DE102021127498A1

DE102021127498A1 - Kühlsystem

Info

Publication number: DE102021127498A1
Application number: DE102021127498.2A
Authority: DE
Inventors: Martin Ugi
Original assignee: Cabero Beteiligungs GmbH
Current assignee: Cabero Beteiligungs GmbH
Priority date: 2021-10-22
Filing date: 2021-10-22
Publication date: 2023-04-27
Also published as: EP4170270A1

Abstract

Bei einem Kühlsystem zur Abfuhr von Wärme aus einer ersten Einrichtung (I) und einer zweiten Einrichtung (II) unter Abgabe der den beiden Einrichtungen entzogenen Wärme an Luft sind ein erster Kühlkreislauf (1) mit einem der ersten Einrichtung (I) zugeordneten, dieser Wärme entziehenden und diese in ein erstes Kühlmittel einschleusenden ersten Primär-Wärmetauscher (4) und einem die Wärme in einen ersten Kühlluftstrom (5) einschleusenden ersten Sekundär-Wärmetauscher (6) und ein zweiter Kühlkreislauf (2) mit einem der zweiten Einrichtung (II) zugeordneten, dieser Wärme entziehenden und diese in ein zweites Kühlmittel einschleusenden zweiten Primär-Wärmetauscher (8) und einem die Wärme in einen zweiten Kühlluftstrom (9) einschleusenden zweiten Sekundär-Wärmetauscher (10) vorgesehen. Der erste Sekundär-Wärmetauscher (6) und der zweite Sekundär-Wärmetauscher (10) sind Teil einer ein gemeinsames Gehäuse (18) aufweisenden Wärmetauscher-Verbundanordnung (16) dergestalt, dass der erste Kühlluftstrom (5) und der zweite Kühlluftstrom (9) stromabwärts des jeweiligen Sekundär-Wärmetauschers (6; 10) innerhalb des gemeinsamen Gehäuses (18) zu einem Gesamt-Kühlluftstrom (19) zusammengeführt werden. Das Temperaturniveau des ersten Kühlmittels im ersten Sekundär-Wärmetauscher (6) ist signifikant höher als das Temperaturniveau des zweiten Kühlmittels im zweiten Sekundär-Wärmetauscher (10). Es sind keinerlei eine Kühlluftströmung durch die Wärmetauscher-Verbundanordnung (16) hindurch bewirkende Ventilatoren vorhanden, und die Strömung der Kühlluft wird allein durch natürliche Konvektion induziert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem.
Auf diversen Lebensbereichen besteht ein Bedarf an Kühlung. Als Beispiele ließen sich nennen die Klimatisierung von Wohn-, Arbeits- und Büro- sowie sonstigen dem Aufenthalt von Menschen dienenden Räumen (sog. Klimakälte), die Wärmeabfuhr aus Räumen mit Abwärme entwickelnden technischen Einrichtungen wie beispielsweise EDV-Anlagen, die Kühlung technischer Einrichtungen im produzierenden Gewerbe, namentlich im Zusammenhang mit exothermen Reaktionen (sog. Prozesskälte), die Kühlung von der Aufbewahrung bzw. Lagerung von Lebensmitteln und anderen verderblichen Gütern dienenden Räumen und Behältern, etc.
Verschiedene Kühlsysteme, d. h. Anlagen, mittels denen jeweils einer Wärmequelle Wärme entzogen und diese einer Wärmesenke zugeführt werden kann, sind beispielsweise der DE 10 2008 051 368 B4 , der DE 10 2019 119 358 B3 , der EP 1 808 655 A2 und der DE 10 2020 120 281 A1 entnehmbar. Weiterhin besteht ein umfangreicher Stand der Technik betreffend in derartigen Kühlsystemen einsetzbare Kühler. Insoweit ist beispielsweise zu verweisen auf WO 2017/082714 A1 , WO 2016/091883 A1 und DE 10 2017 107 300 B4 .
Die für die verschiedensten Kühlaufgaben eingesetzte Energie macht einen erheblichen Anteil des gesamten globalen Primärenergiebedarfs aus. Zur Schonung der Ressourcen ist eine Bewältigung bestehender Kühlaufgaben mit möglichst hoher energetischer Effizienz anzustreben. Hier einen Beitrag zu leisten, hat sich die vorliegende Erfindung zum Ziel gemacht. Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung besteht demgemäß darin, ein energetisch besonders effizientes Kühlsystem bereitzustellen.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die besagte Aufgabenstellung durch ein Kühlsystem gelöst, welches sich durch die folgende Kombination an ineinandergreifenden charakteristischen Merkmalen auszeichnet:

- Das Kühlsystem ist konfiguriert zur Abfuhr von Wärme aus einer ersten Einrichtung und einer zweiten Einrichtung unter Abgabe der den beiden Einrichtungen entzogenen Wärme an Luft;
- es ist ein mit einem flüssigen ersten Kühlmittel betriebener erster Kühlkreislauf vorgesehen mit einem der ersten Einrichtung zugeordneten, dieser Wärme entziehenden und diese in das erste Kühlmittel einschleusenden ersten Primär-Wärmetauscher und einem dem ersten Kühlmittel Wärme entziehenden und diese in einen ersten Kühlluftstrom einschleusenden ersten Sekundär-Wärmetauscher;
- es ist ein mit einem flüssigen zweiten Kühlmittel betriebener zweiter Kühlkreislauf vorgesehen mit einem der zweiten Einrichtung zugeordneten, dieser Wärme entziehenden und diese in das zweite Kühlmittel einschleusenden zweiten Primär-Wärmetauscher und einem dem zweiten Kühlmittel Wärme entziehenden und diese in einen zweiten Kühlluftstrom einschleusenden zweiten Sekundär-Wärmetauscher;
- das Temperaturniveau des ersten Kühlmittels im ersten Sekundär-Wärmetauscher ist signifikant höher als das Temperaturniveau des zweiten Kühlmittels im zweiten Sekundär-Wärmetauscher;
- der erste Sekundär-Wärmetauscher und der zweite Sekundär-Wärmetauscher sind Teil einer ein gemeinsames Gehäuse aufweisenden Wärmetauscher-Verbundanordnung dergestalt, dass der erste Kühlluftstrom und der zweite Kühlluftstrom stromabwärts des jeweiligen Sekundär-Wärmetauschers innerhalb des gemeinsamen Gehäuses zu einem Gesamt-Kühlluftstrom zusammengeführt werden, wobei keinerlei eine Kühlluftströmung durch die Wärmetauscher-Verbundanordnung hindurch bewirkende Ventilatoren vorhanden sind und die Kühlluftströmung allein durch natürliche Konvektion induziert wird.

Die Erfindung gemäß diesem ersten Aspekt stellt demgemäß ein dem Sinne vernetztes Kühlsystem bereit, als dieses zwei - herkömmlicherweise gesondert, d. h. unabhängig voneinander jedes für sich betrachtete - Kühlanwendungen strukturell, apparativ und funktionell interagierend miteinander kombiniert, und zwar unter Ausnutzung von erst durch diese Kombination ermöglichten synergistischen Effekten. Einsetzbar ist die vorliegende Erfindung gemäß diesem ersten Aspekt dabei überall dort, wo auf engem Raum, d. h. beispielsweise auf einem Betriebsgelände, Abwärme auf zwei sich mehr als nur unwesentlich voneinander unterscheidenden Temperaturniveaus anfällt und an die Umgebung abzuführen ist. Im Umsetzung der vorliegenden Erfindung gemäß diesem ersten Aspekt wird das energetische Potenzial der - in einer ersten zu kühlenden Einrichtung - auf einem höheren Temperaturniveau anfallenden Abwärme verwertet, um - unter Ausnutzung der Phänomene der natürlichen Konvektion, in deren Folge sich eine aufwärts gerichtete Strömung der durch den ersten Sekundär-Wärmetauscher hindurch geleiteten Kühlluft einstellt, und der Impulsübertragung zwischen zwei vor ihrer Vereinigung zunächst getrennten Gasströmungen - einen Sog auszuüben auf Kühlluft, welche durch den zweiten Sekundär-Wärmetauscher hindurch geleitet wird, in welchem die - in einer zweiten zu kühlenden Einrichtung - auf einem niedrigeren Temperaturniveau anfallende Abwärme an die Luft abgegeben wird. Die auf das jeweilige Temperaturniveau bezogenen Begriffe „höher“ und „niedriger“ stellen dabei nur eine relative Beziehung zwischen den beiden Temperaturniveaus her; eine absolute Höhe kommt dabei ebenso wenig zum Ausdruck wie ein bestimmter Unterschied gegenüber dem Temperaturniveau der als Wärmesenke herangezogenen Umgebungsluft. Der im vorstehenden Sinne auf die durch den zweiten Sekundär-Wärmetauscher hindurch geleitete Kühlluft ausgeübte Sog lässt sich dazu nutzen, an dem zweiten Sekundär-Wärmetauscher, selbst wenn dort ein eher geringes Temperaturgefälle zwischen der Kühlluft und dem zweiten Kühlmittel vorliegt, eine Wärmeübertragung von einem solchen Ausmaß zu erzielen, wie es nach dem Stand der Technik nur bei Einsatz von Ventilatoren möglich ist.
Durch den in Umsetzung der vorliegenden Erfindung gemäß dem ersten Aspekt möglichen Wegfall von Ventilatoren lässt sich die energetische Effizienz sprunghaft steigern; denn eine Leistungsaufnahme von Ventilatoren, die bei einer globalen Betrachtung als effizienzmindernd in Ansatz zu bringen ist, entfällt. Über die besonders vorteilhafte energetische Bilanz hinausgehend erweist sich der Wegfall von Ventilatoren auch unter diversen weiteren Gesichtspunkten als ausgesprochen vorteilhaft, wie namentlich den Herstellungs-, Betriebs- und Wartungskosten sowie auch der Geräuschemission. Auch das geringere Gewicht der sekundärseitigen Komponenten, die häufig auf Gebäudedächern zu installieren sind, kommt diversen Anwendungen sehr entgegen.
Typische Anwendungen für das erfindungsgemäße Kühlsystem gemäß dem ersten Aspekt, bei denen sich die durch dieses ermöglichten Vorteile in besonders ausgeprägter Weise auswirken, sind beispielsweise Blockheizkraftwerke.
Die gleichen Vorteile, wie Sie vorstehend umfassend im Zusammenhang mit der Erfindung gemäß einem ersten Aspekt dargelegt sind, lassen sich in Anwendung der Erfindung gemäß einem zweiten Aspekt bei einem Kühlsystem erzielen, welches der Abfuhr von Wärme nicht aus zwei getrennten Einrichtungen dient, sondern vielmehr der Abfuhr von Wärme aus einer einzigen Einrichtung. In diesem Falle sind der erste Sekundär-Wärmetauscher und der zweite Sekundär-Wärmetauscher, welche wiederum Teil einer ein gemeinsames Gehäuse aufweisenden Wärmetauscher-Verbundanordnung sind, strömungstechnisch in Reihe geschaltet, d. h. werden nacheinander von dem identischen Kühlmittel durchströmt.
Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die besagte Aufgabenstellung demnach durch ein Kühlsystem gelöst, welches sich durch die folgende Kombination an ineinandergreifenden charakteristischen Merkmalen auszeichnet:

- Das Kühlsystem ist konfiguriert zur Abfuhr von Wärme aus einer Einrichtung unter Abgabe der der Einrichtung entzogenen Wärme an Luft;
- es ist ein mit einem flüssigen Kühlmittel betriebener Kühlkreislauf vorgesehen mit einem der Einrichtung zugeordneten, dieser Wärme entziehenden und diese in das Kühlmittel einschleusenden Primär-Wärmetauscher und einer dem Kühlmittel Wärme entziehenden und diese in einen Kühlluftstrom einschleusenden Wärmetauscher-Verbundanordnung;
- die Wärmetauscher-Verbundanordnung umfasst einen ersten Sekundär-Wärmetauscher, einen mit diesem strömungstechnisch in Reihe geschalteten zweiten Sekundär-Wärmetauscher und ein gemeinsames Gehäuse;
- ein den ersten Sekundär-Wärmetauscher durchströmender erster Kühlluftstrom und ein den zweiten Sekundär-Wärmetauscher durchströmender zweiter Kühlluftstrom werden stromabwärts des jeweiligen Sekundär-Wärmetauschers innerhalb des gemeinsamen Gehäuses zu einem Gesamt-Kühlluftstrom zusammengeführt;
- das Temperaturniveau des Kühlmittels im ersten Sekundär-Wärmetauscher ist signifikant höher als das Temperaturniveau des Kühlmittels im zweiten Sekundär-Wärmetauscher;
- es sind keinerlei eine Kühlluftströmung durch die Wärmetauscher-Verbundanordnung hindurch bewirkende Ventilatoren vorhanden, und die Strömung der Kühlluft wird allein durch natürliche Konvektion induziert.

Durch ein Kühlsystem gemäß diesem zweiten Aspekt der Erfindung lassen sich auch bei Anwendungen, bei denen nur eine einzige Einrichtung zu kühlen ist, bisher nicht bekannte energetische Effizienzen erzielen. Typische Anwendungen für diesen Aspekt der Erfindung sind beispielsweise im Zusammenhang mit Absorptions-Kältemaschinen und Kompressions-Kältemaschinen zu finden.
Ganz besonders vorteilhaft ist dabei, wenn der erste Sekundär-Wärmetauscher als Gleichstrom-Wärmetauscher ausgeführt und/oder wenn der zweite Sekundär-Wärmetauscher als Kreuzgegenstrom-Wärmetauscher ausgeführt ist. Bei Anwendungen dieser Art, bei denen als flüssiges Kühlmittel beispielsweise ein 35% Ethylenglykol/Wasser-Gemisch zum Einsatz kommen und die Temperatur der zur Kühlung angesaugten Luft z. B. bis zu 35°C betragen kann, kann beispielsweise die Temperatur des flüssigen Kühlmittels beim Eintritt in den ersten Sekundär-Wärmetauscher etwa 50°C und beim Austritt aus diesem (und folglich auch beim Eintritt in den zweiten Sekundär-Wärmetauscher) etwa 45°C betragen, und beim Austritt aus dem zweiten Sekundär-Wärmetauscher ist das flüssige Kühlmittel auf etwa 35°C-40°C abgekühlt. Somit stellt die Temperaturdifferenz von 5°C zwischen dem Eintritt in den ersten Sekundär-Wärmetauscher und dem Eintritt in den zweiten Sekundär-Wärmetauscher ein signifikantes Temperaturgefälle im Sinne der vorliegenden Erfindung dar. Dies gilt erkennbar in entsprechender Weise für die Umsetzung der Erfindung gemäß ihrem ersten Aspekt (s. o.).
Die nachfolgend erläuterten bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung gelten, wie an dieser Stelle vorsorglich betont wird, für beide Aspekte der Erfindung.
Eine erste bevorzugte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der zweite Sekundär-Wärmetauscher mindestens zwei Wärmetauscher-Segmente aufweist, wobei der erste Sekundär-Wärmetauscher zwischen den zweiten Sekundär-Wärmetauschern angeordnet ist. Besonders bevorzugt sind dabei die Wärmetauscher-Segmente des zweiten Sekundär-Wärmetauschers auf einem gegenüber dem ersten Sekundär-Wärmetauscher höheren Niveau angeordnet. Dies kommt der unmittelbaren Wirkung des durch den ersten Sekundär-Wärmetauscher hindurch geleiteten Luftstroms im Sinne eines auf den durch den zweiten Sekundär-Wärmetauscher hindurch geleiteten Luftstroms einwirkenden Soges entgegen.
Ganz besonders günstig ist, wenn die Wärmetauscher-Segmente des zweiten Sekundär-Wärmetauschers mit ihrem unteren Abschluss jeweils im Wesentlichen unmittelbar auf dem oberen Abschluss des ersten Sekundärwärmetauschers aufsetzen; denn in diesem Fall stellen sich die erfindungsgemäß genutzten Effekte in einem besonders ausgeprägten Maße ein, wobei sich zudem sehr kompakte Abmessungen und überdies auch noch sehr gute statische Verhältnisse realisieren lassen.
Gemäß einer alternativen Fortbildung, die sich mit Vorteil auch bei der vorstehend dargelegten Ausgestaltung einsetzen lässt, sind die Wärmetauscher-Segmente des zweiten Sekundär-Wärmetauschers jeweils mit einer in Richtung auf den ersten Kühlluftstrom stromabwärts des ersten Sekundär-Wärmetauschers orientierten Kühlluftstrom durchströmbar. Namentlich können die Wärmetauscher-Segmente des zweiten Sekundär-Wärmetauschers dabei jeweils im Wesentlichen horizontal durchströmbar sein.
Was den ersten Sekundär-Wärmetauscher angeht, so weist dieser besonders bevorzugt mindestens zwei Wärmetauscher-Segmente auf. Als ganz besonders günstig hat sich dabei herausgestellt, wenn die Wärmetauscher-Segmente des ersten Sekundär-Wärmetauschers dergestalt geneigt angeordnet sind, dass sie durchströmende Teilströme des ersten Kühlluftstroms schräg aufwärts gegeneinander gerichtet orientiert sind. Auch hier kommen zu den Vorteilen hinsichtlich der Strömungsverhältnisse wieder baulich-konstruktive Vorteile hinzu.
Unter Gesichtspunkten einer weiter gesteigerten Effizienz ist hinwiederum besonders günstig, wenn der zweite Sekundärwärmetauscher als Adiabatik-Kühler ausgeführt ist, indem ihm eine Einrichtung zur Oberflächen-Benetzung mit Verdunstungswasser zugeordnet ist.
Das Erfindungskonzept lässt sich in diversen Ausgestaltungen und Abwandlungen bzw. um diverse weiterführende Merkmale angereichert realisieren. So können beispielsweise verschiedene Kühlmittel (wie beispielsweise Wasser oder Glykol) zum Einsatz kommen, wobei - je nach der individuellen Anwendungssituation - in dem ersten und dem zweiten Kühlkreislauf durchaus auch zwei unterschiedliche Kühlmittel eingesetzt werden können. Die Verschaltung der Sekundär-Wärmetauscher ist ebenfalls eine Frage der individuellen Anwendung. Für den ersten Sekundär-Wärmetauscher kommt, bezogen auf den zugeordneten Kühlluftstrom, beispielsweise eine Gleichstrom- oder eine Kreuzgegenstrom-Verschaltung in Betracht. Weiterhin können, wenn infolge der individuellen Situation mit einer durchaus erheblichen Strömungsenergie des die Wärmetauscher-Verbundanordnung verlassenden Gesamt-Kühlluftstroms zu rechnen ist, Turbinen installiert werden, um diese Energie - beispielsweise durch Antrieb angekoppelter, der Stromerzeugung dienender Generatoren - zu nutzen, wobei entsprechende Generatoren ggf. notfalls, d. h. bei Spitzentemperaturen der Umgebungsluft, auch als Motoren betrieben werden könnten zum Antrieb der in diesem Falle als Ventilatoren wirkenden Turbinen.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand zweier in der Zeichnung veranschaulichter bevorzugter Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei veranschaulicht

1 eine Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und
2 eine Ausgestaltung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung.

Das in 1 der Zeichnung (schematisch) dargestellte Kühlsystem dient der Kühlung einer ersten Einrichtung I sowie einer zweiten Einrichtung II, d. h. der Abfuhr von Wärme aus der ersten Einrichtung I und der zweiten Einrichtung II unter Abgabe der den beiden Einrichtungen entzogenen Wärme an Luft. Hierzu sind ein erster Kühlkreislauf 1 sowie ein zweiter Kühlkreislauf 2 vorgesehen.
Der mit einem durch eine Pumpe 3 umgewälzten flüssigen ersten Kühlmittel betriebene erste Kühlkreislauf 2 umfasst einen der ersten Einrichtung I zugeordneten, dieser Wärme entziehenden und diese in das erste Kühlmittel einschleusenden ersten Primär-Wärmetauscher 4 und einen dem ersten Kühlmittel Wärme entziehenden und diese in einen ersten Kühlluftstrom 5 einschleusenden ersten Sekundär-Wärmetauscher 6. Der erste Sekundär-Wärmetauscher 6 weist dabei zwei - beispielhaft in Parallelschaltung beaufschlagte - Wärmetauscher-Segmente 6.1, 6.2 auf. Diese sind V-förmig geneigt angeordnet dergestalt, dass die sie durchströmende Teilströme 5.1, 5.2 des ersten Kühlluftstroms 5 schräg aufwärts gegeneinander gerichtet orientiert sind.
Der mit einem - ebenfalls durch eine Pumpe 7 umgewälzten - flüssigen zweiten Kühlmittel betriebene zweite Kühlkreislauf 2 umfasst einen der zweiten Einrichtung II zugeordneten, dieser Wärme entziehenden und diese in das zweite Kühlmittel einschleusenden zweiten Primär-Wärmetauscher 8 und einen dem ersten Kühlmittel Wärme entziehenden und diese in einen zweiten Kühlluftstrom 9 einschleusenden zweiten Sekundär-Wärmetauscher 10. Auch der zweite Sekundär-Wärmetauscher 10 weist dabei zwei - beispielhaft in Parallelschaltung beaufschlagte - Wärmetauscher-Segmente 10.1, 10.2 auf. Der zweite Sekundär-Wärmetauscher 10 ist dabei als Adiabatik-Kühler ausgeführt. Hierzu ist ihm eine Einrichtung 11 zur Oberflächen-Benetzung mit Verdunstungswasser zugeordnet. Diese umfasst jeweils eine oberhalb des zugeordneten Segments 10.1, 10.2 des zweiten Sekundär-Wärmetauschers 10 angeordnete Verrieselung 12, eine unten an dem betreffenden Segment 10.1, 10.2 des zweiten Sekundär-Wärmetauschers 10 angeordnete Auffangwanne 13, eine das Benetzungswasser umwälzende Pumpe 14 und eine Einspeisung 15 für nachgeführtes Verdunstungswasser.
Die Segmente 10.1, 10.2 des zweiten Sekundär-Wärmetauschers 10 setzen mit ihrem unteren Abschluss jeweils im Wesentlichen unmittelbar auf dem oberen Abschluss eines Segments 6.1, 6.2 des ersten Sekundärwärmetauschers 6 auf, so dass der zweite Sekundär-Wärmetauscher 10 auf einem gegenüber dem ersten Sekundär-Wärmetauscher 6 höheren Niveau angeordnet ist und weiterhin der erste Sekundär-Wärmetauscher 6, infolge der V-förmigen Anordnung seiner Segmente 6.1, 6.2, in einer Projektion von oben zwischen den Segmenten 10.1, 10.2 des zweiten Sekundär-Wärmetauschers 10 angeordnet ist.
Der erste Sekundär-Wärmetauscher 6 und der zweite Sekundär-Wärmetauscher 10 sind auf diese Weise Teil einer Wärmetauscher-Verbundanordnung 16, welche ein - anhand der sich über beide „Etagen“ erstreckenden Rückwand 17 veranschaulichtes - gemeinsames Gehäuse 18 aufweist. Bei bestimmungsgemäßem Betrieb des Kühlsystems, wenn das Temperaturniveau des ersten Kühlmittels im ersten Sekundär-Wärmetauscher 6 signifikant höher ist als das Temperaturniveau des zweiten Kühlmittels im zweiten Sekundär-Wärmetauscher 10, stellen sich in der Wärmetauscher-Verbundanordnung 16 Strömungsverhältnisse wie folgt ein:

Die beiden schräg aufwärts gegeneinander gerichtet orientierten Teilströme 5.1, 5.2 des ersten Kühlluftstroms 5 vereinigen sich stromabwärts der beiden Segmente 6.1, 6.2 des ersten Sekundär-Wärmetauschers 6 zu einem zentralen, aufwärts gerichteten ersten Kühlluftstrom von vergleichswiese hoher Temperatur. Die Segmente 10.1, 10.2 des zweiten Sekundär-Wärmetauschers 10 werden jeweils - im Wesentlichen horizontal - mit einer in Richtung auf den ersten Kühlluftstrom 5 stromabwärts des ersten Sekundär-Wärmetauschers 6 orientierten Kühlluftstrom 9 durchströmt. Der erste Kühlluftstrom 5 und der zweite Kühlluftstrom 9 werden stromabwärts des Sekundär-Wärmetauschers 10 innerhalb des gemeinsamen Gehäuses 18 zu einem Gesamt-Kühlluftstrom 19 zusammengeführt, der das gemeinsame Gehäuse 18 nach oben hin verlässt.

Das in 2 der Zeichnung (wiederum schematisch) dargestellte, der Kühlung einer einzigen Einrichtung I' dienende Kühlsystem erklärt sich einem Fachmann ohne weiteres durch Übertragung der vorstehenden, das in 1 gezeigte Kühlsystem betreffenden Erläuterungen. Die einzelnen einander entsprechenden Elemente sind mit den gleichen, lediglich um Hochstrich ergänzten Bezugszeichen gekennzeichnet, wobei I' hier für die (einzige) zu kühlende Einrichtung steht, nicht für die erste zu kühlende Einrichtung, wie im Falle der 1, und 1' für den (einzigen) Kühlreislauf, nicht für den ersten Kühlkreislauf, wie im Falle der 1.
Erkennbar sind der erste Sekundär-Wärmetauscher 6' und der zweite Sekundär-Wärmetauscher 10' strömungstechnisch in Reihe geschaltet, so dass sie nacheinander von dem identischen flüssigen Kühlmittel durchströmt werden. Der erste Sekundär-Wärmetauscher 6' ist dabei als Gleichstrom-Wärmetauscher ausgeführt und der zweite Sekundär-Wärmetauscher 10' als Kreuzgegenstrom-Wärmetauscher.
Eine Einrichtung zur Oberflächen-Benetzung des zweiten Sekundär-Wärmetauschers 10' mit Verdunstungswasser ist hier - der Übersichtlichkeit halber - nicht dargestellt. Erkennbar kann sie aber mit den gleichen Vorteilen, wie sie für das Kühlsystem nach 1 gelten, zusätzlich implementiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008051368 B4 [0003]
DE 102019119358 B3 [0003]
EP 1808655 A2 [0003]
DE 102020120281 A1 [0003]
WO 2017/082714 A1 [0003]
WO 2016/091883 A1 [0003]
DE 102017107300 B4 [0003]

Claims

Kühlsystem zur Abfuhr von Wärme aus einer ersten Einrichtung (I) und einer zweiten Einrichtung (II) unter Abgabe der den beiden Einrichtungen entzogenen Wärme an Luft, mit den folgenden Merkmalen: - es ist ein mit einem flüssigen ersten Kühlmittel betriebener erster Kühlkreislauf (1) vorgesehen mit einem der ersten Einrichtung (I) zugeordneten, dieser Wärme entziehenden und diese in das erste Kühlmittel einschleusenden ersten Primär-Wärmetauscher (4) und einem dem ersten Kühlmittel Wärme entziehenden und diese in einen ersten Kühlluftstrom (5) einschleusenden ersten Sekundär-Wärmetauscher (6); - es ist ein mit einem flüssigen zweiten Kühlmittel betriebener zweiter Kühlkreislauf (2) vorgesehen mit einem der zweiten Einrichtung (II) zugeordneten, dieser Wärme entziehenden und diese in das zweite Kühlmittel einschleusenden zweiten Primär-Wärmetauscher (8) und einem dem zweiten Kühlmittel Wärme entziehenden und diese in einen zweiten Kühlluftstrom (9) einschleusenden zweiten Sekundär-Wärmetauscher (10); - das Temperaturniveau des ersten Kühlmittels im ersten Sekundär-Wärmetauscher (6) ist signifikant höher als das Temperaturniveau des zweiten Kühlmittels im zweiten Sekundär-Wärmetauscher (10) ; - der erste Sekundär-Wärmetauscher (6) und der zweite Sekundär-Wärmetauscher (10) sind Teil einer ein gemeinsames Gehäuse (18) aufweisenden Wärmetauscher-Verbundanordnung (16) dergestalt, dass der erste Kühlluftstrom (5) und der zweite Kühlluftstrom (9) stromabwärts des jeweiligen Sekundär-Wärmetauschers (6; 10) innerhalb des gemeinsamen Gehäuses (18) zu einem Gesamt-Kühlluftstrom (19) zusammengeführt werden, wobei keinerlei eine Kühlluftströmung durch die Wärmetauscher-Verbundanordnung (16) hindurch bewirkende Ventilatoren vorhanden sind und die Strömung der Kühlluft allein durch natürliche Konvektion induziert wird.
Kühlsystem zur Abfuhr von Wärme aus einer Einrichtung (I') unter Abgabe der der Einrichtung entzogenen Wärme an Luft, mit den folgenden Merkmalen: - es ist ein mit einem flüssigen Kühlmittel betriebener Kühlkreislauf (1') vorgesehen mit einem der Einrichtung (I') zugeordneten, dieser Wärme entziehenden und diese in das Kühlmittel einschleusenden Primär-Wärmetauscher (4') und einer dem Kühlmittel Wärme entziehenden und diese in einen Kühlluftstrom (19') einschleusenden Wärmetauscher-Verbundanordnung (16'); - die Wärmetauscher-Verbundanordnung (16') umfasst einen ersten Sekundär-Wärmetauscher (6'), einen mit diesem strömungstechnisch in Reihe geschalteten zweiten Sekundär-Wärmetauscher (10') und ein gemeinsames Gehäuse (18'); - ein den ersten Sekundär-Wärmetauscher (6') durchströmender erster Kühlluftstrom (5') und ein den zweiten Sekundär-Wärmetauscher (10') durchströmender zweiter Kühlluftstrom (9') werden stromabwärts des jeweiligen Sekundär-Wärmetauschers (6'; 10') innerhalb des gemeinsamen Gehäuses (18') zu einem Gesamt-Kühlluftstrom (19') zusammengeführt; - das Temperaturniveau des Kühlmittels im ersten Sekundär-Wärmetauscher (6') ist signifikant höher als das Temperaturniveau des Kühlmittels im zweiten Sekundär-Wärmetauscher (10'); - es sind keinerlei eine Kühlluftströmung durch die Wärmetauscher-Verbundanordnung (16') hindurch bewirkende Ventilatoren vorhanden, und die Strömung der Kühlluft wird allein durch natürliche Konvektion induziert.
Kühlsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sekundär-Wärmetauscher (6') als Gleichstrom-Wärmetauscher ausgeführt ist.
Kühlsystem nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sekundär-Wärmetauscher (10') als Kreuzgegenstrom-Wärmetauscher ausgeführt ist.
Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sekundär-Wärmetauscher (10; 10') mindestens zwei Wärmetauscher-Segmente (10.1, 10.2) aufweist, wobei der erste Sekundär-Wärmetauscher (6; 6') in einer Projektion von oben zwischen den Segmenten (10.1, 10.2) des zweiten Sekundär-Wärmetauschers (10; 10') angeordnet ist.
Kühlsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscher-Segmente (10.1, 10.2) des zweiten Sekundär-Wärmetauschers (10; 10') auf einem gegenüber dem ersten Sekundär-Wärmetauscher (6; 6') höheren Niveau angeordnet sind.
Kühlsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscher-Segmente (10.1, 10.2) des zweiten Sekundär-Wärmetauschers (10; 10') mit ihrem unteren Abschluss jeweils im Wesentlichen unmittelbar auf dem oberen Abschluss des ersten Sekundärwärmetauschers (6; 6') aufsetzen.
Kühlsystem nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscher-Segmente (10.1, 10.2) des zweiten Sekundär-Wärmetauschers (10; 10') jeweils mit einer in Richtung auf den ersten Kühlluftstrom (5; 5') stromabwärts des ersten Sekundär-Wärmetauschers (6; 6') orientierten Kühlluftstrom (9; 9') durchströmt sind.
Kühlsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscher-Segmente (10.1, 10.2) des zweiten Sekundär-Wärmetauschers (10; 10') jeweils im Wesentlichen horizontal durchströmt sind.
Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sekundär-Wärmetauscher (6; 6') mindestens zwei Wärmetauscher-Segmente (6.1, 6.2) aufweist.
Kühlsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscher-Segmente (6.1, 6.2) des ersten Sekundär-Wärmetauschers (6; 6') dergestalt geneigt angeordnet sind, dass sie durchströmende Teilströme (5.1, 5.2) des ersten Kühlluftstroms (5; 5') schräg aufwärts gegeneinander gerichtet orientiert sind.
Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sekundärwärmetauscher (10; 10') als Adiabatik-Kühler ausgeführt ist, indem ihm eine Einrichtung (11) zur Oberflächen-Benetzung mit Verdunstungswasser zugeordnet ist.