Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Abscheideeinrichtung, vorzugsweise Kältemittel- und/oder Luftabscheideeinrichtung, insbesondere für eine Wärmepumpenanlage, ein System umfassend die Abscheideeinrichtung, ein System umfassend eine Absperreinrichtung sowie ein Ventil und ein Verfahren zum Betreiben einer Abscheideeinrichtung.

Wärmepumpenanlagen zum Heizen und/oder Kühlen, beispielsweise von Gebäudeteilen, sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Derartige Wärmepumpenanlagen weisen oftmals einen Primärkreislauf (z. B. Kältekreislauf), in dem ein Kältemittel strömen kann und einen Sekundärkreislauf (z. B.

Heizwasser-Kreislauf), in dem ein Heiz- und/oder Kühlfluid strömen kann (und der beispielsweise in Personen-Aufenthaltsbereiche führen kann), auf. Diese Merkmale kann auch eine Wärmepumpenanlage gemäß der Erfindung aufweisen.

Beispielsweise bei solchen Wärmepumpenanlagen kann durch ein Leck in einem Wärmetauscher (z. B. Verflüssiger und/oder Verdampfer) Kältemittel in einen Fluidkreislauf (Heizwasserkreislauf) gelangen. Dort kann das Kältemittel zu Schäden an der Anlage führen und/oder eine Gefahr für Personen darstellen, beispielsweise wenn es sich um ein brennbares Kältemittel handelt und dieses in einem Gebäude aus der Wärmepumpenanlage entweicht (beispielsweise aus einem Automatikentlüfter eines Heizwasserspeichers).

Eine Kältemittelabscheideeinrichtung ist beispielsweise aus EP 3 734 198 Al bekannt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Abscheideeinrichtung vorzuschlagen, über die auf effektive und sichere Art und Weise ein erstes Fluid aus einem zweiten Fluid separiert werden kann. Insbesondere soll auf effektive und sichere Art und Weise verhindert werden, dass (größere Mengen von) Kältemittel aus einem Primärkreis in einen Heiz- und/oder Kühlkreis (Sekundärkreis) einer Wärmepumpenanlage weitertransportiert werden. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes System, insbesondere Wärmepumpenanlage und/oder ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben einer Abscheideeinrichtung bzw. eines entsprechenden Systems vorzuschlagen.

Die Aufgabe wird insbesondere durch eine Abscheideeinrichtung nach Anspruch 1 gelöst.

Insbesondere wird die Aufgabe gemäß einem ersten (unabhängigen) Aspekt gelöst durch eine Abscheideeinrichtung (vorzugsweise Kältemittel- und/oder Luftabscheideeinrichtung), insbesondere für eine Wärmepumpenanlage, zum Separieren eines ersten Fluides (insbesondere umfassend oder bestehend aus ein/einem Gases, vorzugsweise Luft und/oder Kältemittel), aus einer Kombination, insbesondere einem Gemisch, umfassend das erste Fluid und ein zweites Fluid (insbesondere umfassend oder bestehend aus eine/r Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser und/oder ein/einem Fluid mit höherer Dichte als eine Dichte des ersten Fluides), wobei die Abscheideeinrichtung umfasst: mindestens oder genau einen (ggf. verschließbaren) Fluidausgang oder mindestens oder genau zwei (ggf. verschließbare) Fluidausgänge und mindestens einen (ggf. verschließbaren) Fluideingang sowie eine Absperreinrichtung, die mindestens einen Auftriebskörper und mindestens eine Öffnung umfasst, wobei der Auftriebskörper (insbesondere in Abhängigkeit von einem Pegel des zweiten Fluides in der Abscheideeinrichtung und/oder in Abhängigkeit davon, ob die Dichte des Gemisches, z. B. durch einen vergleichsweise hohen Anteil eines Gases, beispielsweise gasförmigen Kältemittels, so stark verringert, dass diese unter die Dichte des Auftriebskörpers fällt) in einem angehobenen und einem abgesunkenem Zustand vorliegen kann, wobei die mindestens eine Öffnung durch den mindestens einen Auftriebskörper verschlossen ist, wenn sich der mindestens eine Auftriebskörper in dem abgesunkenem Zustand befindet.

Ein bedeutender Gedanke des ersten Aspektes liegt darin, eine Abscheideeinrichtung mit einer Absperreinrichtung auszubilden, die wiederum einen Auftriebskörper umfasst, der in einem abgesunkenen Zustand eine Öffnung verschließt. Dadurch kann beispielsweise bei einer übermäßigen Präsenz des ersten Fluides ein Weiterströmen des ersten Fluides (bzw. einer Kombination von erstem Fluid und zweitem Fluid) in Bereiche reduziert oder gänzlich verhindert werden, in denen das erste Fluid nicht gewünscht ist (insbesondere zu Risiken führt). Damit können insgesamt auf einfache Art und Weise Schäden und/oder Risiken (insbesondere auch für Personen) reduziert werden.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung (der vorzugsweise mit dem ersten Aspekt und/oder nachfolgend beschriebenen Merkmalen, insbesondere betreffend die Absperreinrichtung, kombiniert werden kann) wird die obige Aufgabe insbesondere durch eine Abscheideeinrichtung (vorzugsweise Kältemittel- und/oder Luftabscheideeinrichtung), insbesondere für eine Wärmepumpenanlage, zum Separieren eines ersten Fluides (insbesondere umfassend oder bestehend aus ein/einem Gases, vorzugsweise Luft und/oder Kältemittel), aus einer Kombination, insbesondere einem Gemisch, umfassend das erste Fluid und ein zweites Fluid (insbesondere umfassend oder bestehend aus eine/r Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser und/oder ein/einem Fluid mit höherer Dichte als eine Dichte des ersten Fluides), gelöst, wobei die Abscheideeinrichtung umfasst: mindestens oder genau einen (ggf. verschließbaren) Fluidausgang oder mindestens oder genau zwei (ggf. verschließbare) Fluidausgänge und mindestens einen (ggf. verschließbaren) Fluideingang, wobei der (mindestens eine) Fluideingang so konfiguriert ist, dass die Kombination, insbesondere das Gemisch, im Betrieb der Abscheideeinrichtung entgegen einer Hauptströmungsrichtung der Kombination, insbesondere des Gemisches, innerhalb der Abscheideeinrichtung einströmt.

Ein bedeutender Gedanke des zweiten Aspektes liegt darin, durch eine Einströmung entgegen einer Hauptströmungsrichtung innerhalb der Abscheideeinrichtung eine Strömungsberuhigung durch Verringerung der Fließgeschwindigkeit zu erreichen, insbesondere so dass innerhalb des zweiten Fluides verteiltes erstes Fluid (beispielsweise in Bläschenform) über den Querschnitt der Luftabscheideeinrichtung (effektiv) verteilt wird. Dadurch kann besonders effektiv das erste Fluid aus dem zweiten Fluid entfernt werden. Besonders bevorzugt kann eine vergleichsweise langsame (horizontale) Strömung erreicht werden, und zwar insbesondere über eine vergleichsweise lange Wegstrecke, so dass das erste Fluid ggf. insbesondere aufgrund einer geringeren Dichte aufsteigen kann und sich an einem vergleichsweise hohen Punkt ansammeln kann (wo es dann ggf. ausgestoßen werden kann, z. B. über einen Entlüfter).

Nachfolgend werden weitere Merkmale beschrieben, die den ersten und/oder zweiten Aspekt optional weiterbilden können.

Der Querschnitt einer Austrittsfläche des Fluideingangs (über die das Fluid in das Hauptvolumen der Abscheidevolumens bzw. des Abscheidebehälters eintritt) und/oder ein dem Hauptvolumen zugewandtes Ende des Fluideingangs weist vorzugsweise einen Abstand zu einer gegenüberliegenden Wand (vorzugsweise Endwand) der Abscheideeinrichtung (des Abscheidebehälters) auf, der weniger als 20 cm oder weniger als 10 cm beträgt (und/oder mehr als 1 mm oder mehr als 10 mm beträgt).

Vorzugsweise (insbesondere beim zweiten Aspekt) liegt das zweite Fluid beim Einströmen zumindest im Wesentlichen als zusammenhängender Fluidstrom (insbesondere nicht in Tröpfchenform und/oder sonstiger nichtzusammenhängender Form) vor. In konkreten Ausführungsformen weist das zweite Fluid (insbesondere innerhalb des zweiten Aspektes) eine höhere Dichte auf als das erste Fluid. Bei dem zweiten Fluid handelt es sich besonders bevorzugt um eine Flüssigkeit. Bei dem ersten Fluid handelt es sich besonders bevorzugt um ein Gas. Gerade bei einer derartigen Kombination, kann das Prinzip des zweiten Aspektes besonders effektiv wirken. Dabei ist anzumerken, dass ein Herauslösen bzw. Abtrennen von Gas aus einem zusammenhängenden Flüssigkeitsstrom nicht unmittelbar vergleichbar ist mit einem Abtrennen von Flüssigkeitströpfchen (z. B. Öltröpfchen) aus einem Gasstrom, da letztere durch ihre Schwerkraft absinken (und insofern konkret eine Absinkdauer zu maximieren wäre). Die Abscheideeinrichtung kann einen Abscheidebehälter aufweisen. Die Abscheideeinrichtung bzw. der Abscheidebehälter, können eine längliche Form aufweisen (beispielsweise mindestens 2-mal, ggf. mindestens 4-mal so lang sein wie breit). Die Abscheideeinrichtung bzw. der Abscheidebehälter können zumindest im Wesentlichen horizontal angeordnet sein, ggf. mit einer zumindest geringen Steigung (beispielswese ansteigend von einem Fluideingang in Richtung eines Fluidausgangs). Alternativ oder zusätzlich kann eine Hauptströmungsrichtung innerhalb der Abscheideeinrichtung des Abscheidebehälters zumindest im Wesentlichen horizontal verlaufen (ggf. zumindest mit einer geringfügigen Steigung, beispielsweise ansteigend von einem Fluideingang in Richtung eines Fluidausgangs).

Es kann genau ein Fluideingang (durch den die Kombination bzw. das Gemisch eintritt) oder es können mehrere entsprechende Fluideingänge vorliegen.

Es kann genau ein Fluidausgang vorliegen. Bevorzugt liegen jedoch mehrere Fluidausgänge vor, insbesondere zumindest ein (oder genau ein) Fluidausgang für das zweite Fluid und mindestens ein (insbesondere genau ein) Fluidausgang für das erste Fluid. Wenn nur ein Fluidausgang vorliegt, kann dieser zum Entfernen des zweiten Fluides oder sowohl zum Entfernen des ersten als auch des zweiten Fluides (beispielsweise zu verschiedenen Zeitpunkten) verwendet werden. Denkbar wäre es beispielsweise, dass derselbe Fluidausgang in einer ersten Phase zum Ausleiten des zweiten Fluides verwendet wird und in einer zweiten Phase (beispielsweise wenn sich ein gewisser Anteil des ersten Fluides angesammelt hat und/oder in einer Reinigungs- und/oder Instandhaltungsphase) zusätzlich oder nur das erste Fluid über diesen Fluidausgang ausströmen kann.

Bei dem (jeweiligen) Fluid kann es sich um einen Reinstoff (z. B. Wasser mit ggf. nur unwesentlichen Verunreinigungen) oder um ein Stoffgemisch handeln (beispielsweise Wasser mit einem oder mehreren Alkohol/en). Bei dem ersten Fluid handelt es sich vorzugsweise um ein Gas oder zumindest um ein Fluid mit mindestens 50 Vol.-% oder mindestens 90 Vol.-% (und/oder höchstens 100 Vol.- %) Gasanteil. Bei dem zweiten Fluid handelt es sich vorzugsweise um eine Flüssigkeit oder zumindest um ein Fluid mit mindestens 50 Vol.-% oder mindestens 90 Vol.-% (und/oder höchstens 100 Vol.-%) Flüssigkeitsanteil. Unter einer Kombination von Fluiden soll insbesondere verstanden werden, dass die jeweiligen Fluide in einer gemeinsamen Leitung strömen bzw. in einem gemeinsamen Volumen vorhanden sind. Insofern müssen die Fluide nicht zwingend durchmischt sein. In Ausführungsformen können die in Kombination vorliegenden Fluide jedoch als Gemisch vorliegen (beispielsweise wenn das erste Fluid in Blasen- oder Bläschenform innerhalb des zweiten Fluides vorliegt). Das Gemisch selbst kann als (ggf. zweiphasiges und/oder mehrere Fluide umfassendes) Fluid bezeichnet werden.

Unter einem Fluid kann ein Gas, eine Flüssigkeit, oder ein Gas-Flüssigkeits- Gemisch verstanden werden. Das jeweilige Fluid kann auch feste Bestandteile, z. B. feste Partikel, aufweisen, solange es insgesamt fließfähig ist.

Es kann genau ein Auftriebskörper vorliegen oder es können mehrere Auftriebskörper vorliegen. Alternativ oder zusätzlich kann genau eine Öffnung vorliegen oder es können mehrere Öffnungen vorliegen. Eine einzelne Öffnung wird vorzugsweise durch genau einen Auftriebskörper verschlossen. Es wäre jedoch auch denkbar, dass eine Öffnung durch zwei oder mehr Auftriebskörper verschlossen wird. Ebenfalls ist es möglich, dass nur ein Auftriebskörper mehrere Öffnungen verschließt (beispielsweise wenn der Auftriebskörper mehrere Vorsprünge aufweist, die jeweils in eine entsprechende Öffnung absinken).

Mindestens eine (durch den oder die Auftriebskörper absperrbare) Öffnung wird vorzugsweise durch mindestens einen Fluidausgang gebildet. Dies muss jedoch nicht zwingend der Fall sein. Beispielsweise könnte auch eine dem eigentlichen Fluidausgang vorgelagerte (oder nachgelagerte) Öffnung vorliegen, die durch (einen) entsprechende(n) Auftriebskörper verschlossen werden kann.

Wenn das zweite Fluid eine höhere Dichte als das erste Fluid hat, soll dies insbesondere für eine Temperatur von 20 °C gelten. Die Dichte des zweiten Fluides kann mindestens 1,5-mal oder mindestens 10-mal oder mindestens 100- mal oder mindestens 500-mal so groß sein wie eine Dichte des ersten Fluides. Eine Dichte des zweiten Fluides kann höchstens 1000-mal, ggf. höchstens 800- mal oder höchstens 500-mal oder höchstens 300-mal so groß sein wie die Dichte des ersten Fluides. Bevorzugte Bereiche für das Verhältnis der Dichten können aus den in den beiden vorangehenden Sätzen angegebenen Unter- und Oberwerten gebildet werden. Dabei ist jede Kombination denkbar und somit offenbart, es sei denn sie ist logisch ausgeschlossen. Insofern sollen beispielsweise auch zwei als Untergrenzen angegebene Werte einen beispielhaften Bereich für das Dichtenverhältnis offenbaren.

Unter einem Fluideingang ist ein Abschnitt zu verstehen, über den die Kombination bzw. das Gemisch aus den Fluiden in ein Innenvolumen der Abscheideeinrichtung eintritt. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Öffnung handeln, ggf. um einen Rohrabschnitt und/oder Rohrstutzen (der ggf. in das Innenvolumen hineinragen kann oder, alternativ, nicht hineinragen kann).

Unter einem Fluidausgang ist vorzugsweise ein Abschnitt zu verstehen, aus dem Fluid aus dem Behälter austritt. Es handelt es sich beispielsweise um eine Öffnung, ggf. um einen Rohrabschnitt. Ein Fluidausgang für das zweite Fluid definiert vorzugsweise zugleich die mindestens eine (durch den/die jeweilige/n Auftriebskörper absperrbare) Öffnung. Ein Fluidausgang für das erste Fluid ist vorzugsweise durch einen Entlüfter ausgebildet.

Unter einer Absperreinrichtung ist insbesondere eine Einrichtung zu verstehen, die ein Ausströmen von Fluid, insbesondere einem zweiten Fluid, aus der Abscheideeinrichtung verhindert oder zumindest einschränkt und/oder die ein Weiterströmen innerhalb der Abscheideeinrichtung verhindert oder zumindest einschränkt. Die Absperreinrichtung kann (und zwar vorzugsweise) innerhalb eines Abscheidebehälters der Abscheideeinrichtung angeordnet sein (also insbesondere innerhalb eines Bereiches, in dem auch die eigentliche Separation stattfindet) oder außerhalb davon (insbesondere fluidtechnisch nachgeschaltet) oder teilweise innerhalb und teilweise außerhalb davon.

Der Auftriebskörper ist vorzugsweise so konfiguriert, dass er innerhalb des zweiten Fluides (wenn dieses zumindest im Wesentlichen getrennt vom ersten Fluid vorliegt) nicht absinkt.

Der Auftriebskörper kann eine beliebige Form aufweisen, beispielsweise eine Kugelform oder eine Zylinderform. In Ausführungsformen ist mindestens ein Auftriebskörper in einer entsprechenden Auftriebskörper-Führungseinrichtung geführt, so dass er beispielsweise nur entlang einer geraden Bahn bewegbar ist (denkbar wäre auch eine gekrümmte Bahn). Möglich ist auch eine schwenkbare Lagerung des Auftriebskörpers (alternativ oder zusätzlich).

Der Auftriebskörper kann vorgespannt sein, beispielsweise durch eine Feder. Vorzugsweise ist der Auftriebskörper jedoch nicht vorgespannt, insbesondere so dass er sich (innerhalb einer optionalen Führungseinrichtung) nur in Abhängigkeit von der Schwerkraft und der Dichte des umgebenden Fluides bewegt bzw. positioniert.

Der Auftriebskörper kann so angeordnet sein, dass er um mindestens 2 mm, ggf. mindestens 5 mm oder mindestens 2 cm und/oder höchstens 40 cm oder höchstens 20 cm bewegbar ist.

Der Auftriebskörper kann bis zu einem obersten Punkt eines Innenvolumens der Abscheideeinrichtung bzw. des Abscheidebehälters bewegbar sein (im jeweiligen Abschnitt, in dem der Auftriebskörper angeordnet ist). Alternativ wäre es auch möglich, dass der Auftriebskörper schon vor Erreichen des obersten Punktes, beispielsweise durch einen hierfür vorgesehenen Anschlag, beispielsweise Käfig, gehalten wird. Der mindestens einen (durch den/die jeweilige/n Auftriebskörper verschließbare) Öffnung kann eine Dichtung (beispielsweise Dichtring) zugeordnet sein.

Unter einer Hauptströmungsrichtung ist insbesondere eine Richtung zu verstehen, die der mittleren Richtung sämtlicher Fluidteilchen innerhalb der Abscheideeinrichtung bzw. des Abscheidebehälters entspricht. Alternativ oder zusätzlich kann darunter die Richtung verstanden werden, die einer (zentralen) Symmetrieachse entspricht, also beispielsweise bei einer zylindrischen Ausgestaltung der Abscheideeinrichtung bzw. des Abscheidebehälters einer zentralen Zylinderachse, und die vom Fluideingang in Richtung mindestens eines Fluidausgangs weist.

Unter einem zusammenhängenden Fluidstrom ist insbesondere ein Vorliegen des jeweiligen (ggf. strömenden) Fluides zu verstehen, bei dem das Fluid insgesamt eine zusammenhängende Struktur ausbildet (also jedes Fluidteilchen mit jedem weiteren Fluidteilchen unmittelbar oder mittelbar, jedoch ausschließlich über dazwischenliegende Fluidteilchen, verbunden ist). Wenn beispielsweise auf einen bestimmten Abschnitt (insbesondere beim Einströmen) abgestellt wird, ist darunter zu verstehen, dass zumindest im jeweiligen Querschnitt eine zusammenhängende Struktur vorliegen soll. Vorzugsweise liegt das zweite Fluid nicht in Tröpfchenform vor. In Ausführungsformen wird das erste Fluid durch das zweite Fluid transportiert bzw. mitgerissen (beispielsweise wenn das erste Fluid in Blasenform vorliegt).

Bei dem ersten Fluid und/oder bei dem zweiten Fluid handelt es sich vorzugsweise nicht um ein Öl (und/oder eine sonstige Flüssigkeit, die sich nicht mit Wasser mischen lässt). Wenn das erste bzw. zweite Fluid einen bestimmten Stoff (z. B. Wasser) umfasst, soll dies insbesondere bedeuten, dass der jeweilige Stoff (Reinstoff) zu mindestens 10 Gew. -%, ggf. mindestens 30 Gew.-% oder mindestens 50 Gew.-% oder mindestens 90 Gew.-% oder mindestens 99 Gew.-% innerhalb des Fluides vorliegt. Wenn mehrere Stoffe in demselben Fluid vorliegen, sollen die im vorangehenden Satz angegebenen Werte (als Unterwerte) insbesondere durch die Anzahl der vorliegenden Stoffe geteilt werden.

Das erste Fluid kann (ggf. ausschließlich) Luft und/oder (ggf. ausschließlich) Edelgas und/oder (ggf. ausschließlich) ein Kältemittel umfassen. Bei dem Kältemittel kann es sich um ein brennbares oder nicht-brennbares Kältemittel handeln. Eine Verdampfungstemperatur des Kältemittels kann (bei 1 bar) unter der Verdampfungstemperatur von Wasser, insbesondere unter 100 °C, vorzugsweise unter 80 °C liegen. Das Kältemittel kann beispielsweise (insbesondere teil-halogenierte) Fluorkohlenwasserstoffe aufweisen. Beispielsweise kann das Kältemittel (nicht-halogenierte oder chlorierte oder fluorierte) Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Propan, Propen, Propylen und/oder Butan aufweisen. Das Edelgas kann Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon und/oder Radon umfassen.

Das zweite Fluid kann Wasser und/oder Sole und/oder Alkohol (insbesondere Glykol) und/oder ein Thermofluid umfassen. Anstelle oder zusätzlich zu Glykol kann/können noch ein oder mehrere weitere Alkohole vorliegen, wie beispielsweise Ethanol, Propanol und/oder Methanol. In besonders bevorzugten Ausführungsformen umfasst das zweite Fluid Wasser und das erste Fluid Luft und/oder Kältemittel. Der mindestens eine Auftriebskörper weist vorzugsweise ein Masse-pro- Verdrängungsvolumen-Verhältnis auf, das größer ist als eine Dichte des ersten Fluides (ggf. mindestens 1,1-mal so groß oder mindestens 1,5-mal so groß oder mindestens 10-mal so groß und/oder höchstens 400-mal so groß oder höchstens 800-mal so groß oder höchstens 600-mal so groß) und/oder ein Masse-pro- Verdrängungsvolumen-Verhältnis das geringer ist als eine Dichte des zweiten Fluides (beispielsweise mindestens 0,1-mal so groß oder mindestens 0,2-mal so groß und/oder höchstens 0,9-mal so groß und/oder höchstens 0,7-mal so groß).

Insoweit hier, weiter oben und nachfolgend Dichtewerte angegeben werden, soll insbesondere eine Dichte bei 20 °C herangezogen werden.

Das Masse-pro-Verdrängungsvolumen-Verhältnis des Auftriebskörpers kann einen Wert von mindestens 2,0 kg/m ³ , vorzugsweise mindestens 100,0 kg/ m ³ , ggf. mindestens 300,0 kg/m ³ und/oder einen Wert von höchstens 980,0 kg/m ³ , vorzugsweise höchstens 900,0 kg/m ³ , ggf. höchstens 700,0 kg/m ³ aufweisen. Beispielhafte Bereiche lassen sich aus den hier angegebenen Unter- und Obergrenzen bilden, die beliebig miteinander kombiniert werden können, solange dies logisch möglich ist. Insbesondere kann ein beispielhafter Bereich auch durch zwei Untergrenzen oder durch zwei Obergrenzen definiert sein.

Unter einem Masse-pro-Verdrängungsvolumen-Verhältnis ist bei einem nach außen dichten (beispielsweise nicht oder nur geschlossen-porösen) Körper das spezifische Gewicht zu verstehen. Im Allgemeinen ist jedoch dasjenige Volumen zu verstehen, das der Auftriebskörper innerhalb eines Fluides, insbesondere des zweiten Fluides verdrängt. Zur Vereinfachung kann ggf. reines Wasser als Referenz-Fluid herangezogen werden. Wenn der Auftriebskörper also beispielweise offenporös ausgestaltet ist, würden die sich mit Fluid füllenden offenen Poren nicht dem Volumen bzw. Verdrängungsvolumen zugerechnet werden.

Eine Boden- und/oder Deckenfläche der Abscheideeinrichtung kann in Hauptströmungsrichtung zumindest abschnittsweise, vorzugsweise zumindest über 50 % einer Erstreckung der Abscheideeinrichtung (bzw. des Abscheidebehälters), ansteigen, vorzugsweise in einem Winkel von mindestens 1°, ggf. mindestens 5°, und/oder höchstens 30°, ggf. höchstens 15°. Dadurch kann die Separation, insbesondere Entlüftung, auf besonders effektive Art und Weise, ggf. vollständig, ermöglicht werden. Insgesamt wird dadurch die Sicherheit verbessert.

Ein Fluidausgang für das erste Fluid kann sich in einer oberen Hälfte der Abscheideeinrichtung, vorzugsweise in einem Deckenwandabschnitt befinden.

Alternativ oder zusätzlich kann sich ein Fluidausgang für das zweite Fluid in einer unteren Hälfte der Abscheideeinrichtung, vorzugsweise in einem Bodenwandabschnitt, befinden.

Alternativ oder zusätzlich kann sich ein Fluideingang bis in ein mittleres Drittel der Abscheideeinrichtung erstrecken (bzw. hineinragen). Der Fluideingang kann jedoch auch in einem unteren Drittel (oder oberen Drittel) der Abscheideeinrichtung angeordnet sein.

Eine Auftriebskörper-Führung für den Auftriebskörper ist in Ausführungsformen unterhalb eines Fluidausganges für das erste Fluid angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann die Auftriebskörper-Führung in einem zu einem Fluidausgang, insbesondere Entlüfter, führenden Abgasrohr (für das erste Fluid) angeordnet sein und/oder oberhalb eines Fluidausganges (für das zweite Fluid). Dadurch wird auf konstruktiv besonders einfache Art und Weise eine Absperreinrichtung realisiert.

Eine Druckentlastungseinrichtung, vorzugsweise Sicherheitsventil, kann ausführungsgemäß in einer oberen Hälfte der Abscheideeinrichtung, vorzugsweise in einem Deckenwandabschnitt angeordnet sein.

Unter einer Anordnung in einem Bodenwandabschnitt ist vorzugsweise eine Anordnung zu verstehen, in dem die jeweilige Struktur zumindest einen tiefsten Punkt (im jeweiligen Querschnitt der Abscheideeinrichtung bzw.

Abscheidebehälters) umfasst. Analog kann unter einer Anordnung in einem Deckenwandabschnitt verstanden werden, dass die jeweilige Struktur zumindest einen höchsten Punkt (im jeweiligen Querschnitt) umfasst. Bei dem jeweiligen Querschnitt handelt es sich vorzugsweise um einen Querschnitt senkrecht auf die Hauptströmungsrichtung. Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin insbesondere gelöst durch ein System, vorzugsweise Wärmepumpenanlage, umfassend die obige Abscheideeinrichtung, sowie ein mit der Abscheideeinrichtung fluidtechnisch verbundenes Ventil, vorzugsweise Rückschlagventil, das stromaufwärts von der Abscheideeinrichtung und/oder der mindestens einen Öffnung angeordnet oder anordenbar ist, insbesondere derart, dass bei verschlossener Öffnung (durch den Auftriebskörper) eine Sperrung durch das Ventil erfolgt (und somit ein Volumen zwischen verschlossener Öffnung und Ventil abgeschlossen wird). Vorzugsweise ist also das Ventil so konfiguriert bzw. gesteuert, dass es sperrt, wenn auch die Absperreinrichtung sperrt. In einer einfachen Ausführungsform ist dazu ein entsprechendes Rückschlagventil vorgesehen (das eine Fluidströmung entgegen der eigentlichen im Normalbetrieb vorliegenden Fluidströmung verhindert bzw. sperrt). Denkbar wäre es jedoch auch, das Ventil so anzusteuern (beispielsweise mittels einer entsprechenden Sensorik), dass es dann sperrt, wenn die Absperreinrichtung bzw. der Auftriebskörper sperrt.

Die Aufgabe wird weiterhin insbesondere gelöst durch ein System, vorzugsweise eine Wärmepumpenanlage, insbesondere gemäß dem vorherigen Absatz sowie die obige Abscheideeinrichtung und ein Bauteil, durch das das zweite Fluid strömbar ist und bei dem zumindest in einem Leckage-Fall erstes Fluid auch in Bereiche einströmt, die von dem zweiten Fluid durchströmt werden, wobei das Bauteil vorzugsweise Bestandteil eines Wärmetauschers, beispielsweise Verflüssigers oder Verdampfers, ist und/oder wobei das Ventil (insbesondere Rückschlagventil) nach dem vorhergehenden Absatz stromaufwärts des Bauteils angeordnet ist.

Die obengenannte Aufgabe wird weiterhin insbesondere gelöst durch ein System, vorzugsweise Wärmepumpenanlage, insbesondere gemäß einem oder beiden der vorangehenden Absätze, vorzugsweise für die obige Abscheideeinrichtung, umfassend: eine Absperreinrichtung, die mindestens einen Auftriebskörper und mindestens eine Öffnung umfasst, wobei der Auftriebskörper, insbesondere in Abhängigkeit von einem Pegel eines Fluides (insbesondere in Abhängigkeit von einem Pegel des zweiten Fluides in der Abscheideeinrichtung bzw. dem Abscheidebehälter), in einem angehobenen und einem abgesunkenem Zustand vorliegen kann, wobei die mindestens eine Öffnung durch den mindestens einen Auftriebskörper verschlossen ist, wenn sich der mindestens eine Auftriebskörper in dem abgesunkenem Zustand befindet; und ein Ventil, insbesondere Rückschlagventil, das stromaufwärts von der mindestens einen Öffnung angeordnet oder anordenbar ist und das konfiguriert ist, so dass bei verschlossener Öffnung eine Sperrung durch das Ventil erfolgt und somit ein Volumen zwischen verschlossener Öffnung und Ventil abgeschlossen ist.

Die obengenannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer oben beschriebenen Abscheideeinrichtung und/oder eines oben beschriebenen Systems, insbesondere im Falle einer Leckage (innerhalb) eines/des Bauteiles, vorzugsweise Wärmetauschers, insbesondere Verdampfer und/oder Verflüssigers.

Vorzugsweise umfasst das erste Fluid ein Gas, vorzugsweise Luft und/oder mindestens ein Edelgas, und/oder ein Kältemittel und/oder ein Fluid mit einer geringeren Dichte als ein Masse-zu-Verdrängungsvolumen-Verhältnis des Auftriebskörpers. Das zweite Fluid kann in Ausführungsformen eine Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser und/oder Sole und/oder Glykol und/oder Thermofluid, und/oder ein Fluid mit höherer Dichte als eine Dichte des ersten Fluides und/oder ein Fluid mit einer höheren Dichte als ein Masse-zu-Verdrängungsvolumen- Verhältnis des Auftriebskörpers umfassen. Hier und weiter oben (im analogen Zusammenhang) offenbarte Kombinationen wie beispielsweise, dass das zweite Fluid Wasser und ein Fluid mit vergleichsweise hoher Dichte aufweisen kann, können auch so verstanden werden, dass ein und dasselbe Fluid (also beispielsweise Wasser) beide Eigenschaften erfüllt, also in diesem Beispiel gilt, dass das Wasser gleichzeitig auch eine höhere Dichte als das erste Fluid aufweist. Genauso kann es sich jedoch auch um zwei verschiedene Fluide handeln, also einerseits Wasser und andererseits ein weiteres Fluid, das in diesem Beispiel eine vergleichsweise hohe Dichte aufweist.

Die Kombination, insbesondere das Gemisch (bzw. das zweite Fluid zumindest in einem Normalbetrieb) kann zumindest teilweise, insbesondere überwiegend (also vorzugsweise zu mindestens 50 Gew.-% oder Vol.-%; oder mindestens 80 Gew.- % oder Vol.-%), als zusammenhängender Flüssigkeitsstrom in die Abscheideeinrichtung einströmen. Alternativ oder zusätzlich kann die Kombination, insbesondere das Gemisch bzw. das zweite Fluid (jedenfalls in einem Normalbetrieb) zumindest teilweise, insbesondere überwiegend (also vorzugsweise zu mindestens 50 Gew.-% oder Vol.-%; oder mindestens 80 Gew.- % oder Vol.-%) innerhalb der Abscheideeinrichtung (bzw. des Abscheidebehälters) von dem mindestens einen Fluideingang für die Kombination, insbesondere das Gemisch (bzw. das zweite Fluid zumindest in einem Normalbetrieb) bis zu mindestens einem Ausgang für das zweite Fluid, einen zusammenhängenden Flüssigkeitsstrom ausbilden. In dem Verfahren ist es also vorzugsweise so, dass das zweite Fluid als zusammenhängender Strom durch die Abscheideeinrichtung strömt (und beispielsweise nicht als Sprühnebel oder durch eine gasgetragene Tropfenwolke) transportiert wird.

Bei dem zweiten Fluid handelt es sich vorzugsweise um ein (weiter vorzugsweise re-) zirkulierendes, Arbeitsmedium, aus dem das erste Fluid entfernt wird. Besonders bevorzugt handelt es sich um ein Medium zum Transportieren von Wärme (bzw. Kälte), beispielsweise in einen Innenraum zum Aufheizen (bzw. Abkühlen) desselben.

In Ausführungsformen zirkuliert das Arbeitsmedium beispielsweise als Wasser in einem Sekundärkreislauf (z. B. Heizwasser-Kreislauf oder Kühlwasser-Kreislauf).

Die im Rahmen des Verfahrens angegebenen Merkmale sollen für die entsprechend weiter oben erläuterten Vorrichtungen und System vorzugsweise bedeuten, dass diese entsprechend konfiguriert sein können (um die jeweiligen Verfahrensschritte zu erlauben). Umgekehrt sollen die im Rahmen der obigen Vorrichtungen und Systeme angegebenen funktionellen Merkmale vorzugsweise für das Verfahren bedeuten, dass die entsprechenden Funktionen als Verfahrensschritte durchgeführt werden.

Insgesamt wird eine effektive Abscheideeinrichtung (z. B. Luft- und/oder Kältemittelabscheider) zur Abscheidung von Kältemitteln und/oder anderen Gasen, beispielsweise aus Waser, Sole und/oder Thermofluid bereitgestellt. Das abgeschiedene Fluid (z. B. Kältemittel) kann einem (beispielsweise integrierten) Entlüfter (z. B. Automatikentlüfter) zugeführt werden und durch diesen (gefahrlos) nach außen abgegeben werden.

Weitere Vorteile können erzielt werden bzw. in bisherigen Lösungen vorliegende Nachteile behoben oder zumindest reduziert werden. Beispielsweise im Falle eines defekten Entlüfters (z. B. durch Verschmutzung) und/oder eine größere Leckage, wobei ein Gaseintrag in den Strom des zweiten Fluides (z. B. Heizwasserkreislauf) eine Kapazität des Entlüfters überschreitet, wird nun erreicht, dass Kältemittel nicht (zumindest nicht übermäßig) über den entsprechenden Kreislauf (Heizwasser-Kreislauf) beispielsweise in ein Gebäudeinneres verschleppt wird und dort entweichen kann.

Auch wurden weitere Probleme erkannt, die nun gelöst oder zumindest gelindert werden. Ein Problem bestand z. B. bei Sicherheitskonzepten, die neben einer Luft-/Kältemittelabscheideeinrichtung auch eine Druckentlastungseinrichtung umfassen, die bei einem durch Kältemittelübertritt hervorgerufenen Druckanstieg im Heizwasser-Kreislauf (evtl, bei defektem Entlüfter oder einer Kältemittel - Leckrate, die größer ist als eine Entlüfter-Kapazität) das Kältemittel ablassen soll, bisher darin, dass diese vor dem Sicherheitsventil in einem Gebäudeinneren auslöst. Dies kann erreicht werden, indem man dessen Auslösedruck niedriger als den des Sicherheitsventils im Gebäudeinneren wählt. Allerdings gibt es dann hinsichtlich des Höhenunterschieds Aufstellungseinschränkungen für eine Wärmepumpe, wie folgt: Besitzt die Wärmepumpe z. B. eine Druckentlastungseinrichtung mit 2,5 bar Auslösedruck und ist im Gebäudeinneren ein 3 bar Sicherheitsventil verbaut, so darf eine Außeneinheit maximal 5 m oberhalb des innenliegenden Sicherheitsventils aufgestellt werden (wobei berücksichtigt ist, dass ein hydrostatischer Wasserdruck etwa 1 bar je 10 m Höhenunterschiede beträgt). Diese Probleme liegen nun nicht mehr vor.

Problematisch war es bisher auch, dass ein rechtzeitiges Auslösen der im vorhergehenden Absatz genannten Druckentlastungseinrichtung auch von der jeweiligen Heizungsanlage, insbesondere von deren Systemdruck und Ausdehnung bzw. Dimensionierung (Ausdehnungsgröße) abhängig ist. Es konnte auch dann zu Kältemittelverschleppungen ins Gebäudeinnere kommen, wenn die Druckentlastungseinrichtung vor dem Sicherheitsventil im Gebäudeinneren auslösen würde. Ist beispielsweise bei einem Heizwassersystem mit einem großen Ausdehnungsgefäß ein Systemdruck von 1,5 bar eingestellt, müsste verhältnismäßig viel Kältemittel einströmen, bis die beispielhaft betrachteten 2,5 bar zum Ansprechen der Druckentlastungseinrichtung erreicht sind. Insbesondere bei einer kurzen Verbindungsleitung zwischen Wärmepumpe und einem Entlüfter im Innenbereich (also wenig zu verdrängendem Wasservolumen) kann es dann passieren, dass das Kältemittel über diesen in das Gebäudeinnere entweicht, bevor die Druckentlastungseinrichtung anspricht.

Die obengenannten Probleme werden insbesondere durch eine Abscheideeinrichtung (insbesondere Luft- und/oder Kälteabscheideeinrichtung) gelöst, die auf dem Prinzip der Strömungsberuhigung durch Verringerung der Fließgeschwindigkeit beruht und (optional) über einen automatischen Entlüfter zum Ausstoß der abgeschiedenen Gase verfügt. Darüber hinaus weist die Abscheideeinrichtung vorzugsweise einen Auftriebskörper (z. B. Schwimmkugel) auf, der (die) einen Strömungsausgang bei Absinken des Fluidspiegels (Wasserspiegels), beispielsweise durch Gasansammlung in der Abscheideeinrichtung bei defektem Automatikentlüfter oder einer Kältemittel - Leckrate, die größer als eine Entlüfter-Kapazität ist, den Ausgang der Abscheideeinrichtung verschließt. Dadurch kann insbesondere ein geschlossenes System zwischen dem Auftriebskörper und einem (Rückschlag-) Ventil erzielt werden, wobei sich das (Rückschlag-) Ventil beispielsweise an einem wasserseitigen Eingang eines undichten Bauteils (z. B. Verflüssigers) befindet, so dass eine Kältemittelverschleppung in ein Gebäudeinneres unterbunden wird. Ein Druckaufbau in diesem geschlossenen System kann durch ein integriertes Sicherheitsventil begrenzt werden, das das Kältemittel (gefahrlos) nach außen abgibt. Die Anwendung des Auftriebskörpers (z. B. der Schwimmkugel) ist dabei nicht auf Abscheider begrenzt, die auf dem Prinzip der Strömungsberuhigung durch Verringerung der Fließgeschwindigkeit beruhen, sondern grundsätzlich auch bei anderen Abscheidertypen möglich. Auch die Verwendung anderer Schwimmkörper, wie beispielsweise Zylinder, ist möglich. Darüber hinaus ist die Anwendung einer (Luft- und/oder Kältemittel-) Abscheideeinrichtung mit Auftriebskörper (Schwimmkörper) auch ohne Entlüfter möglich.

Gegenüber bekannten Luft-Mikroblasen-Abscheidern, die mitunter nur über niedrige Abscheideraten (von < 90 %) verfügen, so dass beispielsweise Gase im Wasser meist erst nach mehrmaligem Durchlauf vollständig abgeschieden werden, kann nun mit einfachen Maßnahmen eine vergleichsweise hohe Abscheiderate erreicht werden. Bekannte (Luft-) Abscheider mit höheren Abscheideraten waren bisher vergleichsweise teuer. Bekannte Abscheider, die ebenfalls auf dem Prinzip der Strömungsberuhigung durch Verringerung der Fließgeschwindigkeit beruhen (beispielsweise Lufttöpfe) sind hinsichtlich einer zuverlässigen Funktion hinsichtlich der Strömungsgeschwindigkeit am Eintritt limitiert. Eine zu schnelle Einströmung kann zu einem „Durchschießen" von Luftblasen führen, da sich die Strömung nicht schnell genug an die Querschnittsaufweitung anpasst und damit verlangsamt werden kann. Wird der Eintritt jedoch (wie oben vorgeschlagen) entgegen der Strömungsrichtung des Abscheiders, insbesondere kurz vor dessen Rückwand angeordnet, die insofern als Prallblech fungieren kann, kommt es auch bei einer hohen Einströmgeschwindigkeit zu einer vergleichsweise schnellen Verteilung der Strömung über einen (gesamten) Abscheider-Querschnitt, so dass die Länge des Abscheiders effektiver genutzt wird.

Kältemittel zeichnen sich oftmals unter anderem durch niedrige Verdampfungstemperaturen aus, so dass bei der Verdampfung der Umgebung Wärme entzogen wird. Dies kann bei Übertritt von flüssigem Kältemittel zu einem Einfrieren von Wasser (Heizwasser) führen und damit die Funktion von üblichen Luftabscheidern beeinträchtigen. Hier kann nun eine (auf den Abscheider abgestimmte) Entlüfter-Kapazität bereits bei vergleichsweise kleinen Leckagen mit flüssigem Kältemittel überschritten werden, bei denen es noch zu keiner Eisbildung kommt. Bei vergleichsweise großen Leckagen, die eine Eisbildung zur Folge hätten, kann es zum (sofortigen) Verschließen durch den Auftriebskörper kommen und das Kältemittel kann ggf. über den Entlüfter und/oder das Sicherheitsventil an der Abscheideeinrichtung abgelassen werden. Das Sicherheitsventil ist vorzugsweise oben an der (Luft- und/oder Kältemittel-) Abscheideeinrichtung angeordnet, so dass eine Wahrscheinlichkeit dessen Zufrierens durch Kontakt mit Wasser und/oder flüssigem Kältemittel reduziert wird.

Neben vergleichsweise großen Kältemittel-Leckagen (mit einer Leckrate, die größer als eine Entlüfter-Kapazität ist) kann ein defekter Entlüfter (auch bei vergleichsweise kleinen Leckagen) mit dem Auftriebskörper abgesichert werden (unabhängig von der jeweiligen Heizungsanlage und ohne Beschränkung bei der Aufstellungshöhe).

Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, das anhand der Abbildungen näher erläutert wird. Hierbei zeigt: Fig. 1 ein erfindungsgemäßes System, umfassend einen Wärmetauscher sowie eine Abscheideeinrichtung in schematischer Darstellung.

In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleich wirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.

Fig. 1 zeigt eine (Luft- und/oder Kältemittel-) Abscheideeinrichtung 1 mit einem Fluideingang 2 für den Eintritt einer Kombination aus einem zweiten Fluid (z. B. Wasser) und einem ersten Fluid (z. B. Luft und/oder Kältemittel), einen Fluidausgang 3 für den Austritt des zweiten Fluides, einer Druckentlastungseinrichtung (Sicherheitsventil) 4, einen Fluidausgang bzw. Entlüfter 5 für den Austritt des ersten Fluides, einen Auftriebskörper (Schwimmkugel) 6, eine Auftriebskörper-Führung (Kugelführung) 7 und einer Dichtung 8. Der Abscheideeinrichtung 1 strömungstechnisch vorgeschaltet ist ein Wärmetauscher (Verflüssiger) 14, dem an einem (wasserseitigen) Eingang ein Rückschlagventil 13 zugeordnet ist.

Der Fluidausgang 3 bildet zugleich eine Öffnung, die durch den Auftriebskörper 6 verschlossen werden kann (was in der Darstellung bzw. dem Zustand gemäß Fig. 1 nicht der Fall ist). In dem Zustand gemäß Fig. 1 drückt das (nicht dargestellte) zweite Fluid den Auftriebskörper 6 nach oben. Sinkt nun ein Pegel des zweiten Fluides ab, senkt sich auch der Auftriebskörper und schließt damit die Öffnung bzw. den Fluidausgang 3 (dichtend) ab. Alternativ oder zusätzlich gilt, dass der Auftriebskörper den Fluidausgang 3 verschließt, wenn sich die Dichte des Gemisches (z. B. durch einen vergleichsweise hohen Anteil eines gasförmigen Kältemittels) so stark verringert, dass diese unter die Dichte des Auftriebskörpers fällt. Der Fluideingang weist einen Eingangsstutzen 9 auf, der einen Austritt in Richtung einer Rückwand 10 der Abscheideeinrichtung bzw. des Abscheidebehälters ermöglicht.

Das (geringfügig) geneigte, im Wesentlichen horizontale, Strömungsberuhigungsrohr 11 ist mit einem (zumindest im Wesentlichen senkrechten) Abgangsrohr 12 verbunden. Durch die (vorliegende) Steigung in Richtung Entlüfter 5 kann eine weitgehende bzw. vollständige Entlüftung sichergestellt werden. Oberhalb des Abgangsrohres 12 befindet sich der Entlüfter 5. Unterhalb des Abgangsrohres 12 befindet sich der Fluidausgang 3. Der Entlüfter 5 bildet gleichzeitig einen Fluidausgang für ausströmende Luft.

Die Auftriebskörper-Führung (Kugelführung) 7 mit innerhalb dieser geführtem Auftriebskörper 6 befindet sich im Abgangsrohr 12 unterhalb des Entlüfters 5 und oberhalb des Fluidausgangs 3.

Das Sicherheitsventil 4 befindet sich ausführungsgemäß oben an der Abscheideeinrichtung 1.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Teile für sich alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellten Details, als erfindungswesentlich beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig.

Bezugszeichenliste

1 Abscheideeinrichtung

2 Fluideingang

3 Fluidausgang für das zweite Fluid

4 Druckentlastungseinrichtung

5 Entlüfter (Fluidausgang für das erste Fluid)

6 Auftriebskörper (Schwimmkugel)

7 Auftriebskörper-Führung (Kugelführung)

8 Dichtung

9 Eingangsstutzen

10 Rückwand

11 Strömungsberuhigungsrohr

12 Abgangsrohr

13 Rückschlagventil

14 undichtes Bauteil (Wärmetauscher, z. B. Verflüssiger)