Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung. The invention relates to a cooling device.
Die DE 42 34 874 C2 offenbart eine Kühlvorrichtung mit außenluftbewirktem Wärmeentzug aus einem Wasserkreislauf bekannt, bei der der Wasserkreislauf in einem frostsicheren Gebäude einen Pufferbehälter, eine Pumpe und einen Wärmetauscher passiert und an der frostgefährdeten Außenluft eine mit einem Gebläse versehenen Rückkühler passiert und bei der das Wasser als Kühlmittel nach der Wasserpumpe den Wärmetauscher passiert, von dem Wärmetauscher zu dem Rückkühler gelangt und von dem Rückkühler zu dem Pufferbehälter gelangt. Der Wasserkreislauf ist mit einem geschlossenen Pufferbehälter und mit einem ein Rohrbündel aufweisenden Rückkühler durchgehend geschlossen ausgebildet und die Einlaufseite des Rückkühlers ist über ein schaltbares Belüftungsventil mit der Oberseite des Pufferbehälters verbunden. Die Auslaufseite des Rohrbündel-Rückkühlers ist über eine Gabelung sowohl an den oberen Teil als auch an den unteren Teil des Pufferbehälters angeschlossen und der obere Gabelungs-Anschluss ist mit der von dem Belüftungsventil herkommenden Verbindung zusammengefasst. Dies verbessert und erleichtert die Trennung von Wasser und Luft bei den zwischen Pufferbehälter und Rückkühler stattfindenden Austauschvorgängen. Es wird somit im Wasserkreislauf vorhandene Luft verlagert und zwar beim Stillsetzen aus dem Pufferbehälter in das Rohrbündel und bei Inbetriebnahme von Rohrbündel in den Pufferbehälter. Der Pufferbehälter dient somit auch als Ausdehnungsbehälter. The DE 42 34 874 C2 discloses a cooling device with externally-induced heat extraction from a water cycle known in which the water cycle passes in a frost-proof building a buffer tank, a pump and a heat exchanger and passed on the frost-prone outdoor air provided with a blower recooler and the water as coolant to the water pump passes through the heat exchanger, passes from the heat exchanger to the recooler and passes from the recooler to the buffer tank. The water cycle is formed with a closed buffer container and with a tube bundle having recooler closed throughout and the inlet side of the recooler is connected via a switchable vent valve with the top of the buffer tank. The outlet side of the shell and tube recooler is connected via a bifurcation to both the top and bottom of the buffer tank and the top bifurcation port is combined with the connection from the vent valve. This improves and facilitates the separation of water and air in the exchanges taking place between the buffer tank and the recooler. It is thus displaced air present in the water cycle and that while stopping from the buffer tank in the tube bundle and commissioning of tube bundles in the buffer tank. The buffer tank thus also serves as an expansion tank.
Der Ausgang des Wärmetauschers ist mit dem Eingang der Pumpe entweder über ein Umschaltventil und eine Bypassleitung und/oder über ein schaltbares Ausgleichsventil, das gleichzeitig mit dem Belüftungsventil verbindbar ist, verbunden. Auf diese Weise lässt sich die Temperatur des durch den Wärmetauscher laufenden Wassers bei der bekannten Kühlvorrichtung einfach und mit wenig Aufwand unter Berücksichtung eines Minimalwertes einregeln. Aufgrund des Ausgleichsventils verlagert sich für einen Stillstand der Kühlvorrichtung das Wasser noch schneller in den Pufferbehälter. Der Pufferbehälter ist mit vier übereinander angeordneten Wasserstandsmessern für einen Nachspeise-Wasserstand, einen Betriebs-Wasserstand, einen Füll-Wasserstand und einen Überfüllungs-Wasserstand versehen. Da der Wasserkreislauf bei DE 42 34 874 C2 durchgehend, d. h. über seine gesamte Länge, geschlossen ist, kann kein Wasser verdunsten. Wenn die Kühlvorrichtung stillgesetzt wird, weil sie der Kälte der Außenluft wegen nicht gebraucht wird, so lässt man den Rückkühler durch Öffnen des Belüftungsventils in den Pufferbehälter leerlaufen, so dass im Rückkühler kein Wasser gefrieren kann. Das Belüftungsventil wird wieder geschlossen, wenn der Wasserkreislauf wieder in Gang gesetzt werden soll. Aufgrund des Belüftungsventils lässt sich der Wasserkreislauf, ohne Frostschutzmittel gegen Einfrieren des Rückkühlers gesichert, völlig geschlossen vorsehen. The output of the heat exchanger is connected to the input of the pump either via a changeover valve and a bypass line and / or via a switchable equalizing valve, which is simultaneously connectable to the ventilation valve connected. In this way, the temperature of the running through the heat exchanger water in the known cooling device can be adjusted easily and with little effort, taking into account a minimum value. Due to the compensation valve shifts the water even faster in the buffer tank for a standstill of the cooling device. The buffer tank is provided with four superposed water level meters for a dessert water level, an operating water level, a filling water level and a trapped water level. Since the water cycle at DE 42 34 874 C2 continuous, ie closed over its entire length, no water can evaporate. If the cooling device is shut down because it is not needed for the cold outside air, so you let the recooler by opening the vent valve in the buffer tank idle, so that in the recooler no water can freeze. The vent valve is closed again when the water cycle is to be restarted. Due to the venting valve, the water circuit, without antifreeze protection against freezing of the recooler, can be completely closed.
Mit dieser aus DE 42 34 874 C2 bekannten Kühlvorrichtung ist es insbesondere möglich, in einem generell frostsicheren Gebäude befindliche zu kühlende Verbraucher unter Zwischenschaltung eines Wärmetauschers zwischen Verbraucher- und Kühlkreis und unter Ausnutzung der Kühlleistung eines in einem Außenbereich befindlichen Außenluft-Rückkühlers während einer frostfreien Phase zu kühlen. Bei Außentemperaturen, die sich unterhalb der benötigten Prozesswassertemperatur befindet, kann der Freikühlbetrieb mit dem Rückkühler gefahren werden. Der Rückkühler ermöglicht im Betrieb bei ausreichend niedrigen Außentemperaturen der Außenluft eine deutliche Energieeinsparung für das Kühlungssystem. Bei Außentemperaturen unterhalb des Gefrierpunktes von Wasser, z. B. bis –30° C, wird bei Frostgefahr und bei gleichzeitig geringer erforderlicher Kühlleistung der Verbraucher auf den internen Kreislauf umgeschaltet. Der oder die Rückkühler im Frostbereich werden nun automatisch in den frostfreien Pufferbehälter entleert. Bei steigenden Prozesstemperaturen wird ab einer definierten Wassertemperatur wieder der Wasserkreislauf über den Rückkühler geleitet. Eine Steuerung schaltet im Wechsel zwischen dem großen Kreislauf über die Rückkühler auf den kleinen Kreislauf nur über den Pufferbehälter und umgekehrt um. So wird bei zu tiefen Außentemperaturen und geringer Kühlleistung der Verbraucher ein Einfrieren des Kühlwassers vermieden. With this off DE 42 34 874 C2 known cooling device, it is particularly possible to cool in a generally frost-proof building to be cooled consumers with the interposition of a heat exchanger between consumer and cooling circuit and taking advantage of the cooling performance of an outdoor air recooler located in an outdoor area during a frost-free phase. For outdoor temperatures below the required process water temperature, the free cooling mode can be operated with the recooler. The recooler allows a significant energy saving for the cooling system during operation with sufficiently low outside air temperatures. At outside temperatures below the freezing point of water, z. B. to -30 ° C, the consumer is switched to the internal circuit at risk of frost and at the same time low required cooling capacity. The cooler (s) in the frost area are now automatically emptied into the frost-free buffer tank. With increasing process temperatures, the water cycle is directed from the defined water temperature back to the recooler. A controller switches between the large circuit via the recooler to the small circuit only via the buffer tank and vice versa. Thus, a freezing of the cooling water is avoided at too low outdoor temperatures and low cooling capacity of the consumer.
KR 100964564 B offenbart einen Wärmetauscher für eine Luftklimaanlage mit Wärmetauscherrohren, die schlangenförmig oder in Form von Windungen oder Mäandern geformt sind. Um die Wärmetauscherrohre im Fall einer Frostgefahr besser entleeren zu können, sind die Wärmetauscherrohre entlang ihrer Längsrichtung um einen Neigungswinkel geneigt, der etwa 5° beträgt. Hier können aber die Wärmetauscherrohre nicht vollständig entleert werden, da in den Biegungen der Windungen weiterhin das Kühlwasser stehen bleibt. Ferner ermöglicht der Neigungswinkel ebenfalls nicht eine schnelle Entleerung des Wärmetauschers. KR 100964564 B discloses a heat exchanger for an air conditioning system with heat exchanger tubes formed serpentine or in the form of turns or meanders. In order to be able to better empty the heat exchanger tubes in the event of a risk of frost, the heat exchanger tubes are inclined along their longitudinal direction by an angle of inclination, which is about 5 °. Here, however, the heat exchanger tubes can not be completely emptied, as in the bends of the turns continue the cooling water stops. Furthermore, the angle of inclination also does not allow for rapid emptying of the heat exchanger.
Die US 2011/0016903 A1 beschäftigt sich mit der Entleerung von Verdampfern von Wärmepumpen in Entfrostungszyklen. The US 2011/0016903 A1 deals with the emptying of evaporators of heat pumps in defrosting cycles.
Die US 3,384,165 offenbart einen Wärmetauscher mit in einer V-Form zueinander geneigten Registern mit zueinander parallelen Wärmetauscherrohren. The US 3,384,165 discloses a heat exchanger having V-shaped inclined registers with mutually parallel heat exchanger tubes.
Der Erfindung liegt die die Aufgabe zugrunde, eine neue Kühleinrichtung anzugeben. The invention has for its object to provide a new cooling device.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung hinsichtlich der Kühleinrichtung gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweils abhängigen Patentansprüchen. This object is achieved according to the invention with respect to the cooling device with the features of claim 1. Advantageous developments and refinements of the invention will become apparent from the respective dependent claims.
Die Kühleinrichtung gemäß Patentanspruch 1 umfasst ein Kühlkreislaufsystem, das von einem Kühlmittel, insbesondere Kühlwasser, durchströmt wird und wenigstens einen von dem Kühlmittel durchströmten oder durchstr römbaren Rückkühler, der in einem zeitweise einfriergefährdeten Bereich angeordnet ist und aus dem in einem Frostschutzbetrieb das Kühlmittel entleerbar ist. Der wenigstens eine Rückkühler weist wenigstens ein Register von ersten Wärmetauscherrohren und zweiten Wärmetauscherrohren und wenigstens ein erstes Sammelrohr, das mit dem wenigstens einen Eingang des Rückkühlers verbunden ist, und wenigstens ein zweites Sammelrohr, das mit dem wenigstens einen Ausgang des Rückkühlers verbunden ist, und wenigstens ein Umlenksammelrohr auf. Die Wärmetauscherrohre sind vom Kühlmittel durchströmt oder durchströmbar. Die Eingänge der ersten Wärmetauscherrohre sind jeweils mit wenigstens einem ersten Sammelrohr verbunden und die Ausgänge der zweiten Wärmetauscherrohre sind jeweils mit wenigstens einem zweiten Sammelrohr verbunden sind. Die Ausgänge der ersten Wärmetauscherrohre sind mit den Eingängen der zweiten Wärmetauscherrohre über wenigstens ein Umlenksammelrohr miteinander verbunden. Die ersten Wärmetauscherrohre und die zweiten Wärmetauscherrohre sind zur Verbesserung der Entleerung des Kühlmittels im Frostschutzbetrieb um einen Neigungswinkel, der zwischen 0,1° und 5° beträgt, in Richtung zu den ersten und zweiten Sammelrohren geneigt. The cooling device according to claim 1 comprises a cooling circuit system, which is flowed through by a coolant, in particular cooling water and at least one of the coolant flowed through or durchstr rumbaren drycooler, which is arranged in a temporarily freezing hazardous area and from which the coolant is emptied in an antifreeze operation. The at least one recooler has at least one register of first heat exchanger tubes and second heat exchanger tubes and at least one first header connected to the at least one input of the recool and at least one second header connected to the at least one exit of the recool and at least one a deflection manifold. The heat exchanger tubes are traversed by the coolant or flowed through. The inputs of the first heat exchanger tubes are each connected to at least one first manifold and the outputs of the second heat exchanger tubes are each connected to at least one second manifold. The outputs of the first heat exchanger tubes are connected to the inputs of the second heat exchanger tubes via at least one Umlenksammelrohr. The first heat exchanger tubes and the second heat exchanger tubes are inclined toward the first and second headers by improving an angle of inclination, which is between 0.1 ° and 5 °, in order to improve the emptying of the refrigerant in the antifreeze operation.
Durch diese Kombination von Maßnahmen gemäß der Erfindung wird eine vollständige Entleerung des Rückkühlers im Frostschutzbetrieb ermöglicht. By this combination of measures according to the invention, a complete emptying of the recooler in frost protection operation is possible.
Vorzugsweise ist jedes erste Sammelrohr und/oder jedes zweite Sammelrohr und/oder jedes Umlenksammelrohr zur Verbesserung der Entleerung des Kühlmittels im Frostschutzbetrieb um einen Neigungswinkel, der zwischen 0,1° und 5° beträgt, in Richtung zu den Sammelrohren geneigt. Preferably, each first manifold and / or second manifold and / or each diverter manifold is tilted toward the headers to improve emptying of the coolant in antifreeze operation by an angle of inclination that is between 0.1 ° and 5 °.
Bevorzugt beträgt der Neigungswinkel zwischen 1° und 2°. The angle of inclination is preferably between 1 ° and 2 °.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind wenigstens zwei Anordnungen mit ersten Wärmetauscherrohren und zweiten Wärmetauscherrohren und wenigstens zwei erste Sammelrohre, wenigstens zwei zweite Sammelrohre und wenigstens zwei Umlenksammelrohre vorgesehen sind und die Anordnungen jeweils paarweise zueinander unter einem Neigungswinkel zur Horizontalen nach außen voneinander weg geneigt sind, wodurch eine V-förmige Anordnung verwirklicht ist. In an advantageous embodiment, at least two arrangements with first heat exchanger tubes and second heat exchanger tubes and at least two first manifolds, at least two second manifolds and at least two Umlenksammelrohre are provided and the assemblies are each pairwise inclined towards each other at an angle to the horizontal outwardly away from each other, creating a V-shaped arrangement is realized.
Zweckmäßigerweise ist jedes erste Sammelrohr in einem unteren Bereich an den Eingang des Rückkühlers oder an eine Zuführleitung zum Zuführen des Kühlmittels angeschlossen und/oder ist jedes zweite Sammelrohr in einem unteren Bereich an den Ausgang des Rückkühlers oder an eine Abführleitung zum Abführen des Kühlmittels angeschlossen. Conveniently, each first manifold is connected in a lower region to the input of the recooler or to a supply line for supplying the coolant and / or each second manifold is connected in a lower region to the outlet of the recooler or to a discharge line for discharging the coolant.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist zumindest jedes erste Sammelrohr, vorzugsweise auch jedes zweite Sammelrohr, in einem oberen Bereich, insbesondere an der obersten Stelle, mit jeweils einem Enddeckel oder einer Endwand als Prallwand zum Stauen des Kühlmittels bzw. zum teilweisen Umwandeln des dynamischen Fließdruckes in statischen Druckes und/oder zum gleichmäßigen Beaufschlagen der Wärmetauscherrohre der Register mit Kühlmittel versehen. In a particularly advantageous embodiment, at least each first manifold, preferably also every second manifold, in an upper region, in particular at the top, each with an end cover or an end wall as a baffle for jamming the coolant or for partially converting the dynamic flow pressure in static pressure and / or uniform loading of the heat exchanger tubes of the register provided with coolant.
Im Allgemeinen sind die Wärmetauscherrohre mit Kühllamellen, die von, vorzugsweise durch Ventilatoren geförderter, Außenluft umströmt werden, thermisch gekoppelt. In general, the heat exchanger tubes are thermally coupled with cooling fins, which are flowed around by outside air, preferably conveyed by fans.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Kühleinrichtung wenigstens einen mit dem Rückkühler hydraulisch verbundenen oder verbindbaren Kühlmittelbehälter mit einem Retentionsvolumen zur Aufnahme von Kühlmittel aus dem Rückkühler beim Entleeren des Rückkühlers im Frostschutzbetrieb auf und ist wenigstens ein mittels des Kühlmittels zu kühlender Verbraucher vorgesehen, der mit dem Kühlmittelbehälter hydraulisch verbunden ist und mit dem Rückkühler hydraulisch verbunden oder verbindbar ist. Außerdem ist eine Umschalteinrichtung vorgesehen zum Umschalten des Kühlkreislaufes zwischen einem großen Kühlkreislauf mit dem wenigstens einen Rückkühler und einem kleinen Kühlkreislauf ohne den wenigstens einen Rückkühler in dem Frostschutzbetrieb, wobei im großen Kühlkreislauf das Kühlmittel den Rückkühler, den Kühlmittelbehälter und den Verbraucher zyklisch durchströmt und wobei im kleinen Kühlkreislauf das Kühlmittel den Kühlmittelbehälter und den Verbraucher zyklisch durchströmt, nicht jedoch den Rückkühler und wobei der kleine Kühlkreislauf mit Kühlmittelbehälter und Verbraucher in einem einfriersicheren Bereich angeordnet ist. In a further advantageous embodiment, the cooling device has at least one hydraulically connected or connectable with the recooler coolant container with a retention volume for receiving coolant from the recooler when emptying the recooler in the antifreeze operation and at least one means of the coolant to be cooled consumer is provided with the Coolant tank is hydraulically connected and hydraulically connected to the recooler or connectable. In addition, a switching device is provided for switching the cooling circuit between a large cooling circuit with the at least one recooler and a small cooling circuit without the at least one recooler in the antifreeze operation, wherein in the large cooling circuit, the coolant flows through the recooler, the coolant tank and the consumer cyclically and in the small cooling circuit, the coolant flows through the coolant tank and the consumer cyclically, but not the recooler and wherein the small cooling circuit with coolant tank and consumer is arranged in a freezing-safe area.
Es ist nun vorzugsweise die Zuführleitung zum Zuführen des Kühlmittels mit der Umschalteinrichtung verbunden ist und/oder die Abführleitung zum Abführen des Kühlmittels mit dem Kühlmittelbehälter verbunden. It is now preferably the feed line for supplying the coolant to the switching device is connected and / or the discharge line for discharging the coolant connected to the coolant tank.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist jedes Umlenksammelrohr, vorzugsweise in einem oberen Bereich und/oder in einem unteren Bereich, mit einer zum Kühlmittelbehälter führenden Ausgleichsleitung zum Gasausgleich mit dem Rückkühler verbunden ist, in der wenigstens ein Ausgleichsventil vorgesehen ist, verbunden ist, insbesondere an einer geodätisch im Wesentlichen höchstgelegenen Stelle des Rückkühlers. In a preferred embodiment, each Umlenksammelrohr, preferably in an upper region and / or in a lower region, is connected to a coolant tank leading equalization line for gas compensation with the recooler in which at least one compensation valve is provided, in particular connected to a geodetic essentially the highest point of the recooler.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Dabei wird auch auf die Zeichnung Bezug genommen. Es zeigen jeweils in einer schematischen Darstellung: Hereinafter, embodiments of the invention will be described in more detail. In this case, reference is also made to the drawing. Each shows in a schematic representation:
1 eine Kühleinrichtung mit Rückkühler und ohne Kältemaschine, 1 a cooling device with recooler and without chiller,
2 eine Kühleinrichtung mit Rückkühler und mit Kältemaschine, 2 a cooling device with recooler and chiller,
3 eine Ausführungsform eines Kühlmittelbehälter einer Kühleinrichtung gemäß 1 oder 2, 3 an embodiment of a coolant container of a cooling device according to 1 or 2 .
4 eine Ausführungsform eines Rückkühlers einer Kühleinrichtung gemäß 1 oder 2 in einer Vorderansicht, 4 an embodiment of a recooler of a cooling device according to 1 or 2 in a front view,
5 den Rückkühler gemäß 4 in einer Rückansicht, 5 the recooler according to 4 in a rear view,
6 den Rückkühler gemäß 4 und 5 in einer Seitenansicht, 6 the recooler according to 4 and 5 in a side view,
7 den Rückkühler gemäß 4 bis 6 in einer perspektivischen Ansicht, 7 the recooler according to 4 to 6 in a perspective view,
8 einen Teil des Rückkühlers gemäß 4 bis 7 in einer teilweise geschnittenen Draufsicht und 8th a part of the recooler according to 4 to 7 in a partially sectioned plan view and
9 eine hydraulische Weiche, die in einer Kühleinrichtung gemäß 1 bis 3 eingesetzt werden kann. 9 a hydraulic switch, which in a cooling device according to 1 to 3 can be used.
In 1 ist eine Kühleinrichtung für einen zu kühlenden Verbraucher 4 oder einen Wärmetauscher eines Verbrauchers dargestellt. Die Kühleinrichtung umfasst einen Kühlkreislauf, der als geschlossener Einkreis-Kühlkreislauf ausgebildet ist und mit einem flüssigen Kühlmittel K, vorzugsweise Kühlwasser aufgrund dessen hoher spezifischer Wärmekapazität, als Wärmeübertragungsmedium arbeitet. Die Strömungsrichtung des Kühlmittels K ist jeweils mit Pfeilen gekennzeichnet. In 1 is a cooling device for a consumer to be cooled 4 or a heat exchanger of a consumer. The cooling device comprises a cooling circuit, which is designed as a closed single-circuit cooling circuit and works with a liquid coolant K, preferably cooling water due to its high specific heat capacity, as a heat transfer medium. The flow direction of the coolant K is marked with arrows.
Der Kühlkreislauf umfasst als die wichtigsten Komponenten einen Rückkühler 6 oder Außenkühler, der in einem frostgefährdeten Außenbereich A angeordnet ist, und einen Kühlmittelbehälter (oder: Kühlmitteltank, Pufferbehälter, Funktionsbehälter oder -behältnis) 1. Ferner ist in den Kühlkreislauf der Verbraucher 4 selbst geschaltet. Der Kühlmittelbehälter 1 und der Verbraucher 4 sind in einem frostsicheren Innenbereich I angeordnet. Der Begriff Einkreis-Kühlkreislauf bedeutet, dass Verbraucherkreis und Kühlkreis hydraulisch nicht voneinander getrennt sind, also einen zusammenhängenden hydraulischen Kühlkreislauf bilden. The cooling circuit comprises a recooler as the most important components 6 or outdoor cooler, which is arranged in a frost-prone outdoor area A, and a coolant tank (or: coolant tank, buffer tank, functional tank or container) 1 , Furthermore, the consumer is in the cooling circuit 4 even switched. The coolant tank 1 and the consumer 4 are arranged in a frost-proof interior I. The term single-circuit cooling circuit means that the consumer circuit and the cooling circuit are not hydraulically separated from each other, thus forming a contiguous hydraulic cooling circuit.
Der Kühlmittelbehälter 1 ist in 3 in weiteren Einzelheiten gezeigt. The coolant tank 1 is in 3 shown in more detail.
Über eine Umschalteinrichtung 16, insbesondere ein Drei-Wege-Ventil oder Umschaltventil, ist der Kühlkreislauf zwischen einem langen oder großen Kreislauf mit dem Rückkühler 6 und einen kurzen oder kleinen Kreislauf ohne den Rückkühler 6 umschaltbar, wie noch erläutert wird. About a switching device 16 , In particular, a three-way valve or switching valve, the cooling circuit between a long or large circuit with the recooler 6 and a short or a small circuit without the recooler 6 switchable, as will be explained.
Ein Einlass 40 des Verbrauchers 4 ist über eine Verbraucher-Vorlaufleitung 7, in die eine Kühlmittelpumpe 2 geschaltet ist, mit einem Kühlmittelauslass 53 des Kühlmittelbehälters 1 strömungstechnisch (oder: hydraulisch) verbunden. An inlet 40 of the consumer 4 is via a consumer supply line 7 into which a coolant pump 2 is switched, with a coolant outlet 53 of the coolant tank 1 fluidically (or hydraulically) connected.
Ein Auslass 41 des Verbrauchers 4 ist über eine Leitung 42 mit der Umschalteinrichtung 16 strömungstechnisch (oder: hydraulisch) verbunden. An outlet 41 of the consumer 4 is over a line 42 with the switching device 16 fluidically (or hydraulically) connected.
An einen Einlass 6A des Rückkühlers 6 ist eine Rückkühler-Vorlaufleitung oder Rückkühler-Zuführleitung 38 für das Kühlmittel K angeschlossen und an einen Auslass 6B des Rückkühlers 6 ist eine Abführleitung 39 für das Kühlmittel K angeschlossen. To an inlet 6A of the recooler 6 is a recooler feed line or recooler feed line 38 connected to the coolant K and to an outlet 6B of the recooler 6 is a discharge line 39 connected to the coolant K.
Die Umschalteinrichtung 16 ist über die Zuführleitung 38 mit dem Einlass 6A des Rückkühlers 6 und über eine Behälter-Zuführleitung 21, einen Verzweigungspunkt 63 und eine Zuleitung 62 mit einem Einlass 19 des Kühlmittelbehälter 1 verbunden. The switching device 16 is via the supply line 38 with the inlet 6A of the recooler 6 and a container supply line 21 , a branch point 63 and a supply line 62 with an inlet 19 of the coolant tank 1 connected.
Der Kühlmittelbehälter 1 umfasst gemäß 1 und 2 einen im unteren Bereich angeordneten Kühlmittelbereich 12 für das Kühlmittel K und einen für ein Inertgas G vorgesehenen, im oberen Bereich oberhalb des Kühlmittelfüllbereichs 12 angeordneten Gasfüllbereich 52. Unter einem Inertgas G wird dabei ein Gas verstanden, das nicht mit dem Kühlmittel K reagiert. Ein geeignetes Inertgas G ist insbesondere Stickstoff (N2). Der Flüssigkeitsspiegel 54 des Kühlmittels K bildet die Grenze zwischen Kühlmittelfüllbereich 12 und Gasfüllbereich 52. Im gezeigten Beispiel nehmen der Gasfüllbereich 52 mit der Inertgasvorlage 13 und der Kühlmittelbereich 12 im Kühlmittelbehälter 1 beispielhaft jeweils etwa 50 % des Kühlmittelbehältervolumens ein. Der Gasfüllbereich 52 bildet ein Retentionsvolumen im Kühlmittelbehälter 1 für im kleinen Kreislauf aus dem großen Kreislauf aus Frostschutzgründen aufzunehmendes Kühlmittel K. Der mit dem Inertgas G unter einem vorgegebenen Ausgleichsdruck pG gefüllte Gasfüllbereich 52 bildet gemäß der Erfindung eine Inertgasvorlage 13 zum Ausgleich des geodätischen Drucks pH höher liegender Bereiche des kleinen Kreislaufs, wie noch erläutert wird. Der Gasfüllbereich 52 ist über eine Ausgleichsleitung 14, in der ein steuerbares Ausgleichsventil 35 vorgesehen ist, mit einem in einem oberen Bereich angeordneten Anschluss 6C des Rückkühlers 6 verbunden. The coolant tank 1 includes according to 1 and 2 a arranged in the lower region coolant area 12 for the coolant K and one provided for an inert gas G, in the upper region above the coolant filling 12 arranged gas filling area 52 , Under an inert gas G is understood to mean a gas that does not react with the coolant K. A suitable inert gas G is in particular nitrogen (N 2 ). The liquid level 54 of coolant K forms the boundary between coolant fill area 12 and gas filling area 52 , In the example shown take the gas filling area 52 with the inert gas template 13 and the coolant area 12 in the coolant tank 1 each exemplifies about 50% of the coolant tank volume. The gas filling area 52 forms a retention volume in the coolant tank 1 for in the small circle from the big one Circuit for frost protection reasons, coolant K to be accommodated. The gas filling area filled with the inert gas G under a predetermined compensation pressure p G 52 forms according to the invention, an inert gas template 13 to compensate for the geodetic pressure p H higher lying areas of the small circuit, as will be explained. The gas filling area 52 is over a compensation line 14 in which a controllable equalizing valve 35 is provided with a arranged in an upper region connection 6C of the recooler 6 connected.
Die Abführleitung 39 vom Rückkühler 6 geht an einem Verzweigungspunkt 60 in eine obere Zuleitung 61 zum Kühlmittelbehälter 1 und in eine Verteilleitung 36 über. Die Verteilleitung 36 und eine Verbraucher-Rücklaufleitung oder Behälter-Zuführleitung 21 laufen an einem weiteren Verzweigungspunkt 63 in eine gemeinsame untere Zuleitung 62 zum Kühlmittelbehälter 1 zusammen. Die untere Zuleitung 62 mündet an einem unteren Einlass 19 in den Kühlmittelbereich 12 des Kühlmittelbehälters 1, die obere Zuleitung 61 mündet dagegen an einem oberen Einlass 18 in den Gasfüllbereich 52 des Kühlmittelbehälters 1 oberhalb des Kühlmittelfüllbereichs 12. Diese Zuleitungen 61, 62 und 36 bilden insbesondere eine Art Einlaufhorn 17, welches über Flanschverbindungen mit oberem Einlass 18 und unterem Einlass 19 verbunden ist. Am oberen Einlass 18 in den Kühlmittelbehälter 1 strömendes Kühlmittel K gelangt innerhalb des Kühlmittelbehälters 1 nach unten in den Kühlmittelfüllbereich 12. The discharge line 39 from the recooler 6 goes to a branch point 60 in an upper supply line 61 to the coolant tank 1 and into a distribution pipe 36 above. The distribution line 36 and a consumer return line or container supply line 21 Run at another branch point 63 in a common lower supply line 62 to the coolant tank 1 together. The lower supply line 62 opens at a lower inlet 19 in the coolant area 12 of the coolant tank 1 , the upper supply line 61 on the other hand flows at an upper inlet 18 in the gas filling area 52 of the coolant tank 1 above the coolant filling area 12 , These leads 61 . 62 and 36 in particular form a kind of inlet horn 17 , which has flange connections with upper inlet 18 and lower inlet 19 connected is. At the upper inlet 18 in the coolant tank 1 flowing coolant K passes inside the coolant tank 1 down into the coolant filling area 12 ,
Der Rückkühler 6 kühlt das über die Zuführleitung 38 zugeführte Kühlmittel K durch Abkühlung an der Außenluft im Außenbereich A (Luftkühlung), solange die mittels eines Außentemperaturfühlers 70 messbare oder gemessene Außenlufttemperatur TA um eine ausreichende Temperaturdifferenz unterhalb der Vorlauftemperatur, insbesondere der mittels eines Temperaturfühlers 68 messbaren Kühlmitteltemperatur TK1, des Kühlmittels K in der Zuführleitung 38 liegt. The recooler 6 this cools over the supply line 38 supplied coolant K by cooling on the outside air in the outdoor area A (air cooling), as long as by means of an outside temperature sensor 70 measurable or measured outside air temperature T A by a sufficient temperature difference below the flow temperature, in particular by means of a temperature sensor 68 measurable coolant temperature T K1 , the coolant K in the supply line 38 lies.
Das im Rückkühler 6 abgekühlte Kühlmittel K am Ausgang 6B des Rückkühlers 6, das die mittels eines Temperaturfühlers 69 messbare Rückkühler-Rücklauftemperatur TK2 mit TK2 < TK1 aufweist, wird nun aus dem Rückkühler 6 über die Abführleitung 39, den Verzweigungspunkt 60 sowie über die obere oder untere Rücklaufleitung 61 und 62 dem Kühlmittelbehälter 1 zugeführt und strömt schließlich in den Kühlmittelbereich 12 des Kühlmittelbehälters 1. That in the recooler 6 cooled coolant K at the outlet 6B of the recooler 6 that by means of a temperature sensor 69 measurable recooler return temperature T K2 with T K2 <T K1 , is now from the recooler 6 via the discharge line 39 , the branch point 60 as well as the upper or lower return line 61 and 62 the coolant tank 1 fed and finally flows into the coolant area 12 of the coolant tank 1 ,
Über einen Kühlmittelauslass 53 am oder unter dem Kühlmittelbereich 12 des Kühlmittelbehälters 1 wird das Kühlmittel K mittels der Kühlmittelpumpe 2 über die Verbraucher-Vorlaufleitung 7 zu dem Einlass 40 des Verbrauchers 4 gefördert. Im Verbraucher 4 nimmt das Kühlmittel K, in der Regel über einen nicht näher dargestellten Wärmetauscher, elektrische Verlustwärme oder eine andere Form von abzuführender Wärme auf. Das Kühlmittel K kühlt also den Verbraucher 4 und erwärmt sich dabei von der Kühlmittel-Vorlauftemperatur TK3 in der Verbraucher-Vorlaufleitung 7 (oder am Einlass 40 des Verbrauchers 4) unter der Aufnahme der Verbraucherwärme auf die Kühlmitteltemperatur TK4 > TK3 am Auslass 41 des Verbrauchers 4 oder in der an den Auslass 41 angeschlossenen Leitung 42. Via a coolant outlet 53 at or below the coolant area 12 of the coolant tank 1 is the coolant K by means of the coolant pump 2 via the consumer supply line 7 to the inlet 40 of the consumer 4 promoted. In the consumer 4 takes the coolant K, usually via a heat exchanger, not shown, electrical heat loss or other form of dissipated heat. The coolant K thus cools the consumer 4 and heats up from the coolant flow temperature T K3 in the consumer supply line 7 (or at the inlet 40 of the consumer 4 ) taking the consumer heat to the coolant temperature T K4 > T K3 at the outlet 41 of the consumer 4 or in the at the outlet 41 connected line 42 ,
Das erwärmte Kühlmittel K verlässt den Verbraucher 4 an dessen Auslass 41 und strömt durch die Leitung 42 zu der Umschalteinrichtung 16. In der Leitung 42 ist eine weitere Kühlmitttelpumpe 5 vorgesehen zum Fördern des Kühlmittels K. The heated coolant K leaves the consumer 4 at its outlet 41 and flows through the pipe 42 to the switching device 16 , In the line 42 is another coolant pump 5 provided for conveying the coolant K.
Die Umschalteinrichtung 16 verbindet oder verschaltet nun in einer ersten Schaltstellung die Leitung 42 mit der Zuführleitung 38, die das Kühlmittel K zum Einlass 6A des Rückkühlers 6 führt, und in einer zweiten Schaltstellung mit dem Vorlauf oder der Behälter-Zuführleitung 21, über die das Kühlmittel K zum Verzweigungspunkt 63 und von dort über die zweite Zuleitung 62 zum unteren Einlass 19 des Kühlmittelbehälter 1 gelangt. In der ersten Schaltstellung der Umschalteinrichtung 16 ist also der große Kreislauf mit dem Rückkühler 6 verwirklicht, während die zweite Schaltstellung der Umschalteinrichtung 16 den kleinen Kreislauf ohne Rückkühler 6 herstellt. The switching device 16 connects or interconnects the line in a first switching position 42 with the supply line 38 that the coolant K to the inlet 6A of the recooler 6 leads, and in a second switching position with the flow or the container supply line 21 , about which the coolant K to the branching point 63 and from there via the second supply line 62 to the lower inlet 19 of the coolant tank 1 arrives. In the first switching position of the switching device 16 So it's the big circuit with the recooler 6 realized while the second switching position of the switching device 16 the small circuit without recooler 6 manufactures.
In einem normalen Kühlbetrieb oder Freikühlbetrieb der große Kreislauf mit Rückkühler 6 über eine möglichst hohe Betriebszeit betrieben. Die Umschalteinrichtung 16 ist also für gewöhnlich in der ersten Schaltstellung. Der Rückkühler 6 ist in seiner Auslegung an die abzuführende Kühlleistung oder Wärmemenge des Verbrauchers 4 angepasst. In a normal cooling mode or free cooling mode the big circuit with recooler 6 operated over the longest possible operating time. The switching device 16 So it's usually in the first position. The recooler 6 is in its interpretation of the dissipated cooling capacity or heat quantity of the consumer 4 customized.
Der Rückkühler 6 verfügt über wenigstens einen einerseits vom Kühlmittel K durchflossenen und andererseits mit der Außenluft in Wärmekontakt befindlichen Wärmetauscher, insbesondere einen Luft-Wasser-Wärmetauscher, und auch über Mittel zur Steuerung der Rückkühlleistung in einem bestimmten Wertebereich, insbesondere Ventilatoren 71 zur Steuerung der Rückkühlleistung durch erzwungene Konvektion und/oder Besprüh-, Benetzungs- oder Verdampfungseinheiten zur Steuerung der Rückkühlleistung durch adiabatische Kühlung, was eine gewisse Anpassung der Rückkühlerleistung zwischen einem Betrieb bei tiefen Außentemperaturen, z.B. im Winter, und einem Betrieb bei hohen Außentemperaturen, z.B. im Sommer, erlaubt. The recooler 6 has at least one on the one hand by the coolant K and on the other hand with the outside air in thermal contact heat exchanger, in particular an air-water heat exchanger, and also means for controlling the recooling power in a certain range of values, in particular fans 71 for controlling the recooling power by forced convection and / or Besprüh-, wetting or evaporation units for controlling the recooling power by adiabatic cooling, which is a certain adjustment of the recooler between an operation at low outdoor temperatures, eg in winter, and operation at high outdoor temperatures, eg in summer, allowed.
In einem Freikühlbetrieb wird zur Regelung der für den Verbraucher 4 erforderlichen Kühlmitteltemperatur des Kühlmittels K unter Kühlung durch den Rückkühler 6 im großen Kreislauf die vom Temperaturfühler 69 gemessene Rückkühler-Rücklauftemperatur TK2 als Regelgröße verwendet, also fortlaufend gemessen und mit einem Sollwert verglichen und auf diesen Sollwert durch Steuerung oder Stellen der Kühlleistung des Rückkühlers 6 mittels der dafür vorgesehenen Mittel, insbesondere der Ventilatoren 71 oder Besprüh- oder Benetzungseinrichtungen, geregelt. Der Sollwert für die Rückkühler-Rücklauftemperatur TK2 ist an die am Einlass 40 des Verbrauchers 4 erforderliche Verbraucher-Vorlauftemperatur TK3 angepasst und kann beispielsweise aus einem Sollwertintervall oberhalb 5 °C gewählt werden. Zur Regelung der Regelgröße TK2 auf den Sollwert wird bei tieferen Außentemperaturen TA die Kühlleistung des Rückkühlers 6 reduziert, beispielsweise durch Verringern der Förderleistung, insbesondere der Lüfterdrehzahl, oder Abschalten der Ventilatoren 71, und bei höheren Außentemperaturen TA erhöht, beispielsweise durch Erhöhen der Förderleistung der Ventilatoren 71 und ggf. Zuschalten der Besprüheinrichtungen. In a free cooling mode is used to regulate the for the consumer 4 required coolant temperature of the coolant K while cooling by the recooler 6 in the large circuit that of the temperature sensor 69 measured recooler Return temperature T K2 used as a controlled variable, that is, continuously measured and compared with a setpoint and to this setpoint by controlling or adjusting the cooling capacity of the recooler 6 by means provided for this purpose, in particular the fans 71 or spraying or wetting equipment. The setpoint for the recooler return temperature T K2 is at the inlet 40 of the consumer 4 required consumer flow temperature T K3 adjusted and can for example be selected from a setpoint interval above 5 ° C. To control the controlled variable T K2 to the target value is at lower outdoor temperatures T A, the cooling capacity of the recooler 6 reduced, for example, by reducing the capacity, in particular the fan speed, or switching off the fans 71 , and increases at higher outdoor temperatures T A , for example, by increasing the flow rate of the fans 71 and possibly connecting the sprayers.
Problematisch ist eine Situation im Betrieb der Kühleinrichtung, die als Frostschutzsituation bezeichnet werden kann. In einer Frostschutzsituation wird also die Vorlauftemperatur, z.B. TK1, des Kühlmittels K vor dem Rückkühler 6 zu niedrig und das Kühlmittel K kann gefrieren. Eine solche Frostschutzsituation entsteht meist durch gleichzeitiges Zusammentreffen von Frost im Außenbereich A, also sehr tiefen Außentemperaturen, und zu geringer abzuführender Wärme oder Kühlleistung am Verbraucher 4 und/oder zu geringem Volumenstrom des Kühlmittels K durch den Rückkühler 6 sowie bereits auf ein Minimum heruntergefahrener nur noch rein passiver Kühlleistung des Rückkühlers 6, wenn also bereits alle Ventilatoren und Besprüheinrichtungen abgeschaltet sind. The problem is a situation in the operation of the cooling device, which can be referred to as antifreeze situation. In an antifreeze situation, therefore, the flow temperature, eg T K1 , of the coolant K in front of the recooler 6 too low and the coolant K can freeze. Such antifreeze situation usually arises from the simultaneous coincidence of frost in the outdoor area A, ie very low outside temperatures, and too low dissipated heat or cooling capacity at the consumer 4 and / or too low a volume flow of the coolant K through the recooler 6 and already to a minimum shut down only purely passive cooling capacity of the recooler 6 So if all fans and sprayers are already switched off.
Zur Behebung dieses Problems wird in einer solchen Frostschutzsituation ein Frostschutzbetrieb oder eine Frostschutzfunktion aktiviert, indem zunächst mit Hilfe der Umschalteinrichtung 16 von dem großen Kreislauf mit Rückkühler 6 in den kleinen Kreislauf ohne Rückkühler 6 umgeschaltet wird und das Kühlmittel K aus dem Kühlmittelbehälter 1 nun im kleinen Kreislauf umgewälzt wird und mittels der Abwärme des Verbrauchers 4 so lange erwärmt wird, bis wieder auf den großen Kreislauf umgeschaltet werden kann, die Frostschutzsituation also wieder aufgehoben ist. Diese Frostschutzbetriebsweise kann auch als Anfahrbetrieb oder Aufwärmbetrieb bezeichnet werden und wird also so lange gefahren, bis die Vorlauftemperatur des Kühlmittels K vor dem Rückkühler 6 wieder ausreichend hoch ist. To remedy this problem, in such an antifreeze situation, an antifreeze mode or antifreeze function is activated by first using the switching device 16 from the big circuit with recooler 6 in the small cycle without recooler 6 is switched and the coolant K from the coolant tank 1 now circulated in a small circuit and by means of the waste heat of the consumer 4 is heated until it can be switched back to the large circuit, the antifreeze situation is thus repealed. This antifreeze operation mode can also be referred to as a start-up operation or warm-up operation and is therefore driven so long until the flow temperature of the coolant K before the recooler 6 is again high enough.
Die Frostschutzsituation oder die Aufhebung der Frostschutzsituation kann durch Überwachung der vom Temperaturfühler 33 gemessenen Kühlmitteltemperatur TK5 und/oder auch der vom Temperaturfühler 68 gemessenen Rückkühler-Vorlauftemperatur TK1 und/oder auch der vom Temperaturfühler 69 gemessenen Rückkühler-Rücklauftemperatur TK2 erkannt werden. The frost protection situation or the suspension of the frost protection situation can be monitored by monitoring the temperature sensor 33 measured coolant temperature T K5 and / or the temperature sensor 68 measured recooler flow temperature T K1 and / or the temperature sensor 69 measured return cooler return temperature T K2 are detected.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die vom Temperaturfühler 69 gemessene Rücklauftemperatur TK2 des Kühlmittels K neben der Regelung im normalen Freikühlbetrieb zusätzlich dazu herangezogen, eine Frostschutzsituation zu erkennen und die Umschalteinrichtung 16 von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung zu bringen und damit vom großen Kreislauf in den kleinen Kreislauf umzuschalten. Unterschreitet die Rücklauftemperatur TK2 einen vorgegebenen Mindestwert Tmin, z.B. von 5 °C oder etwas mehr, ist also TK2 < Tmin, so besteht die Gefahr eines Einfrierens des Kühlmittels K im Rückkühler 6 und der Frostschutzbetrieb wird initiiert und auf den kleinen Kreislauf umgeschaltet. Das nunmehr nur noch eine Temperatur von ungefähr dem genannten Mindestwert Tmin aufweisende Kühlmittel K im Kühlmittelbehälter 1 wird im kleinen Kreislauf umgewälzt und erwärmt sich im Anlaufbetrieb. In a preferred embodiment, that of the temperature sensor 69 measured return temperature T K2 of the coolant K in addition to the control in normal free cooling operation additionally used to detect an antifreeze situation and the switching device 16 to bring from the first switching position to the second switching position and thus switch from the large circuit in the small circuit. If the return temperature T K2 falls below a predefined minimum value T min , for example of 5 ° C. or slightly more, ie if T K2 <T min , there is a risk of the coolant K freezing in the recooler 6 and the frost protection operation is initiated and switched to the small circuit. The now only a temperature of about the said minimum value T min having coolant K in the coolant tank 1 is circulated in a small circuit and heats up in startup mode.
Ferner wird bevorzugt die vom Temperaturfühler 33 gemessene Vorlauftemperatur TK5 des Kühlmittels K herangezogen, um eine Aufhebung der Frostschutzsituation zu erkennen und nach einem Anlauf- oder Aufwärmbetrieb die Umschalteinrichtung 16 von der zweiten Schaltstellung wieder zurück in die erste Schaltstellung zu bringen und damit vom kleinen Kreislauf zurück in den großen Kreislauf umzuschalten. Ist diese Vorlauftemperatur TK5 des Kühlmittels K im kleinen Kreislauf nämlich wieder ausreichend hoch und hat sie, aufgrund der Erwärmung durch den Verbraucher 4, einen vorgegebenen Maximalwert Tmax, z.B. aus einem Intervall zwischen 35 °C und 40 °C, überschritten, so kann das Kühlmittel K den Rückkühler 6 wieder ausreichend erwärmen und ohne die Gefahr eines Einfrierens wieder durch den großen Kreislauf einschließlich des Rückkühlers 6 strömen. Es wird also, sobald TK5 > Tmax, wieder durch Umschalten der Umschalteinrichtung 16 in die erste Schaltstellung vom kleinen Kreislauf auf den großen Kreislauf umgeschaltet. Der Rückkühler 6 wird nun mit dem anfänglich 35 °C bis 40 °C warmen Kühlmittel K beaufschlagt und erwärmt und damit entfrostet. Furthermore, it is preferred that of the temperature sensor 33 measured flow temperature T K5 of the coolant K used to detect a lifting of the antifreeze situation and after a start-up or warm-up the switching device 16 to bring back from the second switching position back to the first switching position and thus switch from the small circuit back into the large circuit. Is this flow temperature T K5 of the coolant K in the small circuit namely again sufficiently high and has them, due to the heating by the consumer 4 , exceeded a predetermined maximum value T max , for example, from an interval between 35 ° C and 40 ° C, so the coolant K, the recooler 6 heat up again sufficiently and without the risk of freezing again through the big circuit including the recooler 6 stream. Thus, as soon as T K5 > T max , again by switching over the switching device 16 switched to the first switching position from the small circuit to the large circuit. The recooler 6 is now subjected to the initial 35 ° C to 40 ° C warm coolant K and heated and defrosted.
Nun reduziert sich aufgrund der Kühlung im Rückkühler 6 die Kühlmitteltemperatur wieder, die Regelung der vom Temperaturfühler 69 gemessene Rücklauftemperatur TK2 auf den Sollwert wird wieder aktiviert und die Vorlauftemperatur TK5 am Temperaturfühler 33 sinkt wieder, so dass wieder TK5 < Tmax. Folglich bleibt die Umschalteinrichtung 16 in der ersten Schaltstellung sowie der Kühlkreislauf im großen Kreislauf, bis ggf. wieder die Frostschutzsituation eintritt. Now reduced due to the cooling in the recooler 6 the coolant temperature again, the regulation of the temperature sensor 69 Measured return temperature T K2 to the setpoint is reactivated and the flow temperature T K5 at the temperature sensor 33 decreases again, so that again T K5 <T max . Consequently, the switching device remains 16 in the first switching position as well as the cooling circuit in the large circuit until, if necessary, the frost protection situation occurs again.
Das Kühlsystem ist so ausgelegt, dass der Anlauf- oder Aufwärmbetrieb so kurz ist, dass die ausreichende Kühlung des Verbrauchers 4 während des Anlauf- oder Aufwärmbetriebes und der dabei kurzzeitig über dem Sollwert liegenden höheren Kühlmitteltemperaturen nicht beeinträchtigt wird. Typische Zeitdauern für den Anlaufbetrieb liegen zwischen einigen Sekunden bis einigen Minuten, hängen aber von der Auslegung des Systems ab. The cooling system is designed so that the start-up or warm-up operation is so short that the sufficient cooling of the consumer 4 during start-up or warm-up operation and the short-term lying above the setpoint higher coolant temperatures is not affected. Typical durations for the start-up operation are between a few seconds to a few minutes, but depend on the design of the system.
Es muss nun aber auch dafür Sorge getragen werden, dass bei einer Frostschutzsituation und dem Umschalten in den Frostschutzbetrieb oder Anfahrbetrieb die nunmehr aus dem Kühlmittelkreislauf herausgenommenen Bereiche, die sich in einem frostgefährdeten räumlichen Bereich, insbesondere dem Außenbereich A, befinden, nämlich vor allem der Rückkühler 6 und auch seine Zu- und Ableitungen wie die Zuführleitung 38 und die Abführleitung 39 vollständig von dem Kühlmittel K entleert werden, damit nicht dort stehendes Kühlmittel K gefriert. Ein solcher Entleervorgang oder Entleerbetrieb kann gleichzeitig mit dem Umschalten in den kleinen Kreislauf oder kurz danach initiiert werden und bildet ebenfalls einen Bestandteil des Frostschutzbetriebs. However, it must now also be ensured that in an antifreeze situation and the switch to the antifreeze operation or starting the now removed from the coolant circuit areas that are in a frost-prone area, especially the outside area A, namely, especially the recooler 6 and also its supply and discharge lines as the supply line 38 and the discharge line 39 be completely emptied of the coolant K, so that not there standing coolant K freezes. Such emptying or emptying operation may be initiated simultaneously with, or shortly thereafter, switching to the small circuit and also forms part of the antifreeze operation.
Für diesen Entleervorgang ist zusätzlich zu der Ausgleichsleitung 14 und den Ausgleichsventilen 35 und 65 das schalt- oder steuerbare Ausgleichsventil 34 in einer Ausgleichsleitung 50 zwischen den, vorzugsweise auf gleicher geodätischer Höhe liegenden, Verzweigungspunkten 48 in der Zuführleitung 38 und 49 in der Abführleitung 39 vorgesehen, das das Entleeren der Zuführleitung 38 bis hinunter zum Verzweigungspunkt 48 ermöglicht. Die Ausgleichsventile 34, 35 und 65 sind bevorzugt Normal-Offen-Ventile (Normally open, NO), die stromlos offen sind und keiner aktiven Öffnung durch einen stromgesteuerten Aktor bedürfen. Die Ausgleichsleitung 14 ist mit einem Anschluss bevorzugt an einer geodätisch im Wesentlichen höchstgelegenen Stelle des Kühlmittelbehälters 1 einerseits und einer mit einem Anschluss 6C des Rückkühlers 6, bevorzugt an der geodätisch im Wesentlichen höchstgelegenen Stelle des Rückkühlers 6, andererseits verbunden. So kann sichergestellt werden, dass sich der Rückkühler 6 im Wesentlichen vollständig leert und vollständig mit Inertgas gefüllt werden kann. Ferner kann vermieden werden, dass bei steigendem Kühlmittelfüllstand im Kühlmittelbehälter 1 bei der Entleerung des Rückkühlers 6 Kühlmittel K durch die bei der Entleerung auftretende Sogwirkung wieder in den Rückkühler 6 gelangt. For this emptying process is in addition to the compensation line 14 and the balance valves 35 and 65 the switchable or controllable equalizing valve 34 in a balancing line 50 between the, preferably at the same geodetic height, branch points 48 in the supply line 38 and 49 in the discharge line 39 provided that the emptying of the supply line 38 down to the branch point 48 allows. The balancing valves 34 . 35 and 65 are preferred normal-open valves (Normally open, NO), which are normally open and require no active opening by a current-controlled actuator. The compensation line 14 is preferred with a connection at a geodetically substantially highest point of the coolant tank 1 on the one hand and one with a connection 6C of the recooler 6 , preferably at the geodetically substantially highest point of the recooler 6 on the other hand connected. So it can be ensured that the recooler 6 essentially completely emptied and completely filled with inert gas. Furthermore, it can be avoided that with increasing coolant level in the coolant tank 1 when emptying the recooler 6 Coolant K returns to the recooler due to the suction effect during emptying 6 arrives.
Zum Entleeren der frostgefährdeten Bereiche des großen Kreislaufes, insbesondere des Rückkühler 6 und seiner Zuführleitung 38 und Abführleitung 39, werden, im Allgemeinen unmittelbar nach oder gleichzeitig mit dem Umschalten in den kleinen Kreislauf mittels der Umschalteinrichtung 16, das Ausgleichsventil 34 und das Ausgleichsventil 35 und ggf. auch das Ausgleichventil 65 an der Ausgleichsleitung 14 geöffnet, so dass sich das Kühlmittel K von dem Rückkühler 6 und der Zuführleitung 38 und der Abführleitung 39, vorzugsweise bis hinunter zu den Verzweigungspunkten 48 und 49, in den Kühlmittelbehälter 1 verlagern kann und entsprechend sich das Inertgas G in das Volumen des Rückkühler 6 und der Zuführleitung 38 und der Abführleitung 39, in dem sich zuvor das Kühlmittel K befand, verlagern kann. For emptying the frost-prone areas of the large circuit, in particular the recooler 6 and its supply line 38 and discharge line 39 , are generally immediately after or simultaneously with the switching into the small circuit by means of the switching means 16 , the equalizing valve 34 and the balance valve 35 and possibly also the balancing valve 65 at the compensation line 14 opened so that the coolant K from the recooler 6 and the supply line 38 and the discharge line 39 , preferably down to the branch points 48 and 49 , into the coolant tank 1 can shift and according to the inert gas G in the volume of the recooler 6 and the supply line 38 and the discharge line 39 , in which previously was the coolant K, can relocate.
Bei Betrieb der Kühleinrichtung mit Rückkühler 6 gelangt das Kühlmittel K über den Rückkühler-Rücklauf 20 und in der Regel über den unteren Einlass 19 in den Kühlmittelbehälter 1. Bei hohen Rücklaufmengen kann das Kühlmittel K auch über den oberen Einlass 18 in den Kühlmittelbehälter 1 fließen, was beispielsweise bei der Entleerung des Rückkühlers 6 der Fall sein kann. Ein Großteil des Kühlmittels K wird über die Verteilleitung 36 durch Injektorwirkung von dem in der Regel stark strömenden Kühlmittel in der Leitung 21 am Verzweigungspunkt 63 und dann über die Leitung 62 und den Einlass 19 in den Kühlmittelbehälter 1 gesaugt oder mitgerissen. Durch diese Injektorwirkung werden wertvolle Sekunden gewonnen, die den Rückkühler 6 schneller entleeren lassen. When operating the cooling device with recooler 6 the coolant K passes through the recooler return line 20 and usually over the lower inlet 19 in the coolant tank 1 , At high recirculation rates, the coolant K may also be above the upper inlet 18 in the coolant tank 1 flow, for example when emptying the recooler 6 the case may be. Much of the coolant K is through the distribution line 36 by injector action of the usually strongly flowing coolant in the line 21 at the branch point 63 and then over the line 62 and the inlet 19 in the coolant tank 1 sucked or carried away. Through this injector effect precious seconds are gained, which the recooler 6 let it empty faster.
Das im Rückkühler 6 befindliche Kühlmittel K strömt also im Entleerbetrieb über den Rückkühler-Rücklauf 39, 49, 60, 61 und 62 in den Kühlmittelbehälter 1 und verdrängt teilweise die Inertgasvorlage 13, während Inertgas G der Inertgasvorlage 13 in den Rückkühler 6 strömt. Der Rückkühler 6, ggf. auch Leitungen im Zu- und/oder Ablauf zu diesem, füllen sich bei der Entleerung also mit Inertgas G, wodurch Kühlelemente, insbesondere Kühl- oder Wärmetauscherrohre des Rückkühlers 6, und Leitungen usw. innen vor Korrosion geschützt werden können. That in the recooler 6 located coolant K thus flows in the emptying mode on the recooler return 39 . 49 . 60 . 61 and 62 in the coolant tank 1 and partially displaces the inert gas template 13 while inert gas G of the inert gas template 13 in the recooler 6 flows. The recooler 6 , If necessary, also lines in the inlet and / or outlet to this, so fill with the emptying with inert gas G, whereby cooling elements, in particular cooling or heat exchanger tubes of the recooler 6 , and cables etc. inside can be protected from corrosion.
Solange keine Frostschutzsituation vorliegt, insbesondere also die Rücklauftemperatur TK2 des Kühlmittels K den vorgegebenen Mindestwert Tmin nicht unterschreitet, kann die Umschalteinrichtung 16 in der ersten Schaltstellung gehalten werden sowie der große Kreislauf eingestellt bleiben und die Ausgleichsventile 34, 35 und 65 werden oder bleiben geschlossen, da im großen Kreislauf ein Entleeren nicht vorgesehen und nicht sinnvoll ist. As long as there is no frost protection situation, ie in particular the return temperature T K2 of the coolant K does not fall below the predetermined minimum value T min , the switching device can 16 be kept in the first switching position and set the large circuit and the compensation valves 34 . 35 and 65 become or remain closed, since in the large cycle emptying is not provided and does not make sense.
Der Kühlmittelbehälter 1 dient also auch zur Pufferung oder Aufnahme des im Entleerbetrieb entleerten Kühlmittels K während des Frostschutzbetriebes, stellt also ein Retentionsvolumen für das entleerte Kühlmittel K zur Verfügung. The coolant tank 1 So also serves to buffer or recording the emptied in emptying coolant K during frost protection operation, so provides a retention volume for the emptied coolant K available.
Das von dem Gasfüllbereich 52 bereitgestellte Retentionsvolumen im Kühlmittelbehälter 1 ist nun grundsätzlich so groß gewählt, dass es das Entleerungsvolumen des aus dem Rückkühler 6 und den oberhalb der Verzweigungspunkte 48 und 49 liegenden Bereichen der Zuführleitung 38 und der Abführleitung 39 ohne Weiteres aufnehmen kann. That of the gas filling area 52 provided retention volume in the coolant tank 1 is now basically chosen so large that it is the emptying volume of the from the recooler 6 and above the branch points 48 and 49 lying areas of the supply line 38 and the discharge line 39 can easily record.
Ein weiteres Problem bei der Anordnung gemäß der Erfindung wie in 1 gezeigt ist der geodätische, hydrostatische Druck pH aus dem Bereich des Kreislaufs, der oberhalb des Gasfüllbereichs 52 des Kühlmittelbehälters 1 und ggf. sogar oberhalb der Verzweigungspunkte 48 und 49 liegt, im Beispiel der 1 sind das der Verbraucher 4 und anschließende obere Bereiche der Leitungen 7 und 42 in dem Kühlkreislauf. Dieser geodätische Druck ist pH = ρ·g·h mit der Dichte ρ des Kühlmittels K, der Erdbeschleunigung g und dem Höhenunterschied h zwischen dem höchsten Stand der Flüssigkeitssäule beim Verbraucher 4 und dem Flüssigkeitsspiegel 54 im Kühlmittelbehälter 1. Der geodätische Druck pH ist also unabhängig vom Strömungs- oder Leitungsquerschnitt im Kreislauf oder Verbraucher 4. Another problem with the arrangement according to the invention as in 1 shown is the geodetic, hydrostatic pressure p H from the area of the circuit, which is above the Gasfüllbereichs 52 of the coolant tank 1 and possibly even above the branch points 48 and 49 lies, in the example of the 1 that's the consumer 4 and subsequent upper portions of the leads 7 and 42 in the cooling circuit. This geodesic pressure is p H = ρ · g · h with the density ρ of the coolant K, the gravitational acceleration g and the height difference h between the highest level of the liquid column at the consumer 4 and the liquid level 54 in the coolant tank 1 , The geodetic pressure p H is therefore independent of the flow or line cross-section in the circuit or consumer 4 ,
Der geodätische Druck pH würde aufgrund des Prinzips der kommunizierenden Röhren dazu führen, dass der Kühlmittelbehälter 1 vollständig mit Kühlmittel K gefüllt wäre, auch wenn die Ausgleichsventile 34, 35 und 65 geöffnet wären. Es würde also an dem Retentionsvolumen im Kühlmittelbehälter 1 für das zu entleerende Kühlmittel fehlen und der Frostschutz durch den Entleerbetrieb wäre nicht zu gewährleisten. Due to the principle of the communicating tubes, the geodetic pressure p H would cause the coolant reservoir 1 completely filled with coolant K, even if the balancing valves 34 . 35 and 65 would be open. So it would be on the retention volume in the coolant tank 1 for the emptied coolant missing and the frost protection by the emptying operation could not be guaranteed.
Um dieses in einer Anordnung gemäß 1 auftretende Problem des geodätischen Drucks pH zu beheben, ist gemäß der Erfindung die Inertgasvorlage 13 vorgesehen. Das Inertgas G wird unter einem vorgegebenen Ausgleichsdruck pG in den Kühlmittelbehälter 1 eingefüllt und verdrängt in dem Gasfüllbereich 52 des Kühlmittelbehälters 1 das Kühlmittel K in den unteren Kühlmittelbereich 12 als Gegendruck zu dem im Kühlmittel K wirkenden geodätischen Druck pH der höher liegenden mit Kühlmittel gefüllten Bereiche des Kreislaufes wie dem Verbraucher 4 und den oberen Bereichen von dessen Zu- und Ableitungen 7 und 42. Es wird also insbesondere pG = pH eingestellt. Typische Werte für den Ausgleichsdruck pG liegen in der Praxis zwischen 1,5 bar und 4,2 bar. To this in an arrangement according to 1 To solve occurring problem of geodetic pressure p H is according to the invention, the inert gas template 13 intended. The inert gas G is under a predetermined compensation pressure p G in the coolant tank 1 filled and displaced in the gas filling area 52 of the coolant tank 1 the coolant K in the lower coolant area 12 as backpressure to the acting in the coolant K geodetic pressure p H of the higher-lying with coolant filled areas of the circuit as the consumer 4 and the upper portions of its inlets and outlets 7 and 42 , Thus, in particular, p G = p H is set. Typical values for the compensation pressure p G are in practice between 1.5 bar and 4.2 bar.
Das erforderliche Retentionsvolumen des Gasfüllbereichs 52 für das zu entleerende Kühlmittel K und der erforderliche Gegendruck pG werden vorab rechnerisch bestimmt und können zusätzlich durch Kalibriermessungen überprüft und feinjustiert werden. Eine Druckmessung ist deshalb nicht erforderlich. Ebenso muss bei der erforderlichen Druckdichtheit der einmal eingestellte Ausgleichsdruck pG nicht mehr durch weitere Gaszufuhr von Inertgas G angepasst oder verändert werden, es sei denn es werden neue Komponenten oder Verbraucher hinzugeschaltet, die den geodätischen Druck pH verändern oder vergrößern. The required retention volume of the gas filling area 52 for the coolant K to be emptied and the required back pressure p G are determined in advance by calculation and can additionally be checked by calibration measurements and fine-tuned. A pressure measurement is therefore not required. Likewise, in the case of the required pressure-tightness, the compensating pressure p G once set must no longer be adjusted or changed by further gas supply of inert gas G, unless new components or consumers are added which alter or increase the geodetic pressure p H.
Da das Kühlkreislaufsystem ein Einkreis-Kühlsystem ist und geschlossen und druckdicht ist, wird der zusätzliche Druck pG der Inertgasvorlage 13 im gesamten Kühlkreislauf einschließlich Kühlmittelbehälter 1 und Verbraucher 4 aufrechterhalten und führt zu der gewünschten Verlagerung der Flüssigkeitssäulen im Kreislauf zum Ausgleich des geodätischen Drucks pH. Since the refrigeration cycle system is a single-circuit refrigeration system and is closed and pressure-tight, the additional pressure p G of the inert gas feed 13 in the entire cooling circuit including coolant tank 1 and consumers 4 maintains and leads to the desired displacement of the liquid columns in the circuit to compensate for the geodetic pressure p H.
Beim bereits beschriebenen Entleervorgang zu Frostschutzzwecken liegt der Ausgleichsdruck pG der Inertgasvorlage 13 über die Ausgleichsleitung 14 und das geöffnete Ausgleichsventil 35 an einer Seite des zu entleerenden Kühlmittelvolumens an und über die Einlässe 18 und 19 und die Leitungen 61 und 62 und 20 an der anderen Seite, so dass sich eine Druckdifferenz von Null ergibt und der um den Ausgleichsdruck pG erhöhte Druck im Kühlkreislauf den Entleervorgang nicht beeinflusst oder behindert. The already described emptying process for antifreeze purposes is the compensation pressure p G of the inert gas 13 over the equalization line 14 and the open balance valve 35 on one side of the volume of coolant to be evacuated to and over the inlets 18 and 19 and the wires 61 and 62 and 20 on the other side, so that there is a pressure difference of zero and the pressure in the cooling circuit, which is increased by the compensation pressure p G , does not influence or hinder the emptying process.
Damit bei Konfigurationen, bei welchen Verbraucher 4 im Einkreis-Kühlkreislauf wie im gezeigten Beispiel geodätisch oberhalb des Kühlmittelbehälters 1 gelegen sind, ein ausreichendes Retentionsvolumen erhalten bleibt, weist der Kühlmittelbehälter 1 die Inertgasvorlage 13 auf. Die Inertgasvorlage 13 nimmt ein gewisses Volumen des Kühlmittelbehälters 1 ein und verhindert so, dass Kühlmittel K von geodätisch höher gelegenen Verbrauchern 4 in den Kühlmittelbehälter 1 in unerwünschter Weise zurückfließt. Ohne Inertgasvorlage würde von geodätisch oberhalb des Kühlmittelbehälters 1 angeordneten Verbrauchern 4 Kühlmittel K zurückfließen und das Retentionsvolumen schmälern oder ganz verhindern. So with configurations, with which consumers 4 in the single-circuit cooling circuit as in the example shown geodetically above the coolant tank 1 are located, a sufficient retention volume is maintained, the coolant tank 1 the inert gas template 13 on. The inert gas template 13 takes a certain volume of the coolant tank 1 and thus prevents coolant K from geodetically higher consumers 4 in the coolant tank 1 flows back in an undesirable manner. Without inert gas template would geodetically above the coolant tank 1 arranged consumers 4 Return coolant K and reduce or completely prevent the retention volume.
Bei dem gezeigten System ist, mit anderen Worten, ein gewisses Retentionsvolumen deswegen erforderlich, da der Außenluft-Rückkühler 6 bei Verwendung eines bei Außen-Frost gefrierenden Kühlmittels in frostgefährdeten Perioden oder Phasen, insbesondere im Winter, bei zugleich zu geringer Kühlleistungsanforderung geleert werden muss. Zur Entleerung des Außenluft-Rückkühlers 6 in den Kühlmittelbehälter 1 ist ein gewisses Volumen, d. h. Retentionsvolumen, erforderlich, das insbesondere durch die Inertgasvorlage 13 sichergestellt werden kann. In the system shown, in other words, a certain retention volume is required because of the external air recool 6 must be emptied at the same time too low cooling power requirement when using a freezing in freezing coolant in frost-prone periods or phases, especially in winter. For draining the fresh air recooler 6 in the coolant tank 1 is a certain volume, ie retention volume, required, in particular by the inert gas template 13 can be ensured.
Die Kühlmittelpumpen 2 und 5 sind normalerweise sowohl im großen Kreislauf als auch im kleinen Kreislauf, also unabhängig von der Schaltstellung der Umschalteinrichtung 16, eingeschaltet, das Kühlmittel K wird also permanent durch den Kühlkreislauf gefördert. Dabei kann aber zu Regelungszwecken die Förderleistung der Kühlmittelpumpen 2 und/oder 5 verändert werden. Damit sich Änderungen im Volumenstrom in dem Teilkreis mit dem Verbraucher 4 nicht negativ in dem Teilkreis mit dem Rückkühler 6 und dem Kühlmittelbehälter 1 auswirken und letzterer immer mit dem vollen Volumenstrom beaufschlagt wird, ist die Querleitung 145 zwischen den Kühlmittelpumpen 2 und 5 vorgesehen. The coolant pumps 2 and 5 are usually both in the large circuit and in the small circuit, that is independent of the switching position of the switching device 16 , switched on, the coolant K is thus constantly promoted by the cooling circuit. However, for regulatory purposes, the flow rate of the coolant pumps 2 and or 5 to be changed. This changes in the flow in the pitch circle with the consumer 4 not negative in the pitch circle with the recooler 6 and the coolant tank 1 affect and the latter is always supplied with the full volume flow, is the transverse line 145 between the coolant pumps 2 and 5 intended.
Im in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zusätzlich zum System gemäß 1 auch eine Kältemaschine 3 mit Verdampfer 10 und Kondensator 11 vorgesehen sowie anstelle der Querleitung 145 eine hydraulische Weiche 9 vorgesehen sowie auch eine Mischeinrichtung 8 vorgesehen. Über einen Kühlmittelauslass 53 am Kühlmittelbereich 12 des Kühlmittelbehälters 1 wird das Kühlmittel K mittels einer ersten Kühlmittelpumpe 2 über eine Leitung 57 einem ersten Eingang 9A der hydraulischen Weiche 9 zugeführt. Ein erster Ausgang 9B der hydraulischen Weiche 9 ist über eine Leitung 91 mit einem Verzweigungspunkt 93 verbunden, an dem sich die Leitung 91 in einen ersten Leitungsstrang 92, in dem eine Kühlmittelpumpe 101 und ein Mischventil 95 vorgesehen sind und der zu einem Eingang des Kondensators 11 der Kältemaschine 3 führt, und einen dazu parallelen zweiten Leitungsstrang 94, in dem eine Kühlmittelpumpe 100 vorgesehen ist und der zu einem Eingang des Verdampfers 10 der Kältemaschine 3 führt, aufzweigt. Im in 2 illustrated embodiment are in addition to the system according to 1 also a chiller 3 with evaporator 10 and capacitor 11 provided as well as in place of the transverse line 145 a hydraulic switch 9 provided as well as a mixing device 8th intended. Via a coolant outlet 53 at the coolant area 12 of the coolant tank 1 is the coolant K by means of a first coolant pump 2 over a line 57 a first entrance 9A the hydraulic switch 9 fed. A first exit 9B the hydraulic switch 9 is over a line 91 with a branching point 93 connected to the line 91 in a first wiring harness 92 in which a coolant pump 101 and a mixing valve 95 are provided and to an input of the capacitor 11 the chiller 3 leads, and a second parallel wiring harness 94 in which a coolant pump 100 is provided and to an input of the evaporator 10 the chiller 3 leads, branches.
Das in dem ersten Leitungsstrang 92 geschaltete Mischventil 95 ist auch mit einer Zwischenleitung 47 verbunden, die an einem Verzweigungspunkt 46 mit einer Kondensator-Rücklaufleitung 15 zusammentrifft. Die Kondensator-Rücklaufleitung 15 ist mit einem Ausgang des Kondensators 11 verbunden und dient zum Rücklauf des Kühlmittels K vom Kondensator 11 zur hydraulischen Weiche 9. Das Mischventil 95 kann nun je nach Stellung den Verzweigungspunkt 93 mit dem Verzweigungspunkt 46 oder mit dem Eingang des Kondensators 11 oder mit beiden verbinden oder auch die Pumpe 101 und damit den Eingang des Kondensators 11 mit dessen Ausgang über eine Rückführung über die Leitung 15, den Verzweigungspunkt 46 und die Zwischenleitung 47 das Kühlmittel K führen oder auch das Kühlmittel K aus den verschiedenen Leitungszweigen mischen. So kann beispielsweise in einer besonderen Ausführungsform, um die Kältemaschine 3 bei einer möglichst optimalen Kühlwassertemperatur und einem entsprechenden Kältemitteldruck in der Kältemaschine 3 zu betreiben, der Kondensator in einem Kurzschlussbetrieb über das Mischventil 95 und die Zwischenleitung 47 betrieben werden, so dass das Kühlmittel K am Ausgang des Kondensators 11 über die Zwischenleitung 47 von der Pumpe 101 angesaugt wird, wobei das Mischventil 95 zum Verzweigungspunkt 93 hin schließt, so dass sich das Kühlmittel über den Kondensator 11 erwärmt. Sobald die gewünschte Kühlmitteltemperatur erreicht ist, kann das Mischventil 95 teilweise wieder zum Verzweigungspunkt 93 hin zu öffnen und Kühlmittel K, das vom Ausgang 9B der Weiche 9 kommt, zumischen, um die gewünschte Kühlmitteltemperatur zu halten. Wenn das über die Zwischenleitung 47 kommende Kühlmittel K vom Kondensator 11 so stark erwärmt ist, dass es nicht mehr durch das kältere Kühlmittel vom Verzweigungspunkt 93 durch Zumischen abgekühlt werden kann, schließt das Mischventil 95 die Verbindung zur Zwischenleitung 47, so dass dann der Leitungszweig 92 vollständig geöffnet ist und 100 % des strömenden Kühlmittels vom Verzweigungspunkt 93 von der Pumpe 101 zum Kondensator 11 gefördert wird. Diese Funktion des Mischventils 95 unterstützt zusätzlich den Anfahrbetrieb oder in der Anlaufphase. That in the first wiring harness 92 switched mixing valve 95 is also with an intermediate line 47 connected to a branching point 46 with a condenser return line 15 coincides. The condenser return line 15 is with an output of the capacitor 11 connected and serves to return the coolant K from the condenser 11 to the hydraulic switch 9 , The mixing valve 95 can now depending on the position of the branch point 93 with the branch point 46 or with the input of the capacitor 11 or connect to both or the pump 101 and thus the input of the capacitor 11 with its output via a return via the line 15 , the branch point 46 and the intermediate line 47 Lead the coolant K or mix the coolant K from the various branches. For example, in a particular embodiment, the chiller 3 at the best possible cooling water temperature and a corresponding refrigerant pressure in the chiller 3 To operate, the capacitor in a short-circuit operation via the mixing valve 95 and the intermediate line 47 be operated so that the coolant K at the outlet of the condenser 11 over the intermediate line 47 from the pump 101 is sucked, wherein the mixing valve 95 to the branch point 93 closes so that the coolant passes through the condenser 11 heated. Once the desired coolant temperature is reached, the mixing valve 95 partly back to the branch point 93 towards opening and coolant K coming from the outlet 9B the switch 9 comes to mix to maintain the desired coolant temperature. If that's about the intermediate line 47 coming coolant K from the condenser 11 heated so much that it is no longer due to the colder coolant from the branching point 93 can be cooled by admixing, closes the mixing valve 95 the connection to the intermediate line 47 so that then the line branch 92 is fully open and 100% of the coolant flowing from the branch point 93 from the pump 101 to the condenser 11 is encouraged. This function of the mixing valve 95 additionally supports start-up operation or in the start-up phase.
Die Bypass-Leitung 47 trifft an einem Verzweigungspunkt 46 mit einer Kondensator-Rücklaufleitung 15 zusammen, die mit einem Ausgang des Kondensators 11 verbunden ist und zum Rücklauf des Kühlmittels K vom Kondensator 11 zur hydraulischen Weiche 9 dient. The bypass line 47 meets at a branch point 46 with a condenser return line 15 together with an output of the capacitor 11 is connected and the return of the coolant K from the condenser 11 to the hydraulic switch 9 serves.
Dazu führt von dem Verzweigungspunkt 46 eine Leitung 45 zu einem Eingang 8B der Mischeinrichtung 8, deren Ausgang 8C über eine Leitung 43 mit einem zweiten Eingang 9C der hydraulischen Weiche 9 verbunden ist. Über den zweiten Leitungsstrang 94 wird Kühlmittel K dem Eingang des Verdampfers 10 der Kältemaschine 3 zugeführt. Der Ausgang des Verdampfers 10 ist mit einem Einlass 40 des Verbrauchers 4 über eine Verbraucher-Vorlaufleitung 7 hydraulisch verbunden. Ein Auslass 41 des Verbrauchers 4 ist hydraulisch über eine Leitung 42 mit einem weiteren Eingang 8A der Mischeinrichtung 8 verbunden. An einen zweiten Ausgang 9D der hydraulischen Weiche 9 ist eine Leitung 44 angeschlossen, in der wieder die weitere Kühlmittelpumpe 5 und der Temperaturfühler 33 zum Messen der Kühlmitteltemperatur TK5 angeordnet sind und die zu der Umschalteinrichtung 16 führt. This leads from the branch point 46 a line 45 to an entrance 8B the mixing device 8th whose output 8C over a line 43 with a second entrance 9C the hydraulic switch 9 connected is. Over the second wiring harness 94 Coolant K is the input of the evaporator 10 the chiller 3 fed. The exit of the evaporator 10 is with an inlet 40 of the consumer 4 via a consumer supply line 7 hydraulically connected. An outlet 41 of the consumer 4 is hydraulically via a pipe 42 with another entrance 8A the mixing device 8th connected. To a second exit 9D the hydraulic switch 9 is a lead 44 connected, in the again the further coolant pump 5 and the temperature sensor 33 for measuring the coolant temperature T K5 are arranged and the to the switching device 16 leads.
Die Kältemaschine 3 hat üblicherweise eine integrierte Temperaturregelung derart, dass die Kühlmitteltemperatur am Ausgang des Verdampfers 10 oder die Kühlmitteltemperatur TK3 am Einlass 40 des Verbrauchers 4 auf einen bestimmten Sollwert eingestellt bleibt, um eine ausreichende Kühlung des Verbrauchers 4 bereitzustellen. Durch die Regelung der Kühlmitteltemperatur TK2 des Temperaturfühlers 69 am Rückkühler 6 auf den dortigen Sollwert, der an den Sollwert der Kältemaschine angepasst ist, bleibt aber im Normalfall die Kältemaschine 3 ausgeschaltet und der Rückkühler 6 kühlt allein. Wenn also die Kühlleistung des Rückkühlers 6 zur Kühlung des Verbrauchers 4 ausreicht, was in der Regel bei richtiger Auslegung der Fall ist, bleibt die Kältemaschine 3 ausgeschaltet oder in Standby-Betrieb, und das Kühlmittel K durchströmt den Verdampfer 10 wie eine passive Leitung. Das Mischventil 95 ist in dieser Situation geschlossen, wenn die Kältemaschine nicht läuft. Die Zwischenleitung 47 wird zum Mischventil 95 geöffnet und der Teilbereich des Leitungszweigs 92 zum Verzweigungspunkt 93 bleibt geschlossen, so dass in dem kurzen Kreislauf oder dem rückgekoppelten Kreislauf das Kühlmittel K von der Pumpe 101 über den Kondensator 11 gepumpt wird, wie schon beschrieben. Dies ist ein energieeffizienter Freikühlbetrieb. The chiller 3 usually has an integrated temperature control such that the coolant temperature at the outlet of the evaporator 10 or the coolant temperature T K3 at the inlet 40 of the consumer 4 remains set to a specific set point to ensure adequate cooling of the load 4 provide. By controlling the coolant temperature T K2 of the temperature sensor 69 on the recooler 6 to the local setpoint, which is adapted to the setpoint of the chiller, but usually remains the chiller 3 switched off and the recooler 6 cools alone. So if the cooling capacity of the recooler 6 for cooling the consumer 4 sufficient, which is usually the case with the correct interpretation, remains the chiller 3 switched off or in standby mode, and the coolant K flows through the evaporator 10 like a passive line. The mixing valve 95 is closed in this situation when the chiller is not running. The intermediate line 47 becomes the mixing valve 95 opened and the portion of the line branch 92 to the branch point 93 stays closed, so in the short cycle or the recirculated loop, the coolant K from the pump 101 over the capacitor 11 is pumped, as already described. This is an energy-efficient free-cooling operation.
In bestimmten Betriebssituationen, z.B. bei dennoch nicht ausreichender Kühlleistung des Rückkühlers 6 in einem Mischbetrieb von Rückkühler 6 und Kältemaschine 3 oder wenn der Rückkühler 6 im Frostschutzbetrieb wegen Frostgefahr aus dem Kreislauf genommen ist, wird die Kältemaschine 3 zugeschaltet, wenn ihr Sollwert für die Kühlmitteltemperatur überschritten wird, und kühlt im Verdampfer 10 das Kühlmittel K ab. Das Umschaltventil 95 wird nun so geschaltet, dass das Kühlmittel K über den Leitungsstrang 92 durch den Kondensator 11 strömt und diesen kühlen kann. Die bei dieser ggf. zusätzlichen Kühlung des Kühlmittels K aus dem Leitungsstrang 94 anfallende Kondensationswärme im Kondensator 11 wird mit dem durch den Kondensator 11 strömenden, aus dem Leitungsstrang 92 stammenden Kühlmittel K über die Rücklaufleitung 15 abgeführt. In certain operating situations, eg if the cooling capacity of the recooler is still insufficient 6 in a mixed operation of recooler 6 and chiller 3 or if the recooler 6 In frost protection mode due to risk of frost is removed from the circulation, the chiller 3 switched on when its setpoint for the coolant temperature is exceeded, and cools in the evaporator 10 the coolant K from. The changeover valve 95 is now switched so that the coolant K over the wiring harness 92 through the capacitor 11 flows and can cool this. The case of this additional cooling of the coolant K from the wiring harness 94 accumulating heat of condensation in the condenser 11 gets through with the capacitor 11 flowing, out of the wiring harness 92 originating coolant K via the return line 15 dissipated.
Die besondere Verschaltung der Kältemaschine 3 im Kühlkreislauf gemäß der Erfindung hat einen besonderen, vorteilhaften Effekt beim Frostschutzbetrieb oder Anfahrbetrieb, bei dem der kleine Kreislauf ohne Rückkühler 6 eingestellt ist, und gewährleistet insbesondere die sichere Kühlung des Verbrauchers 4 auch während des Anlauf- oder Aufwärmbetriebes. Die vom Temperaturfühler 69 gemessene Rücklauftemperatur TK2 des Kühlmittels K hat also ihren vorgegebenen Mindestwert Tmin, z.B. von 5 °C oder etwas mehr, unterschritten, der Frostschutzbetrieb wurde initiiert und auf den kleinen Kreislauf umgeschaltet sowie das Entleeren von Rückkühler 6 und zugehörigen Leitungen vorgenommen. Das entsprechend kalte Kühlmittel K wird nun im kleinen Kreislauf umgewälzt und erwärmt sich im Anlaufbetrieb in einer ersten Anlaufphase kontinuierlich aufgrund der Abwärme des Verbrauchers 4. The special interconnection of the chiller 3 in the cooling circuit according to the invention has a special, beneficial effect in frost protection operation or starting operation, in which the small circuit without a recooler 6 is set, and in particular ensures the safe cooling of the consumer 4 even during start-up or warm-up operation. The temperature sensor 69 measured return temperature T K2 of the coolant K has thus its predetermined minimum value T min , for example, of 5 ° C or slightly more, undercut, the antifreeze operation was initiated and switched to the small circuit and the emptying of recooler 6 and associated lines made. The correspondingly cold coolant K is now circulated in the small circuit and heats up during startup operation in a first start-up phase continuously due to the waste heat of the consumer 4 ,
Hier wird nun bei der Ausführungsform gemäß 2 mit Kältemaschine 3 im Unterschied zu 1 ohne Kältemaschine 3 das Kühlmittel K, das den Verbraucher 4 durchströmt, nicht, auch nicht kurzfristig, auf den Maximalwert Tmax, z.B. zwischen 35 °C und 40 °C, der vom Temperaturfühler 33 gemessene Vorlauftemperatur TK5 erwärmt. Vielmehr schaltet bei Überschreiten des Sollwertes der Kältemaschine 3 für den Verbraucher 4 die Kältemaschine 3 zu und hält nun in einer zweiten Anlaufphase des Anlaufbetriebes durch Kühlen des Kühlmittels K die Kühlmitteltemperatur TK3 des durch den Verbraucher 4 geführten Kühlmittels K auf dem gewünschten Sollwert, der unterhalb des Maximalwert Tmax liegt, beispielsweise bei 8 °C bis 15 °C im Vergleich zu 35 °C bis 40 °C. Here will be in the embodiment according to 2 with chiller 3 in contrast to 1 without chiller 3 the coolant K, which is the consumer 4 flows through, not even at short notice, to the maximum value T max , eg between 35 ° C and 40 ° C, of the temperature sensor 33 measured flow temperature T K5 heated. Rather, when the setpoint value is exceeded, the chiller switches 3 for the consumer 4 the chiller 3 and now holds in a second start-up phase of the startup operation by cooling the coolant K, the coolant temperature T K3 of the consumer 4 guided coolant K at the desired setpoint, which is below the maximum value T max , for example at 8 ° C to 15 ° C compared to 35 ° C to 40 ° C.
Die in dieser zweiten Anlaufphase von der Kältemaschine 3 beim im Verdampfer 10 bewirkten Abkühlen des Kühlmittels K erzeugte Abwärme im Kondensator 11 wird nun über das dem Eingang 8B der Mischeinrichtung 8 über die Rücklaufleitung 15 zugeführte Kühlmittel K abgeführt, das in der Mischeinrichtung 8 mit dem vom Verbraucher 4 über die Leitung 42 dem Eingang 8A zugeführten Kühlmittel K vermischt wird und als Kühlmittel K mit einem höheren Temperaturniveau vom Ausgang 8C der Mischeinrichtung 8 dem Eingang 9C der hydraulischen Weiche 9 und von deren Ausgang 9D schließlich über die Leitung 44 unterstützt von der Kühlmittelpumpe 5 zur Umschalteinrichtung 16 und von dort wieder in den Kühlmittelbehälter 1 strömt. The in this second start-up phase of the chiller 3 when in the evaporator 10 caused cooling of the coolant K generated waste heat in the condenser 11 will now be over the entrance 8B the mixing device 8th via the return line 15 supplied coolant K discharged, which in the mixing device 8th with the consumer 4 over the line 42 the entrance 8A supplied coolant K is mixed and as coolant K with a higher temperature level from the output 8C the mixing device 8th the entrance 9C the hydraulic switch 9 and from their output 9D finally over the line 44 supported by the coolant pump 5 to the switching device 16 and from there back into the coolant tank 1 flows.
Dadurch erhöht sich in der Regel die vom Temperaturfühler 33 gemessene Vorlauftemperatur TK5 des Kühlmittels K vor der Umschalteinrichtung 16 in 2 mit Kältemaschine 3 schneller auf den vorgegebenen Maximalwert Tmax als in 1 ohne Kältemaschine 3 und es kann früher vom Frostschutzbetrieb im kleinen Kreislauf wieder in den normalen Betrieb im großen Kreislauf umgeschaltet werden, d.h. die Zeitdauer für den Anlaufbetrieb kann verkürzt werden. Sobald wieder der Rückkühler 6 im großen Kreislauf in Betrieb ist, kann nach entsprechender Zeitdauer aufgrund der Kühlung im Rückkühler 6 die Regelung der vom Temperaturfühler 69 gemessene Rücklauftemperatur TK2 auf den Sollwert wieder aktiviert werden und die Kühlmitteltemperatur an der Kältemaschine 3 liegt wieder in der Sollbereich, so dass die Kältemaschine 3 wieder abgeschaltet werden kann und nur noch durch den Rückkühler 6 gekühlt wird, bis ggf. wieder die Frostschutzsituation eintritt. Umgekehrt sorgt zunächst im kleine Kreislauf das kalte Kühlmittel K aus dem Kühlmittelbehälter 1 und dann im großen Kreislauf der Rückkühler 6 immer für eine ausreichende Abfuhr der Abwärme der Kältemaschine 3, so dass diese in ihrem optimalen Arbeitspunkt betrieben werden kann. This usually increases the temperature sensor 33 measured flow temperature T K5 of the coolant K before the switching device 16 in 2 with chiller 3 faster to the predetermined maximum value T max than in 1 without chiller 3 and it can be switched from the antifreeze operation in the small cycle back to the normal operation in the large circuit earlier, ie the duration of the startup operation can be shortened. As soon as the recooler 6 in the large circuit is in operation, can after appropriate period of time due to the cooling in the recooler 6 the regulation of the temperature sensor 69 measured return temperature T K2 be reactivated to the setpoint and the coolant temperature at the chiller 3 is back in the target range, leaving the chiller 3 can be switched off again and only through the recooler 6 is cooled until, if necessary, the frost protection situation occurs again. Conversely, first in the small circuit, the cold coolant K from the coolant tank 1 and then in the big circuit of the recooler 6 always for a sufficient dissipation of the waste heat of the chiller 3 so that it can be operated at its optimum operating point.
Die hydraulische Weiche 9 gemäß 2 bewirkt eine Aufteilung der Volumenströme oder Durchflussmengen an den zwei Eingängen 9A und 9C und den zwei Ausgängen 9B und 9D derart, dass am Eingang 9A und am Ausgang 9D der größere Volumenstrom, bevorzugt ein maximaler Volumenstrom von 100 %, eingestellt wird und am Eingang 9C und am Ausgang 9B ein kleinerer Volumenstrom, z.B. von 90 %, eingestellt wird. Dadurch wird der Volumenstrom des Kühlmittels K im den Kühlmittelbehälter 1 und den Rückkühler 6 umfassenden Teilkreis immer auf 100 % gehalten unabhängig oder autark vom restlichen hydraulischen System. Mittels der hydraulischen Weiche 9 kann also sichergestellt werden, dass stets 100 % Rücklauf zum Rückkühler 6 erreicht wird und dessen Kühlleistung optimal ausgenutzt wird. Angenommen, es dreht jemand den Verbraucher 4 ab, so würde 100 % des aus dem Behälter 1 über die Pumpe 2 und die Leitung 57 zugeführten Kühlwassers K über die hydraulische Weiche 9 zurück über Pumpe 5 und die Umschalteinrichtung 16 entweder über den Rückkühler 6 oder direkt zurück zum Behälter 1 geleitet werden. The hydraulic switch 9 according to 2 causes a distribution of the volume flows or flow rates at the two inputs 9A and 9C and the two outputs 9B and 9D such that at the entrance 9A and at the exit 9D the larger volume flow, preferably a maximum flow rate of 100 %, is set and at the entrance 9C and at the exit 9B a smaller volume flow, eg of 90%, is set. As a result, the volume flow of the coolant K in the coolant tank 1 and the recooler 6 comprehensive pitch always kept at 100% independent or self-sufficient from the rest of the hydraulic system. By means of the hydraulic switch 9 So it can be ensured that always 100% return to the recooler 6 is reached and its cooling capacity is optimally utilized. Suppose someone turns the consumer 4 off, that would be 100% of the container 1 over the pump 2 and the line 57 supplied cooling water K via the hydraulic switch 9 back over pump 5 and the switching device 16 either over the recooler 6 or directly back to the container 1 be directed.
9 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine solche hydraulische Weiche 9. Der Eingang 9A und der Ausgang 9B sind als Anschlussstutzen oder dergleichen ausgebildet und über eine perforierte oder als Sieb ausgebildete Rohrleitung 9E miteinander strömungstechnisch verbunden. Der Eingang 9C ist mit dem Ausgang 9D ebenfalls über eine perforierte oder als Sieb ausgebildete Rohrleitung 9F strömungstechnisch verbunden. Auch hier sind der Eingang 9C und der Ausgang 9D als Rohrstutzen oder Anschlussstutzen ausgebildet. Das vom Eingang 9A durch die Rohrleitung 9E zum Ausgang 9B fließende oder strömende Kühlmittel K strömt durch die Öffnungen in der Rohrleitung 9E in einen Innenraum 9G der hydraulischen Weiche 9 und durch den Innenraum 9G zu den Öffnungen in der Rohrleitung 9F zwischen dem Eingang 9C und dem Ausgang 9D und durch die Öffnungen in die Rohrleitung 9F zum Ausgang 9D. Dadurch wird ein Strömungsvolumenausgleich des Kühlmittels K in der hydraulischen Weiche 9 geschaffen, der einen 100 %igen Volumenstrom des Kühlmittels zwischen Ausgang 9D und Eingang 9A zumindest in der Frostperiode sicherstellt. So können z. B., wie in 9 beispielhaft eingezeichnet, 90 % Kühlmittel vom Ausgang 9B durch den Kühlkreislauf wieder bis zum Eingang 9C strömen und dann mit 10 % Kühlmittel K, das durch den Innenraum 9G in der hydraulischen Weiche 9 direkt zwischen dem Eingang 9A und dem Ausgang 9D fließt, zu den 100 % Kühlmittel K ergänzt werden, die über die Pumpe 5 sowie auch die Pumpe 2 im Rückkühler-Kreislauf über den Rückkühler 6 gepumpt werden. Die direkt zwischen den Rohleitungen 9E und 9F durch den Innenraum 9G fließende Kühlmittelmenge gleicht also immer die fehlende Kühlmittelmenge aus, so dass über den Rückkühler 6 immer die 100 % Kühlmittel fließen. Falls die Pumpen 5 und 2 anders angesteuert werden, ändert sich der absolute Wert, der den 100 % entspricht, jedoch nicht der relative Wert bezogen auf die Kühlmittelmenge zwischen Ausgang 9D und Eingang 9C einerseits und zwischen Eingang 9A und Ausgang 9B andererseits. Die hydraulische Weiche 9 hat außerdem eine Kurzschlussfunktion, denn wenn der Ausgang 9B und der Eingang 9C gesperrt sind, gelangt in den Eingang 9A strömendes Kühlmittel über die perforierten Rohrleitungen 9E und 9F zu 100 % zu dem Ausgang 9D, so dass auch dann der 100 %ige Rückfluss des Kühlmittels zum Rückkühler 6 gewährleistet ist. 9 shows an embodiment of such a hydraulic switch 9 , The entrance 9A and the exit 9B are designed as connecting pieces or the like and a perforated or designed as a sieve pipeline 9E fluidly connected to each other. The entrance 9C is with the exit 9D also via a perforated or designed as a sieve pipeline 9F fluidically connected. Again, the entrance 9C and the exit 9D designed as a pipe socket or connection piece. That from the entrance 9A through the pipeline 9E to the exit 9B flowing or flowing coolant K flows through the openings in the pipeline 9E in an interior 9G the hydraulic switch 9 and through the interior 9G to the openings in the pipeline 9F between the entrance 9C and the exit 9D and through the openings in the pipeline 9F to the exit 9D , As a result, a flow volume equalization of the coolant K in the hydraulic switch 9 created a 100% volume flow of coolant between the output 9D and entrance 9A at least during the frost period. So z. B., as in 9 shown as an example, 90% coolant from the outlet 9B through the cooling circuit back to the entrance 9C flow and then with 10% coolant K, passing through the interior 9G in the hydraulic switch 9 directly between the entrance 9A and the exit 9D flows to be supplemented by the 100% coolant K, which is via the pump 5 as well as the pump 2 in the recooler circuit via the recooler 6 be pumped. The directly between the pipelines 9E and 9F through the interior 9G flowing coolant thus always compensates for the lack of coolant, so that the recooler 6 always the 100% coolant flow. If the pumps 5 and 2 otherwise, the absolute value that corresponds to 100% changes but not the relative value in terms of the amount of refrigerant between the outputs 9D and entrance 9C on the one hand and between the entrance 9A and exit 9B on the other hand. The hydraulic switch 9 also has a short-circuit function, because if the output 9B and the entrance 9C locked, enters the entrance 9A flowing coolant through the perforated pipes 9E and 9F 100% to the exit 9D , so that even then the 100% return of the coolant to the recooler 6 is guaranteed.
In der vorteilhaften Ausführung des Kühlmittelbehälters 1 gemäß 3 werden durch eine spezielle Kühlmittelführung unerwünschte Verwirbelungen und Oberflächenbewegungen des Kühlmittels K im Kühlwasserbehälter 1 vermieden, zumindest jedoch verringert, und das Lösen und der Eintrag von Inertgas G im oder ins Kühlmittel K möglichst gering gehalten. Aufgrund des höheren Druckes pG der Inertgasvorlage 13 löst sich auch mehr Inertgas G im Kühlmittel K, was zu Problemen im Kreislauf führen kann. In the advantageous embodiment of the coolant tank 1 according to 3 By a special coolant guide undesirable turbulence and surface movements of the coolant K in the cooling water tank 1 avoided, but at least reduced, and the dissolution and entry of inert gas G in or in the coolant K kept as low as possible. Due to the higher pressure p G of the inert gas template 13 also solves more inert gas G in the coolant K, which can lead to problems in the circulation.
Deshalb sind zunächst im Bereich des oberen Einlasses 18 ein oder mehrere Prallwände, insbesondere Prallbleche, 23 angebracht und der untere Einlass 19 ist durch ein Rohrstück 24 bzw. einen Rohrstummel in den Kühlmittelbehälter 1 hinein verlängert. Das Rohrstück 24 ragt etwa ein Drittel des Durchmessers des Kühlmittelbehälters 1 in diesen hinein. Um Verwirbelungen beim Austritt des Kühlmittels K aus dem Rohrstück 24 zumindest zu reduzieren ist das freie Ende des Rohrstücks oben angeschrägt. Therefore, first in the area of the upper inlet 18 one or more baffles, in particular baffles, 23 attached and the lower inlet 19 is through a piece of pipe 24 or a pipe stub in the coolant tank 1 extended into it. The pipe piece 24 protrudes about one third of the diameter of the coolant tank 1 into this. To turbulence in the exit of the coolant K from the pipe section 24 at least reduce the free end of the pipe section is beveled above.
Des Weiteren ist zwischen dem freien Ende des Rohrstücks 24 und dem Kühlmittelauslass 53 ein Inertgas-Diffusor 25 angebracht. Der Inertgas-Diffusor 25 dient insbesondere als Prall- bzw. Umlenkeinrichtung. Der Inertgas-Diffusor 25 ist so ausgebildet und angeordnet, dass das über das Rohrstück 24 einströmende Kühlmittel K an diesem entlang strömt, wenn es über ein definiertes Spaltmaß zwischen Inertgas-Diffusor 25 und Wandung des Kühlmittelbehälters 1 durch die erste Kühlmittelpumpe 2 aus dem Kühlmittelbehälter 1 gesaugt wird. Durch die Zwangsführung des Kühlmittels K im Bereich des Inertgas-Diffusors 25 wird die Strömung beruhigt und gelöstes Inertgas sammelt sich ggf. in Form von Inertgasblasen an und kann zurück in die Inertgasvorlage 13 entweichen. Im Inertgas-Diffusor 25 ist eine Ausgleichsbohrung 37 vorgesehen, die bei Erstinbetriebnahme sowie im laufenden Betrieb eingeschlossenes Inertgas G wieder nach oben in den Kühlmittelbehälter 1 einströmen lässt. Furthermore, between the free end of the pipe section 24 and the coolant outlet 53 an inert gas diffuser 25 appropriate. The inert gas diffuser 25 serves in particular as a baffle or deflection device. The inert gas diffuser 25 is formed and arranged that over the pipe section 24 inflowing coolant K flows along it, if it has a defined gap between the inert gas diffuser 25 and wall of the coolant tank 1 through the first coolant pump 2 from the coolant tank 1 is sucked. Due to the positive guidance of the coolant K in the region of the inert gas diffuser 25 if the flow is calmed and dissolved inert gas accumulates in the form of inert gas bubbles if necessary and can be returned to the inert gas reservoir 13 escape. In inert gas diffuser 25 is a compensation hole 37 provided, at the first start-up and during operation enclosed inert gas G back up into the coolant tank 1 flows in.
Der Kühlmittelbehälter 1 ist ferner mit vier Füllstandssensoren 26 bis 29 zum Messen des Füllstandes, also der Höhe des Kühlmittelspiegels 54, ausgestattet. Der oberste Füllstandssensor 26 ist dazu vorgesehen, eingerichtet und angeordnet, eine Überfüllung des Kühlmittelbehälters 1 feststellen zu können. Zwischen dem zweitobersten Füllstandssensor 27 und dem drittobersten und zweituntersten Füllstandssensor 28 ist der übliche Füllstand im Betrieb und zwar sowohl im kleinen Kreislauf als auch im großen Kreislauf. Im kleinen Kreislauf mit entleertem Rückkühler 6 und Zu- und Ableitungen ist der Füllstand höher, der Kühlmittelspiegel 54 liegt also näher beim zweitobersten Füllstandsensor 27. Im großen Kreislauf mit von Kühlmittel K durchströmtem Rückkühler 6 ist der Füllstand niedriger, der Kühlmittelspiegel 54 liegt also näher beim drittobersten Füllstandsensor 28. Das Retentionsvolumen liegt also als Teilvolumen zwischen den beiden Füllstandssensoren 27 und 28. Der unterste Füllstandssensor 29 ist dazu vorgesehen, eingerichtet und angeordnet, den zum regulären Betrieb mindest erforderlichen Kühlmittelfüllstand zu überwachen. The coolant tank 1 is also equipped with four level sensors 26 to 29 for measuring the level, ie the height of the coolant level 54 , fitted. The top level sensor 26 is intended, furnished and arranged, an overfilling of the coolant tank 1 to be able to determine. Between the second highest level sensor 27 and the third most and second lowest level sensor 28 is the usual level in operation, both in the small circuit and in the large circuit. In the small circuit with emptied recooler 6 and inflows and outlets, the level is higher, the coolant level 54 So it is closer to the second highest level sensor 27 , In the large circuit with traversed by coolant K recooler 6 the level is lower, the coolant level 54 So it is closer to the third upper level sensor 28 , The retention volume thus lies as a partial volume between the two level sensors 27 and 28 , The lowest level sensor 29 is designed, arranged and arranged to monitor the minimum required coolant level for normal operation.
Wegen der Abstände zwischen den Füllstandssensoren 26 bis 29 können vorliegend lediglich vier verschiedene Füllstände überwacht werden. Um genauere Informationen über den jeweiligen Füllstand, insbesondere etwaige Zwischenwerte, und Änderungen bzw. Änderungsgeschwindigkeiten des Füllstands zu erhalten ist es im Prinzip möglich, weitere Füllstandssensoren anzubringen. Because of the distances between the level sensors 26 to 29 In the present case, only four different fill levels can be monitored. In order to obtain more accurate information about the respective level, in particular any intermediate values, and changes or rates of change of the level, it is possible in principle to install more level sensors.
In der vorliegenden bevorzugten Ausführung gemäß der Erfindung ist dem Kühlmittelbehälter 1 jedoch eine Wägeeinrichtung zugeordnet, mit welcher die Masse oder das Gewicht des Kühlmittelbehälters 1 gemessen werden kann und damit indirekt der Füllstand sowie Änderungen und Änderungsgeschwindigkeiten desselben vergleichsweise genau ermittelt werden können. In the present preferred embodiment according to the invention is the coolant tank 1 However, associated with a weighing device, with which the mass or weight of the coolant tank 1 can be measured and thus indirectly the level and changes and rates of change of the same can be determined relatively accurately.
Die Wägeeinrichtung umfasst im in 2 gezeigten Beispiel insgesamt drei, an entsprechenden Standfüßen des Kühlmittelbehälters 1 angebrachte Wägezellen 30, mit welchen die Masse des gesamten, mit Kühlmittel K und Inertgas G gefüllten Kühlmittelbehälters 1 ermittelt werden kann. Anhand der so ermittelten Werte für das Gewicht oder die Masse kann der Füllstand oder Kühlmittelspiegel 54 des Kühlmittels K im Kühlmittelbehälter 1 ermittelt bzw. berechnet werden. The weighing device comprises in 2 shown example, a total of three, on corresponding feet of the coolant tank 1 attached load cells 30 , with which the mass of the entire, filled with coolant K and inert gas G coolant tank 1 can be determined. On the basis of the values determined for the weight or the mass, the level or coolant level 54 of the coolant K in the coolant tank 1 calculated or calculated.
Insbesondere zur Erfassung und Verarbeitung der Messwerte der Füllstandssensoren 26 bis 29 und der Wägezellen 30 umfasst die Kühleinrichtung eine Kontrolleinrichtung 31, insbesondere eine elektronische Steuerung, beispielsweise eine SPS-Steuerung (SPS = Speicher-Programmierbare-Steuerung). Mit der Kontrolleinrichtung 31 können grundsätzlich beliebige andere betriebsgemäße Ablaufe der Kühleinrichtung gesteuert und beliebige Betriebsparameter, insbesondere die Temperatur des Kühlmittels K ggf. an unterschiedlichen Stellen, überwacht und eingestellt werden. Es kann insbesondere der Betrieb der Kühlmittelpumpe 2, der Betrieb, insbesondere das Zu- und Abschalten, des Rückkühlers 6 über die Umschalteinrichtung 16, und weitere Funktionen koordiniert bzw. gesteuert werden. Ferner können Störungen, kritische Betriebszustände, Unregelmäßigkeiten im Betrieb der Kühleinrichtung überwacht, und es können ggf. automatisch Gegenmaßnahmen ergriffen, eingeleitet oder veranlasst werden. In particular for the acquisition and processing of the measured values of the level sensors 26 to 29 and the load cells 30 the cooling device comprises a control device 31 , In particular an electronic control, such as a PLC (PLC = memory programmable controller). With the control device 31 In principle, any other operational sequence of the cooling device can be controlled and any operating parameters, in particular the temperature of the coolant K, optionally at different points, can be monitored and adjusted. It can in particular the operation of the coolant pump 2 , the operation, in particular the switching on and off, of the recooler 6 over the switching device 16 , and other functions can be coordinated or controlled. Furthermore, malfunctions, critical operating conditions, irregularities in the operation of the cooling device can be monitored and, if necessary, automatic countermeasures can be taken, initiated or initiated automatically.
Die Wägeeinrichtung dient insbesondere zur (indirekten) Überwachung des Gegendruckes oder Ausgleichsdruck pG der Inertgasvorlage 13 und des Volumens des Gasfüllbereiches 53. Dazu werden bei verschiedenen Betriebszuständen das über die Wägezellen 30 jeweils gemessene Behältergewicht (oder: die Behältermasse) von der Steuerung 31 ins Verhältnis gesetzt. Steigt das gemessene Behältergewicht – bei gleichem Betriebspunkt, z.B. im großen Kreislauf – an, so befindet sich mehr Kühlmittel K im Kühlmittelbehälter 1. Dies lässt auf eine Undichtigkeit oberhalb des Kühlmittelsspiegels 54 im Behälter 1 oder im Rückkühler 6 oder einer Leitung schließen, d.h. der Ausgleichsdruck pG der Inertgasvorlage 13 ist gefallen. Hier wird nun durch Lecksuche die Undichtigkeit behoben werden und wieder Inertgas G nachgefüllt, um den Ausgleichsdruck pG der Inertgasvorlage 13 wieder auf seinen gewünschten Wert zu bringen. Ein mittels der Wägezellen 30 festgestelltes sinkendes Behältergewicht – bei gleichem Betriebspunkt, z.B. im großen Kreislauf – ist ein Hinweis darauf, dass sich weniger Kühlmittel K im Kühlmittelbehälter 1 befindet und dass eine Undichtigkeit im Kühlmittelkreislauf vorliegt, also Kühlmittel K irgendwo austritt, und ggf. zu beheben ist. The weighing device is used in particular for (indirect) monitoring of the back pressure or compensation pressure p G of the inert gas feed 13 and the volume of the gas filling area 53 , For this purpose, in different operating states that via the load cells 30 each measured container weight (or: the container mass) from the controller 31 put into proportion. If the measured container weight increases - at the same operating point, eg in the large circuit - then there is more coolant K in the coolant reservoir 1 , This suggests a leak above the coolant level 54 in the container 1 or in the recooler 6 or close a line, ie, the compensation pressure p G of the inert gas template 13 is fallen. Leak detection will now correct the leak and refill inert gas G again to compensate for the compensation pressure p G of the inert gas feed 13 back to its desired value. One by means of the load cells 30 Detected sinking container weight - at the same operating point, eg in the large circuit - is an indication that there is less coolant K in the coolant tank 1 is located and that there is a leak in the coolant circuit, so coolant K exits somewhere, and if necessary to fix.
Aus Energieeffizienzgründen wird der große Kreislauf mit Rückkühler 6 über eine möglichst hohe Betriebszeit betrieben und der Verbraucher 4 nach Möglichkeit nur mit dem Rückkühler 6 oder zumindest in einem Mischbetrieb von Rückkühler 6 und Kältemaschine 3 gekühlt. For energy efficiency reasons, the large circuit with recooler 6 operated over as long as possible and the consumer 4 if possible only with the recooler 6 or at least in a mixed operation of recooler 6 and chiller 3 cooled.
Die 4 bis 8 zeigen teilweise in Ausschnitten ein Ausführungsbeispiel eines Rückkühlers 6 gemäß der Erfindung. The 4 to 8th partially show in sections an embodiment of a recooler 6 according to the invention.
Der Rückkühler 6 umfasst wenigstens ein Kühlregister. Ein solches Kühlregister ist ein Wärmetauscher für eine effiziente Wärmeabgabe des Kühlmittels K an die Umgebungsluft oder Außenluft L und umfasst üblicherweise eine Vielzahl von Wärmetauscherrohren 10 und 11 für das Kühlmittel K und mit den Wärmetauscherrohren 10 und 11 thermisch gekoppelte Wärmetauscherlamellen oder Kühllamellen 96, die von der Umgebungsluft oder Außenluft L umströmt werden. Zum Fördern der Außenluft L an den Lamellen entlang sind üblicherweise Ventilatoren 71 vorgesehen. Ferner kann das Kühlregister auch noch mit aufbereitetem Wasser benetzt werden, um zusätzlich eine Verdunstungskühlung zu nutzen. The recooler 6 includes at least one cooling coil. Such a cooling coil is a heat exchanger for efficient heat release of the coolant K to the ambient air or outside air L and usually comprises a plurality of heat exchanger tubes 10 and 11 for the coolant K and with the heat exchanger tubes 10 and 11 thermally coupled heat exchanger fins or cooling fins 96 , which are flowed around by the ambient air or outside air L. For conveying the outside air L along the slats are usually fans 71 intended. Furthermore, the cooling coil can also be wetted with treated water to additionally use an evaporative cooling.
Der Rückkühler weist zwei nach oben ragende erste Sammelrohre 80 auf, die unter einem Neigungswinkel β bzw. –β zur Horizontalen nach außen voneinander weg geneigt sind, wodurch eine V-förmige Anordnung benachbarter erste Kühlmittelrohre 80 verwirklicht ist. Jeweils zwei erste Sammelrohre 80 einer solchen V-förmigen Anordnung sind in ihren unteren Bereichen über jeweils eine Flanschverbindung 181 mit einem Y-Verbindungsstück verbunden, das wiederum mit der Zuführleitung 38 zum Zuführen des (rückzukühlenden) Kühlmittels K verbunden ist. Die ersten Sammelrohre 80 nehmen also das in den Rückkühler 6 eingangseitig einströmende Kühlmittel K auf. The recooler has two upwardly projecting manifolds 80 which are inclined away from each other at an inclination angle β or -β to the horizontal, whereby a V-shaped arrangement of adjacent first coolant tubes 80 is realized. Two first headers each 80 such a V-shaped arrangement are in their lower regions via a respective flange connection 181 connected to a Y-connector, which in turn connects to the feed line 38 for supplying the (recooled) coolant K is connected. The first headers 80 So take that into the drycoolers 6 on the inlet side incoming coolant K on.
Der Rückkühler 6 weist ferner mehrere nach oben ragende zweite Sammelrohre 90 auf, die ebenfalls unter dem Neigungswinkel β bzw. –β zur Horizontalen nach außen voneinander weg geneigt sind, wodurch wiederum eine V-förmige Anordnung erzielt ist, die hier außerhalb der V-förmigen Anordnung der anderen schon erwähnten ersten Sammelrohre 80 angeordnet ist. In ihren unteren Bereichen sind auch wieder jeweils zwei der zweiten Sammelrohre 90 einer entsprechenden V-förmigen Anordnung über jeweils eine Flanschverbindung 191 mit einem Y-Verbindungsstück 192 verbunden, das nun mit der Abführleitung 39 zum Abführen des rückgekühlten Kühlmittels K verbunden ist. Die zweiten Sammelrohre 90 dienen also dem ausgangsseitigen Rückfluss oder Ausströmen des Kühlmittels K aus dem Rückkühler 6. The recooler 6 also has a plurality of upwardly projecting second manifolds 90 which are also inclined away from each other at an angle β or -β to the horizontal outwards, which in turn results in a V-shaped arrangement, here outside the V-shaped arrangement of the other already mentioned first manifolds 80 is arranged. In their lower areas are also again two of the second manifolds 90 a corresponding V-shaped arrangement via a respective flange connection 191 with a Y-connector 192 connected, now with the discharge line 39 for discharging the recooled coolant K is connected. The second manifolds 90 So serve the output side reflux or outflow of the coolant K from the recooler 6 ,
Die Neigungswinkel β der Kühlmittelrohre 80 und 90 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel alle (betragsmäßig) gleich, können aber auch differieren. An der obersten Stelle der Sammelrohre 80 und 90 weisen diese jeweils einen Abschluss oder eine Prallwand oder einen Enddeckel 183 bzw. 193 auf zum Stauen des Kühlmittels K. Der dynamische Fließdruck des Kühlmittels K kommt in Fließrichtung in den Kühler über den Einlassstutzen 180, prallt erst an den Enddeckel 183, wo der dynamische Fließdruck teilweise in statischen Druck umgewandelt wird. Das hat zur Folge, dass die Wärmetauscherrohre 10 und 11 gleichmäßig mit Kühlmittel K beaufschlagt werden und somit Frostschäden an sonst schlechter durchströmten Rohren vermieden wird. The inclination angle β of the coolant tubes 80 and 90 are in the illustrated embodiment all (amount) the same, but may also differ. At the top of the headers 80 and 90 these each have a conclusion or a baffle or an end cover 183 respectively. 193 to accumulate the coolant K. The dynamic flow pressure of the coolant K comes in the flow direction in the cooler via the inlet port 180 , bounces first on the end cap 183 where the dynamic flow pressure is partially converted to static pressure. As a result, the heat exchanger tubes 10 and 11 be applied evenly with coolant K and thus frost damage to otherwise poorly flowed pipes is avoided.
Die Wärmetauscherrohre 10 und 11 sind jeweils parallel zueinander angeordnet und, vorzugsweise in der Anordnung zusammen mit den, vorzugsweise senkrecht zu den Wärmetauscherrohren 10 und 11 angeordneten, Sammelrohren 80, 90 und 195 um einen Neigungswinkel α um die Horizontale geneigt, um eine möglichst gute Entleerung des Rückkühlers 6 für den Frostschutz zu erreichen. Dieser Neigungswinkel α liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 1° und 2° oder die Neigung ist etwa in einem Bereich von 1 % bis 4 %. Es hat sich gezeigt, dass sowohl durch die angegebene Untergrenze von 1° als auch durch die angegebene Obergrenze von 2° eine optimale Entleerung ermöglicht wird. Bei größeren wie auch kleineren Winkeln wird die Entleerungsgeschwindigkeit geringer. The heat exchanger tubes 10 and 11 are each arranged parallel to each other and, preferably in the arrangement together with, preferably perpendicular to the heat exchanger tubes 10 and 11 arranged, collecting pipes 80 . 90 and 195 tilted by an inclination angle α to the horizontal, in order to emptying the recooler as well as possible 6 for frost protection. This inclination angle α is preferably in a range between 1 ° and 2 °, or the inclination is approximately in a range of 1% to 4%. It has been shown that optimum emptying is made possible both by the specified lower limit of 1 ° and by the specified upper limit of 2 °. At larger as well as smaller angles, the emptying speed becomes lower.
Der Rückkühler 6 gemäß 4 bis 8 weist ein aus zwei Teilen aufgebautes Kühlregister auf, nämlich ein erstes Kühlregisterteil, das aus den Wärmetauscherrohren 10 aufgebaut ist, und ein zweites Kühlregisterteil, das aus den Wärmetauscherrohren 11 aufgebaut wird, wobei die Wärmetauscherrohre 10 des ersten Kühlregisterteils an ihren Ausgängen mit den Eingängen der Wärmetauscherrohre 11 des zweiten Kühlregisterteils über die Sammelrohre 195 verbunden sind und an den Eingängen der Wärmetauscherrohre 10 das Kühlmittel K über die Sammelrohre 80 einströmt und an den Ausgängen der Wärmetauscherrohre 11 das Kühlmittel K über die Sammelrohre 90 wieder ausströmt. Die ganze Anordnung ist in der V-förmigen Anordnung um den Winkel α zur Horizontalen geneigt und die beiden Kühlregisterteile bilden einen Zwei-Pass. Die Außenluft L wird über die Ventilatoren von außen quer oder weitgehend horizontal angesaugt und dann nach oben ausgeblasen, so dass sie die Kühlregister mit einem großen Strömungsquerschnitt durchströmt für eine möglichst gute Wärmeübertragung. Die Sammelrohre 80 bilden also Vorlaufsammelrohre, während die Sammelrohre 90 Rücklaufsammelrohre bilden und die Sammelrohre 195 Zwischenrohre oder Umlenksammelrohre bilden. The recooler 6 according to 4 to 8th has a built-up of two parts cooling register, namely, a first cooling register part, which consists of the heat exchanger tubes 10 is constructed, and a second cooling register part, which consists of the heat exchanger tubes 11 is constructed, wherein the heat exchanger tubes 10 the first cooling register part at their outputs with the inputs of the heat exchanger tubes 11 of the second cooling register part via the collecting pipes 195 are connected and at the entrances of the heat exchanger tubes 10 the coolant K through the manifolds 80 flows in and at the exits of the heat exchanger tubes 11 the coolant K through the manifolds 90 emanates again. The whole arrangement is inclined in the V-shaped arrangement by the angle α to the horizontal and the two cooling register parts form a two-pass. The outside air L is sucked across the fans from the outside transversely or largely horizontally and then blown upwards, so that they flow through the cooling coil with a large flow cross-section for the best possible heat transfer. The headers 80 thus form supply pipes, while the headers 90 Return collection pipes form and the collecting pipes 195 Form intermediate pipes or Umlenksammelrohre.
Die Sammelrohre 80 und 90 sind von unten angeschlossen, so dass beim Entleeren das Kühlmittel K restlos abfließen kann. Die Kühlregister sowie alle Leitungen sind mit Gefälle unter dem oder den Neigungswinkel(n) α zu den Stutzen 180 und 190 konstruiert, so dass an keiner Stelle Gegengefälle entsteht. In den in 5 zu sehenden Sammelrohren 195 wird das Kühlmittel K umgelenkt und wieder zu den Auslassstutzen 190 geleitet und dann über die Abführleitung 39 zum Kühlmittelbehälter 1 geleitet. The headers 80 and 90 are connected from below, so that the refrigerant K can drain off completely when emptying. The cooling coils and all cables are inclined at or below the inclination angle (s) α to the sockets 180 and 190 designed so that at no point counter-gradient arises. In the in 5 to be seen headers 195 the coolant K is diverted and back to the outlet 190 passed and then on the discharge line 39 to the coolant tank 1 directed.
Im Entleerfall wird das Ausgleichsventil 35 geöffnet und die Umschalteinrichtung 16 schaltet um auf den kleinen Kreis, also direkt auf den Kühlmittelbehälter 1. Das Kühlmittel K fließt wegen des Gefälles des Registers des Rückkühlers 6 und der Rohrleitungen in den Behälter 1. Das Inertgas der Inertgasvorlage 13 wird aus dem Behälter 1 über die Ausgleichsleitung 14 und das geöffnete Ausgleichsventil 35 in die Sammelrohre 195 gepresst. Das Kühlmittel K tauscht seinen Platz im Rückkühler 6 mit dem Inertgas. Nach eine bestimmten Zeitintervall, z.B. 10 bis 20 Sekunden, öffnet ein Entleerventil 65 und lässt das restliche Kühlmittel K über eine Entleerleitung 85, in der das Entleerventil 65 angeordnet ist, in die Ausgleichsleitung 14 fließen und durch diese wiederum in den Kühlmittelbehälter 1. In the case of emptying, the equalizing valve becomes 35 opened and the switching device 16 Switches to the small circle, ie directly to the coolant tank 1 , The coolant K flows because of the slope of the register of the recooler 6 and the piping into the container 1 , The inert gas of the inert gas template 13 gets out of the container 1 over the equalization line 14 and the open balance valve 35 in the headers 195 pressed. The coolant K exchanges its place in the recooler 6 with the inert gas. After a certain time interval, eg 10 to 20 seconds, an emptying valve opens 65 and leaves the remaining coolant K via a drain line 85 in which the emptying valve 65 is arranged in the balancing line 14 flow and through this turn into the coolant tank 1 ,
Das beschriebene Kühlsystem gemäß der Erfindung hat u. a. die folgenden Eigenschaften oder Vorteile:
- 1. Verwendung von purem Wasser als Kühlmittel möglich (keine thermischen Verluste durch Frostschutzmittel)
- 2. Durch Verwendung der Inertgasvorlage kann die räumliche Anordnung des Verbrauchers ohne hydraulische Trennung des Verbrauchers vom Kühlmittelbehälter, z.B. durch Plattenwärmetauscher zwischen zwei Kreisläufen, unabhängig von der Anordnung des Kühlmittelbehälters und insbesondere auch oberhalb des Kühlmitttelbehälters gewählt werden, somit werden thermische Verluste durch Plattenwärmetauscher o. ä. vermieden.
- 3. Das System hat dadurch eine sehr hohe Energieeffizienz und trägt erheblich zur Energieeinsparung und Verminderung des CO2-Ausstoßes bei.
- 4. adiabatische Kühlung durch Benetzung des Rückkühlers möglich
- 5. die Kältemaschine steht möglichst lange und somit werden erhebliche Betriebskosten eingespart.
- 6. alle Rückkühler können ausschließlich auf den Kühlmittelbehälter arbeiten und müssen somit keiner Kältemaschine zugeordnet sein, wodurch besonders einfach eine redundante oder doppelte Rohrleitungsführung mit hoher Redundanz des Kühlsystems möglich ist, insbesondere ein System gemäß dem Standard TIR 4
The described cooling system according to the invention has inter alia the following properties or advantages: - 1. Use of pure water as coolant possible (no thermal losses due to antifreeze)
- 2. By using the inert gas, the spatial arrangement of the consumer without hydraulic separation of the consumer from the coolant tank, eg by plate heat exchanger between two circuits, regardless of the arrangement of the coolant tank and in particular also be selected above the Kühlmitttelbehälters, thus thermal losses are avoided by plate heat exchanger o. Ä.
- 3. The system thus has a very high energy efficiency and contributes significantly to energy savings and reduction of CO2 emissions.
- 4. Adiabatic cooling by wetting the recooler possible
- 5. the chiller is as long as possible and thus considerable operating costs are saved.
- 6. all recooler can work exclusively on the coolant tank and thus need not be assigned to a chiller, which is particularly easy redundant or double piping with high redundancy of the cooling system is possible, in particular a system according to the standard TIR
Die Kühlmittelpumpen, der Kühlmittelbehälter, ein Großteil des Rohr- oder Leitungsnetzes, die Kältemaschine sowie die Verbraucher befinden sich im frostfreien Bereich. Nur der Rückkühler und ein Teil der Rohrleitungen, die den Rückkühler mit dem hydraulischen Netz verbinden, sind im Frostbereich. Der Rückkühler kann bei tieferen Außentemperaturen zur freien Kühlung verwendet werden, bei dieser Anwendung kommt man zur vollen Entfaltung des Energiesparpotentials. Das Prozesswasser oder Kühlmittel kann ohne hydraulische Trennung von der Sekundärseite in den Rückkühler fließen und dabei die Wärme an die Außenluft abgeben, selbst bei Außentemperaturen bis –30 °C, ohne zu gefrieren, insbesondere da immer 100 % Kühlmittelvolumenstrom über den jeweiligen Rückkühler geleitet wird. Sind jetzt bei tiefen Außentemperaturen die Austrittstemperaturen des Rückkühlers unter +5 °C, ist es notwendig, diesen Rückkühler zu entleeren, indem die Steuerung das Kühlmittel, insbesondere Kühlwasser, nicht mehr über die Rückkühler in den Behälter leitet, sondern direkt das Kühlmittel in den Funktionsbehälter leitet sowie verschiedene Ventile sich öffnen, damit das Inertgas-, insbesondere Stickstoffpolster, das sich im oberen Teil des Kühlmittelbehälters befindet, sich im Wechsel mit dem Kühlmittel in den Rückkühler verlagert, so dass sich kein Kühlmittel, insbesondere Wasser, mehr im Rückkühler sich befindet, das gefrieren kann. Das Entleeren der Rückkühler sowie das Verlagern des Stickstoffes geschieht im Sekundenbereich, und stell auch somit sicher, dass kein Wasser zurückbleibt, das gefriert. Steigt nun die Eingangstemperatur vor der Umschalteinrichtung, insbesondere m 3-Wege-Ventil, auf eine bestimmte "Start"-Temperatur, wird wieder der Weg zur Rückkühlung des Kühlwassers über den Rückkühler gelegt, selbst bei Außentemperaturen bis –30 °C. Das ganze Entleeren sowie das Befüllen der Rückkühler geht fast "unbemerkt" von statten. Da sich die Verbraucherpumpen immer auch dem Kühlmittelbehälter ihres Kühlwassers bedienen, bekommen sie es vom Volumenstrom her „nicht mit“, ob sie das Wasser über den Rückkühler oder direkt in den Behälter arbeiten, da im Behälter immer 100 % Wasservorlage für das hydraulische Netz zur Verfügung steht. Die Rückkühler können bereits bei geringen Temperaturdifferenzen zwischen Außenluft und Prozesswasser in Freikühlbetrieb gehen. Je höher die benötigte Prozesswassertemperatur, desto früher ist es möglich in Freikühlbetrieb zu gehen. Das bedeutet, je länger die Rückkühler im Freikühlbetrieb sich befinden, desto länger steht die Kältemaschine, die meist elektrisch angetrieben wird, was dann erhebliche Kosten einspart. The coolant pumps, the coolant tank, a large part of the pipe network, the chiller and the consumers are located in the frost-free area. Only the recooler and part of the piping connecting the recooler to the hydraulic network are in the freezing zone. The recooler can be used for free cooling at lower outside temperatures, in this application you get to the full development of the energy saving potential. The process water or coolant can flow without hydraulic separation from the secondary side into the recooler and thereby release the heat to the outside air, even at outside temperatures down to -30 ° C, without freezing, especially as always 100% refrigerant flow is passed through the respective recooler. If the outlet temperatures of the recooler are now below +5 ° C at low outside temperatures, it is necessary to empty this recooler, as the controller no longer directs the coolant, in particular cooling water, into the tank via the recoolers, but directly into the functional tank directs and various valves open, so that the inert gas, in particular nitrogen cushion, which is located in the upper part of the coolant container, alternately shifted with the coolant in the recooler, so that no coolant, especially water, is more in the recooler, that can freeze. The emptying of the recooler and the displacement of the nitrogen is done in seconds, and thus also ensure that no water remains, which freezes. If the inlet temperature in front of the change-over device, in particular the 3-way valve, rises to a certain "start" temperature, the cooling water is recooled via the recooler, even at outside temperatures of up to -30 ° C. The whole emptying and filling the recooler goes almost "unnoticed" of equip. Since the consumer pumps also always use the coolant tank of their cooling water, they do not "flow" with the volumetric flow, whether they work the water via the recooler or directly into the tank, as there is always 100% water supply in the tank for the hydraulic network stands. The recoolers can go into free-cooling mode even at low temperature differences between outside air and process water. The higher the required process water temperature, the sooner it is possible to go into free cooling mode. This means that the longer the recoolers are in the free cooling mode, the longer is the chiller, which is usually driven electrically, which then saves considerable costs.
Selbst bei Temperaturgleichstand zwischen Außentemperatur und Prozesswassertemperatur ist es beim Rückkühler, der als Hybridkühler verwendet wird, möglich, anhand von Benetzung der Kühlerflächen die adiabatische Kühlung der verdunsteten Wasser zu nutzen, um das Prozesswasser um weitere 2–3K abzukühlen, so dass selbst bei Außentemperaturen gleich oder sogar 1–2 K über der Sollwerttemperatur des Prozesswassers freie Kühlung gefahren werden kann. Even when the outside temperature and the process water temperature are at equal temperature, it is possible to use the adiabatic cooling of the evaporated water by cooling the radiator surfaces to cool the process water by another 2-3K, so that even at outdoor temperatures, the recooler used as a hybrid cooler or even 1-2 K above the setpoint temperature of the process water free cooling can be driven.
In der Übergangsphase, z. B. im Frühjahr oder Herbst bei niedrigen Temperaturen, fährt das System im Mischbetrieb, das heißt der Vorteil der freien Kühlung wird bis zu seiner physikalischen Grenze genutzt, lediglich die verbleibende Differenz wird parallel dazu mit einer oder mehreren Kältemaschinen abgedeckt. Selbst im Mischbetrieb werden Energiekosten eingespart, indem die Kältemaschine mit geringerer Leistung fährt als Systeme ohne Mischbetrieb. In the transitional phase, z. B. in spring or autumn at low temperatures, the system operates in mixed operation, that is, the advantage of free cooling is used to its physical limit, only the remaining difference is covered in parallel with one or more chillers. Even in mixed operation, energy costs are saved by running the chiller at lower power than systems without mixed operation.
Falls an heißen Tagen wie im Hochsommer keine freie Kühlung mehr genutzt werden kann, arbeitet das Kühlsystem übergangslos als reine Kältemaschinenrückkühlung, aber auch hier werden erhebliche Betriebskosten gespart, indem die Kältemaschinen durch die Auslegung der Rückkühler in ihrem Betriebspunkt arbeiten können. Der Kältemaschinendruck wird konstant gehalten auf Betriebsdruck, dadurch erhält man einen geringeren Maschinenverschleiß, geringere Wartungskosten sowie effizient arbeitende Kältemaschinen. If free cooling can no longer be used on hot days such as in midsummer, the cooling system works seamlessly as pure cooling machine recooling, but here too, significant operating costs are saved by allowing the chillers to work at their operating point by designing the recoolers. The chiller pressure is kept constant at operating pressure, which results in less machine wear, lower maintenance costs and efficient refrigerators.
Es sind vielfache Abwandlungen gegenüber den gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen möglich. Selbstverständlich können auch mehrere Rückkühler 6 und/oder mehrere Verbraucher 4 vorgesehen sein, die insbesondere seriell oder parallel verschaltet werden können. Bei mehreren Rückkühlern 6 werden diese nach erforderlicher Kühlleistung des oder der Verbraucher bevorzugt einzeln zu- und abgeschaltet, so dass eine lineare Leistungsanpassung an die benötigte Kühlleistung der Verbraucher stattfindet. Ferner können auch zusätzlich eine oder mehrere Kältemaschinen in den Kreislauf geschaltet werden, insbesondere zwischen Kühlmittelbehälter und Verbraucher. Many modifications are possible with respect to the embodiments shown and described. Of course, several recoolers 6 and / or multiple consumers 4 be provided, which can be connected in particular serially or in parallel. For several recoolers 6 These are preferred after the required cooling capacity of the consumer or switched on and off individually, so that a linear power adjustment to the required cooling capacity of the consumer takes place. Furthermore, an additional or several refrigerators are switched into the circuit, in particular between the coolant reservoir and consumer.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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1 1
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Kühlmittelbehälter Coolant tank
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2 2
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Kühlmittelpumpe Coolant pump
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3 3
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Kältemaschine refrigeration machine
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4 4
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Verbraucher consumer
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5 5
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Kühlmittelpumpe Coolant pump
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6 6
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Rückkühler drycoolers
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6A 6A
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Einlass des Rückkühlers Inlet of the recooler
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6B 6B
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Auslass des Rückkühlers Outlet of the recooler
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6C, 6D 6C, 6D
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Anschluss connection
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7 7
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Verbraucher-Vorlaufleitung Consumer flow line
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8 8th
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Mischeinrichtung mixing device
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8A, 8B 8A, 8B
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Eingang entrance
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8C 8C
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Ausgang output
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10, 11 10, 11
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Wärmetauscherrohre Heat exchanger tubes
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12 12
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Kühlmittelfüllbereich Kühlmittelfüllbereich
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13 13
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Inertgasvorlage feeding inert gas
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14 14
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Ausgleichsleitung compensation line
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16 16
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Umschalteinrichtung switchover
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17 17
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Einlaufhorn Horn inlet
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18 18
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oberer Einlass upper inlet
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19 19
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unterer Einlass lower inlet
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20 20
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Rückkühler-Rücklauf Drycoolers return
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21 21
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Behälter-Zuführleitung Container feed line
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23 23
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Prallwand baffle wall
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24 24
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Rohrstück pipe section
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25 25
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Inertgas-Diffusor Inert gas diffuser
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26 bis 29 26 to 29
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Füllstandssensor level sensor
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30 30
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Wägezelle load cell
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31 31
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Kontrolleinrichtung control device
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32 32
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Überdruckventil Pressure relief valve
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33 33
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Temperaturfühler temperature sensor
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34, 35 34, 35
-
Ausgleichsventil equalization valve
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36 36
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Verteilleitung distribution line
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37 37
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Ausgleichsbohrung compensating bore
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38 38
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Zuführleitung feed
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39 39
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Abführleitung discharge
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40 40
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Einlass inlet
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41 41
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Auslass outlet
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42 bis 45 42 to 45
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Leitung management
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46 46
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Verzweigungspunkt branching point
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47 47
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Zwischenleitung intermediate line
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48, 49 48, 49
-
Verzweigungspunkt branching point
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50 50
-
Ausgleichsleitung compensation line
-
52 52
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Gasfüllbereich Gasfüllbereich
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53 53
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Kühlmittelauslass coolant outlet
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54 54
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Kühlmittelspiegel Coolant level
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60 60
-
Verzweigungspunkt branching point
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61, 62 61, 62
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Zuleitung supply
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63 63
-
Verzweigungspunkt branching point
-
64 64
-
Anschluss connection
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65 65
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Ausgleichsventil equalization valve
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68, 69 68, 69
-
Temperaturfühler temperature sensor
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70 70
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Außentemperaturfühler Outdoor temperature sensor
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71 71
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Ventilator fan
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80 80
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Sammelrohr manifold
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85 85
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Entleerleitung emptying
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90 90
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Sammelrohr manifold
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91 91
-
Leitung management
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92 92
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Leitungsstrang wiring harness
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93 93
-
Verzweigungspunkt branching point
-
94 94
-
Leitungsstrang wiring harness
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95 95
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Mischventil mixing valve
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96 96
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Kühllamellen cooling fins
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100 100
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Kühlmittelpumpe Coolant pump
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101 101
-
Kühlmittelpumpe Coolant pump
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110, 111 110, 111
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Querrohr cross tube
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145 145
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Querleitung cross line
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180 180
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Einlassstutzen inlet port
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181 181
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Flanschverbindung flange
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182 182
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Y-Verbindungsstück Y-connector
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183 183
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Enddeckel End covers
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190 190
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Auslassstutzen outlet
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191 191
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Flanschverbindung flange
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192 192
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Y-Verbindungsstück Y-connector
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193 193
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Enddeckel End covers
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194 194
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T-Verbindungsstück T-connector
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195 195
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Umlenk- oder Zwischenrohr Deflection or intermediate tube
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196 196
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Flanschverbindung flange
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197 197
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Y-Verbindungsstück Y-connector
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A A
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Außenbereich outdoors
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I I
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Innenbereich interior
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G G
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Inertgas inert gas
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L L
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Außenluft outside air
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K K
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Kühlmittel coolant
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TK1 bis TK5 T K1 to T K5
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Kühlmitteltemperatur Coolant temperature
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TA T A
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Außentemperatur outside temperature
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pG p G
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Ausgleichsdruck balancing pressure
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pH p H
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geodätischer Druck geodesic pressure
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α, β α, β
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Neigungswinkel tilt angle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 4234874 C2 [0002, 0003, 0004] DE 4234874 C2 [0002, 0003, 0004]
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KR 100964564 B [0005] KR 100964564 B [0005]
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US 2011/0016903 A1 [0006] US 2011/0016903 A1 [0006]
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US 3384165 [0007] US 3384165 [0007]
