DE202016107081U1

DE202016107081U1 - Kälteanlage sowie Anlage mit einer Kälteanlage

Info

Publication number: DE202016107081U1
Application number: DE202016107081.3U
Authority: DE
Original assignee: Glen Dimplex Deutschland GmbH
Current assignee: Glen Dimplex Deutschland GmbH
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2018-03-19
Anticipated expiration: 2026-12-17

Abstract

Kälteanlage (2) mit einem Kältemittelkreislauf (6) zur Bereitstellung eines Kälteträgers mit konstanter Kälteträgertemperatur für eine Anlage (4), insbesondere eine Laseranlage, wobei der Kältemittelkreislauf (6) einen Verdichter (8), einen Kondensator (10), ein Drosselventil (12) sowie einen Verdampfer (14) aufweist und an dem Verdampfer (14) im Betrieb ein Kälteträgerkreislauf (24) der Anlage (4) angeschlossen ist, in dem im Betrieb der Kälteträger zirkuliert, wobei- der Verdichter (8) als ein drehzahlgeregelter Verdichter ausgebildet ist,- der Kältemittelkreislauf (6) zur Überbrückung des Kondensators (10) und des Drosselventils (12) eine Heißgasbypass-Leitung (16) aufweist,- die Heißgasbypass-Leitung (16) über ein Ventil (22) absperrbar ist, welches als ein stetiges Ventil (22) mit einem variablen Öffnungsgrad ausgebildet ist,- dem Kältemittelkreislauf (6) eine Steuereinheit zugeordnet ist, über die im Betrieb der Öffnungsgrad des Ventils (22) sowie die Drehzahl des Verdichters (8) eingestellt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kälteanlage mit einem Kältemittelkreislauf zur Bereitstellung eines Kälteträgers mit konstanter Kälteträgertemperatur für eine Anlage. Die Erfindung betrifft weiterhin eine derartige Anlage mit einer solchen Kälteanlage.
Bei vielen industriellen Anwendungen, wie beispielsweise bei Laser(schneid)anlagen, ist eine Temperierung, speziell Kühlung, einer oder mehrerer Anlagenkomponenten, beispielsweise des Lasers einer Laserschneidanlage, erforderlich. Für einen zuverlässigen Betrieb der Anlage ist dabei häufig eine Temperierung mit einer konstanten Kühltemperatur erforderlich, welche nur geringen Schwankungen unterliegen darf. Weitere Anwendungsbeispiele sind in der Medizintechnik beispielsweise für den Betrieb von Diagnose- oder Therapiegeräten, insbesondere Computertomographieanlagen oder Magnetresonanzanlagen zu sehen. Ein weiteres Anwendungsgebiet sind allgemein Werkzeugmaschinen für beispielsweise die industrielle Fertigung.
Um die Kühl- bzw. Kälteleistung zur Verfügung zu stellen werden hierbei häufig Kälteanlagen mit einem Kältemittelkreislauf eingesetzt. Eine derartige Kälteanlage weist ein im Kreislauf geführtes Kältemittel auf, welches in an sich bekannter Weise über einen Kondensator Wärme abgibt und über einen Verdampfer Wärme aufnimmt und somit eine Kälteleistung bereitstellt. Auf der Sekundärseite des Verdampfers ist bei derartigen Anlagen dabei der Kälteträgerkreislauf zur Kühlung der Anlagenkomponente angeschlossen.
Um eine ausreichende Konstanz der Kälteträgertemperatur des Kälteträgers, beispielsweise Wasser oder ein sonstiger flüssiger Kälteträger, zu gewährleisten ist häufig ein Puffertank vorgesehen, sodass die Kälteträgertemperatur auch bei variierenden Bedingungen - sowohl auf Seiten der Anlage als auch auf Seiten des Kältemittelkreislaufs - abzupuffern.
Aufgrund der geforderten Temperaturkonstanz des Kälteträgers und der variierenden Kälteanforderung der zu kühlenden Anlagekomponenten ist eine Regelung des Kältemittelkreislaufs erforderlich, sodass also die Kälteleistung des Kältemittelkreislaufs an den Kältebedarf der Anlage angepasst werden kann.
Zur Regelung der Kälteleistung kann die Drehzahl eines Verdichters, mit dem das Kältemittel im Kältemittelkreislauf umgewälzt wird reguliert werden. Allerdings besteht bei geringen Drehzahlen das Problem, dass konstruktionsbedingt der Verdichter eine gewisse Mindestdrehzahl nicht unterschreiten darf, insbesondere um eine zuverlässige Schmierung und Kühlung der beweglichen, insbesondere rotierenden Bauteile des Verdichters zu gewährleisten.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kälteanlage zur Bereitstellung eines Kälteträgers mit konstanter Kälteträgertemperatur für eine Anlage, insbesondere Laserschneidanlage sowie eine solche Anlage mit einer Kälteanlage anzugeben, bei der die Bereitstellung des Kälteträgers mit konstanter Kälteträgertemperatur bei einem effizienten Betrieb sowie bei einem kompakten Aufbau der Kälteanlage ermöglicht ist.
Die Aufgabe wird gemäß Erfindung gelöst durch eine Kälteanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Anlage mit einer solchen Kälteanlage gemäß Anspruch 12.
Die Kälteanlage umfasst dabei einen Kältemittelkreislauf, welcher zur Bereitstellung eines Kälteträgers mit konstanter Kälteträgertemperatur für eine Anlage, insbesondere Laserschneidanlage vorgesehen ist. Der Kältemittelkreislauf weist dabei einen Verdichter, einen Kondensator, ein Drosselventil sowie einen Verdampfer auf, wobei an dem Verdampfer im Betrieb sekundärseitig ein Kälteträgerkreislauf der Anlage angeschlossen ist. Innerhalb des Kälteträgerkreislaufes zirkuliert im Betrieb der Kälteträger. Bei dem Verdampfer handelt es sich daher üblicherweise um einen Kältemittel-/Kälteträgerwärmeübertrager. Bei dem Kälteträgerhandelt es sich um ein flüssiges Medium, insbesondere Wasser, speziell deionisiertes Wasser. Alternativ wird ein Wasser-Glykol Gemisch oder auch ein Wärmeübertrageröl verwendet. Zum Anschluss des Kälteträgerkreislaufes weist der Verdampfer entsprechende Hydraulikanschlüsse auf.
Bei dem Verdichter handelt es sich um einen drehzahlgeregelten Verdichter. Weiterhin weist der Kältemittelkreislauf zur Überbrückung des Kondensators eine Heißgasbypass-Leitung auf. Diese ist über ein Ventil absperrbar, welches als ein stetiges Ventil mit einem variablen Öffnungsgrad ausgebildet ist. Schließlich ist dem Kältemittelkreislauf eine Steuereinheit zugeordnet, die speziell als Regeleinheit ausgebildet ist, über die der Öffnungsgrad des Ventils sowie die Drehzahl des Verdichters eingestellt wird.
Durch die Kombination der 3 Komponenten drehzahlgeregelter Verdichter, Heißgasbypass-Leitung sowie das darin integrierte stetige Ventil ist ein sehr effizienter Betrieb der Kälteanlage auch bei nur geringen Anforderungen an die Kälteleistung gewährleistet.
Durch den drehzahlgeregelten Verdichter kann zum einen die Kälteleistung den aktuellen Anforderungen der Anlage durch die Regelung der Drehzahl nachgeführt werden. Insoweit ist bereits aufgrund dieser Maßnahme eine möglichst exakte Einstellung der Kälteleistung des Kältemittelkreislaufs an den geforderten Bedarf ermöglicht.
Da im Betrieb des Verdichters bei geringen Kälteleistungen eine Mindestdrehzahl des Verdichters nicht unterschritten werden darf, wird bei der Anlage bei geringen Kälteleistungen durch die Steuereinheit veranlasst, dass ein einstellbarer Teilstrom des Kältemittels über die Heißgasbypass-Leitung an dem Kondensator vorbeigeleitet wird. Hierdurch strömt also nicht mehr das gesamte Kältemittel durch den Kondensator. Der abgezweigte Teilstrom wird insbesondere umittelbar vor dem Verdampfer wieder einem Hauptstrang des Kältemittelkreislaufs zugeführt. Der Verdichter kann bei einer ausreichend hohen (Mindest-) Drehzahl betrieben werden und gleichzeitig kann die Kälteleistung weiter reduziert werden. Von besonderer Bedeutung ist hierbei auch die Integration eines stetigen Ventils mit variablem Öffnungsgrad in der Heißgasbypass-Leitung. Hierdurch ist insbesondere eine stetige Anpassung und Veränderung des Kältemittelstroms durch die Heißgasbypass-Leitung ermöglicht, sodass die gesamte Kälteleistung möglichst exakt an den Bedarf angepasst werden kann.
Durch die Kombination dieser Einzelkomponenten wird also insgesamt eine sehr genaue Einstellung der Kälteträgertemperatur des auf der Sekundärseite des Verdampfers befindlichen Kälteträgerkreislaufs erreicht. Von besonderem Vorteil ist hierbei auch, dass auf einen Puffertank im Kälteträgerkreislauf verzichtet werden kann oder dieser zumindest sehr klein ausgebildet werden kann, sodass insgesamt eine kompakte Bauweise erzielt ist.
Weiterhin ist durch die exakte Steuerung in Abhängigkeit des Bedarfs, speziell also auch durch die Integration des stetigen Ventils, ein geringer Energieverbrauch des Gesamtsystems erreicht. Die kompakte Bauweise wird zudem auch durch den drehzahlgeregelten Verdichter im Vergleich zu einem nicht drehzahlgeregelten Verdichter begünstigt. Zudem zeichnet sich der drehzahlgeregelte Verdichter auch durch eine vergleichsweise geringe (momentane) Leistungsaufnahme im Teillastbetrieb aus.
Die erforderliche hohe Temperaturgenauigkeit ist insgesamt auch bei der minimalen Verdichterdrehzahl erreicht und selbst dann, wenn aufgrund einer nur geringen geforderten Kälteleistung eine erhöhte Drehzahlanforderung des Verdichters vorliegt, um die Funktionsfähigkeit des Verdichters (Ölmanagement) zu gewährleisten.
Durch den Entfall des Puffertanks bzw. durch die Möglichkeit, nur einen relativ kleinen Puffertank einzusetzen ist zudem der Vorteil einer schnellen Betriebsbereitschaft erzielt, falls im Falle von niedrigen Umgebungstemperaturen der Kälteträger erst auf die erforderliche Temperatur aufgeheizt werden muss. Schließlich ist insgesamt auch aufgrund der dann geringen Speichermasse des Kälteträgers insgesamt eine schnelle Regelung ermöglicht.
Die Heißgasbypass-Leitung zweigt dabei allgemein vorzugsweise in Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem Verdichter ab und mündet vor dem Verdampfer wieder in einen Hauptpfad des Kältemittelkreislaufs ein.
Die Steuereinheit ist dabei weiterhin vorzugsweise zur Regelung des stetigen Ventils in Abhängigkeit der Temperatur des Kälteträgers ausgebildet. Allgemein wird das stetige Ventil in Abhängigkeit der Leistungsanforderung auf Seiten des Kälteträgerkreislaufes geregelt. Ein wesentlicher Parameter hierfür ist in der Temperatur des Kälteträgers zu sehen. Bei unterschiedlicher Wärmeentwicklung der Anlagenkomponenten führt dies zu Temperaturschwankungen. Die Änderung der Temperatur des Kälteträgers führt dann über die Regelung des Kältemittelkreislaufs zu einer entsprechenden Einstellung der jeweils momentanen bereitgestellten Kälteleistung des Kältemittelkreislaufs. Bei geringen Kälteleistungen ist-wie oben dargestellt - die Heißgasbypass-Leitung durch zumindest teilweises Öffnen des stetigen Ventils zugeschaltet. Der Öffnungsgrad des stetigen Ventils wird dabei vorzugsweise stufenlos und/oder vorzugsweise zwischen 0 und 100 % eingestellt.
Der drehzahlgeregelte Verdichter ist allgemein in einem Drehzahlband zwischen einer minimalen Drehzahl und einer maximalen Drehzahl regelbar. Die minimale Drehzahl darf dabei aufgrund beispielsweise des Ölmanagements für den Verdichter nicht unterschritten werden. Die Steuereinheit, speziell ein Regler zur Regelung des stetigen Ventils, ist bevorzugt derart ausgebildet, dass das Ventil nur im unteren Bereich des Drehzahlbandes geöffnet wird, also nur dann, wenn der Verdichter mit geringen Drehzahlen betrieben wird. Unter dem unteren Bereich des Drehzahlbandes wird insbesondere lediglich der Bereich zwischen 10% und 50% der maximalen Drehzahl verstanden.
Zweckdienlicherweise ist weiterhin vorgesehen, dass der Kälteträgerkreislauf frei von einem Puffertank ist. Die konstante Kälteträgertemperatur wird daher weitgehend ausschließlich durch die möglichst exakte Regelung der Kälteleistung des Kältemittelkreislaufs erreicht.
Alternativ hierzu ist die Anordnung eines vergleichsweise geringen Puffertanks im Kälteträgerkreislauf der Anlage vorgesehen. Die Größe des Puffertanks hängt dabei von der Größe der Anlage selbst ab und dabei insbesondere auch von der maximalen Kälteleistung, für die die Kälteanlage ausgebildet ist. Bevorzugt weist der Puffertank - bei einer Kälteanlage mit einer maximalen Kälteleistung von mehr als 10 kW - ein Volumen kleiner 100 dm³ und insbesondere kleiner 80l, beispielsweise von lediglich maximal 60 dm³ auf. Der Puffertank dient allgemein dazu, die Temperatur des Kälteträgers konstant zu halten, wirkt daher nach Art eines Dämpfungsgliedes. Typischerweise ist dabei gefordert, dass eine Verweildauer des Kälteträgers im Puffertank kleiner oder etwa gleich 1min ist. Die Verweildauer bestimmt sich dabei durch das Verhältnis des Volumens des Puffertanks und dem Volumenstrom durch den Puffertank. Weiterhin wird die Temperatur auf einen konstanten Wert geregelt, insbesondere wird die Temperatur des Kälteträgers am Eingang des Puffertanks als Regelgröße herangezogen.
Bei herkömmichen Anlagen mit einer Kälteleistung von mehreren 10 kW, z.B. von etwa 30 kW, sind beispielsweise Puffertanks mit einem Volumen von 300 dm³ erforderlich, um die Temperatur auf +/- 1 K konstant zu halten. Ist eine höhere Konstanz, z.B. auf +/- 0,5 K gefordert, so müsste der Puffertank typischerweise doppelt so groß ausfallen und etwa 600 dm³ fassen. Durch die gute Regulierbarkeit des erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs ist demgegeüber allenfalls - sofern überhaupt - ein sehr kleiner Pufferspeicher erforderlich. Dessen Größe ist zudem auch unabhängig von der geforderten Temperaturkonstanz, ist also insbesondere unabhängig davon, ob die Temperatur auf +/- 1 K oder auf +/- 0,5 K konstant gehalten werden muss.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Kälteanlage neben dem zumindest einen drehzahlgeregelten Verdichter zumindest einen weiteren Verdichter mit fester Drehzahl auf. Allgemein können mehrere drehzahlgeregelte Verdichter und vorzugsweise ergänzend auch mehrere Verdichter mit konstanter Drehzahl angeordnet sein. Durch den zusätzlichen Verdichter mit fester Drehzahl kann ein großer Bereich der Kälteleistung der Kälteanlage in kostengünstiger Weise durch geignetes Zuschalten bzw. Regeln der Verdichter und der Regelung des stetigen Ventils erreichen. Der zumindest eine zusätzliche Verdichter mit fester Drehzahl ist dabei speziell für eine Grundlast ausgelegt, so dass also in einem Normalbetrieb diese Grundlast über den zusätzlichen Verdichter abgedeckt wird.
Zweckmäßigerweise sind im Betrieb mehrer Stufen in Abhängigkeit der geforderten aktuellen Kälteleistung wie folgt vorgesehen:

- In einer ersten Stufe bei geringer Kälteleistung ist nur der drehzahlgeregelte Verdichter aktiviert und das stetige Ventil ist offen. Die Regelung der Kälteleistung erfolgt hierbei vorzugsweise ausschließlich über den Öffnungsgrad des stetigen Ventils oder Alternativ auch in Kombination mit der Regelung der Drehzahl.
- In einer zweiten Stufe bei mittlerer Kälteleistung ist nur der drehzahlgeregelte Verdichter aktiviert, das stetige Ventil ist geschlossen und die Regelung der Kälteleistung erfolgt über die Regelung der Drehzahl des drehzahlgeregelten Verdichters.
- In einer dritten Stufe bei hoher Kälteleistung sind der drehzahlgeregelte Verdichter sowie der Verdichter mit fester Drehzahl aktiviert, das stetige Ventil ist geschlossen und die Regelung der Kälteleistung erfolgt über die Regelung der Drehzahl des drehzahlgeregelten Verdichters.

Weiterhin ist zweckdienlicherweise vorgesehen das kondensatorseitig im Betrieb ein Kühlmittelkreislauf angeschlossen ist, in dem ein Kühlmittel geführt ist. Beim Kondensator handelt es sich daher zweckdienlicherweise um einen Kältemittel-/Kühlmittelwärmetauscher. Bei dem Kühlmittel handelt es sich vorzugsweise um ein flüssiges Kühlmittel, insbesondere Wasser, Wasser-Glykol-Gemisch oder deionisiertes Wasser. Alternativ kann als Kühlmittel auch (Umgebungs-)Luft verwendet werden.
Insgesamt ist die Kälteanlage weiterhin derart ausgebildet, dass im Betrieb der Kälteträger im Kälteträgerkreislauf auf einer vorgegebenen Kälteträgertemperatur von kleiner oder kleinergleich +/- 1 Grad Kelvin gehalten wird.
Die Kälteanlage ist dabei insbesondere Teil einer industriellen Anlage, insbesondere eine Laserschneidanlage oder einer Werkzeugmaschine. Alternativ ist sie Teil einer medizinischen Anlage, insbesondere Therapie- oder Diagnoseanlage, wie z.B. CT- oder MRT-Anlage. Im Betrieb wird eine Anlagenkomponente, beispielsweise ein Laser bei der Laserschneidanlage oder ein Detektor bei einer Diagnoseanlage, durch den Kälteträger im Kälteträgerkreislauf auf eine konstante Temperatur temperiert.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der einzigen Figur näher erläutert. Diese zeigt in einer schematischen Darstellung ein Schaltbild einer Anlage mit einer Kälteanlage zur Bereitstellung eines Kälteträgers mit konstanter Kälteträgertemperatur in einem Kälteträgerkreislauf.
Die einzige Figur zeigt dabei eine Kälteanlage 2 als Teil einer insbesondere industriellen Anlage 4, insbesondere Laserschneidanlage. Letzteres jedoch lediglich zum Teil dargestellt.
Im mittleren Teil der Figur ist ein Kältemittelkreislauf 6 dargestellt, mit einem drehzahlgeregelten Verdichter 8, dem in Strömungsrichtung eines Kältemittels zunächst ein Kondensator 10, ein Expansions- oder Drosselventil 12 sowie ein Verdampfer 14 nachgeschaltet sind. Das Kältemittel ist dabei in entsprechenden Rohren geführt. Der Kältemittelkreislauf 6 weist ergänzend noch eine Heißgasbypass-Leitung 16 auf. Diese zweigt an einer Abzweigstelle 20 zwischen dem Verdichter 8 und dem Kondensator 10 ab und mündet an einer Mündungsstelle 18 in den Kältemittelkreislaufs 6 ein. Die Mündungsstelle 18 ist dabei in Strömungsrichtung nach dem Drosselventil 12 und vor dem Verdampfer 14 angeordnet. In die Heißgasbypass-Leitung 16 ist ein regelbares stetiges Ventil 22 geschalten. Im Betrieb kann durch Öffnen des Ventils 22 zumindest ein Teilstrom des Kältemittels geführt werden.
Der Kältemittelkreislauf 6 weist weiterhin weitere Ventile, (motorische) Stellelemente, sowie insbesondere auch Druck- und Temperatursensoren auf, welche in üblicher Weise zur Erfassung der Betriebszustände und zur Steuerung und Regelung der Kälteanlage 2 herangezogen werden.
Die Kälteanlage 2 weist weiterhin eine hier nicht dargestellte Steuereinheit auf, die von den einzelnen Sensoren die Messdaten erhält und in Abhängigkeit dieser Messdaten die unterschiedlichen Stellelemente steuert bzw. regelt. Insbesondere regelt diese Steuereinheit die Drehzahl des Verdichters 8 sowie den Öffnungsgrad des Ventils 22.
Sowohl der Kondensator 10 als auch der Verdampfer 14 sind als ein Kältemittel-/Flüssigkeitswärmetauscher ausgebildet. Beispielsweise handelt es sich um Plattenwärmetauscher.
Am Verdampfer 14 ist an entsprechenden, hier nicht näher dargestellten Hydraulikanschlüssen ein Kälteträgerkreislauf 24 angeschlossen. In diesem wird ein Kälteträger mittels einer Pumpe 26 zur Kühlung einer Anlagenkomponente der Anlage 4 umgewälzt. Die Anlagenkomponente ist hierbei nicht näher dargestellt. Bei dieser handelt es sich insbesondere um einen Laser mit dessen Hilfe Werkstücke z.B. aus Metall geschnitten werden können.
Im Ausführungsbeispiel der Figur ist ergänzend noch ein Puffertank 28 im Kälteträgerkreislauf 24 integriert. Auf diesen kann unter Umständen auch verzichtet werden. Im Betrieb wird der Kälteträger des Kälteträgerkreislaufs 24 auf eine konstante Betriebstemperatur geregelt, innerhalb einer Toleranz von vorzugsweise kleinergleich +/- 1 Kelvin. Die Temperatur liegt dabei beispielsweise zwischen +5 und +35 Grad Celsius, speziell in einem Bereich zwischen +20 und +30 Grad Celsius. Bei dem Kälteträger im Kälteträgerkreislauf 24 handelt es sich insbesondere um deionisiertes Wasser. In ähnlicher Weise ist auch am Kondensator 10 über entsprechende, hier nicht näher dargestellte Hydraulikanschlüsse ein Kühlmittelkreislauf 30 angeschlossen.
Im Betrieb wird in an sich bekannter Weise mittels des Kältemittelkreislaufes 6 über den Verdampfer 8 Wärme aus dem Kälteträgerkreislaufs 24 aufgenommen, d. h der Kälteträger in diesem Kälteträgerkreislauf 24 wird gekühlt. Über den Kondensator 10 wird Wärme an den Kühlmittelkreislauf 30 abgegeben. Die Kälteleistung des Kältemittelkreislaufs 6 wird in Abhängigkeit der Leistungsanforderung seitens der Anlage 4, also seitens des Kälteträgerkreislaufs 24 geregelt. Steuerungs- und Regelgröße ist hierbei insbesondere die Kälteträgertemperatur des Kälteträgers in diesem Kälteträgerkreislauf 24.
Bei der dargestellten Variante mit dem Puffertank 28 wird der Kältemittelkreislauf dabei insbesondere in Abhängigkeit einer Temperatur des Kälteträgers geregelt, die (in Strömungsrichtung des Kältegträgers gesehen) bevorzugt vor dem Puffertank 28 erfasst wird. Bei einer Variante ohne Puffertank wird die Temperatur bevorzugt (unmittelbar) nach der Pumpe 26 erfasst.
Im Normalbetrieb bei vergleichsweise hohen oder normalen Leistungsanforderungen, die regelmäßig schwanken, wird die Kälteleistung zunächst über die Regelung der Drehzahl des Verdichters 8 innerhalb eines einstellbaren Drehzahlbandes zwischen einer minimalen Drehzahl und einer maximalen Drehzahl vorgenommen.
Bei geringen geforderten Kälteleistungen im Bereich der minimalen Drehzahl des Verdichters 8 erfolgt die Zuschaltung der Heißgasbypass-Leitung 16. Ein steuerbarer Anteil des Kältemittels wird daher über diese Heißgasbypass-Leitung 16 abgezweigt und so am Kondensator 10 als auch an der Drossel 12 vorbeigeführt.
Hierbei ist insbesondere eine stufenlose Einstellung des Öffnungsgrades des Ventils 22 vorgesehen. Die Regelung dieses Ventils 22 erfolgt in Abhängigkeit der Temperatur des Kälteträgers des Kälteträgerkreislaufs 24. Unterhalb einer bestimmten Drehzahl des Verdichters 8 und bei fallenden Kälte-Leistungsanforderungen wird der Öffnungsgrad dabei zunehmend erhöht, um die Kälteträgertemperatur konstant zu halten. Steigt die Kälte-Leistungsanforderung dagegen wieder an, wird der Öffnungsgrad wieder reduziert, bis er schließlich auf 0 heruntergefahren wird. Anschließend wird zur weiteren Steigerung der Kälteleistung die Drehzahl des Verdichters 8 wieder erhöht.
Hierdurch ist eine nahezu stufenlose Leistungsregulierung der Kälteleistung des Kältemittelkreislaufs 6 zwischen 0 und 100 % maximaler Kältemittelleistung ermöglicht. Durch diese exakte Regulierung der Kälteleistung des Kältemittelkreislaufs 6 wird vorzugsweise auf den in der Figur noch dargestellten Puffertank 28 verzichtet.
Insgesamt ist durch die hier vorgestellten Maßnahmen ein effizienter, energiesparender Betrieb bei kompakter Bauweise und hoher Temperaturkonstanz des Kälteträgers im Kälteträgerkreislauf 24 erzielt.
Bezugszeichenliste

2: Kälteanlage
4: Anlage
6: Kältemittelkreislauf
8: Verdichter
10: Kondensator
12: Drosselventil
14: Verdampfer
16: Heißgasbypass-Leitung
18: Mündungsstelle
20: Abzweigstelle
22: stetiges Ventil
24: Kälteträgerkreislauf
26: Pumpe
28: Puffertank
30: Kühlmittelkreislauf

Zusammenfassung
Die Kälteanlage (2) umfasst einen Kältemittelkreislauf (6) und dient zur Bereitstellung eines Kälteträgers mit konstanter Kälteträgertemperatur für eine Anlage, insbesondere Laserschneidanlage (4). Der Kältemittelkreislauf (6) weist zur möglichst exakten Einstellung der Kälteleistung einen drehzahlgeregelten Verdichter (8) sowie eine Heißgasbypass-Leitung (16) zur Überbrückung des Kondensators (10) bei geringen Kälte-Leistungsanforderungen auf. Die Heißgasbypass-Leitung (16) ist ergänzend über ein stetiges Ventil (22) absperrbar, welches einen variablen Öffnungsgrad aufweist, der in Abhängigkeit einer Temperatur des Kälteträgers im Kälteträgerkreislauf (24) eingestellt wird. Hierdurch ist eine sehr exakte Steuerung und Regelung der Kälteleistung des Kältemittelkreislaufs (6) bei gleichzeitig energieeffizientem Betrieb erzielt. Hierdurch kann die gesamte Anlage (4) kompakt aufgebaut werden, speziell da vorzugsweise auf einen Puffertank im Kälteträgerkreislauf (24) verzichtet ist.

Claims

Kälteanlage (2) mit einem Kältemittelkreislauf (6) zur Bereitstellung eines Kälteträgers mit konstanter Kälteträgertemperatur für eine Anlage (4), insbesondere eine Laseranlage, wobei der Kältemittelkreislauf (6) einen Verdichter (8), einen Kondensator (10), ein Drosselventil (12) sowie einen Verdampfer (14) aufweist und an dem Verdampfer (14) im Betrieb ein Kälteträgerkreislauf (24) der Anlage (4) angeschlossen ist, in dem im Betrieb der Kälteträger zirkuliert, wobei - der Verdichter (8) als ein drehzahlgeregelter Verdichter ausgebildet ist, - der Kältemittelkreislauf (6) zur Überbrückung des Kondensators (10) und des Drosselventils (12) eine Heißgasbypass-Leitung (16) aufweist, - die Heißgasbypass-Leitung (16) über ein Ventil (22) absperrbar ist, welches als ein stetiges Ventil (22) mit einem variablen Öffnungsgrad ausgebildet ist, - dem Kältemittelkreislauf (6) eine Steuereinheit zugeordnet ist, über die im Betrieb der Öffnungsgrad des Ventils (22) sowie die Drehzahl des Verdichters (8) eingestellt werden.
Kälteanlage (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Heißgasbypass-Leitung (16) in Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem Verdichter (8) und vor dem Kondensator (10) abzweigt und vor dem Verdampfer (14) wieder einmündet.
Kälteanlage (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Steuereinheit zur Regelung des stetigen Ventils (22) in Abhängigkeit der Temperatur des Kälteträgers ausgebildet ist.
Kälteanlage (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Ventil (22) stufenlos zwischen 0 und 100% geöffnet werden kann.
Kälteanlage (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Verdichter (8) in einem Drehzahlband zwischen einer minimalen Drehzahl und einer maximalen Drehzahl regelbar ist, und die Steuereinheit derart ausgebildet ist dass das Ventil (22) nur im unteren Bereich zwischen 10% und 50% der maximalen Drehzahl geöffnet wird.
Kälteanlage (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Kälteträgerkreislauf (24) frei von einem Puffertank (28) ist.
Kälteanlage (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die für eine maximale Kälteleistung von mehr als 10 kW ausgebildet ist und bei der der Kälteträgerkreislauf (24) einen Puffertank (28) aufweist, dessen Volumen kleiner 100 dm³, insbesondere kleiner 80 dm³ ist.
Kälteanlage (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der im Betrieb der Kälteträger des Kälteträgerkreislaufs (24) auf einer vorgegebenen Kälteträgertemperatur kleinergleich +/- 1 K gehalten wird.
Kälteanlage (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zusätzlich zum drehzahlgeregelten Verdichter (8) ein Verdichter mit fester Drehzahl angeordnet ist.
Kälteanlage (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Verdichter in mehreren Stufen betrieben werden, wobei - in einer ersten Stufe bei geringer Kälteleistung nur der drehzahlgeregelte Verdichter (8) aktiviert ist und das stetige Ventil (22) offen ist und die Regelung der Kälteleistung über den Öffnungsgrad des stetigen Ventils (22) erfolgt, - in einer zweiten Stufe bei mittlerer Kälteleistung nur der drehzahlgeregelte Verdichter (8) aktiviert ist, das stetige Ventil (22) geschlossen ist und die Regelung der Kälteleistung über die Regelung der Drehzahl des drehzahlgeregelten Verdichters (8) erfolgt, - in einer dritten Stufe bei hoher Kälteleistung der drehzahlgeregelte Verdichter sowie der Verdichter mit fester Drehzahl aktiviert sind, das stetige Ventil (22) geschlossen ist und die Regelung der Kälteleistung über die Regelung der Drehzahl des drehzahlgeregelten Verdichters (8) erfolgt.
Kälteanlage (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der am Kondensator (10) im Betrieb ein Kühlmittelkreislauf (30) angeschlossen ist, in dem ein Kühlmittel geführt ist.
Anlage (4), insbesondere Laseranlage mit einer Kälteanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Betrieb eine Anlagenkomponente durch der Kälteträger im Kälteträgerkreislauf (24) auf eine konstante Temperatur temperiert wird.