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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abfuhr von Wärme aus
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mindestens zwei landwirtschattlichen Wärmequellen mit Hilfe eines
Kälteaggregats, dessen kühlmittel durch mindestens ein die Wärmequellen mit dem
Kälteaggregat verbindendes Rohrsystem geleitet wird.
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In der Landwirtschaft entsteht an verschiedenen Stellen ein Kühlbedarf.
Beispielsweise muß die frisch ermolkene Milch möglichst schnell gekühlt werden,
um sie haltbar zu machen. Andererseits darf der Dung im Dungbehälter während der
Belüftung gewisse Temperaturgrenzen nicht überschreiten, damit Geruchsbelästigungen
vermieden werden, die oberhalb dieser Temperaturgrenze durch im Dung ablaufende
bakteriologische Umsetzungen entstehen. Schließlich geben die in einem Stall stehenden
Tiere Körperwärme an die Umgebungsluft ab, die dadurch aufgeheizt wird. Zur Klimatisierung
eines Stalles muß daher die Stalluft auf ein für die Tiere zuträgliches Niveau gekühlt
werden.
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Für alle in der Landwirtschaft verwendeten Kühlaufgaben werden Kühlanlagen
verwendet, die für diese Zwecke geeignet konstruiert worden sind. Alle diese Kühlanlagen
verfügen über entsprechende Kühlaggregate, Wärmeübertrager und Rohrleistungssysteme.
Sehr viele Kühlanlagen werden systembedingtin gleichen Bereichen der Landwirtschaft
eingesetzt, beispielsweise im Stallbereich, wo die im tierischen Bereich entstehende
Wärme abgeführt werden muß. Zum großen Teil werden diese Kühlanlagen nur sehr unvollständig
ausgenutzt, da die abzuführende Wärme zeitabhängig entsteht. So wird die wesentliche
Leistung von Milchkühlanlagen beispielsweise nur unmittelbar nach jeder Melkzeit
eingesetzt. Die unvollständige Auslastung der Kühlanlagen führt einerseits zu einem
hohen Kapitaldienst und andererseits zu einem relativ hohen technischen Verschleiß,
der dadurch entsteht, daß mit ständig wechselnden Betriebstemperaturen gefahren
werden muß.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, das Verfahren der
einleitend genannten Art so zu verbessern, daß über einen möglichst großen Zeitablauf
eine möglichst gleichbleibende Auslastung
der Kühlanlage gegeben
ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Kühlaggregat
auf verschiedene Kühlleistungen geschaltet wird, von denen die geringste dem Wärmepotential
der kleinsten Wärmequelle und die größte dem Wärmepotential aller zusammenschaltbaren
Wärmequellen entspricht und in entsprechender Weise die Wärmequellen wechselweise
nur bei vorhandenem Kühlbedarf mit dem Kälteaggregat verbunden werden.
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Durch diese Zusammenschaltung verschiedener landwirtschaftlicher Wärmequellen
ist es möglich, das Kälteaggregat zeitunabhängig möglichst gleichmäßig auszulasten.
Während der Zeit des hauptsächlichen Wärmeanfalles bei einer Wärmequelle kann die
Kühlung der anderen Wärmequelle soweit zurückgeschaltet werden daß die Kälteleistung
des Kälteaggregates für die Kühlung der anderen Wärmequelle zur Verfügung steht.
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Während dieser Zeit steigen möglicherweise die Temperaturen der anderen
Wärmequelle an, so daß nach der Befriedigung des Kältebedarfs in der einen Wärmequelle
die andere Wärmequelle wieder auf das für sie zuträgliche Temperaturniveau heruntergekühlt
werden kann. Auf diese Weise wird das Kühlaggregat optimal ausgenutzt. Bei entsprechender
Bemessung ist es im dauernden Einsatz, so daß für den Kompressor sehr günstige Betriebsbedingungen
eingehalten werden können. Außerdem werden Anlagekosten dadurch erspart, daß nur
eine Kühlanlage installiert werden muß. Selbst wenn diese in ihrer Leistung etwas
größer bemssen werden muß als eine Anlage, die nur der Kühlung einer Wärmequelle
dient, sind sowohl die Installationskosten als auch der Kaufpreis für das Kühlaggregat
niedriger als diejenigen zweier Anlagen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden eine
Milchkühlwanne und ein Dungbehälter in einem gemeinsamen Kältekreislauf zusammengeschaltet.
Gerade diese Zusammenfassung von Kühlaufgahen ist besonders sinnvoll, da beide Wärmequellen
in unmittelbarem Zusammenhang mit der Tieraufstallung stehen. Kosten für Rohrlei>bungen
können eingespart
werden. Die Wärmeabfuhr findet etwa auf dem gleichen
Temperaturniveau statt. Die Kühlung des Dungbehälters kann so gestaltet werden,
daß der nur in Zeitabständen auftretende Kühlbedarf für die Abkühlung der ermolkenen
Milch gedeckt werden kann, ohne daß es der Installation einer wesentlich größeren
Kälteleistung bedarf, als sie zur Kühlung des Dungbehälters notwendig ist.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen eine bevorzugte
Ausführungsform der Erfindung beispielsweise veranschaulicht ist.
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In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 Schema einer Kühlanlage mit unmittelbarem
Anschluß des Milchkühlbehälters und Dungbehälters an das Kühlaggregat, Fig. 2 Schema
einer Kühlanlage mit dem Anschluß eines Milchkühlbehälters und eines Dungbehälters
auf verschiedenen Kompressionsstufen, Fig. 3 Schema einer Kühlanlage mit gemeinsamen
Kältekreislauf für Milchkühlbehälter und Dungbehälter, Fig. 4 Schema einer Kühlanlage
mit Wärmerückgewinnung aus dem gemeinsamen Kältekreislauf und Fig. 5 Schema einer
Kühlanlage mit Anschluß von drei Wärmequellen.
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Ein Verfahren zur Abfuhr von Wärme aus landwirtschaftlichen Wärmequellen
macht sich zweckmälli«erweise eine Anlage mit einem Kälteaggregat 1 und mehreren
Wärmequellen, z. B. einer Milchkühlwanne 2 und einem Dungbehälter 3, zunutze, die
über Rohrleitungen mit dem Kälteaggregat 1 verbunden sind. Unmittelbar am Kälteaggregat
1 münden Vorlaufrohre 4, während Rücklaufrohre 5 das in Kälteschlangen 6, 7 expandierte
Kältemittel zum Kälteaggregat 1 zurückleiten. Die Kälteschlangen 6, 7 können sich
einfach oder mehrfach geschlungen durch die Milchkühlwanne 2 bzw. den Dungbehälter
3 erstrecken. Dabei
kommt es lediglich darauf an, ihre Lage im Behälter
so festzulegen, daß sie allseitig gut von der zu kühlenden Flüssigkeit bestrichen
werden können, um einen guten Wärmeübergang vom Kältemittel auf die zu kühlende
Flüssigkeit herbeiführen zu können.
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In die Milchkühlwanne 2 taucht ein Thermostat 8 ein, der über eine
Steuerleitung 9 mit einem Ventil lo verbunden ist, das den Eintritt des Kältemittels
aus dem Kälteaggregat 1 in die Kälteschlange 6 steuert.
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In den Dungbehälter 3 taucht ein Thermostat 11 ein, der über eine
Steuerleitung 12 mit einem Ventil 13 verbunden ist. Das Ventil 13 steuert den Eintritt
des komprimierten Kältemittels aus dem Kälteaggregat 1 in die Kälteschlange 7 des
Dungbehälters 3.
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Im Kälteaggregat 1 wird das Kältemittel durch Komprimieren und Abkühlen
verflüssigt. Es tritt durch die Vorlaufrohre 4 in die Kälteschlangen 6, 7 ein, wo
es expandiert. Die Kälteschlangen 6, 7 dienen der Wärmeübertragung. Nach der Expansion
fließt es durch die Rücklaufrohre 5 zum Kälteaggregat 1 zurück, wo es aufs neue
komprimiert und abgekühlt wird.
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Die Kühlung der Milch wird vom Thermostat 8 überwacht. Sobald dieser
feststellt, daß die in der Milchkühlwanne 2 vorhandene Milch eine bestimmte Temperatur
über- bzw. unterschreitet, gibt er einen Steuerimpuls über die Steuerleitung 9 auf
das Ventil lo. Solange frisch ermolkene Milch eine vorgegebene Temperatur von beispielsweise
40 C noch nicht erreicht hat, ist das Ventil lo vollkommen geöffnet, so daß das
komprimierte Kältemittel ungehindert in die Kälteschlange 6 eintreten und die Wärme
aus der Milch abführen kann. Sobald die vorgegebene Temperatur von beispielsweise
40 C in der Milch erreicht ist, gibt der Thermostat 8 einen Steuerimpuls auf das
Ventil lo, so daß dieses den weiteren Zutritt von hochgespannten Kältemittel in
die Kälteschlange 6 verhindert. Da die Milchkühlwanne 2 gut isoliert ist, wird sich
die in ihr befindliche Milch nur langsam aufgrund der
Außentemperatur
erwärmen. Sobald eine bestimmte Temperatur der Milch überschritten ist, gibt der
Thermostat 8 einen neuen Impuls auf das Ventil lo, so daß dieses je nach der in
der Milchkühlwanne 2 vorhandenen Temperatur ganz oder teilweise öffnet.
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In ähnlicher Weise arbeitet der Thermostat 11 bezüglich des im Dungbehälter
3 vorhandenen Dungs. Allerdings bedarf es bei dem Dungbehälter 3 einer dauernden
Wärmeabfuhr, da sich aufgrund mikrobiologischer Prozesse im Dung ständig Wärme entwickelt,
die zur Erhaltung eines bestimmten vorgegebenen Temperaturniveaus abgeführt werden
muß.
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Das Kälteaggregat 1 muß so ausgelegt sein, daß in Ausnahmefällen genügend
Kühlkapazität zur Verfügung steht, um gleichzeitig die .in der Milchkühlwanne 2
vorhandene und sich im Dungbehälter 3 entwickelnde Wärme abführen zu können. Für
den Dauereinsatz des Kälteaggregates 1 reicht es aber aus, daß es die Wärme aus
einer der beiden Wärmequellen in einer vorgegebenen Zeiteinheit abführen kann. Insbesondere
zukommt es bei der Milchkühlwanne 2 darauf an, daß die in sie eingeführte Milch
einer jeden Melkzeit innerhalb einer vorgegebenen Zeit abgeführt werden kann, um
die Entstehung von Keimen in der Milch zu unterbinden. Während dieser für die Erhaltung
der Milchqualität wichtigen Zeitspanne muß das Kältemittel in erster Linie für die
Milchkühlung bereitstehen.
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Gegebenenfalls muß durch eine entsprechende Schaltung dafür gesorgtwerden,
daß im gleichen Umfang, wie das Ventil lo zum Eintritt in die Kälteschlange 6 geöffnet
wird, das Ventil 13 geschlossen wird, um zu verhindern, daß das zur Kühlung der
Milch notwendige Kältemittel in die Kälteschlange 7 des Dungbehälters 3 abfließt.
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Nachdem die in der Milchkühlwanne 2 vorhandene Milch in der vorgegebenen
Zeit auf das gorgegebene Temperaturniveau gekühlt worden ist, wird das Ventil lo
soweit geschlossen, daß das in die Kälteschlange 6 eintretende Kältemittel ausreicht,
um
die Milch auf dem vorgegebenen Temperaturniveau zu halten.
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Nunmehr kann das Ventil 13 wieder vollkommen geöffnet werden, um den
Dung ausreichend zu kühlen. Dabei muß so viel Kältemittel zur Verfügung stehen,
daß genügend Wärme aus dem Dungbehälter 3 abgeführt werden kann, um gegebenenfalls
während der Milchkühlung entstandene Temperaturanstiege im Dung ausgleichen zu können.
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Es ist auch möglich, dem unterschiedlichen Kältebedarf der Milchkühlwanne
2 einerseits und des Dungbehälters 3 andererseits dadurch Rechnung zu tragen, daß
der Dungbehälter 3 auf einer andere Kompressionsstufe als die Milchkühlwanne 2 an
das Kälteaggregat 1 angeschlossen werden. Im Regelfall wird zur Kühlung des im Dungbehälter
3 vorhandenen Dungs eine größere Kältemenge benötigt als zur Milchkühlung. Daher
wird es im Regelfall angebracht erscheinen, zur Kühlung des Dungs ein höher gespanntes
Kältemittel zu verwenden als zur Kühlung von Milch. Je nach der Wahl der Anlage
ist es aber auch möglich, daß die Milchkühlung mit einem höher gespannten Kältemittel
erfolgt als die Dungkühlung. In jedem Fall muß zur Einhaltung der in den jeweiligen
Behältern geforderten Temperatur Vorsorge getroffen sein. Daher sind auch bei dieser
Anlage Thermostaten 8, 9 vorgesehen, die dafür sorgen, daß die jeweils benötige
Temperatur in den ihnen zugeordneten Behältern gehalten bzw. hergestellt wird.
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Eine weitere Schaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, daß die Milchkühlwanne 2 und der Dungbehälter 3 über einen besonderen
Kältekreislauf 14 mit dem Kälteaggregat 1 verbunden sind. Dieser ist mit einem Vorlaufrohr
15 an die Druckseite und mit einem.Rücklaufrohr 16 an die drucklose Seite des Kälteaggregates
1 angeschlossen.
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Die Kälteschlange 6 der Milchkühlwanne 2 und die Kälteschlange 7 des
Dungbehälters 3 sind bezüglich des Kältekreislaufes 14 in Serie geschaltet, so daß
beide Kälteschlangen 6, 7 mit ihren Vorlaufrohren 17, 18 in den mit dem Vorlaufrohr
15 verbundenen Teil des Kältekreislaufes münden, während ihre Rücklaufrohre 19,
20 an den Teil des Kältekreislaufes 14 angeschlossen
sind, der
über das Rüciaufrohr 16 in den drucklosen Teil des Kälteaggregates 1 eintritt Das
Kälteaggregat 1 erzeugt im Kältekreislauf 14 e'ne bestimmte Temperatur, die von
einem Thermostaten 25 konstant gehalten wird. Dieser ist über einen Regler 21 elektrisch
mit dem Kälteaggregat 1 verbunden. Diese Regler 21 steuert je nach der Menge des
aus dem Kältekreislaufs 14 entnommenen Kältemittels den Kälteaggregat 1 so, daß
in dem mit dem Vorlaufrohr 15 verbundenen Teil des Kältekreislaufes 14 immer die
gleiche Temperatur herrscht.
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Aus diesem Teil tritt über Steuerventile 22, 23 das Kältemittel in
die Kälteschlangen 6, 7 ein. Sobald die Thermostaten 8, 11 anzeigen, daß in der
Milchkühlwanne 2 bzw. im Dungbehälter 3 die jeweils gewünschten Temperaturen herrschen,
werden die öffnungen der Ventile 22, 23 dem jeweiligen Wärmebedarf angepaßt. Das
aus den Kälteschlangen 6, 7 zurücklaufende Kältemittel tritt in den mit dem Rücklaufrohr
16 verbundenen Teil des Kältekreislaufes 14 ein und wird von diesem zum Kälteaggregat
1 zurückgeführt. Sobald aus dem mit dem Vorlaufrohr 15 verbundenen Teil des Kältekreislaufes
14 weniger Wärme entnommen wird, schaltet der Thermostat 22 über den Regler 21 das
Kälteaggregat 1 ab.
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Die Thermostaten 8, 11 sind untereinander über einen Regler 24 elektrisch
verbunden. Dieser Regler 24 ermittelt, in welchem der beiden Behälter 2, 3 die Temperatur
am meisten von einem vorgegebenen Sollwert abweicht. Entsprechend dieser Sollwertabweichung
wird das dem jeweiligen Behälter zugeordnete Ventil 22, 23 weit geöffnet, so daß
der die größten Sollwertabweichungen aufweisende Behälter durch vermehrten Eintrittlvon
Kältemittel in die ihm zugeordnete Kälteschlange stärker gekühlt wird als der andere
Behälter.
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Bei zeitabhängig gleichen Verhältnissen kann der Eintritt des Kältemittels
in die Kälteschlangen 6, 7 auch zeitabhängig
gesteuert werden.
Dabei handelt es sich allerdings um eine zwar billige, vergleichsweise aber grobeRegelung,
so daß es angezeigt erscheint, dieser möglichst eine temperaturabhängige Regelung
zu überlagern.
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Es ist aber auch möglich, den unterschiedlichen Kältemittelbedarf
an beiden Behältern 2, 3 dadurch zu befriedigen, daß der Behälter mit dem größeren
Kältemittelbedarf an den mit dem Vorlaufrohr 15 verbundenen Teil des Kältekreislaufes
14 angeschlossen wird, während der Behälter mit dem kleineren Kältemittelbedarf
lediglich mit dem Teil des Kältekreislaufes 14 verbunden wird, der über das Rücklaufrohr
16 an das Kälteaggregat 1 angeschlossen ist. In diesem Teil des Kältekreislaufes
14 befindet sich teilentspanntes Kältemittel, das zur Kühlung desjenigen Behälters
ausreicht, der den kleineren Bedarf an Kältemittel hat. So ist es beispielsweise
denkbar, daß die Milchkühlwanne 2 mit Kältemittel gekühlt wird, das aus dem mit
dem Rücklaufrohr 16 verbundenen Teil des Kältekreislaufes 14 entnommen ist, während
die Kälteschlange 7 des Dungbehälters 3 mit seinem Vorlaufrohrl8 an den mit dem
Vorlaufrohr 15 verbundenen Teil des Kältekreislaufes 14 angeschlossen ist. Die Kälteschlange
7 liefert über ihr Rücklaufrohr 20 teilentspanntes Kältemittel in den mit dem Rücklaufrohr
16 verbundenen Teil des Kältekreislaufes 14 zurück.
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Dieses teilentspannte Kältemittel fließt über das Vorlaufrohr 17 in
die Kälteschlange 6 der Milchkühlwanne 2 und kühlt diese auf die vorgeschriebene
Temperatur. Bei dieser Schaltung kann der Thermostat 25, der der Steuerung des Kälteaggregates
1 dient, auch in dem mit dem Rücklaufrohr 16 verbundenen Teil des Kältekreislaufes
14 liegen. In diesem Teil des Kältekreislaufes 14 muß über den Regler 21 die Temperatur
so gesteuert werden, daß auf jeden Fall noch das notwendige Temperaturgefälle von
der Kälteschlange 6 zu der sich in der Milchkühlwanne 2 befindlichen Milch hergestellt
werden kann.
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Schließlich kann jede der dargestellten Schaltungen so eingerichtet
werden, daß die aus den zu kühlenden Behältern 2, 3
abgeführte
Wärme nutzbar gemacht wird. Zu diesem Zwecke kann ein Wärmeübertrager 26 vorgesehen
sein, mit dessen Hilfe die Abwärme auf einen Wärmeträger übertragen wird, der sie
einem Wärmeverbraucher zuleitet. Der Wärmeübertrager 26 ist mit einem Ventil 27
versehen, durch das der Wärmeträger in Richtung auf den Wärmeverbraucher abgeleitet
wird. Der Wärmeübertrager kann als eine Wärmeschlange 28 ausgebildet sein, durch
die das hochkomprimierte und damit hocherhitzte Kältemittel hindurchtritt und dabei
seine Wärme an den Wärmeträger abgibt, der die Wärmeschlange 28 allseitig umspült.
Dabei wird das Kältemittel auf die gewünschte Temperatur abgekühlt und der Wärmeträger
in entsprechender Weise aufgewärmt. Dieser kann die aufgenommene Wärme unmittelbar
an den nichtdargestellten Wärmeverbraucher abgeben. Es ist aber auch möglich, die
Temperatur des Wärmeträgers mit Hilfe einer nichtdargestellten Wärmepumpenschaltung
so anzuheben, daß die bei der Kühlung des Kältemittels entstehende Abwärme auf günstige
Weise genutzt werden kann.
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Die Wärme des hocherhitzten Kältemittels kann auch dadurch abgeführt
werden, daß das gesamte Kälteaggregat 1 unmittelbar gekühlt wird. Es kann beispielsweise
mit einer Luftkühlung versehen werden, so daß die erwärmte Kühlluft als Wärmeträger
die vom Kälteaggregat 1 erzeugte Abwärme zu einem beliebigen Wärmeverbraucher transportiert.
In diesem Falle wird die Wärmeschlange 28 des Wärmeübertragers 26 eingespart, so
daß auch der in der Wärmeschlange 28 auftretende Druckverlust für das Kältemittel
vermieden wird.
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Schließlich ist es möglich, weitere Wärmequellen des landwirtschaftlichen
Bereiches an die beschriebenen Kältekreisläufe anzuschließen. Insbesondere kann
die Abluft eines Stalles 29 ihre Wärme in einer Kälteschlange 30 abgeben, die in
einer Abzugsöffnung 31 vorgesehen ist. Diese Abzugsöffnung 31 ist zweckmäßigerweise
in die Dachkonstruktion 32 einbezogen, so daß die warme nach oben steigende Stalluft
in jedem Fall durch die Kälteschlange 30 hindurchtreten muß. Sie kühlt sich dort
soweit ab, daß sie noch genügend Auf trieb besitzt, um aus der Dachkonstruktion
32
austreten zu können. Es ist aber auch möglich, einen zusätzlichen Ventilator 33
in der Dachkonstrukticn 32 vorzusehen, der für einen ausreichenden Abtransport der
gekühlten Stalluft sorgt. Da in den unteren Teil des Stalles 29 durch nichtdargestellte
Türen und Fensteröffnungen stets frische Luft in den Stall 29 eintritt, steht für
das aufgestallte Vieh 34 immer genügend Frischluft zur Verfügung Ein im Stall 29
installierter Thermostat 35 ist über eine Leitung 36 mit einem Regelventil 37 verbunden.
Dieses steuert den Eintritt des Kältemittels in die Kälteschlange 30 abhängig von
der im Stall 29 gemessenen Temperatur. Sobald die Temperatur im Stall weiter absinkt,
als es für das Vieh 34 zuträglich ist, wird über das Regelventil 37 der Zufluß von
Kältemittel in die Kälteschlange 30 abgesperrt. Gleichzeitig kann über eine weitere
Leitung 38 der Ventilator 33 stillgesetzt oder in seiner Drehzahl heruntergeregelt
werden, so daß aus der Abzugsöffnung 31 weniger Stalluft austreten kann. Da der
Luftdurchsatz im Stall 29 sinkt und vom Vieh 34 eine etwa gleichbleibende Wärmemenge
erzeugt wird, steigt die Temperatur der Stalluft wie gewünscht an.
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