Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leckbestimmung an einem Gerät, welches kondensierbares Gas enthält, insbesondere Kältemittel, sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Leckbestimmung.

Bei einer Serienfertigung von Kälteanlagen, wie beispielsweise Kühlschränken oder Klimaanlagen, ist eine in die Serienfertigung integrierte Dichtheitsprüfung bei Atmosphärendruck wünschenswert. Eine besondere Schwierigkeit besteht darin, dass extrem niedrige Konzentrationen des Kältemittels im ppb-Bereich innerhalb einer sehr kurzen Zeit von einigen 10 Sekunden festgestellt werden müssen. Dabei können andere ausgasende Kohlenwasserstoffe, z.B. von Lacken, Lösungsmitteln, Schmier- oder Reinigungsmitteln, einen störenden Untergrund erzeugen, der durch eine entsprechende selektive Messung des Kältemittels zu eliminieren ist. Ein Blasentest im Rahmen einer Tauchprüfung ist kaum möglich, da irreversible Schäden an dem zu prüfenden Gerät auftreten könnten.

Bisher gibt es keine Methode, mit der in kurzer Zeit im Linientakt einer Fertigungslinie eine komplett betriebsbereite Kälteanlage integral auf den Austritt von Kältemittel geprüft werden könnte. Man behilft sich dadurch, dass man die für Lecks bekannten Stellen wie Lötstellen, Dichtungen, Ventile u. dgl. lokal mit einem Schnüffler absucht. Dabei sind die Sorgfalt des Bedieners und seine Aufmerksamkeit extrem gefordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Leckbestimmung an einem Gerät, welches kondensierbares Gas enthält, zu schaffen, so dass trotz der geringen Konzentration des zu detektierenden Gases eine sichere und schnelle Leckerkennung ermöglicht wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch den Patentanspruch 1 definiert. Es sieht vor, dass das Umgebungsgas aus der Umgebung des Gerätes über oder durch ein Adsorbens geleitet wird, welches das kondensierbare Gas adsorbiert. Danach erfolgt das Anregen des Adsorbens zur Desorption des adsorbierten Gases. Das desorbierte Gas wird dann an einen Gassensor zur selektiven Erkennung des Gases geleitet. Erfindungsgemäß erfolgt somit eine Akkumulation des zu erkennenden Gases an dem Adsorbens. Nach Anreicherung des Adsorbens erfolgt die Anregung zur Desorption des adsorbierten Gases, beispielsweise durch Wärmestrahlung. Das angesammelte Gas wird in entsprechend erhöhter Konzentration zum Gassensor hin abgesaugt. Auf diese Weise kann mit intermittierendem Betrieb auch bei geringer Gaskonzentration ein sicheres Meßergebnis erzielt werden, das auch eine Quantifizierung erlaubt. Ein solches Meßverfahren ist im Zuge einer Fertigungslinie anwendbar, ohne den Fertigungstakt zu verlangsamen. Eine erste Selektion findet während der Adsorption statt, da das Adsorbens selektiv gebunden wird. Eine zweite Selektion erfolgt in dem Gassensor, bei dem es sich um einen selektiven Gassensor handelt, der Gase nicht nur detektieren, sondern auch analysieren kann, wie beispielsweise ein Massenspektrometer.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt zunächst eine selektive Adsorption des Kältemittels im geschnüffelten Gas über eine gewisse Zeit von beispielsweise 20 Sekunden. Hierauf folgt schlagartig eine Desorption des Gases in ein Massenspektrorneter, wo ein zur Konzentrations- und Adsorptionszeit messbarer Partialdruck auf einer spezifischen Massenlinie des Kältemittels auftritt. Dieser Partialdruck ist ein Maß für die Leckrate. Alle Störgase, wie Wasserstoff oder Kohlenwasserstoffe, werden dadurch unterdrückt, dass sie auf der gemessenen Massenlinie keine Intensität haben.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Prinzipdarstellung des Ausführungsbeispiels.

Das einer Leckbestimmung zu unterziehende Gerät 10 ist ein Gerät, das einen Kältemittelkreislauf enthält. Das Kältemittel kann beispielsweise R22, R410A, R134a u. dgl. sein. Es handelt sich in jedem Fall um ein kondensierbares Gas. In der Zeichnung ist das Gerät 10 nur schematisch dargestellt. Der Kältemittelkreislauf des Gerätes 10 ist nicht im Einzelnen dargestellt. Durch ein Leck 11 des Gerätes tritt Kältemittel mit kleiner Leckrate aus. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel befindet sich das Gerät 10 in einer Prüfkammer 12, in die es zu Prüfzwecken eingebracht ist. Die Prüfkammer 12 ist so dicht, dass in der vorgesehenen Akkumulationszeit kein nennenswerter Verlust an Gas eintritt. Es ist keine Druckdifferenz vorhanden, deshalb muss die Kammer keine Vakuumeigenschaften haben und kann sehr einfach ausgeführt sein, wodurch große Kostenvorteile entstehen. Sie ist durch eine Saugleitung 13 mit einer Förderpumpe 14 verbunden, die das Umgebungsgas 15 des Gerätes 10 aus der Prüfkammer absaugt. Die Prüfkammer 12 kann einen Ventilator 16 zur Verbesserung der Durchmischung des Umgebungsgases mit der austretenden Leckströmung enthalten.

Die Prüfkammer 12 ist nicht unbedingt erforderlich. Anstelle einer Prüfkammer kann auch vorgesehen sein, dass der Gegenstand bzw. Prüfling umhüllungsfrei der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt ist, wobei ein Luftstrom in der Umgebungsatmosphäre an der gesamten Oberfläche des nicht umhüllten Prüflings ausschließlich durch Saugen entlangführt wird, wie es in der Patentanmeldung DE 10 2009 004 363 (Inficon) beschrieben ist.

Die Saugleitung 13 führt zu einer Adsorptionskammer 20, die über ein erstes Ventil 21 mit der Förderpumpe 14 verbunden ist. Die Adsorptionskammer weist ein abgeschlossenes Gehäuse auf, in welchem sich ein Adsorbens 22 befindet, das von dem Gas durchströmt bzw. umströmt wird, so dass ein großflächiger Kontakt entsteht. Das Adsorbens muss speziell ausgewählt werden, damit Kältemittel adsorbiert werden kann. Es handelt sich beispielsweise um Aktivkohle oder Zeolith. Die Aktivkohle kann aus Kokosnussschalen hergestellt sein. Ein derartiges Material wird unter der Bezeichnung ORBO vertrieben. Das Adsorbens bindet das verwendete Kältemittel, aber auch andere Gase. Die Selektion geschieht durch den Trennprozess im selektiven Gassensor (z.B. Massenspektrometer). Die Gasadsorption erfolgt an dem Adsorbens bei Zimmertemperatur. Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass die Adsorptionsfläche während der Adsorptionsphase gekühlt und später zur Desorption auf Zimmertemperatur aufgeheizt wird.

Die Adsorptionskammer 20 weist ein Fenster 24 aus Quarzglas oder CaF auf. Vor diesem Fenster befindet sich ein Wärmestrahler 25 in Form einer Heizlampe. Die Strahlung des Wärmestrahlers 25 wird auf das Adsorbens gerichtet, wodurch eine Anregung des Adsorbens zur Desorption des adsorbierten Gases erfolgt. Die Desorption wird durch gesteuerte Aktivierung des Wärmestrahlers 25 ausgelöst.

Von der Adsorptionskammer 20 führt eine Leitung 28, die ein zweites Ventil 29 enthält, zu einem Gassensor 30. Der Gassensor 30 ist hier ein Massenspektrometer 31 mit einer zugehörigen Hochvakuumpumpe 32. Die Desorption des Gases erfolgt über die Leitung 28 unmittelbar in das Massenspektrometer 31 hinein.

Während der Leckbestimmung wird zunächst bei geschlossenem zweiten Ventil 29 und geöffnetem ersten Ventil 21 Umgebungsgas 15 abgesaugt. Dieser Vorgang wird über eine vorbestimmte Zeit, beispielsweise 30 Sekunden, durchgeführt. Hierbei erfolgt die Adsorption des Gases in der Adsorptionskammer 20. Danach wird das erste Ventil 21 geschlossen und das zweite Ventil 29 geöffnet. Ein drittes Ventil 33 in der Saugleitung 13 wird geschlossen. In diesem Zustand erfolgt die Desorption durch Aktivierung des Wärmestrahlers 25. Das Gas wird aus dem Adsorbens freigesetzt und gelangt unter der Wirkung der Hochvakuumpumpe 32 in das Massenspektrometer 31. In dem Gassensor 30 wird durch das Massenspektrometer 31 eine quantitative Messgröße ermittelt. Zur Kalibrierung wird der gesamte Vorgang unter den gleichen Bedingungen wie bei der späteren Prüfung für ein bekanntes Leck durchgeführt. Aus dem resultierenden Signal und der bekannten Leckrate wird ein Kalibrierfaktor durch Verhältnisbildung errechnet, der auf alle weiteren Messungen angewendet wird. Nach Beendigung eines Prüfvorgangs folgt der nächste Prüfvorgang, bei dem zunächst Umgebungsgas 15 des Gegenstandes 10 durch die Adsorptionskammer 20 gesaugt wird, während das zweite Ventil 29 gesperrt ist.