DE69805319T2

DE69805319T2 - Zufuhrverfahren für zusatzwasser und kälteanlage zur durchführung des verfahrens

Info

Publication number: DE69805319T2
Application number: DE69805319T
Authority: DE
Inventors: Cornelis Doomernik
Original assignee: York Refrigeration ApS
Current assignee: Johnson Controls Denmark ApS
Priority date: 1997-10-23
Filing date: 1998-10-23
Publication date: 2002-11-14
Anticipated expiration: 2018-10-24
Also published as: AU9766698A; DE69805319D1; WO1999020958A1; ATE217410T1; DK1025404T3; EP1025404A1; BR9813258A; NL1007346C2; ES2175805T3; EP1025404B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage mittels eines Kühlkreislaufs, wobei zum Kondensieren des Kühlmittels in dem Kreislauf ein Kühlwasserkreislauf verwendet wird, der einen Verdampfungskondensator beinhaltet, wobei Verdampfungsverluste des Kondensators mit Hilfe von Zusatzwasser ausgeglichen werden, das dem Kondensator über einen Wärmetauscher zugeführt wird, mit dessen Hilfe das flüssige Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufs unterkühlt wird.
Gegenwärtig sind moderne industrielle Kühlanlagen allgemein mit Verdampfungskondensatoren oder mit einer Kombination von Kühltürmen und Wasser gekühlten Kondensatoren zum Zweck der Verteilung der Kondensationswärme ausgerüstet. In Kälteanlagen dieser Art beinhaltet der Kühlkreislauf normalerweise · ein Flüssigkeitsgefäß, von dem aus Kühlmittel einem Verdampfer zugeführt wird. In dem letzteren verdampft das Kühlmittel und entnimmt der Umgebung Wärme. Das verdampfte Kühlmittel wird dann mittels eines Kompressors einem Verdampfungskondensator zugeführt, in dem das Kühlmittel kondensiert. Schließlich wird das Kühlmittel zurück zum Flüssigkeitsgefäß geführt. Wie dies bereits angemerkt wurde, kann der Verdampfungskondensator auch eine Kombination aus einem Kühlturm und einem wassergekühlten Kondensator umfassen.
Ein Verfahren der Art, wie es im Oberbegriff angegeben ist, ist aus dem Schweizer Patent 392 576 bekannt. Gemäß diesem bekannten Verfahren wird das Kühlen unter Verwendung eines Kühlmittels durchgeführt, das in einen geschlossenen Kühlkreislauf fließt, der eine Expansionsvorrichtung und einen Kompressor und einen Wärmetauscher umfasst. Kühlwasser, das im Wärmetauscher erhitzt wird und die Wärme an einen Verdampfungskondensator abgibt, fließt ebenfalls durch den Wärmetauscher.
Um das Wasserniveau im verwendeten Verdampfungskondensator aufrechtzuerhalten, wird Zusatzwasser mehr oder weniger kontinuierlich in den Behältertank des Kondensators zudosiert. Das Zusatzwasser wird über eine Umwälzpumpe in den Wasserumwälzungskreislauf eingebracht.
Das Zusatzwasser wird allgemein bei einer Temperatur von 10 bis 15ºC (Quellwasser oder Leitungswasser) zugeführt. Diese Temperatur ist niedriger als die Temperatur des Wassers im Wasserbehältertank. Da das Massenverhältnis zwischen dem Zusatzwasser und dem Kreislaufwasser allgemein mindestens 1 : 50 beträgt, hat die relativ niedrige Temperatur des Zusatzwassers kaum einen wahrnehmbaren Einfluss auf das thermodynamische Verhalten des Kondensators. Die Tatsache, dass das Zusatzwasser relativ kalt ist, wird gemäß dem vorstehend erwähnten Schweizer Patent insoweit genutzt, als das Zusatzwasser von einer Quelle zum Behältertank des Verdampfungskondensators über einen Wärmetauscher zugeführt wird, in dem das Kühlmittel, das im Kühlkreislauf vom Flüssigkeitsgefäß zum Verdampfer fließt, durch das Zusatzwasser gekühlt wird, das in diesem Prozess aufgeheizt wird.
Das bekannte Verfahren verwendet relativ kaltes Zusatzwasser im Hochtemperaturabschnitt eines Kühlkreislaufes. Der tatsächliche Wärmetausch, der zwischen dem relativ kalten Zusatzwasser und dem Kühlmittel im Kühlkreislauf stattfindet, ist nicht gemessen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, bei dem der Wärmetausch, der zwischen dem relativ kühlen Zusatzwasser und dem Kühlmittel stattfindet, dazu verwendet werden kann, mehr Information über die Leistung und Effizienz bzw. den Wirkungsgrad der Kälteanlage zu sammeln.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- Messen des Volumens an Zusatzwasser, das dem Behältertank des Verdampfungskondensators und/oder dem Kühlturm zugeführt wird,
- Messen der Temperaturdifferenz des Zusatzwassers, bevor es dazu verwendet wird, das Kühlmittel zu kühlen, und nachdem es dazu verwendet wurde, das Kühlmittel zu kühlen,
- Errechnen der Wärmemenge, die dem Wasser zugeführt wurde,
- Messen der Temperaturdifferenz des Kühlmittels, bevor es mit Zusatzwasser gekühlt wird und nachdem es mit Zusatzwasser gekühlt wurde,
- Bestimmen des Kältemittelmassenflusses auf der Basis der errechneten Wärmemenge, die dem Wasser zugeführt wurde, und der gemessenen Temperaturdifferenz im Kühlmittel,
- Messen des Saugdruckes (Po) bzw. des Kondensatordruckes (Pc) des Kühlmittels,
- Verwenden der gemessenen Werte für den Saugdruck (Po) und den Kondensatordruck (Pc) und des Kältemittelmassenflusses, um die momentane Kühlkapazität (Qo) zu bestimmen,
- und Darstellen dieser momentanen Kühlkapazität (Qo) gemäß den Erfordernissen.
In diesem Fall ist es vorteilhaft, dass das Zusatzwasser von der Quelle über den Wärmetauscher dem Kondensator zugeführt wird.
Deshalb kann unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Kühlkapazität Qo unter Verwendung eines Durchflussmessers für das Zusatzwasser und durch Messen der Temperaturen des Zusatzwassers errechnet werden. Sowohl die Flussmessung des Zusatzwassers als auch die Temperaturmessungen können mit sehr großer Genauigkeit ausgeführt werden. Dies bedeutet auch, dass die momentane Kühlkapazität Qo sehr genau berechnet werden kann. In Vorrichtungen des Standes der Technik muss die Kühlkapazität auf der Basis einer Messung der Strömung des Kühlmittels, die vom Flüssigkeitsgefäß zum Verdampfer fließt, errechnet werden. Die Tatsache, dass ein Messgerät in dieser Leitung angeordnet werden muss, bedeutet eine zusätzliche Verengung in dieser Leitung. Darüber hinaus kann es vorkommen, dass Kühlmittel durch diese Leitung nicht nur in flüssiger Phase sondern auch in der Gasphase fließt. Deshalb ist in der Praxis eine genaue Messung dieser Kühlmittelströmung mit Schwierigkeiten genau auszuführen. Deshalb ersetzen die erfindungsgemäßen Messungen die komplexe, teure und ungenaue Messung der Kältemittelströmung durch eine genaue Messung der Zusatzwasserströmung und der Temperaturänderung des Zusatzwassers und des Kühlmittels, die leicht auszuführen ist.
Darüber hinaus kann das Verfahren erfindungsgemäß die folgenden Schritte umfassen:
- Messen der zum Zweck des Betätigens des/der Kompressors/Kompressoren vom Kühlsystem verbrauchten elektrischen Leistung (Pe),
- Errechnen der momentanen Effizienz bzw. des Wirkungsgrads (COP, Koeffizienz der Leistung) der Kühlanlage durch Dividieren der errechneten momentanen Kühlkapazität (Qo) durch den für die verbrauchte elektrische Leistung (Pe) gemessenen Wert, ·
- Darstellen dieser momentanen Effizienz bzw. des Wirkungsgrades (COP, Koeffizient der Leistung) gemäß den Erfordernissen.
Die verbrauchte elektrische Leistung (Pe) kann ebenfalls mit hoher Genauigkeit gemessen werden. Dies bedeutet, dass die momentane Effizienz bzw. der Wirkungsgrad, d. h. der COP, der Kühlanlage, auf einfache Weise errechnet werden kann. Dies wiederum bedeutet, dass der Verwender stets eine Information über die momentane Effizienz bzw. den Wirkungsgrad der Kühlanlage besitzt.
Darüber hinaus ist es erfindungsgemäß möglich, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- Errechnen der momentanen Effizienz bzw. des Wirkungsgrades (COP) des Kühlsystems,
- Verändern von Prozessvariablen der Kühlanlage oder der Konfiguration der Kühlanlage,
- Wiedererrechnen der momentanen Effizienz bzw. des Wirkungsgrades (COP) des Kühlsystems,
- Wiederholen der vorstehenden Verfahrensschritte gemäß den Erfordernissen.
Dies ermöglicht es, die Anlage iterativ einzustellen und zu regulieren. Dies liegt daran, dass der entsprechende COP nach jeder Veränderung der Prozessvariablen oder der Konfiguration errechnet werden kann. Wenn dieser COP günstiger ist als der COP vor dem Ausführen der Veränderungen, können die neue Konfiguration oder die neuen Prozessvariablen aufrechterhalten werden. Wenn der gemessene COP weniger günstig ist, ist es möglich, zur vorherigen Einstellung zurückzukehren. Diese Verfahrensschritte können wiederholt werden, bis ein optimaler COP erreicht ist.
Durch Errechnen des COP ist es auch möglich, die Effizienz bzw. den Wirkungsgrad des Kühlsystems zu überwachen. Wenn ein spezieller COP erwartet Wird und der errechnete COP beträchtlich von diesem abweicht, kann ein Verwender nach möglichen Fehlern suchen.
Darüber hinaus ist es mit Hilfe der Erfindung möglich, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- Bestimmen eines maximalen erwünschten Dickungsfaktors für das Wasser im Behältertank,
- Verwenden der Werte für Po, Pc und des Kühlmittelgewichts zum Bestimmen der Belastung des Kondensators (Qc),
- Bestimmen des korrekten Volumens des Zusatzwassers auf der Basis der errechneten Belastung des Kondensators (Qc) und des vorbestimmten Verdickungsfaktors,
- und Einstellen des Volumens des Zusatzwassers, das pro Zeiteinheit zum Behältertank fließt, gemäß den Erfordernissen.
Der Hauptvorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass es den Wasserverbrauch optimiert. Bei den Kühlanlagen des Standes der Technik ist es allgemein der Fall, dass ein Strom von Zusatzwasser kontinuierlich dem Behältertank des Verdampfungskondensators zugeführt wird, und zwar ungeachtet des tatsächlich erforderlichen Volumens an Zusatzwasser. Um die maximal zulässige Zunahme der Menge von Salzen im Wasser im Wasserbehältertank (dem sogenannten Verdickungsfaktor) auf ein ausreichendes Maß zu begrenzen, fließt deshalb auch ein kontinuierliches Volumen an Abwasser vom Behältertank zur Abwasserleitung. Durch Einsetzen des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie es vorstehend beschrieben wurde, wird nur das erforderliche Volumen an Zusatzwasser, das der momentanen Effizienz bzw. dem Wirkungsgrad der Kühlanlage angepasst ist, dem Wasserbehältertank zugeführt. Als Ergebnis wird übermäßiger und unnötiger Wasserverbrauch vermieden.
Darüber hinaus ist es möglich, dass das Kühlmittel vom Flüssigkeitsgefäß aus auf modulierende Weise in den Wärmetauscher injiziert wird.
Dies liegt daran, dass das Zusatzwasser dem Wasserbehältertank scheinbar kontinuierlich zugeführt wird. Wenn das Kühlmittel dann vom Flüssigkeitsgefäß dem Kühlkreislauf über eine Leitung zugeführt wird, die wechselweise offen und geschlossen ist, fließt kein Kühlmittel durch den Wärmetauscher, wenn die Leitung geschlossen ist, und in diesen Momenten ist das mögliche Kühlpotential des zugeführten Zusatzwassers noch verloren.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Kälteanlage, die dafür gedacht ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
Die Erfindung wird weiter mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen erläutert, in denen:
Fig. 1 eine Übersicht einer industriellen Kälteanlage gemäß dem Stand der Technik zeigt;
Fig. 2 eine schematische Übersicht über eine erfindungsgemäße Kälteanlage zeigt;
Fig. 3 das log P-H-Diagramm einer möglichen erfindungsgemäßen Kälteanlage zeigt, bei der NH&sub3; als Kühlmittel verwendet wird.
Fig. 1 stellt, schematisch eine Kälteanlage 1 dar, die nach dem Stand der Technik häufig eingesetzt wird. Diese Kälteanlage weist einen Kühlmediumkreislauf auf, der ein Flüssigkeitsgefäß 2, einen Verdampfer 3 und einen Schraubenverdichter 4 und einen Ölkühler 5 umfasst. Das Kühlmittel wird einem Verdampfungskondensator 6 mit Hilfe des Schraubenverdichters zugeführt. Dieser Verdampfungskondensator wird mit Hilfe von Wasser aus einem Wasserbehältertank 7 gespeist. Um das Wasserniveau in diesem Wasserbehältertank 7 aufrechtzuerhalten, wird mit Hilfe einer Leitung 8 Zusatzwasser von einer Quelle (nicht gezeigt) zugeführt.
Im Verdampfungskondensator herrscht allgemein ein bestimmter Unterkühlungsgrad des flüssigen Kühlmittels. Als Ergebnis davon fließt diese Flüssigkeit in das Flüssigkeitsgefäß der Kühlflüssigkeit ein paar Grad unterhalb der Kondensationstemperatur.
In den meisten modernen Kälteanlagen wird der Kompressionsschritt im Kühlmittelkreislauf mittels Schraubenverdichter ausgeführt. Diese werden mit Hilfe von Ölkühlern gekühlt, denen das flüssige Kühlmittel vom Kühlgefäß aus unter Verwendung eines Thermosiphonsystems regelmäßig zugeführt wird. Ein Teil des Kühlmittels verdampft als Ergebnis des Wärmetausches mit den Ölkühlern. Das erwärmte Kühlmittel wird dann zum Flüssigkeitsgefäß zurückgeleitet.
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Kälteanlage 20. Zusätzlich zu den Komponenten, die bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 erörtert wurden, weist die Kälteanlage 20 einen Wärmetauscher 21 auf. Der Wärmetauscher 21 ist einerseits mit der Zuführleitung für Quellwasser oder Leitungswasser 22 verbunden und ist andererseits mit der Auslassleitung 23 aus dem Flüssigkeitsgefäß 2 verbunden. Im Wärmetauscher 21 wird das Kühlmittel durch das relativ kalte Zusatzwasser gekühlt, bevor es dem Verdampfer 3 zugeführt wird. Als Ergebnis dieser Maßnahme nimmt die Kühlkapazität der Kälteanlage 20 zu.
Das relativ kalte Zusatzwasser wird dann im "Hochtemperatur"-Abschnitt des Kühlkreislaufes verwendet. Dies wird getan, da, wenn ein Kühlmittel vom Flüssigkeitsgefäß 2 aus in den Verdampfer 3 injiziert wird, der Druck des Kühlmittels Vom relativ hohen Kondensatordruck zu dem niedrigeren Verdampferdruck abfällt. Als Ergebnis davon verdampft ein Teil des Kühlmittels, bevor es zum aktuellen Kühlprozess beitragen kann. Jener Teil des Kühlmittels, der in dieser Phase verdampft, ist auch als Entspannungsdampf bekannt. Indem nun das Zusatzwasser verwendet wird, um das Kühlmittel zu kühlen, das vom Flüssigkeitsgefäß 2 aus zum Verdampfer strömt, nimmt die Menge an Entspannungsdampf ab, so dass das Kühlpotential des Kühlmittels zunimmt, ohne dass neben dem Kühlpotential des Zusatzwassers zusätzliche Energie eingesetzt wird.
Der Beitrag des relativ kalten Zusatzwassers im Abschnitt des Kühlverfahrens zwischen dem Flüssigkeitsgefäß und dem Verdampfer ist viel größer, als wenn das Zusatzwasser direkt dem Wasserbehältertank 7 des Kondensators zugeleitet wird. Dies resultiert aus der Tatsache, dass das Massenverhältnis des Zusatzwassers und des Umlaufwassers, das allgemein mindestens 1 : 50 beträgt, bedeutet, dass das relativ kalte Zusatzwasser kaum einen wahrnehmbaren Einfluss auf das thermodynamische Verhalten des Kondensators 6 ausübt.
Darüber hinaus ist es möglich, dass das Kühlmittel auf modulierende Weise vom Flüssigkeitsgefäß aus in den Wärmetauscher injiziert wird.
Dies liegt daran, dass das Zusatzwasser scheinbar kontinuierlich dem Behältertank zugeführt wird. Wenn das Kühlmittel dann vom Flüssigkeitsgefäß aus in den Kühlkreislauf über eine Leitung eingeführt wird, die alternativ offen und geschlossen ist, fließt kein Kühlmittel durch den Wärmetauscher, wenn die Leitung geschlossen ist, und in jenen Momenten ist die mögliche Kühlkapazität des zugeführten Zusatzwassers noch verloren.
In Fig. 2 ist zu sehen, dass die Kälteanlage 20 mit zwei Kompressoren ausgestattet ist. Es ist klar, dass das System auch mehr Kompressoren umfassen kann. Jeder der Kompressoren ist mit einem Messelement 24 versehen, mit dessen Hilfe die von den Kompressoren verbrauchte elektrische Leistung gemessen werden kann. Der Verdampfungskondensator 6 ist auch mit einem Messelement 25 ausgestattet, um die vom Ventilator des Verdampfungskondensators 6 verbrauchte elektrische Leistung zu messen.
Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, das Volumen an Zusatzwasser, das dem Wasserbehältertank 7 durch die Leitung 8 zugeführt wird, zu messen. Darüber hinaus wird die Temperatur des Zusatzwassers gemessen, bevor das Zusatzwasser in der Leitung 8 in den Wärmetauscher fließt und nachdem das Zusatzwasser aus dem Wärmetauscher 21 herausgeflossen ist. Diese Temperaturmessungen sowie die Strömungsmessung des Zusatzwassers liefern zusammen die Gesamtmenge an Wärme, die dem Wasser zugeführt wurde. Darüber hinaus ist es möglich, in der Leitung 23 die Temperaturdifferenz des Kühlmittels zu messen, bevor das Kühlmittel in der Leitung 23 vom Zusatzwasser gekühlt wird und nachdem es durch das Zusatzwasser gekühlt worden ist. Auf der Basis dieser Messungen und der errechneten Wärmemenge, die dem Wasser zugeführt wurde, kann der Massenstrom an Kältemittel bestimmt werden.
Dann werden jeweils der Saugdruck Po und der Kondensatordruck Pc in der Kälteanlage gemessen. Die momentane Kühlkapazität Qo kann unter Bestimmung des gemessenen Wertes für den Saugdruck Po, des Kondensatordrucks Pc und des bestimmten Massenflusses an Kühlmittel bestimmt werden. Dies bedeutet deshalb auch, dass die Kühlkapazität der Kälteanlage 20 zu jeder Zeit bekannt ist. Diese momentane Kühlkapazität Qo kann entsprechend den Bedürfnissen dargestellt werden, beispielsweise auf einer Kontrolltafel.
Durch zusätzliches Messen der verbrauchten elektrischen Leistung Pe, die erforderlich ist, um die Kälteanlage 20 zu betreiben, ist es darüber hinaus möglich, den momentanen Wirkungsgrad, d. h. den COP, der Kälteanlage zu bestimmen. Dieser COP ist definiert durch die Division der momentanen Kühlkapazität Qo durch den Wert der verbrauchten elektrischen Leistung Pe. Dieser momentane Wirkungsgrad, d. h. der COP, kann ebenfalls entsprechend den Bedürfnissen dargestellt werden.
In der Praxis ist die Möglichkeit der Verfügung über den momentanen COP für die Betreiber ein wichtiges Instrument für die optimale Kontrolle der Kälteanlage 20. Es ist beispielsweise möglich, die Prozessvariablen der Kälteanlage zu verändern. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass einer der Kompressoren 4, die in der Kälteanlage 20 verwendet werden, von Vollbelastung zur Teilbelastung geschaltet wird. Nachdem diese neuen Prozessvariablen eingestellt worden sind, kann der COP der Kälteanlage wiederum bestimmt werden. In Abhängigkeit von dem errechneten Wert ist es möglich zu bestimmen, ob der COP gestiegen oder gefallen ist. Wenn der COP tatsächlich angestiegen ist, können andere Prozessvariablen geändert werden. Es ist beispielsweise auch möglich, die Konfiguration zu verändern, indem ein oder mehrere Kompressoren abgeschaltet werden. Prozessvariablen und/oder die Konfiguration der Kälteanlage können variiert werden, bis herausgefunden wird, dass ein höherer COP nicht mehr erreichbar ist. Mit anderen Worten ermöglicht es die Erfindung, eine iterative Kontrolle auszuführen, bis ein optimaler COP erreicht ist.
Die Erfindung kann auch dazu verwendet werden, die Zufuhr von Zusatzwasser an dem Verdampfungskondensator zu optimieren. Dies wird wie folgt erreicht:
Auf der Basis einer einzelnen Härtemessung des Zusatzwassers wird ein gewünschter Verdickungsfaktor bestimmt, beispielsweise 2. Der gewünschte Verdickungsfaktor ist die maximal zulässige Zunahme der Menge an Salzen im Wasser, das sich im Wasserbehältertank befindet.
Während der Verwendung der Anlage 20 wird das Volumen an Wasser im Wasserbehältertank 7 kontinuierlich gemessen. Darüber hinaus wird die Temperaturdifferenz des Wassers, das über die Zufuhrleitung 22 zum Wärmetauscher 21 fließt, gemessen, bevor dieses Wasser den Wärmetauscher erreicht, und nachdem das Wasser aus dem Wärmetauscher 21 herausgeflossen ist.
Die Menge an Wärme, die dem Wasser zugeführt wurde, wird auf der Basis dieser Temperaturmessung errechnet.
Dann wird die Temperaturdifferenz im Kühlmittel gemessen, bevor es in den Wärmetauscher fließt und nachdem es aus dem Wärmetauscher herausgeflossen ist. Der Kältemittelmassenstrom wird unter Verwendung der errechneten Wärmemenge, die dem Wasser im Wärmetauscher 21 zugeführt wird, bestimmt.
Dann werden jeweils der Saugdruck Po und der Kondensatordruck Pc des Kältemittels gemessen.
Unter Verwendung der Werte Po, Pc und des Kältemittelmassenstromes werden jeweils die momentane Kühlkapazität Qo und die Belastung des Kondensators Qc bestimmt.
Dann wird das korrekte Volumen an Zusatzwasser auf der Basis des errechneten Qc und des vorgegebenen Verdickungsfaktors bestimmt.
Wenn es einen Grund hierfür gibt, wird das Volumen an zuzuführendem Zusatzwasser, das dem Behältertank pro Zeiteinheit zufließt, auf der Basis des errechneten Volumens an Zusatzwasser eingestellt.
Die vorstehend erwähnten Tätigkeiten können selbstverständlich kontinuierlich stattfinden, mit dem Ergebnis, dass das korrekte Volumen an Wasser konstant eingestellt wird und die Flüssigkeit optimal unterkühlt wird.
Um die Wirkungsweise und Vorteile der erfindungsgemäßen Kälteanlage zu erläutern, wird mit Bezug auf Fig. 3 folgendes Rechenbeispiel gegeben: Es wird angenommen, dass die erfindungsgemäße Kälteanlage 20 mit NH&sub3; mit den folgenden Parametern betrieben wird:
Qo = 1000 kW
to = -10ºC (Verdampfungstemperatur)
tc = +35ºC (Kondensationstemperatur).
Der geeignete Kühlkreislauf ist im log P-H-Diagramm so dargestellt, wie es in Fig. 3 veranschaulicht ist.
Der pro Stunde umlaufende Massenstrom an Kühlmittel beträgt:
Zu verteilende Verdampfungswärme:
Gemäß der "Daumenregel", wonach etwa 3 kg Zusatzwasser pro kWh an zu verteilender Kondensationswärme (Verdickungsfaktor 2) verbraucht wird, folgt, dass der Zusatzwasserverbrauch 1212 · 3 = 3636 kg/h beträgt.
Unter der Annahme, dass das Zusatzwasser von 12ºC auf 32ºC aufgeheizt wird, ist es möglich,
Unterkühlungswärme, d. h. pro kg umlaufendes Kältemittel, zu verteilen, d. h.
d. h., das Kältemittel wird auf 15ºC unterkühlt.
Die Kühlkapazität Qo nimmt von 1000 kW auf (1000 + 84,8) = 1084,8 kW zu. Dies bedeutet, dass die Kühlkapazität um gut 8% zunimmt, ohne dass neben dem Kühlpotential des Zusatzwassers zusätzliche Energie zugeführt wird.
Eine andere mögliche vorteilhafte Anwendung liegt in wassergekühlten Kälteanlagen für die Klimatisierung von Luft. Diese Systeme sind allgemein mit Kühltürmen kombiniert. Durch Positionieren eines Flüssigkeitsunterkühlers zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer stromaufwärts der Injektionskomponente (thermostatisches Expansionsventil, Hochdruck- Schwimmer oder Drosselbohrung) ist es möglich, das gleiche Resultat wie das vorstehend beschriebene zu erhalten und in der Praxis Zunahmen der Kapazität von 8 bis 10% zu erreichen. Natürlich müsste die Regelung auf dieselbe Weise wie vorstehend beschrieben erfolgen.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage mittels eines Kühlmittelkreislaufes, wobei zum Kondensieren des Kühlmittels in dem Kreislauf ein Kühlwasserkreislauf verwendet wird, der einen Verdampfungskondensator beinhaltet, wobei Verdampfungsverluste des Kondensators mit Hilfe von Zusatzwasser ausgeglichen werden, das dem Kondensator über einen Wärmetauscher zugeführt wird, mit dessen Hilfe das flüssige Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufs unterkühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

- Messen des Massenflusses des durch den Wärmetauscher zugeführten Wassers,

- Messen der Temperaturdifferenz im Zusatzwasser, bevor es dazu verwendet wird, das Kühlmittel zu kühlen, und nachdem es dazu verwendet wurde, das Kühlmittel zu kühlen,

- Errechnen der Wärmemenge, die dem Wasser zugeführt wurde,

- Messen der Temperaturdifferenz des Kühlmittels, bevor es mit Zusatzwasser gekühlt wird und nachdem es mit Zusatzwasser gekühlt wurde,

- Bestimmen des Kältemittelmassenflusses auf der Basis der errechneten Wärmemenge, die dem Wasser zugeführt wurde, und der gemessenen Temperaturdifferenz im Kühlmittel,

- Messen des Saugdruckes (Po) bzw. des Kondensatordruckes (Pc) des Kühlmittels,

- Verwenden der gemessenen Werte für den Saugdruck (Po) und den Kondensatordruck (Pc) und den Kältemittelmassenfluß, um die momentane Kühlkapazität (Qo) zu bestimmen,

- und Darstellen dieser momentanen Kühlkapazität (Qo) gemäß den Erfordernissen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte aufweist:

- Messen der zum Zweck des Betätigens der Kühlanlage verbrauchten elektrischen Leistung (Pe),

- Errechnen der momentanen Effizienz (COP) der Kühlanlage durch Teilen der errechneten momentanen Kühlkapazität (Qo) durch den Wert, der für die verbrauchte elektrische Leistung (Pe) gemessen wurde,

- Darstellen dieser momentanen Effizienz (COP) gemäß den Erfordernissen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte aufweist:

- Errechnen der momentanen Effizienz (COP) der Kühlanlage,

- Verändern von Prozeßvariablen der Kühlanlage oder der Konfiguration der Kühlanlage,

- Wiedererrechnen der momentanen Effizienz (COP) des Kühlsystems, Wiederholen der vorstehenden Schritte gemäß den Erfordernissen.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte umfaßt:

- Bestimmen eines maximalen erwünschten Dickungsfaktors für das Wasser im Behältertank,

- Verwenden der Werte für Po, Pc und des Kühlmittel-Massenflusses zum Bestimmen der Belastung des Kondensators (Qc),

- Bestimmen des korrekten Volumens von Zusatzwasser auf der Basis der errechneten Belastung des Kondensators (Qc) und des vorbestimmten Verdickungsfaktors,

- und Einstellen des Volumens von Zusatzwasser, das pro Zeiteinheit dem Behältertank zufließt, gemäß den Erfordernissen.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel von einem Flüssigkeitsgefäß aus injiziert wird, wobei das Kühlmittel aus dem Flüssigkeitsgefäß auf modulierende Weise in den Wärmetauscher injiziert wird.

6. Kühlanlage (20) zum Ausführen des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, aufweisend einen Kühlmittelkreislauf, umfassend ein Flüsssigkeitsgefäß (2) für Kühlmittel mittels einer Auslaßleitung (23), die mit einem Verdampfer (3) verbunden ist, wobei der Verdampfer (3) mit einem Kompressor (4) verbunden ist, wobei der Kompressor mit einem Kondensator (6) verbunden ist, wobei der Kondensator mit dem Flüssigkeitsgefäß (2) verbunden ist, wobei der Kondensator ein Verdampfungskondensator (6) ist, der mit einem Wasserbehältertank (7) ausgestattet ist, der mit einer Zuführleitung (22) zum Zuführen von Zusatzwasser an den Wasserbehältertank (7) verbunden ist, wobei die Anlage einen Wärmetauscher (21) aufweist, der sowohl mit der Zuführleitung (22) für den Behältertank (7) als auch mit der Auslaßleitung (23) aus dem Flüssigkeitsgefäß (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage folgendes umfaßt: Mittel zum Messen des Massenflusses von Wasser, das durch den Wärmetauscher (21) zugeführt wird, Mittel zum Messen der Temperatur des Wassers in der Zuführleitung stromaufwärts und stromabwärts über dem Wärmetauscher (21), Mittel zum Errechnen der Wärmemenge, die dem Wasser im Wärmetauscher (21) zugeführt worden ist, Mittel zum Messen der Temperatur des Kühlmittels in der Auslaßleitung (23) stromaufwärts und stromabwärts des Wärmetauschers (21), Mittel zum Bestimmen des Kühlmittelmassenflusses auf der Basis der errechneten Menge an Wärme, die dem Wasser im Wärmetauscher (23) zugeführt worden ist, und der gemessenen Temperaturdifferenz des Kühlmittels im Wärmetauscher (21), Mittel zum Messen des Saugdruckes (Po) und zum Messen des Kondensatordruckes (Pc) des Kühlmittels, und Mittel zum Bestimmen der momentanen Kühlkapazität (Qo) unter Verwendung der gemessenen Werte für den Saugdruck (Po) und den Kondensatordruck (Pc).

7. Kühlanlage (20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlanlage mit Mitteln zum Darstellen der momentanen Kühlkapazität (Qo) ausgestattet ist.

8. Kühlanlage (20) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (24, 25) zum Messen der elektrischen Leistung (Pe), die zum Zweck des Betreibens der Kühlanlage verbraucht wird, Mittel zum Errechnen der momentanen Effektivität (COP) der Kühlanlage (20) durch Teilen der errechneten momentanen Kühlkapazität (Qo) durch den Wert, der für die verbrauchte elektrische Leistung (Pe) gemessen wurde, aufweist.

9. Kühlanlage (20) nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlanlage (20) Mittel zum Darstellen der momentanen Effektivität (COP) aufweist.

10. Kühlanlage (20) nach den Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das System (20) Mittel zum Bestimmen eines maximalen erwünschten Verdickungsfaktors für das Wasser im Behältertank, Mittel zum Bestimmen der Belastung des Kondensators (Qc) unter Verwendung der Werte für Po, Pc und des Kühlmittel- Massenflusses, Mittel zum Bestimmen des korrekten Volumens von Zusatzwasser auf der Basis der errechneten Belastung des Kondensators (Qc) und des vorgegebenen Verdickungsfaktors und Mittel zum Einstellen des Volumens von Zusatzwasser, das pro Zeiteinheit in den Behältertank (7) fließt, aufweist.

11. Kühlanlage (20) nach den Ansprüchen 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage (20) Mittel zum Injizieren von Kühlmittel aus dem Flüssigkeitsgefäß (2) auf modulierende Weise in den Wärmetauscher (21) aufweist.