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Verfahren und Einrichtung zum intermittierenden Abkühlen von Polassen grossen Wärmeinhaltes Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum inter- mittierenden, insbesondere periodischen, Abkühlen von Massen grossen Wärmeinhaltes, die zwischen den einzelnen Abkühlphasen erwärmt und aufgeheizt werden.
In Versuchseinrichtungen werden die zu untersuchenden Objekte häufig periodisch wechselnden, thermischen Belastungen unterworfen, wobei ein vorgeschriebener Temperaturverlauf in Abhängigkeit von der Zeit eingehalten werden soll. Besitzen die Objekte grosse Abmessungen und eine grosse Masse, so beträgt die während einer Periode für ihre Aufwärmung bzw. Abkühlung aufzubringende Leistung z. B. jeweils 105 und 106 Kcal/h oder mehr. Im Vergleich zur Periodendauer sind jedoch die Phasen, in denen die Objekte dabei mit Hilfe von Heizeinrichtungen bzw. Kältemaschinen geheizt bzw. gekühlt werden müssen, relativ kurz. Die Heizeinrichtungen bzw.
Kältemaschinen müssen für ein Vielfaches der angegebenen Dauerleistung ausgelegt sein, wenn sie die Heiz- bzw. Kälteleistung nur während der eigentlichen Heiz- bzw. Kühlphase direkt aufbringen müssen. Daher ist es üblich, die für den momentanen Bedarf während der Heiz- bzw. Kühlphase notwendigen Leistungen in einem Speichersystem zu speichern und den Objekten zur gegebenen Zeit aus dem Speichersystem zur Verfügung zu stellen. Werden die Heizein- richtungen bzw.
Kältemaschinen mit einem derartigen Speichersystem verbunden, so können sie vorzugsweise während der ganzen Periode arbeiten und müssen nur für die, zur Momentanleistung relativ kleinen, angegebenen Dauerleistung dimensioniert sein.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die von einer Kältemaschine aufzubringende Kühlleistung durch ein geeignetes Verfahren für die Erzeugung und Speicherung der Kälte möglichst weitgehend zu reduzieren. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb einer Periode in einer ersten Phase - der Abkühlphase der Massen - diesen Massen in einem Trägermedium gespeicherte Kälte über mindestens einen Wärmeübertrager mittels eines Zwischenmediums zu- geführt wird, und dass weiterhin in einer zweiten Phase der Regenerierungsphase für das Trägermedium, in welcher den Massen wieder Kälte entzogen wird - mittels des Zwischenmediums die Kälte teilweise wieder an das Trägermedium zurückgeführt und darin gespeichert wird, und dass schliesslich in einer,
mindestens über den grösseren Teil der Periode sich erstreckenden, Aufbereitungsphase für das Trägermedium die entstandenen Kälteverluste dem Trägermedium mittels einer Kältequelle ersetzt werden. Dabei kann die Aufbereitung des Trägermediums durch die Kältequelle auch während der ganzen Periode erfolgen, wobei unter Umständen während der Abkühlphase und während der Regene- rierungsphase die durch die Kältequelle fliessende Teilmenge des Trägermediums dem von dem Wärmeübertrager kommenden Mediumstrom entnommen und nach der Entnahmestelle wieder zugeführt wird.
Obwohl das erfindungsgemässe Verfahren grundsätzlich in gleicher Weise auch für ein Speichersystem zur Deckung des Wärmebedarfes verwendet werden könnte, ist die erfindungsgemässe, teilweise Wiedergewinnung der in der Kühlphase den Massen zugeführten Kälte besonders wichtig, weil bekanntlich die Erzeugung von Kälte relativ zur Wärmeerzeugung erheblich kostspieliger ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann auf die verschiedenste Weise durchgeführt werden. So besteht eine vorteilhafte Möglichkeit darin, dass ein in einem ersten Speicherbehälter gespeichertes, mit der notwendigen Kälte beladenes Trägermedium während der ersten Phase aus dem Speicherbehälter über den Wärmeübertrager (in dem es seinen Kälteinhalt teilweise an das Zwischenmedium abgibt) in einen zweiten Speicherbehälter geführt wird, dass weiterhin während der zweiten Phase zunächst von dem entladenen Trägermedium eine Teilmenge höherer Temperatur über den Wärme- übertrager (in dem sie die den Massen durch das Zwischenmedium entzogene Kälte wieder aufnimmt) in den
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ersten Speicherbehälter zurückgeführt wird,
während die Restmenge tieferer Temperatur unter Umgehung des Wärmeübertragers direkt in den ersten Speicherbehälter zurückgefördert wird, und dass schliesslich während der Aufbereitungsphase das entladene Trägermedium aus dem ersten Speicherbehälter (zur Aufladung und Speicherung) über die Kältequelle wieder in den zweiten Speicherbehälter gefördert wird.
Ferner kann das Verfahren so durchgeführt werden, dass das Trägermedium in zwei Teihnengen unterschiedlicher Temperatur in zwei verschiedenen Speicherbehältern gespeichert wird, dass weiterhin während der ersten Phase zunächst die Teilmenge höherer Temperatur aus dem ersten Speicherbehälter über den Wärmeübertrager einem dritten Speicherbehälter zugeführt, und daraufhin die Restmenge tieferer Temperatur aus dem zweiten Speicherbehälter über den Wärmeübertrager in den ersten Behälter geführt wird (wobei während der ersten Phase das Trägermedium seine Kälte in dem Wärme- übertrager teilweise an das Zwischenmedium .abgibt),
dass ferner während der zweiten Phase die Teilmenge höchster Temperatur aus dem dritten Speicherbehälter über den Wärmeübertrager (in dem sie die den Massen durch das Zwischenmedium entzogene Kälte wieder aufnimmt) in den zweiten Speicherbehälter geführt wird, und dass schliesslich während der Aufbereitungsphase die Restmenge aus dem ersten Speicherbehälter (zur Aufladung und Speicherung) über die Kältequelle in den dritten Speicherbehälter gefördert wird.
Es ist jedoch auch möglich, dass ein in einem ersten Speicherbehälter gespeichertes, mit der notwendigen Kälte beladenes Trägermedium während der ersten Phase aus diesem Behälter über den Wärmeübertrager, (in dem es seine Kälte teilweise an das Zwischenmedium abgibt), geführt wird und von dem entladenen Träger- mediurm zunächst eine Teilmenge höherer Temperatur in einem Hilfsbehälter kleineren Volumens zwischengespeichert wird, während die Restmenge in einen zweiten Speicherbehälter geführt wird, dass weiterhin während der zweiten Phase die zwischengespeicherte Teilmenge aus dem Hilfsbehälter über den Wärmeübertrager (in dem sie die den Massen durch das Zwischenmedium entzogene Kälte wieder aufnimmt)
ebenfalls in den zweiten Speicherbehälter geführt wird und dass schliesslich während der Aufbereitungsphase das Trägermedium aus dem zweiten Speicherbehälter (zur Rufladung und Speicherung) über die Kältequelle wieder in den ersten Speicherbehälter zurückgefördert wird.
Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit für den Ablauf des Verfahrens ist dadurch gegeben, dass das Trägermedium in zwei Teilmengen unterschiedlicher Temperatur in einem ersten Speicherbehälter tieferer Temperatur und in einem ihm zugeordneten ersten Hilfsbehälter kleineren Volumens und höherer Temperatur gespeichert wird, dass weiterhin während der ersten Phase das in dem ersten Speicherbehälter gespeicherte, mit der notwendigen Kälte beladene Trägermedium über den Wärmeübertrager (in den es seine Kälte teilweise an das Zwischenmedium abgibt) geführt wird und von dem entladenen Trägermedium zunächst eine erste Teihnenge höherer Temperatur in einem zweiten Hilfsbehälter, der einem zweiten Speicherbehälter zugeordnet ist, gespeichert wird, während die Restmenge in den zweiten Speicherbehälter geführt wird,
dass ferner während der zweiten Phase die Teilmenge höherer Temperatur aus dem ersten Hilfsbehälter über den Wärmeübertrager (in dem sie die den Massen durch das Zwischenmedium entzogene Kälte wieder aufnimmt) ebenfalls in den zweiten Speicherbehälter geführt wird und dass schliesslich während der Aufbereitungsphase das Trägermedium ,aus dem zweiten Speicherbehälter (zur Aufladung und Speicherung) über die Kältequelle wieder in den ersten Speicherbehälter zurückgeführt wird, während gleichzeitig die Teilmenge höherer Temperatur aus dem zweiten Hilfsbehälter direkt in den ersten Hilfsbehälter gebracht wird.
Die zuletzt genannte Art des Verfahrens kann dadurch abgewandelt werden, dass das Trägermedium in zwei Teilmengen unterschiedlicher Temperatur in einem Speicherbehälter tieferer Temperatur und einem ihm zugeordneten Hilfsbehälter kleineren Volumens und höherer Temperatur gespeichert wird, dass weiterhin während der ersten Phase das in dem ersten Speicherbehälter gespeicherte, mit der notwendigen Kälte beladene Trägermedium über den Wärmeübertrager (in dem es seine Kälte an das Zwischenmedium abgibt) in einen zweiten Speicherbehälter geführt wird, dass ferner während der zweiten Phase die Teilmenge höherer Temperatur aus dem Hilfsbehälter über den Wärmeübertrager (in dem sie die den Massen durch das Zwischenmedium entzogene Kälte wieder aufnimmt)
ebenfalls in den zweiten Speicherbehälter geführt wird, und dass schliesslich während der Aufbereitungsphase von dem entladenen Trägermedium aus dem zweiten Speicherbehälter zunächst eine Teilmenge tieferer Temperatur (zur Aufladung und Speicherung) über die Kältequelle in den ersten Speicherbehälter zurückgeführt wird, während dann von der restlichen Teilmenge höherer Temperatur, gesteuert von ihrer eigenen Temperatur, ein erster, abnehmender Teilstrom ebenfalls (zur Aufladung und Speicherung) über die Kältequelle in den ersten Speicherbehälter zurückgeführt wird, während gleichzeitig ein zweiter zunehmender Teilstrom höherer Temperatur direkt in den Hilfsbehälter gefördert wird.
Anderseits kann man das zuletzt genannte Verfahren so modifizieren, dass auch der erste Hilfsbehälter wegfällt, wobei die einzelnen Phasen des Verfahrens so ablaufen, dass das Trägermedium in einem ersten Speicherbehälter in Schichten unterschiedlicher Temperatur gespeichert wird, dass weiterhin während der ersten Phase eine erste, mit der notwendigen Kälte beladene Teilmenge über den Wärmeübertrager (in dem sie ihre Kälte teilweise an das Zwischenmedium abgibt) geschichtet in einen zweiten Speicherbehälter geführt wird, dass ferner während der zweiten Phase die Restmenge höherer Temperatur aus dem ersten Speicherbehälter über den Wärmeübertrager (in dem sie die den Massen durch das Zwischenmedium entzogene Kälte wieder aufnimmt) ebenfalls in den zweiten Speicherbehälter geführt wird,
und dass schliesslich während der Aufbereitungsphase von dem entladenen Trägermedium aus dem zweiten Speicherbehälter zunächst eine Teilmenge tieferer Temperatur (zur Rufladung und Speicherung) über die Kältequelle von unten in den ersten Speicherbehälter zurückgeführt wird, während dann von der restlichen Teilmenge höherer Temperatur, gesteuert von ihrer eigenen Temperatur, ein erster, abnehmender Teilstrom ebenfalls (zur Rufladung und Speicherung) über die Kältequelle von unten in den ersten Speicherbehälter zurückgeführt wird, während gleichzeitig ein zweiter, zunehmender Teilstrom höherer Temperatur direkt in dem ersten Speicherbehälter von oben auf die Teilmenge tieferer Temperatur geschichtet wird.
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Weiterhin ist es zweckmässig, wenn der Strom des Trägermediums durch den Wärmeübertrager während der ersten Phase in Abhängigkeit von der Temperatur des den Wärmeübertrager verlassenden Zwischenmediums geregelt wird, und wenn ferner der Ablauf der einzelnen Phasen und Perioden nach einem Programm gesteuert wird.
Thermodynamisch besonders günstige Verhältnisse können, besonders für die Regenerierungsph.ase, erreicht werden, wenn mindestens die Teilmengen höherer Temperatur des Trägermediums in Schichten unterschiedlicher Temperatur gespeichert werden.
Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch ein Leitungssystem für das Trägermedium mit mindestens zwei Speicherbehältern, Mitteln zur Förderung des Trägermediums durch das Leitungssystem und mit mindestens einem ersten Wärmeübertrager für den Wärmeübergang zwischen dem Trägermedium und dem Zwischenmedium, wobei mindestens je ein Speicherbehälter in Strömungsrichtung, vor und mindestens je ein Speicherbehälter nach dem ersten Wärmeübertrager über mindestens eine absperrbare, von unten in die Behälter mündende Abzweigleitung an das Leitungssystem angeschlossen ist.
Ferner ist die Einrichtung gekennzeichnet durch mindestens einen durch eine eigene Fördereinrichtung mit dem Trägermedium gespeisten, beiderseits des ersten Wärmeübertragers an das System .angeschlossenen, zweiten Wärmeübertrager, dessen Primärseite in dem Kreislauf einer Kältemaschine liegt, wobei der Anschluss für den Zustrom des Trägermediums aus dem System zu dem zweiten Wärmeübertrager sich in Strömungsrichtung nach dem ersten Wärmeübertrager befindet, während der das Trägermedium von dem Wärmeübertrager der Kältemaschine in das System zurückführende Leitungsstrang vor dem ersten Wärmeübertrager in das System mündet.
Um den Dauerbetrieb der Kältemaschine zu ermöglichen, ohne dass von ihrer Fördereinrichtung die in dem Leitungssystem vor und nach dem ersten Wärme- übertrager herrschende Druckdifferenz aufgebracht werden muss, ist es vorteilhaft, wenn der von der Kältemaschine kommende Leitungsstrang eine mit einem Absperrorgan versehene Verzweigung besitzt, die nach dem ersten Wärmeübertrager in das System mündet.
Weiterhin kann es zweckmässig sein, dass die Speicherbehälter mindestens je eine absperrbare Abzweigleitung besitzen, die bis zu einem bestimmten Niveau in die Behälter hineinragt und vor dem ersten Wärme- übertrager in das System mündet.
Weiterhin ist es in diesem Zusammenhang vorteilhaft, wenn der erste Wärmeübertrager durch eine mit einem Absperorgan versehene Leitung kurzgeschlossen werden kann.
Die Schichtung unterschiedlicher Temperaturen für das Trägermedium höherer Temperatur lässt sich in einfacher Weise z. B. dadurch erreichen, dass die in die Behälter führenden Abzweigleitungen diffusorartige Eingänge in die Behälter besitzen.
Das Speichersystem kann auch dadurch erweitert werden, dass mindestens ein dritter Speicherbehälter vorhanden ist, der zu den beiden anderen parallel an das System angeschlossen ist, wobei der dritte Behälter auch als Hilfsbehälter kleineren Volumens ausgebildet sein kann, der mindestens über eine absperrbare Zweigleitung an das System angeschlossen ist. In Weiterentwicklung dazu kann der Hilfsbehälter auch mit einem Speicher- behälter vereinigt und unter Umständen lediglich durch einen Zwischenboden von diesem getrennt sein.
Anderseits kann das System auch so erweitert sein, dass jedem Speicherbehälter ein Hilfsbehälter kleineren Volumens über eine absperrbare Abzweigleitung zugeordnet ist, und dass die beiden Hilfsbehälter durch eine mit einer eigenen Fördereinrichtung versehenen Leitung direkt miteinander verbunden sind. Um bei einigen der vorstehend geschilderten Verfahrensvarianten eine geeignete Schichtung mindestens der Teilmenge höherer Temperatur des Trägermediums zu erreichen, kann man mindestens einem Speicherbehälter oder einem Hilfsbehälter eine Zuführleitung zuordnen, die von oben in diese Behälter mündet und mit Schikanen zur geschichteten Zuführung des Trägermediums versehen ist.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn der von dem Wärmeübertrager der Kältemaschine in das System führende Leitungsstrang ein temperaturgesteuertes Regelorgan besitzt, welches die Temperatur des den zweiten Wärmeübertrager verlassenden Trägermediums konstant hält.
Eine Weiterentwicklung des Systems ist dadurch gegeben, dass von dem aus dem System zum Wärmeübertrager der Kältemaschine führenden Leitungsstrang eine Leitung abzweigt, die von oben in einen Speicherbehälter oder Hilfsbehälter führt.
Um das Trägermedium durch das Leitungssystem zu fördern, ist es möglich, dass die Mittel zur Förderung des Trägermediums durch das Leitungssystem darin bestehen, dass die beiden Speicherbehälter, unter Umständen mit ihren zugehörigen Hilfsbehältern, in verschiedenen Höhen angeordnet sind, wobei die Hilfsbehälter möglicherweise auf einem Zwischenniveau angeordnet sein können.
Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele in Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt in einem schematischen Temperatur- Zeitdiagramm den Ablauf einer Periode mit den einzelnen auf die Kühlung bezogenen Phasen, wobei sich der angegebene Temperaturverlauf auf das Zwischenmedium bezieht.
Fig. 2 gibt ein erstes Schema für die Durchführung des Verfahrens mit zwei Speicherbehältern wieder, während Fig. 3 eine Modifikation des ersten Schemas mit drei Speicherbehältern darstellt.
Fig. 4 zeigt eine schematische Anordnung mit zwei Speicherbehältern und einem Hilfsbehälter für ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Förderung des Trägermediums durch den ersten Wärmeübertrager mit Hilfe der Schwerkraft erfolgt.
Fig. 5 gibt ein Schema mit zwei Speicherbehältern und zwei Hilfsbehältern wieder.
Fig. 6 stellt eine Variante der Fig. 5 dar, bei der der Hilfsbehälter des unteren Speicherbehälters entbehrlich geworden ist.
Fig.7 ist eine Abwandlung der Anordnung nach Fig. 6, bei der der obere Hilfsbehälter mit dem ersten Speicherbehälter vereinigt ist.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Da, wie schon erwähnt, die zu untersuchenden Objekte 1 (Fig. 2 bis 7), z. B. grosse Maschinen und Apparate, sehr grosse Abmessungen besitzen, sind sie in einem geschlossenen Raum 2 untergebracht, dessen Inhalt und Begrenzungen dem gleichen Temperaturwechsel unterworfen werden müssen. Infolge der gegebenen
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grossen Abmessungen muss für die gewünschte Tempe- rierung des Objektes 1 und des umgebenden Raumes 2 ein Zwischenmedium 3 verwendet werden. Dieses, z. B. Luft, ist in einem offenen oder geschlossenen Kreislauf durch ein Lüftungssystem 4, das selbstverständlich dem Temperaturwechsel ebenfalls unterliegt, geführt und wird von dem Trägermedium 5, z.
B. einer Salz-Wasser- oder Wasser-Alkoholmischung, mittels eines Wärme- übertragers 6 auf die gewünschte Temperatur gebracht.
Daher zeigt Fig. 1 stark schematisiert den gewünschten Temperaturverlauf für das Zwischenmedium 3 während einer Periode P, die sich z. B. über einige Stunden erstreckt und während der beispielsweise Temperaturen von + 120 bis -40 C erreicht werden. Die Zeitachse (Abszisse) schneidet die Temperaturachse bei Umgebungstemperatur also bei etwa 25 C. Um den Verlauf einer Periode P besonders auf die den Gegenstand der Erfindung bildende Abkühlung auszurichten, ist ausserdem in Fig. 1 der zeitliche Beginn der Periode mit dem Beginn der Abkühlphase K zusammengelegt worden, so dass der Zustand N, in dem sich das Objekt auf Umgebungstemperatur befindet, nicht, wie in Wirklichkeit, am Ende einer Periode P, sondern mitten in der Periode liegt.
Gegenüber den wirklichen Verhältnissen ist also die Periode um etwa eine halbe Periode phasenverschoben gezeichnet. Die im Zusammenhang mit der Erfindung nicht weiter interessierende Heizphase und die an sie anschliessende Vorkühlung, die z. B. mit Frischluft aus der Umgebung erfolgen kann, sind mit H und V bezeichnet.
Zur Zeit to = 0 beginnt daher, in bezug auf die Erfindung, die erste Phase, die Abkühlphase K, in der das Zwischenmedium 3 durch die in dem Trägermedium 5 gespeicherte Kälte abgekühlt und eine gewisse Zeit bis t = t1 auf der gewünschten tiefen Temperatur gehalten wird. Die Kühlphase K ist zur Zeit t1 abgeschlossen.
Dann setzt die Regenerierungsphase R ein, während der ein Teil der in das Objekt 1 und die zugehörigen Hilfseinrichtungen 2 und 4 - also den es umgebenden Raum 2 und das Lüftungssystem 4 - hineingebrachte Kälte wieder zurück in das Trägermedium 5 transportiert und mit diesem gespeichert wird. Die Regenerierung R ist für die gezeigte Periode P zur Zeit t2 abgeschlossen.
Für das Kältesystem beginnt nun die eigentliche Aufbereitungsphase A, in der das entladene und gespeicherte Trägermedium über eine Kältemaschine wieder aufbereitet wird. Die Aufbereitungsphase dauert bis zum Zeitpunkt t3, der für das Kältesystem mit der Zeit to identisch ist, und an dem eine neue Phase P' beginnt.
Während der Aufbereitungsphase A für das Trägermedium 5 des Kältesystems durchläuft das Objekt 1 die Erwärmungsphase E, in der es, z. B. durch Frischluft oder durch - ebenfalls in einer, in Fig. 1 nicht gezeigten Regenerierungsphase für das Heizsystem - zurückgewonnene Wärme auf Umgebungstemperatur gebracht wird. Eine gewisse Zeit verbleibt das Objekt dann im Zustand N, an den sich die schon erwähnten Phasen H bzw. V - Aufheizen und Verbleiben bei hoher Temperatur bzw. Vorkühlen bis zur Umgebungstemperatur - anschliessen.
Das Zwischenmedium 3 und damit das Objekt 1 erreichen mit Hilfe der Vorkühlung die Umgebungstemperatur zur Zeit t3, womit für das Objekt 1 die Periode P abgeschlossen ist und die nächste Periode P' wieder mit der Abkühlphase K beginnt.
Fig. 2 zeigt ein erstes Schema zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens. Das Objekt und der es umgebende Raum 2, von denen nur schematische Begrenzungen dargestellt sind, liegen in dem Kreislaufsystem 4 der als Zwischenmedium 3 dienenden Luft. Die Luftströmung, die durch den Ventilator 7 aufrechterhalten wird, wird in dem Wärmeübertrager 6 auf die benötigte tiefe Temperatur gebracht. Sie kühlt sich dadurch ab, dass sie Kälte von dem ihr in dem Wärme- übertrager 6 entgegenströmenden Trägermedium 5 aufnimmt bzw. korrekter ihre Wärme an Trägermedium 5 abgibt.
Der Luftkreislauf, der in allen gezeigten Ausführungsbeispielen in der gleichen Weise ausgeführt und nur in Fig. 2 etwas vollständiger dargestellt ist, besitzt ausserdem einen in einem Parallelstrang zum Wärme- übertrager 6 liegenden, in Fig. 2 gestrichelt dargestellten, weiteren Wärmeübertrager 13, der für die Hufheizung der Luft dient und von einem heissen Trägermedium durchsetzt wird. Die in dem System 4 fliessende Luft kann dabei wahlweise über einen der beiden genannten Wärmeübertrager 6 bzw. 13 geführt werden, wofür in den beiden Parallelsträngen des Systems Abschlussklappen 14 bzw. 16 vorgesehen sind. Weiterhin kann das Lüftungssystem auch als offenes System betrieben werden, z. B. mindestens in einem Teil der in Fig. 1 mit E und V bezeichneten Phasen der Periode.
Zu diesem Zweck besitzt das System eine Ansaugleitung 9 mit einer Klappe 10 und einer Ausblasleitung 11 mit einer Klappe 12.
In diesem Ausführungsbeispiel durch eine Pumpe 15 angetrieben, durchströmt das Trägermedium 5 ein Leitungssystem, in dem der Wärmeübertrager 6 und zwei Speicherbehälter 17 und 18 angeordnet sind. Die von dem Wärmeübertrager 6 zu den Speichern 17 und 18 führende Leitung 19 des Systems ist im folgenden mit Rücklaufleitung bezeichnet. Die von den Speichern 17 und 18 zu dem Wärmeübertrager 6 führende Leitung hat die Bezeichnung 20 und wird im weiteren Vorlaufleitung genannt.
Die Speicherbehälter 17 und 18 sind mit den Leitungen 19 und 20 über je eine Abzweigleitung 21 und 22 verbunden, die durch Absperrorgane 23 und 24 verschliessbar sind. Die Einmündungen mindestens der aus der Rückläufleitung 19 in die Behälter 17 und 18 führenden Leitungen 21 können dabei vorteilhafterweise so - z. B. als Diffusoren - ausgebildet sein, dass sich für das aus der Rücklaufleitung in die Behälter 17 und 18 strömende Medium in diesen eine Schichtung ergibt, deren Schichten nach oben ansteigende Temperaturen aufweisen.
In die Behälter 17 und 18 führen weiterhin aus der Vorlaufleitung 20 weitere Abzweigleitungen 25, die ebenfalls Absperrorgane 26 besitzen und auch mit diffu- sorartigen Eingängen versehen sein können. Die Leitungen 25 ragen von unten bis etwa zu einer Höhe von 1/2 bis 2/3 der gesamten Behälterhöhe in die Behälter 17 und 18 hinein.
Über eine weitere Pumpe 29 und die Leitungen 30 und 31 ist an das Leitungssystem 19, 20 ein zweiter Wärmeübertrager 32 angeschlossen, der mit seiner Primärseite zu einer nur schematisch angedeuteten Kältemaschine 33 gehört. Die Leitung 30 verbindet dabei auf der Saugseite der Pumpe 29 die Rückführleitung 19 mit dem Wärmeübertrager 32, während die Leitung 31 in die Vorlaufleitung 20 mündet und mit einem Absperrorgan 34 versehen ist. Weiterhin besitzt die Leitung 31 eine Verzweigung 35 mit einem Absperrorgan 36, die nach der Leitung 30 in die Rücklaufleitung 19 einmündet.
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Zur Regelung der Temperatur des Zwischenmediums 3 ist in der Vorlaufleitung 20 ein Regelventil 37 eingebaut, das von dem Temperaturfühler 38 gesteuert wird.
Durch eine die Leitungen 19 und 20 direkt verbindende Bypass-Leitung 39, in der ein Absperrorgan 40 angeordnet ist, kann der Wärmeübertrager 6 kurzgeschlossen werden.
Der Ablauf einer Periode P erfolgt in dem vorbe- schriebenen Schema auf folgende Weise. Zu Beginn ist der Behälter 17, in dem z. B. eine Menge kalten Trägermediums bis zu 100 t mit einer einheitlichen tiefen Temperatur gespeichert ist, gefüllt und der Behälter 18 ist leer. Während der Abkühlphase K fliesst dieses Trägermedium 5, von der Pumpe 15 gefördert, nachdem das Ventil 24 des Behälters 17 und das Ventil 23 des Behälters 18 geöffnet worden sind, über die Leitungen 22 des Behälters 17 und die Leitung 20 in den Wärme- übertrager 6 und kühlt die durch ihn strömende Luft 3 ab.
Das in den Wärmeübertrager 6 entladene Trägermedium strömt über die Leitung 19 und die Zweigleitung 21 in den Behälter 18, wobei das Trägermedium zunächst eine relativ hohe Temperatur besitzt, die allmählich immer weiter absinkt. Die Einführung in den Behälter 18 von unten und unter Umständen eine geeignete Ausbildung der Einmündung der Leitung 21 in den Behälter ermöglichen, dass in dem Trägermedium 5 dabei die durch das Einfliessen von zunächst wärmerem und danach kühlerem Trägermedium gegebene Schichtung mit nach unten abnehmender Temperatur in dem Behälter 18 erhalten bleibt. Ist das ganze Trägermedium 5 aus dem Behälter 17 über den Wärmeübertrager 6 in den Behälter 18 transportiert worden, so ist die Abkühlphase K zur Zeit t, beendet.
Zum Beispiel von einem Programmgeber gesteuert, werden die bisher geöffneten Ventile 24 am Behälter 17 und 23 am Behälter 18 geschlossen und die Ventile 26 am Behälter 18 und 23 am Behälter 17 ge- öffnet, und die Regenerierungsphase R beginnt. In dieser Phase strömt die wärmere Teilmenge aus dem Behälter 18 durch die Leitungen 25 und 20, den Wärme- übertrager 6, die Leitungen 19 und 21 in den Behälter 17 zurück, wobei sie wieder einen Teil der Kälte von dem Zwischenmedium 3 aufnimmt und sich abkühlt.
Da die Temperatur dieser aus dem Behälter 18 abflie- ssenden Teilmenge infolge der geschichteten Speicherung steigt und das in den Wärmeübertrager 6 Kälte abgebende Zwischenmedium 3 ebenfalls immer wärmer wird, so dass zunächst kühleres Trägermedium 5 gegen kühleres Zwischenmedium 3 und danach wärmeres Trägermedium 5 gegen wärmeres Zwischenmedium 3 strömt, ergeben sich für diesen Wärmeübergang thermodynamisch günstige Verhältnisse.
Ist in dem Behälter 18 das Einströmniveau für die Leitung 25 erreicht, so wird das zugehörige Ventil 26 geschlossen und die Ventile 24 am Behälter 18 und 40 in der Bypass-Leitung 39 für den Wärmeübertrager 6 geöffnet, so dass die Restmenge aus dem Behälter 18 direkt in den Behälter 17 zurückströmen kann. Die Regenerierungsphase ist damit beendet und das entladene und regenerierte Trägermedium 5 befindet sich wieder vollständig im Behälter 17. Es besitzt eine einheitliche, mittlere Temperatur. Die zuvor geöffneten Ventile 24 und 40 werden geschlossen und die Pumpe 15 stiligesetzt.
Durch Öffnen der Ventile 23 am Behälter 17, 24 am Behälter 18 und 34 in der Leitung 31, sowie Inbetrieb- setzen der Pumpe 29 wird nun während der Aufbereitungsphase A das Trägermedium 5 aus dem Behälter 17 über die Leitungen 21, 19 und 30 in dem Wärmeübertrager 32 der Kältemaschine 33 auf die zu Beginn der nächsten Periode erforderliche tiefe Temperatur gebracht und über die Leitungen 31, 20 und 22 in dem zweiten Speicher 18 kalt gespeichert. Sobald der Behälter 18 mit kaltem Trägermedium 5 gefüllt ist, ist die Aufbereitungsphase A und damit die Periode P beendet und der Zyklus beginnt in der Periode P' von neuem, wobei jedoch die Funktion der Behälter 17 und 18 vertauscht ist. Der ursprüngliche Zustand ist dann am Ende der zweiten Periode P' wieder hergestellt.
Selbstverständlich kann dem Trägermedium 5 auch während der ganzen Periode P Kälte zugeführt werden, indem man die Pumpe 29 im Dauerbetrieb laufen lässt. Dies ergibt den zusätzlichen Vorteil, dass diese Pumpe nicht dauernd angefahren und stillgesetzt werden muss. Damit ein dauernder Strom des Trägermediums 5 durch den Wärmeübertrager 32 der Kältemaschine 33 nicht die während der Phasen K und R hohe, durch die während diesen Phasen laufende Pumpe 15 erzeugte Druckdifferenz überwinden und dafür die Pumpe 29 nicht unnötig gross dimensioniert werden muss, fliesst das im Wärmeübertrager 32 während der Phasen K und R aufbereitete Trägermedium 5 nicht in die Vorlaufleitung 20 zurück, sondern strömt durch die Verzweigung 35 der Leitung 31 wieder in den in der Leitung 19 strömenden,
von dem Wärmeübertrager 6 kommenden Rücklauf in Strömungsrichtung hinter der Abzweigung der Leitung 30 ein. Zu diesem Zweck wird bei Dauerbetrieb der Aufbereitung während der Abkühl- und der Regenerierungsphase K und R das Ventil 34 geschlossen und das Ventil 36 offen gehalten.
Die Anordnung nach Fig. 3 unterscheidet sich nur unwesentlich von der nach Fig. z. Bei ihr entfallen die Leitung 39 und die Leitung 25. Dafür ist ein dritter Speicherbehälter 41 vorgesehen, der in gleicher Weise wie die Behälter 17 und 18 an das Leitungssystem 19, 20 angeschlossen ist.
Mit dem System nach Fig.3 verläuft das erfindungsgemässe Verfahren in ähnlicher Weise wie im vorhergehenden Beispiel. Zu Beginn der Abkühlungsphase K sind jedoch die Behälter 17 und 18 gefüllt, die etwas kleiner sein können als im vorhergehenden Fall, da die für die Abkühlung benötigte Menge des Trägermediums 5 auf zwei Behälter 17 und 18 verteilt ist.
Das Trägermedium 5 besitzt in den Behältern 17 und 18 unterschiedliche Temperaturen T1 und T.", wobei T1 (Behälter 17) < T;, (Behälter 18). Während der Abkühlungsphase strömt zunächst der Inhalt des Behälters 18 in der beschriebenen Weise über den Wärmeübertrager 6 in den zuvor leeren Behälter 41 und wird in diesem geschichtet gespeichert, wobei seine mittlere Temperatur T., sei. Ist der Behälter 18 entleert, so kühlt das Trägermedium 5 aus dem Behälter 17 das Zwischenmedium 3 weiter ab und wird mit einer mittleren Temperatur T.2 in dem Behälter 18, der ja nunmehr leer ist, unter Umständen ebenfalls geschichtet, gespeichert. Die Abkühlungsphase K ist damit abgeschlossen; die Behälter 18 und 41 sind gefüllt.
Die Temperaturen T.! und T., liegen dabei so, dass T, < T., < T:3 < T.,.
Während der Regenerierungsphase R wird das Trägermedium 5 aus dem Speicher 41, das die Temperatur T, besitzt, über den Wärmeübertrager 6, ebenfalls in der bereits erläuterten Weise, in den Speicher 17 zurückgefördert und dabei von der Temperatur 11 auf die Temperatur T;; zurückgekühlt, also regeneriert.
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In der Aufbereitungsphase A wird bei diesem Beispiel nicht mehr das gesamte Trägermedium 5 aufbereitet, sondern nur die Teilmenge, die sich im Behälter 18 befindet. Sie kühlt sich dabei von der Temperatur T#_, auf die Temperatur T, ab und wird in dem Speicher 41 für die nächste Periode P' gespeichert. Die erste Periode P ist somit abgeschlossen.
Die nächsten beiden Perioden verlaufen völlig gleich, unter entsprechender zyklischer Vertauschung der Behälter 17, 18 und 41, so dass vor Beginn der vierten Periode der ursprüngliche Zustand der Anordnung wieder hergestellt ist und diese Periode identisch mit der beschriebenen ersten Periode abläuft.
Selbstverständlich kann auch hier die Aufbereitung in der beschriebenen Weise während der ganzen Periode erfolgen.
Bei beiden geschilderten Systemen wird der Wärme- übertrager zu Beginn der Aufbereitungsphase A entleert, um eine unnötige Erwärmung des Trägermediums 5 während der langen Stillstandszeit des Wärmeübertragers 6 zu verhindern. Diese Entleerung des Wärmeiiber- tragers 6 erfolgt z. B. so, dass die Ventile 23 der vor der Aufbereitung gefüllten Behälter 17, 18 oder 41 während der Aufbereitungsphase A erst dann geöffnet werden, wenn der Wärmeübertrager 6 geleert ist.
Bei der Anordnung nach Fig.4 ist die Pumpe 15 durch verschiedene Niveauhöhen der beiden, z. B. auf einer Höhendifferenz von 10 m angeordneten Behälter 17 und 18 ersetzt, so dass der Transport des Trägermediums 5 durch das Leitungssystem 19, 20, bei dem die Rücklaufleitung 19 nur von dem Wärmeübertrager 6 zum unteren Behälter 18 und die Vorlaufleitung 20 nur vom oberen Behälter 17 zum Wärmeübertrager 6 führt, infolge der Schwerkraft erfolgt.
Diese Art des Transportes für das Trägermedium 5 während der Kühlphase K und während der Regenerie- rungsphase R hat den Vorteil, dass das sehr häufige Anfahren und Stillsetzen der Pumpe 15 vermieden wird und diese selbst entbehrlich ist.
Der Anschluss des Wärmeübertragers 32 erfolgt hier direkt an die Behälter 17 und 18 über die Leitungen 42 und 43. Dabei ist in der Leitung 43, in der das aufbereitete Trägermedium 5 vom Wärmeübertrager 32 in den oberen Speicher 17 geführt wird, ein, auch bei den vorher beschriebenen Anordnungen unter Umständen ebenfalls vorhandenes, temperaturgesteuertes Regelventil 44 gezeigt. Dieses steuert in Abhängigkeit von der Temperatur des den Wärmeübertrager 32 verlassenden, aufbereiteten Trägermediums 5 die es selbst durchsetzende Menge derart, dass die genannte Temperatur an der Messstelle 45 konstant bleibt.
In der Anordnung nach Fig. 4 ist ferner ein Hilfsbehälter 46 vorgesehen, der ein geringeres Volumen als die Behälter 17 und 18 besitzt und auf einem Zwischenniveau angeordnet ist. Durch die mit Hilfe der Organe 47 und 48 absperrbaren Leitungen 49 und 50 ist der Hilfsbehälter 46 mit der Rücklaufleitung 19 und der Vorlaufleitung 20 verbunden. Das Zwischenniveau für den Hilfsbehälter 46 ist dabei so gewählt, dass die Druckhöhe zwischen ihm und dem Behälter 17 einen Transport des Trägermediums 5 aus dem Behälter 17 über die Leitung 20, den Wärmeübertrager 6 und die Leitungen 19 und 40 in den Hilfsbehälter 46 während einer Teilphase zu Beginn der Abkühlung K ermöglicht.
Zu Beginn der Abkühlphase K ist der Behälter 17 mit kaltem, aufbereitetem Trägermedium 5 gefüllt, während der Behälter 18 bis auf einen Rest und der Hilfsbehälter 46 völlig leer sind. Infolge der Schwerkraft strömt das Trägermedium 5 über den Wärmeübertrager 6 und kühlt in diesem das Zwischenmedium 3 ab. Die erste, relativ warme Teilmenge, die aus dem Wärmeübertrager 6 kommt, fliesst über die Leitung 49 in den Hilfsbehälter 46 und wird in diesem geschichtet gespeichert. Sobald der Hilfsbehälter 46 gefüllt und das Ventil 47 geschlossen ist, fliesst die Restmenge des entladenen Trägermediums 5, die bereits eine etwas tiefere Temperatur besitzt als die erste Teilmenge, über die Leitung 19 in den unteren Speicherbehälter 18 bis zum Abschluss der Abkühlphase K.
Während der Regenerierungsphase R wird die zuvor in dem Hilfsbehälter 46 geschichtet zwischengespeicherte, wärmere Teilmenge durch Öffnen des Ventils 48 über die Leitung 50 und dem Wärmeübertrager 6 ebenfalls in den Speicher 18 geleitet, wobei diese Teilmenge dem Zwischenmedium 3 Kälte entzieht und dabei regeneriert wird.
Während der Aufbereitungsphase A schliesslich fördert die Pumpe 29 das entladene Trägermedium 5 aus dem Speicherbehälter 18 über den Wärmeübertrager 32 und die Leitung 42 und 43 in den oberen Speicherbehälter 17. Dabei wird das Trägermedium 5 auf seine ursprüngliche Temperatur aufbereitet und erhält gleichzeitig über die Pumpe 29 die für seinen Fluss durch den Wärmeübertrager 6 während der nächsten Periode notwendige potentielle Energie.
Auch bei diesem Beispiel ist es möglich, die Pumpe 29 dauernd laufen zu lassen und damit die Aufbereitung während der ganzen Periode kontinuierlich vorzunehmen. Damit bei während des ersten Teiles der Abkühlungsphase K, in dem dem Speicher 18 kein Trägermedium 5 zufliesst, die Pumpe 29 nicht leer fördert, sind die Speicherbehälter 17 und 18 und damit die in dem System enthaltene Menge des Trägermediums 5 grösser bemessen als für den Ablauf einer Periode notwendig ist. Nach der Aufbereitungsphase A verbleibt dann eine Restmenge im unteren Speicher 18, die jeweils während der ersten Teilphase der Abkühlung K der nächsten Periode durch den Wärmeübertrager 32 gekühlt und in den Speicher 17 gefördert wird.
Die Anordnung nach Fig. 5 ist mit zwei Hilfsbehältern 46 und 51 versehen, von denen einer 46 dem oberen Speicher 17 und einer 51 dem unteren Speicher 18 zugeordnet ist. Der Hilfsbehälter 46 ist wiederum über die Leitung 50 und das Ventil 48 mit der Vorlaufleitung 20 verbunden. Ausserdem besitzt er Schikanen 52, die als in geringen, senkrechten Abständen voneinander angeordnete, tellerartige Überläufe 53 ausgebildet sind. Diese Schikanen 52 dienen dazu, ein Einführen von oben und ein geschichtetes Speichern von zunächst kühlerem und danach allmählich wärmer werdendem Trägermedium 5 zu ermöglichen.
Der Hilfsbehälter 51 ist über die Leitung 54 und das Absperrorgan 55 an die Rücklaufleitung 19 angeschlossen. Weiterhin sind beide Behälter 46 und 51 über eine eigene, mit der Pumpe 56 versehene Leitung 57 miteinander verbunden, wobei die Leitung 57 unten aus dem Behälter 51 herausgeführt und mit dem Ventil 58 versehen ist. Sie mündet von oben in den Hilfsbehälter 46 derart ein, dass das durch sie fliessende Trägermedium 5 zunächst in den obersten Teller der Schikanen 52 strömt und kaskadenartig nach unten fliesst.
Zu Beginn der Abkühlphase K einer Periode P sind der Speicherbehälter 17 mit kaltem, aufbereitetem und der Hilfsbehälter 46 mit warmem, in Schichten mit näch oben zunehmender Temperatur gespeichertem Träger-. medium 5 gefüllt. Ähnlich wie beim vorhergehenden Beispiel fliesst im ersten Zeitintervall der Abkühlphase
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K das Trägermedium 5 aus dem Speicher 17 in den Wärmeübertrager 6 und von dort in den Hilfsbehälter 51, wo es in Schichten unterschiedlicher Temperatur gespeichert wird. Ist dieser Hilfsbehälter 51 gefüllt, so füllt sich der Speicher 18 mit der Restmenge tieferer Temperatur des entladenen Trägermediums 5, wofür das zu Beginn geöffnete Ventil 55 geschlossen und das Ventil 23 geöffnet wird.
Regeneriert wird während einer Periode P in der Regenerierungsphase R jeweils der Inhalt des Hilfsbehälters 46, der mit relativ warmem Trägermedium 5 aus der vorhergehenden Periode gefüllt ist. Der Strom des zu regenerierenden Trägermediums 5 gelangt dabei wieder aus dem Behälter 46 über die Leitungen 50 und 20 in den Wärmeübertrager 6 und wird über die Leitung 19 und 21 in den unteren Speicher 18 geführt.
Bei der Aufbereitung fliesst das entladene Trägermedium 5, angetrieben von der Pumpe 29, aus dem Behälter 18 über die Leitungen 21, 19, 30 und den Wärme- übertrager 32 und die Leitungen 31, 20 und 22 wieder in den oberen Speicher 17, wo es für die nächste Periode zur Verfügung steht. Während der Aufbereitungsphase A wird auch die Pumpe 56 in Betrieb gesetzt, die das warme Trägermedium 5 in der durch Öffnen des Ventils 58 freigegebenen Leitung 57 unter Wahrung seiner Temperaturschichtung in den oberen Hilfsbehälter 46 fördert. Dort wird das warme Trägermedium 5 bis zur nächsten Regenerierungsphase in Schichten unterschiedlicher Temperatur gespeichert.
Bei kontinuierlichem Betrieb der Aufbereitung fördert die Pumpe 29 während der ersten beiden Phasen K und R entladenes Trägermedium 5 aus der Leitung 19 über den Wärmeübertrager 32 zurück in die Vorlaufleitung 20.
In dem nächsten Beispiel (Fig.6), das in seinen Grundzügen dem vorherigen entspricht, sind der Hilfsbehälter 51 und die Pumpe 56 weggelassen. Die Aufgabe der Pumpe 56 während der Aufbereitungsphase A übernimmt die Pumpe 29, weshalb die Leitung 57 nach dieser Pumpe an die Leitung 30 vor dem Wärmeübertrager 32 angeschlossen ist.
Die beiden ersten Phasen K und R verlaufen ähnlich den entsprechenden Phasen des Verfahrens nach Fig. 5, wobei jedoch die warme Teilmenge des entladenen Trägermediums 5 zu Beginn der Abkühlungsphase K nicht in einen Hilfsbehälter sondern geschichtet in dem Behälter 18 gespeichert wird. Das regenerierte Trägermedium 5 aus dem Hilfsbehälter 46 strömt dabei während der Phase R von unten in die bereits kältere Teilmenge des entladenen Trägermediums 5, die am Ende der Kühlphase K entsteht, ein.
Während der Aufbereitungsphase A fördert die Pumpe 29 zunächst die kalte Teilmenge aus dem Behälter 18 über den Wärmeübertrager 32 in den Behälter 17. Im weiteren Verlauf der Aufbereitungsphase A wird das aus dem Speicher 18 austretende Trägermedium 5 immer wärmer. Daher wird das Ventil 44 den Strom durch den Wärmeübertrager 32 immer mehr drosseln, damit bei gleichbleibender Leistung der Kältemaschine 33 die gewünschte Temperatur des aufbereiteten Trägermediums 5 gehalten wird.
Die von der Pumpe 29 geförderte, mit steigender Temperatur des Mediums in der Leitung 30 zunehmende LUberschussmenge, die durch Drosselung des Ventils 44 nicht durch die Leitung 31 abströmen kann, fliesst über die Leitung 57 in den Hilfsbehälter 46 und wird in diesem in Schichten steigender Temperatur von unten nach oben gespeichert, um für die nächste Regenerierungsphase zur Verfügung zu stehen.
Um eine richtige Verteilung des Stromes aus der Leitung 30 auf die beiden Teilströme durch die Leitungen 31 und 57 zu erreichen, kann dabei das Ventil 58 ebenfalls als Regelventil ausgebildet sein, das entweder von der Öffnung des Ventils 44 oder ebenfalls von der Temperatur an der Stelle 45 in seinem Querschnitt gegenläufig zum Öffnungsquerschnitt des Regelventils 44 verstellt wird. Läuft die Aufbereitung im Dauerbetrieb, so wird das Ventil 58 während der Kühlphase K und während der Regenerierungsphase R z. B. durch einen besonderen Steuerimpuls, der es nur während der eigentlichen Aufbereitungsphase A freigibt, geschlossen gehalten. Unter bestimmten Voraussetzungen kann das Ventil 58 auch als einfaches Drosselorgan wirken, dessen Strömungsquerschnitt einmal fest eingestellt wird.
Das Ventil 58 dient dann lediglich als zusätzlicher Strömungswiderstand in der Leitung 57. Ist ein solcher nicht notwendig, so kann in diesen Fällen das Ventil 58 auch ganz weggelassen werden.
Das letzte Beispiel nach Fig. 7 ist sehr weitgehend mit dem vorhergehenden identisch. Apparativ unterscheidet es sich dadurch, dass der Hilfsbehälter 46 mit dem Speicher 17 einen einzigen Behälter bildet, wobei der Hilfsbehälter 46 im oberen Teil des Behälters 17 angeordnet ist und von diesem durch einen mit einer Austrittsöffnung 59 versehenen Zwischenboden 60 getrennt ist. Dieser Zwischenboden kann jedoch auch völlig wegfallen, so dass nur ein Behälter 17 vorhanden ist, in dessen oberen Teil eine warme Teilmenge des Trägermediums 5 mit nach oben steigender Temperaturschichtung auf einer kalten, mit der notwendigen Kälte beladenen Teilmenge aufgeschichtet ist, ohne dass eine trennende Wand vorhanden wäre.
Der Ablauf einer Periode P entspricht beim letzten Beispiel der Verfahrensvariante gemäss dem vorhergehenden Schema, wobei die für die Regenerierung benutzte Teilmenge des Trägermediums 5 bei sinkendem Niveau im Speicherbehälter 17 - für den Fall, dass ein Zwischenboden 60 vorhanden ist durch die Öffnung 59 ebenfalls nach unten sinkt und während der Regenerie- rungsphase R durch die Leitungen 22 und 20 dem Wärmeübertrager 6 zuströmt und von unten in den Speicher 18 einfliesst.
Es sei noch erwähnt, dass alle Ventile oder Absperrorgane, ausser den als Regelventilen bezeichneten Organen, einfache Auf-Zu-Ventile sind, so dass die Umsteuerung der verschiedenen Ströme während der einzelnen Phasen und Perioden sehr einfach ist. Weiterhin sei noch erwähnt, dass die zur Regenerierung benutzte Teilmenge des entladenen Trägermediums 5 etwa 20 bis 40 % der für die Abkühlung der Massen 1, 2 während einer Periode benötigten Gesamtmenge beträgt.
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Method and device for the intermittent cooling of polar masses with a large amount of heat. The invention relates to a method for the intermittent, in particular periodic, cooling of masses with a large amount of heat, which are heated and heated between the individual cooling phases.
In test facilities, the objects to be examined are often subjected to periodically changing thermal loads, with a prescribed temperature profile being adhered to as a function of time. If the objects have large dimensions and a large mass, the power to be applied during a period for their heating or cooling is e.g. B. 105 and 106 Kcal / h or more respectively. Compared to the period, however, the phases in which the objects have to be heated or cooled with the aid of heating devices or refrigeration machines are relatively short. The heating devices or
Refrigerating machines must be designed for a multiple of the specified continuous output if they only have to provide the heating or cooling output directly during the actual heating or cooling phase. It is therefore customary to store the power required for the momentary demand during the heating or cooling phase in a storage system and to make it available to the objects from the storage system at the given time. Are the heating devices or
When refrigerating machines are connected to such a storage system, they can preferably work during the entire period and only have to be dimensioned for the specified continuous output, which is relatively small compared to the instantaneous output.
The invention is now based on the object of reducing the cooling power to be provided by a refrigeration machine as far as possible by means of a suitable method for generating and storing the cold. The invention is characterized in that within a period in a first phase - the cooling phase of the masses - cold stored in a carrier medium is supplied to these masses via at least one heat exchanger by means of an intermediate medium, and that furthermore in a second phase of the regeneration phase for the Carrier medium, in which cold is withdrawn from the masses - by means of the intermediate medium, the cold is partially returned to the carrier medium and stored therein, and that finally in a,
At least over the greater part of the period, the processing phase for the carrier medium, the resulting cold losses in the carrier medium are replaced by a cold source. The processing of the carrier medium by the cold source can also take place during the entire period, whereby under certain circumstances during the cooling phase and during the regeneration phase the partial amount of the carrier medium flowing through the cold source is removed from the medium flow coming from the heat exchanger and fed back to the extraction point .
Although the method according to the invention could in principle also be used in the same way for a storage system to cover the heat requirement, the partial recovery according to the invention of the cold supplied to the masses in the cooling phase is particularly important because it is known that the generation of cold is considerably more expensive than the generation of heat.
The process according to the invention can be carried out in the most varied of ways. Thus, there is an advantageous possibility that a carrier medium, which is stored in a first storage container and loaded with the necessary cold, is passed during the first phase from the storage container via the heat exchanger (in which it partially releases its cold content to the intermediate medium) into a second storage container, that during the second phase initially a portion of the higher temperature from the discharged carrier medium via the heat exchanger (in which it absorbs the cold extracted from the masses by the intermediate medium) into the
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first storage tank is returned,
while the remainder of the lower temperature is conveyed back directly to the first storage container, bypassing the heat exchanger, and that finally, during the processing phase, the discharged carrier medium from the first storage container (for charging and storage) is conveyed back to the second storage container via the cold source.
Furthermore, the method can be carried out in such a way that the carrier medium is stored in two parts of different temperatures in two different storage containers, so that during the first phase the partial amount of the higher temperature is initially fed from the first storage container via the heat exchanger to a third storage container, and then the remaining amount lower temperature is passed from the second storage container via the heat exchanger into the first container (during the first phase the carrier medium partially releases its cold in the heat exchanger to the intermediate medium),
that, during the second phase, the partial amount of the highest temperature from the third storage tank is fed into the second storage tank via the heat exchanger (in which it absorbs the cold removed from the masses by the intermediate medium), and that finally, during the processing phase, the remaining amount from the first Storage tank (for charging and storage) is conveyed via the cold source into the third storage tank.
However, it is also possible that a carrier medium, which is stored in a first storage container and loaded with the necessary cold, is guided during the first phase from this container via the heat exchanger (in which it partially releases its cold to the intermediate medium) and discharged by the Carrier mediurm initially a subset of higher temperature is temporarily stored in an auxiliary container with a smaller volume, while the remaining amount is fed into a second storage container, so that during the second phase the temporarily stored subset from the auxiliary container via the heat exchanger (in which it transfers the masses through the Absorbs the cold removed from the intermediate medium)
is also fed into the second storage container and that finally, during the processing phase, the carrier medium from the second storage container (for call charging and storage) is returned to the first storage container via the cold source.
Another advantageous option for running the method is that the carrier medium is stored in two subsets of different temperatures in a first storage container with a lower temperature and in a first auxiliary container with a smaller volume and higher temperature assigned to it, that the in The carrier medium stored in the first storage container and loaded with the necessary cold is passed via the heat exchanger (in which it partially releases its cold to the intermediate medium) and from the discharged carrier medium initially a first portion of higher temperature in a second auxiliary container, which is assigned to a second storage container , is stored while the remaining amount is fed into the second storage container,
that during the second phase the partial amount of higher temperature from the first auxiliary container is also fed into the second storage container via the heat exchanger (in which it absorbs the cold removed from the masses by the intermediate medium) and that finally during the processing phase the carrier medium from which second storage container (for charging and storage) is returned to the first storage container via the cold source, while at the same time the partial amount of higher temperature is brought from the second auxiliary container directly into the first auxiliary container.
The last-mentioned type of method can be modified in that the carrier medium is stored in two subsets of different temperatures in a storage container of lower temperature and an auxiliary container of smaller volume and higher temperature assigned to it, that during the first phase the stored in the first storage container, Carrier medium loaded with the necessary cold via the heat exchanger (in which it releases its cold to the intermediate medium) into a second storage container, that furthermore during the second phase the partial amount of higher temperature from the auxiliary container via the heat exchanger (in which it transfers the masses absorbs the cold removed by the intermediate medium)
is also fed into the second storage container, and that finally during the processing phase of the discharged carrier medium from the second storage container, initially a subset of lower temperature (for charging and storage) is returned to the first storage container via the cold source, while the remaining subset is then higher Temperature, controlled by its own temperature, a first, decreasing partial flow is also fed back (for charging and storage) via the cold source into the first storage container, while at the same time a second increasing partial flow of higher temperature is conveyed directly into the auxiliary container.
On the other hand, the last-mentioned method can be modified in such a way that the first auxiliary container is also omitted, the individual phases of the method taking place in such a way that the carrier medium is stored in a first storage container in layers of different temperatures, so that a first, with the necessary cold-laden partial amount via the heat exchanger (in which it partially releases its cold to the intermediate medium) in layers into a second storage container, that furthermore, during the second phase, the remaining amount of higher temperature from the first storage container via the heat exchanger (in which it the absorbs the cold removed from the mass by the intermediate medium) is also fed into the second storage container,
and that finally, during the processing phase of the discharged carrier medium from the second storage container, initially a subset of lower temperature (for charging and storage) is returned from below to the first storage container via the cold source, while the remaining subset of higher temperature is controlled by its own Temperature, a first, decreasing partial flow is also fed back (for charging and storage) via the cold source from below into the first storage container, while at the same time a second, increasing partial flow of higher temperature is layered directly in the first storage container from above onto the subset of lower temperature.
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It is also useful if the flow of the carrier medium through the heat exchanger during the first phase is regulated depending on the temperature of the intermediate medium leaving the heat exchanger, and if the sequence of the individual phases and periods is controlled according to a program.
Conditions that are particularly favorable thermodynamically, especially for the regeneration phase, can be achieved if at least the partial quantities of the higher temperature of the carrier medium are stored in layers of different temperatures.
A device for carrying out the method is characterized by a line system for the carrier medium with at least two storage tanks, means for conveying the carrier medium through the line system and with at least one first heat exchanger for the heat transfer between the carrier medium and the intermediate medium, with at least one storage tank each in the direction of flow , before and at least one storage tank after the first heat exchanger is connected to the line system via at least one lockable branch line opening into the tank from below.
Furthermore, the device is characterized by at least one second heat exchanger, which is fed with the carrier medium by its own conveyor device and is connected to the system on both sides of the first heat exchanger, the primary side of which is in the circuit of a refrigeration machine, the connection for the inflow of the carrier medium from the system to the second heat exchanger is located in the direction of flow after the first heat exchanger, during which the carrier medium from the heat exchanger of the refrigeration machine back into the system flows into the system before the first heat exchanger.
In order to enable continuous operation of the refrigeration machine without the pressure difference prevailing in the pipe system upstream and downstream of the first heat exchanger having to be applied by its conveying device, it is advantageous if the pipe section coming from the refrigeration machine has a branch provided with a shut-off device, which flows into the system after the first heat exchanger.
Furthermore, it can be useful that the storage tanks each have at least one shut-off branch line which protrudes into the tank up to a certain level and opens into the system before the first heat exchanger.
It is also advantageous in this context if the first heat exchanger can be short-circuited by a line provided with a shut-off element.
The stratification of different temperatures for the carrier medium higher temperature can be easily z. B. can be achieved in that the branch lines leading into the container have diffuser-like inputs into the container.
The storage system can also be expanded in that at least one third storage container is present, which is connected to the system in parallel with the other two, whereby the third container can also be designed as an auxiliary container of smaller volume, which is connected to the system at least via a lockable branch line connected. In a further development of this, the auxiliary container can also be combined with a storage container and, under certain circumstances, only separated from it by an intermediate floor.
On the other hand, the system can also be expanded so that an auxiliary container of smaller volume is assigned to each storage container via a lockable branch line, and that the two auxiliary containers are directly connected to one another by a line provided with its own conveying device. In order to achieve a suitable stratification of at least the partial amount of the higher temperature of the carrier medium in some of the process variants described above, a supply line can be assigned to at least one storage container or an auxiliary container, which opens into this container from above and is provided with baffles for the layered supply of the carrier medium.
Furthermore, it can be advantageous if the line section leading from the heat exchanger of the refrigeration machine into the system has a temperature-controlled regulating element which keeps the temperature of the carrier medium leaving the second heat exchanger constant.
A further development of the system is given by the fact that a line branches off from the line leading from the system to the heat exchanger of the refrigeration machine, which leads from above into a storage tank or auxiliary tank.
In order to convey the carrier medium through the line system, it is possible that the means for conveying the carrier medium through the line system consist in that the two storage containers, possibly with their associated auxiliary containers, are arranged at different heights, the auxiliary containers possibly on one Can be arranged intermediate level.
The invention is explained in more detail in the following description of several exemplary embodiments in conjunction with the drawing.
Fig. 1 shows in a schematic temperature-time diagram the course of a period with the individual phases related to the cooling, the specified temperature profile relates to the intermediate medium.
FIG. 2 shows a first scheme for carrying out the method with two storage tanks, while FIG. 3 shows a modification of the first scheme with three storage tanks.
4 shows a schematic arrangement with two storage containers and an auxiliary container for a further exemplary embodiment in which the carrier medium is conveyed through the first heat exchanger with the aid of gravity.
Fig. 5 shows a scheme with two storage tanks and two auxiliary tanks.
FIG. 6 shows a variant of FIG. 5 in which the auxiliary container of the lower storage container can be dispensed with.
FIG. 7 is a modification of the arrangement according to FIG. 6, in which the upper auxiliary container is combined with the first storage container.
The same parts are provided with the same reference symbols in all figures.
Since, as already mentioned, the objects to be examined 1 (FIGS. 2 to 7), e.g. B. large machines and apparatus, have very large dimensions, they are housed in a closed space 2, the content and limitations of which must be subjected to the same temperature change. As a result of the given
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With large dimensions, an intermediate medium 3 must be used for the desired temperature control of the object 1 and the surrounding space 2. This, e.g. B. air is in an open or closed circuit through a ventilation system 4, which of course is also subject to the temperature change, and is guided by the carrier medium 5, e.g.
B. a salt-water or water-alcohol mixture, brought to the desired temperature by means of a heat exchanger 6.
Therefore, FIG. 1 shows, in a highly schematic manner, the desired temperature profile for the intermediate medium 3 during a period P which, for B. extends over a few hours and during which, for example, temperatures of + 120 to -40 C are reached. The time axis (abscissa) intersects the temperature axis at ambient temperature, i.e. at around 25 C. In order to align the course of a period P particularly with the cooling which is the subject of the invention, the temporal beginning of the period with the beginning of the cooling phase K is also shown in FIG so that the state N, in which the object is at ambient temperature, is not, as in reality, at the end of a period P, but in the middle of the period.
Compared to the real conditions, the period is drawn out of phase by about half a period. The heating phase of no further interest in connection with the invention and the subsequent pre-cooling, which z. B. can be done with fresh air from the environment, are denoted by H and V.
At time to = 0, the first phase, the cooling phase K, begins, in which the intermediate medium 3 is cooled by the cold stored in the carrier medium 5 and held at the desired low temperature for a certain time until t = t1 becomes. The cooling phase K is completed at time t1.
Then the regeneration phase R begins, during which part of the cold brought into the object 1 and the associated auxiliary devices 2 and 4 - i.e. the surrounding space 2 and the ventilation system 4 - is transported back into the carrier medium 5 and stored with it. The regeneration R is completed for the period P shown at time t2.
The actual processing phase A now begins for the refrigeration system, in which the discharged and stored carrier medium is processed again via a refrigeration machine. The preparation phase lasts until time t3, which for the refrigeration system is identical to time to, and at which a new phase P 'begins.
During the preparation phase A for the carrier medium 5 of the refrigeration system, the object 1 goes through the heating phase E, in which it, for. B. by fresh air or by - also in a, in Fig. 1 not shown regeneration phase for the heating system - recovered heat is brought to ambient temperature. The object then remains in state N for a certain period of time, followed by the phases H and V already mentioned - heating up and staying at a high temperature or precooling up to ambient temperature.
The intermediate medium 3 and thus the object 1 reach the ambient temperature at time t3 with the aid of the pre-cooling, whereby the period P is completed for the object 1 and the next period P 'begins again with the cooling phase K.
2 shows a first scheme for carrying out the method according to the invention. The object and the space 2 surrounding it, of which only schematic boundaries are shown, lie in the circulatory system 4 of the air serving as intermediate medium 3. The air flow that is maintained by the fan 7 is brought to the required low temperature in the heat exchanger 6. It cools down in that it absorbs cold from the carrier medium 5 flowing in the opposite direction to it in the heat exchanger 6 or, more correctly, gives off its heat to carrier medium 5.
The air circuit, which is designed in the same way in all the exemplary embodiments shown and is only shown somewhat more completely in FIG. 2, also has a further heat exchanger 13, which is located in a parallel line to the heat exchanger 6 and shown in dashed lines in FIG the hoof heating is used for the air and is permeated by a hot carrier medium. The air flowing in the system 4 can optionally be routed via one of the two heat exchangers 6 or 13 mentioned, for which end flaps 14 and 16 are provided in the two parallel lines of the system. Furthermore, the ventilation system can also be operated as an open system, e.g. B. at least in part of the phases of the period indicated in FIG. 1 by E and V.
For this purpose, the system has an intake line 9 with a flap 10 and an exhaust line 11 with a flap 12.
In this exemplary embodiment, driven by a pump 15, the carrier medium 5 flows through a line system in which the heat exchanger 6 and two storage tanks 17 and 18 are arranged. The line 19 of the system leading from the heat exchanger 6 to the stores 17 and 18 is referred to below as the return line. The line leading from the stores 17 and 18 to the heat exchanger 6 has the designation 20 and is referred to below as the flow line.
The storage tanks 17 and 18 are connected to the lines 19 and 20 via a branch line 21 and 22 each, which can be closed by shut-off devices 23 and 24. The junctions of at least the lines 21 leading from the return line 19 into the containers 17 and 18 can advantageously so - z. B. as diffusers - be designed so that a stratification results for the medium flowing from the return line into the containers 17 and 18, the layers of which have upwardly increasing temperatures.
Further branch lines 25, which also have shut-off devices 26 and can also be provided with diffuser-like inlets, also lead from the feed line 20 into the containers 17 and 18. The lines 25 protrude into the containers 17 and 18 from below to a height of approximately 1/2 to 2/3 of the total container height.
A second heat exchanger 32 is connected to the line system 19, 20 via a further pump 29 and the lines 30 and 31, the primary side of which belongs to a refrigerating machine 33, which is only indicated schematically. The line 30 connects the return line 19 to the heat exchanger 32 on the suction side of the pump 29, while the line 31 opens into the flow line 20 and is provided with a shut-off element 34. Furthermore, the line 31 has a branch 35 with a shut-off element 36, which opens into the return line 19 after the line 30.
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To regulate the temperature of the intermediate medium 3, a regulating valve 37, which is controlled by the temperature sensor 38, is installed in the flow line 20.
The heat exchanger 6 can be short-circuited by a bypass line 39 which directly connects the lines 19 and 20 and in which a shut-off element 40 is arranged.
The expiry of a period P takes place in the above-described scheme in the following way. At the beginning, the container 17, in which z. B. a quantity of cold carrier medium is stored up to 100 t with a uniform low temperature, filled and the container 18 is empty. During the cooling phase K, this carrier medium 5, conveyed by the pump 15 after the valve 24 of the container 17 and the valve 23 of the container 18 have been opened, flows via the lines 22 of the container 17 and the line 20 into the heat exchanger 6 and cools the air 3 flowing through it.
The carrier medium discharged into the heat exchanger 6 flows via the line 19 and the branch line 21 into the container 18, the carrier medium initially having a relatively high temperature which gradually falls further and further. The introduction into the container 18 from below and, under certain circumstances, a suitable design of the confluence of the line 21 into the container enable the stratification in the carrier medium 5, which is given by the inflow of initially warmer and then cooler carrier medium, with a downwardly decreasing temperature in the Container 18 is retained. When the entire carrier medium 5 has been transported from the container 17 via the heat exchanger 6 into the container 18, the cooling phase K is ended at time t 1.
For example, controlled by a programmer, the previously open valves 24 on the container 17 and 23 on the container 18 are closed and the valves 26 on the container 18 and 23 on the container 17 are opened, and the regeneration phase R begins. In this phase, the warmer part flows out of the container 18 through the lines 25 and 20, the heat exchanger 6, the lines 19 and 21 back into the container 17, where it again absorbs part of the cold from the intermediate medium 3 and cools down .
Since the temperature of this partial amount flowing out of the container 18 rises as a result of the layered storage and the intermediate medium 3 releasing cold into the heat exchanger 6 is also getting warmer, so that initially cooler carrier medium 5 against cooler intermediate medium 3 and then warmer carrier medium 5 against warmer intermediate medium 3 flows, there are thermodynamically favorable conditions for this heat transfer.
If the inflow level for the line 25 is reached in the container 18, the associated valve 26 is closed and the valves 24 on the container 18 and 40 in the bypass line 39 for the heat exchanger 6 are opened, so that the remaining amount from the container 18 is directly can flow back into the container 17. The regeneration phase is thus ended and the discharged and regenerated carrier medium 5 is again completely in the container 17. It has a uniform, mean temperature. The previously opened valves 24 and 40 are closed and the pump 15 is shut down.
By opening the valves 23 on the container 17, 24 on the container 18 and 34 in the line 31, as well as starting the pump 29, the carrier medium 5 is now from the container 17 via the lines 21, 19 and 30 in the processing phase A Heat exchanger 32 of refrigeration machine 33 is brought to the low temperature required at the beginning of the next period and stored cold in second memory 18 via lines 31, 20 and 22. As soon as the container 18 is filled with cold carrier medium 5, the processing phase A and thus the period P is ended and the cycle starts again in the period P ', but the function of the containers 17 and 18 is reversed. The original state is then restored at the end of the second period P '.
Of course, the carrier medium 5 can also be supplied with cold during the entire period P by allowing the pump 29 to run continuously. This has the additional advantage that this pump does not have to be started up and stopped all the time. So that a continuous flow of the carrier medium 5 through the heat exchanger 32 of the refrigeration machine 33 does not overcome the high pressure difference generated by the pump 15 running during these phases and the pump 29 does not have to be made unnecessarily large during phases K and R, the flow in the Heat exchanger 32 treated during phases K and R does not return to the carrier medium 5 in the flow line 20, but flows through the branch 35 of the line 31 again into the flowing in the line 19,
from the heat exchanger 6 coming return in the flow direction behind the branch of the line 30. For this purpose, when the processing is in continuous operation, valve 34 is closed and valve 36 is kept open during the cooling and regeneration phases K and R.
The arrangement according to FIG. 3 differs only slightly from that according to FIG. In it, the line 39 and the line 25 are omitted. A third storage container 41 is provided for this, which is connected to the line system 19, 20 in the same way as the containers 17 and 18.
With the system according to FIG. 3, the method according to the invention proceeds in a similar way to the previous example. At the beginning of the cooling phase K, however, the containers 17 and 18 are filled, which can be somewhat smaller than in the previous case, since the amount of the carrier medium 5 required for cooling is distributed over two containers 17 and 18.
The carrier medium 5 has different temperatures T1 and T in the containers 17 and 18, where T1 (container 17) <T ;, (container 18). During the cooling phase, the contents of the container 18 first flows in the manner described over the heat exchanger 6 into the previously empty container 41 and is stored in this layered structure, its mean temperature being T. If the container 18 is empty, the carrier medium 5 from the container 17 cools the intermediate medium 3 further and has an average temperature T .2 stored, possibly also layered, in the container 18, which is now empty. The cooling phase K is thus completed; the containers 18 and 41 are filled.
The temperatures T.! and T., are in such a way that T, <T., <T: 3 <T.,.
During the regeneration phase R, the carrier medium 5 is conveyed back from the store 41, which has the temperature T, via the heat exchanger 6, also in the manner already explained, into the store 17 and from the temperature 11 to the temperature T ;; cooled back, i.e. regenerated.
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In the processing phase A, in this example, the entire carrier medium 5 is no longer processed, but only the partial amount that is in the container 18. It cools down from the temperature T # _, to the temperature T, and is stored in the memory 41 for the next period P '. The first period P is thus completed.
The next two periods are exactly the same, with the corresponding cyclical swapping of the containers 17, 18 and 41, so that the original state of the arrangement is restored before the fourth period and this period is identical to the first period described.
Of course, the preparation can also be carried out in the manner described here during the entire period.
In both systems described, the heat exchanger is emptied at the beginning of the processing phase A in order to prevent unnecessary heating of the carrier medium 5 during the long idle time of the heat exchanger 6. This emptying of the heat exchanger 6 takes place z. B. in such a way that the valves 23 of the containers 17, 18 or 41 filled before the treatment are only opened during the treatment phase A when the heat exchanger 6 is emptied.
In the arrangement of Figure 4, the pump 15 is by different heights of the two, z. B. at a height difference of 10 m arranged container 17 and 18 replaced, so that the transport of the carrier medium 5 through the line system 19, 20, in which the return line 19 only from the heat exchanger 6 to the lower container 18 and the flow line 20 only from the upper Container 17 leads to heat exchanger 6, takes place as a result of gravity.
This type of transport for the carrier medium 5 during the cooling phase K and during the regeneration phase R has the advantage that the very frequent starting and stopping of the pump 15 is avoided and the pump 15 itself can be dispensed with.
The connection of the heat exchanger 32 takes place here directly to the containers 17 and 18 via the lines 42 and 43. In the line 43, in which the processed carrier medium 5 is fed from the heat exchanger 32 into the upper reservoir 17, there is also a arrangements previously described, temperature-controlled control valve 44 may also be present. Depending on the temperature of the processed carrier medium 5 leaving the heat exchanger 32, this controls the amount that passes through it itself in such a way that the named temperature at the measuring point 45 remains constant.
In the arrangement according to FIG. 4, an auxiliary container 46 is also provided, which has a smaller volume than the containers 17 and 18 and is arranged on an intermediate level. The auxiliary container 46 is connected to the return line 19 and the feed line 20 through the lines 49 and 50 which can be shut off with the aid of the organs 47 and 48. The intermediate level for the auxiliary container 46 is selected so that the pressure level between it and the container 17 enables the carrier medium 5 to be transported from the container 17 via the line 20, the heat exchanger 6 and the lines 19 and 40 into the auxiliary container 46 during a partial phase at the beginning of the cooling K allows.
At the beginning of the cooling phase K, the container 17 is filled with cold, processed carrier medium 5, while the container 18 is completely empty except for a remainder and the auxiliary container 46. As a result of gravity, the carrier medium 5 flows over the heat exchanger 6 and cools the intermediate medium 3 in it. The first, relatively warm partial amount that comes from the heat exchanger 6 flows via the line 49 into the auxiliary container 46 and is stored in this in layers. As soon as the auxiliary container 46 is filled and the valve 47 is closed, the remaining amount of the discharged carrier medium 5, which is already at a slightly lower temperature than the first partial amount, flows through the line 19 into the lower storage container 18 until the cooling phase K.
During the regeneration phase R, the warmer subset previously stored in layers in the auxiliary container 46 is also passed into the memory 18 by opening the valve 48 via the line 50 and the heat exchanger 6, this subset drawing cold from the intermediate medium 3 and being regenerated in the process.
Finally, during the preparation phase A, the pump 29 conveys the discharged carrier medium 5 from the storage container 18 via the heat exchanger 32 and the lines 42 and 43 into the upper storage container 17. The carrier medium 5 is prepared to its original temperature and is simultaneously supplied via the pump 29 the potential energy necessary for its flow through the heat exchanger 6 during the next period.
In this example, too, it is possible to let the pump 29 run continuously and thus to carry out the processing continuously during the entire period. So that during the first part of the cooling phase K, in which no carrier medium 5 flows into the memory 18, the pump 29 does not convey empty, the storage containers 17 and 18 and thus the amount of carrier medium 5 contained in the system are larger than for the drain one period is necessary. After the processing phase A, a residual amount then remains in the lower memory 18, which is cooled by the heat exchanger 32 and conveyed into the memory 17 during the first partial phase of the cooling K of the next period.
The arrangement according to FIG. 5 is provided with two auxiliary containers 46 and 51, one of which 46 is assigned to the upper memory 17 and one 51 to the lower memory 18. The auxiliary container 46 is in turn connected to the feed line 20 via the line 50 and the valve 48. In addition, it has baffles 52, which are designed as plate-like overflows 53 arranged at small, perpendicular distances from one another. These baffles 52 serve to enable an introduction from above and a layered storage of carrier medium 5 which is initially cooler and then gradually warmer.
The auxiliary container 51 is connected to the return line 19 via the line 54 and the shut-off element 55. Furthermore, the two containers 46 and 51 are connected to one another via a separate line 57 provided with the pump 56, the line 57 leading out of the container 51 at the bottom and being provided with the valve 58. It opens into the auxiliary container 46 from above in such a way that the carrier medium 5 flowing through it first flows into the uppermost plate of the baffles 52 and flows downwards in a cascade-like manner.
At the beginning of the cooling phase K of a period P, the storage container 17 is with cold, processed and the auxiliary container 46 with warm, stored in layers with next rising temperature carrier. medium 5 filled. Similar to the previous example, the cooling phase flows in the first time interval
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K the carrier medium 5 from the memory 17 into the heat exchanger 6 and from there into the auxiliary container 51, where it is stored in layers of different temperatures. If this auxiliary container 51 is filled, then the memory 18 is filled with the remaining amount of lower temperature of the discharged carrier medium 5, for which the valve 55, which was opened at the beginning, is closed and the valve 23 is opened.
During a period P in the regeneration phase R, the content of the auxiliary container 46, which is filled with the relatively warm carrier medium 5 from the previous period, is regenerated. The flow of the carrier medium 5 to be regenerated passes again from the container 46 via the lines 50 and 20 into the heat exchanger 6 and is conducted via the lines 19 and 21 into the lower reservoir 18.
During processing, the discharged carrier medium 5, driven by the pump 29, flows from the container 18 via the lines 21, 19, 30 and the heat exchanger 32 and the lines 31, 20 and 22 back into the upper reservoir 17, where it is available for the next period. During the processing phase A, the pump 56 is also put into operation, which conveys the warm carrier medium 5 in the line 57 released by opening the valve 58, while maintaining its temperature stratification into the upper auxiliary container 46. There the warm carrier medium 5 is stored in layers of different temperatures until the next regeneration phase.
In the case of continuous processing of the treatment, the pump 29 conveys the carrier medium 5 discharged during the first two phases K and R from the line 19 via the heat exchanger 32 back into the flow line 20.
In the next example (FIG. 6), which basically corresponds to the previous one, the auxiliary container 51 and the pump 56 are omitted. The task of the pump 56 during the processing phase A is taken over by the pump 29, which is why the line 57 is connected to the line 30 upstream of the heat exchanger 32 after this pump.
The first two phases K and R run similarly to the corresponding phases of the method according to FIG. 5, but the warm partial amount of the discharged carrier medium 5 is not stored in an auxiliary container but in layers in the container 18 at the beginning of the cooling phase K. The regenerated carrier medium 5 from the auxiliary container 46 flows during phase R from below into the already colder subset of the discharged carrier medium 5, which arises at the end of the cooling phase K.
During the preparation phase A, the pump 29 first conveys the cold partial quantity from the container 18 via the heat exchanger 32 into the container 17. In the further course of the preparation phase A, the carrier medium 5 exiting from the reservoir 18 becomes warmer and warmer. The valve 44 will therefore throttle the flow through the heat exchanger 32 more and more so that the desired temperature of the processed carrier medium 5 is maintained while the output of the refrigeration machine 33 remains the same.
The excess amount of L, which is conveyed by the pump 29 and which increases as the temperature of the medium in the line 30 rises and which cannot flow out through the line 31 due to the throttling of the valve 44, flows via the line 57 into the auxiliary container 46 and is in this in layers of increasing temperature saved from bottom to top to be available for the next regeneration phase.
In order to achieve a correct distribution of the flow from the line 30 to the two partial flows through the lines 31 and 57, the valve 58 can also be designed as a control valve that is controlled either by the opening of the valve 44 or also by the temperature at the point 45 is adjusted in its cross section opposite to the opening cross section of the control valve 44. If the processing is in continuous operation, the valve 58 is closed during the cooling phase K and during the regeneration phase R z. B. kept closed by a special control pulse that only releases it during the actual processing phase A. Under certain conditions, the valve 58 can also act as a simple throttle element, the flow cross-section of which is fixed once.
The valve 58 then only serves as an additional flow resistance in the line 57. If such a resistance is not necessary, the valve 58 can also be omitted entirely in these cases.
The last example according to FIG. 7 is very largely identical to the previous one. In terms of apparatus, it differs in that the auxiliary container 46 forms a single container with the reservoir 17, the auxiliary container 46 being arranged in the upper part of the container 17 and being separated from it by an intermediate floor 60 provided with an outlet opening 59. However, this intermediate floor can also be completely omitted, so that only one container 17 is present, in the upper part of which a warm subset of the carrier medium 5 with an upwardly rising temperature layer is piled on a cold subset loaded with the necessary cold, without a separating wall would exist.
In the last example, the sequence of a period P corresponds to the method variant according to the previous scheme, with the partial amount of the carrier medium 5 used for regeneration in the storage container 17 as the level falls - in the event that an intermediate floor 60 is present through the opening 59 also downwards falls and during the regeneration phase R flows through the lines 22 and 20 to the heat exchanger 6 and flows into the reservoir 18 from below.
It should also be mentioned that all valves or shut-off devices, with the exception of the devices referred to as control valves, are simple on-off valves, so that the reversal of the various flows during the individual phases and periods is very easy. It should also be mentioned that the partial amount of the discharged carrier medium 5 used for regeneration is approximately 20 to 40% of the total amount required for cooling the masses 1, 2 during a period.