CH701190A2

CH701190A2 - Device for cooling a device for vaporizing a stored under high pressure, the liquefied gas.

Info

Publication number: CH701190A2
Application number: CH00866/10A
Authority: CH
Inventors: Wolfgang Gries
Original assignee: Vaillant Gmbh
Priority date: 2009-06-08
Filing date: 2010-06-02
Publication date: 2010-12-15
Also published as: CH701190B1; DE102010021967A1

Abstract

Bei einer Vorrichtung zur Kühlung, insbesondere zur Kühlung von Maschinen und / oder Klimatisierung von Gebäuden, mit einer Vorrichtung zum Verdampfen eines unter hohem Druck gespeicherten, verflüssigten Gases (2), wird die Vorrichtung zum Verdampfen des Gases (3, 8) wärmeleitend mit der zu kühlenden Vorrichtung verbunden.In a device for cooling, in particular for cooling of machinery and / or air conditioning of buildings, with a device for vaporizing a stored under high pressure, liquefied gas (2), the device for vaporizing the gas (3, 8) is thermally conductive with the connected to cooling device.

Description

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Kühlung in Verbindung mit einer Vorrichtung zum Verdampfen eines unter hohem Druck gespeicherten, verflüssigten Gases. The invention relates to a device for cooling in conjunction with a device for vaporizing a stored under high pressure, liquefied gas.

[0002] In vielen produzierenden Betrieben muss einerseits von Werkzeugmaschinen Wärme abgeführt werden; dies erfolgt in der Regel an die Umgebung. Gleichzeitig wird zur Gebäudeklimatisierung ein Kühlmedium mittels einer zentralen Kompressionskälteanlage heruntergekühlt. Das Kühlmedium wird über isolierte Rohrleitungen an dezentrale Kühlregister geführt und kühlt dort mittels Luftwärmetauscher und Gebläse die Raumluft. Andererseits wird bei der Verdampfung von unter hohem Druck gespeicherten, verflüssigten Gasen, die als Betriebsgase benötigt werden, Wärme benötigt, die in der Regel der Umgebung entzogen wird. Dies hat zur Folge, dass der Umgebung sowohl Wärme entzogen, als auch zugeführt wird, wobei in beiden Fällen entsprechende Aufwände (Kühler, Verdampfer) notwendig sind. Es entsteht in beiden Fällen ein Exergieverlust. In many manufacturing companies heat must be dissipated by machine tools; This is usually done to the environment. At the same time a cooling medium is cooled down by a central compression refrigeration system for air conditioning. The cooling medium is routed via insulated pipelines to decentralized cooling registers where it cools the room air by means of an air heat exchanger and blower. On the other hand, in the evaporation of stored under high pressure, liquefied gases, which are needed as operating gases, heat is needed, which is usually withdrawn from the environment. This has the consequence that the environment both heat withdrawn, as is also supplied, in both cases, corresponding expenses (cooler, evaporator) are necessary. In both cases an exergy loss occurs.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Aufwände zu reduzieren und einen optimierten Wärmefluss mit verringertem Wärmeaustausch mit der Umgebung zu ermöglichen. Wird eine Kompressionskältemaschine wie bisher verwendet, so soll diese zumindest entlastet werden. Im Idealfall soll sie entfallen können. The invention has for its object to reduce the cost and to allow an optimized heat flow with reduced heat exchange with the environment. If a compression refrigeration machine is used as before, then this should at least be relieved. Ideally, it should be dispensable.

[0004] Erfindungsgemäss wird dies gemäss den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Vorrichtung zum Verdampfen des Gases wärmeleitend mit der zu kühlenden Vorrichtung verbunden wird, so dass der jeweilige Wärmeaustausch mit der Umgebung zumindest vermindert wird. Die Vorrichtung unterstützt beziehungsweise ersetzt den Betrieb der konventionellen Kältemaschine. According to the invention this is achieved according to the features of independent claim 1, characterized in that the device for evaporating the gas is thermally conductively connected to the device to be cooled, so that the respective heat exchange with the environment is at least reduced. The device supports or replaces the operation of the conventional chiller.

[0005] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche. Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the features of the dependent claims.

[0006] So kann die Wärme von der zu kühlenden Vorrichtung auf die Vorrichtung zum Verdampfen über Sole oder Luft übertragen wird. Die Vorrichtung zum Verdampfen des Gases kann über ein Expansionsventil zum Aggregatswechsel und einen Wärmeaustauscher zur Aufnahme der Verdampfungswärme verfügen. Das Expansionsventil und der Wärmeaustauscher können von Sole oder zu kühlender Luft durchströmt werden, um die benötigte Wärme aufzunehmen. Thus, the heat from the device to be cooled is transferred to the device for vaporizing over brine or air. The apparatus for vaporizing the gas may have an expansion valve for unit replacement and a heat exchanger for receiving the heat of vaporization. The expansion valve and the heat exchanger can be flowed through by brine or air to be cooled in order to absorb the required heat.

[0007] Die Erfindung wird nun anhand der Figuren detailliert erläutert. Hierbei zeigen: <tb>Fig. 1<sep>eine erfindungsgemässe Variante, welche ohne grössere Änderungen in den Verfahrensablauf und Vorrichtungsaufbau integriert werden kann, <tb>Fig. 2<sep>der Wärmetauscheraufbau aus Fig. 1im Detail, <tb>Fig. 3<sep>eine andere erfindungsgemässe Variante, welche einen besonders hohen Wärmeaustausch ermöglicht sowie <tb>Fig. 4<sep>eine dritte Variante, die ebenfalls einen hohen Wärmeaustausch ermöglicht.The invention will now be explained in detail with reference to FIGS. Hereby show: <Tb> FIG. 1 <sep> a variant of the invention, which can be integrated without major changes in the process flow and device structure, <Tb> FIG. 2 <sep> the heat exchanger assembly of Fig. 1 in detail, <Tb> FIG. 3 <sep> another variant of the invention, which allows a particularly high heat exchange and <Tb> FIG. 4 <sep> a third variant, which also allows a high heat exchange.

[0008] Fig. 1 zeigt einen Flüssiggastank 1, in dem Flüssiggas 2, z.B. flüssiger Stickstoff, gelagert ist. Flüssiger Stickstoff siedet bei -196 °C (77 K). Am Kopf des Flüssiggastanks 1 ist ein Expansionsventil 3 angeordnet, dem sich eine Gasleitung 6, welche zu einem luftumschlossenen Wärmetauscher 8 führt, anschliesst. Der luftumschlossene Wärmetauscher 8 umfasst, wie auch aus Fig. 2 ersichtlich), eine Vielzahl parallel durchströmte gasführende Wärmetauscherrohre 11, die von Luft umgeben sind. Gemäss dem Stand der Technik wird der Umgebung in diesem Wärmetauscher 8 Wärme entzogen und auf den Gasstrom, der durch die Expansion sehr stark abgekühlt ist, übertragen. Gemäss der vorliegenden Erfindung sind zwischen diesen gasführenden Wärmetauscherrohren 11 soleführende Wärmetauscherrohre 12 eines Solekreislaufs 15 angeordnet, die ebenfalls von Luft umgeben sind. Optional können Wärmeleitbleche 13 die gasführenden Wärmetauscherrohre 11 und soleführenden Wärmetauscherrohre 12 miteinander wärmeleitend verbinden. Der Solekreislauf 15, der ein Kühlmedium mit niedrigem Gefrierpunkt beinhaltet, verfügt über eine Soleleitung 7, in der eine Soleumwälzpumpe 9 angeordnet ist und ist an einen Flüssig-Flüssig-Wärmetauscher 10 angeschlossen. Abhängig von der Leistungsgrösse des Flüssiggasverdampfers sowie der erforderlichen Kühlleistung kommen Glykol- Wassergemische mit einem Gefrierpunkt von bis zu -55° Celsius zum Einsatz. Die Sekundärseite des Flüssig-Flüssig-Wärmetauschers 10 ist mit einem Kühlkreislauf 14 verbunden. Hierbei kann es sich beispielsweise um die Abwärme einer Klimaanlage und / oder von Werkzeugmaschinen handeln. Gemäss dem Stand der Technik wird Wärme von einem derartigen Kühlkreislauf 14 über einen nicht dargestellten Kühler, gegebenenfalls unter Einbeziehung eines Kompressors, an die Umgebung abgegeben. Fig. 1 shows a liquefied gas tank 1 in which liquefied gas 2, e.g. liquid nitrogen, is stored. Liquid nitrogen boils at -196 ° C (77 K). At the top of the liquid gas tank 1, an expansion valve 3 is arranged, which is followed by a gas line 6, which leads to an air-enclosed heat exchanger 8. The air-enclosed heat exchanger 8 comprises, as also shown in FIG. 2), a plurality of parallel gas-flowed heat exchanger tubes 11, which are surrounded by air. According to the prior art, heat is removed from the environment in this heat exchanger 8 and transferred to the gas stream, which has cooled down considerably as a result of the expansion. According to the present invention, 11 soleführende heat exchanger tubes 12 of a brine circuit 15 are arranged between these gas-carrying heat exchanger tubes, which are also surrounded by air. Optionally, heat conducting plates 13 can connect the gas-carrying heat exchanger tubes 11 and heat-conducting tubes 12 carrying heat to one another in a heat-conducting manner. The brine circuit 15, which includes a low-freezing cooling medium, has a brine pipe 7 in which a brine circulating pump 9 is disposed, and is connected to a liquid-liquid heat exchanger 10. Depending on the capacity of the liquid gas evaporator and the required cooling capacity, glycol-water mixtures with a freezing point of up to -55 ° Celsius are used. The secondary side of the liquid-liquid heat exchanger 10 is connected to a cooling circuit 14. This may be, for example, the waste heat of an air conditioning system and / or machine tools. According to the prior art, heat is discharged from such a cooling circuit 14 via a cooler, not shown, possibly with the involvement of a compressor, to the environment.

[0009] Der luftumschlossene Wärmetauscher 8 ist ein Platten - Luftwärmetauscher (Rekuperator), dessen Oberflächen in relativer Nähe der Verdampferoberfläche installiert sind. Der Abstand der Oberflächen ist leistungsabhängig einzustellen. Bei dieser Methode ist kein Eingriff in die Flüssiggasanlage notwendig. The air-enclosed heat exchanger 8 is a plate - air heat exchanger (recuperator) whose surfaces are installed in relative proximity to the evaporator surface. The distance of the surfaces must be adjusted depending on the performance. With this method, no intervention in the LPG system is necessary.

[0010] Fig. 3 unterscheidet sich von der zuvor gezeigten Variante dadurch, dass die gasführenden Wärmetauscherrohre 11 in einem reinen Luftwärmetauscher 16, also ohne wärmeabgebende, soleführenden Wärmetauscherrohre 12, angeordnet sind. Die Gasleitung 6 wird in einem koaxialen Wärmetauscher 5 von Sole umschlossen. Als koaxialer Wärmetauscher 5 im Sinne dieser Erfindung ist jeder Wärmetauscher anzusehen, bei dem die Strömungswege des Gases und des Solekreislaufs 15 nur durch eine Wärmetauscherwand getrennt sind. Fig. 3 differs from the variant shown above in that the gas-conducting heat exchanger tubes 11 in a pure air heat exchanger 16, ie without heat-emitting, soleführenden heat exchanger tubes 12 are arranged. The gas line 6 is enclosed in a coaxial heat exchanger 5 of brine. As a coaxial heat exchanger 5 in the context of this invention, each heat exchanger is to be regarded, in which the flow paths of the gas and the brine circuit 15 are separated only by a heat exchanger wall.

[0011] Fig. 4 zeigt eine Variante, bei der die gasführenden Wärmetauscherrohre 11 in einem umschliessenden Wärmeaustauscher 4 von Sole des Solekreislaufs 15 umströmt wird. Fig. 4 shows a variant in which the gas-conducting heat exchanger tubes 11 is circulated in a circulating heat exchanger 4 brine of the brine circuit 15.

[0012] Beim Betrieb einer Vorrichtung gemäss den Fig. 1 und 2strömt in dem Flüssiggastank 1 gelagertes Flüssiggas 2 durch das Expansionsventil 3 und expandiert hierbei. Die Expansion hat einen starken Volumenanstieg beziehungsweise Dichteabfall und eine massive Abkühlung zur Folge. Damit es nicht wieder zu einer Verflüssigung des Flüssiggases kommt, muss das nun gasförmige Medium der Umgebung Wärme entziehen. Dies geschieht im luftumschlossenen Wärmetauscher 8, der mit seinen gasführenden Wärmetauscherrohren 11 eine grosse Oberfläche aufweist. During operation of a device according to FIGS. 1 and 2 flows in the liquefied gas tank 1 stored liquefied gas 2 through the expansion valve 3 and expands in this case. The expansion results in a strong increase in volume or density drop and a massive cooling. So that it does not come back to a liquefaction of the liquefied gas, the now gaseous medium must withdraw heat from the environment. This is done in the air-enclosed heat exchanger 8, which has a large surface area with its gas-carrying heat exchanger tubes 11.

[0013] Abwärme einer Klimaanlage und / oder von Werkzeugmaschinen werden in dem Kühlkreislauf 14 zu dem Flüssig-Flüssig-Wärmetauschers 10 geleitet und dort auf den Solekreislauf 15 übertragen. Der Solekreislauf 15 gibt wiederum Wärme im luftumschlossenen Wärmetauscher 8 über die soleführende Wärmetauscherrohre 12 ab. Wärme aus dem Solekreislauf 15 wird einerseits über die Umgebungsluft und andererseits über die optionalen Wärmeleitbleche 13 auf das expandierte Flüssiggas übertragen. Waste heat of an air conditioner and / or machine tools are conducted in the cooling circuit 14 to the liquid-liquid heat exchanger 10 and transferred there to the brine circuit 15. The brine circuit 15 in turn emits heat in the air-enclosed heat exchanger 8 via the heat-carrying heat exchanger tubes 12. Heat from the brine circuit 15 is transmitted on the one hand via the ambient air and on the other hand via the optional Wärmeleitbleche 13 to the expanded liquefied gas.

[0014] Ein luftumschlossener Wärmetauscher 8 ohne Wärmeleitbleche 13 kann einfach nachgerüstet werden, da der Wärmeübergang vom expandierten Gas über die Umgebungsluft auf den Solekreislauf 15 eine verhältnismässige geringe Wärmeleitung zur Folge hat. Demgegenüber ist bei der Verwendung von Wärmeleitbleche 13 der Wärmeübergang deutlich höher, so dass der Wärmetauscher 8 deutlich kompakter ausfallen kann. An air-enclosed heat exchanger 8 without Wärmeleitbleche 13 can be easily retrofitted, since the heat transfer from the expanded gas via the ambient air to the brine circuit 15 has a relatively low heat transfer result. In contrast, when using Wärmeleitbleche 13, the heat transfer significantly higher, so that the heat exchanger 8 can be much more compact.

[0015] Beim Betrieb der Vorrichtung gemäss Fig. 3erfolgt bereits unmittelbar hinter dem Expansionsventil 3 ein massiver Wärmeübergang in dem koaxialen Wärmetauscher 5. Der reine Luftwärmetauscher 16 könnte prinzipiell entfallen, ist jedoch für den Fall erforderlich, wenn keine oder wenig Abwärme des Kühlkreislaufs 14 zur Verfügung steht und somit die notwendige Wärme nicht oder nur teilweise im koaxialen Wärmetauscher 5 übertragen werden kann. The pure air heat exchanger 16 could in principle be omitted, but is necessary for the case when no or little waste heat of the cooling circuit 14 for. In the case of the device according to FIG. 3, already behind the expansion valve 3 a massive heat transfer in the coaxial heat exchanger Is available and thus the necessary heat can not or only partially be transferred in the coaxial heat exchanger 5.

[0016] Der Wärmeübergang ist beim umschliessenden Wärmeaustauscher 4 gemäss Fig. 4 noch massiver, da die Übertragungsfläche sehr gross ist. Im Gegensatz zu den anderen Varianten kann diese Vorrichtung nur dann betrieben werden, wenn der Kühlkreislauf 14 ausreichend Wärme abgibt. The heat transfer is at the enclosing heat exchanger 4 according to FIG. 4 even more massive, since the transfer area is very large. In contrast to the other variants, this device can only be operated when the cooling circuit 14 emits sufficient heat.

[0017] Demgegenüber können die anderen Vorrichtungen auch dann betrieben werden, wenn Wärme zum Ausgleich der Expansionsabkühlung benötigt wird. In contrast, the other devices can be operated even when heat is needed to compensate for the expansion cooling.

[0018] Auch Kombinationen dargestellter Elemente sind erfindungsgemäss geschützt. Combinations of illustrated elements are protected according to the invention.

Claims

1. A device for cooling, in particular for cooling of machinery and / or air conditioning of buildings, with a device for evaporating a stored under high pressure, liquefied gas, characterized in that the device for evaporating the gas is thermally conductively connected to the device to be cooled ,

2. Device for cooling according to claim 1, characterized in that the heat is transferred from the device to be cooled to the device for evaporation via brine and / or air.

3. Device for cooling according to claim 1 or 2, characterized in that the device for vaporizing the gas via an expansion valve (3) and / or at least one heat exchanger (4, 5, 8, 16) has.

4. Apparatus for cooling according to claim 2 and 3, characterized in that the expansion valve (3) and / or at least one heat exchanger (4, 5, 8, 16) is flowed through by brine and / or air to be cooled.