DE4234874C2 - Kühlvorrichtung mit Außenluft-bewirktem Wärmeentzug aus einem Wasserkreislauf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung mit Außenluft- bewirktem Wärmeentzug aus einem Wasserkreislauf, bei der der Wasserkreislauf in einem frostsicheren Gebäude einen Pufferbehälter, eine Pumpe und einen Wärmetauscher passiert und an der frostgefährdeten Außenluft einen mit einem Gebläse versehenen Rückkühler passiert, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer bekannten (DE-OS 23 44 307 A1) Kühlvorrichtung dieser Art ist der Pufferbehälter eine nach oben offene Sammelwanne, die im Warmen angeordnet ist und das vom Rück­ kühler unregelmäßig herkommende Wasser zu sammeln hat, damit es der Pumpe zur Verfügung steht, die das Wasser durch den Wärmetauscher fördert. Das vom Wärmetauscher zum Rückkühler geströmte Wasser wird im Rückkühler über Düsen verregnet, so mittels des Gebläses mit Außenluft beblasen und in einem äußeren Becken gesammelt, von wo es zum Pufferbehälter ab­ wärts fließt. Wenn die Außenluft so kalt werden sollte, daß das Wasser in dem Rückkühler gefrieren könnte, dann wird der Wasserkreislauf abgestellt und kann restliches, noch im Rückkühler befindliches Wasser in den warmen Pufferbehälter ungehindert abfließen. Bei der bekannten Kühlvorrichtung ist der Wasserkreislauf in einem weiten Umfang offen, da die Düsen-Verregnung, das äußere Becken und der im warmen Gehäu­ se angeordnete Pufferbehälter offen sind. Das Wasser kann relativ einfach sich mit Sauerstoff anreichern und faulen und muß dann insgesamt erneuert werden. Insbesondere aber verdunstet bzw. verdampft aus dem offenen Wasserkreislauf ständig Wasser, so daß man in den Wasserkreislauf ständig neues Wasser in erheblicher Menge nachführen muß, um den hohen Wasserverlust auszugleichen.

Es ist weiterhin eine Kühlvorrichtung bekannt (DE 30 07 159 A1), bei der ein Wasser­ kreislauf nach einer Wasserpumpe einen mit einem Gebläse versehenen Rückkühler passiert, von dem Rückkühler zu einem Wärmetauscher gelangt und von diesem zu einem Pufferbehälter gelangt. Der Pufferbehälter ist ein Werkswasserbecken, d. h. ein offener Behälter. Die Wasserpumpe fördert das Wasser vom Wasserbehälter in den Rückkühler und das Wasser fließt vom Rückkühler in den Wärmetauscher. Es ist ein außenluft­ bedingtes Gefrieren des Wassers im Rückkühler nicht vermieden.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Kühlvorrich­ tung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der unter Verhinderung eines außenluftbedingten Gefrierens von Wasser im Rückkühler ein Verdunsten von Wasser aus dem Wasserkreis­ lauf vermieden ist. Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung ist, diese Aufgabe lösend, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserkreislauf mit einem geschlossenen Pufferbehälter und mit einem ein Rohrbündel aufweisenden Rückkühler durchgehend geschlossen ausgebildet ist und daß die Einlaufseite des Rückkühlers über ein schaltbares Belüftungsventil mit der Oberseite des Pufferbehälters verbunden ist.

Da der Wasserkreislauf 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 bzw. das Rohrbündel durch Öffnen des Belüftungs­ ventiles in den Pufferbehälter leerlaufen, so daß im Rück­ kühler kein Wasser gefrieren kann. Das Belüftungsventil wird wieder geschlossen, wenn der Wasserkreislauf wieder in Gang gesetzt werden soll. Aufgrund des Belüftungsventiles läßt sich der Wasserkreislauf, ohne Frostschutzmittel gegen Ein­ frieren des Rückkühlers gesichert, völlig geschlossen vorse­ hen. Das Rohrbündel ist ein Satz von parallelen Rohren, die durch Umlenkbögen miteinander verbunden sind und im Luftstrom des Gebläses liegen. Das Belüftungsventil dient dem Luftaus­ gleich zwischen dem Pufferbehälter und dem Rohrbündel.

Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung wird in der Regel ohne Frostschutzmittel betrieben. Sie ist bei heißen Sommertempe­ raturen nicht für Klimaanlagen geeignet. Die Kühlvorrichtung der hier zur Rede stehenden Art wird in der Regel zur Prozeßkühlung oder zur Kondensatorkühlung verwendet. In der Regel wird der Wärmetauscher mit einem Kältemittel betrieben, das gasförmig zuströmt und flüssig abströmt. Bei der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung wird im Wasserkreis­ laufsystem vorhandene Luft verlagert, und zwar beim Still­ setzen aus dem Pufferbehälter in das Rohrbündel und bei Inbetriebnahme vom Rohrbündel in den Pufferbehälter. Der Pufferbehälter ist auch ein Ausdehnungsbehälter und ein besonderes Ausdehnungsgefäß ist nicht erforderlich.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es, wenn die Auslaufseite des Rohrbündel-Rückkühlers über eine Gabelung sowohl an den oberen Teil als auch an den unteren Teil des Pufferbehälters angeschlossen ist und der obere Gabelungs- Anschluß mit der von dem Belüftungsventil herkommenden Ver­ bindung zusammengefaßt ist. Dies verbessert und erleichtert die Trennung von Wasser und Luft bei den zwischen Pufferbe­ hälter und Rückkühler stattfindenden Austauschvorgängen.

Beim Anfahren der Kühlvorrichtung der hier zur Rede stehen­ den Art ist, z. B. bei Winterbetrieb, dafür zu sorgen, daß die Temperatur des Wärmetauschers nicht zu niedrig wird. Bei der bekannten Kühlvorrichtung mit offenem Wasserkreislauf läßt sich mit einfachen Mitteln dafür sorgen, daß das Wasser mit ausreichender Temperatur durch den Wärmetauscher läuft. Bei der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung mit geschlossenem Wasserkreislauf ist es besonders zweckmäßig und vorteilhaft, wenn über ein Umschaltventil und eine Bypassleitung der Aus­ gang des Wärmetauschers mit dem Eingang der Pumpe verbindbar ist. Auf diese Weise läßt sich die Temperatur des durch den Wärmetauscher laufenden Wassers bei der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung einfach und mit wenig Aufwand unter Berück­ sichtigung eines Minimalwertes einregeln.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es ebenso, wenn der Ausgang des Wärmetauschers mit dem Eingang der Pumpe über ein schaltbares Ausgleichsventil verbunden ist, das gleich­ zeitig mit dem Belüftungsventil bedienbar ist. Aufgrund des Ausgleichsventiles verlagert sich für einen Stillstand der Kühlvorrichtung das Wasser noch schneller in den Pufferbehälter. Es kann in der Leitung zum Einlaß des Rohr­ bündel-Rückkühlers befindliches Wasser in den Pufferbehälter strömen.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es weiterhin, wenn der Pufferbehälter mit vier übereinander angeordneten Wasserstandsmeßsonden für einen Nachspeise-Wasserstand, einen Betriebs-Wasserstand, einen Füll-Wasserstand und einen Überfüllung-Wasserstand versehen ist. Durch die Wasserstands­ meßsonden wird der Wasserstand in dem geschlossenen Pufferbehälter während der verschiedenen Betriebsvorgänge gemessen. Wenn zu wenig Wasser in dem Kreislauf der Kühlvor­ richtung ist, wird ein Einlaßventil für Wasser geöffnet. Wenn zu viel Wasser in dem Kreislauf der Kühlvorrichtung ist, wird ein Auslaßventil für Wasser geöffnet.

In der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und zwar schematisch eine Kühlvorrich­ tung mit Außenluft-bewirktem Wärmeentzug aus einem Wasserkreislauf.

Die Kühlvorrichtung gemäß Zeichnung gehört zu einem im Inneren frostsicheren, warmen Gebäude 1, außerhalb dessen, neben dem frostgefährdete, häufig kühlere Außenluft 2 vorhan­ den ist. In dem Gehäuse 1 befindet sich ein Wärmetauscher 3, dem über einen Einlaß 4 gasförmiges Kältemittel zugeführt wird und der über einen Auslaß 5 flüssiges Kältemittel ab­ gibt, mit dem eine Prozeßkühlung durchgeführt wird. Um den Wärmeaustausch vornehmen zu können, ist ein von Rohrleitungen gebildeter, in sich geschlossener Wasserkreislauf 6 vorgese­ hen, der von einer Pumpe 7 getrieben wird und nach dieser den Wärmetauscher 3 passiert.

Der Wasserkreislauf 6 verläßt den Wärmetauscher 3 und gelangt zu einem Rückkühler 8, der sich außerhalb des Gebäu­ des 1 in der Außenluft 2 befindet. In dem Rückkühler 8 strömt das Wasser durch ein Rohrbündel 9, das einem Luftstrom ausgesetzt ist, der von einem Gebläse 10 erzeugt wird. Der Wasserkreislauf gelangt von dem Rückkühler 8 zu einem Pufferbehälter 11 und tritt in diesem über eine Gabe­ lung 12 sowohl oben als auch unten ein. Der Wasserkreislauf 6 verläßt den Pufferbehälter 11 an dessen Unterseite und strömt zu der Pumpe 7. Der Pufferbehälter 11 ist mit einer Wasserstandsmeßsonde 13 für einen Nachspeise-Wasserstand, einer Sonde 14 für einen Betriebs-Wasserstand, einer Sonde 15 für einen Füll-Wasserstand und eine Sonde 16 für einen Über­ füllungs-Wasserstand bestückt.

An die Einlaßseite 17 des Rückkühlers 8 ist ein Belüftungs­ ventil 18 angeschlossen, das mit der Oberseite des Puffer­ behälters 11 verbunden ist, indem es über eine Belüftungs­ leitung 19 an die Gabelung 12 an einer der Oberseite zufüh­ renden Stelle angeschlossen ist. Der Ausgang des Wärmetau­ schers 3 ist über ein steuerbares Ausgleichsventil 20 mit dem Eingang der Pumpe 7 verbunden und nach dem Ausgang des Wärmetauschers 3 ist im Wasserkreislauf 6 ein Umschaltventil 21 vorgesehen, das den Ausgang über eine Bypassleitung 22 an den Eingang der Pumpe 7 legen kann.

Claims (5)

1. Kühlvorrichtung mit Außenluft-bewirktem Wärmeentzug aus einem Wasserkreislauf,
bei der der Wasserkreislauf in einem frostsicheren Gebäude einen Pufferbehälter, eine Pumpe und einen Wärmetauscher passiert und an der frostgefährdeten Außenluft einen mit einem Gebläse versehenen Rückkühler passiert, und
bei der der Wasserkreislauf nach der Wasserpumpe den Wärme­ tauscher passiert, von dem Wärmetauscher zu dem Rückkühler gelangt und von dem Rückkühler zu dem Pufferbehälter ge­ langt, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserkreislauf (6) mit einem geschlossenen Puffer­ behälter (11) und mit einem ein Rohrbündel (9) aufweisenden Rückkühler (8) durchgehend geschlossen ausgebildet ist, und daß die Einlaufseite (17) des Rückkühlers (8) über ein schaltbares Belüftungsventil (18) mit der Oberseite des Pufferbehälters (11) verbunden ist.

2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaufseite des Rohrbündel-Rückkühlers (8) über eine Gabelung (12) sowohl an den oberen Teil als auch an den unteren Teil des Pufferbehälters (11) angeschlossen ist und der obere Gabelungs-Anschluß mit der von dem Belüf­ tungsventil (18) herkommenden Verbindung (19) zusammenge­ faßt ist.

3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß über ein Umschaltventil (21) und eine By­ passleitung der Ausgang des Wärmetauschers (3) mit dem Eingang der Pumpe (7) verbindbar ist.

4. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Wärmetauschers (3) mit dem Eingang der Pumpe (7) über ein schaltbares Aus­ gleichsventil (20) verbunden ist, das gleichzeitig mit dem Belüftungsventil (18) bedienbar ist.

5. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferbehälter (11) mit vier übereinander angeordneten Wasserstandsmeßsonden (13, 14, 15, 16) für einen Nachspeise-Wasserstand, einen Betriebs-Wasserstand, einen Füll-Wasserstand und einen Überfüllungs-Wasserstand versehen ist.