignet ist, Arbeitsfluid unter Abgabe von Sorptionswärme zu sorbieren.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sorptionsmittel (4) eine Flüssigkeit oder ein Gel ist, welche das Arbeitsfluid löst.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sorptionsmittel (4) ein Feststoff ist, welcher das Arbeitsfluid löst oder adsorbiert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sorptionsmittel (4) in Form einer pulverförmigen Beschichtung auf mindestens einer der wärmetauschenden, fluidabgewandten Oberflächen (13, 14) aufgebracht ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sorptionsmittel (4) in Form einer mit Sorptionsmittelpulver belegten geschlossenporigen Schaumgummimatte zwischen den beiden wärmetauschenden, fluidabgewandten Oberflächen (13, 14) aufgebracht ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sorptionsmittel (4) in Form einer mit Sorptionsmittelpulver belegten offenporigen Polyurethanschaumstoffmatte zwischen den beiden wärmetauschenden, fluidabgewandten Oberflächen (13, 14) aufgebracht ist.

7. Zwischenraum-Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sorptionsmittel (4) in Form von Wärmeleitpaste (15) aufgebracht ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den Zwischenraum zwischen den beiden wärmetauschenden, fluidabgewandten Oberflächen Temperatursensoren (5) angebracht sind mit Signalleitungen (6), welche Signale aus dem doppelwandigen Wärmeübertrager herausführen, wobei die Temperatursensoren (5) zeitliche Temperaturänderungen erfassen, die auf das Auftreten von Sorptionswärme hinweisen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenräume (12) zwischen den beiden wärmetauschenden, fluidabgewandten Oberflächen (13,14) gekapselt sind und über Druckmesssensoren (21) verfügen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen (13, 14) der Zwischenräume (12) strukturiert sind und Kanäle aufweisen, die miteinander verbunden sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen (13, 14) als kreisförmige Rohre ausgeführt sind, die konzentrisch angeordnet sind und das innere Rohr als Kondensator für Arbeitsfluid ausgebildet ist und einen größeren Querschnitt als das äußere Rohr aufweist, welches zum Durchleiten von Wärmeträgerfluid ausgebildet ist..

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die kreisförmigen Rohre spiralförmig ausgeführt sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Sorptionsmittel Aktivkohle oder aktiviertes Polyvinylidenchlorid und das Arbeitsfluid brennbar ist.

14. Doppelwandiger Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitpaste (15) aus dem Adsorptionsmittel Aktivkohle, insbesondere Aktivkohlepulver und einer Metallpaste, insbesondere Kupferpaste als Wärmeleitmittel besteht.

15. Zwischenraum-Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Sorptionsmittel ausgewählt ist aus einer Gruppe enthaltend

- Alkohole,

- Ether

- Polyalkohole

- Polyether

- Isopropyl-n-propylether

- Diisopropylether

- Di-n-propylether

- Polyether und/oder seine Konstitutionsisomere

- Glykole,

- Mono- und Polyethylenglykol,

- Mono- und Polypropylenglykol

- Glycerin

- biogene Polyalkohole

- Pentanpentol

- Xylitol

- Rizinusöl

- Ethanol,

- Propanol,

- höhere einwertige Alkanole

- Phenol

- Propandiol,

- 1,2-Dihydroxybenzol,

- 1,3-Dihydroxybenzol,

- 1,4-Dihydroxybenzol,

- 1,2,3-Trihydroxybenzol,

- 1,2,4-Trihydroxybenzol,

- 1,3,5-Trihydroxybenzol,

- 2,4,6-Trinitrophenol.

- ionische Flüssigkeiten

- 1-Butyl-3-methylimidazoliumhexafluorophosphat

- 1-Butyl-3-methylimidazoliumtetrafluoroborat

- 1-Butyl-3-methylimidazoliumtetrachloroaluminat

und das Arbeitsfluid ein brennbarer aliphatischer Kohlenwasserstoff ist.

16. Verfahren zur sicheren Übertragung von Wärme zwischen einem brennbaren Arbeitsfluid eines Kältekreislaufes und einem Wärmeträgerfluid mittels eines Zwischenraum-Wärmeübertragers, in dessen Zwischenraum ein Sorptionsmittel eingebracht ist, welches geeignet ist, Arbeitsfluid unter Abgabe von Sorptionswärme zu sorbieren, wobei im Zwischenraum mindestens ein Sensor für eine der physikalischen Größen Temperatur und Temperatur angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Entwicklung der physikalischen Größe gemessen und mit ordnungsgemäßen Verläufen der physikalischen Größe verglichen wird, und dass bei signifikanten Abweichungen auf eine Leckage geschlossen und ein Alarm ausgelöst wird.

Zeichnung