EP1259769A1 - Vorrichtung zum erzeugen von kaltwasser für raumkühlung - Google Patents

Vorrichtung zum erzeugen von kaltwasser für raumkühlung

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EP1259769A1 EP01902417A EP01902417A EP1259769A1 EP 1259769 A1 EP1259769 A1 EP 1259769A1 EP 01902417 A EP01902417 A EP 01902417A EP 01902417 A EP01902417 A EP 01902417A EP 1259769 A1 EP1259769 A1 EP 1259769A1
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water
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    • F25B2339/04—Details of condensers
    • F25B2339/047—Water-cooled condensers

Definitions

  • the invention relates to a device for generating cold water for room cooling, in particular for cooling surfaces and coolers in building equipment, in particular for cooling ceilings with a refrigerator and an evaporative cooler connected in front of it, which is flowed through by liquid and air to be cooled.
  • the object of the invention is to improve the cooling capacity of a device of the type mentioned at the outset with low installation and cost expenditure.
  • the object is achieved in that the cooling air flow of the evaporative cooler can be acted upon with water and that the cooling liquid flows either through the condenser of the chiller or directly to the consumer or to both.
  • the provision of the required cooling capacity becomes more efficient in a simple and inexpensive manner. This is particularly advantageous if larger cooling capacities, such as in summer, are required.
  • the heat of condensation is removed at a low temperature level. Due to the low condensation temperature, the chiller works with a correspondingly low coefficient of performance.
  • the evaporative cooler is a plate heat exchanger made of polypropylene.
  • the material for the plate heat exchanger plays an important role.
  • polypropylene a material is used in which no solid deposits can occur due to the use of water.
  • a heat exchanger through which the water flows, is arranged in the cooling circuit on the refrigerator before the expansion valve, before the water is introduced into the air flow of the evaporative cooler.
  • a further increase in the cooling capacity is possible by an air condenser upstream of the water condenser, which is arranged in particular in the exhaust air duct or the exhaust air opening of the evaporative cooler.
  • Another advantage is the increase in the exhaust air temperature and the resulting reduction in the relative air humidity. This reduces the risk of condensation in the exhaust air duct. Evaporation of the aerosols present in the exhaust air after the evaporative cooler removes the basis of life for any bacteria, especially Legionella pneumophila. It is particularly advantageous here if the air condenser is arranged in the exhaust air duct of the evaporative cooler.
  • Another advantage is the compactness of the system. This avoids energy losses due to the heating of the cold water pipes between the individual components of the system and the usual energy expenditure for the pumps.
  • Fig. 1 shows a first embodiment
  • Fig. 2 shows a second embodiment.
  • the device or system has a refrigerator, with a refrigerant circuit 1, in which a compressor (compressor) 2 is arranged.
  • a condenser (condenser) 3 is arranged in the flow direction behind the compressor 2 and is cooled by the second liquid circuit 4, which is described in more detail below. From the condenser 3, the refrigerant passes through an expansion valve 5 to an evaporator 6, to which a third circuit 7 is connected.
  • the cooling power delivered by the evaporator 6 to the third circuit 7 is fed to a buffer store 9 via a pump 8.
  • the cooling capacity of the intermediate storage 9 is via a fourth circuit 10 Cooling surface 1 1 supplied via a distribution system 12.
  • the second circuit 4 connected to the condenser 3 is guided by a pump 13 through an evaporative cooler 14, which is designed as a plate heat exchanger and is resistant to contamination and corrosion.
  • the plate heat exchanger 14 has air flowing through it, which passes between the plates via an inlet 15 and is released into the environment via an outlet 16. This flow is caused by a fan 17.
  • water is introduced into the air flow via a distribution system 18, in particular sprayed, as a result of which the cooling capacity of the air reached in the heat exchanger is increased due to the evaporative cooling.
  • a pump 19 is located in the water supply line for introducing the water.
  • the intermediate store 9 can be dispensed with.
  • the liquid circuit 7 then leads directly to the distribution system 12.
  • a heat exchanger 25 can be used upstream of the expansion valve 5, through which the water flows, which is then fed to the distribution system 18. This enables a further improvement in the cooling performance.
  • a heat exchanger 26 can be used in the cooling circuit of the refrigerator in front of the water condenser 3, through which the air which flows out of the evaporative cooler 14 flows.
  • the resulting increased heat dissipation increases the overall performance of the device.
  • the fact is used that the heat from the heat exchanger 14 of the refrigerator 3, 13, 14 is still more receptive to heat that comes from the same refrigeration circuit of the refrigerator.
  • the device or system is preferably operated in three different stages:
  • the liquid 21 to be cooled can circulate either via the heat exchanger 23 and then via the evaporator 6 of the refrigerator or by switching the valve 24 only via the evaporator 6.
  • All parts of the device or system that is, all parts of the refrigeration machine, the evaporative cooler 14 and the open-loop and closed-loop control, and also all liquids and current-carrying lines, are arranged in a compact manner within a housing 20.
  • the housing can consist of several easily transportable units.
  • a bypass 28 bridging the water condenser 3 is arranged, through which the second liquid circuit 4 flows in partial load operation when a valve (three-way valve) 27 is opened. The condensation thus takes place only in the heat exchanger (condenser) 26.
  • the compressor 2 works in several stages. This has the advantage that the circuit 4 is not thermally stressed, so that the energy consumption of the overall system is reduced.

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Abstract

Vorrichtung zum Erzeugen von Kaltwasser für die Raumkühlung insbesondere für Kühlflächen (11) und Külher in der Gebäudeausrüstung insbesondere für Kühldecken mit einer Kältemaschine (1) und einem davor geschalteten Verdunstungskühler (14), der von zu kühlender Flüssigkeit und von Luft durchströmt ist. Der kühlende Luftstrom des Verdunstungskühlers (14) ist mit Wasser beaufschlagbar und die zu kühlende Flüssigkeit strömt über einen Wärmeübertrager (23) oder direkt zu einem Zwischenspeicher (9) oder direkt zum Verbraucher (11).

Description

VORRICHTUNG ZUM ERZEUGEN VON KALTWASSER FÜR RAUMKÜHLUNG
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Kaltwasser für die Raumkühlung insbesondere für Kühlflächen und Kühler in der Gebäudeausrüstung, insbesondere für Kühldecken mit einer Kältemaschine und einem davor geschaltetem Verdunstungskühler, der von zu kühlender Flüssigkeit und von Luft durchstömt ist.
Es ist bekannt, für Kühlflächen Kaltwasser durch eine Kältemaschine zu erzeugen. Hierbei ist es auch bekannt, den Kondensator bzw. Verflüssiger der Kältemaschine durch einen Wasserkreislauf zu kühlen, in dem ein Wärmeübertrager angeordnet ist, der von Luft durchströmt wird. Bekannt ist auch, dass man durch Beaufschlagung des Wärmeübertragers mit Wasser die Wärmeabfuhr verbessern kann (Nasskühlturm).
Aufgabe der Erfindung ist es, die Kühlleistung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art bei geringem Installations- und Kostenaufwand zu verbessern.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der kühlende Luftstrom des Verdunstungskühlers mit Wasser beaufschlagbar ist und dass die zu kühlende Flüssigkeit wahlweise durch den Kondensator der Kältemaschine oder direkt zum Verbraucher oder zu beiden strömt.
Durch die Beaufschlagung des Wärmeübertragers mit Wasser auf der Luftseite, wird auf einfache und kostengünstige Weise die Bereitstellung der erforderlichen Kühlleistung effizienter. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn größere Kühlleistungen, wie zum Beispiel im Sommer erforderlich sind. Durch die Beaufschlagung des Wärmeübertragers mit Wasser und die dadurch bedingte Abkühlung der Luft, erfolgt die Abfuhr der Kondensationswärme auf einem niedrigem Temperaturniveau. Durch die niedrige Kondensationstemperatur arbeitet die Kältemaschine mit einer entsprechend günstigen Leistungszahl.
Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass der Verdunstungskühler ein Plattenwärmeübertrager aus Polypropylen ist.
Da im Wärmeübertrager des Verdunstungskühlers mit Wasser gearbeitet wird, spielt hierbei der Werkstoff für den Plattenwärmeübertrager eine große Rolle. Mit Polypropylen wird ein Material eingesetzt, bei dem es zu keiner festen Ablagerung aufgrund der Verwendung von Wasser kommen kann.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn im Kühlkreisiauf der Kältemaschine vor dem Expansionsventil ein Wärmeübertrager angeordnet ist, der mit dem Wasser durchströmt ist, ehe das Wasser in den Luftstrom des Verdunstungskühlers eingebracht wird. Durch die hierdurch erzielte Abkühlung des Kältemittels vor dem Einspritzen in den Verdampfer, wird auf einfache und ökologische Weise eine weitere Verbesserung der Leistungszahl erreicht.
Eine weitere Erhöhung der Kühlleistung ist durch einen dem Wasserkondensator vorgeschalteten Luftkondensator möglich, der insbesondere im Fortluftkanal bzw. der Fortluftöffnung des Verdunstungskühlers angeordnet ist. Ein weiterer Vorteil liegt in der Erhöhung der Fortlufttemperatur und die dadurch resultierende Absenkung der relativen Luftfeuchtigkeit. Dadurch wird die Gefahr der Kondensatbildung im Fortluftkanal verringert. Durch das Verdampfen der in der Fortluft nach dem Verdunstungskühler vorhandenen Aerosole werden den evtl. darin befindlichen Bakterien, insbesondere Legionella pneumophila, die Lebensgrundlage entzogen. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Luftkondensator im Fortluftkanal des Verdunstungskühlers angeordnet ist.
Ein weiterer Vorteil ist die Kompaktheit der Anlage. Dadurch werden Energieverluste durch Erwärmung der Kaltwasserleitungen zwischen den einzelnen Bauteilen der Anlage sowie durch den sonst üblichen Energieaufwand für die Pumpen vermieden.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel und
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel.
Die Vorrichtung bzw. Anlage weist eine Kältemaschine auf, mit einem Kältemittelkreislauf 1 , in dem ein Kompressor (Verdichter) 2 angeordnet ist. In Strömungsrichtung hinter dem Kompressor 2 ist ein Kondensator (Verflüssiger) 3 angeordnet, der durch den zweiten Flüssigkeitskreislauf 4 gekühlt wird, der weiter unten näher beschrieben ist. Vom Kondensator 3 gelangt das Kältemittel über ein Expansionsventil 5 zu einem Verdampfer 6, an dem ein dritter Kreislauf 7 angeschlossen ist.
Die vom Verdampfer 6 an den dritten Kreislauf 7 abgegebene Kühlleistung wird über eine Pumpe 8 einem Zwischenspeicher 9 zugeführt. Von dem Zwischenspeicher 9 wird über einen vierten Kreislauf 10 die Kühlleistung einer Kühlfläche 1 1 über ein Verteilsystem 12 zugeführt. Der an den Kondensator 3 angeschlossene zweite Kreislauf 4 wird von einer Pumpe 13 durch einen Verdunstungskühler 14 geführt, der als Plattenwärmeübertrager ausgeführt und beständig gegen Verunreinigungen sowie Korrosion ist. Der Plattenwärmeübertrager 14 ist von Luft durchströmt, die über einen Einlass 15 zwischen den Platten gelangt und über einen Auslass 16 in die Umgebung abgegeben wird. Dieses Durchströmen wird durch einen Ventilator 17 bewirkt.
Zwischen dem Einlass 15 und den Platten des Wärmeübertragers 14 wird Wasser über ein Verteilsystem 18 in den Luftstrom eingebracht insbesondere eingesprüht, wodurch die Kühlleistung der im Wärmeübertrager erreichten Luft aufgrund der Verdunstungskälte erhöht wird. Zur Einbringung des Wassers befindet sich in der Wasserzuflussleitung eine Pumpe 19.
Bei Einsatz einer leistungsgeregelten Kälteanlage kann auf den Zwischenspeicher 9 verzichtet werden. Der Flüssigkeitskreislauf 7 führt dann direkt zum Verteilsystem 12.
Im Kühlkreislauf der Kältemaschine kann vor dem Expansionsventil 5 ein Wärmeübertrager 25 eingesetzt werden, der von dem Wasser durchströmt wird, das dem Verteilsystem 18 danach zugeführt wird. Hierdurch wird eine weitere Verbesserung der Kühlleistung ermöglicht.
Weiterhin kann im Kühlkreislauf der Kältemaschine vor dem Wasserkondensator 3 ein Wärmeübertrager 26 eingesetzt werden, der von der Luft, die aus dem Verdunstungskühler 14 austritt, durchströmt wird. Die dadurch erhöhte Wärmeabfuhr vergrößert die Gesamtleistung der Vorrichtung. Hierbei wird der Umstand genutzt, dass die Wärme aus dem Wärmetauscher 14 der Kältemaschine 3, 13, 14 immer noch aufnahmefähiger für Wärme ist, die aus dem selben Kältekreis der Kältemaschine kommt. Die Vorrichtung bzw. Anlage wird vorzugsweise in drei verschiedenen Stufen gefahren:
1 ) Ist die Luft ausreichend kühl, so ist es nicht erforderlich, dass die Kältemaschine arbeitet und es kann auch eine Beaufschlagung mit Wasser in dem Plattenwärmeübertrager unterbleiben. Die zu kühlende Flüssigkeit strömt über die Leitung 21 , den Wärmeübertrager 23, die Leitung 22 und über den Verdampfer 6 zum Zwischenspeicher 9 zurück.
2) Ist die Luftemperatur so hoch, dass die freie Kühlung nicht mehr ausreicht, kann die Kühlleistung durch die Wasserbeaufschlagung des Verdunstungskühlers 14 erhöht werden.
3) Bei weiterer Zunahme der Luftemperatur und einem eventuell höherem Kühlbedarf, wird die Kältemaschine zugeschaltet. Die Beaufschlagung des Wärmeübertragers 25 mit Wasser und dadurch bedingte Absenkung der Kondensationstemperatur verbessert die Leistungszahl der Kältemaschine und reduziert dadurch den Stromverbrauch. Die Gesamtleistung des Systems wird durch den Wärmeübertrager 26 erhöht.
Die zu kühlende Flüssigkeit 21 kann entweder über den Wärmeübertrager 23 und anschließend über den Verdampfer 6 der Kältemaschine oder durch Umschaltung des Ventils 24 nur über den Verdampfer 6 zirkulieren.
Alle Teile der Vorrichtung bzw. der Anlage, das heißt alle Teile der Kältemaschine, des Verdunstungskühlers 14 und der Steuerung und Regelung und auch alle Flüssigkeiten und stromführenden Leitungen sind innerhalb eines Gehäuses 20 in kompakter Weise angeordnet. Das Gehäuse kann dabei aus mehreren leicht zu transportierenden Einheiten bestehen. In einer weiteren alternativen Ausführung ist zum Wasserkondensator 3 ein diesen überbrückender Bypass 28 angeordnet, durch den der zweite Flüssigkeitskreislauf 4 im Teillastbetrieb fließt, wenn ein Ventil (Dreiwegeventil) 27 geöffnet wird. Damit erfolgt die Kondensation nur in dem Wärmeübertrager (Kondensator) 26. Hierbei arbeitet der Kompressor 2 in mehreren Stufen. Dies hat den Vorteil, dass der Kreislauf 4 thermisch nicht belastet wird, so dass der Energieverbrauch des Gesamtsystems verringert wird.

Claims

ANSPRUCHE
1. Vorrichtung zum Erzeugen von Kaltwasser für die Raumkühlung insbesondere für Kühlflächen und Kühler in der Gebäudeausrüstung insbesondere für Kühldecken (11) mit einer Kältemaschine (2, 3, 5, 6) und einem davor geschaltetem Verdunstungskühler (14), der von zu kühlender Flüssigkeit und von Luft durchströmt ist, dadurch gekennzeichnet,
- dass der kühlende Luftstrom des Verdunstungskühlers (14) mit Wasser beaufschlagbar ist und
- dass die zu kühlende Flüssigkeit (4) über den Wärmeübertrager (23) und den Kondensator (3) oder direkt zum Zwischenspeicher (9) oder direkt zum Verbraucher (11) strömt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdunstungskühler (14) ein Plattenwärmeübertrager aus Polypropylen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h gekennzeichnet, dass im Kühlkreislauf (1) der Kältemaschine vor dem Expansionsventil (5) ein Wärmeübertrager (25) angeordnet ist, der mit dem Wasser durchströmt ist, ehe das Wasser in den Außenluftstrom über das Verteilsystem (18) des Verdunstungskühlers (14) eingebracht wird.
4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadu rch gekennzeichnet, dass alle Teile der Kältemaschine, des Verdunstungskühlers und der Steuerung/Regelung innerhalb eines Gehäuses (20) angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadu rch gekennzeichnet, dass das Gehäuse aus mehreren transportablen Einheiten besteht.
6. Vorrichtung zum Kühlen insbesondere für die Raumkühlung mit einer Kältemaschine und einem davor geschalteten Verdunstungskühler, dadurch gekennzeichnet, dass im Kühlkreislauf (1 ) der Kältemaschine vor dem Expansionsveπtil (5) ein Wärmeübertrager (25) angeordnet ist, der mit dem Wasser durchströmt ist, ehe das Wasser in den Außenluftstrom über das Verteilsystem (18) des Verdunstungskühlers (14) eingebracht wird.
7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kondensator (3) ein Luftkondensator (26) vorgeschaltet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkondensator (26) im Fortluftkanal des Verdunstungskühlers (14) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Kondensator (3) der Kältemaschine überbrückender Bypass (28) angeordnet ist, der durch ein Ventil (27) einschaltbar ist.
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