EP2317254A2 - Explosion-proof cooling assembly with combustible cooling agent - Google Patents
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- EP2317254A2 EP2317254A2 EP10176047A EP10176047A EP2317254A2 EP 2317254 A2 EP2317254 A2 EP 2317254A2 EP 10176047 A EP10176047 A EP 10176047A EP 10176047 A EP10176047 A EP 10176047A EP 2317254 A2 EP2317254 A2 EP 2317254A2
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- explosion
- refrigerant
- evaporator
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- F25B49/005—Arrangement or mounting of control or safety devices of safety devices
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- F25B29/00—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously
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- F25B5/00—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
- F25B5/02—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in parallel
Definitions
- the invention relates to an explosion-proof refrigeration system with combustible refrigerant.
- the refrigerant circuit of the refrigeration system is disposed within a housing, which also has a suction device and a gas sensor.
- a control device ensures that upon reaching a predetermined concentration of refrigerant gas in the atmosphere of the enclosure all disposed within the housing components of the explosion-proof refrigeration system are disconnected from the power supply and the operation of an explosion-proof fan is triggered.
- the refrigeration system is used for cooling, air conditioning and heating and includes a heat pump circuit.
- the equipment When using flammable refrigerants, for example hydrocarbons, such as propane, butane or the like, in refrigeration systems, the equipment may pose an explosion hazard. As a result of leaks, the combustible refrigerant can escape from the supposedly dense refrigerant circuit and, in conjunction with the oxygen from the ambient air, create an explosive atmosphere.
- flammable refrigerants for example hydrocarbons, such as propane, butane or the like
- the combustible substance In order to create an explosive atmosphere, the combustible substance must be present in an appropriate mixing ratio with oxygen. In addition, the presence of a corresponding ignition source is necessary for the triggering of an explosion. In addition to open flames, hot surfaces or visible sparks generated electrically or mechanically, discharges of static electricity, such as even very small ignition energies through clothing, electrical equalizing currents, ultrasound, electromagnetic radiation, shockwaves and adiabatic compression, can trigger explosions.
- ATEX Europe Directive requires operators of equipment to avoid explosions and to ensure adequate protection.
- ATEX stands for "ATmosphere EXplosive" and applies to all machine components and controls used in explosive atmospheres.
- the ATEX directives 94/9 / EC and 1999/92 / EC have priority over machine guidelines and must always be applied.
- the ATEX guidelines require documentation on the frequency of occurrence of an explosive atmosphere and their spatial delimitation. These areas should be zoned according to the specification. Furthermore, it must be ensured that only the correct category is used in this zone type corresponding components. Once an area is classified as dangerous, it will determine the necessary restrictions on potential sources of ignition that might be present in that area.
- the secondary explosion protection includes the use of appropriate equipment, components and materials or instructions for the stay in hazardous areas.
- the third measure is to limit the effects of an explosion to an acceptable level. For this purpose, appropriate encapsulations of the system or its installation site must be taken into account.
- All equipment installed in an explosive atmosphere must comply with the ATEX conditions as far as they are operated within the European Union. According to the ATEX guidelines, all electrical and electrical systems are basically to consider mechanical devices.
- the equipment referred to in Directive 94/9 / EC includes machinery, equipment, stationary or portable equipment, control and equipment components and warning and preventive systems, used individually or in combination to generate, transmit, store, measure, regulate and convert energies and / or or intended for the processing of materials and have their own potential sources of ignition and thereby may cause an explosion into consideration.
- a refrigeration system such as compressors, evaporators and condenser, but also valves, pressure gauges, sensors and the like, fall within the scope of the ATEX directives.
- components marked accordingly and provided with the required documentation for example the manufacturer's relationship or declaration of conformity, must be used by the plant manufacturer.
- the explanations of the component manufacturers relate only to the individual components. It is assumed that during installation and during operation the corresponding installation standards as well as installation and operating instructions, for example the operating instructions, are complied with.
- the interactions between different components of the refrigeration system with the environment, especially with regard to potential sources of ignition, must be assessed by the system manufacturer. If the assessment is positive, the plant manufacturer must provide a corresponding explanation for the equipment group or installation. The operator must report the equipment to the supervising body and request any necessary acceptance.
- the operator obligations also include the creation of a so-called explosion protection document. This is regulated in the ATEX 137. This includes, among other things, an assessment of the explosion risks. Depending on the frequency and duration of the occurrence of an explosive atmosphere, potentially explosive areas must be divided into zones and marked accordingly.
- Refrigerant systems with flammable refrigerants for example hydrocarbons, such as propane, butane or the like, thus fall within the scope of the ATEX directives for the intended use of equipment and protective systems in potentially explosive atmospheres.
- hydrocarbons such as propane, butane or the like
- zoning In this case, at least of zone 2 in the vicinity of the system is usually assumed, since leakage can not be completely excluded. Therefore, according to the ATEX guidelines, certain devices must be used for the declared zone.
- a so-called composite refrigeration system is provided with a variety of evaporators. These systems are used for example in supermarkets in which the evaporators in so-called consumers, such as refrigerators, refrigerators and freezers, are integrated. In this case, cooling capacities are provided at different temperature levels. The different temperature levels cause different pressures during the evaporation of the refrigerant.
- Compound refrigeration systems consist of closed systems consisting essentially of the components evaporator, compressor, condenser and expansion element. The condenser is located at facilities in supermarkets outside the market, surrounded by outside air.
- the arrangement of a refrigerant accumulator is also known, which compensates for the differences in refrigerant amount during operation within the refrigeration system.
- the use of refrigerant accumulators is necessary.
- a sufficient amount of refrigerant must be made available in the refrigerant circuit of a combined refrigeration system so that all evaporators can be adequately supplied, even with maximum refrigeration demand.
- excess refrigerant must be stored.
- the collectors have a disadvantageous large volume, which is charged with refrigerant and with combustible Refrigerant-filled refrigeration systems drastically increases the potential for explosion in the event of leaks.
- the object of the present invention is to provide an explosion-proof refrigeration system with combustible refrigerant.
- the Refrigeration system should be less expensive to install and operate than the systems known in the art.
- the extra effort compared to a comparable refrigeration system with incombustible refrigerant must be minimized.
- the safety of the system especially with regard to explosion protection, to be guaranteed with minimal maintenance.
- the need for refrigerant within the system must be kept to a minimum. An explosion in case of leakage or leakage of the system should be excluded.
- the object is achieved by an explosion-proof refrigeration system.
- the system comprises a housing in which a suction device, a gas sensor and a refrigerant circuit of a refrigeration system are arranged.
- the refrigeration system is enclosed with the refrigerant-carrying, non-explosion-proof components and their connecting elements as a coherent unit of the gas-tight housing, with only designed as a condenser air-pressurized heat exchanger is located outside the housing.
- the refrigerant-carrying components are not formed with a separate explosion protection.
- the suction device has an explosion-proof designed fan, which is also referred to as ATEX fan.
- a control device is additionally provided in such a way that, when a predetermined concentration of refrigerant gas in the atmosphere of the enclosure is reached, all components of the explosion-proof refrigeration system arranged inside the enclosure are switched off and disconnected from the power supply. Thus, there is no direct danger of explosion of these components due to sparking.
- the operation of the explosion-proof fan is triggered. Due to forced ventilation, the enriched with refrigerant gas atmosphere within the housing is spent to the outside, in the environment of the housing. In the environment becomes the refrigerant-air mixture mixed in the shortest possible time with the ambient air and thereby diluted very strong, so that no more danger of explosion of the mixture.
- the concentration of the refrigerant gas in the atmosphere of the enclosure is monitored by means of one or more gas sensors disposed within the enclosure.
- Preferred locations of the gas sensors are areas of possible leakage points of the refrigeration system.
- the arrangement of the gas sensors in the lower part of the enclosure since the refrigerant decreases with greater density than air within the enclosure and accumulates in particular on the ground or near the ground. The gas sensor arranged there would react to the specified increased concentration of refrigerant and trigger the safety procedures for explosion protection.
- the concentration of refrigerant gas in the atmosphere within the enclosure in a very short time is reduced again to a minimum, so that an enrichment of refrigerant up to a explosive atmosphere is avoided.
- the fresh air flows through a ventilation flap, which is located in the lower part of the wall of the enclosure. By sucking in the air from the enclosure when the fan is switched on, the ventilation flap opens automatically. The ventilation flap is closed when the fan is switched off so that it is not possible to exchange air with the environment or to allow fresh air to flow after it.
- Under gas-tight housing within the meaning of the invention is a encapsulation of the explosion-proof refrigeration system from the environment to understand.
- By separating a defined atmosphere is created to determine their composition or the concentrations of their main components well and thus to monitor are.
- connection points of the refrigerant-carrying lines of the outside of the housing arranged capacitor are housed within the housing.
- the refrigerant-carrying lines are soldered or welded at their connection points which are at risk for the occurrence of leakage, so that the possibility of the occurrence of leakage is minimized.
- the guided outside the housing, acted upon with combustible refrigerant lines are preferably made of seamless tubes, which also have no other connection points. Leakage outside the enclosure is thus almost impossible.
- the seamless tubes are passed through openings in the wall of the enclosure through the wall and sealed.
- the explosion-proof fan is advantageously arranged within an air duct, wherein the air duct extends with an open end in the lower region of the enclosure.
- the air duct is a channel in the form of a ventilation duct of an air conditioner to understand, depending on the extracted gas or gas mixture air or a refrigerant-air mixture from the housing leads into the surrounding environment.
- the air duct is advantageously designed in such a way that the refrigerant-air mixture to be sucked out of the lower region of the enclosure is guided outward within the air duct over the upper region of the enclosure.
- the refrigerant escaping from the refrigeration system in the event of an accident or leakage accumulates as air at the bottom of the enclosure due to the greater density and is therefore to be extracted there.
- the air duct in the upper region of the enclosure on an additional tee provides a further opening of the air duct to the atmosphere within the enclosure.
- the air is removed through the opening provided by the T-piece gas-tight housing sucked and discharged into the environment, which in turn leads to the compensation of the air within the gas-tight housing and the environment of the housing.
- This opening is used to equalize the air during normal operation of the refrigeration system, in which the heated air from the components of the refrigerant circuit accumulates in the upper part of the enclosure. The air must therefore not be enriched with refrigerant.
- the upper opening of the air duct on the T-piece advantageously has a controlled ventilation flap which is closed when the fan is switched off and in the event of an accident.
- an additional, not explosion-proof trained fan is disposed within the upper region of an outer wall of the enclosure.
- the fan sucks the air in the enclosure through heat-emitting components of the refrigeration system, such as compressor, heated air, thus balancing the air within the gas-tight housing and the environment.
- the air does not have to be enriched with refrigerant, as in the event of leakage or damage.
- the heat exchangers of the refrigeration system are connected via heat transfer circuits with the consumers, that is, for example, heat exchangers for cooling or heating in the supermarket.
- the heat carriers are circulated by means of pumps between the components in the circuit.
- the pumps are advantageously arranged within the enclosure. Only the connections of the Heat transfer circuits protrude from the gas-tight housing, which simplifies installation.
- the enclosure with dimensions of about 3 m in length, 2 m in height and 2 m in width, advantageously from each other sealed areas or chambers.
- a chamber all components of the refrigeration system and the pumps of the heat transfer medium circuits are arranged.
- This chamber is accessible through openings or doors in a vertically oriented wall of the housing.
- a control cabinet which can also be walked on from outside by a control cabinet door, is likewise arranged in a vertically oriented wall of the enclosure.
- the separated areas of the housing are only accessible from the outside and have no connection within the housing.
- control cabinet there are facilities for controlling the explosion-proof refrigeration system.
- the devices in the control cabinet are always connected to the power supply.
- the components of the refrigeration system and the heat transfer fluid circuits are disconnected from the power supply for safety reasons.
- the enclosure in the lower region or at the bottom is limited by a liquid-tight tub.
- the liquid-tight pan prevents as part of the gas-tight enclosure the uncontrolled exchange of the atmosphere within the enclosure with the environment and on the other hand has the advantage that no liquid can escape from the enclosure, which could be caused for example by the escape of oil , The liquid can then be safely and easily removed as needed.
- the refrigeration system comprising the refrigerant-loaded components and lines and their connecting elements is formed as a coherent compact unit and not destructively dismantled, since the connecting elements are designed as welded or soldered for the occurrence of leakage points welded.
- the arranged inside the housing closed refrigerant circuit of the refrigeration system is advantageously provided on the one hand, the need for cooling capacities at different temperature levels and, secondly, the need for heat output of a system of heat recovery.
- the refrigerant circuit of the refrigeration system has in the flow direction of the refrigerant at least one compressor unit, a heat exchanger, which serves for the heat recovery, an air-charged capacitor, a collector, an expansion element and an evaporator.
- a heat exchanger which serves for the heat recovery
- an air-charged capacitor a collector
- an expansion element a heat exchanger
- an evaporator of an integrated heat pump circuit with an upstream expansion element is additionally integrated, which is designed according to the concept luftbeaufschlagt.
- the evaporator of the heat pump circuit according to the invention with the condenser of the refrigeration system coupled thermally conductive. This double-acting heat exchanger is also referred to below as an integrated condenser-evaporator.
- the operation of the system depends, among other things, on the ambient temperature and thus on the services to be provided for heating and cooling.
- the evaporator of the heat pump circuit is to operate in the external conditions in which the total amount of heat to be discharged at high pressure is insufficient to meet the heat demand of the heat recovery system.
- the amount of heat to be dispensed at high pressure results from the entirety of the Conventional refrigerant circuit recorded cooling capacities plus the introduced via the compression processes amounts of heat.
- the heat generation units such as boilers to be fired, which are required extra in conventional systems under the above operating conditions, are replaced by only one heat exchanger, which is additionally integrated in the refrigeration system. Since this heat exchanger is also connected as an evaporator of the heat pump circuit in parallel with a conventional refrigeration unit associated evaporator and thus no additional need for other components, such as a compressor, the cost of the expansion of the refrigeration system is very low.
- the integrated condenser-evaporator is preferably designed as a tube bundle heat exchanger with fins.
- the lamellae advantageously comprise both the tubes of the evaporator of the heat pump circuit and the tubes of the condenser of the refrigeration system.
- the additionally arranged tubes on the one hand the tubes of the evaporator for the condenser and on the other the tubes of the condenser for the evaporator and the associated fins, which also thermally contact the different tubes, the area for heat transfer is increased.
- the fins are thermally conductively coupled to the tubes of the evaporator and the condenser. The outside air or ambient air flows through the spaces between the slats on the outside of the tubes.
- the refrigerant flows in each case within the tubes in the case of the evaporator of the heat pump circuit under evaporation pressure and in the case of the condenser under condensation pressure of the refrigeration system. Due to the increased area advantageously lower temperature differences result in the process of heat transfer.
- the process of evaporation takes place at a higher vaporization temperature and higher vapor pressure than when using a single heat exchanger with a smaller area.
- the pressure ratio and thus the power supplied to the compressor are lower.
- the coefficient of performance of the system is advantageously larger. The system works more efficiently.
- Both the evaporator of the heat pump circuit and the condenser of the refrigeration system are luftbeaufschlagte heat exchanger, both of which are each in contact with the outside air, wherein the evaporator absorbs heat from the ambient air and the condenser emits heat to the ambient air.
- both heat exchangers would be placed independently on the outside of the building, for example on the roof or on one side of the exterior wall of the building. The advantageous combination of the heat exchanger in a single integrated condenser-evaporator can be saved in addition space.
- the temperature level of the heat exchanger is in operation as a condenser of the refrigeration system at values above ambient temperature, so that the icy surfaces can be thawed without additional facilities, such as are necessary for hot gas defrosting or for electrical defrosting.
- the integrated heat exchanger is advantageous to switch to the mode as a capacitor. The heat dissipated during condensation serves to melt the ice and evaporate the water. By dispensing with additional devices for defrosting the heat exchanger surface further costs can be saved in the material and installation costs. The operation of the system also causes less costs.
- the inner volume of the refrigerant circuit can be reduced, which advantageously minimizes the amount of refrigerant or filling capacity of the system and thus the danger emanating from it Explosions significantly reduced in case of leakage or breakdown. This is in the non-operating parts of the refrigeration system accumulated refrigerant must otherwise be compensated disadvantageously by a larger capacity.
- both parts of the condenser of the condenser-evaporator and the associated collector can be operated simultaneously or supplied with refrigerant.
- the refrigerant circuit of the refrigeration system 1 is thereby advantageously preassembled and filled with refrigerant.
- the refrigerant circuit is closed.
- the quality control of the refrigeration system is facilitated.
- Elaborate tightness and / or pressure tests are already performed during the installation of the circuit itself. Post-processing after installation of the system at the destination is not necessary.
- Fig. 5 is the enclosure 23 of the explosion-proof refrigeration system with the flow diagram of the refrigerant circuit of the refrigeration system 1 with integrated heat pump circuit shown.
- the refrigeration system 1 for example, as a supermarket refrigeration system with different consumers different temperature levels, this has one or more compressors 5, 6, wherein the compressor 5 of the normal cooling circuit and the compressor 6 of the circuit for air conditioning and the circuit of the heat pump are connected separately due to different inlet pressures.
- the heat pump compressor works reversibly and, with appropriate design, can cover the entire climate requirement of the building.
- the compressor 5 of the normal cooling circuit are connected in parallel and form a compressor unit.
- the liquid refrigerant is distributed via the liquid line 18, which connects the collector 9 with the consumers, on the different evaporators 2, 3, 4 and before entering the evaporator 2, 3, 4 by means of expansion valves 11, 13, 15 on the desired pressure level is relaxed.
- the process of evaporation to provide the cooling capacity of the normal cooling takes place at a different pressure level than the process of evaporation to provide the cooling capacity for air conditioning and heat absorption in the heat pump cycle.
- Evaporators 2, 3, 4 shown as individual components may also be arranged as composites of a plurality of evaporators.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine explosionsgeschützte Kälteanlage mit brennbarem Kältemittel. Der Kältemittelkreislauf der Kälteanlage ist innerhalb einer Umhausung angeordnet, die zudem eine Absaugeinrichtung und einen Gassensor aufweist. Mittels einer Regeleinrichtung wird sichergestellt, dass bei Erreichen einer vorgegebenen Konzentration von Kältemittelgas in der Atmosphäre der Umhausung alle innerhalb der Umhausung angeordneten Komponenten der explosionsgeschützten Kälteanlage von der Stromversorgung getrennt werden sowie der Betrieb eines explosionsgeschützten Lüfters ausgelöst wird. Die Kälteanlage dient zum Kühlen, Klimatisieren sowie Heizen und umfasst eine Wärmepumpenschaltung.The invention relates to an explosion-proof refrigeration system with combustible refrigerant. The refrigerant circuit of the refrigeration system is disposed within a housing, which also has a suction device and a gas sensor. By means of a control device ensures that upon reaching a predetermined concentration of refrigerant gas in the atmosphere of the enclosure all disposed within the housing components of the explosion-proof refrigeration system are disconnected from the power supply and the operation of an explosion-proof fan is triggered. The refrigeration system is used for cooling, air conditioning and heating and includes a heat pump circuit.
Beim Einsatz von brennbaren Kältemitteln, zum Beispiel Kohlenwasserstoffen, wie Propan, Butan oder Ähnlichen, in Kälteanlagen kann von den Anlagen eine Explosionsgefahr ausgehen. Infolge von Undichtheiten kann das brennbare Kältemittel aus dem vermeintlich dichten Kältemittelkreislauf austreten und in Verbindung mit dem Sauerstoff aus der Umgebungsluft eine explosive Atmosphäre entstehen.When using flammable refrigerants, for example hydrocarbons, such as propane, butane or the like, in refrigeration systems, the equipment may pose an explosion hazard. As a result of leaks, the combustible refrigerant can escape from the supposedly dense refrigerant circuit and, in conjunction with the oxygen from the ambient air, create an explosive atmosphere.
Damit eine explosive Atmosphäre entsteht, muss der brennbare Stoff in einem entsprechenden Mischungsverhältnis mit Sauerstoff vorliegen. Außerdem ist für das Auslösen einer Explosion das Vorhandensein einer entsprechenden Zündquelle notwendig. Neben offenen Flammen, heißen Oberflächen beziehungsweise sichtbaren elektrisch oder mechanisch erzeugten Funken können ebenso Entladungen von statischer Elektrizität, wie bereits sehr geringe Zündenergien durch Kleidung, elektrische Ausgleichsströme, Ultraschall, elektromagnetische Strahlungen, Stoßwellen und adiabatische Kompressionen, Auslöser von Explosionen sein.In order to create an explosive atmosphere, the combustible substance must be present in an appropriate mixing ratio with oxygen. In addition, the presence of a corresponding ignition source is necessary for the triggering of an explosion. In addition to open flames, hot surfaces or visible sparks generated electrically or mechanically, discharges of static electricity, such as even very small ignition energies through clothing, electrical equalizing currents, ultrasound, electromagnetic radiation, shockwaves and adiabatic compression, can trigger explosions.
Die ATEX-Europa-Richtlinie verlangt vom Betreiber von Anlagen, Explosionen zu vermeiden und ausreichend Schutz zu gewährleisten. ATEX steht für "ATmosphere EXplosive" und gilt für alle Maschinenkomponenten und Steuerungen, die in explosiven Atmosphären eingesetzt werden. Im Hinblick auf den Explosionsschutz in einer potentiell explosiven Atmosphäre haben die ATEX-Richtlinien 94/9/EG und 1999/92/EG Vorrang gegenüber Maschinenrichtlinien und sind stets anzuwenden. Die ATEX-Richtlinien fordern die Dokumentation über die Häufigkeit des Auftretens einer explosiven Atmosphäre sowie deren räumliche Abgrenzung. Die genannten Bereiche sind gemäß der Spezifikation in Zonen einzuteilen. Weiterhin ist sicherzustellen, dass lediglich der richtigen Kategorie in diesem Zonentyp entsprechende Komponenten eingesetzt werden. Sobald ein Bereich als gefährlich eingestuft wurde, bestimmt dieser die notwendigen Einschränkungen bei potentiellen Zündquellen, die in diesem Bereich vorhanden sein könnten.The ATEX Europe Directive requires operators of equipment to avoid explosions and to ensure adequate protection. ATEX stands for "ATmosphere EXplosive" and applies to all machine components and controls used in explosive atmospheres. With regard to explosion protection in a potentially explosive atmosphere, the ATEX directives 94/9 / EC and 1999/92 / EC have priority over machine guidelines and must always be applied. The ATEX guidelines require documentation on the frequency of occurrence of an explosive atmosphere and their spatial delimitation. These areas should be zoned according to the specification. Furthermore, it must be ensured that only the correct category is used in this zone type corresponding components. Once an area is classified as dangerous, it will determine the necessary restrictions on potential sources of ignition that might be present in that area.
Es lassen sich verschiedene Schutzprinzipien einteilen. Den größten Schutz bieten Anlagen mit primärem Explosionsschutz, bei denen die Möglichkeit der Bildung einer explosiven Atmosphäre schon im Vorfeld ausgeschlossen wird. Zum primären Explosionsschutz zählen die Verwendung von nichtbrennbaren Ersatzstoffen oder die Verhinderung von explosionsfähigen Mischungen durch Belüftung oder Veränderung der Konzentration.Various protection principles can be divided. The greatest protection is afforded by systems with primary explosion protection, in which the possibility of forming an explosive atmosphere is ruled out in advance. Primary explosion protection includes the use of non-combustible substitutes or the prevention of explosive mixtures through aeration or concentration change.
Wenn der primäre Explosionsschutz nicht möglich ist, ist die Zündung der möglichen explosiven Atmosphäre als sekundärer Explosionsschutz zu vermeiden. Der sekundäre Explosionsschutz umfasst den Einsatz von entsprechenden Geräten, Bauteilen und Materialien beziehungsweise Anweisungen für den Aufenthalt in gefährdeten Bereichen.If primary explosion protection is not possible, ignition of the potentially explosive atmosphere as secondary explosion protection must be avoided. The secondary explosion protection includes the use of appropriate equipment, components and materials or instructions for the stay in hazardous areas.
Die dritte Maßnahme besteht darin, Auswirkungen einer Explosion auf ein unbedenkliches Maß zu beschränken. Dafür sind entsprechende Kapselungen der Anlage oder deren Aufstellungsort zu berücksichtigen.The third measure is to limit the effects of an explosion to an acceptable level. For this purpose, appropriate encapsulations of the system or its installation site must be taken into account.
Alle Geräte, die in explosiver Atmosphäre aufgestellt sind, müssen die ATEX-Bedingungen erfüllen, soweit sie innerhalb der Europäischen Union betrieben werden. Gemäß der ATEX-Richtlinien sind grundsätzlich alle elektrischen und mechanischen Geräte zu berücksichtigen. Als Geräte kommen gemäß der Richtlinie 94/9/EG Maschinen, Betriebsmittel, stationäre oder ortsbewegliche Vorrichtungen, Steuerungs- und Ausrüstungsteile sowie Warn- und Vorbeugungssysteme, die einzeln oder kombiniert zur Erzeugung, Übertragung, Speicherung, Messung, Regelung und Umwandlung von Energien und/oder zur Verarbeitung von Werkstoffen bestimmt sind sowie eigene potentielle Zündquellen aufweisen und dadurch eine Explosion verursachen können, in Betracht. Damit fallen nahezu alle Komponenten einer Kälteanlage, wie Verdichter, Verdampfer und Kondensator, aber auch Ventile, Manometer, Fühler und Ähnliches, in den Bereich der ATEX-Richtlinien. Demzufolge sind durch die Anlagenbauer entsprechend gekennzeichnete und mit der erforderlichen Dokumentation, zum Beispiel Herstellerbeziehungsweise Konformitätserklärung, versehene Komponenten zu verwenden.All equipment installed in an explosive atmosphere must comply with the ATEX conditions as far as they are operated within the European Union. According to the ATEX guidelines, all electrical and electrical systems are basically to consider mechanical devices. The equipment referred to in Directive 94/9 / EC includes machinery, equipment, stationary or portable equipment, control and equipment components and warning and preventive systems, used individually or in combination to generate, transmit, store, measure, regulate and convert energies and / or or intended for the processing of materials and have their own potential sources of ignition and thereby may cause an explosion into consideration. Thus, almost all components of a refrigeration system, such as compressors, evaporators and condenser, but also valves, pressure gauges, sensors and the like, fall within the scope of the ATEX directives. As a result, components marked accordingly and provided with the required documentation, for example the manufacturer's relationship or declaration of conformity, must be used by the plant manufacturer.
Die Erklärungen der Komponentenhersteller beziehen sich dabei lediglich auf die einzelnen Komponenten. Dabei wird davon ausgegangen, dass bei der Installation und während des Betriebes die entsprechenden Installationsnormen sowie Montage- und Betriebsanweisungen, zum Beispiel die Betriebsanleitung, eingehalten werden. Die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Komponenten der Kälteanlage mit der Umgebung, speziell in Hinsicht auf potentielle Zündquellen, sind durch den Anlagenbauer zu beurteilen. Bei positiver Beurteilung hat der Anlagenbauer eine entsprechende Erklärung für die Gerätegruppe beziehungsweise die Anlage zu erstellen. Durch den Betreiber sind die Anlagen bei der beaufsichtigenden Stelle zu melden und eine eventuell notwendige Abnahme zu beantragen.The explanations of the component manufacturers relate only to the individual components. It is assumed that during installation and during operation the corresponding installation standards as well as installation and operating instructions, for example the operating instructions, are complied with. The interactions between different components of the refrigeration system with the environment, especially with regard to potential sources of ignition, must be assessed by the system manufacturer. If the assessment is positive, the plant manufacturer must provide a corresponding explanation for the equipment group or installation. The operator must report the equipment to the supervising body and request any necessary acceptance.
Zu den Betreiberpflichten gehört auch die Erstellung eines sogenannten Explosionsschutzdokumentes. Dies wird in der ATEX 137 geregelt. Dazu zählt unter anderem eine Beurteilung der Explosionsrisiken. Abhängig von der Häufigkeit und Dauer des Auftretens einer explosiven Atmosphäre sind explosionsgefährdete Bereiche in Zonen zu unterteilen und dementsprechend zu kennzeichnen.The operator obligations also include the creation of a so-called explosion protection document. This is regulated in the ATEX 137. This includes, among other things, an assessment of the explosion risks. Depending on the frequency and duration of the occurrence of an explosive atmosphere, potentially explosive areas must be divided into zones and marked accordingly.
Eine explosionsfähige Atmosphäre ist
- ständig, über lange Zeiträume oder häufig vorhanden (Zone 0),
- bei Normalbetrieb gelegentlich vorhanden (Zone 1) und
- bei Normalbetrieb nicht oder aber nur kurzzeitig vorhanden (Zone 2).
- permanently, over long periods of time or frequently (zone 0),
- occasionally present in normal operation (zone 1) and
- during normal operation, or only for a short time (zone 2).
Kälteanlagen mit brennbaren Kältemitteln, zum Beispiel Kohlenwasserstoffen, wie Propan, Butan oder Ähnlichen, fallen damit in den Geltungsbereich der ATEX-Richtlinien zur bestimmungsgemäßen Verwendung von Geräten und Schutzsystemen explosionsgefährdeter Bereiche. Aufgrund der oben aufgeführten Zonendefinition ist bei Einsatz von Kohlenwasserstoffen als Kältemittel auch eine Zoneneinteilung notwendig. Dabei ist zumeist mindestens von Zone 2 in der näheren Umgebung der Anlage auszugehen, da eine Leckage nicht komplett ausgeschlossen werden kann. Deshalb sind entsprechend der ATEX-Richtlinien bestimmte Geräte für die deklarierte Zone einzusetzen.Refrigerant systems with flammable refrigerants, for example hydrocarbons, such as propane, butane or the like, thus fall within the scope of the ATEX directives for the intended use of equipment and protective systems in potentially explosive atmospheres. Due to the above-mentioned zone definition, the use of hydrocarbons as a refrigerant also requires zoning. In this case, at least of
Infolge der Einordnung der Kälteanlage in die ATEX-Richtlinien ergeben sich beim Einsatz von zum Beispiel Kohlenwasserstoffen als Kältemittel erhebliche Nachteile hinsichtlich der Sicherung der Anlage und deren Umgebung. Die Errichtung der Kälteanlage ist mit einem sehr großen Mehraufwand an Materialkosten gegenüber einer herkömmlichen, mit einem unbrennbaren Kältemittel befüllten, vergleichbaren Anlage verbunden, da lediglich gekennzeichnete und mit einer erforderlichen Dokumentation versehene Komponenten zu verwenden sind. Außerdem bedarf der Aufbau der Anlage der Einhaltung einer Reihe von Bestimmungen, sodass auch der Zeitaufwand beim Errichten und Betreiben der Anlage wesentlich höher ist als bei vergleichbaren Anlagen mit unbrennbaren Kältemitteln. So sind beispielsweise Wechselwirkungen zwischen den Komponenten der Kälteanlage und der Umgebung durch den Anlagenbauer zu beurteilen sowie eine entsprechende Erklärung für die Gerätegruppe beziehungsweise die Anlage zu erstellen. Die Anlagen sind zu melden und eine eventuell notwendige Abnahme ist zu beantragen. Weitere Nachteile stellen die zu den Betreiberpflichten gehörende Erstellung des Explosionsschutzdokumentes und die Deklaration der für den Explosionsschutz wichtigen Eigenschaften des Stoffes oder der Stoffe dar.As a result of the classification of the refrigeration system in the ATEX directives arise when using, for example, hydrocarbons as refrigerant considerable disadvantages in terms of securing the system and its environment. The establishment of the refrigeration system is associated with a very large overhead in material costs compared to a conventional, filled with a non-flammable refrigerant comparable facility, since only labeled and provided with a required documentation components are to be used. In addition, the construction of the system requires compliance with a number of provisions, so that the time required for the construction and operation of the system is much higher than in comparable systems with incombustible refrigerants. Such are, for example Evaluate interactions between the components of the refrigeration system and the environment by the plant manufacturer and to provide a corresponding explanation for the device group or the system. The systems must be reported and any necessary acceptance must be requested. Further disadvantages are the compilation of the explosion protection document and the declaration of the properties of the substance or substances which are important for the explosion protection.
Als Kälteanlage ist eine sogenannte Verbundkälteanlage mit einer Vielzahl von Verdampfern vorgesehen. Diese Anlagen kommen beispielsweise in Supermärkten zur Anwendung, in denen die Verdampfer in sogenannten Verbrauchern, wie Kühlräumen, Kühl- und Tiefkühlmöbeln, integriert sind. Dabei werden Kälteleistungen auf verschiedenen Temperaturniveaus bereitgestellt. Die unterschiedlichen Temperaturniveaus bedingen unterschiedliche Drücke während der Verdampfung des Kältemittels. Verbundkälteanlagen bestehen als geschlossene Systeme im Wesentlichen aus den Komponenten Verdampfer, Verdichter, Kondensator und Expansionsorgan. Der Kondensator ist bei Anlagen in Supermärkten außerhalb des Marktes, von Außenluft umgeben, angeordnet.As a refrigeration system, a so-called composite refrigeration system is provided with a variety of evaporators. These systems are used for example in supermarkets in which the evaporators in so-called consumers, such as refrigerators, refrigerators and freezers, are integrated. In this case, cooling capacities are provided at different temperature levels. The different temperature levels cause different pressures during the evaporation of the refrigerant. Compound refrigeration systems consist of closed systems consisting essentially of the components evaporator, compressor, condenser and expansion element. The condenser is located at facilities in supermarkets outside the market, surrounded by outside air.
Innerhalb eines derartigen Kältemittelkreislaufes ist zudem die Anordnung eines Kältemittelsammlers bekannt, der die Unterschiede an Kältemittelmenge während des Betriebes innerhalb der Kälteanlage ausgleicht. Insbesondere bei Verbundkälteanlagen, bei denen eine Vielzahl von Verdampfern parallel betreibbar sind, ist der Einsatz von Kältemittelsammlern notwendig. Im Kältemittelkreislauf einer Verbundkälteanlage muss hinreichend Kältemittelmenge zur Verfügung gestellt werden, sodass auch bei maximalem Kältebedarf alle Verdampfer ausreichend gespeist werden können. Andererseits muss bei geringem Kältebedarf, bei dem einzelne Verdampfer nur teilweise befüllt oder gar nicht mit Kältemittel beaufschlagt sind, überschüssiges Kältemittel gelagert werden. Die Sammler haben nachteilig ein großes Volumen, das mit Kältemittel beaufschlagt ist und bei mit brennbaren Kältemitteln befüllten Kälteanlagen das Explosionspotential bei eventuell auftretenden Leckagen drastisch erhöht.Within such a refrigerant circuit, the arrangement of a refrigerant accumulator is also known, which compensates for the differences in refrigerant amount during operation within the refrigeration system. In particular, in composite refrigeration systems in which a plurality of evaporators are operated in parallel, the use of refrigerant accumulators is necessary. A sufficient amount of refrigerant must be made available in the refrigerant circuit of a combined refrigeration system so that all evaporators can be adequately supplied, even with maximum refrigeration demand. On the other hand, with low cooling demand, in which individual evaporators are only partially filled or not charged with refrigerant, excess refrigerant must be stored. The collectors have a disadvantageous large volume, which is charged with refrigerant and with combustible Refrigerant-filled refrigeration systems drastically increases the potential for explosion in the event of leaks.
Im Stand der Technik sind Kälteanlagen mit einem System zur Wärmerückgewinnung bekannt. Dabei wird nicht die vollständige, bei Hochdruck anfallende Wärme im Kondensator an die Umgebungsluft übertragen. Vielmehr ist in Strömungsrichtung des Kältemittels vor dem ursprünglichen Kondensator ein zusätzlicher Wärmeübertrager angeordnet. Innerhalb des zusätzlichen Wärmeübertragers wird das Kältemittel, das als Heißgas aus dem Verdichter austritt, abgekühlt beziehungsweise enthitzt. Die dabei abgegebene Wärme wird an das System der Wärmerückgewinnung übertragen und in diesem beispielsweise zum Erwärmen eines Mediums innerhalb eines Heizungssystems genutzt.In the prior art refrigeration systems are known with a system for heat recovery. It is not the complete, resulting from high pressure heat in the condenser transferred to the ambient air. Rather, an additional heat exchanger is arranged in the flow direction of the refrigerant upstream of the original condenser. Within the additional heat exchanger, the refrigerant, which emerges as hot gas from the compressor, cooled or re-heated. The resulting heat is transferred to the system of heat recovery and used in this example, for heating a medium within a heating system.
Abhängig von der Jahreszeit und/oder Tageszeit werden unterschiedliche Kälteleistungen der Verbraucher benötigt und innerhalb der Verdampfer an das Kältemittel übertragen. Die verfügbare Leistung des Systems der Wärmerückgewinnung ist folglich von der in den Verdampfern aufgenommenen Gesamtwärme abhängig und unterliegt damit ebenso den veränderlichen Kälteleistungen der Verbraucher.Depending on the season and / or time of day, different cooling capacities of the consumers are needed and transferred to the refrigerant within the evaporator. The available power of the system of heat recovery is thus dependent on the total heat absorbed in the evaporators and thus also subject to the variable cooling capacities of the consumers.
Infolge der veränderlichen Kälteleistungen der Verbraucher können bestimmte Betriebsbedingungen auftreten, bei denen die gesamte, bei Hochdruck abzugebende Wärmemenge nicht ausreicht, um den Bedarf an Wärme des Systems der Wärmerückgewinnung zu decken. Für diesen Fall ist es notwendig, neben der Kälteanlage, die auch zur Wärmeerzeugung dient, eine zusätzliche Wärmeerzeugungseinheit, zum Beispiel einen zu befeuernden Kessel, zu installieren. Diese zusätzliche Installation bewirkt nachteilig zusätzliche Kosten bei der Investition und im Betrieb.Due to the variable cooling capacities of the consumers, certain operating conditions may occur in which the total amount of heat to be delivered at high pressure is insufficient to meet the heat demand of the heat recovery system. In this case, it is necessary, in addition to the refrigeration system, which also serves to generate heat, to install an additional heat generating unit, for example, a boiler to be fired. This additional installation disadvantageously adds additional investment and operational costs.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine explosionsgeschützte Kälteanlage mit brennbarem Kältemittel zur Verfügung zu stellen. Die Kälteanlage soll bei der Installation und beim Betreiben weniger kostenintensiv als die im Stand der Technik bekannten Anlagen sein. Der Mehraufwand gegenüber einer vergleichbaren Kälteanlage mit unbrennbarem Kältemittel ist zu minimieren. Außerdem soll die Sicherheit der Anlage, insbesondere bezüglich des Explosionsschutzes, bei minimalem Wartungsaufwand gewährleistet sein. Der Bedarf an Kältemittel innerhalb der Anlage ist auf ein Minimum zu reduzieren. Eine Explosion bei eventuell auftretender Leckage oder Undichtheiten der Anlage soll ausgeschlossen sein.The object of the present invention is to provide an explosion-proof refrigeration system with combustible refrigerant. The Refrigeration system should be less expensive to install and operate than the systems known in the art. The extra effort compared to a comparable refrigeration system with incombustible refrigerant must be minimized. In addition, the safety of the system, especially with regard to explosion protection, to be guaranteed with minimal maintenance. The need for refrigerant within the system must be kept to a minimum. An explosion in case of leakage or leakage of the system should be excluded.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine explosionsgeschützte Kälteanlage gelöst. Die Anlage umfasst eine Umhausung, in der eine Absaugeinrichtung, ein Gassensor sowie ein Kältemittelkreislauf einer Kälteanlage angeordnet sind. Die Kälteanlage ist mit den kältemittelführenden, nicht explosionsgeschützten Komponenten und deren Verbindungselementen als zusammenhängende Einheit von der gasdichten Umhausung umschlossen, wobei nur der als Kondensator ausgeführte luftbeaufschlagte Wärmeübertrager außerhalb der Umhausung angeordnet ist. Die kältemittelführenden Komponenten sind dabei nicht mit einem gesonderten Explosionsschutz ausgebildet.The object is achieved by an explosion-proof refrigeration system. The system comprises a housing in which a suction device, a gas sensor and a refrigerant circuit of a refrigeration system are arranged. The refrigeration system is enclosed with the refrigerant-carrying, non-explosion-proof components and their connecting elements as a coherent unit of the gas-tight housing, with only designed as a condenser air-pressurized heat exchanger is located outside the housing. The refrigerant-carrying components are not formed with a separate explosion protection.
Die Absaugeinrichtung weist einen explosionsgeschützt ausgebildeten Lüfter auf, der im Weiteren auch als ATEX-Lüfter bezeichnet wird.The suction device has an explosion-proof designed fan, which is also referred to as ATEX fan.
Nach der Konzeption der Erfindung ist außerdem eine Regeleinrichtung derart vorgesehen, dass bei Erreichen einer vorgegebenen Konzentration von Kältemittelgas in der Atmosphäre der Umhausung alle innerhalb der Umhausung angeordneten Komponenten der explosionsgeschützten Kälteanlage abgeschaltet und von der Stromversorgung getrennt werden. Damit geht von diesen Komponenten keine direkte Explosionsgefahr infolge Funkenbildung aus. Zudem wird der Betrieb des explosionsgeschützten Lüfters ausgelöst. Durch die Zwangsbelüftung wird die mit Kältemittelgas angereicherte Atmosphäre innerhalb der Umhausung nach außen, in die Umgebung der Umhausung verbracht. In der Umgebung wird das Kältemittel-Luft-Gemisch in kürzester Zeit mit der Umgebungsluft vermischt und dabei sehr stark verdünnt, sodass von dem Gemisch keine Explosionsgefahr mehr ausgeht.According to the concept of the invention, a control device is additionally provided in such a way that, when a predetermined concentration of refrigerant gas in the atmosphere of the enclosure is reached, all components of the explosion-proof refrigeration system arranged inside the enclosure are switched off and disconnected from the power supply. Thus, there is no direct danger of explosion of these components due to sparking. In addition, the operation of the explosion-proof fan is triggered. Due to forced ventilation, the enriched with refrigerant gas atmosphere within the housing is spent to the outside, in the environment of the housing. In the environment becomes the refrigerant-air mixture mixed in the shortest possible time with the ambient air and thereby diluted very strong, so that no more danger of explosion of the mixture.
Die Konzentration des Kältemittelgases in der Atmosphäre der Umhausung wird mittels eines oder mehrerer innerhalb der Umhausung angeordneter Gassensoren überwacht. Bevorzugte Standorte der Gassensoren sind Bereiche möglicher Leckagestellen der Kälteanlage. Vorteilhaft ist die Anordnung der Gassensoren im unteren Bereich der Umhausung, da das Kältemittel mit größerer Dichte als Luft innerhalb der Umhausung absinkt und sich insbesondere am Boden oder in Bodennähe anreichert. Der dort angeordnete Gassensor würde auf die vorgegebene erhöhte Konzentration an Kältemittel reagieren und die Sicherheitsvorgänge zum Explosionsschutz auslösen.The concentration of the refrigerant gas in the atmosphere of the enclosure is monitored by means of one or more gas sensors disposed within the enclosure. Preferred locations of the gas sensors are areas of possible leakage points of the refrigeration system. Advantageously, the arrangement of the gas sensors in the lower part of the enclosure, since the refrigerant decreases with greater density than air within the enclosure and accumulates in particular on the ground or near the ground. The gas sensor arranged there would react to the specified increased concentration of refrigerant and trigger the safety procedures for explosion protection.
Durch das Nachströmen von frischer Luft aus der Umgebung und das Absaugen der mit Kältemittelgas angereicherten Luft aus der Umhausung wird die Konzentration an Kältemittelgas in der Atmosphäre innerhalb der Umhausung in sehr kurzer Zeit wieder auf ein Minimum gesenkt, sodass eine Anreicherung von Kältemittel bis hin zu einer explosiven Atmosphäre vermieden wird. Die frische Luft strömt durch eine Lüftungsklappe, die im unteren Bereich der Wandung der Umhausung angeordnet ist. Durch das Ansaugen der Luft aus der Umhausung bei eingeschaltetem Lüfter öffnet sich die Lüftungsklappe selbsttätig. Die Lüftungsklappe ist bei ausgeschaltetem Lüfter geschlossen, sodass kein Austausch von Luft mit der Umgebung beziehungsweise ein Nachströmen von frischer Luft möglich ist.By the flow of fresh air from the environment and the extraction of the refrigerant gas enriched air from the enclosure, the concentration of refrigerant gas in the atmosphere within the enclosure in a very short time is reduced again to a minimum, so that an enrichment of refrigerant up to a explosive atmosphere is avoided. The fresh air flows through a ventilation flap, which is located in the lower part of the wall of the enclosure. By sucking in the air from the enclosure when the fan is switched on, the ventilation flap opens automatically. The ventilation flap is closed when the fan is switched off so that it is not possible to exchange air with the environment or to allow fresh air to flow after it.
Unter gasdichter Umhausung im Sinne der Erfindung ist eine Abkapselung der explosionsgeschützten Kälteanlage von der Umgebung zu verstehen. Durch die Abtrennung wird eine definierte Atmosphäre geschaffen, deren Zusammensetzung beziehungsweise die Konzentrationen ihrer hauptsächlichen Bestandteile gut zu bestimmen und damit zu überwachen sind. Somit besteht vorteilhaft die Möglichkeit, mittels Gassensoren bei Erreichen einer vorgegebenen Konzentration von Kältemittelgas in der Atmosphäre die innerhalb der Umhausung angeordneten Komponenten der explosionsgeschützten Kälteanlage von der Stromversorgung zu trennen und den Betrieb des explosionsgeschützten Lüfters auszulösen.Under gas-tight housing within the meaning of the invention is a encapsulation of the explosion-proof refrigeration system from the environment to understand. By separating a defined atmosphere is created to determine their composition or the concentrations of their main components well and thus to monitor are. Thus, it is advantageously possible, by means of gas sensors upon reaching a predetermined concentration of refrigerant gas in the atmosphere, to separate the components of the explosion-proof refrigeration system located within the enclosure from the power supply and to trigger the operation of the explosion-proof fan.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind sämtliche Verbindungsstellen der kältemittelführenden Leitungen des außerhalb der Umhausung angeordneten Kondensators innerhalb der Umhausung untergebracht. Die kältemittelführenden Leitungen sind an ihren Verbindungsstellen, die für das Auftreten von Leckage gefährdetet sind, verlötet oder verschweißt, sodass die Möglichkeit des Auftretens von Leckage minimiert ist. Die außerhalb der Umhausung geführten, mit brennbarem Kältemittel beaufschlagten Leitungen sind bevorzugt aus nahtlosen Rohren gefertigt, die zudem keine weiteren Verbindungsstellen aufweisen. Eine Leckage außerhalb der Umhausung ist damit nahezu ausgeschlossen. Die nahtlosen Rohre sind durch Öffnungen in der Wandung der Umhausung durch die Wandung hindurchgeführt und abgedichtet.According to an advantageous embodiment of the invention, all connection points of the refrigerant-carrying lines of the outside of the housing arranged capacitor are housed within the housing. The refrigerant-carrying lines are soldered or welded at their connection points which are at risk for the occurrence of leakage, so that the possibility of the occurrence of leakage is minimized. The guided outside the housing, acted upon with combustible refrigerant lines are preferably made of seamless tubes, which also have no other connection points. Leakage outside the enclosure is thus almost impossible. The seamless tubes are passed through openings in the wall of the enclosure through the wall and sealed.
Der explosionsgeschützte Lüfter ist vorteilhaft innerhalb eines Luftkanals angeordnet, wobei der Luftkanal mit einem offenen Ende in den unteren Bereich der Umhausung reicht. Als Luftkanal ist ein Kanal in Form eines Lüftungskanals einer Klimaanlage zu verstehen, der je nach abgesaugtem Gas oder Gasgemisch Luft oder ein Kältemittel-Luft-Gemisch aus der Umhausung in die umliegende Umgebung führt.The explosion-proof fan is advantageously arranged within an air duct, wherein the air duct extends with an open end in the lower region of the enclosure. As the air duct is a channel in the form of a ventilation duct of an air conditioner to understand, depending on the extracted gas or gas mixture air or a refrigerant-air mixture from the housing leads into the surrounding environment.
Der Luftkanal ist vorteilhaft derart ausgebildet, dass das aus dem unteren Bereich der Umhausung abzusaugende Kältemittel-Luft-Gemisch innerhalb des Luftkanals über den oberen Bereich der Umhausung nach außen geführt wird. Das bei einer Havarie oder Leckage aus der Kälteanlage austretende Kältemittel reichert sich aufgrund der größeren Dichte als Luft am Boden der Umhausung an und ist folglich dort abzusaugen.The air duct is advantageously designed in such a way that the refrigerant-air mixture to be sucked out of the lower region of the enclosure is guided outward within the air duct over the upper region of the enclosure. The refrigerant escaping from the refrigeration system in the event of an accident or leakage accumulates as air at the bottom of the enclosure due to the greater density and is therefore to be extracted there.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Luftkanal im oberen Bereich der Umhausung ein zusätzliches T-Stück auf. Das T-Stück stellt eine weitere Öffnung des Luftkanals zur Atmosphäre innerhalb der Umhausung dar. Mit Hilfe des innerhalb des Luftkanals in Strömungsrichtung der Luft nach dem T-Stück angeordneten ATEX-Lüfters wird die Luft durch die durch das T-Stück bereitgestellte Öffnung aus der gasdichten Umhausung abgesaugt und in die Umgebung abgegeben, was wiederum zum Ausgleich der Luft innerhalb der gasdichten Umhausung und der Umgebung der Umhausung führt. Diese Öffnung dient dem Luftausgleich bei Normalbetrieb der Kälteanlage, bei dem sich die von den Komponenten des Kältemittelkreislaufes erwärmte Luft im oberen Bereich der Umhausung ansammelt. Die Luft muss folglich nicht mit Kältemittel angereichert sein.According to a preferred embodiment of the invention, the air duct in the upper region of the enclosure on an additional tee. The T-piece provides a further opening of the air duct to the atmosphere within the enclosure. With the aid of the ATEX fan located within the air duct in the direction of flow of the air after the tee, the air is removed through the opening provided by the T-piece gas-tight housing sucked and discharged into the environment, which in turn leads to the compensation of the air within the gas-tight housing and the environment of the housing. This opening is used to equalize the air during normal operation of the refrigeration system, in which the heated air from the components of the refrigerant circuit accumulates in the upper part of the enclosure. The air must therefore not be enriched with refrigerant.
Die obere Öffnung des Luftkanals am T-Stück weist vorteilhaft eine gesteuerte Lüftungsklappe auf, die bei ausgeschaltetem Lüfter und im Havariefall geschlossen ist.The upper opening of the air duct on the T-piece advantageously has a controlled ventilation flap which is closed when the fan is switched off and in the event of an accident.
Nach einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist innerhalb des oberen Bereiches einer äußeren Wandung der Umhausung ein zusätzlicher, nicht explosionsgeschützt ausgebildeter Lüfter angeordnet. Der Lüfter saugt die in der Umhausung durch wärmeabgebende Komponenten der Kälteanlage, wie zum Beispiel Verdichter, erwärmte Luft ab und sorgt damit für den Ausgleich der Luft innerhalb der gasdichten Umhausung und der Umgebung. Die Luft muss dabei nicht, wie im Leckage- oder Havariefall, mit Kältemittel angereichert sein.According to an alternative embodiment of the invention, an additional, not explosion-proof trained fan is disposed within the upper region of an outer wall of the enclosure. The fan sucks the air in the enclosure through heat-emitting components of the refrigeration system, such as compressor, heated air, thus balancing the air within the gas-tight housing and the environment. The air does not have to be enriched with refrigerant, as in the event of leakage or damage.
Die Wärmeübertrager der Kälteanlage sind über Wärmeträgerkreisläufe mit den Verbrauchern, das heißt zum Beispiel Wärmeübertragern zum Kühlen oder Heizen im Supermarkt, verbunden. Die Wärmeträger werden mittels Pumpen zwischen den Komponenten im Kreislauf umgewälzt. Die Pumpen sind dabei vorteilhaft innerhalb der Umhausung angeordnet. Lediglich die Anschlüsse der Wärmeträgerkreisläufe ragen aus der gasdichten Umhausung heraus, was die Montage vereinfacht.The heat exchangers of the refrigeration system are connected via heat transfer circuits with the consumers, that is, for example, heat exchangers for cooling or heating in the supermarket. The heat carriers are circulated by means of pumps between the components in the circuit. The pumps are advantageously arranged within the enclosure. Only the connections of the Heat transfer circuits protrude from the gas-tight housing, which simplifies installation.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Umhausung, mit Abmessungen von etwa 3 m Länge, 2 m Höhe und 2 m Breite, vorteilhaft voneinander abgedichtete Bereiche beziehungsweise Kammern auf. In einer Kammer sind sämtliche Komponenten der Kälteanlage sowie die Pumpen der Wärmeträgerkreisläufe angeordnet. Diese Kammer ist durch Öffnungen beziehungsweise Türen in einer vertikal ausgerichteten Wandung der Umhausung begehbar. Innerhalb einer weiteren Kammer ist bevorzugt ein ebenfalls in einer vertikal ausgerichteten Wandung der Umhausung von außen durch eine Schaltschranktür begehbarer Schaltschrank angeordnet. Die voneinander abgetrennten Bereiche der Umhausung sind lediglich von außen begehbar und weisen keine Verbindung innerhalb der Umhausung auf.According to a preferred embodiment, the enclosure, with dimensions of about 3 m in length, 2 m in height and 2 m in width, advantageously from each other sealed areas or chambers. In a chamber all components of the refrigeration system and the pumps of the heat transfer medium circuits are arranged. This chamber is accessible through openings or doors in a vertically oriented wall of the housing. Within a further chamber, a control cabinet, which can also be walked on from outside by a control cabinet door, is likewise arranged in a vertically oriented wall of the enclosure. The separated areas of the housing are only accessible from the outside and have no connection within the housing.
Innerhalb der Kammer, in der der Schaltschrank angeordnet ist, befinden sich Einrichtungen zur Regelung der explosionsgeschützten Kälteanlage. Im Gegensatz zu den Komponenten der Kälteanlage und der Wärmeträgerkreisläufe sind die Einrichtungen im Schaltschrank jederzeit mit der Spannungsversorgung verbunden. Im Gegensatz dazu werden im Havariefall die Komponenten der Kälteanlage und der Wärmeträgerkreisläufe aus Sicherheitsgründen von der Spannungsversorgung getrennt.Within the chamber in which the control cabinet is located, there are facilities for controlling the explosion-proof refrigeration system. In contrast to the components of the refrigeration system and the heat transfer medium circuits, the devices in the control cabinet are always connected to the power supply. In contrast, in the event of an accident, the components of the refrigeration system and the heat transfer fluid circuits are disconnected from the power supply for safety reasons.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Umhausung im unteren Bereich beziehungsweise am Boden durch eine flüssigkeitsdichte Wanne begrenzt. Die flüssigkeitsdichte Wanne verhindert zum einen als Teil der gasdichten Umhausung den unkontrollierten Austausch der Atmosphäre innerhalb der Umhausung mit der Umgebung und hat zum anderen den Vorteil, dass auch keine Flüssigkeit aus der Umhausung austreten kann, die zum Beispiel durch den Austritt von Öl verursacht sein könnte. Die Flüssigkeit kann dann bei Bedarf sicher und einfach entfernt werden.According to a preferred embodiment of the invention, the enclosure in the lower region or at the bottom is limited by a liquid-tight tub. The liquid-tight pan prevents as part of the gas-tight enclosure the uncontrolled exchange of the atmosphere within the enclosure with the environment and on the other hand has the advantage that no liquid can escape from the enclosure, which could be caused for example by the escape of oil , The liquid can then be safely and easily removed as needed.
Die Kälteanlage, umfassend die kältemittelbeaufschlagten Komponenten und Leitungen sowie deren Verbindungselemente, ist als zusammenhängende kompakte Einheit ausgebildet und nicht zerstörungsfrei demontierbar, da die Verbindungselemente als für das Auftreten von Leckage gefährdete Stellen verschweißt oder verlötet ausgeführt sind.The refrigeration system comprising the refrigerant-loaded components and lines and their connecting elements is formed as a coherent compact unit and not destructively dismantled, since the connecting elements are designed as welded or soldered for the occurrence of leakage points welded.
Mit dem innerhalb der Umhausung angeordneten geschlossenen Kältemittelkreislauf der Kälteanlage wird vorteilhaft zum einen der Bedarf an Kälteleistungen bei unterschiedlichen Temperaturniveaus und zum anderen der Bedarf an Wärmeleistung eines Systems der Wärmerückgewinnung bereitgestellt.With the arranged inside the housing closed refrigerant circuit of the refrigeration system is advantageously provided on the one hand, the need for cooling capacities at different temperature levels and, secondly, the need for heat output of a system of heat recovery.
Der Kältemittelkreislauf der Kälteanlage weist in Strömungsrichtung des Kältemittels mindestens eine Verdichtereinheit, einen Wärmeübertrager, der der Wärmerückgewinnung dient, einen luftbeaufschlagten Kondensator, einen Sammler, ein Expansionsorgan und einen Verdampfer auf. Im Kreislauf der Kälteanlage ist zusätzlich ein Verdampfer einer integrierten Wärmepumpenschaltung mit vorgeschaltetem Expansionsorgan integriert, der konzeptionsgemäß luftbeaufschlagt ausgebildet ist. Der Verdampfer der Wärmepumpenschaltung ist erfindungsgemäß mit dem Kondensator der Kälteanlage wärmeleitend gekoppelt. Dieser doppelt wirkende Wärmeübertrager wird im Weiteren auch als integrierter Kondensator-Verdampfer bezeichnet.The refrigerant circuit of the refrigeration system has in the flow direction of the refrigerant at least one compressor unit, a heat exchanger, which serves for the heat recovery, an air-charged capacitor, a collector, an expansion element and an evaporator. In the circuit of the refrigeration system, an evaporator of an integrated heat pump circuit with an upstream expansion element is additionally integrated, which is designed according to the concept luftbeaufschlagt. The evaporator of the heat pump circuit according to the invention with the condenser of the refrigeration system coupled thermally conductive. This double-acting heat exchanger is also referred to below as an integrated condenser-evaporator.
Der Betrieb der Anlage ist unter anderem von der Umgebungstemperatur und damit von den aufzubringenden Leistungen für Heizung und Kühlung abhängig. Der Verdampfer der Wärmepumpenschaltung ist bei den äußeren Bedingungen zu betreiben, bei denen die gesamte bei Hochdruck abzugebende Wärmemenge nicht ausreicht, um den Bedarf an Wärme des Systems der Wärmerückgewinnung zu decken. Die bei Hochdruck abzugebende Wärmemenge ergibt sich dabei aus der Gesamtheit der im herkömmlichen Kältemittelkreislauf aufgenommenen Kälteleistungen zuzüglich der über die Verdichtungsvorgänge eingebrachten Wärmemengen.The operation of the system depends, among other things, on the ambient temperature and thus on the services to be provided for heating and cooling. The evaporator of the heat pump circuit is to operate in the external conditions in which the total amount of heat to be discharged at high pressure is insufficient to meet the heat demand of the heat recovery system. The amount of heat to be dispensed at high pressure results from the entirety of the Conventional refrigerant circuit recorded cooling capacities plus the introduced via the compression processes amounts of heat.
Die bei herkömmlichen Anlagen bei den genannten Betriebsbedingungen extra benötigten Wärmeerzeugungseinheiten, wie zu befeuernde Kessel, werden durch lediglich einen in der Kälteanlage zusätzlich integrierten Wärmeübertrager ersetzt. Da dieser Wärmeübertrager als Verdampfer der Wärmepumpenschaltung zudem parallel zu einem zur herkömmlichen Kälteanlage gehörenden Verdampfer geschaltet ist und damit kein zusätzlicher Bedarf an weiteren Komponenten, beispielsweise einem Verdichter, besteht, ist der Aufwand an Kosten für die Erweiterung der Kälteanlage sehr gering.The heat generation units, such as boilers to be fired, which are required extra in conventional systems under the above operating conditions, are replaced by only one heat exchanger, which is additionally integrated in the refrigeration system. Since this heat exchanger is also connected as an evaporator of the heat pump circuit in parallel with a conventional refrigeration unit associated evaporator and thus no additional need for other components, such as a compressor, the cost of the expansion of the refrigeration system is very low.
Der integrierte Kondensator-Verdampfer ist bevorzugt als Rohrbündelwärmeübertrager mit Lamellen ausgebildet. Die Lamellen umfassen dabei vorteilhaft sowohl die Rohre des Verdampfers der Wärmepumpenschaltung als auch die Rohre des Kondensators der Kälteanlage. Durch die zusätzlich angeordneten Rohre, zum einen die Rohre des Verdampfers für den Kondensator und zum anderen die Rohre des Kondensators für den Verdampfer und die damit in Verbindung stehenden Lamellen, die die unterschiedlichen Rohre zudem thermisch kontaktieren, wird die Fläche zur Wärmeübertragung vergrößert. Die Lamellen sind mit den Rohren des Verdampfers und des Kondensators wärmeleitend gekoppelt. Die Außenluft beziehungsweise Umgebungsluft strömt dabei durch die Zwischenräume zwischen den Lamellen auf der Außenseite der Rohre. Das Kältemittel strömt jeweils innerhalb der Rohre im Falle des Verdampfers der Wärmepumpenschaltung unter Verdampfungsdruck und im Falle des Kondensators unter Kondensationsdruck der Kälteanlage. Durch die vergrößerte Fläche ergeben sich vorteilhaft geringere Temperaturdifferenzen beim Vorgang der Wärmeübertragung. Der Vorgang der Verdampfung findet bei höherer Verdampfungstemperatur und höherem Verdampfungsdruck als beim Einsatz eines einzelnen Wärmeübertragers mit geringerer Fläche statt. Das Druckverhältnis und damit die zugeführte Leistung am Verdichter sind geringer. Die Leistungszahl der Anlage wird vorteilhaft größer. Die Anlage arbeitet effizienter.The integrated condenser-evaporator is preferably designed as a tube bundle heat exchanger with fins. The lamellae advantageously comprise both the tubes of the evaporator of the heat pump circuit and the tubes of the condenser of the refrigeration system. By the additionally arranged tubes, on the one hand the tubes of the evaporator for the condenser and on the other the tubes of the condenser for the evaporator and the associated fins, which also thermally contact the different tubes, the area for heat transfer is increased. The fins are thermally conductively coupled to the tubes of the evaporator and the condenser. The outside air or ambient air flows through the spaces between the slats on the outside of the tubes. The refrigerant flows in each case within the tubes in the case of the evaporator of the heat pump circuit under evaporation pressure and in the case of the condenser under condensation pressure of the refrigeration system. Due to the increased area advantageously lower temperature differences result in the process of heat transfer. The process of evaporation takes place at a higher vaporization temperature and higher vapor pressure than when using a single heat exchanger with a smaller area. The pressure ratio and thus the power supplied to the compressor are lower. The coefficient of performance of the system is advantageously larger. The system works more efficiently.
Durch die Integration von Verdampfer und Kondensator innerhalb einer Komponente der Anlage ergeben sich neben den geringeren Temperaturdifferenzen und damit höherer energetischer Effizienz der gesamten Anlage weitere Vorteile. Da anstelle zweier Wärmeübertrager lediglich ein integrierter Kondensator-Verdampfer zum Einsatz kommt, werden sämtliche zu jedem einzelnen Wärmeübertrager gehörenden peripheren Einrichtungen, wie Ventilatoren und Installationselemente, eingespart. Dieses Einsparen steht in Verbindung mit wesentlich geringeren Kosten als beim Einsatz zweier getrennter Wärmeübertrager.The integration of evaporator and condenser within one component of the system, in addition to the lower temperature differences and thus higher energy efficiency of the entire system resulting in further advantages. Since only one integrated condenser-evaporator is used instead of two heat exchangers, all belonging to each heat exchanger peripheral equipment, such as fans and installation elements, saved. This saving is associated with significantly lower costs than when using two separate heat exchangers.
Sowohl der Verdampfer der Wärmepumpenschaltung als auch der Kondensator der Kälteanlage sind luftbeaufschlagte Wärmeübertrager, die beide jeweils in Kontakt mit der Außenluft stehen, wobei der Verdampfer Wärme aus der Umgebungsluft aufnimmt und der Kondensator Wärme an die Umgebungsluft abgibt. Beim Einsatz der Kälteanlage, beispielsweise in einem Supermarkt, wären beide Wärmeübertrager unabhängig voneinander auf der Außenseite des Gebäudes, zum Beispiel auf dem Dach oder an einer Seite der Außenwand des Gebäudes, zu platzieren. Durch die vorteilhafte Zusammenführung der Wärmeübertrager in einem einzelnen integrierten Kondensator-Verdampfer kann zusätzlich Platz eingespart werden.Both the evaporator of the heat pump circuit and the condenser of the refrigeration system are luftbeaufschlagte heat exchanger, both of which are each in contact with the outside air, wherein the evaporator absorbs heat from the ambient air and the condenser emits heat to the ambient air. When using the refrigeration system, for example in a supermarket, both heat exchangers would be placed independently on the outside of the building, for example on the roof or on one side of the exterior wall of the building. The advantageous combination of the heat exchanger in a single integrated condenser-evaporator can be saved in addition space.
Bei Betrieb der Wärmepumpenschaltung und Betriebsbedingungen mit Temperaturen der Außenluft um 0 °C und damit Verdampfungstemperaturen unterhalb von 0 °C kommt es zur Vereisung der Wärmeübertragerfläche und einer zunehmenden Verschlechterung des Wärmeüberganges. Die Flächen müssen in regelmäßigen Abständen abgetaut werden. Je größer die Fläche und je höher die Verdampfungstemperatur sind, um so langsamer vollzieht sich der Vorgang der Vereisung. Da beide Kriterien durch die Kälteanlage mit dem doppelt wirkenden Wärmeübertrager beziehungsweise integrierten Kondensator-Verdampfer erfüllt sind, wird die Vereisung der Wärmeübertragerfläche vorteilhaft verzögert.When operating the heat pump circuit and operating conditions with temperatures of the outside air around 0 ° C and thus evaporation temperatures below 0 ° C it comes to icing of the heat exchanger surface and an increasing deterioration of heat transfer. The surfaces must be defrosted at regular intervals. The larger the area and the higher the evaporation temperature, the slower is the process of icing. Since both criteria by the refrigeration system with the double-acting heat exchanger or integrated Condenser evaporator are satisfied, the icing of the heat exchanger surface is advantageously delayed.
Zudem liegt das Temperaturniveau des Wärmeübertragers im Betrieb als Kondensator der Kälteanlage bei Werten oberhalb der Umgebungstemperatur, sodass die vereisten Flächen ohne zusätzliche Einrichtungen, wie sie beispielsweise zum Heißgasabtauen oder zum elektrischen Abtauen notwendig sind, abgetaut werden können. Dazu ist der integrierte Wärmeübertrager vorteilhaft in den Modus als Kondensator umzuschalten. Die bei der Kondensation abgeführte Wärme dient dabei zum Schmelzen des Eises und Verdunsten des Wassers. Durch den Verzicht auf zusätzliche Einrichtungen zum Abtauen der Wärmeübertragerfläche können weitere Kosten beim Material und beim Installationsaufwand eingespart werden. Auch der Betrieb der Anlage verursacht weniger Kosten.In addition, the temperature level of the heat exchanger is in operation as a condenser of the refrigeration system at values above ambient temperature, so that the icy surfaces can be thawed without additional facilities, such as are necessary for hot gas defrosting or for electrical defrosting. For this purpose, the integrated heat exchanger is advantageous to switch to the mode as a capacitor. The heat dissipated during condensation serves to melt the ice and evaporate the water. By dispensing with additional devices for defrosting the heat exchanger surface further costs can be saved in the material and installation costs. The operation of the system also causes less costs.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der luftbeaufschlagte integrierte Kondensator-Verdampfer mit dem nachgeschalteten Sammler zweigeteilt ausgebildet und kann über die Steuerung von Ventilen auf unterschiedliche Art und Weise betrieben werden. Entweder ist nur ein Teil des Kondensator-Verdampfers als Kondensator mit dem dazugehörigen Sammler in Betrieb, wobei der andere Teil des Kondensators des Kondensator-Verdampfers mit dem dazugehörigen Sammler nicht mit Kältemittel beaufschlagt ist. Der nicht mit Kältemittel beaufschlagte Bereich der Kälteanlage wird dabei durch geschlossene Ventile vom übrigen Kältemittelkreislauf abgetrennt.According to a preferred embodiment of the invention, the luftbeaufschlagte integrated condenser-evaporator with the downstream collector is formed in two parts and can be operated via the control of valves in different ways. Either only part of the condenser-evaporator is in operation as a condenser with the associated collector, wherein the other part of the condenser of the condenser-evaporator is not acted upon by the associated collector with refrigerant. The non-refrigerant area of the refrigeration system is separated by closed valves from the rest of the refrigerant circuit.
Durch die Abtrennung nicht mit Kältemittel beaufschlagter Teile des Kondensators und des Sammlers vom übrigen Kältemittelkreislauf, in denen sich Kältemittel ansammeln kann, lässt sich das innere Volumen des Kältemittelkreislaufes reduzieren, was vorteilhaft die Kältemittelmenge beziehungsweise Füllmenge der Anlage minimiert und damit die von ihr ausgehende Gefahr durch Explosionen bei Leckage oder Havarie deutlich verringert. Das sich in den nicht in Betrieb befindlichen Teilen der Kälteanlage angesammelte Kältemittel muss ansonsten nachteilig durch eine größere Füllmenge ausgeglichen werden.By separating not charged with refrigerant parts of the condenser and the collector from the rest of the refrigerant circuit in which can accumulate refrigerant, the inner volume of the refrigerant circuit can be reduced, which advantageously minimizes the amount of refrigerant or filling capacity of the system and thus the danger emanating from it Explosions significantly reduced in case of leakage or breakdown. This is in the non-operating parts of the refrigeration system accumulated refrigerant must otherwise be compensated disadvantageously by a larger capacity.
Je nach Betriebsmodus können jedoch auch beide Teile des Kondensators des Kondensator-Verdampfers und die dazugehörigen Sammler gleichzeitig betrieben beziehungsweise mit Kältemittel beaufschlagt werden.Depending on the operating mode, however, both parts of the condenser of the condenser-evaporator and the associated collector can be operated simultaneously or supplied with refrigerant.
Die Kälteanlage ist bevorzugt mit Wärmeträgerkreisläufen gekoppelt, die zur Klimatisierung, Kühlung und Heizung dienen. Die Verdampfer der Kälteanlage, als Wärmeübertrager zur Klimatisierung und zur Normalkühlung, sowie der Wärmeübertrager zur Wärmerückgewinnung beziehungsweise Heizung sind als Kältemittel-Wärmeträger-Wärmeübertrager ausgebildet. Als Wärmeträger kann eine an die jeweiligen Bedingungen angepasste Sole eingesetzt werden. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Vorläufe und die Rückläufe der Wärmeträgerkreisläufe zur Klimatisierung und zur Heizung über Bypässe und die Vorläufe zusätzlich über ein Drei-Wege-Ventil miteinander verbunden. Damit können die Komponenten der Wärmeträgerkreisläufe zur Klimatisierung und zur Heizung je nach Betriebsmodus beziehungsweise Bedarf vorteilhafterweise sowohl mit im Wärmeübertrager der Wärmerückgewinnung erwärmten als auch mit im Verdampfer der Klimatisierung abgekühlten Wärmeträger beaufschlagt werden. Die Beaufschlagung wird über weitere Ventile geregelt.The refrigeration system is preferably coupled with heat transfer circuits, which are used for air conditioning, cooling and heating. The evaporator of the refrigeration system, as a heat exchanger for air conditioning and normal cooling, and the heat exchanger for heat recovery or heating are designed as a refrigerant heat transfer heat exchanger. As heat transfer medium, a brine adapted to the respective conditions can be used. According to an advantageous embodiment of the invention, the headers and the returns of the heat carrier circuits for air conditioning and heating via bypasses and the heats are also connected to each other via a three-way valve. Thus, the components of the heat carrier circuits for air conditioning and heating can be acted upon depending on the operating mode or demand advantageously both with heat exchanger in the heat recovery and cooled in the evaporator of the air conditioning heat transfer. The admission is regulated by further valves.
Je nach Bedarf an Kälteleistungen innerhalb der Gruppe der Verdampfer auf den jeweiligen Temperaturniveaus wird die Regelung der Verdichterleistungen dadurch vereinfacht, dass eine erste Gruppe der Verdampfer über Saugleitungen mit einer ersten Verdichtereinheit und eine zweite Gruppe der Verdampfer über Saugleitungen mit einer zweiten Verdichtereinheit verbunden sind. Als Verdichtereinheiten sind jeweils ein oder mehrere Verdichter zu verstehen, die parallel miteinander verschaltet sind. Die Parallelschaltung ermöglicht vorteilhaft das Zu- und Abschalten von Verdichtern, um die Masseströme des Kältemittels und damit die Kälteleistungen dem Bedarf der Verbraucher anzupassen. Schadhafte Verdichter können während des Betriebes der Anlage gewechselt werden.Depending on the need for cooling capacities within the group of evaporators at the respective temperature levels, the control of the compressor capacities is simplified in that a first group of evaporators are connected via suction lines to a first compressor unit and a second group of evaporators via suction lines to a second compressor unit. Compressor units are each one or more compressors to understand, which are connected in parallel with each other. The parallel connection advantageously allows the switching on and off of compressors to the mass flows of the refrigerant and thus the cooling capacities the need of To adapt to consumers. Damaged compressors can be changed during operation of the system.
Die erste Verdichtereinheit saugt somit über Saugleitungen das Kältemittel aus der ersten Gruppe der Verdampfer und die zweite Verdichtereinheit aus der zweiten Gruppe der Verdampfer ab. Das Kältemittel wird anschließend in eine gemeinsame Druckleitung verdichtet.The first compressor unit thus sucks the refrigerant from the first group of evaporators and the second compressor unit from the second group of evaporators via suction lines. The refrigerant is then compressed in a common pressure line.
Die Verdampfer der ersten Gruppe und die Verdampfer der zweiten Gruppe weisen vorteilhaft unterschiedliche Temperaturniveaus beziehungsweise Druckniveaus auf. Dabei stellt die erste Gruppe der Verdampfer die Kälteleistung für die Komponenten der Normalkühlung und die zweite Gruppe der Verdampfer die Kälteleistung für die Komponenten des Raumluftklimas bereit, wobei der Verdampfer der integrierten Wärmepumpenschaltung bevorzugt parallel zur Gruppe der Verdichter geschaltet ist, die die Kälteleistung für die Komponenten des Raumluftklimas bereitstellt.The evaporators of the first group and the evaporators of the second group advantageously have different temperature levels or pressure levels. Here, the first group of evaporators, the cooling capacity for the components of the normal cooling and the second group of evaporators, the cooling capacity for the components of the indoor air, with the evaporator of the integrated heat pump circuit is preferably connected in parallel to the group of compressors, the cooling capacity for the components of the indoor climate.
Die Verdampfer des Teils der Kälteanlage, die der Normalkühlung dienen, erzeugen die Kälteleistung auf einem Temperaturniveau zwischen -5 °C und -15 °C. Die Verdampfer, die die Kälteleistung des Raumluftklimas bereitstellen, arbeiten auf einem Temperaturniveau zwischen 0 °C und 10 °C.The evaporators of the part of the refrigeration system, which are used for normal cooling, generate the cooling capacity at a temperature level between -5 ° C and -15 ° C. The evaporators, which provide the cooling capacity of the indoor climate, operate at a temperature level between 0 ° C and 10 ° C.
Je nach Wärmebedarf des Systems der Wärmerückgewinnung und den Betriebsbedingungen der Verdampfer für die Normalkühlung und des Raumklimas ist der Verdampfer der integrierten Wärmepumpenschaltung zuschaltbar.Depending on the heat demand of the system of heat recovery and the operating conditions of the evaporator for the normal cooling and the indoor climate, the evaporator of the integrated heat pump circuit can be switched.
Der integrierte Kondensator-Verdampfer ist vorteilhafterweise nach Bedarf umschaltbar ausgebildet. Somit ist der Verdampfer der integrierten Wärmepumpenschaltung durch Umschalten in den Betrieb als Kondensator der Kälteanlage ohne Mehraufwand an Komponenten und damit ohne Mehrkosten abtaubar.The integrated condenser-evaporator is advantageously designed switchable as needed. Thus, the evaporator of the integrated heat pump circuit by switching to operation as a condenser of the refrigeration system without additional expenditure of components and thus abtaubar without additional costs.
Folgende Vorteile lassen sich für die explosionsgeschützte Kälteanlage zusammenfassen:
- Anlage derart ausgebildet, dass Einteilung der explosionsgefährdeten Bereiche in Zonen nicht erforderlich ist,
- herkömmliche, nicht explosionsgeschützte Komponenten für den Kältemittelkreislauf der Kälteanlage einsetzbar, damit wesentlich kostengünstigere Komponenten verwendbar,
- Kälteanlage ist vormontierbar und mit Kältemittel befüllbar,
- erleichterte Qualitätskontrolle, Durchführung aufwändiger Dichtigkeitsund/oder Drucktests bereits bei der Installation des Kreislaufes, Nachbearbeitung nach der Montage am Bestimmungsort entfällt,
- Durchführung der Elektroinstallation der Komponenten des Kältemittelkreislaufes beziehungsweise der Pumpen der Wärmeträgerkreisläufe bereits bei der Vormontage und damit bei Lieferung oder Montage am Bestimmungsort entbehrlich.
- System designed in such a way that it is not necessary to divide the potentially explosive areas into zones
- conventional, non-explosion-proof components can be used for the refrigerant circuit of the refrigeration system, so that substantially less expensive components can be used,
- Refrigeration system is pre-assembled and can be filled with refrigerant,
- eased quality control, implementation of elaborate tightness and / or pressure tests already during the installation of the circuit, post-processing after assembly at the destination omitted,
- Carrying out the electrical installation of the components of the refrigerant circuit or the pumps of the heat transfer circuits already at the pre-assembly and thus at delivery or installation at the destination unnecessary.
Die Vorteile des Kältemittelkreislaufes der Kälteanlage mit integriertem Kondensator-Verdampfer gegenüber den im Stand der Technik bekannten Anlagen sind:
- weniger kostenintensiv und energetisch effektiverer Betrieb, da
- a) der Vorgang der Wärmeübertragung bei der Verdampfung des Kältemittels im Verdampfer der Wärmepumpenschaltung bei geringeren Temperaturdifferenzen und bei höherer Verdampfungstemperatur und höherem Verdampfungsdruck abläuft, was wiederum ein geringeres Druckverhältnis und damit eine geringere zuzuführende Leistung am Verdichter bewirkt,
- b) die Vereisung der Wärmeübertragerfläche im Verdampferbetrieb des integrierten Kondensator-Verdampfers verzögert wird und die vereisten Flächen ohne zusätzliche Einrichtungen und Energie abgetaut werden können,
- platzsparend und mit weniger Installationsaufwand verbunden, da auf eine große Anzahl zusätzlicher Komponenten verzichtet wird,
- Reduzierung und Minimierung der Kältemittelfüllmenge durch zweigeteilten Kondensator-Verdampfer und nachgeschaltetem Sammler sowie deren an die auftretenden Bedingungen angepassten Betriebsmodus,
- Beaufschlagung der Komponenten der Wärmeträgerkreisläufe zur Klimatisierung und zur Heizung mit erwärmtem oder mit abgekühltem Wärmeträger, sodass beispielsweise mit Wärmeträgerkreisläufen zur Klimatisierung sowohl geheizt als auch gekühlt werden kann.
- less costly and energetically more effective operation, since
- a) the process of heat transfer during the evaporation of the refrigerant in the evaporator of the heat pump circuit runs at lower temperature differences and at higher evaporation temperature and higher evaporation pressure, which in turn causes a lower pressure ratio and thus a lower power to be supplied to the compressor,
- b) the icing of the heat transfer surface in the evaporator operation of the integrated condenser-evaporator is delayed and the icy surfaces can be defrosted without additional facilities and energy,
- saves space and requires less installation effort as it eliminates a large number of additional components
- Reduction and minimization of the refrigerant charge due to the two-part condenser-evaporator and downstream collector and their operating mode adapted to the conditions occurring,
- Actuation of the components of the heat carrier circuits for air conditioning and heating with heated or cooled with heat transfer, so that for example with heat transfer circuits for air conditioning both heated and can be cooled.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
-
Fig. 1 : explosionsgeschützte Kälteanlage mit Umhausung der Komponenten des Kältemittelkreislaufes, Gassensoren, Luftkanal sowie Lüftern, Schaltschrank und luftbeaufschlagtem Kondensator-Verdampfer in der Draufsicht, -
Fig. 2 : alternative Ausgestaltung der explosionsgeschützten Kälteanlage ausFig. 1 , -
Fig. 3 : explosionsgeschützte Kälteanlage mit Umhausung, Gassensoren, Luftkanal sowie Lüftern und Schaltschrank in perspektivischer Ansicht, -
Fig. 4 : alternative Ausgestaltung der explosionsgeschützten Kälteanlage ausFig. 3 , -
Fig. 5 : Umhausung der explosionsgeschützten Kälteanlage mit Fließbild des Kältemittelkreislaufes mit integrierter Wärmepumpenschaltung, -
Fig. 6 : Umhausung der explosionsgeschützten Kälteanlage mit Fließbild des Kältemittelkreislaufes mit integriertem Kondensator-Verdampfer und -
Fig. 7 : Umhausung der explosionsgeschützten Kälteanlage mit Fließbild des Kältemittelkreislaufes mit zweigeteiltem integriertem Kondensator-Verdampfer.
-
Fig. 1 : Explosion-proof refrigeration system with enclosure of the components of the refrigerant circuit, gas sensors, air duct and fans, control cabinet and air-operated condenser-evaporator in plan view, -
Fig. 2 : Alternative design of the explosion-proof refrigeration systemFig. 1 . -
Fig. 3 : Explosion-proof refrigeration system with housing, gas sensors, air duct, fans and control cabinet in perspective view, -
Fig. 4 : Alternative design of the explosion-proof refrigeration systemFig. 3 . -
Fig. 5 : Housing of the explosion-proof refrigeration system with flow diagram of the refrigerant circuit with integrated heat pump circuit, -
Fig. 6 : Housing of the explosion-proof refrigeration system with flow diagram of the refrigerant circuit with integrated condenser-evaporator and -
Fig. 7 : Housing of the explosion-proof refrigeration system with flow diagram of the refrigerant circuit with two-part integrated condenser-evaporator.
In
Der Kältemittelkreislauf der Kälteanlage 1 ist dadurch vorteilhaft vormontierbar und mit Kältemittel befüllbar. Der Kältemittelkreislauf ist geschlossen. Die Qualitätskontrolle der Kälteanlage wird erleichtert. Aufwändige Dichtigkeitsund/oder Drucktests werden bereits bei der Installation des Kreislaufes selbst durchgeführt. Eine Nachbearbeitung nach der Montage der Anlage am Bestimmungsort ist nicht notwendig.The refrigerant circuit of the refrigeration system 1 is thereby advantageously preassembled and filled with refrigerant. The refrigerant circuit is closed. The quality control of the refrigeration system is facilitated. Elaborate tightness and / or pressure tests are already performed during the installation of the circuit itself. Post-processing after installation of the system at the destination is not necessary.
Außerdem ist die die Komponenten des Kältemittelkreislaufes beziehungsweise die die Pumpen 21 der Wärmeträgerkreisläufe betreffende Elektroinstallation bei Lieferung oder bei Montage am Bestimmungsort entbehrlich und wird bereits bei der Vormontage durchgeführt.In addition, the components of the refrigerant circuit or the
Die explosionsgeschützte Kälteanlage ist derart ausgebildet, dass eine Einteilung der explosionsgefährdeten Bereiche in Zonen nicht erforderlich ist. Damit sind Komponenten für den Kältemittelkreislauf der Kälteanlage 1 einsetzbar, die nicht dem Geltungsbereich der ATEX-Richtlinien unterliegen und damit wesentlich kostengünstiger sind als Komponenten, die die ATEX-Richtlinien erfüllen.The explosion-proof refrigeration system is designed in such a way that it is not necessary to divide the potentially explosive areas into zones. So are components for the refrigerant circuit of the refrigeration system. 1 which are not subject to the scope of the ATEX directives and are thus much cheaper than components that comply with the ATEX directives.
Der gesamte Kältemittelkreislauf der Kälteanlage 1 ist als zusammenhängende kompakte Einheit innerhalb der gasdicht verschlossenen Umhausung 23 angeordnet. Die Umhausung 23 ist mit einer Größe (Länge x Breite x Höhe) von etwa (3 x 2 x 2) m außerhalb des Gebäudes, zum Beispiel auf dem Dach des Supermarktes, angeordnet. Die genauen Abmessungen der Umhausung 23 betragen (3000 x 2300 x 2060) mm. Die Wandungen der Umhausung 23 sind mit 20 mm starker Isolierung und innen abschließend mit Lochblech versehen (nicht dargestellt). Die Umhausung 23 und der Kondensator-Verdampfer 16 sind auf einem gemeinsamen Grundrahmen montiert. Der Grundrahmen weist eine Länge von 5725 mm und eine Breite von 2300 mm auf. Am Grundrahmen sind außerdem Transportlaschen vorgesehen, die den Transport der gesamten Anlage vereinfachen und auch das Heben der Anlage, auf beispielsweise ein Dach, sicher ermöglichen.The entire refrigerant circuit of the refrigeration system 1 is arranged as a coherent compact unit within the gas-
Mit der Aufstellung im Freien ist eine der wesentlichen durch die ATEX-Richtlinien vorgegebenen Maßnahmen bezüglich des Aufstellungsortes erfüllt.Outdoor installation fulfills one of the essential measures specified by the ATEX guidelines regarding the installation site.
Sämtliche Rohrleitungen (in
Der in
Innerhalb der gasdichten Umhausung 23 der explosionsgeschützten Kälteanlage 1 sind zudem Gassensoren 31 vorgesehen. Bei einem nicht gänzlich auszuschließenden Havariefall mit Austritt des brennbaren Kältemittels aus dem Kältemittelkreislauf steigt die Konzentration des Kältemittels in der Luft an. Beim Überschreiten eines vorgegebenen Schwellenwertes der Konzentration löst ein Gassensor 31 das Abschalten sämtlicher Komponenten des Kältemittelkreislaufes und der Wärmeträgerkreisläufe aus. Die Komponenten werden gänzlich von der Stromversorgung getrennt, sodass von diesen Komponenten keine direkte Explosionsgefahr infolge Funkenbildung ausgeht.Within the gas-
Gleichzeitig löst der Gassensor 31 den Betrieb eines ATEX-geschützten Lüfters 28 aus. Der innerhalb der Absaugeinrichtung 27 beziehungsweise dem Luftkanal 32 angeordnete ATEX-Lüfter 28 saugt die am Boden der Umhausung 23 angesammelte, mit Kältemittel angereicherte Luft, das heißt das Kältemittel-Luftgemisch, ab und fördert es entsprechend der Strömungsrichtung 29 der Luft aus der Umhausung 23 in die Umgebung, wo sich das Kältemittel-Luft-Gemisch innerhalb kürzester Zeit mit Umgebungsluft zu einem nicht explosionsfähigen Gemisch verdünnt, sodass von dem Gemisch keine Explosionsgefahr mehr ausgeht. Dadurch wird zusätzlich der größtmögliche Schutz, als primärer Explosionsschutz der ATEX-Richtlinien, bei dem explosionsfähige Mischungen durch Belüftung oder Veränderung der Konzentration verhindert werden sollen, gewährleistet. Sämtliche Kreislaufkomponenten der Kälteanlage 1 und der Wärmeträgerkreisläufe unterliegen damit vorteilhaft nicht den ATEX-Richtlinien.At the same time, the
Des Weiteren ist ein zusätzlicher Lüfter 26 innerhalb des oberen Bereiches der Wandung der Umhausung 23 angeordnet, der ebenfalls nicht den ATEX-Richtlinien entsprechen muss. Dieser Lüfter 26 sorgt für den notwendigen Luftausgleich zwischen der Atmosphäre innerhalb der Umhausung 23 und der Umgebung. Die Luft wird in Strömungsrichtung 29 aus der Umhausung 23 in die Umgebung gefördert. Der Luftausgleich ist vorrangig für das Abführen der Wärme, die von den Kreislaufkomponenten, insbesondere den Verdichtern 5, 6, abgebeben wird, vorgesehen. Im Havariefall wird auch die Stromversorgung des zusätzlichen Lüfters 26 unterbrochen, bevor der ATEX-Lüfter 28 zugeschaltet wird.Furthermore, an
Der Lüfter 26 kann als Abgrenzung der Atmosphäre innerhalb der Umhausung 23 zur Umgebung mit einer Lüftungsklappe versehen sein, die durch das Ausblasen der Luft aus der Umhausung 23 bei eingeschaltetem Lüfter 26 selbsttätig geöffnet wird und bei ausgeschaltetem Lüfter 26 geschlossen ist, sodass kein Austausch von Luft mit der Umgebung möglich ist.The
Innerhalb der Umhausung 23 ist ein Schaltschrank 24 integriert, über den sämtliche Kreislaufkomponenten der Kälteanlage 1 mit Strom versorgt werden, der zur Regelung der Gesamtanlage dient und räumlich sowie gasdicht vollständig vom Kältemittelkreislauf der Kälteanlage 1 getrennt ist. Der Schaltschrank 24 ist durch eine Schaltschranktür 25 von außen begehbar ausgeführt.Within the
Die vollständige Trennung vom Kältemittelkreislauf der Kälteanlage 1 ist notwendig, da auch im Havariefall der Schaltschrank 24 "in Betrieb" verbleibt. Über die Schaltungen werden auch der ATEX-Lüfter 28 und Komponenten im Bereich außerhalb der Umhausung 23, zum Beispiel Komponenten der Wärmeträgerkreisläufe, geregelt.The complete separation from the refrigerant circuit of the refrigeration system 1 is necessary because even in case of failure, the
Der Luftkanal 32 weist im oberen Bereich der Umhausung 23 ein zusätzliches T-Stück 33 und damit eine Öffnung auf, sodass der Luftkanal 32 nicht nur im unteren Bereich der Umhausung 32 mit einer Öffnung ausgebildet ist. Durch die zusätzliche Öffnung des Luftkanals 32 im oberen Bereich der Umhausung 23 wird die Luft für den Ausgleich zwischen der Luft innerhalb der gasdichten Umhausung 23 und der Umgebung mit Hilfe des ATEX-Lüfters 28 abgesaugt und in Strömungsrichtung 29 nach außen gefördert.The
Durch die alternative Ausgestaltung der explosionsgeschützten Kälteanlage ist der ursprünglich in der Wandung der Umhausung 23 integrierte Lüfter 26 (vergleiche
Die obere Öffnung des Luftkanals 32 am T-Stück 33 ist mit einer gesteuerten Lüftungsklappe (nicht dargestellt) versehen, die bei ausgeschaltetem Lüfter 28 und im Havariefall geschlossen ist. Die gesteuerte Lüftungsklappe am T-Stück 33 ist nur dann geöffnet, wenn lediglich die durch den Betrieb der Kreislaufkomponenten erwärmte Luft aus der gasdichten Umhausung 23 mit Hilfe des Lüfters 28 abgesaugt wird. Im Havariefall, das heißt beim Auslösen der Gassensoren 31 sowie bei Trennung sämtlicher Komponenten des Kältemittelkreislaufes und der Wärmeträgerkreisläufe von der Stromversorgung beziehungsweise dem Inbetriebsetzen des ATEX-Lüfters 28, wird die obere Öffnung des Luftkanals 32 am T-Stück 33 durch die gesteuerte Lüftungsklappe verschlossen, sodass das Kältemittel-Luftgemisch vom Boden der Umhausung 23 abgesaugt wird.The upper opening of the
In den
Da das brennbare Kältemittel, wie der Kohlenwasserstoff Propan, eine größere Dichte als Luft aufweist, sammelt sich bei einer Leckage des Kältemittelkreislaufes das austretende Kältemittel am Boden der Umhausung 23. Der Boden ist dabei als flüssigkeitsdichte Wanne 30 ausgeführt, die im Havariefall beispielsweise aus dem Kältemittelkreislauf austretendes Öl auffängt, das damit innerhalb der Umhausung 23 verbleibt und die Umwelt nicht verschmutzt. Das eventuell ausgetretene Öl kann aus der Wanne 30 sicher und vergleichsweise einfach entfernt werden.Since the combustible refrigerant, such as hydrocarbon propane, has a greater density than air, accumulates in a leakage of the refrigerant circuit, the escaping refrigerant at the bottom of the
In
In
Eine nicht dargestellte Weiterbildung der Anlage besteht darin, dass ein Tiefkühlkreislauf an den Verbund angeschlossen ist.A development of the system, not shown, is that a freezing circuit is connected to the composite.
Die Verdichter 5, 6 komprimieren das Kältemittel aufgrund einer einheitlichen Kondensationstemperatur beziehungsweise eines einheitlichen Kondensationsdruckes in eine gemeinsame Druckleitung 17, die die Verdichtereinheit beziehungsweise die Verdichter 5, 6 mit dem Wärmeübertrager der Wärmerückgewinnung 7 verbindet. Das überhitzte, als Heißgas vorliegende Kältemittel wird im Wärmeübertrager 7 der Wärmerückgewinnung abgekühlt beziehungsweise enthitzt und bei großer abzuführender Wärmeleistung der Wärmerückgewinnung mindestens teilweise kondensiert. Je nach übertragener Wärme wird das Kältemittel somit teilweise oder vollständig enthitzt und/oder zum Teil oder vollständig verflüssigt. Die an das System der Wärmerückgewinnung übertragene Wärme kann beispielsweise zum Erwärmen eines Mediums innerhalb eines Heizungssystems genutzt werden.The
Im Kondensator 8, der als luftbeaufschlagter Wärmeübertrager ausgebildet ist, wird das Kältemittel vollständig kondensiert und anschließend im Sammler 9 gespeichert. Tritt das Kältemittel aus dem Wärmeübertrager 7 der Wärmerückgewinnung bereits vollständig verflüssigt aus, wird die Flüssigkeit über einen Bypass (nicht dargestellt) um den Kondensator 8 direkt in den Sammler 9 geleitet.In the
Die Enthitzung endet beim Erreichen der Taulinie, an der der Vorgang der Kondensation beginnt. Bei vollständiger Kondensation beziehungsweise Verflüssigung liegt das Kältemittel am Austritt des jeweiligen Wärmeübertragers vollständig als Flüssigkeit vor. Findet die Kondensation nur teilweise statt, tritt das Kältemittel als Flüssigkeits-Dampf-Gemisch aus.The decom- missioning ends on reaching the dew line, where the process of condensation begins. In complete condensation or Liquefaction, the refrigerant is at the outlet of each heat exchanger completely as a liquid. If the condensation takes place only partially, the refrigerant exits as a liquid-vapor mixture.
Das flüssige Kältemittel wird über die Flüssigkeitsleitung 18, die den Sammler 9 mit den Verbrauchern verbindet, auf die unterschiedlichen Verdampfer 2, 3, 4 verteilt und vor dem Eintritt in die Verdampfer 2, 3, 4 mit Hilfe von Expansionsventilen 11, 13, 15 auf das gewünschte Druckniveau entspannt. Der Vorgang der Verdampfung zur Bereitstellung der Kälteleistung der Normalkühlung findet dabei auf einem anderen Druckniveau statt als der Vorgang der Verdampfung zur Bereitstellung der Kälteleistung zur Klimatisierung und der Wärmeaufnahme im Wärmepumpenkreislauf. Die in
Das verdampfte, gasförmige Kältemittel gelangt über Saugleitungen 19, 20 zu den Verdichtern 5, 6 zurück. Der Kreislauf ist geschlossen.The vaporized, gaseous refrigerant passes back via
Der Kältemittelkreislauf kann zusätzlich mit inneren Wärmeübertragern als thermische Verbindungen zwischen der Flüssigkeitsleitung 18 und der Saugleitung 19, 20 ausgestaltet sein (nicht dargestellt). Die inneren Wärmeübertrager sind dabei jeweils in Strömungsrichtung auf der Hochdruckseite beziehungsweise innerhalb der Flüssigkeitsleitung 18 zwischen dem Magnetventil 10, 12, 14 und dem Expansionsventil 11, 13, 15 und innerhalb der Saugleitung 19, 20 zwischen dem Verdampfer 2, 3, 4 und dem Verdichter 5, 6 angeordnet. Die Wärme wird dabei vom flüssigen Kältemittel nach dem Austritt aus dem Sammler 9 an das gasförmige Kältemittel vor dem Eintritt in den Verdichter 5, 6 übertragen. Das Kältemittel wird einerseits hochdruckseitig unterkühlt und andererseits vor dem Eintritt in den Verdichter 5, 6 überhitzt.The refrigerant circuit may additionally be configured with internal heat exchangers as thermal connections between the
Die Kälteleistungen der Verdampfer 2, 3, 4 variieren je nach Tages- und Jahreszeit. Je nach Bedarf an Wärmeleistung innerhalb des Systems der Wärmerückgewinnung wird diese durch die in den Verdampfern 2, 3, 4 aufgenommenen Leistungen zuzüglich der dem Kältemittel während der Verdichtervorgänge zugeführten Wärme abgedeckt. Weichen die geforderte Wärmeleistung und die Summe der zugeführten Leistungen derart voneinander ab, dass die Wärmeleistung innerhalb des Systems der Wärmerückgewinnung nicht abgedeckt werden kann, wird der Verdampfer 4 des Kreislaufes der Wärmepumpe zugeschaltet. Die dabei aufgenommene Wärme und während des Verdichtungsvorganges zugeführte Wärme stehen als zusätzliche Leistungen dem System der Wärmerückgewinnung zur Verfügung. Der Verdampfer 4 des Kreislaufes der Wärmepumpe ist ebenso wie der Kondensator 8 luftbeaufschlagt.The cooling capacities of the
Der integrierte Kondensator-Verdampfer 16 kann beispielsweise als Rohrbündelwärmeübertrager mit Lamellen ausgebildet sein, wobei die Lamellen vorteilhaft sowohl mit den Rohren des Verdampfers 4 der Wärmepumpenschaltung als auch mit den Rohren des Kondensators 8 der Kälteanlage wärmeleitend verbunden sind. Dadurch wird die Fläche zur Wärmeübertragung bei der Kondensation und bei der Verdampfung vergrößert. Die Umgebungsluft strömt durch die Zwischenräume der Lamellen und auf der Außenseite der Rohre. Das Kältemittel strömt jeweils innerhalb der Rohre im Falle des Verdampfers 4 der Wärmepumpenschaltung unter Verdampfungsdruck und im Falle des Kondensators 8 unter Kondensationsdruck der Kälteanlage 1.The integrated condenser-
Durch die Verschachtelung der Kreisläufe des integrierten Kondensator-Verdampfers 16 ineinander, auch als Verflüssiger mit integrierter Verdampferschlange bezeichnet, ergeben sich wesentliche Vorteile beim Betrieb der Kälteanlage 1.By interleaving the circuits of the integrated condenser-
Durch die Doppelnutzung des integrierten Kondensator-Verdampfers 16 ist der Betrieb auch bei Temperaturen um 0 °C möglich, ohne dass ein zusätzliches System zur Abtauung des Verdampfers 4 der Wärmepumpe benötigt wird. Durch Abschalten des Verdampfers 4 und Zuschalten des Kondensators 8, bei gegebenenfalls reduzierter Wärmeleistung des Systems der Wärmerückgewinnung, wird das Abtauen durch die Wärmeabgabe des Kältemittels während der Kondensation realisiert.Due to the dual use of the integrated condenser-
Durch die Integration des Verdampfers 4 der Wärmepumpenschaltung und des Kondensators 8 der Kälteanlage ergibt sich eine große Fläche zur Wärmeübertragung, was wiederum den Vorgang der Wärmeübertragung zu geringeren Temperaturdifferenzen vorteilhaft verändert. Dadurch kann die Verdampfung des Kältemittels im Kreislauf der Wärmepumpe bei höherer Temperatur und die Kondensation des Kältemittels bei geringerer Temperatur erfolgen, was zu einer Verringerung der zuzuführenden Verdichterleistung führt.By integrating the
Des Weiteren wird der Platzbedarf durch die Integration zweier Wärmeübertrager in einem Bauelement verringert.Furthermore, the space requirement is reduced by the integration of two heat exchangers in one component.
In
Beide Abschnitte des Kondensator-Verdampfers 16a, 16b sind als Kondensatoren mit dem jeweils zugehörigen Sammler 9a, 9b je nach den Außenbedingungen oder den Betriebsverhältnissen separat, oder aber beide Teile parallel, betreibbar.Both sections of the condenser-
Im Winterbetrieb, bei dem im Verdampfer des Kondensator-Verdampfers 16a, 16b der Wärmepumpenschaltung Wärme aufgenommen wird, ist lediglich ein Teil des Kondensator-Verdampfers 16a und der nachgeschaltete Sammler 9a kältemittelbeaufschlagt. Der zweite Teil des Kondensator-Verdampfers 16b mit Sammler 9b wird leer gesaugt, das heißt der Kondensator des Kondensator-Verdampfers 16b und der Sammler 9b sind nicht mit Kältemittel beaufschlagt. Die Leitungen sind dabei durch Ventile (nicht dargestellt) so verschlossen, dass die genannten Komponenten vom übrigen Kältemittelkreislauf abgetrennt sind. Ansonsten könnte sich das Kältemittel innerhalb der sich nicht in Betrieb befindlichen Komponenten sammeln und somit dem Kältemittelkreislauf entzogen werden. Die fehlende Kältemittelmenge müsste durch eine größere Gesamtmenge kompensiert werden. Durch das Abtrennen nicht genutzter Komponenten kann vorteilhaft die Kältemittelmenge beziehungsweise Füllmenge der Anlage minimiert werden. Eine geringere Kältemittelmenge, insbesondere bei Anlagen mit brennbaren Kältemitteln, reduziert die von ihr ausgehende Gefahr durch Explosionen bei Leckage oder Havarie deutlich.In winter operation, in which heat is absorbed in the evaporator of the condenser-
Im Sommerbetrieb sind beide Teile des Kondensator-Verdampfers 16a, 16b und die dazugehörigen Sammler 9a, 9b kältemittelbeaufschlagt.In summer operation both parts of the condenser-
Der zweigeteilt ausgebildete Kondensator-Verdampfer 16a, 16b wird über die Steuerung von Ventilen betrieben.The two-part condenser-
Wie
Durch das Umwälzen von dem im Wärmeübertrager 7 erwärmten Wärmeträger, der in Fließrichtung im Heizmodus 38 über den Bypass 36 und das Drei-Wege-Ventil 34 in den Vorlauf des Wärmeträgerkreislaufes zur Klimatisierung strömt, wird in den Komponenten des Wärmeträgerkreislaufes zur Klimatisierung, zum Beispiel im Fußboden integrierte Heizkörper und/oder Deckenwärmeübertrager (nicht dargestellt), die Wärme wieder abgegeben. Die Wärmeübertrager werden zum Heizen verwendet. Der die Wärme abgegebene Wärmeträger strömt über den Bypass 35 zum Wärmeübertrager 7 zurück. Andererseits können die Komponenten des Wärmeträgerkreislaufes zur Klimatisierung mit dem im Verdampfer 3 abgekühlten Wärmeträger beaufschlagt werden, was durch die Fließrichtung im Kühlmodus 37 angegeben ist, sodass in den Komponenten Wärme aufgenommen wird. Die Wärmeübertrager, beispielsweise in den Verkaufsräumen, dienen dann der Kühlung.By the circulation of the heated heat exchanger in the
Die vorliegende Erfindung kann überall da eingesetzt werden, wo Kälteanlagen zur Kühlung benötigt werden und gleichzeitig ein Wärmebedarf vorhanden ist. Dabei kann jedes herkömmliche, insbesondere aber brennbare, Kältemittel eingesetzt werden.The present invention can be used anywhere where refrigeration systems are needed for cooling and at the same time there is a heat demand. In this case, any conventional, but in particular flammable, refrigerant can be used.
- 11
- Kälteanlagerefrigeration plant
- 22
- Verdampfer (Normalkühlung)Evaporator (normal cooling)
- 33
- Verdampfer (Klimakühlung)Evaporator (climate cooling)
- 44
- Verdampfer (Wärmepumpe)Evaporator (heat pump)
- 55
- Verdichter/Verdichtereinheit (Normalkühlung)Compressor / compressor unit (normal cooling)
- 66
- Verdichter/Verdichtereinheit (Klimakühlung/Wärmepumpe)Compressor / compressor unit (air conditioning / heat pump)
- 77
- Wärmeübertrager (Wärmerückgewinnung)Heat exchanger (heat recovery)
- 88th
- Kondensatorcapacitor
- 9, 9a, 9b9, 9a, 9b
- Sammlercollector
- 10, 12, 14, 14a, 14b10, 12, 14, 14a, 14b
- Magnetventilesolenoid valves
- 11, 13, 15, 15a, 15b11, 13, 15, 15a, 15b
- Expansionsorgan/ExpansionsventilExpansion device / expansion valve
- 16, 16a, 16b16, 16a, 16b
- integrierter Kondensator-Verdampferintegrated condenser-evaporator
- 1717
- Druckleitungpressure line
- 1818
- Flüssigkeitsleitungliquid line
- 19, 2019, 20
- Saugleitungsuction
- 2121
- Pumpepump
- 2222
- Anschluss WärmeträgerkreislaufConnection heat transfer circuit
- 2323
- Umhausungenclosure
- 2424
- Schaltschrankswitch cabinet
- 2525
- Schaltschranktürcabinet door
- 2626
- Lüfter/VentilatorFan / fan
- 2727
- Absaugeinrichtungsuction
- 2828
- Lüfter, ATEX-LüfterFan, ATEX fan
- 2929
- Strömungsrichtung LuftFlow direction air
- 3030
- Wannetub
- 3131
- Gassensorgas sensor
- 3232
- Luftkanalair duct
- 3333
- T-StückTee
- 3434
- Drei-Wege-VentilThree-way valve
- 35,3635.36
- Bypassbypass
- 3737
- Fließrichtung im KühlmodusFlow direction in cooling mode
- 3838
- Fließrichtung im HeizmodusFlow direction in heating mode
Claims (15)
und dass eine Regeleinrichtung derart vorgesehen ist, dass bei Erreichen einer vorgegebenen Konzentration von Kältemittelgas in der Atmosphäre der Umhausung (23)
and that a control device is provided such that upon reaching a predetermined concentration of refrigerant gas in the atmosphere of the enclosure (23)
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