EP3244136A1 - Kältemodul - Google Patents

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Publication number
EP3244136A1
EP3244136A1 EP17170563.5A EP17170563A EP3244136A1 EP 3244136 A1 EP3244136 A1 EP 3244136A1 EP 17170563 A EP17170563 A EP 17170563A EP 3244136 A1 EP3244136 A1 EP 3244136A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
circuits
refrigerant
cooling module
refrigeration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17170563.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Filip KITANOSKI
Dominik Radler
Florian Schilling
Andreas Presetschnik
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Liebherr Transportation Systems GmbH and Co KG
Original Assignee
Liebherr Transportation Systems GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Liebherr Transportation Systems GmbH and Co KG filed Critical Liebherr Transportation Systems GmbH and Co KG
Publication of EP3244136A1 publication Critical patent/EP3244136A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B25/00—Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00
    • F25B25/005—Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00 using primary and secondary systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B6/00—Compression machines, plants or systems, with several condenser circuits
    • F25B6/02—Compression machines, plants or systems, with several condenser circuits arranged in parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/06—Several compression cycles arranged in parallel

Definitions

  • the present invention relates to a cooling module, in particular a cooling module for a cooling device of a transport unit.
  • a cooling module serves to bring the air in a room to be conditioned to a desired temperature level by means of a refrigeration circuit refrigeration cycle and to keep it there.
  • the refrigeration cycle typically includes a compressor, a condenser, a throttle, and an evaporator connected in series.
  • a compressor arrangement is provided in a refrigeration circuit refrigeration cycle, in which two or more compressors are introduced parallel to each other in the refrigeration cycle.
  • Each of the compressors arranged parallel to each other is in fluid communication with one and the same refrigeration circuit.
  • the amount of refrigerant required is higher than in a conventional refrigeration cycle with only one compressor.
  • refrigerants with a high global warming potential are to be gradually reduced and are becoming increasingly less acceptable to end customers, it is advantageous to switch to refrigerants that have a lower GWP.
  • An alternative known to date is, for example, the group of combustible hydrocarbons, such as butane, propane and propene. Due to their flammability, it is essential to minimize the amount of refrigerant used in a refrigeration cycle. It is crucial for the safety of a refrigeration module how much refrigerant flows in a refrigeration cycle.
  • the refrigeration module comprises two refrigeration circuits whose respective refrigerant circuit is separated from each other.
  • the cooling module is characterized in that the refrigerant circuits of the two refrigerant circuits run separately from each other through a common heat exchanger.
  • the invention provides for at least two refrigeration circuits whose respective refrigerant circuits are separated from one another and which run separately from one another through a common heat exchanger.
  • the cooling module according to the invention in the operation of only one of the plurality of refrigerant circuits on a disproportionately large heat transfer surface for heat exchange. This results in an optimal heat exchange for the one operated refrigerant circuit, so that the overall efficiency of the system when operating only one of the multiple circuits is particularly high or two separate heat exchangers, the high overall efficiency results from the disproportionately high common associated air flow.
  • the amount of refrigerant Ipro refrigeration circuit decreases compared to a refrigeration cycle by a compressor assembly is provided with a plurality of mutually parallel compressors for a refrigeration cycle. In this way, in the event of a leak, the amount of a released refrigerant of a refrigeration cycle can be minimized. The reduction of the liberated refrigerant can therefore contribute to increased reliability.
  • the provision of two self-sufficient refrigeration circuits in a refrigeration module also leads to a lower overall failure probability of the module, since the refrigeration circuits are redundant.
  • the common heat exchanger has at least two inlets for the inflow of a fluid, in particular a refrigerant, and at least two outlets for the outflow of a fluid, wherein a first of the inlets has a first fluid connection through the heat exchanger to a first of the outlets , another of the inlets has a further fluid connection through the heat exchanger to another of the outlets, and each fluid connection is separated from the other fluid connections.
  • the common heat exchanger for the at least two refrigerant circuits is further specified.
  • the heat exchanger comprises at least two inlets and at least two outlets, so that the at least two refrigeration circuits can run through the common heat exchanger without the refrigerant circuits having a common fluid connection.
  • one of the refrigerant circuits passes through the first fluid connection of the common heat exchanger and the other of the at least two refrigerant circuits through a further fluid connection of the common heat exchanger.
  • the entire heat exchanger with its effective area is available to the other refrigerant circuit.
  • the heat exchange is then particularly effective, since the useful area for heat exchange increases. Since non-operated refrigerant circuits do not use their share of the heat exchange capacity of the heat exchanger, this can be used by the active circuit.
  • the common heat exchanger has a plurality of heat conducting elements, in particular heat conducting fins or heat conducting fins, which contacts a casing of the first fluid connection as well as a casing of all other fluid connections, preferably at least one of the heat conducting elements or all heat conducting elements both the piping of the first fluid connection as well as the piping contact all other fluid connection.
  • the common heat exchanger has a plurality of parallel tube elements, preferably rectilinear tube elements, for flowing a fluid and at least one perpendicular to the longitudinal direction of the plurality of tube elements connecting surface, are connected to each other via fluid-connecting elements parallel to each other tube elements.
  • a fluid connection element is substantially U-shaped and serves to connect rectilinear pipe elements so that a fluid, for example a refrigerant, can meander through a plurality of the pipe elements.
  • the parallel tube elements typically serve to receive the refrigerant.
  • a heat exchanger has a plurality of parallel, with refrigerant flowed through tubular elements in order to allow a good heat exchange with a flowing past the surface of the tube elements medium (typically air).
  • the numerous parallel tube elements are at a certain distance from each other and are at their End sides connected via fluid-connecting elements to each other so that the refrigerant is meandered through the heat exchanger. Since the invention provides for carrying out a plurality of cooling circuits through a common heat exchanger, it is appropriate to equip the perpendicular to the rectilinear pipe elements connecting surface with fluid-connecting elements.
  • a matrix arrangement describes nothing more than a plurality of arranged parallel to the connecting surface parallel pipe elements, each pipe element is locally identifiable by the specification of a row and the associated column among the plurality of tubular elements.
  • the fluid connection elements are preferably arranged on the at least one connection surface in such a way that, when viewed from above the at least one connection surface, the two separate cooling circuits comprise mutually spaced pipe elements, in particular every second row or every second column of pipe elements is associated with one of the two cooling circuits.
  • the fluid connection elements are arranged on the at least one connection surface such that, when viewed from above the at least one connection surface, the two separate refrigeration circuits are offset from one another, in particular one of the two refrigeration circuits defines a first region and the other the two refrigeration circuits defined another area that has no overlap with the first area on the connection surface.
  • each of the refrigeration circuits comprises its own compressor and its own throttle.
  • the throttle is typically used to separate the high-pressure region from a low-pressure region in a refrigeration cycle, the high-pressure region extending from the outlet of the compressor to the throttle.
  • the heat exchanger is an air-refrigerant heat exchanger. This means that the heat exchange between a refrigerant and an air takes place.
  • a refrigerant flowing inside the heat exchanger is cooled or heated by means of an air flow.
  • the air to be conditioned is reduced in its temperature and an ambient air is used to carry off the heat energy arising at the condenser.
  • the heat exchanger is a condenser
  • the cooling module preferably has a condenser fan, with which the condenser can be acted upon with air.
  • the heat exchanger is an evaporator
  • the cooling module preferably has an evaporator fan, with which the evaporator can be acted upon with air.
  • Both the condenser and the evaporator in a refrigeration module can be provided as a common heat exchanger for the at least two refrigeration circuits.
  • the individual components of a respective refrigeration cycle are connected to refrigerant lines, so that a refrigerant circuit is formed.
  • the cooling module is a module for a cooling device of a transport unit, in particular a refrigerated semitrailer, a refrigerated trailer or a refrigerated transport container.
  • Fig. 1 2 shows three separate refrigerant circuits 2, 3 with their respective refrigerant circuits 4, 5.
  • the two refrigerant circuits 4, 5 have no connection point with each other, so that a refrigerant flowing therein does not enter another refrigeration cycle 2, 3 can.
  • a condenser 6 downstream of the respective compressor 10, 11, a condenser 6 can be seen, which has two inlets 61, 62 and two outlets 63, 64 in the flow direction. At this time, the first refrigerant circuit 4 flows into the first inlet 61 of the condenser 6 and leaves the condenser 6 through the first outlet 63.
  • each of the plurality of refrigerant circuits 4, 5 passes a throttle 12, 13 and thereafter flows into an evaporator 7.
  • the evaporator 7 has two inlets 71, 72 and two outlets 73, 74, wherein each of the refrigerant circuits 4, 5 flows into a different inlet 71, 72 and flows out of a different outlet 73, 74 of the evaporator 7 before the refrigerant flowing in the respective refrigerant circuit 4, 5 is supplied again to the associated compressor 10, 11.
  • Both the condenser 6 and the evaporator 7 have an associated fan 8, 9, which provides an air flow for heat transfer to the condenser 6 or evaporator 7.
  • each compressor 10, 11 is assigned a closed refrigeration cycle.
  • Each of these circuits is connected to the common heat exchanger (evaporator 7 or condenser 6) so that the circuits have a maximum heat exchange with the environment, even if only one of the compressors is in operation. This ensures efficiency gains in the operation of only one refrigeration cycle.
  • Figs. 2a to c show different Verschaltungstinen an air-refrigerant evaporator, 7 with two separate circuits.
  • Fig. 2a shows a system in which every other row is assigned to the heat exchanger one of the two circuits.
  • Fig. 2b shows the arrangement of the two circuits one above the other, whereas Fig. 2c the arrangement of the two circuits in a row represents. In this case, the direction of air flow from left to right in the illustrated drawings is assumed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kältemodul, umfassend zwei Kühlkreisläufe, deren jeweiliger Kühlmittelkreislauf voneinander getrennt ist, wobei die Kühlmittelkreisläufe der zwei Kühlkreisläufe getrennt voneinander durch einen gemeinsamen Wärmeübertrager verlaufen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältemodul, insbesondere ein Kältemodul für eine Kühlvorrichtung einer Transporteinheit.
  • Ein Kältemodul dient dazu, mit Hilfe eines KältekreisKältekreislaufs die Luft in einem zu konditionierenden Raum auf ein gewünschtes Temperaturniveau zu bringen und dort zu halten. Für diese Zwecke weist der Kältekreislauf typischerweise einen Kompressor, einen Kondensator, eine Drossel und einen Verdampfer, die in Reihe miteinander verbunden sind, auf. Indem die zu kühlende Luft des zu konditionierenden Raumes an den Verdampfer Energie abgibt ist es möglich, diese in ihrer Temperatur abzusenken und dadurch die Lufttemperatur in einem Raum abzusenken.
  • In letzter Zeit sind bei der Entwicklung von Kältemodulen Vorteile im Zusammenhang bei der Verwendung von zwei oder mehr Kompressoren in einem KältekreisKältekreislauf festgestellt worden. Dabei wird in einem KältekreisKältekreislauf eine Kompressoranordnung vorgesehen, in der zwei oder mehr Kompressoren parallel zueinander in den Kältekreislauf eingebracht sind. Jeder der parallel zueinander angeordneten Kompressoren steht dabei in einer Fluidverbindung mit ein und demselben Kältekreislauf. Durch eine solche Anordnung ist es möglich, die durch den Kältekreislauf erzeugte Kälteleistung zu variieren, da die Kompressoren einzeln angesteuert werden können. Beim Vorhandensein von zwei Kompressoren spricht man beim simultanen Betrieb dieser Kompressoren auch von einem Tandem-Betrieb.
  • Nachteilhaft an der Umsetzung eines Kältekreislaufs, der mindestens zwei Kompressoren in einer Tandem-Konfiguration aufweist, ist die Verlagerung des Schmiermittels in einen der beiden Kompressoren. Um die Verlagerung des Schmiermittels auszugleichen ist eine Ölausgleichsleitung (= Schmiermittelausgleichsleitung) zwischen den beiden Kompressoren erforderlich, da der Schmiermittelhaushalt nicht unter allen Betriebsbedingungen ideal erfolgt.
  • Zudem ist bei einem Kältekreislauf mit mindestens zwei Kompressoren die Menge an erforderlichem Kältemittel höher als bei einem herkömmlichen Kältekreislauf mit lediglich einem Kompressor.
  • Da Kältemittel mit einem hohen GWP (Global Warming Potential; englisch: globales Erwärmungspotential) schrittweise zu verringern sind und auch bei den Endkunden auf immer weniger Akzeptanz stoßen, ist es von Vorteil, auf Kältemittel auszuweichen, die einen niedrigeren GWP aufweisen. Eine hierzu bisher bekannte Alternative ist beispielsweise die Gruppe der brennbaren Kohlenwasserstoffe, wie Butan, Propan und Propen. Aufgrund ihrer Entzündlichkeit ist hierbei die in einem Kältekreislauf verwendete Menge des Kältemittels unbedingt zu minimieren. Dabei ist für die Sicherheit eines Kältemoduls entscheidend, wie viel Kältemittel in einem Kältekreislauf strömt.
  • Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein Kältemodul zu schaffen, das die vorstehend diskutierten Nachteile überwindet und dabei gleichzeitig hervorragende Möglichkeiten zur Variierung der erzeugten Kälteleistung liefert. Dies gelingt mit einem Kältemodul, das sämtliche Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
  • Demnach umfasst das Kältemodul zwei Kältekreisläufe, deren jeweiliger Kältemittelkreislauf voneinander getrennt ist. Das Kältemodul zeichnet sich dadurch aus, dass die Kältemittelkreisläufe der zwei Kältekreisläufe getrennt voneinander durch einen gemeinsamen Wärmeübertrager verlaufen.
  • Die Erfindung sieht mindestens zwei Kältekreisläufe vor, deren jeweilige Kältemittelkreisläufe voneinander getrennt sind und die getrennt voneinander durch einen gemeinsamen Wärmeübertrager verlaufen.
  • Indem die mehreren voneinander separaten Kältemittelkreisläufe durch einen gemeinsamen Wärmeübertrager strömen, weist das erfindungsgemäße Kältemodul beim Betrieb von nur einem der mehreren Kältekreisläufe eine überproportional große Wärmeübertragerfläche zum Wärmeaustausch auf. Dadurch ergibt sich ein optimaler Wärmeaustausch für den einen betriebenen Kältemittelkreislauf, sodass die Gesamteffizienz des Systems beim Betreiben von nur einem der mehreren Kreisläufe besonders hoch ist bzw. bei zwei getrennten Wärmeübertragern ergibt sich die hohe Gesamteffizienz durch den überproportional hohen gemeinsamen zugeordneten Luftstrom.
  • Zudem verringert sich die Menge des Kältemittels Ipro Kältekreislauf im Vergleich zu einem Kältekreislauf, indem eine Kompressoranordnung mit mehreren zueinander parallel angeordneten Kompressoren für einen Kältekreislauf vorgesehen ist. Hierdurch lässt sich im Falle einer Leckage die Menge eines freigesetzten Kältemittels eines Kältekreislaufs minimieren. Die Verringerung des freigesetzten Kältemittels kann demnach zu einer erhöhten Betriebssicherheit beitragen. Zudem führt das Vorsehen zweier autarker Kältekreisläufe in einem Kältemodul auch zu einer niedrigeren Gesamtausfallwahrscheinlichkeit des Moduls, da die Kältekreisläufe redundant vorhanden sind.
  • Weiter vorteilhaft an dem Vorsehen der zwei voneinander getrennten Kältekreisläufe, die durch mindestens einen gemeinsamen Wärmeübertrager verlaufen, ist die fehlende Notwendigkeit einer Ölausgleichsleitung von Kompressoren im Tandem. Daher sinkt auch hier die Komplexität der Struktur, was eine kostengünstigere Umsetzung zulässt.
  • Gemäß einer optionalen Modifikation der Erfindung weist der gemeinsame Wärmeübertrager mindestens zwei Einlässe zum Einströmen eines Fluids, insbesondere eines Kältemittels, und mindestens zwei Auslässe zum Ausströmen eines Fluids auf, wobei ein erster der Einlässe eine durch den Wärmeübertrager verlaufende erste Fluidverbindung mit einem ersten der Auslässe aufweist, ein weiterer der Einlässe eine durch den Wärmeübertrager verlaufende weitere Fluidverbindung mit einem weiteren der Auslässe aufweist, und jede Fluidverbindung von den anderen Fluidverbindungen getrennt ist.
  • Dadurch wird der gemeinsame Wärmeübertrager für die mindestens zwei Kältemittelkreisläufe weiter spezifiziert. Der Wärmeübertrager umfasst mindestens zwei Einlässe und mindestens zwei Auslässe, sodass die mindestens zwei Kältekreisläufe durch den gemeinsamen Wärmeübertrager verlaufen können, ohne dass die Kältemittelkreisläufe eine gemeinsame Fluidverbindung aufweisen.
  • Vorzugsweise verläuft einer der Kältemittelkreisläufe durch die erste Fluidverbindung des gemeinsamen Wärmeübertragers und der andere der mindestens zwei Kältemittelkreisläufe durch eine weitere Fluidverbindung des gemeinsamen Wärmeübertragers.
  • Ist einer der Kältemittelkreisläufe nicht aktiv, steht dem anderen Kältemittelkreislauf der gesamte Wärmeübertrager mit seiner effektiven Fläche zur Verfügung. Der Wärmeaustausch ist dann besonders effektiv, da sich die zum Wärmeaustausch nutzbare Fläche erhöht. Da nicht betriebene Kältemittelkreisläufe ihren Anteil an der Wärmetauschkapazität des Wärmeübertragers nicht nutzen, kann diese durch den aktiven Kreislauf verwendet werden.
  • Nach einer Fortbildung der Erfindung weist der gemeinsame Wärmeübertrager eine Vielzahl von Wärmeleitelementen, insbesondere Wärmeleitrippen oder Wärmeleitlamellen auf, die eine Verrohrung der ersten Fluidverbindung als auch eine Verrohrung aller weiteren Fluidverbindungen kontaktiert, wobei vorzugsweise mindestens eines der Wärmeleitelemente oder alle Wärmeleitelemente sowohl die Verrohrung der ersten Fluidverbindung als auch die Verrohrung aller weiteren Fluidverbindung kontaktieren.
  • Dadurch wird sichergestellt, dass bei dem Betreiben von nur einem Kältekreislauf die effektive Fläche des Wärmeübertragers vollständig durch den aktiven Kältekreislauf genutzt werden kann. Wird ein zweiter Kältekreislauf ebenfalls in den aktiven Zustand übergeführt, so halbiert sich die zur Verfügung stehende Fläche des Wärmeübertragers, da nun zwei Kältekreisläufe statt einem Kältekreislauf durch den gemeinsamen Wärmeübertrager verlaufen. Hieraus ergibt sich eine äquivalente Minderung der effektiv zur Verfügung stehenden Fläche beim Zuschalten etwaiger weiterer Kreisläufe.
  • Nach einer weiteren Modifikation der Erfindung besitzt der gemeinsame Wärmeübertrager mehrere parallele Rohrelemente, vorzugsweise geradlinige Rohrelemente, zum Strömen eines Fluids und mindestens eine zur Längsrichtung der mehreren Rohrelemente senkrechte Verbindungsfläche, an der über Fluid-Verbindungselemente parallel zueinander verlaufende Rohrelemente miteinander verbunden werden. Ein Fluid-Verbindungselement ist im Wesentlichen U-förmig und dient dazu, geradlinige Rohrelemente zu verbinden, damit ein Fluid, bspw. ein Kältemittel, mäanderförmig durch eine Vielzahl der Rohrelemente strömen kann.
  • Die parallelen Rohrelemente dienen typischerweise dazu, das Kältemittel aufzunehmen. Ein Wärmeübertrager weist eine Vielzahl von parallelen, mit Kältemittel durchströmten Rohrelemente auf, um einen guten Wärmeaustausch mit einem an der Oberfläche der Rohrelemente vorbeiströmenden Medium (typischerweise Luft) zu ermöglichen. Dabei liegen die zahlreichen parallelen Rohrelemente mit einem gewissen Abstand zueinander und werden an ihren Endseiten über Fluid-Verbindungselemente so miteinander verbunden, dass das Kältemittel mäanderförmig durch den Wärmeübertrager geführt wird. Da die Erfindung das Durchführen mehrerer Kältekreise durch einen gemeinsamen Wärmeübertrager vorsieht, gilt es die zu den geradlinigen Rohrelementen senkrechte Verbindungsfläche entsprechend mit Fluid-Verbindungselementen zu bestücken.
  • Bei Betrachtung der Verbindungsfläche erkennt man eine Vielzahl von zueinander parallelen Rohrelementen, die einen Abstand voneinander aufweisen und vorzugsweise in einer Matrix-Anordnung ausgeführt sind. Dabei beschreibt eine Matrix-Anordnung nichts weiter als eine Vielzahl von an der Verbindungsfläche angeordneten parallelen Rohrelementen, wobei jedes Rohrelement durch die Angabe einer Zeile und der zugehörigen Spalte unter den mehreren Rohrelemente örtlich identifizierbar ist.
  • Vorzugsweise sind die Fluid-Verbindungselemente an der mindestens einen Verbindungsfläche so angeordnet, dass bei Draufsicht auf die mindestens eine Verbindungsfläche die zwei voneinander getrennten Kältekreisläufe alternierend zueinander angeordnete Rohrelemente umfassen, insbesondere jede zweite Reihe oder jede zweite Spalte von Rohrelementen einem der beiden Kältekreisläufe zugeordnet ist.
  • Nach einer weiteren optionalen Modifikation der Erfindung sind die Fluid-Verbindungselemente an der mindestens einen Verbindungsfläche so angeordnet, dass bei Draufsicht auf die mindestens eine Verbindungsfläche die zwei voneinander getrennten Kältekreisläufe versetzt voneinander angeordnet sind, insbesondere einer der beiden Kältekreisläufe einen ersten Bereich definiert und der andere der beiden Kältekreisläufe einen anderen Bereich definiert, der keine Überlappung mit dem ersten Bereich auf der Verbindungsfläche aufweist.
  • Gemäß einer Fortbildung der Erfindung umfasst jeder der Kältekreisläufe einen eigenen Kompressor und eine eigene Drossel.
  • Die Drossel dient typischerweise dazu, den Hochdruckbereich von einem Niederdruckbereich in einem Kältekreislauf zu trennen, wobei der Hochdruckbereich vom Ausgang des Kompressors bis zur Drossel verläuft.
  • Vorzugsweise ist der Wärmeübertrager ein Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager. Dies bedeutet, dass der Wärmeaustausch zwischen einem Kältemittel und einer Luft stattfindet. Im Bereich von Kältemodulen für eine Transporteinheit wird ein innerhalb des Wärmeübertragers strömendes Kältemittel mithilfe einer Luftströmung gekühlt bzw. erhitzt. Im Regelfall wird die zu konditionierende Luft in ihrer Temperatur verringert und eine Umgebungsluft dazu genutzt, die beim Kondensator anfallende Wärmeenergie abzutransportieren.
  • Gemäß einer optionalen Modifikation der Erfindung ist der Wärmeübertrager ein Verflüssiger, wobei das Kältemodul vorzugsweise über einen Verflüssigerlüfter verfügt, mit dem der Verflüssiger mit Luft beaufschlagbar ist.
  • Gemäß einer weiteren Modifikation der Erfindung ist der Wärmeübertrager ein Verdampfer, wobei das Kältemodul vorzugsweise über einen Verdampferlüfter verfügt, mit dem der Verdampfer mit Luft beaufschlagbar ist.
  • Sowohl der Verflüssiger als auch der Verdampfer in einem Kältemodul können als jeweils gemeinsamer Wärmeübertrager für die mindestens zwei Kältekreisläufe vorgesehen sein.
  • Vorzugsweise sind die einzelnen Bestandteile eines jeweiligen Kältekreislaufs mit Kältemittelleitungen verbunden, damit ein Kältemittelkreislauf entsteht.
  • Gemäß einer Fortbildung der Erfindung ist das Kältemodul ein Modul für eine Kühlvorrichtung einer Transporteinheit, insbesondere eines Kühl-Sattelaufliegers, eines Kühlanhängers oder eines Kühltransportcontainers.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Details der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung ersichtlich. Es zeigen:
    • Fig. 1:
    eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Kältemoduls, und
    Figs. 2a-c:
    verschiedene Verschaltungsvarianten des gemeinsamen Wärmeübertragers.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des Kältemoduls 1. Man erkennt zwei voneinander separate Kältekreisläufe 2, 3 mit ihren jeweiligen Kältemittelkreisläufen 4, 5. Die beiden Kältemittelkreisläufe 4, 5 besitzen keinen Verbindungspunkt miteinander, sodass ein darin strömendes Kältemittel nicht in einen anderen Kältekreislauf 2, 3 gelangen kann. Zudem erkennt man in Strömungsrichtung stromabwärts von dem jeweiligen Kompressor 10, 11 einen Kondensator 6, der zwei Einlässe 61, 62 und zwei Auslässe 63, 64 besitzt. Dabei strömt der erste Kältemittelkreislauf 4 in den ersten Einlass 61 des Kondensators 6 und verlässt den Kondensator 6 durch den ersten Auslass 63. Ähnlich verhält sich der zweite Kältemittelkreislauf 5, der in den zweiten Einlass 62 des Kondensators 6 einströmt und aus dem zweiten Auslass 64 herausströmt. Nach dem Herausströmen aus dem Kondensator passiert jeder der mehreren Kältemittelkreisläufe 4, 5 eine Drossel 12, 13 und strömt danach in einen Verdampfer 7. Der Verdampfer 7 weist zwei Einlässe 71, 72 und zwei Auslässe 73, 74 auf, wobei jeder der Kältemittelkreisläufe 4, 5 in einen unterschiedlichen Einlass 71, 72 einströmt und aus einem unterschiedlichen Auslass 73, 74 des Verdampfers 7 herausströmt, bevor das in dem jeweiligen Kältemittelkreislauf 4, 5 strömende Kältemittel erneut dem zugehörigen Kompressor 10, 11 zugeführt wird.
  • Sowohl der Kondensator 6 als auch der Verdampfer 7 verfügen über einen zugehörigen Lüfter 8, 9, der eine Luftströmung für eine Wärmeübertragung mit dem Kondensator 6 oder Verdampfer 7 bereitstellt.
  • Man erkennt, dass jedem Kompressor 10, 11 ein geschlossener Kältekreislauf zugeordnet ist.
  • Dabei wird jeder dieser Kreisläufe an den gemeinsamen Wärmeübertrager (Verdampfer 7 bzw. Kondensator 6) so angeschlossen, dass die Kreisläufe einen maximalen Wärmeaustausch mit der Umgebung aufweisen, auch wenn nur einer der Kompressoren im Betrieb ist. Dies sorgt für Effizienzgewinne beim Betrieb von nur einem Kältekreislauf.
  • Figs. 2a bis c zeigen verschiedene Verschaltungsvarianten eines Luft-Kältemittel-Verdampfers, 7 mit zwei separaten Kreisläufen. Fig. 2a zeigt ein System, bei dem jede zweite Reihe am Wärmeübertrager einem der beiden Kreisläufe zugeordnet ist.
  • Fig. 2b zeigt die Anordnung der beiden Kreisläufe übereinander, wohingegen Fig. 2c die Anordnung der beiden Kreisläufe hintereinander darstellt. Dabei ist die Luftströmungsrichtung von links nach rechts in den dargestellten Zeichnungen anzunehmen.
  • Insgesamt ist es durch die Erfindung möglich, die Kältemittelfüllmenge pro Kreislauf zu reduzieren, die Ölverlagerungsproblematik im Tandembetrieb zu überwinden um und eine insgesamt höhere Redundanz im Kältemodul zu erreichen.

Claims (15)

  1. Kältemodul (1), umfassend:
    mindestens zwei Kältekreisläufe (2, 3), deren jeweiliger Kältemittelkreislauf (4, 5) voneinander getrennt ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    mindestens ein Verdampfer, der mit den mindestens zwei Kältemittelkreisläufen (4, 5) in einer Wirkverbindung steht, mit einem ersten Luftstrom in thermischem Kontakt steht, und mindestens einen Verflüssiger (4), der mit den mindestens zwei Kältemittelkreisläufen (4, 5) in einer Wirkverbindung steht, mit einem zweiten Luftstrom in thermischem Kontakt steht.
  2. Kältemodul (1) nach Anspruch 1, wobei die Kältemittelkreisläufe (4, 5) der mindestens zwei Kältekreisläufe (2, 3) getrennt voneinander durch mindestens einen gemeinsamen Wärmeübertrager (6, 7) verlaufen, wobei der Wärmeübertrager bevorzugterweise ein Verdampfer (7) ist.
  3. Kältemodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der gemeinsame Wärmeübertrager (6, 7) mindestens zwei Einlässe (61, 62, 71, 72) zum Einströmen eines Fluids, insbesondere eines Kältemittels, und mindestens zwei Auslässe (63, 64, 73, 74) zum Ausströmen eines Fluids aufweist,
    ein erster der Einlässe (61, 71) eine durch den Wärmeübertrager (6, 7) verlaufende erste Fluidverbindung mit einem ersten der Auslässe (63, 73) aufweist,
    ein zweiter der Einlässe (62, 72) eine durch den Wärmeübertrager (6, 7) verlaufende zweite Fluidverbindung mit einem zweiten der Auslässe (64, 74) aufweist, und
    die erste Fluidverbindung von den anderen Fluidverbindungen getrennt ist.
  4. Kältemodul (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei einer der mindestens zwei Kältemittelkreisläufe (4) durch die erste Fluidverbindung des gemeinsamen Wärmeübertragers (6, 7) und der andere der mindestens zwei Kältemittelkreisläufe (5) durch eine weitere Fluidverbindung des gemeinsamen Wärmeübertragers (6, 7) verläuft.
  5. Kältemodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, wobei der gemeinsame Wärmeübertrager (6, 7) eine Vielzahl von Wärmeleitelementen, insbesondere Wärmeleitrippen oder Wärmeleitlamellen, aufweist, die sowohl eine Verrohrung der ersten Fluidverbindung als auch eine Verrohrung aller weiteren Fluidverbindung kontaktiert, wobei vorzugsweise mindestens eines der Wärmeleitelemente oder alle Wärmeleitelemente sowohl die Verrohrung der ersten Fluidverbindung als auch die Verrohrung aller weiteren Fluidverbindung kontaktieren.
  6. Kältemodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der gemeinsame Wärmeübertrager (6, 7) mehrere parallele Rohrelemente, vorzugsweise geradlinige Rohrelemente, zum Strömen eines Fluids und mindestens eine zur Längsrichtung der mehreren Rohrelemente senkrechte Verbindungsfläche (65) besitzt, an der über Fluid-Verbindungselemente (66) parallel zueinander verlaufenden Rohrelemente miteinander verknüpfbar sind.
  7. Kältemodul (1) nach Anspruch 6, wobei die Fluid-Verbindungselemente (66) an der mindestens einen Verbindungsfläche (65) so angeordnet sind, dass bei Draufsicht auf die mindestens eine Verbindungsfläche (65) die zwei voneinander getrennten Kältekreisläufe (2, 3) alternierend zueinander angeordnete Rohrelemente umfassen, insbesondere jede zweite Reihe von Rohrelementen einem der beiden Kältekreisläufe (2, 3) zugeordnet ist.
  8. Kältemodul (1) nach Anspruch 6, wobei die Fluid-Verbindungselemente (66) an der mindestens einen Verbindungsfläche (65) so angeordnet sind, dass bei Draufsicht auf die mindestens eine Verbindungsfläche (65) die zwei voneinander getrennten Kältekreisläufe (2, 3) versetzt voneinander angeordnet sind, insbesondere einer der beiden Kältekreisläufe (2, 3) einen ersten Bereich definiert und der andere der beiden Kältekreisläufe (2, 3) einen anderen Bereich definiert, der keine Überlappung mit dem ersten Bereich auf der Verbindungsfläche (65) aufweist.
  9. Kältemodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder der Kältekreisläufe (2, 3) einen eigenen Kompressor (10, 11) und eine eigene Drossel (12, 13) umfasst.
  10. Kältemodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wärmeübertrager (6, 7) ein Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager (6, 7) ist.
  11. Kältemodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wärmeübertrager (6, 7) ein Verflüssiger (6) ist, und wobei das Kältemodul (1) vorzugsweise über einen Verflüssigerlüfter (8) verfügt, mit dem der Verflüssiger (6) mit Luft beaufschlagbar ist.
  12. Kältemodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wärmeübertrager (6, 7) ein Verdampfer (7) ist, und wobei das Kältemodul (1) vorzugsweise über einen Verdampferlüfter (9) verfügt, mit dem der Verdampfer (7) mit Luft beaufschlagbar ist.
  13. Kältemodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die einzelnen Bestandteile eines jeweiligen Kältekreislaufs mit Kältemittelleitungen verbunden sind, damit ein Kältemittelkreislauf entsteht.
  14. Kältemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kältemittel ein Kohlenwasserstoff ist, oder beinhaltet, vorzugsweise ist das Kohlenwasserstoff Isobutan oder Propen bevorzugterweise Propan.
  15. Kältemodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kältemodul (1) ein Modul für eine Kühlvorrichtung einer Transporteinheit, insbesondere eines Kühl-Sattelaufliegers, eines Kühlanhängers oder eines Kühltransportcontainers ist.
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