EP3653951A1 - Plattenwärmeübertrager und verfahren zum betreiben einer anordnung mit einem plattenwärmeübertrager - Google Patents

Plattenwärmeübertrager und verfahren zum betreiben einer anordnung mit einem plattenwärmeübertrager Download PDF

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EP3653951A1
EP3653951A1 EP18206514.4A EP18206514A EP3653951A1 EP 3653951 A1 EP3653951 A1 EP 3653951A1 EP 18206514 A EP18206514 A EP 18206514A EP 3653951 A1 EP3653951 A1 EP 3653951A1
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connection
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Jörg FUHRMANN
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Kelvion Brazed PHE GmbH
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Kelvion Brazed PHE GmbH
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    • F28D2021/0068—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for refrigerant cycles

Definitions

  • the invention relates to a plate heat exchanger and a method for operating an arrangement with a plate heat exchanger.
  • Plate heat exchangers which are also referred to as plate heat exchangers, regularly have a stack of heat exchanger or heat exchanger plates. Flow spaces or zones are formed in the stack of heat exchanger plates, which are sealed against one another, in such a way that at least two flow regions sealed from one another are formed in the plate heat exchanger, each of which can be flowed through by a fluid, so that heat flows between the flowing fluids through the heat exchanger plates is transferable. To seal the flow spaces in the stack of heat exchanger plates, these are soldered together, for example.
  • the object of the invention is to provide a plate heat exchanger and a method for operating an arrangement with a plate heat exchanger, the operation of which can be monitored in an improved manner.
  • the local temperature conditions in the flow channel with the refrigerant are monitored at a more or less distance from the non-connection-side outlet of the second heat exchanger during operation.
  • the measured variable allows direct conclusions to be drawn about the temperature conditions in this area of the refrigeration circuit and can be used as an input variable for controlling components on the plate heat exchanger or in an arrangement with the plate heat exchanger, for example when controlling an expansion valve and / or a compressor which can in turn be arranged in a connecting line between the first and the third heat exchanger.
  • the flow channels or areas between the heat exchangers which are encompassed by the refrigeration circuit can be wholly or only partially in the stack of heat exchanger plates be educated yourself.
  • these connecting lines or channels can run outside the stack of heat exchanger plates, the sections running in the stack of heat exchanger plates then being provided with edge connections in order to connect the line sections running outside the stack of heat exchanger plates.
  • the compressor and / or the expansion valve can be connected to the sections of the flow channels or regions in the stack via lines running outside the stack of heat exchanger plates.
  • the flow channel at which the measuring point is formed can, in turn, run partially or completely within the stack of heat exchanger plates.
  • the measuring point allows access to a temperature measuring device in such a way that the temperature of the refrigerant flowing in the flow channel can be detected locally with the measuring device.
  • the temperature recorded characterizes the outlet temperature at the outlet of the second heat exchanger on the non-connection side.
  • the flow channel can be formed at least in sections in the stack of heat exchanger plates. In one embodiment, the flow channel at which the measuring point is formed can run completely in the stack of heat exchanger plates.
  • the measuring point can be formed with a receptacle for the measuring device, which is sealed off from the flow channel.
  • the receptacle for the measuring device, with which the temperature is measured can have, for example, a sleeve which is set up to insert the measuring device into the sleeve, for example a temperature sensor or sensor.
  • the inside of the receptacle can at least partially protrude into the flow channel, so that the refrigerant flows around this protruding section.
  • a further temperature measuring point can be provided, which is arranged on the stack of heat exchanger plates in the region of a flow channel section or adjacent thereto, the flow channel section as part of the refrigeration circuit connecting to an outlet of the third heat exchanger, which in the third heat exchanger connects to the inlet of the third heat exchanger connected is.
  • the further temperature measuring point can be set up to accommodate a further temperature measuring device with which for the refrigerant in the Flow channel section, the operating temperature can be measured.
  • the further measuring point can be arranged between the outlet of the third heat exchanger and a compressor that can be connected to it.
  • the compressor can be connected with the aid of lines or pipes that can run at least in sections outside the stack of heat exchanger plates.
  • a further input which is sealed off from the input and the output of the third heat exchanger, can be connectable in the refrigeration cycle to a non-connection-side output of the first heat exchanger, and a further output, which is opposite the input and the output of the third heat exchanger is sealed and connected to the further input in the third heat exchanger, can be connectable to a non-connection-side input of the second heat exchanger.
  • An expansion valve can be arranged between the further outlet of the third heat exchanger and the non-connection-side inlet of the second heat exchanger.
  • the expansion valve can be formed with an electronically controlled expansion valve.
  • the expansion valve can be equipped with a thermostatic expansion valve.
  • the above-described configurations apply accordingly to the plate heat exchanger.
  • the arrangement with the plate heat exchanger is operated with a refrigerant, which is a mixture of media, for example a mixture of propane and propene. Operation with these media in pure form, ie not in mixed form, can also be provided, for example with propane or propene.
  • a refrigerant which is a mixture of media, for example a mixture of propane and propene.
  • Operation with these media in pure form, ie not in mixed form can also be provided, for example with propane or propene.
  • the use of hydrocarbons, which are regularly flammable and are therefore classified in safety class A3 according to the EN378-1 standard, is made possible with the help of the proposed technology.
  • the temperature provided in the flow channel avoids control problems in the refrigeration cycle and inefficient operation with low efficiencies of the evaporator and compressor.
  • an additional temperature measuring point is provided between the inlet and the outlet thereof, at which the operating temperature can be measured for the cold liquid or kaitsole.
  • the measuring point can be arranged adjacent to the outlet of the second heat exchanger.
  • the additional temperature measurement information obtained can be used in a regulating or control device in order to provide frost protection, so that freezing damage to the heat exchanger can be avoided.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an arrangement with a plate heat exchanger 1, to which a compressor 2 and an expansion valve 3 are connected via assigned connections outside.
  • the plate heat exchanger 1 is formed with a stack of heat exchanger plates, which can be arranged in a common housing, which is shown in Fig. 1 is shown schematically with a line A.
  • Heat exchanger plates and plate heat exchangers formed therefrom are known as such in various embodiments.
  • the heat exchanger plates usually have a structuring on the surface which is produced, for example, by means of embossing and can have elevations and depressions, for example can comprise grooves.
  • the plates provided with the structures on the surface are alternately arranged in a stack. Flow spaces, channels or zones are produced between the heat exchanger plates, in particular by the fact that the heat exchanger plates are soldered to one another locally and at the edge, in order to bring the different zones or areas against one another to seal. Technologies for producing such a plate heat exchanger are known as such in different configurations.
  • a first heat exchanger 4, a second heat exchanger 5 and a third heat exchanger 6 are produced in the stack of heat exchanger plates by means of assigned flow areas or channels.
  • the first heat exchanger 4 has on the connection side an inlet 4a and an outlet 4b via which a hot liquid can be supplied and removed during operation.
  • the second heat exchanger 5 also has an inlet 5a and an outlet 5b on the connection side, via which a cold liquid (also called cold brine) can be supplied and removed during operation.
  • a cold liquid also called cold brine
  • the second heat exchanger 5 serves as an evaporator for the refrigerant in a refrigeration cycle 7, in which the third heat exchanger 6 is also arranged.
  • the first heat exchanger 4 On the non-connection side, the first heat exchanger 4 has a further inlet 4c and a further outlet 4d, which are connected to one another via the first heat exchanger 4 and are sealed off from the inlet 4a and the outlet 4b, which are arranged on the connection side.
  • the further output 4d of the first heat exchanger 4 is connected to an input 6a of the third heat exchanger 6 via a line 8, which is part of the refrigeration circuit 7.
  • An output 6b of the third heat exchanger 6 is connected via a line 9, which, like the line 8, is a liquid line and is part of the refrigeration circuit 7, to an input 5c of the second heat exchanger 5 on the non-connection side.
  • the refrigerant supplied in this way is evaporated in operation in the second heat exchanger 5 and then reaches an additional inlet 6c of the third heat exchanger 6 via an outlet 5d on the second heat exchanger 5 via a line 10, which is part of the refrigeration circuit 7, and is formed on the connection side.
  • a line 11 is connected via a further output 6d of the third heat exchanger 6, which leads to the non-connection-side input 4d of the first heat exchanger 4, the compressor 2 being arranged in the line 11, which is partially formed outside the stack of heat exchanger plates.
  • a measuring point 12 with a measuring device 13 for measuring the operating temperature is located on the flow channel formed with the line 10 between the second and third heat exchangers 5, 6 of the refrigerant is provided in this line section.
  • the measurement information about the current operating temperature can be evaluated and used to control the operation of the plate heat exchanger 1, for example to act accordingly on the expansion valve 3.
  • a sight glass 14 is provided, which allows an insight into the line 9 from the outside.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of an arrangement comparable Fig. 1 , in addition a further measuring point 20 with a further measuring device 21 for measuring the temperature of the refrigerant in the refrigeration circuit 7 is provided.
  • the further measuring point 20 is provided outside the stack of heat exchanger plates and is arranged in the line 11 or adjacent thereto. In this way, additional temperature information can be obtained for the refrigerant flowing in the refrigeration circuit 7, which can also be used to control and operate the plate heat exchanger 1.
  • the proposed technology supports overall operation of the plate heat exchanger 1 with the smallest possible amount of refrigerant. Measuring the temperature with the aid of the measuring point 12 enables an operation in which the working overheating of the expansion valve 3 is precisely defined and the surface of the evaporator (second heat exchanger 5) can thus be optimally used. It is also possible to define subcooling of the refrigerant on the liquid side. In operation it is avoided that liquid refrigerant gets into the third heat exchanger 6 and there influences the degree of subcooling and consequently the temperature of the refrigerant entering the evaporator (second heat exchanger 5). This stabilizes the operating behavior of the second heat exchanger 5 (evaporation behavior) and the degree of filling of the evaporator.
  • a control including the measured values that are recorded at the measuring point makes it possible to keep the working overheating at the outlet of the second heat exchanger 5 (evaporator) constant. As a result, the existing evaporator surface can be used as completely as possible for the evaporation of the liquid refrigerant.
  • an additional measuring point 30 with an additional measuring device 31 for measuring the operating temperature of the cold liquid or cold brine can optionally be provided in the section between the inlet 5a and the outlet 5b in the region of the second heat exchanger 5.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmeübertrager mit einem Stapel Wärmeübertragerplatten, die oberflächenseitige Strukturierungen aufweisen und zwischen denen abgedichtete Durchflussräume zum getrennten Transportieren von mehreren Medien gebildet sind, einem ersten Wärmetauscher (4), der in dem Stapel von Wärmeübertragerplatten gebildet ist und bei dem anschlussseitig ein Eingang (4a) und ein Ausgang (4b) mit ersten Anschlüssen verbunden sind, über die eine Warmflüssigkeit zu- und abgeführt werden kann, derart, dass der erste Wärmetauscher (4) im Betrieb als ein Verflüssiger betreibbar ist, einem zweiten Wärmetauscher (5), der in dem Stapel von Wärmeübertragerplatten gebildet ist und bei dem anschlussseitig ein Eingang (5a) und ein Ausgang (5b) mit zweiten Anschlüssen verbunden sind, über die eine Kaltflüssigkeit zu- und abgeführt werden kann, derart, dass der zweite Wärmetauscher (5) im Betrieb als ein Verdampfer betreibbar ist, einem dritten Wärmetauscher (6), der in dem Stapel von Wärmeübertragerplatten gebildet ist und in einem Kältekreislauf (7), welcher zumindest abschnittsweise in dem Stapel von Wärmeübertragerplatten gebildet und im Betrieb von einem Kältemittel durchströmt ist, mit nicht-anschlussseitigen Eingängen (4c, 5c) und Ausgängen (4d, 5d) des ersten und des zweiten Wärmetauschers (4, 5) verbindbar ist, einem Durchflusskanal (10), welcher als Teil des Kältekreislaufs (7) einen nicht-anschlussseitigen Ausgang (5d) des zweiten Wärmetauschers (5) und einen Eingang (6c) des dritten Wärmetauschers (6) verbindet, und einer Temperaturmessstelle (12), die an dem Stapel von Wärmeübertragerplatten im Bereich des Durchflusskanals (10) oder benachbart hierzu angeordnet und eingerichtet ist, eine Temperaturmesseinrichtung (13) aufzunehmen, mit der für das Kältemittel in dem Durchflusskanal (10) eine Betriebstemperatur gemessen werden kann. Weiterhin ist ein Verfahren zum Betreiben einer Anordnung mit einem Plattenwärmeübertrager geschaffen.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmeübertrager sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Anordnung mit einem Plattenwärmeübertrager.
    • Hintergrund
  • Plattenwärmeübertrager, die auch als Plattenwärmetauscher bezeichnet werden, verfügen regelmäßig über einen Stapel Wärmeübertrager- oder Wärmetauscherplatten. In dem Stapel von Wärmeübertragerplatten sind Durchflussräume oder -zonen gebildet, die gegeneinander abgedichtet sind, derart, dass in dem Plattenwärmeübertrager mindestens zwei voneinander abgedichtete Durchflussbereiche gebildet sind, die jeweils von einem Fluid durchströmt werden können, so dass zwischen den strömenden Fluiden durch die Wärmeübetragerplatten Wärme übertragbar ist. Zum Abdichten der Durchflussräume in dem Stapel von Wärmeübertragerplatten werden diese beispielsweise miteinander verlötet.
  • Aus dem Dokument DE 699 11 423 T2 ist ein Wärmetauscher mit mehreren Kreisläufen bekannt. In dem Stapel von Wärmeübertragerplatten sind mehrere voneinander abgegrenzte Zonen gebildet, die von einem von drei Medien durchströmt werden.
    • Zusammenfassung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Plattenwärmeübertrager sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Anordnung mit einem Plattenwärmeübertrager anzugeben, deren Betrieb auf verbesserte Art und Weise überwacht werden kann.
  • Zur Lösung sind ein Plattenwärmeübertrager sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Anordnung mit einem Plattenwärmeübertrager nach den unabhängigen Ansprüchen 1 und 10 geschaffen. Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
  • Nach einem Aspekt ist ein Plattenwärmeübertrager geschaffen, der Folgendes aufweist:
    • einen Stapel Wärmeübertragerplatten, die oberflächenseitige Strukturierungen aufweisen und zwischen denen abgedichtete Durchflussräume zum getrennten Transportieren von mehreren Medien gebildet sind;
    • einen ersten Wärmetauscher, der in dem Stapel von Wärmeübertragerplatten gebildet ist und bei dem anschlussseitig ein Eingang und ein Ausgang mit ersten Anschlüssen verbunden sind, über die eine Warmflüssigkeit zu- und abgeführt werden kann, derart, dass der erste Wärmetauscher im Betrieb als ein Verflüssiger betreibbar ist;
    • einen zweiten Wärmetauscher, der in dem Stapel von Wärmeübertragerplatten gebildet ist und bei dem anschlussseitig ein Eingang und ein Ausgang mit zweiten Anschlüssen verbunden sind, über die eine Kaltflüssigkeit oder Kaltsole zu- und abgeführt werden kann, derart, dass der zweite Wärmetauscher im Betrieb als ein Verdampfer betreibbar ist;
    • einen dritten Wärmetauscher, der in dem Stapel von Wärmeübertragerplatten gebildet ist und in einem Kältekreislauf, welcher zumindest abschnittsweise in dem Stapel von Wärmeübertragerplatten gebildet und im Betrieb von einem Kältemittel durchströmt ist, mit nicht-anschlussseitigen Eingängen und Ausgängen des ersten und des zweiten Wärmetauschers verbindbar ist;
    • einen Durchflusskanal, welcher als Teil des Kältekreislaufs einen nicht-anschlussseitigen Ausgang des zweiten Wärmetauschers und einen Eingang des dritten Wärmetauschers verbindet; und
    • eine Temperaturmessstelle, die an dem Stapel von Wärmeübertragerplatten im Bereich des Durchflusskanals oder benachbart hierzu angeordnet und eingerichtet ist, eine Temperaturmesseinrichtung aufzunehmen, mit der für das Kältemittel in dem Durchflusskanal eine Betriebstemperatur gemessen werden kann.
  • Nach einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben einer Anordnung mit einem Plattenwärmeübertrager geschaffen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
    • Bereitstellen eines Plattenwärmeübertrager mit einem Stapel Wärmeübertragerplatten, die oberflächenseitige Strukturierungen aufweisen und zwischen denen abgedichtete Durchflussräume zum getrennten Transportieren von mehreren Medien gebildet sind:
    • Betreiben eines ersten Wärmetauschers, der in dem Stapel von Wärmeübertragerplatten gebildet ist und bei dem anschlussseitig ein Eingang und ein Ausgang mit ersten Anschlüssen verbunden sind, über die eine Warmflüssigkeit zu- und abgeführt wird, derart, dass der erste Wärmetauscher als ein Verflüssiger für ein Kältemittel in einem an den ersten Wärmetauscher koppelnden Kältekreislauf betrieben wird, wobei der Kältekreis zumindest abschnittsweise in dem Stapel von Wärmeübertragerplatten gebildet ist;
    • Betreiben eines zweiten Wärmetauschers, der in dem Stapel von Wärmeübertragerplatten gebildet ist und bei dem anschlussseitig ein Eingang und ein Ausgang mit zweiten Anschlüssen verbunden sind, über die eine Kaltflüssigkeit oder Kaltsole zu- und abgeführt wird, derart, dass der zweite Wärmetauscher als ein Verdampfer für das Kältemittel in dem an den zweiten Wärmetauscher koppelnden Kältekreislauf betrieben wird;
    • Betreiben eines dritten Wärmetauschers, der in dem Stapel von Wärmeübertragerplatten gebildet ist und als Teil des Kältekreislaufs mit nicht-anschlussseitigen Eingängen und Ausgängen des ersten und des zweiten Wärmetauschers verbunden ist;
    wobei das Kältemittel einen Durchflusskanal durchströmt, welcher als Teil des Kältekreislaufs einen nicht-anschlussseitigen Ausgang des zweiten Wärmetauschers und einen Eingang des dritten Wärmetauschers verbindet, und wobei mittels einer Temperaturmesseinrichtung an einer Temperaturmessstelle, die an dem Stapel von Wärmeübertragerplatten im Bereich des Durchflusskanals oder benachbart hierzu angeordnet ist, für das Kältemittel in dem Durchflusskanal eine Betriebstemperatur gemessen wird.
  • Es wird vorgeschlagen, eine Erfassung der Betriebstemperatur für das Kältemittel in der Verbindung oder dem Durchflusskanal zwischen dem zweiten und dem dritten Wärmetauscher im Stapel von Wärmeübertragerplatten zu erfassen. Auf diese Weise erfolgt im Stapel von Wärmeübertragerplatten mehr oder weniger beabstandet zum nicht-anschlussseitigen Ausgang des zweiten Wärmetauschers im Betrieb eine Überwachung der lokalen Temperaturverhältnisse in dem Durchflusskanal mit dem Kältemittel. Die erfassten Messgröße lässt unmittelbare Rückschlüsse zu den Temperaturverhältnissen in diesem Bereich des Kältekreises zu und kann als Eingangsgröße für einen Steuerung von Komponenten an den Plattenwärmeübertrager oder in einer Anordnung mit dem Plattenwärmeübertrager herangezogen werden, beispielsweise bei der Steuerung eines Expansionsventils und / oder eines Verdichters, welcher seinerseits in einer Verbindungsleitung zwischen dem ersten und dem dritten Wärmetauscher angeordnet sein kann.
  • Die von dem Kältekreislauf umfassten Durchflusskanäle oder -bereiche zwischen den Wärmetauschern können vollständig oder nur teilweise in dem Stapel von Wärmeübertragerplatten selbst gebildet sein. Abschnittsweise können diese Verbindungsleitungen oder -kanäle außerhalb des Stapels von Wärmeübertragerplatten verlaufen, wobei dann die in dem Stapel von Wärmeübertragerplatten verlaufenden Abschnitte mit randseitigen Anschlüssen versehen sind, um die außerhalb des Stapels von Wärmeübertragerplatten verlaufenden Leitungsabschnitte anzuschließen. So können in einer Anordnung mit dem Plattenwärmeübertrager beispielsweise der Verdichter und / oder das Expansionsventil über außerhalb des Stapels von Wärmeübertragerplatten verlaufenden Leitungen an die Abschnitte der Durchflusskanäle oder -bereiche in dem Stapel angeschlossen sein.
  • Der Durchflusskanal, an dem die Messstelle gebildet ist, kann seinerseits teilweise oder vollständig innerhalb des Stapels von Wärmeübertragerplatten verlaufen. Die Messstelle erlaubt einer Temperaturmesseinrichtung den Zugang, derart, dass mit der Messeinrichtung die Temperatur des in dem Durchflusskanal strömenden Kältemittels lokal erfasst werden kann. Die erfasste Temperatur charakterisiert hierbei die Ausgangstemperatur am nicht-anschlussseitigen Ausgang des zweiten Wärmetauschers.
  • Der Durchflusskanal kann zumindest abschnittweise in dem Stapel von Wärmeübertragerplatten gebildet sein. In einer Ausführungsform kann der Durchflusskanal, an dem die Messstelle gebildet ist, vollständig in dem Stapel von Wärmeübertragerplatten verlaufen.
  • Die Messstelle kann mit einer Aufnahme für die Messeinrichtung gebildet sein, die gegenüber dem Durchflusskanal abgedichtet ist. Die Aufnahme für die Messeinrichtung, mit der die Temperatur gemessen wird, kann beispielsweise eine Hülse aufweisen, die eingerichtet ist, in die Hülse die Messeinrichtung einzustecken, beispielsweise einen Temperaturfühler oder -sensor. Die Aufnahme kann innenseitig zumindest teilweise in den Durchflusskanal hineinragen, so dass dieser hineinragende Abschnitt von dem Kältemittel umströmt wird.
  • Es kann eine weitere Temperaturmessstelle vorgesehen sein, die an dem Stapel von Wärmeübertragerplatten im Bereich eines Durchflusskanalabschnitts oder benachbart hierzu angeordnet ist, wobei der Durchflusskanalabschnitt als Teil des Kältekreislaufs an einen Ausgang des dritten Wärmetauschers anschließt, welcher in dem dritten Wärmetauscher mit dem Eingang des dritten Wärmetauschers verbunden ist. Die weitere Temperaturmessstelle kann eingerichtet sein, eine weitere Temperaturmesseinrichtung aufzunehmen, mit der für das Kältemittel in dem Durchflusskanalabschnitt die Betriebstemperatur gemessen werden kann. Die weitere Messstelle kann zwischen dem Ausgang des dritten Wärmetauschers und einem hieran anschließbaren Verdichter angeordnet sein. Der Verdichter kann mit Hilfe von Leitungen oder Rohren angeschlossen sein, die zumindest abschnittsweise außerhalb des Stapels von Wärmeübertragerplatten verlaufen können.
  • Bei dem dritten Wärmetauscher kann ein weiterer Eingang, welcher gegenüber dem Eingang und dem Ausgang des dritten Wärmetauschers abgedichtet ist, in dem Kältekreislauf mit einem nicht-anschlussseitigen Ausgang des ersten Wärmetauschers verbindbar sein, und ein weiterer Ausgang, welcher gegenüber dem Eingang und dem Ausgang des dritten Wärmetauschers abgedichtet ist und mit dem weiteren Eingang in dem dritten Wärmetauscher in Verbindung, kann mit einem nicht-anschlussseitigen Eingang des zweiten Wärmetauschers verbindbar sein.
  • Zwischen dem weiteren Ausgang des dritten Wärmetauschers und dem nicht-anschlussseitigen Eingang des zweiten Wärmetauschers kann ein Expansionsventil angeordnet sein.
  • Das Expansionsventil kann mit einem elektronisch gesteuerten Expansionsventil gebildet sein. In einer anderen Ausführungsform kann das Expansionsventil mit einem thermostatischen Expansionsventil ausgestattet sein.
  • In Verbindung mit dem Verfahren zum Betreiben einer Anordnung mit einem Plattenwärmeübertrager gelten die vorangehend erläuterten Ausgestaltungen für den Plattenwärmeübertrager entsprechend. Es kann in einer Ausführung vorgesehen sein, dass die Anordnung mit dem Plattenwärmeübertrager mit einem Kältemittel betrieben wird, bei dem es sich um ein Gemisch von Medien handelt, beispielsweise ein Gemisch von Propan und Propen. Auch ein Betrieb mit diesen Medien in reiner Form, also nicht gemischter Form kann vorgesehen sein, zum Beispiel mit Propan oder Propen. Die Verwendung von Kohlenwasserstoffen, die regelmäßig brennbar sind und somit nach der Norm EN378-1 in die Sicherheitsklasse A3 eingestuft werden, ist mit Hilfe der vorgeschlagenen Technologie ermöglicht.
  • Die vorgesehene Temperatur in dem Durchflusskanal vermeidet Regelungsprobleme im Kältekreislauf sowie einen ineffizienten Betrieb mit niedrigen Wirkungsgraden von Verdampfer und Verdichter.
  • In einem Beispiel ist in dem Stapel von Wärmeübertragerplatten im Bereich des zweiten Wärmetauscher, welcher als Verdampfer für das Kältemittel ausgebildet ist, zwischen dessen Eingang und dessen Ausgang eine zusätzliche Temperaturmessstelle vorgesehen, an der für die Kaltflüssigkeit oder Kaitsole die Betriebstemperatur gemessen werden kann. Die Messstelle kann benachbart zum Ausgang des zweiten Wärmetauschers angeordnet sein. Die gewonnenen zusätzlichen Temperaturmessinformationen können in einer Regel- oder Steuereinrichtung verwendet werden, um einen Frostschutz auszubilden, so dass Einfrierschäden am Wärmetauscher vermeidbar sind.
    • Beschreibung von Ausführunasbeispielen
  • Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung einer Anordnung mit einem Plattenwärmeübertrager mit einer Messstelle und
    Fig. 2
    eine schematische Darstellung einer Anordnung mit einem Plattenwärmeübertrager mit zwei Messstellen.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung mit einem Plattenwärmeübertrager 1, an den über zugeordnete Anschlüsse außerhalb ein Verdichter 2 sowie ein Expansionsventil 3 angeschlossen sind.
  • Der Plattenwärmeübertrager 1 ist mit einem Stapel von Wärmeübertragerplatten gebildet, die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein können, was in Fig. 1 schematisch mit einer Linie A gezeigt ist. Wärmeübertragerplatten und hieraus gebildete Plattenwärmetauscher sind als solche in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Die Wärmeübertragerplatten verfügen üblicherweise über eine oberflächenseitige Strukturierung, die beispielsweise mittels Prägen hergestellt ist und Erhöhungen und Vertiefungen aufweisen kann, beispielweise Rillen umfassen kann. Die mit den oberflächenseitigen Strukturen versehen Platten werden abwechselnd in einem Stapel angeordnet. Zwischen den Wärmeübertragerplatten werden Durchflussräume, -kanäle oder -zonen hergestellt, insbesondere dadurch, dass die Wärmeübertragerplatten lokal und randseitig miteinander verlötet werden, um die verschiedenen Zonen oder Bereiche gegeneinander abzudichten. Technologien für das Herstellen eines solchen Plattenwärmeübertragers sind als solche in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt.
  • Bei dem Plattenwärmeübertrager 1 in der Anordnung aus Fig. 2 sind in dem Stapel von Wärmeübertragerplatten ein erster Wärmetauscher 4, ein zweiter Wärmetauscher 5 sowie ein dritter Wärmetauscher 6 mittels zugeordneten Durchflussbereichen oder -kanälen hergestellt.
  • Der erste Wärmetauscher 4 verfügt anschlussseitig über einen Eingang 4a und einen Ausgang 4b über die im Betrieb ein Warmflüssigkeit zu- und abgeführt werden kann. Der zweite Wärmetauscher 5 verfügt ebenso anschlussseitig über einen Eingang 5a und einen Ausgang 5b, über die im Betrieb eine Kaltflüssigkeit (auch Kaltsole genannt) zu- und abgeführt werden kann. Auf diese Weise kann der erste Wärmetaucher 4 als ein Verflüssiger für ein Kältemittel betrieben werden. Der zweite Wärmetauscher 5 dient als Verdampfer für das Kältemittel in einem Kältekreislauf 7, in welchem auch der dritte Wärmetauscher 6 angeordnet ist.
  • Nicht-anschlussseitig verfügt der erste Wärmetauscher 4 über einen weiteren Eingang 4c und einen weiteren Ausgang 4d, die über den ersten Wärmetauscher 4 miteinander verbunden sind, und gegenüber dem Eingang 4a und dem Ausgang 4b, die anschlussseitig angeordnet sind, abgedichtet sind. Der weitere Ausgang 4d des ersten Wärmetauschers 4 ist über eine Leitung 8, die Teil des Kältekreislaufes 7 ist, mit einem Eingang 6a des dritten Wärmetauschers 6 verbunden. Ein Ausgang 6b des dritten Wärmetauschers 6 ist über eine Leitung 9, die wie die Leitung 8 als Flüssigkeitsleitung ausgebildet und Teil des Kältekreislaufes 7 ist, mit einem Eingang 5c des zweiten Wärmetauschers 5 nicht-anschlussseitig verbunden. Das hierüber zugeführte Kältemittel wird in dem zweiten Wärmetauscher 5 im Betrieb verdampft und gelangt dann über einen nicht-anschlussseitig gebildeten Ausgang 5d am zweiten Wärmetauscher 5 über eine Leitung 10, die Teil des Kältekreislaufes 7 ist, zu einem weiteren Eingang 6c des dritten Wärmetauschers 6. Über einen weiteren Ausgang 6d des dritten Wärmetauschers 6 ist eine Leitung 11 angeschlossen, die zum nicht-anschlussseitigen Eingang 4d des ersten Wärmetauschers 4 führt, wobei in der Leitung 11, die teilweise außerhalb des Stapels von Wärmeübertragerplatten ausgebildet ist, der Verdichter 2 angeordnet ist.
  • An dem mit der Leitung 10 gebildeten Durchflusskanal zwischen dem zweiten und dem dritten Wärmetauscher 5, 6 ist eine Messstelle 12 mit einer Messeinrichtung 13 zum Messen der Betriebstemperatur des Kältemittels in diesem Leitungsabschnitt vorgesehen. Die Messinformation über die aktuelle Betriebstemperatur kann ausgewertet und genutzt werden, um den Betrieb des Plattenwärmeübertragers 1 zu steuern, beispielsweise entsprechend auf das Expansionsventil 3 einzuwirken.
  • Bei der Ausführungsform nach der schematischen Darstellung in Fig. 1 ist ergänzend ein Schauglas 14 vorgesehen, welches einen Einblick in die Leitung 9 von außen ermöglicht.
  • Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung vergleichbar Fig. 1, wobei zusätzlich eine weitere Messstelle 20 mit einer weiteren Messeinrichtung 21 zum Messen der Temperatur des Kältemittels in dem Kältekreislauf 7 vorgesehen ist. Die weitere Messstelle 20 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel außerhalb des Stapels von Wärmeübertragerplatten vorgesehen und in der Leitung 11 angeordnet oder benachbart hierzu. Auf diese Weise kann ergänzende Temperaturinformation für das im Kältekreislauf 7 fließende Kältemittel gewonnen werden, die ebenfalls zur Steuerung und zum Betrieb des Plattenwärmeübertragers 1 herangezogen werden kann.
  • Bei den verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, den Stapel von Wärmeübertragerplatten, in welchem der erste, der zweite und der dritte Wärmetauscher 4, 5, 6 gebildet sind, in einem gemeinsamen Plattengehäuse anzuordnen.
  • Die vorgeschlagene Technologie unterstützt insgesamt einen Betrieb des Plattenwärmeübertragers 1 mit einer möglichst geringen Menge an Kältemittel. Das Messen der Temperatur mit Hilfe der Messstelle 12 ermöglicht einen Betrieb, bei dem Arbeitsüberhitzung des Expansionsventils 3 genau definiert und so die Oberfläche des Verdampfer (zweiter Wärmetauscher 5) optimal genutzt werden können. Es ist weiterhin möglich, eine Unterkühlung des Kältemittels auf der Flüssigkeitsseite zu definieren. Im Betrieb wird vermieden, dass flüssiges Kältemittel in den dritten Wärmetauscher 6 gelangt und dort das Maß der Unterkühlung und folglich die Eintrittstemperatur des Kältemittels in den Verdampfer (zweiter Wärmetauscher 5) beeinflusst. Hierdurch stabilisieren sich das Betriebsverhalten des zweiten Wärmetauschers 5 (Verdampfungsverhalten) und der Füllungsgrad des Verdampfers.
  • Eine Steuerung unter Einbeziehung des Messwerte, die an der Messstelle erfasst werden, ermöglicht es, die Arbeitsüberhitzung am Ausgang des zweiten Wärmetauschers 5 (Verdampfer) konstant zu halten. Hierdurch kann die vorhandene Verdampferoberfläche möglichst vollständig für die Verdampfung des flüssigen Kältemittels genutzt werden.
  • Gemäß den Fig. 1 und 2 kann optional ergänzend eine zusätzliche Messstelle 30 mit einer zusätzlichen Messeinrichtung 31 zum Messen der Betriebstemperatur der Kaltflüssigkeit oder Kaltsole in dem Abschnitt zwischen dem Eingang 5a und dem Ausgang 5b im Bereich des zweiten Wärmetauschers 5 vorgesehen sein.
  • Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Zeichnung offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der verschiedenen Ausführungen von Bedeutung sein.

Claims (11)

  1. Plattenwärmeübertrager, mit:
    - einem Stapel Wärmeübertragerplatten, die oberflächenseitige Strukturierungen aufweisen und zwischen denen abgedichtete Durchflussräume zum getrennten Transportieren von mehreren Medien gebildet sind;
    - einem ersten Wärmetauscher (4),
    - der in dem Stapel von Wärmeübertragerplatten gebildet ist und
    - bei dem anschlussseitig ein Eingang (4a) und ein Ausgang (4b) mit ersten Anschlüssen verbunden sind, über die eine Warmflüssigkeit zu- und abgeführt werden kann, derart, dass der erste Wärmetauscher (4) im Betrieb als ein Verflüssiger betreibbar ist;
    - einem zweiten Wärmetauscher (5),
    - der in dem Stapel von Wärmeübertragerplatten gebildet ist und
    - bei dem anschlussseitig ein Eingang (5a) und ein Ausgang (5b)mit zweiten Anschlüssen verbunden sind, über die eine Kaltsole zu- und abgeführt werden kann, derart, dass der zweite Wärmetauscher (5) im Betrieb als ein Verdampfer betreibbar ist;
    - einem dritten Wärmetauscher (6), der in dem Stapel von Wärmeübertragerplatten gebildet ist und in einem Kältekreislauf (7), welcher zumindest abschnittsweise in dem Stapel von Wärmeübertragerplatten gebildet und im Betrieb von einem Kältemittel durchströmt ist, mit nicht-anschlussseitigen Eingängen (4c, 5c) und Ausgängen (4d, 5d) des ersten und des zweiten Wärmetauschers (4,5) verbindbar ist;
    - einem Durchflusskanal (10), welcher als Teil des Kältekreislaufs (7) einen nicht-anschlussseitigen Ausgang (5d) des zweiten Wärmetauschers (5) und einen Eingang (6c) des dritten Wärmetauschers (6) verbindet; und
    - einer Temperaturmessstelle (12), die an dem Stapel von Wärmeübertragerplatten im Bereich des Durchflusskanals (10) oder benachbart hierzu angeordnet und eingerichtet ist, eine Temperaturmesseinrichtung (13) aufzunehmen, mit der für das Kältemittel in dem Durchflusskanal (10) eine Betriebstemperatur gemessen werden kann.
  2. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflusskanal (10) zumindest abschnittweise in dem Stapel von Wärmeübertragerplatten gebildet ist.
  3. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstelle (12) mit einer Aufnahme für die Messeinrichtung (13) gebildet ist, die gegenüber dem Durchflusskanal (10) abgedichtet ist.
  4. Plattenwärmeübertrager nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Temperaturmessstelle (20) vorgesehen ist, die an dem Stapel von Wärmeübertragerplatten im Bereich eines Durchflusskanalabschnitts (11) oder benachbart hierzu angeordnet ist, wobei
    - der Durchflusskanalabschnitt (11) als Teil des Kältekreislaufs (7) an einen Ausgang (6d) des dritten Wärmetauschers (6) anschließt, welcher in dem dritten Wärmetauscher (6) mit dem Eingang (4c) des dritten Wärmetauschers (6) verbunden ist; und
    - die weitere Temperaturmessstelle (20) eingerichtet ist, eine weitere Temperaturmesseinrichtung (21) aufzunehmen, mit der für das Kältemittel in dem Durchflusskanalabschnitt (11) die Betriebstemperatur gemessen werden kann.
  5. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Messstelle (20) zwischen dem Ausgang (6d) des dritten Wärmetauschers (6) und einem hieran anschließbaren Verdichter (2) angeordnet ist.
  6. Plattenwärmeübertrager nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem dritten Wärmetauscher (6) weiterhin
    - ein weiterer Eingang (6a), welcher gegenüber dem Eingang (6c) und dem Ausgang (6d) des dritten Wärmetauschers (6) abgedichtet ist, in dem Kältekreislauf (7) mit einem nicht-anschlussseitigen Ausgang (4d) des ersten Wärmetauschers (4) verbindbar ist und
    - ein weiterer Ausgang (6b), welcher gegenüber dem Eingang (6c) und dem Ausgang (6d) des dritten Wärmetauschers (6) abgedichtet ist und mit dem weiteren Eingang (6a) in dem dritten Wärmetauscher (6) in Verbindung, mit einem nicht-anschlussseitigen Eingang (5c) des zweiten Wärmetauschers (5) verbindbar ist.
  7. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem weiteren Ausgang (6b) des dritten Wärmetauschers (6) und dem nicht-anschlussseitigen Eingang (5c) des zweiten Wärmetauschers ein Expansionsventil (3) angeordnet ist.
  8. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsventil (3) mit einem elektronisch gesteuerten Expansionsventil gebildet ist.
  9. Plattenwärmeübertrager nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Temperaturmessstelle (30) vorgesehen ist, die an dem Stapel von Wärmeübertragerplatten im Bereich eines Durchflusskanals in dem zweiten Wärmetauscher (5) oder benachbart hierzu angeordnet und eingerichtet ist, eine zusätzliche Temperaturmesseinrichtung (31) aufzunehmen, mit der für die Kaltsole eine Betriebstemperatur gemessen werden kann.
  10. Verfahren zum Betreiben einer Anordnung mit einem Plattenwärmeübertrager, mit:
    - Bereitstellen eines Plattenwärmeübertrager mit einem Stapel Wärmeübertragerplatten, die oberflächenseitige Strukturierungen aufweisen und zwischen denen abgedichtete Durchflussräume zum getrennten Transportieren von mehreren Medien gebildet sind;
    - Betreiben eines ersten Wärmetauschers (4),
    - der in dem Stapel von Wärmeübertragerplatten gebildet ist und
    - bei dem anschlussseitig ein Eingang (4a) und ein Ausgang (4b) mit ersten Anschlüssen verbunden sind, über die eine Warmflüssigkeit zu- und abgeführt wird, derart, dass der erste Wärmetauscher (4) als ein Verflüssiger für ein Kältemittel in einem an den ersten Wärmetauscher (4) koppelnden Kältekreislauf (7) betrieben wird,
    wobei der Kältekreis (7) zumindest abschnittsweise in dem Stapel von Wärmeübertragerplatten gebildet ist;
    - Betreiben eines zweiten Wärmetauschers (5),
    - der in dem Stapel von Wärmeübertragerplatten gebildet ist und
    - bei dem anschlussseitig ein Eingang (5a) und ein Ausgang (5b) mit zweiten Anschlüssen verbunden sind, über die eine Kaltsole zu- und abgeführt wird, derart, dass der zweite Wärmetauscher (5) als ein Verdampfer für das Kältemittel in dem an den zweiten Wärmetauscher (5) koppelnden Kältekreislauf (7) betrieben wird;
    - Betreiben eines dritten Wärmetauschers (6), der in dem Stapel von Wärmeübertragerplatten gebildet ist und als Teil des Kältekreislaufs (7) mit nicht-anschlussseitigen Eingängen (4c, 5c) und Ausgängen (4d, 5d) des ersten und des zweiten Wärmetauschers (4,5) verbunden ist;
    wobei das Kältemittel einen Durchflusskanal (10) durchströmt, welcher als Teil des Kältekreislaufs (7) einen nicht-anschlussseitigen Ausgang (5d) des zweiten Wärmetauschers (5) und einen Eingang (6c) des dritten Wärmetauschers (6) verbindet; und wobei mittels einer Temperaturmesseinrichtung (13) an einer Temperaturmessstelle (12), die an dem Stapel von Wärmeübertragerplatten im Bereich des Durchflusskanals (10) oder benachbart hierzu angeordnet ist, für das Kältemittel in dem Durchflusskanal (10) eine Betriebstemperatur gemessen wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Kältemittel ein Gasgemisch verwendet wird.
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