DE102019124291B4

DE102019124291B4 - Anordnung zum Betreiben mehrerer parallel verschalteter Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschereinheiten

Info

Publication number: DE102019124291B4
Application number: DE102019124291.6A
Authority: DE
Inventors: Michael Seifert
Original assignee: Seifert Systems Ltd
Current assignee: Seifert Systems Ltd
Priority date: 2019-07-11
Filing date: 2019-09-10
Publication date: 2022-03-31
Anticipated expiration: 2039-09-11
Also published as: EP3997408A1; DE202019103830U1; WO2021004763A1; DE102019124291A1

Abstract

Anordnung zum Betreiben mehrerer parallel verschalteter Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschereinheiten, wobei jede der Einheiten mindestens einen elektrisch angetriebenen Ventilator (M1) sowie ein elektrisch ansteuerbares, im Flüssigkeitskreislauf angeordnetes Ventil (Y1) aufweist und das Ventil (Y1) primär von mindestens einem Thermostaten (A2) betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass jede Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschereinheit über eine zusätzliche Schalteinrichtung (S1) verfügt, welche den primären Thermostat-Schaltvorgang (A2) überlagert und das betreffende Ventil (Y1) betätigt und schließt, wobei bei n mit n ≥ 2 parallel verschalteten Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschereinheiten mit dem Erkennen einer gaseinschlussbedingten Überhitzung bzw. einer Übertemperatur einer der Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschereinheiten die übrigen Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschereinheiten durch Betätigung der jeweiligen zusätzlichen Schalteinrichtung (S1) kurzzeitig abgesperrt werden, wodurch sich eine Druckerhöhung einstellt und Gaseinschlüsse entfernbar sind.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Anordnung zum Betreiben mehrerer parallel verschalteter Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschereinheiten, wobei jede der Einheiten mindestens einen elektromotorisch angetriebenen Ventilator sowie ein elektrisch ansteuerbares, im Flüssigkeitskreislauf angeordnetes Ventil aufweist und das Ventil primär von mindestens einem Thermostaten betätigbar ist gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Aus der DE 33 25 230 C2 ist ein Wasser/Sole-Luft-Wärmetauscher vorbekannt, bei dem zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit mehrere Rohrlagen zu einem Wasserweg zusammengefasst werden und dazu in der Höhe verspringen, wobei jeder Wasserweg separat über ein wasserseitiges Absperrsystem mit Absperrungen blockierbar und somit entlüftbar ausgeführt ist.
Gemäß der CH 594 770 A ist eine Einrichtung zum Füllen und Entleeren von Wärmetauschern vorbekannt.
Nach der dortigen Lehre sind Absperrventile in der Ablassleitung vorhanden. Beim Auffüllen der Wärmetauscher wird das Absperrventil in der betreffenden Ablassleitung geschlossen, während das Absperrventil in der Rückflussleitung geöffnet und das Absperrventil in der Speiseleitung geschlossen gehalten wird. Infolgedessen fließt Kühlwasser in die Ausgangsfluten der Wärmetauscher über eine Rückflussleitung, wobei die Luft vor dem aufsteigenden Wasser aus den Wärmetauschern über Entlüftungsventile in die Umgebung verdrängt wird.
Die DE 199 53 612 A1 bezieht sich auf Wärmetauscher mit nahezu horizontal verlaufenden Wärmetauscherrohren, deren Oberflächen dem Wärmeaustausch dienen. Dort ist erwähnt, dass die Wärmetauscherrohre zu Gruppen parallel verlaufender Rohre zusammengefasst sind. Zur Entlüftung ist die am weitesten obenliegende Rohrgruppe vorgesehen.
Die DE 10 2009 011 797 B4 bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems, bei dem mittels einer Kälteerzeugungseinrichtung Kühlenergie bereitgestellt und mittels eines Kühlkreislaufes mindestens einer Kühlstation zugeführt wird. Wenn im System ein Lufteinschluss vorhanden ist, kann das Kühlsystem durch eine entsprechende Steuerung eines in einer Lüftungsleitung angeordneten Entlüftungsventils entlüftet werden. Das Entlüftungsventil ist als Magnetventil ausführbar und kann manuell oder automatisch betätigt werden.
Gemäß dem Verfahren zur betriebssicheren Funktion von Wärmetauschern nach EP 0 865 602 B2 ist die Auslegung, Dimensionierung und Betriebsweise der flüssigkeitsdurchströmten Bauteile des Wärmetauschers so aufeinander abgestimmt, dass eine vollautomatische Entlüftung der flüssigkeitsführenden Bauteile erfolgen kann. Diesbezüglich weist die Vorrichtung mehrere parallele flüssigkeitsdurchströmte Bauteile zur Wärmeübertragung auf. Zur vollständigen Entlüftung der flüssigkeitsdurchströmten Bauteile mit Höhenvorsprüngen, insbesondere bei gegenstrombedingter hydraulischer Verschaltung, wird der Strömungsdifferenzdruck bei Einhaltung des prozessbedingten flüssigen Massestromes um einen Faktor erhöht.
Die US 2015/ 0 047 379 A1 ist ebenfalls mit dem Auftreten von Lecks in Klimaanlagen befasst, welche anhand der Rotationsgeschwindigkeit einer Pumpe ermittelt werden.
Grundsätzlich ist festzuhalten, dass bei mehreren Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschern, die parallel verschaltet sind, mehr oder weniger häufig Lufteinschlüsse in den Wärmetauschern entstehen. Dies ist bei üblichen Betriebsbedingungen weitgehend unproblematisch. Liegt jedoch eine hohe Wärmelast an, kommt es zu Übertemperaturen in denjenigen Wärmetauschern, welche Lufteinschlüsse aufweisen. In diesen Fällen ist nämlich der Flüssigkeitskreislauf unterbrochen oder gestört.
Um Lufteinschlüsse zu vermeiden ist es bekannt, am höchsten Punkt entsprechender Wärmetauschersysteme Entlüftungsventile vorzusehen. Da jedoch die Verrohrung der einzelnen Wärmetauschereinheiten innerhalb einer solchen Einheit, aber auch die Verbindungsverrohrung vielfach kompliziert und konstruktiv aufwändig gestaltet ist, kann nicht garantiert werden, dass sämtliches Gas aus dem betreffenden System entfernbar ist.
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Anordnung zum Betreiben mehrerer, parallel verschalteter Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschereinheiten anzugeben, die über eine hohe Betriebs- und damit Ausfallsicherheit verfügt, und welche schnell, unkompliziert und auch vor Ort beim Kunden im Einsatzfall sicher entlüftet werden kann. Dabei soll nach Möglichkeit beim Einsatz vor Ort eine Demontage und Montage der entsprechenden Einheiten vermieden werden.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch die Merkmalskombination nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.
Es wird demnach von einer Anordnung zum Betreiben mehrerer, parallel verschalteter Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschereinheiten ausgegangen.
Es handelt sich also um n-Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschereinheiten, wobei n ≥ 2 ist.
Jede der Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschereinheiten weist mindestens einen elektromotorisch angetriebenen Ventilator zur Beströmung der Wärmetauscher auf. Darüber hinaus ist mindestens ein elektrisch ansteuerbares, im Flüssigkeitskreislauf angeordnetes Ventil vorhanden. Dieses Ventil wird primär von mindestens einem Thermostaten betätigt, um je nach anliegender Last den Flüssigkeitskreislauf zu beeinflussen.
Erfindungsgemäß verfügt jede der Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschereinheiten über eine zusätzliche Schalteinrichtung, welche den primären Thermostat-Schaltvorgang überlagert und insofern das betreffende Ventil betätigt und schließt bzw. wieder öffnet, wobei bei n mit n ≥ 2 parallel verschalteten Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschereinheiten mit dem Erkennen einer gaseinschlussbedingten Überhitzung bzw. einer Übertemperatur einer der Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschereinheiten die übrigen Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschereinheiten durch Betätigung der jeweiligen zusätzlichen Schalteinrichtung kurzzeitig abgesperrt werden.
Hierdurch ergibt sich eine Druckerhöhung und es können vorhandene Gaseinschlüsse über eine an sich bekannte Entlüftungseinrichtung entfernt bzw. ausgetrieben werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Aktivieren oder Deaktivieren der zusätzlichen Schalteinrichtung, das heißt der Schließ- und/oder Öffnungsvorgang, optisch und/oder akustisch signalisierbar. Dadurch, dass das Aktivieren der zusätzlichen Schalteinrichtung manuell erfolgen kann, wird durch die optische und/oder akustische Signalisierung verhindert, dass irrtümlich eine zu lange Absperrung einer der Wärmetauschereinheiten mit der Folge einer Leistungsminderung der gesamten parallel verschalteten Anlage eintritt.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, welche nach dem Auslösen der jeweiligen Schalteinrichtungen das dadurch bedingte Absperren der Flüssigkeitskreisläufe nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne aufhebt oder aber signalisiert, dass diese Aufhebung des Absperrens durch manuelles Betätigen der entsprechenden Schalteinrichtungen zu erfolgen hat.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Steuereinrichtung kann mit einer Sensorik in Verbindung stehen, welche feststellt, ob und wenn ja, in welcher der Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschereinheiten Gaseinschlüsse vorhanden sind. Hierdurch kann selbsttätig das Absperren der übrigen Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschereinheiten zur Entlüftung ausgelöst werden.
Zweckmäßigerweise weist jede der Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschereinheiten eine Übertemperaturerkennungseinrichtung auf, wobei bei erkannter Übertemperatur einer der parallel verschalteten Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschereinheiten diese als zu entlüften definiert wird und diesbezüglich die übrigen der n-Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschereinheiten kurzzeitig abgesperrt werden.
Es liegt im Sinne der Erfindung, bekannte Wärmetauschereinheiten mit der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung nachzurüsten, um insofern bereits bestehende Systeme zu verbessern und ein leichtes Entlüften und damit einen störungsfreien Betrieb zu gewährleisten. Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung ist für den Servicemitarbeiter zugänglich, kann jedoch durch Anordnung diesbezüglicher Mittel geschützt ausgebildet werden, um ein versehentliches Absperren durch nicht befugte Personen zu vermeiden.
In einer Weiterbildung der Erfindung besteht die Möglichkeit, für die Zeitdauer des Absperrens zum Zweck der Entlüftung die Absperrungsmaßnahme akustisch zu signalisieren, beispielsweise durch einen auffallenden Piep-Ton. Der Servicetechniker wird durch diese akustische Maßnahme daran erinnert, nach Abschluss seiner Servicearbeiten den normalen Betriebszustand wiederherzustellen.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles und einer Figur näher erläutert werden.
Die Figur zeigt hierbei ein Prinzipschaltbild der elektrischen Mittel der erfindungsgemäßen Anordnung, wobei auf eine Darstellung der eigentlichen Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschereinheiten mit den diesbezüglich flüssigkeitsführenden Elementen verzichtet wurde.
Gemäß der Figur sind zunächst zwei Thermostateinrichtungen A1 und A2 vorhanden. Diese Thermostateinrichtungen dienen zum einen der Temperaturvorgabe und zum anderen der Einstellung einer Übertemperatur, das heißt dem Aussenden eines Alarms beim Erreichen bzw. Überschreiten dieser vorgegebenen Übertemperatur.
Zu Regelungszwecken steht die Thermostateinrichtung A2 mit einem Magnetventil Y1 in Verbindung und betätigt dieses durch Zu- und Abschalten des Magnetventiles entsprechend der Temperaturvorgabewerte.
Ein Elektromotor M1 dient dem Antrieb eines ansonsten nicht dargestellten Lüfters bzw. Ventilators zum Beströmen der ebenfalls nicht dargestellten Wärmetauscher.
Die Kapazitäten C1 und C2 dienen dem Betreiben des Lüftermotors hinsichtlich des Anlaufvorganges bzw. bei einer möglichen Regelung der Drehzahl des Lüfters.
Mit X1 und X2 sind Steckverbinder bezeichnet, um im Servicefall bzw. bei Reparaturarbeiten eine leichte Austauschbarkeit entsprechender Baugruppen zu gestatten, aber auch Mess- und Prüfmittel einschleifen zu können.
Die erfindungsgemäße zusätzliche Schalteinrichtung S1 ist in der Lage, die Funktion des Thermostaten A2 zu überlagern, das heißt unabhängig von einem beispielsweise thermostatbedingten Deaktivieren des Magnetventils Y1 dieses zum Schließen anzuregen.
Die Schalteinrichtung S1 verfügt noch über eine optische Anzeige L1, insbesondere eine lichtemittierende Diode, die über einen Vorwiderstand R1 betrieben wird.
Wird die Schalteinrichtung S1 betätigt, werden die Kontakte 3 und 4 (BK) geschlossen und es wird das Magnetventil Y1 angeregt, mit der Folge, dass das Ventil in den geschlossenen Zustand übergeht.
Die Übertemperatur, welche vom Thermostaten A1 überwacht wird, beträgt voreingestellt beispielsweise 50°. Die Betriebstemperatur, kontrolliert und eingestellt über den Thermostaten A2, beträgt beispielsweise 35° in einer diesbezüglichen Voreinstellung.
Bevorzugt ist die Schalteinrichtung S1 mit der LED L1 an der Geräterückseite einer entsprechenden in der Figur nicht dargestellten Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschereinheit angeordnet. Eine entsprechende Signalisierung kann jedoch auch an der Vorderseite vorhanden sein.
Zum Zweck der Entlüftung werden mit Hilfe der jeweiligen Magnetventile Y1 alle Wärmetauschereinheiten bis auf dasjenige abgesperrt, welches über Lufteinschlüsse verfügt. Hierdurch gelingt es, die betreffende Wärmetauschereinheit luftfrei zu drücken.
Hiernach wird diese soeben frei gedrückte Wärmetauschereinheit abgesperrt und eine entsprechende weitere Wärmetauschereinheit der bisher abgesperrten Einheiten geöffnet, um selbige zu entlüften. Dies kann sukzessive geschehen, bis alle der n-Wärmetauschereinheiten luftfrei sind. Insbesondere im Servicefall, zum Beispiel bei einer Neubefüllung einer Anlage, ist die Möglichkeit des individuellen elektromechanischen Schließens der einzelnen Wärmetauschereinheiten von großem Vorteil.

Claims

Anordnung zum Betreiben mehrerer parallel verschalteter Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschereinheiten, wobei jede der Einheiten mindestens einen elektrisch angetriebenen Ventilator (M1) sowie ein elektrisch ansteuerbares, im Flüssigkeitskreislauf angeordnetes Ventil (Y1) aufweist und das Ventil (Y1) primär von mindestens einem Thermostaten (A2) betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass jede Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschereinheit über eine zusätzliche Schalteinrichtung (S1) verfügt, welche den primären Thermostat-Schaltvorgang (A2) überlagert und das betreffende Ventil (Y1) betätigt und schließt, wobei bei n mit n ≥ 2 parallel verschalteten Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschereinheiten mit dem Erkennen einer gaseinschlussbedingten Überhitzung bzw. einer Übertemperatur einer der Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschereinheiten die übrigen Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschereinheiten durch Betätigung der jeweiligen zusätzlichen Schalteinrichtung (S1) kurzzeitig abgesperrt werden, wodurch sich eine Druckerhöhung einstellt und Gaseinschlüsse entfernbar sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktivieren der zusätzlichen Schalteinrichtung (S1) optisch und/oder akustisch signalisierbar ist.
Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, welche nach dem Auslösen der jeweiligen Schalteinrichtungen (S1) das dadurch bedingte Absperren der Flüssigkeitskreisläufe nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne aufhebt.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung mit einer Sensorik in Verbindung steht, welche feststellt, ob und wenn ja in welcher der Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschereinheiten Gaseinschlüsse vorhanden sind, um selbsttätig das Absperren der übrigen Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschereinheiten zur Entlüftung auszulösen.
Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschereinheiten eine Übertemperaturerkennungseinrichtung aufweist, wobei bei erkannter Übertemperatur bei einer der parallel verschalteten Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschereinheiten diese als zu entlüften definiert ist und diesbezüglich die übrigen der n Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschereinheiten kurzfristig abgesperrt werden.