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Kühlvorrichtung, insbesondere Rückkühlvorrichtung
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für ein in einem vorzugsweise geschlossenen Kühlkreislauf umlaufendes
Kühlmedium, insbesondere Kühlflüssigkeit Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühivorrichtung,
insbesondere Rückkühlvorrichtung für ein in einem vorzugsweise geschlossenen Kühlkreislauf
umlaufendes Kühimedium, insbesondere Kühlflüssigkeit, mit einem von einem Kühlmittel
durchströmten Wärmetauscher, der die Kühlflüssigkeit in einem Kühlflüssigkeits-Reservoir
unter Wärmeaufnahme beim Kühlmittel kühlt.
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Eine bekannte Kühlvorrichtung dieser Art, auch Eintauch-Rückkühlaggregat
genannt, taucht mit dem Wärmetauscher vollständig in einen mit Kühlflüssigkeit gefüllten
Behälter ein.
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Ober einen Kühlflüssigkeitszulauf und - ablauf wird die Kühlflüssigkeit
in dem Behälter ständig ausgetauscht, wobei durch den Wärmetauscher gekühlte Kühlflüssigkeit
einem zu kühlenden Verbraucher zufließt, diesem Wärme entzieht und erwärmt wieder
dem Kühlflüssigkeits-Reservoir im Behälter zufließt.
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Bei einer solchen Kühivorrichtung hat sich gezeigt, daß durch das
Kalt-Warm-Verhältnis von Kühlflüssigkeit und Kühlmittel keine gleichmäßige Temperatur
der Kühlflüssigkeit im Behälter erzielt wird, sondern diese innerhalb des Reservoirs
erhebliche Temperaturschwankungen aufweist, wobei die kalten Flüssigkeitsschichten
sich am Boden des Behälters absetzen. Solche Temperaturschwankungen sind unerwünscht,
da für eine gleichmäßige und zuverlässige Wärmeabfuhr beim Verbraucher die zu diesem
fließende Kühlflüssigkeit eine annähernd konstante Temperatur haben muß.
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Darüberhinaus hat man auch festgestellt, daß die Wärme- bzw.
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Kälteübertragungsleistung relativ gering ist und erst durch Erzeugung
einer turbulenten Strömung in dem Flüssigkeits-Reservoir diese Leistung wesentlich
gesteigert werden kann.
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Um diese vorstehend angeführten Nachteile zu vermeiden, hat man bereits
vorgeschlagen. in dem Behälter für das Kühlflüssigkeits-Reservoir Rührwerke anzuordnen.
Mit solchen Rührwerken wird einerseits die übertragungsleistung des Wärmetauschers
nahezu verdoppelt und andererseits für eine gleichmäßige Mischtemperatur im Kühlflüssigkeits-Reservoir
gesorgt. Solche Rührwerke sind jedoch relativ teuer, beanspruchen zusätzlichen Bauraum,
wodurch die Kühlvorrichtung voluminös wird, und benötigen zusätzliche Energie.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung der
eingangs definierten Art zu schaffen, die unter Vermeidung der vorstehend genannten
Nachteile eine gleichmäßige Temperatur der Kühlflüssigkeit im Kühlflüssigkeits-Reservoir
bei guter Übertragungsleistung des Wärmetauschers sicherstellt und die dabei kompakt
und raumsparend aufgebaut ist und einfach und preiswert hergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe ist bei einer Kühlvorrichtung der eingangs genannten
Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Wärmetauscher als Doppelrohr mit
einem von dem Kühlmittel durchgehend durchflossenen Innenrohr und einem dieses mit
Abstand
umgebenden Auenrohr ausgebildet ist. das mit dem Innenrohr einen Ringraum einschließt,
der einen,vorzugsweise an seinem einen Ende angeordneten, Kühlflüssigkeitszufluß
und eine in Abstand davon, vorzugsweise an seinem anderen Ende, angeordnete Auslaßöffnung
für den freien Austritt der Kühlflüssigkeit in das Kühlflüssigkeits-Reservoir aufweist.
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Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird die dem- Kühlflüssigkeits-Reservoir
zulaufende erwärmte Kühlflüssigkeit nicht - wie bisher - direkt in dieses eingespeist,
sondern im Ringraum an dem von dem Kühlmittel durchströmten Innenrohr entlanggeführt.
Dadurch wird eine Strömung der Kühlflüssigkeit unmittelbar entlang dem Kühlmittel
erzeugt, die einerseits den Wärmeaustausch zwischen der Kühlflüssigkeit und dem
Kühlmittel stark verbessert und andererseits zur gleichmäßigeren Temperaturmischung
im Kühlflüssigkeits-Reservoir beiträgt. Damit können die teuren und voluminösen
Rührwerke bei gleich gutem Ergebnis vollständig wegfallen.
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Die Kühlvorrichtung wird insgesamt preiswerter und vor allem auch
im Bauvolume-n kompakter Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung enthält
Anspruch 2. Durch diese Ausgestaltung des Wärmetauschers fließen die zu kühlende
Kühlflüssigkeit und das kühlende Kühlmittel im Gegenstromprinzip aneinander vorbei.
Dadurch entsteht über den gesamten Wärmetauscher ein im wesentlichen gleiches Temperaturgefälle
zwischen Kühlflüssigkeit und Kühlmittel, was den Wärmeaustausch zwischen diesen
noch weiter verbessert.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich
aus Anspruch 3. Durch die Anordnung der AuslaB-öffnung im unteren Bereich des Kühlflüssigkeits-Reservoirs
wird eine Strömung in letzterem erzeugt, die zur gleichmäßigen Mischung evtl. noch
temperaturunterschiedlicher Flüssigkeitsschichten beiträgt.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung enthält auch Anspruch
4. Durch die hier angegebenen MaBnahmen sind die zusätzlichen Herstellungskosten
für die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung gegenüber einer bekannten Kühlvorrichtung
der gleichen Art äußerst gering und fallen im Gesamtpreis kaum ins Gewicht.
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Vorteilhaft kann ferner eine Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch
5 und/oder 6 sein.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich
aus Anspruch 7. Dies führt zu dem Vorteil keines zusätzlichen Platzbedarfes für
die Kühlvorrichtung bei Aufsetzen auf einen z.B. maschinenseitigen Behälter, der
das Kühlflüssigkeits-Reservoir enthält. Vorteilhaft ist dabei zugleich, daß durch
einfaches Abheben des kompletten Aggregats von diesem Behälter das Innere des letzteren
sowie auch der als Eintauchkühler gestaltete Wärmetauscher zu Inspektions-und Reinigungszwecken
schnell und gut zugänglich sind.
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Der vollständige Wortlaut der Ansprüche ist vorstehend allein zur
Vermeidung unnötiger Wiederholungen nicht wiedergegeben, sondern statt dessen lediglich
durch Nennung der Anspruchsnummer darauf Bezug genommen, wodurch jedoch alle diese
Anspruchsmerkmale als an dieser Stelle ausdrücklich und erfindungswesentlich offenbart
zu gelten haben.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen: Eig. 1 eine Seitenansicht einer
Kühlvorrichtun in schematischer Darstellung, Eig. 2 einen Schnitt längs der Linie
II-II in rig. 1.
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Die nachfolgend beschriebene Kühlvorrichtung dient zur Rückkühlung
einer Kühlflüssigkeit, z.B. Wasser, aber auch von flüssigen Schmier, Arbeits- und/oder
Kühlmittelnvon Werkzeugmaschinen,
die von einem Kühlflüssigkeits
-Reservoir 10 aus über eine Kühlflüssigkeits-Zuleitung 11 und eine Kühiflüssigkeits-Rückleitung
12 einem nicht dargestellten Verbraucher zugeführt wird. Das Kühlflüssigkeits-Reservoir
10 befindet sich in einem oben offenen Behälter 13, der zusammen mit den beiden
Kühlflüssigkeitsleitungen 11,12 und dem Verbraucher einen geschlossenen Kühlkreislauf
bildet. Zur Umwälzung der Kühlflüssigkeit ist in der Kühlflüssigkeits-Zuleitung
11 eine Umwälzpumpe 14 angeordnet.
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Wesentlicher Bestandteil der Kühlvorrichtung ist ein von einem Kühlmittel
durchströmter Wärmetauscher 15, welcher der ihn in dem Kühlflüssigkeits-Reservoir
10 umgebenden Kühlflüssigkeit unter Wärmeaufnahme beim Kühlmittel Wärme entzieht.
Die Kühlvorrichtung weist weiterhin eine Kältemaschine mit Verdichter 16, Kondensator
17 mit Ventilator 18 und nachgeschaltetem Sammler 19 und Trockner 20 und einem Einspritzventil
21 auf. Der hier üblicherweise noch vorhandene Verdampfer wird von dem Wärmetauscher
15 gebildet. der zusammen mit den vorstehend genannten Elementen einen geschlossenen
Kreislauf für das als Kältemittel umlaufende Kühlmittel bildet. Das Kältemittel
wird gemäß den angedeuteten Pfeilen in flüssiger Form dem Kondenstor 17 zugeführt
und in dem Wärmetauscher 15 bzw. Verdampfer unter Wärmeentzug bei der Kühlflüssigkeit
im Kühlflüssigkeits-Reservoir 10 verdampft und als Kältemitteldampf wieder dem Verdichter
16 zugeführt.
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Der Wärmetauscher 15 ist als Doppelrohr 22 ausgebildet, das ein von
dem Kühl- bzw. Kältemittel durchgehend durchflossenes Innenrohr 23 und ein dieses
mit Abstand umgebendes AuBenrohr 24 aufweist. Innenrohr 23 und AuBenrohr 24 schließen
einen Ringraum 25 ein, der einen, vorzugsweise an seinem einen Ende angeordneten,
Kühlflüssigkeitszufluß 26 und eine in Abstand davon, vorzugsweise an seinem anderen
Ende, angeordnete AuslaB-öffnung 27 für den freien Austritt der Kühlflüssigkeit
in
das Kühlflüssigkeits-Reservoir 10 aufweist. Die Auslaßöffnung
27 ist an oder nahe dem Kältemlttelzufluß 28 des Wärmetauschers 15 und der Kühiflüssigkeitszufluß
26 an oder nahe dem Kältemittelabfluß 29 des Wärmetauschers 15 angeordnet. Dadurch
sind die Strömungsrichtungen des das Innenrohr 23 durchströmenden Kältemittels und
der durch den Ringraum 25 hindurchfließenden Kühlflüssigkeit einander entgegengesetzt,
so daß über das gesamte Doppelrohr 22 hinweg ein etwa gleiches Temperaturgefälle
zwischen der zuströmenden, erwärmten Kühlflüssigkeit und dem Kältemittel vorhanden
ist. Zweckmäßigerweise ist dabei die Auslaßöffnung 27 des Ringraums 25 im unteren
Bereich des Kühlflüssigkeits-Reservoirs 10. also nahe dem Boden des Behälters 13,
angeordnet.
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In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel-wird das Innenrohr 23
von einem Kupferrohr mit einem Durchmesser von ca.
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12 - 16 mm gebildet. Das AuRenrohr 24 ist ein flexibler Schlauch 30,
der vorzugsweise ein handelsüblicher Wasser oder Gartenschlauch sein kann.Das Doppelrohr
22 ist schlangenförmigvvorzugsweise schraubenförmig gewunden und durchzieht das
gesamte Kühlflüssigkeits-Reservoir 10. Es kann dabei wendelförmig oder schraubenförmig,
vorzugsweise mäanderfSrmig mit zueinander im wesentlichen parallelen Rohrabschnitten,
ausgebildet sein.
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Die Kühlvorrichtung weist ein Gehäuse 31 mit einem unteren Aufsetzrand
32 auf, mit welchem die gesamte Kühlvorrichtung auf den oberen Rand des oben offenen
Behälters 13 aufgesetzt werden kann. Der den Verdampfer der Kältemaschine bildende
Wärmetauscher 15 steht dabei über diesen Aufsetzrand 32 hinaus vor, während alle
anderen Bauteile der Kältemaschine, wie Verdichter 16, Kondensator 17, Ventilator
18, Sammler 19.
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Trockner 20 etc., von dem Gehäuse 31 umschlossen sind. Hierdurch ergibt
sich ein sehr kompakter und raumsparender Aufbau der Kühlvorrichtung. Die Kältemaschine
ist in Abhängigkeit von einem zugeordneten Thermofühler 33 steuerbar. der als Tauchfühler
ausgebildet ist und ebenfalls über den
Aufsetzrand 32 des Gehäuses
31 vorsteht. Dieser Thermofühler 33 taucht ebenso wie der Wärmetauscher 15 bei auf
den Behälter 13 aufgesetztem Gehäuse 31 in das Kühlflüssigksits-Reservoir 10 ein
und steuert in Abhängigkeit von dessen Temperatur über eine Steuerelektronik 34,
die ebenfalls im Gehäuse 31 integriert ist, die Kältemaschine der Kühlvorrichtung.
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Wird die Umwälzpumpe 14 eingeschaltet, so fördert diese beispielsweise
etwa 10 0C warme Kühlflüssigkeit aus dem Kühlflüssigkeits-Reservoir 10 und führt
diese einem Verbraucher zu. Hier wird die Kühlflüssigkeit unter Wärmeentzug beim
Verbraucher erwärmt und strömt,z.B. auf 200C erwärmt, über den Kühlflüssigkeits-Zufluß
26 in den Ringraum 25 des Doppelrohrs 22 ein. Hier umspült sie das Innenrohr 23
in dessen gesamter Länge und tritt schließlich an der AuslaB-öffnung 27 des Ringraums
25 frei in das Kühlflüssigkeits-Reservoir 10 ein. Da das Innenrohr 23 des Doppelrphrs
22 in entgegengesetzter Richtung von dem Kältemittel der Kältemaschine durchströmt
wird, ist die an der Auslaßöffnung 27 des Ringraums 25 austretende Kühlflüssigkeit
bereits weitgehend herabgekühlt und vermischt sich im Kühlflüssigkeits-Reservoir10
mit der übrigen Kühlflüssigkeit. Von der Oberfläche der Kühlflüss.igkeit bis zum
Boden des Behälters 13 ist damit eine im wesentlichen konstante Kühlflüssigkeitstemperatur
vorhanden.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel
einerKühlvorrichtung beschränkt. Es ist selbstverständlich auch möglich, dem Wärmetauscher
15 im Kältekreislauf der Kältemaschine nicht die Funktion des Verdampfers, sondern
die Funktion des Kondensators zuzuordnen.
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Hierdurch entsteht eine Wärmepumpe, wodurch es möglich ist.
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die Kühlflüssigkeit im Kühlflüssigkeits-Reservoir anstatt abzukühlen,
aufzuheizen. Die Kühlflüssigkeit fungiert dann als Wärmetransportmittel und dient
zur Aufheizung des Verbrauchers.