EP2242962A1 - Modulare klimatechnische anlage sowie verfahren zu deren betrieb - Google Patents

Modulare klimatechnische anlage sowie verfahren zu deren betrieb

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EP2242962A1
EP2242962A1 EP08700535A EP08700535A EP2242962A1 EP 2242962 A1 EP2242962 A1 EP 2242962A1 EP 08700535 A EP08700535 A EP 08700535A EP 08700535 A EP08700535 A EP 08700535A EP 2242962 A1 EP2242962 A1 EP 2242962A1
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EP
European Patent Office
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modules
collector
conditioning system
module
air conditioning
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EP08700535A
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EP2242962B1 (de
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Remo Meister
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Individual
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Publication of EP2242962B1 publication Critical patent/EP2242962B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B29/00—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously
    • F25B29/003—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously of the compression type system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
    • F24F3/06—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the arrangements for the supply of heat-exchange fluid for the subsequent treatment of primary air in the room units
    • F24F3/08—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the arrangements for the supply of heat-exchange fluid for the subsequent treatment of primary air in the room units with separate supply and return lines for hot and cold heat-exchange fluids i.e. so-called "4-conduit" system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—Component parts or details not otherwise provided for in this subclass
    • F25B2400/06—Several compression cycles arranged in parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—Component parts or details not otherwise provided for in this subclass
    • F25B2400/21—Modules for refrigeration systems

Definitions

  • a device for controlling the temperature of a liquid is known (DE-93 19 004U), in which a plurality of cooling units which can be attached to each other and which each contain a refrigerating machine are provided, whereby the supply and return paths for the liquid to be tempered are divided piece by piece individual cooling units is composed. Accordingly, it is impossible to expand the system or replace a refrigeration unit without adjusting the operation of the entire system.
  • a refrigeration system with indirect cooling system in which a plurality of independent primary modules form a primary circuit which is connected to corresponding secondary circuits.
  • the primary modules are arranged in a frame accommodating the primary modules and connected to the secondary circuit or secondary circuits via a connection system adapted to the primary modules.
  • the connection system includes on the one hand the power supply and on the other hand easily manageable connection points to the respective / / and return of the secondary circuit. This ensures that the refrigeration equipment in the (encapsulated) primary modules are concentrated, and the remaining connection and maintenance work can be performed by cold-trained personnel.
  • the design of the connection system and the secondary circuits are no further details.
  • Essential for the invention is that a plurality of modules constructed of headers, common collector is provided, to which the modules are detachably connected, and connects the modules with the respective common secondary circuit.
  • the collector forms a single unit that has one or more complete secondary provides circuits to which modules can be connected or disconnected if required without interrupting or impairing the secondary circuits.
  • An embodiment of the invention is characterized in that the collector with its Sa mmel pipes horizontally extending in a longitudinal direction, that a number of receiving spaces for receiving modules are provided on the collector in the longitudinal direction, that the collecting pipes are formed continuously through a plurality of receiving spaces , And that for connecting the modules to the headers in the region of a receiving space each corresponding outlets are provided on the headers.
  • the collector comprises a frame extending in the longitudinal direction, standing on the ground, in which the receiving spaces for receiving the modules are left free, wherein the collecting tubes are fixed to the frame.
  • the headers are mounted in the frame above the receiving spaces for receiving the modules, wherein the headers are mounted in the frame in several superimposed planes. This allows easy installation or replacement of the modules, without any need for fixings on the ceiling or elsewhere in the associated room.
  • the collector per secondary circuit in each case two manifolds for the flow and return of the associated secondary medium, wherein the manifolds for the flow and the manifolds for the return are mounted on different levels.
  • each of the modules associated with at least one control means, in particular control valves, containing control loop is that the control loop is arranged hydraulically between the associated module and the manifolds, and that the control loop is fixed to the frame.
  • each module in its receiving space is independent on the ground, and the associated control circuits are connected on one side directly to the outlets of the headers and on the other side via hose connections to the module.
  • This allows an electrical and vibration mechanical decoupling of modules and collector.
  • deviations in the interface geometry can be compensated.
  • At least one of the control circuits may comprise a pump which is arranged in one of the secondary circuits of the associated module.
  • a secondary pump per secondary circuit and to dispense with local pumps in the control circuits.
  • each module is housed in its own frame and stands with arranged on the frame, adjustable feet on the ground, so that installation and removal of the module are very simple.
  • each one cabinet is provided with advantage for supplying the modules or the associated control circuits with electrical energy and control signals, wherein the Switch cabinets are preferably each attached to the associated module. If the control cabinet is attached to the module, it can advantageously be delivered together with the module as a prefabricated and wired unit. If a module fails, the cabinet can be removed from the module and temporarily attached to the collector before the module is removed.
  • At least one control cable and a connection cable is provided in each case, and that at least the connection with the control cable is pluggable, in order to simplify the installation and removal of a module.
  • All cables to the system circuits (pumps, valves, frequency converters, etc.) and the cable from the main distributor (back-up fuse) to the control cabinet are preferably hard-wired.
  • the connection cable from the cabinet to the compressor for reasons of simplicity is not pluggable executed, although it could in principle be connected by means of plugs.
  • each of the modules in its circuit comprises at least one compressor, a particular controllable injection valve, an evaporator and a condenser, and that the external dimensions of the modules are chosen so that they pass through each door with a free Passage of 80 cm are transportable.
  • one or more modules may have an internal heat exchanger IWT and optionally a stabilizer.
  • one or more modules can additionally have a desuperheater and / or a subcooler.
  • the one inventive method for operating the (nodular climatic system is characterized in that interrupted after failure of one of the modules during operation, the hydraulic connections of the failed module to the collector, the module suspended from the collector and replaced by a new module of the same kind, the new Module connected to the collector and the hydraulic connections to the collector are restored.
  • the other method according to the invention for operating the modular air-conditioning system is characterized in that the hydraulic connections of a selected module to the collector interrupted to change the characteristics or performance of the system during operation, the module suspended from the collector and a new module of other type or performance replaced, the new module connected to the collector and the hydraulic connections to the collector are restored, or an additional module is connected to the collector.
  • Fig. 1 is a greatly simplified block diagram of a known refrigeration module
  • FIG. 1a is a cooling module comparable to FIG. 1 with additional stabilizer
  • FIG. 2 shows the connection of a simplified refrigeration module similar to FIG. 1 to a collimator according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG 3 shows the connection of a plurality of cooling modules to a collector according to another embodiment of the invention.
  • FIG. 4 is a front view of a collector with two modules inserted according to a further embodiment of the invention Phyg, wherein each module associated control circuits RK are indicated only as blocks; 5 different types of control circuits RK with and without (local) pumps, as used in Figure 4; and
  • the solution proposed here is based centrally on the module technology.
  • the modularity s extends through the entire new development and includes all areas as far as possible.
  • the modularity extends over the range of Systemanwendu ⁇ g:
  • the identically constructed modules can be used as heat pumps, air conditioning, refrigeration, freezing equipment, etc. (different operating conditions for strig ⁇ e * l ⁇ dene processes are possible).
  • the modularity also extends beyond the field of construction: the same components are used as often as possible. Nevertheless, it should be possible to respond to user needs individually. Thus, depending on the process and Anwe ⁇ deropted with identical design, the refrigerant can be changed. For playing games, the same modules can be operated with Rl 34a or R404a or according to other suitable refrigerants. Of course, this also has other benefits, etc. result. If desired, different compressor brands can be installed in the same modules, but different types of compressor can also be used, eg, B. Hubblen compressor, screw reducers, scroll compressors, etc.
  • FIG. 1 shows in an extremely simplified form an exemplary module M of a refrigeration system, as described in the earlier application WO-A1-2004 / 020918 (see FIG. 4 there).
  • the module M of this example comprises a circuit 11 for a refrigerant with a compressor 12, a (regulated) Ei ⁇ spritzve ⁇ til 13 for relaxing the refrigerant, an evaporator 15 and a condenser 17.
  • a (regulated) Ei ⁇ spritzve ⁇ til 13 for relaxing the refrigerant
  • an evaporator 15 for relaxing the refrigerant
  • evaporator 15 for relaxing the refrigerant
  • IWT heat exchanger
  • IWT 14 which works in particular as a second Verdampfu ⁇ gstress. to stabilize the operation when working with a large thermal length of the heat exchanger.
  • an optional desuperheater 16 and a subcooler 18 in the circuit 1 1 can be used. If the desuperheater 16 and the subcooler 18 are dispensed with, the circuit 1 1 is closed by the connecting lines 19 and 20 shown in dashed lines in FIG. 1.
  • a stabilizer 15 ' can be installed between the injection valve 1 3 and the evaporator 1 5 in order to further stabilize the refrigeration cycle and to keep unwanted control fluctuations small.
  • the secondary sides of the heat exchangers 1 5, .., 18 are made in line from the module M and connected in the simplest case via shut-off valves Vl 1 .., V8 to not shown in Fig. 1 secondary circuits in which by means of appropriate secondary media, the exchanged heat or cold is forwarded and used.
  • Corresponding to the capacitor 17 as a secondary circuit is a capacitor circuit, which dissipates the heat generated during condensation to the environment or otherwise uses. These two secondary circuits must be connected in any case. If subcooler 18 and desuperheater 16 are also used in module M, there is a subcooler circuit and a desuperheater circuit as associated secondary circuits.
  • a common collector constructed of manifolds is now provided for several modules, to which the modules are detachably connected, and which connects the modules to the respective common secondary circuit.
  • the collector K comprises a plurality of longitudinally parallel collecting tubes 21, .., 24, in a longitudinally extending, common Frame 28 (see also Figures 4 and 6) are housed A pair of manifolds 21, 22 and 23, 24, respectively, which serve the flow and return in the corresponding secondary circuit, in the example of FIG. 2, the manifold 21 for the flow, the manifold 22 is responsible for the return in the condenser circuit.
  • the manifold 23 is responsible for the flow, the manifold 24 for the return in the evaporator circuit.
  • the headers 21, .., 24 lead to not shown in the figures plant parts, which complete the secondary circuits, respectively.
  • additional desuperheater 16 and subcooler 18 are provided, there are collector pipes in the collector K for the associated secondary circuits (in FIG. 6, 41 designates the two collecting pipes for the return in the subcooler and desuperheater circuit, 42 designates the corresponding manifolds for the supply in both secondary circuits).
  • the collector K extends in the longitudinal direction over a plurality of receiving spaces (AR, dashed lines in Fig. 3), which are lined up in the longitudinal direction one behind the other and are each designed for receiving one of the standardized modules M.
  • a module M can be inserted into each of the receiving spaces AR and connected to the collecting pipes 21, 24, 24 in order to increase the cooling capacity of the entire system or to provide (for example in the form of a heat pump) other thermal or air-conditioning functions.
  • a standing in a receiving space module M in case of malfunction or lack of demand from the headers 21, .., 24 are suspended and replaced or removed without replacement. All these changes in the system can be made without interrupting the operation of the entire system comprising several modules M. Only the mass flow in the headers changes according to the proportion of the relevant module in the overall system.
  • FIG. 3 shows in a simplified block diagram a modular air-conditioning system 10 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the modularity in system design is essentially based on the following module components, which can be adapted individually or multiple times to user or process requirements: • Framework! (34 in Fig. 4)
  • the individual modules Ml, .., Mn are assembled (collectively) into systems (Appendix 10), whereby in the further course individual assembled systems can be interconnected to cross systems. Depending on the process requirement, one or more modules, which are combined into a system, are sufficient.
  • the individual modules can (but do not have to) be the same in terms of performance or design.
  • the system size depends on the secondary medium (water, propylene, ethylene, etc.), the maximum cooling resp. Heat output (condensation capacity), the desired or required temperature difference of the secondary medium resp. the funded mass flow and the associated flow velocity.
  • As a standard for the headers 21 1 .., 24 is preferably a line cross-section with a diameter of DN 150mm used. It can then be connected to a collector K a corresponding number of modules M with low power or a smaller number of modules M with great power.
  • the individual modules M are designed from the external dimensions so that they fit through each door with a free passage of 80 cm. This ensures that a system 10 of the described type can be assembled in a "normal” room without any special structural changes, and that the collector should be able to be installed in any "normal” room. It therefore becomes a ground support the collector K used (see Figs. 4 and 6), which in addition has the advantage that no ceiling installations are necessary and conflicts with other mounted on the ceiling air conditioning or electrical equipment are avoided.
  • the maximum height of the collector K is preferably limited so that installation in a room with a ceiling height of 2.50 meters is possible.
  • a plurality of modules M 1,..., M n accommodated in corresponding receiving spaces AR of the collector K are connected to the collector K via its associated control circuits RK with its collecting pipes 21 1 .
  • Further manifolds in the collector K for any desuperheater or subcooler circuits are not shown here for the sake of simplicity, but are shown in FIG. 6 (manifolds 41, 42).
  • valves 41, 42 In the control circuits RK valves are indicated, take over the shut-off and / or control functions.
  • the actual internal structure of such control circuits RK is shown by way of example in FIG. 5 in four different variants.
  • the individual modules Ml 1 .., Mn can be connected to their cabinets SSl, .., SSn via a common data bus 39. The switching commands ON and OFF, the collective alarm, etc. can thus be transferred to a so-called "master" or come from there.
  • the preferred construction of the collector K is shown in FIGS. 4 to 6 for the air conditioning system 30.
  • the collector K with its frame 28 is from the ground up Brackets supported. It has (as well as the modules M) feet 33 for leveling on uneven floors.
  • the manifolds 21, .., 24 (v.41, 42 in Fig. 6), which are fixed to the frame (28) are formed continuously through a plurality of receiving spaces AR.
  • For connecting the modules M, Ml, M2 to the headers 21 .... 24; 41, 42 are in the region of a receiving space AR respectively corresponding outlets 32 to the headers 21, .., 24; 41, 42 provided.
  • the headers 21, .., 24; 41, 42 are mounted in the frame 28 above the receiving spaces AR for receiving the modules M, Ml, M2 in several superimposed planes.
  • the collector K has per secondary circuit in each case two manifolds 21, 22 and 23, 24 and 41 or 42 for the flow or return of the associated secondary därmediums.
  • the headers 21, 23, 42 for the flow and the manifolds 22, 24, 41 for the return are mounted on different levels with corresponding 31 and 29, respectively.
  • the manifolds 21, .., 24 of the collector K are dimensioned (DN 150mm), that the total cross section of the outgoing pipes (outlets 32) on the modules M, MI, M2 is smaller than the total cross section of the collector K (uniform distribution to all outgoing pipes).
  • the collector K can be connected by means of corresponding flanges, Straub couplings, etc. at both ends. As a result, a series of several collectors K is possible.
  • the material of the collector K (the manifolds) may vary depending on the conditions of use, such as: • Stainless steel
  • the modules M, MI 1 M2 each have four secondary circuits in the example of FIGS. 4 to 6, the first two in each case, but the last two may not have to be connected depending on the system requirements:
  • the collector K can be built on "today's needs” and extended later, if it is to be extended (adding another collector to the existing collector end).
  • the control and regulation of the individual secondary circuits is modular with individual control circuits RKI (RK in Fig. 5) constructed and can be prefabricated interface-friendly. It can be distinguished whether per module and secondary circuit each have a pump 37, 38 or a central pump and / or depending on the process, for example, the subcooler circuit with a central pump for all modules and the other secondary circuits, each with its own pump per module should be. Correspondingly (depending on the process), two, three, shut-off and / or balancing valves are installed (FIG. 5). Desuperheater and subcooler circuits prepared in the modules M, M1, M2 may also be connected at a later time.
  • Collector K always has defined interfaces and, depending on requirements, consists of different modules:
  • Modules M • It is designed for two or more (up to the maximum possible number) of Modules M.
  • the interface is defined via a manual valve (ball valve, etc.) and a subsequent detachable connection (flange, etc.).
  • the minimum of the collected secondary sewage are two circles (evaporator and condenser circuits), 4 manifolds DN 150mm.
  • hose connections 36 to the modules M are provided, which compensate for dimensional tolerances between module M and collector K, galvanically separate different metals (electrical separation, equipotential bonding) and prevent vibration and pulsation transmission between the modules M and the collector K.
  • the control cabinets (SS in Fig. 6) are also modular.
  • the control cables (26 in Fig. 3) between the module M and cabinet SS are routed through plug, the compressor connection cable 27 is hardwired.
  • the individual control cabinets SS have identical control and regulating components (depending on the process requirement).
  • a master transmits the respective (ON / OFF) commands via the data bus 39 in automatic mode.
  • One, two or all modules M can be equipped with a frequency converter (also retrofitted), as shown in Fig. 4 of WO-Al -2004/020918.
  • the modules and the collection can be easily adapted and reused, whereby a room with standard dimensions is sufficient as installation location for the system 10 or 30 , Smaller modules (in terms of performance) can later easily be exchanged for modules with greater performance,
  • control cable (pluggable)

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine modulare klimatechnische Anlage (10), insbesondere zur Kälte- und/oder Wärmeerzeugung, umfassend ein oder mehrere Module (M1, M2,.., Mn), in welchen Modulen (M2,.., Mn) jeweils ein Arbeitsmedium bzw. Kältemittel in einem Kreislauf verdichtet, verflüssigt, entspannt und wieder verdampft wird, und die dabei erzeugte Wärme bzw. Kälte über Wärmetauscher an entsprechende Sekundärkreise abgegeben wird. Eine grosse Flexibilität beim Einsatz der Anlage und eine grosse Vereinfachung beim Aufbau und Umbau wird dadurch erreicht, dass für mehrere Module (M1, M2,.., Mn) ein aus Sammelrohren (21,..,24) aufgebauter, gemeinsamer Kollektor (K) vorgesehen ist, an welchen die Module (M1, M2,.., Mn) lösbar angeschlossen sind, und der die Module (M1, M2,.., Mn) mit dem jeweiligen gemeinsamen Sekundärkreis verbindet

Description

Modulare klimatechnische Anlage sowie Verfahren zu deren Betrieb
Es ist seit längerem bekannt (US-B 1-6, 185,946), in Klimaanlagen eine Mehrzahl von gleichartigen Untersystemen parallel zu schalten und arbeiten zu lassen, um den Gesamtwir- kungsgrad der Anlage zu steigern, wobei während des Betriebs je nach den Erfordernissen Untersysteme an- oder abgeschaltet werden, Über die Art der Parallelschaltung werden im Einzelnen keine weiteren Aussagen gemacht.
Es ist weiterhin eine Vorrichtung zum Temperieren einer Flüssigkeit bekannt (DE-93 19 004U), bei der eine Mehrzahl von aneinander anbaubaren, jeweils eine Kältemaschine ent- haltenden Kühleinheiten vorhanden sind, wobei der Vor- und Rücklaufweg für die zu temperierende Flüssigkeit stückweise durch die einzelnen Kühleinheiten zusammengesetzt wird. Entsprechend ist es unmöglich, die Anlage zu erweitem oder eine Kühleinheit auszutauschen, ohne den Betrieb der Gesamtanlage einzustellen. Dasselbe gilt auch für die in der DE- A1-36 13 535 offenbarte modulare Behandlungsvorrichtung für Fluide.
Aus der EP-A2-1 072 849 ist eine Kälteanlage mit indirektem Kühlsystem bekannt, bei dem eine Mehrzahl von eigenständigen Primärmodulen einen Primärkreislauf bilden, der mit entsprechenden Sekundärkreisläufen verbunden ist. Die Primärmodule werden in einem die Primärmodule aufnehmenden Rahmen angeordnet und über ein auf die Primärmodule abgestimmtes Anschlusssystem an den Sekundärkreislauf bzw. die Sekundärkreisläufe ange- schlössen. Das Anschlusssystem umfasst einerseits die Stromversorgung und andererseits einfach handhabbare Anschlussstellen an den jeweiligen \/or- und Rücklauf des Sekundärkreislaufs. Damit wird erreicht, dass die kältetechnischen Einrichtungen in den (gekapselten) Primärmodulen konzentriert sind, und die übrigen Anschluss- und Wartungsarbeiten von kältetechnisch nicht geschultem Personal durchgeführt werden können. Über die konstrukti- ve Ausgestaltung des Anschlusssystems und der Sekundärkreisläufe werden keine näheren Angaben gemacht.
Aus der WO-Al-2004/020918 des Anmelders ist schliesslich eine klimatechnische Anlage bekannt, bei der durch Modulbauweise (Kältesätze), Frequenzregelung der Kältemittelver- dichter, Parallelschaltung der Kältemittelverdichterkreisläufe, Zweistufenverdampfung mit interner Flüssigkeitsunterkühlung und Saugdampfüberhitzung, Zwei- oder Mehrstufenunterkühlung, Verlagerung und Speicherung der Kälteenergie von Zeiten mit wenig Bedarf nach Zeiten mit hohem Bedarf, integrierte Abwärmenutzung, Kaskaden- und Notbetrieb auf Modul-, Anlagen- oder Systemebene besondere Vorteile bzgl. Betriebssicherheit, Betriebskosten, Unterhaltskosten, einfacher Anlagentechnik, einfacher Leistungsanpassung an benötigte Kälteleistung (Ausbauetappen) und einfache und flexible Anpassung an mögliche Abwärmenutzungen erzielt werden. Auch hier werden über die konstruktive Ausgestaltung des Gesamtsystems keine näheren Angaben gemacht.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine modular aufgebaute klimatechnische Anlage zu schaffen, die sich einfach und ohne Schwierigkeiten in normalen Räumen aufbauen lässt, sich leicht an unterschiedliche klimatechnische Anforderungen anpassen lässt, und insbesondere einen Austausch von Modulen bzw. ein Hinzufügen von weiteren Modulen bei laufendem Betrieb ermöglicht, sowie ein Verfahren zu deren Betrieb anzugeben.
Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale der Ansprüche 1 , 19 und 20 gelöst.
Wesentlich für die Erfindung ist, dass für mehrere Module ein aus Sammelrohren aufgebauter, gemeinsamer Kollektor vorgesehen ist, an welchen die Module lösbar angeschlossen sind, und der die Module mit dem jeweiligen gemeinsamen Sekundärkreis verbindet. Der Kollektor bildet eine eingeständige Einheit, die einen oder mehrere vollständige Sekundär- kreisläufe zur Verfügung stellt, an die bei Bedarf Module angeschlossen oder abgehängt werden können, ohne dass die Sekundärkreisläufe unterbrochen oder beeinträchtigt werden.
Eine Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass sich der Kollektor mit seinen Sa mmel röhren horizontal in einer Längsrichtung erstreckt, dass am Kollektor in der Längsrichtung eine Reihe von Aufnahmeräumen zur Aufnahme von Modulen vorgesehen sind, dass die Sammelrohre über mehrere Aufnahmeräume durchgehend ausgebildet sind, und dass zum Anschluss der Module an die Sammelrohre im Bereich eines Aufnahmeraumes jeweils entsprechende Abgänge an den Sammelrohren vorgesehen sind. Hierdurch ergibt sich auf besonders einfache Weise die Möglichkeit, mehrere Kollektoren hintereinander zu schalten, wenn noch mehr Module in die Anlage mit einbezogen werden sollen. Dazu können die Kollektoren insbesondere aneinanderreihbar ausgebildet sein.
Gemäss einer anderen Ausgestaltung umfasst der Kollektor ein sich in der Längsrichtung erstreckendes, auf dem Boden stehendes Rahmengestell, in welchem die Aufnahmeräume zur Aufnahme der Module frei gelassen sind, wobei die Sammelrohre am Rahmengestell befestigt sind. Insbesondere sind die Sammelrohre im Rahmengestell oberhalb der Aufnahmeräume zur Aufnahme der Module gelagert, wobei die Sammelrohre im Rahmengestell in mehreren übereinander liegenden Ebenen gelagert sind. Dies erlaubt einen einfachen Einbau bzw. Austausch der Module, ohne dass Befestigungen an der Decke oder anderweitig im zugehörigen Raum notwendig sind.
Vorzugsweise weist der Kollektor pro Sekundärkreis jeweils zwei Sammelrohre für den Vorlauf bzw. Rücklauf des zugehörigen Sekundärmediums auf, wobei die Sammelrohre für den Vorlauf und die Sammelrohre für den Rücklauf auf unterschiedlichen Ebenen gelagert sind.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass jedem der Module wenigstens ein, Regelmittel, insbesondere Regelventile, enthaltender Regelkreis zugeordnet ist, dass der Regelkreis hydraulisch zwischen dem zugehörigen Modul und den Sammelrohren angeordnet ist, und dass der Regelkreis am Rahmengestell befestigt ist. Hierdurch ist eine Modularisierung und Vormontage der regeltechnischen Einrichtungen möglich, welche den Aufbau und die Anpassung der Anlage stark vereinfacht.
Vorzugsweise steht jedes Modul in seinem Aufnahmeraum eigenständig auf dem Boden, und die zugehörigen Regelkreise sind auf der einen Seite direkt an die Abgänge der Sammelrohre und auf der anderen Seite über Schlauchverbindungen an das Modul angeschlossen. Dadurch wird eine elektrische und schwingungsmechanische Entkopplung von Modulen und Kollektor ermöglicht. Darüber hinaus können Abweichungen in der Schnittstellengeo- metrie aufgefangen werden.
Insbesondere kann wenigstens einer der Regelkreise eine Pumpe umfassen, die in einem der Sekundärkreise des zugehörigen Moduls angeordnet ist. Es ist aber auch denkbar, pro Sekundärkreis eine zentrale Pumpe vorzusehen und auf lokale Pumpen in den Regelkreisen zu verzichten.
Vorzugsweise ist jedes Modul in einem eigenen Rahmengestell untergebracht ist und steht mit am Rahmengestell angeordneten, justierbaren Füssen auf dem Boden, so dass Ein- und Ausbau des Moduls sehr einfach sind.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Sammelrohre des Kollektors so dimensioniert ist, dass der Gesamtquerschnitt der zu den Modu- len führenden Abgänge des Sammelrohres kleiner ist als der Querschnitt des Sammelrohres selbst
Weiterhin ist mit Vorteil zur Versorgung der Module bzw. der zugehörigen Regelkreise mit elektrischer Energie und Steuersignalen jeweils ein Schaltschrank vorgesehen, wobei die Schaltschränke vorzugsweise jeweils am zugehörigen Modul befestigt sind. Ist der Schaltschrank am Modul befestigt, kann er mit Vorteil mit dem Modul zusammen als eine vorgefertigte und verdrahtete Einheit ausgeliefert werden. Fällt ein Modul aus, kann der Schaltschrank vor Entfernung des Moduls vom Modul abgebaut und provisorisch an den Kollektor gehängt werden.
Zur elektrischen Verbindung zwischen den Modulen und den zugehörigen Schaltschränken ist jeweils wenigstens ein Steuerkabel und ein Anschlusskabel vorgesehen ist, und dass zumindest die Verbindung mit dem Steuerkabel steckbar ausgebildet ist, um den Einbau und Ausbau eines Moduls zu vereinfachen. Alle Kabel zu den Systemkreisen (Pumpen, Ventile, Frequenzumformer, etc.) und das Kabel von dem Hauptverteiler (Vorsicherung) zum Schaltschrank werden vorzugsweise fest verdrahtet. Ebenso wird das Anschlusskabel vom Schaltschrank zum Verdichter aus Gründen der Einfachheit nicht steckbar ausgeführt, obgleich es grundsätzlich mittels Stecker verbunden werden könnte.
Eine andere Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Module in seinem Kreislauf wenigstens einen Verdichter, ein, insbesondere steuerbares, Einspritzventil, einen Verdampfer und einen Kondensator umfasst, und dass die Aussenabmessungen der Module so gewählt sind, dass sie durch jede Tür mit einem freien Durchgang von 80 cm transportierbar sind. Zusätzlich kann eines oder mehrere Module einen interne Wärmetauscher IWT und ggf. einen Stabilisator aufweisen. Auch kann eines oder mehrere Module zusätzlich ei- nen Enthitzer und/oder einen Unterkühler aufweisen.
Das eine erfindungsgemäss Verfahren zum Betrieb der (nodularen klimatechnischen Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ausfall eines der Module bei laufendem Betrieb die hydraulischen Verbindungen des ausgefallenen Moduls zum Kollektor unterbrochen, das Modul vom Kollektor abgehängt und durch ein neues Modul gleicher Art ersetzt, das neue Modul an den Kollektor angeschlossen und die hydraulischen Verbindungen zum Kollektor wiederhergestellt werden.
Das andere erfindungsgemässe Verfahren zum Betrieb der modularen klimatechnischen Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Veränderung der Charakteristik oder Leistung der Anlage bei laufendem Betrieb die hydraulischen Verbindungen eines ausgewählten Moduls zum Kollektor unterbrochen, das Modul vom Kollektor abgehängt und durch ein neues Modul anderer Art oder Leistung ersetzt, das neue Modul an den Kollektor angeschlossen und die hydraulischen Verbindungen zum Kollektor wiederhergestellt werden, oder ein zusätzliches Modul an den Kollektor angeschlossen wird.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1 das stark vereinfachte Blockschaltbild eines an sich bekannten Kältemoduls;
Fig. I a ein zu Fig. 1 vergleichbares Kältemodul mit zusätzlichem Stabilisator;
Fig. 2 den Anschluss eines vereinfachten Kältemoduls ähnlich Fig. 1 an einen KoI- lektor gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 3 den Anschluss einer Vielzahl von Kältemodulen an einen Kollektor gemäss einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 4 in der Frontalansicht einen aneinanderreihbaren Kollektor mit zwei eingeschobenen Modulen gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfin- düng, wobei die jedem Modul zugeordneten Regelkreise RK nur als Blöcke angedeutet sind; Fig.5 verschiedene Arten von Regelkreisen RK mit und ohne (lokale) Pumpen, wie sie in Fig.4 zum Einsatz kommen; und
Fig.6 in Längsrichtung gesehen die Anordnung aus Fig.4.
Die hier vorgeschlagene Lösung stützt sich zentral auf die Modultechnik. Die Modularität s erstreckt sich dabei durch die gesamte Neuentwicklung und umfasst nach Möglichkeit sämtliche Bereiche. Bei den Kälteerzeugungsmoduleπ (wie in der WO-Al -2004/020918 Früher bereits dargestellt) erstreckt sich die Modularität über den Bereich der Systemanwenduπg: Die gleichartig aufgebauten Module können als Wärmepumpen, Klimaanlagen, Kühlanlagen, Tiefkühlanlagen etc. eingesetzt werden (verschiedene Einsatzbedingungen für verschϊe* lα dene Prozesse sind möglich).
Die Modularität erstreckt sich aber auch über den Bereich der Bauweise: Es werden so oft wie möglich die selben Komponenten eingesetzt. Trotzdem soll auf Anwenderbedürfnisse individuell eingegangen werden können. So kann je nach Prozess und Anweπderwunsch bei identischer Bauweise das Kältemittel geändert werden. Zum Betspiel können die selben Mo- 15 dule mit Rl 34a oder R404a oder entsprechend anderen, geeigneten Kältemittel betrieben werden. Dies hat natürlich jeweils auch andere Leistungen, etc. zur Folge. Je nach Wunsch können verschiedene Verdichterfabrikate in die selben Module eingebaut werden, aber auch verschiedene Verdichterbauarten zur Anwendung kommen, wiez,B. Hubblbenverdichter, Schraubenverdϊchter, Scrollverdichter, etc.
20 In Fig. 1 ist in stark vereinfachter Form ein beispielhaftes Modul M einer Kälteanlage wiedergegeben, wie es in der früheren Anmeldung W0-A1 -2004/020918 (siehe die dortige Fig. 4} beschrieben ist Das Modul M dieses Beispiels umfasst einen Kreislauf 11 für ein Kältemittel mit einem Verdichter 12, einem (geregelten) Eiπspritzveπtil 13 zum Entspannen des Kältemittels, einem Verdampfer 15 und einem Kondensator 17. Zusätzlich ist ein Interner
25 Wärmetauscher (IWT) 14 vorgesehen, der insbesondere als zweite Verdampfuπgsstufe arbei- ten kann, um den Betrieb zu stabilisieren, wenn mit einer grossen thermischen Länge des Wärmetauschers gearbeitet wird. Des weiteren können optional ein Enthitzer 16 und ein Unterkühler 18 im Kreislauf 1 1 eingesetzt werden. Wird auf Enthitzer 16 und Unterkühler 18 verzichtet, wird der Kreislauf 1 1 durch die in Fig, 1 gestrichelt eingezeichneten Verbin- dungsleitungen 19 und 20 geschlossen. Zusätzlich kann gemäss Fig. I a zwischen dem Einspritzventil 1 3 und dem Verdampfer 1 5 ein Stabilisator 15' eingebaut werden, um den Kältekreislauf noch weiter zu stabilisieren und unerwünschte Regelschwankungen klein zu halten.
Die Sekundärseiten der Wärmetauscher 1 5,..,18 sind leitungsmässig aus dem Modul M her- ausgeführt und im einfachsten Fall über Absperrventile Vl 1..,V8 an in Fig. 1 nicht gezeigten Sekundärkreise angeschlossen, in denen mittels entsprechender Sekundärmedien die ausgetauschte Wärme bzw. Kälte weitergeleitet und genutzt wird. Zum Verdampfer 1 5 gehört dabei als Sekundärkreis ein Verdampferkreis in dem beispielsweise Sole zu einem Kühlregal oder anderen Kühlstellen geführt wird. Zum Kondensator 17 gehört entsprechend als Se- kundärkreis ein Kondensatorkreis, der die beim Kondensieren entstehende Wärme an die Umgebung abführt oder anderweitig nutzt. Diese beiden Sekundärkreise müssen in jedem Fall angeschlossen werden. Sind im Modul M zusätzlich auch noch Unterkühler 18 und Enthitzer 16 eingesetzt, gibt es als zugehörige Sekundärkreise noch einen Unterkühlerkreis und einen Enthitzerkreis.
Gemäss der Erfindung ist nun für mehrere Module ein aus Sammelrohren aufgebauter, gemeinsamer Kollektor vorgesehen, an welchen die Module lösbar angeschlossen sind, und der die Module mit dem jeweiligen gemeinsamen Sekundärkreis verbindet. In Fig. 2 ist diese „Kollektierung" für ein einzelnes Modul M ohne Enthitzer und Unterkühler schematisch dargestellt: Der Kollektor K umfasst mehrere in einer Längsrichtung parallel verlaufende Sam- melrohre 21 , ..,24, die in einem in der Längsrichtung erstreckenden, gemeinsamen Rahmengestell 28 (siehe auch Fig. 4 und 6) untergebracht sind. Zu jedem Sekundärkreis gehört ein Paar von Sammelrohren 21 , 22 bzw. 23, 24, die jeweils dem Vor- und Rücklauf im entsprechenden Sekundärkreis dienen, im Beispiel der Fig. 2 ist das Sammelrohr 21 für den Vorlauf, das Sammelrohr 22 für den Rücklauf im Kondensatorkreis zuständig. Entsprechend ist das Sammelrohr 23 für den Vorlauf, das Sammelrohr 24 für den Rücklauf im Verdampferkreis zuständig. Die Sammelrohre 21 , ..,24 führen zu in den Figuren nicht dargestellten Anlageteilen, welche die Sekundärkreise jeweils vervollständigen. Sind zusätzlich Enthitzer 16 und Unterkühler 18 vorgesehen, gibt es im Kollektor K Sammelrohre für die zugehörigen Sekundärkreise (in Fig. 6 bezeichnet 41 die beiden Sammelrohre für den Rücklauf im Unterkühlerund Enthitzerkreis, 42 bezeichnet die entsprechenden Sammelrohre für den Vorlauf in bei- den Sekundärkreisen).
Der Kollektor K erstreckt sich in Längsrichtung über mehrere Aufnahmeräume (AR, in Fig. 3 gestrichelt eingezeichnet), die in Längsrichtung hintereinander aufgereiht sind und jeweils für die Aufnahme eines der standardisierten Module M ausgelegt sind. In jeden der Aufnahmeräume AR kann bei Bedarf ein Modul M eingeschoben und an die Sammelrohre 21 ,..,24 angeschlossen werden, um die Kälteleistung des Gesamtsystems zu erhöhen oder (z.B. in Form einer Wärmepumpe) andere thermische oder klimatechnische Funktionen bereitzustellen. Ebenso kann ein in einem Aufnahmeraum stehendes Modul M bei Funktionsausfall oder mangelndem Bedarf von den Sammelrohren 21 ,..,24 abgehängt und ausgetauscht oder ersatzlos ausgebaut werden. Alle diese Veränderungen im System können vor- genommen werden, ohne dass der Betrieb der mehrere Module M umfassenden Gesamtanlage unterbrochen werden muss. Es ändert sich lediglich der Massenstrom in den Sammelrohren gemäss dem Anteil des betreffenden Moduls am Gesamtsystem.
In Fig. 3 ist im vereinfachten Blockschaltbild eine modulare klimatechnische Anlage 10 gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben. Die Modularität im System- bau basiert im Wesentlichen auf folgenden Modulkomponenten, welche individuell einzeln oder mehrfach an Anwender- oder Prozessbedürfnisse angepasst werden können: • Rahmengestel! (34 in Fig. 4)
• Verdichter 1 2
• Wärmetauscher 14,..,18 (Wärmetauscherblock)
• Einspritzventil 13 • Kältemittel
• Schaltschrank SSl , ..,SSn
Das Konzept, die Verrohrungen, die Isolation, die Sicherheitseinrichtungen, etc, des Moduls M bleiben dabei immer (soweit möglich) gleich,
Die einzelnen Module Ml , ..,Mn werden zu Systemen (Anlage 10) zusammengebaut (kollek- tiert), wobei im Weiteren einzelne zusammengebaute Systeme wiederum zu Crosssystemen miteinander verbunden werden können. Je nach Prozessanforderung genügt ein oder mehrere Module, welche zu einem System kollektiert werden. Die einzelnen Module können (müssen aber nicht) in Leistung oder Bauweise identisch sein. Die Systemgrösse ist abhängig vom Sekundärmedium (Wasser, Propylen, Ethylen, etc.), der maximalen Kälte- resp. Wärmeleis- tung (Kondensationsleistung), der gewünschten oder geforderten Temperaturdifferenz des Sekundärmediums resp. dem geförderten Massenstrom und der damit verbundenen Strömungsgeschwindigkeit. Als Standard für die Sammelrohre 211..,24 wird dabei vorzugsweise ein Leitungsquerschnitt mit einem Durchmesser von DN 150mm verwendet. Es kann dann eine entsprechende Anzahl Module M mit kleiner Leistung oder eine kleinere Anzahl Module M mit grosser Leistung an einen Kollektor K angebunden werden.
Die einzelnen Module M sind von den äusseren Abmessungen her so ausgelegt, dass sie durch jede Türe mit einem freien Durchgang von 80 cm passen. Damit ist gewährleistet, dass eine Anlage 10 der beschriebenen Art ohne spezielle bauliche Veränderungen in einem „normalen" Raum zusammengebaut werden kann. Entsprechend soll auch der Kollektor in jedem „normalen" Raum aufgebaut werden können. Es wird deshalb eine Bodenabstützung des Kollektors K verwendet (siehe Fig. 4 und 6), welche zusätzlich den Vorteil hat, dass keine Deckeninstallationen notwendig sind und Konflikte mit anderen an der Decke montierten klimatechnischen oder elektrische Einrichtungen vermieden werden. Die maximale Höhe des Kollektors K ist vorzugsweise so begrenzt, dass eine Aufstellung in einem Raum mit einer Raumhöhe von 2,50 Meter möglich ist.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 sind mehrere in entsprechenden Aufnahmeräumen AR des Kollektors K untergebrachte Module Ml , ..,Mn über zugehörige Regelkreise RK an den Kollektor K mit seinen Sammelrohren 211..,24 angeschlossen. Weitere Sammelrohre im Kollektor K für allfällige Enthitzer- oder Unterkühlerkreise sind hier der Einfachheit halber nicht ge- zeigt, werden aber in Fig. 6 dargestellt (Sammelrohre 41 , 42). In den Regelkreisen RK sind Ventile angedeutet, die Absperr- und/oder Regelfunktionen übernehmen. Der tatsächliche innere Aufbau von solchen Regelkreisen RK ist in Fig. 5 in vier verschiedenen Varianten beispielhaft gezeigt.
Die elektrische Versorgung und Steuerung der einzelnen Module Ml ,..,Mn erfolgt über zugeordnete Schaltschränke SSI , ..,SSn, die über separate Zuleitungen 25 an eine (nicht dargestellte) Hauptverteilung angeschlossen sind und über (vorzugsweise steckbare ) Steuerkabel 26 und (vorzugsweise fest verdrahtete) Anschlusskabel 27 (für die Stromversorgung des Verdichters 12) mit dem jeweiligen Modul verbunden sind. Elektroanschlüsse 26a für allfällige Pumpen, Ventile etc. verbinden die jeweiligen Regelkreise RK mit dem jeweiligen Modul- Schaltschrank. Die einzelnen Module Ml 1..,Mn können mit ihren Schaltschränken SSl ,..,SSn über einen gemeinsamen Datenbus 39 verbunden sein. Die Schaltbefehle EIN und AUS, der Sammelalarm etc. können so auf einen so genannten „Master" übertragen werden bzw. kommen von dort.
Der bevorzugte Aufbau des Kollektors K ist in den Fig. 4 bis 6 für die klimatechnische AnIa- ge 30 dargestellt. Der Kollektor K mit seinem Rahmengestell 28 wird vom Boden her auf Konsolen abgestützt. Er weist (wie die Module M auch) Füsse 33 zum Nivellieren bei Bodenunebenheiten auf. Die Sammelrohre 21 ,..,24 (bzw.41, 42 in Fig. 6), die am Rahmengestell (28) befestigt sind, sind über mehrere Aufnahmeräume AR durchgehend ausgebildet. Zum Anschluss der Module M, Ml , M2 an die Sammelrohre 21....24; 41 , 42 sind im Bereich eines Aufnahmeraumes AR jeweils entsprechende Abgänge 32 an den Sammelrohren 21 ,..,24; 41 , 42 vorgesehen. Die Sammelrohre 21 ,..,24; 41 , 42 sind im Rahmengestell 28 oberhalb der Aufnahmeräume AR zur Aufnahme der Module M, Ml , M2 in mehreren übereinander liegenden Ebenen gelagert. Der Kollektor K weist pro Sekundärkreis jeweils zwei Sammelrohre 21 , 22 bzw. 23, 24 bzw. 41 bzw. 42 für den Vorlauf bzw. Rücklauf des zugehörigen Sekun- därmediums auf. Die Sammelrohre 21 , 23, 42 für den Vorlauf und die Sammelrohre 22, 24, 41 für den Rücklauf sind dabei auf unterschiedlichen Ebenen mit entsprechenden 31 bzw. 29 gelagert. Die Sammelrohre 21,..,24 des Kollektors K sind so dimensioniert (DN 150mm), dass der Gesamtquerschnitt der abgehenden Rohre (Abgänge 32) auf die Module M, MI , M2 kleiner ist als der Gesamtquerschnitt des Kollektors K (gleichmässige Verteilung auf alle abgehenden Rohre).
Der Kollektor K kann mittels entsprechender Flansche, Straub-Kupplungen etc. an beiden Enden angeschlossen werden. Hierdurch ist auch eine Aneinanderreihung mehrere Kollektoren K möglich. Das Material des Kollektors K (der Sammelrohre) kann je nach Einsatzbedingungen unterschiedlich sein, wie z.B.: • Edelstahl
• Kunststoff
• Kupfer
• Stahl schwarz
• Stahl verzinkt Die Module M, MI1 M2 weisen im Beispiel der Fig. 4 bis 6 jeweils vier Sekundärkreise auf, wobei die ersten beiden in jedem Fall, die letzten beiden aber je nach Systemanforderungen unter Umständen nicht angeschlossen werden müssen:
• Verdampferkreis (Kühlen) muss angeschlossen werden • Kondensatorkreis (Wärme) muss angeschlossen werden
• Unterkühlerkreis (optional, freibleibend)
• Enthitzerkreis (optional, freibleibend)
Je nach Temperaturbereich und verwendeten Prozessen werden keine, einzelne oder alle Leitungen entsprechend den jeweiligen Anforderungen isoliert. Der Kollektor K kann auf „heutige Bedürfnisse" gebaut und später, wenn erweitert werden soll, entsprechend erweitert werden (Anfügen eines weiteren Kollektors am bestehenden Kollektorende).
Die Steuerung und Regelung der einzelnen Sekundärkreise ist modular mit einzelnen Regelkreisen RKI (RK in Fig. 5) aufgebaut und kann schnittstellengerecht vorgefertigt werden. Es kann dabei unterschieden werden, ob pro Modul und Sekundärkreis je eine Pumpe 37, 38 oder jeweils eine zentrale Pumpe und/oder je nach Prozess zum Beispiel der Unterkühlerkreis mit einer Zentralpumpe für alle Module und die anderen Sekundärkreise mit jeweils einer eigenen Pumpe pro Modul ausgestattet werden sollen. Entsprechend (je nach Prozess) werden Zwei-, Drei-, Absperr- und/oder Strangregulierventile eingebaut (Fig. 5). Enthitzerund Unterkühlerkreise, die in den Modulen M, Ml , M2 vorbereitet sind, können auch zu einem späteren Zeitpunkt angeschlossen werden.
Der Kollektor K hat immer definierte Schnittstellen, und setzt sich je nach Anforderung aus unterschiedlichen Modulen zusammen:
• Er ist für zwei oder mehr (bis zur maximal möglichen Zahl) Module M ausgelegt. Die Schnittstelle ist definiert über ein Handventil (Kugelventil, etc.) und eine anschlies- sende lösbare Verbindung (Flansch, etc.). • Das Minimum der kollektierten Sekundärkrerse sind zwei Kreise (Verdampfer- und Kondensatorkreise), 4 Sammelrohre DN 150mm.
• Je nach Prozess werden unterschiedliche Regelkreise RK, passend auf die jeweiligen Schnittstellen, eingesetzt. • Gemäss Fig. 6 sind Schlauchverbindungen 36 zu den Modulen M vorgesehen, welche Masstoleranzen zwischen Modul M und Kollektor K ausgleichen, unterschiedliche Metalle galvanisch voneinander Trennen (elektrische Trennung, Potentialausgleich) und Vibrations- und Pulsationsübertragung zwischen den Modulen M und dem Kollektor K verhindern.
Die Schaltschränke (SS in Fig. 6) sind ebenfalls modular aufgebaut. Die Steuerkabel (26 in Fig. 3) zwischen Modul M und Schaltschrank SS werden über Stecker geführt, das Verdichteranschlusskabel 27 ist fest verdrahtet. Die einzelnen Schaltschränke SS weisen identische Steuer- und Regelkomponenten auf (je nach Prozessanforderung). Ein Master gibt über den Datenbus 39 die jeweiligen (EIN/AUS)-Befehle im Automatikbetrieb. Ein, zwei oder alle Module M können mit einem Frequenzumformer ausgerüstet werden (auch nachträglich), wie er in Fig. 4 der WO-Al -2004/020918 gezeigt ist. Beim Wechseln eines Moduls M verbleibt der (zunächst am Modul befestigte) Schaltschrank SS vor Ort und nur die Module werden gewechselt (Steuerteil steckbar, Kraftteil auf Klemmen geführt). Die Absicherung der Module M ist „bauseits" vom Unterverteiler her realisiert.
Insgesamt sind die Hauptkomponenten der vorgeschlagenen Kollektierung:
• klimatechnisches Modul (Kältemodule, Wärmepumpenmodule etc.)
• Schaltschrank (pro Modul)
• Traggestell (Rahmengestell) Kollektor
• Sammelrohre mit definierten Schnittstellen • Regel- und Steuerungskomponenten (Ventile, Pumpen, etc.) • Schlauchverbindungen
Sollen die Module im Laufe ihrer Lebensdauer anders eingesetzt werden (Prozessänderungen, Standortwechsel, Erweiterungen, etc.) können die Module und die Kollektierung einfach angepasst und weiter verwendet werden, wobei ein Raum mit Standartmassen als Aufstel- lungsort für die Anlage 10 bzw. 30 genügt. Kleinere Module (leistungsmässig) können später problemlos gegen Module mit grosserer Leistung ausgetauscht werden,
Bezugszeichenliste
10,30 klimatechnische Anlage (modular)
11 Kreislauf
12 Verdichter
13 Einspritzventil
14 interner Wärmetauscher (IWT)
15 Verdampfer
15' Stabilisator
16 Enthitzer
17 Kondensator
18 Unterkühler
19,20 Verbindungsleitung
21 ,22 Sammelrohr (Kondensatorkreis)
23,24 Sammelrohr (Verdampferkreis)
25 Zuleitung
26 Steuerkabel (steckbar)
26a Elektroanschluss
27 Anschlusskabel (zum Verdichter, fest verdrahtet)
28 Rahmengestell (Kollektor)
29,31 Tragschiene
32 Abgang
33 Fuss (Rahmengestell)
34 Rahmengestell (Modul)
35 Fuss (Modul)
36 Schlauchverbindung
37,38 Pumpe (Modul)
39 Datenbus
40 Anschlussleitung (fest verdrahtet)
41 Sammelrohr (Rücklauf)
42 Sammelrohr (Vorlauf)
AR Aufnahmeraum
K Kollektor M,M',Ml,M2,Mn Modul
RK,RK1,RK2 Regelkreis
SS1SSl, SS2,SSn Schaltschrank
W1VB Ventil

Claims

Patentansprüche
1. Modulare klimatechnische Anlage (10, 30), insbesondere zur Kälte- und/oder Wärmeerzeugung, umfassend ein oder mehrere Module (M, M1, Ml , M2,.., Mn), in welchen Modulen (M, M', Ml , M2,.., Mn) jeweils ein Arbeitsmedium bzw. Kältemittel in einem
Kreislauf (1 1 ) verdichtet, verflüssigt, entspannt und wieder verdampft wird, und die dabei erzeugte Wärme bzw. Kälte über Wärmetauscher (15,.., 18) an entsprechende Sekundärkreise abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass für mehrere Module (M1 M1, MI , M2,.., Mn) ein aus Sammelrohren (21 ,..,24; 41 , 42) aufgebauter, gemein- samer Kollektor (K) vorgesehen ist, an welchen die Module (M, M', Ml , M2,„, Mn) lösbar angeschlossen sind, und der die Module (M, M1, MI , M2,.., Mn) mit dem jeweiligen gemeinsamen Sekundärkreis verbindet.
2. Modulare klimatechnische Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kollektor (K) mit seinen Sammelrohren (211. ,,24; 41 , 42) horizontal in einer Längsrichtung erstreckt, dass am Kollektor (K) in der Längsrichtung eine Reihe von
Aufnahmeräumen (AR) zur Aufnahme von Modulen (M, M', MI , M2,.., Mn) vorgesehen sind, dass die Sammelrohre (21 ,.., 24; 41 , 42) über mehrere Aufnahmeräume (AR) durchgehend ausgebildet sind, und dass zum Anschluss der Module (M, M1, MI , M2,.., Mn) an die Sammelrohre (21 ,.., 24; 41 , 42) im Bereich eines Aufnahmeraumes (AR) jeweils entsprechende Abgänge (32) an den Sammelrohren (21,..,24; 41, 42) vorgesehen sind.
3. Modulare klimatechnische Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor (K) ein sich in der Längsrichtung erstreckendes, auf dem Boden stehendes Rahmengestell (28) umfasst, in welchem die Aufnahmeräume (AR) zur Aufnahme der Module (M, M', Ml 1 M2,.., Mn) frei gelassen sind, und dass die Sammelrohre (21 ,.., 24; 41 , 42) am Rahmengestell (28) befestigt sind.
4. Modulare klimatechnische Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelrohre (21 ,..,24; 41 , 42) im Rahmengestell (28) oberhalb der Aufnahmeräume (AR) zur Aufnahme der Module (M, M1, Ml , M2,.., Mn) gelagert sind.
5. Modulare klimatechnische Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelrohre (211..,24; 41 , 42) im Rahmengestell (28) in mehreren übereinander liegenden Ebenen (29, 31 ) gelagert sind.
6. Modulare klimatechnische Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor (K) pro Sekundärkreis jeweils zwei Sammelrohre (21 , 22 bzw. 23, 24 bzw.
41 bzw. 42) für den Vorlauf bzw. Rücklauf des zugehörigen Sekundärmediums aufweist, und dass die Sammelrohre (21 , 23, 42) für den Vorlauf und die Sammelrohre (22, 24, 41 ) für den Rücklauf auf unterschiedlichen Ebenen gelagert sind.
7. Modulare klimatechnische Anlage nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass jedem der Module (M, M', Ml , M2,.., Mn) wenigstens ein, Regelmittel, insbesondere Regelventile, enthaltender Regelkreis (RK, RKl , RK2) zugeordnet ist, dass der Regelkreis (RK, RKl , RK2) hydraulisch zwischen dem zugehörigen Modul und den Sammelrohren (21 ,..,24; 41 , 42) angeordnet ist, und dass der Regelkreis (RK, RKl , RK2) am Rahmengestell (28) befestigt ist.
8. Modulare klimatechnische Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass . jedes Modul (M1 M1, Ml , M2,.., Mn) in seinem Aufnahmeraum (AR) eigenständig auf dem Boden steht, und dass die zugehörigen Regelkreise (RK, RKl , RK2) auf der einen Seite direkt an die Abgänge (32) der Sammelrohre (21 ,..,24; 41 , 42) und auf der anderen Seite über Schlauchverbindungen (36) an das Modul angeschlossen sind.
9. Modulare klimatechnische Anlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Regelkreise (RK1 RKl , RK2) eine Pumpe (37, 38) umfasst, die in einem der Sekundärkreise des zugehörigen Moduls angeordnet ist.
10. Modulare klimatechnische Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Modul (M, M1, Ml , M2,.., Mn) in einem eigenen Rahmengestell (34) untergebracht ist und mit am Rahmengestell (34) angeordneten, justierbaren Füssen (35) auf dem Boden steht.
11. Modulare klimatechnische Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Sammelrohre (21 , ..,24; 41, 42) des Kollektors (K) so dimensioniert ist, dass der Gesamtquerschnitt der zu den Modulen (M, M1, Ml , M2,.., Mn) führenden Abgänge (32) des Sammelrohres kleiner ist als der Querschnitt des Sammelrohres selbst.
12. Modulare klimatechnische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge- kennzeichnet, dass zur Versorgung der Module (M, M', MI , M2,.., Mn) bzw. der zugehörigen Regelkreise (RK, RKl , RK2) mit elektrischer Energie und Steuersignalen jeweils ein Schaltschrank (SS, SSl , SS2,.., SSn) vorgesehen ist.
13. Modulare klimatechnische Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltschränke (SS, SSl, SS2,.., SSn) jeweils am zugehörigen Modul (M, M', Ml , M2,.., Mn) befestigt sind.
14. Modulare klimatechnische Anlage nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur elektrischen Verbindung zwischen den Modulen (M, M', Ml , M2,.., Mn) und den zugehörigen Schaltschränken (SS, SSl , SS2,.., SSn) jeweils wenigstens ein Steuerkabel (26) und ein Anschlusskabel (27) vorgesehen ist, und dass zumindest die Verbindung mit dem Steuerkabel (26) steckbar ausgebildet ist.
15. Modulare klimatechnische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Module (M1 M', Ml 1 M2,.., Mn) in seinem Kreislauf (1 1 ) wenigstens einen Verdichter (12), ein, insbesondere steuerbares, Einspritzventil (13), einen Verdampfer (15) und einen Kondensator (17) umfasst, und dass die Aussenab- messungen der Module (M1 M', MI , M2,.„ Mn) so gewählt sind, dass sie durch jede Tür mit einem freien Durchgang von 80 cm transportierbar sind.
16. Modulare klimatechnische Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eines oder mehrere Module zusätzlich einen interne Wärmetauscher IWT (14) und einen Stabilisator (15") aufweisen.
17. Modulare klimatechnische Anlage nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass eines oder mehrere Module zusätzlich einen Enthitzer (16) und/oder einem Unterkühler (18) aufweisen.
18. Modulare klimatechnische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollektoren (K) aneinanderreihbar ausgebildet sind.
19. Verfahren zum Betrieb einer modularen klimatechnischen Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ausfall eines der Module (M, M', MI, M2,.., Mn) bei laufendem Betrieb die hydraulischen Verbindungen des ausgefallenen Moduls zum Kollektor (K) unterbrochen, das Modul vom Kollektor (K) abgehängt und durch ein neues Modul gleicher Art ersetzt, das neue Modul an den Kollektor (K) angeschlossen und die hydraulischen Verbindungen zum Kollektor (K) wiederhergestellt werden.
20. Verfahren zum Betrieb einer modularen klimatechnischen Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zur Veränderung der Charakteristik oder Leistung der Anlage bei laufendem Betrieb die hydraulischen Verbindungen eines ausgewählten Moduls zum Kollektor (K) unterbrochen, das Modul vom Kollektor (K) abgehängt und durch ein neues Modul anderer Art oder Leistung ersetzt, das neue Modul an den Kollektor (K) angeschlossen und die hydraulischen Verbindungen zum Kollektor (K) wiederhergestellt werden, oder ein zusätzliches Modul an den Kollektor (K) angeschlossen wird.
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