DE3130390C2

DE3130390C2 - Kaltwassersatz

Info

Publication number: DE3130390C2
Application number: DE19813130390
Authority: DE
Inventors: Hans Gräf; Kornelius Dipl.Ing. 8000 München Sotiriu
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-07-31
Filing date: 1981-07-31
Publication date: 1987-02-05
Also published as: DE3130390A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kälteaggregat zur Leistungsanpassung von Kaltwassersätzen an die Wärmeerzeugung von Kühlobjekten bei konstanter Kaltwasservorlauftemperatur. Diese Leistungsanpassung soll dabei mit geringem Aufwand gelöst werden. Die Erfindung sieht hierfür vor, daß das Kühlsystem so dimensioniert ist, daß die Kühlleistung unter allen Betriebsbedingungen, die an den Verbraucher (7) abzuführende Wärmeleistung übersteigt. Die Differenz zwischen Kühlleistung und Wärmeleistung wird über einen Wärmetauscher (8) ausgeglichen. Zur Regelung der Temperatur im Kühlwasserkreis (1) ist eine Regeleinrichtung (9) vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kaltwassersatz mit Leistungsanpassung an die Wärmeerzeugung von Kühlobjekten bei konstanter Kaltwasservorlauftemperatur, bestehend aus einem Kälteaggregat mit wenigstens einem Verdampfer, einem Kompressor, einem Kondensator und einem ein Expansionsventil enthaltenden Kältemittelkreis, sowie einem Kaltwasserkreis, der im Wärmeaustausch mit dem Verdampfer des Kälteaggregates steht und wenigstens einem Verbraucher.
Bei herkömmlichen Kühlsystemen ist es bekannt, die Leistungsanpassung von Kaltwassersätzen an die Wärmeerzeugung durch periodisches Ein- und Ausschalten des Kompressors herzustellen. Die hierdurch entstehenden starken Temperaturschwankungen müssen jedoch durch große Pufferbehälter ausgeglichen werden, nachdem mit Rücksicht auf die Lebensdauer des Kompressors die Taktzeiten nicht beliebig verkürzt werden können.
Dieser Nachteil kann jedoch dadurch reduziert werden, daß lediglich einzelne Zylinder des Kompressors zu- bzw. abgeschaltet werden. Diese Lösung ist jedoch auf große Anlagen mit mehreren von außen zugänglichen Kompressorzylindern beschränkt, wobei hierzu ein hoher Steuerungsaufwand erforderlich ist.
Eine andere denkbare Möglichkeit besteht darin, das angesaugte Kältemittel am Kompressoreingang zu drosseln. Auch hier ist ein hoher Steueraufwand mit empfindlichen Ventilen und Regelorganen erforderlich. Außerdem ist infolge nachlassender Kühlung des Kompressors durch das angesaugte Kältemittel der Regelbereich stark eingeschränkt bzw. es wird eine Zusatzkühlung durch Einspritzen von flüssigem Kältemittel in die Ansaugleitung erforderlich.
Die Zuführung von heißem Kältemittelgas vom Kompressorausgang in den Verdampfer ist zwar technisch einwandfrei beherrschbar, ein nachträglicher Einbau in handelsübliche Aggregate ist jedoch nicht möglich.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen Kaltwassersatz zu schaffen, bei dem die Leistungsanpassung an die Wärmeerzeugung von Kühlobjekten bei konstanter Kaltwasservorlauftemperatur mit geringem Aufwand gelöst wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird das Kälteaggregat gemäß der Erfindung derart ausgebildet, daß die Kühlleistung des Kaltwasserkreises unter allen Betriebsbedingungen die vom Verbraucher abzuführende Wärmeleistung übersteigt, daß im Kaltwasservorlaufkreis ein von einem Wärmeträger durchflossener Wärmetauscher liegt, der die Differenz zwischen Kühlleistung und abzuführender Wärmeleistung ausgleicht.
Durch diese Maßnahmen wird eine gute Leistungsanpassung erreicht, ohne daß dies auf Kosten eines hohen Kompressorverschleisses oder eines großen Aufwandes für die Steuerung geht.
Dabei läßt sich das Kälteaggregat insbesondere derart ausbilden, daß der den Wärmetauscher durchfließende Wärmeträger das verdampfte, komprimierte Kältemittel des Kältemittelkreises ist.
Als Kondensator kann dabei entweder ein luftgekühlter oder ein flüssigkeitsgekühlter Kondensator verwendet werden. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Kondensator ein flüssigkeitsgekühlter Kondensator ist, in dessen Kühlkreislauf ein Flüssigkeitskühler und der Wärmetauscher liegt. Dabei kann als Kühlmittel für den Kühlkreislauf des Kondensators ein Wasserglycolgemisch verwendet werden.
Zur Aufrechterhaltung eines ausreichend hohen Temperaturgefälles im Wärmetauscher läßt sich im Kondensatorkühlkreislauf ein zusätzlicher Kühlwassertemperaturregler bzw. abschaltbarer Ventilator vorsehen.
Eine Vereinfachung des Aufbaus ist dadurch erreichbar, daß der Kühlkreislauf zwischen Kondensator und Wärmetauscher aufgetrennt ist und daß das Steuerelement so zwischen Wärmetauscher, Kühler und Kondensator angeordnet ist, daß sich zwei Teilströme bilden und der eine Teilstrom durch den Wärmetauscher am Kühler vorbeigeleitet wird, wogegen der andere durch den Kühler geführt wird.
Dadurch kann mit demselben Mischventil sowohl die über den Wärmetauscher rückgeführte Wärmemenge als auch die Temperatur im Kondensatorkühlkreislauf gesteuert werden.
Anhand der Ausführungsbeispiele nach den Fig. 1 bis 3 wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Kaltwassersatz mit einem luftgekühlten Kondensator,
Fig. 2 einen Kaltwassersatz mit einem flüssigkeitsgekühlten Kondensator,
Fig. 3 einen Kaltwassersatz mit einem flüssigkeitsgekühlten Kondensator und einem gemeinsamen Mischventil für den Kondensatorkühlkreislauf und den Wärmeträgerkreislauf im Wärmetauscher.
Die im Verbraucher 7 der Anordnung nach Fig. 1 entstehende Wärme wird über den Kühlwasserkreis 1 abgeführt. Die Rückkühlung des Wassers erfolgt dabei über den Kältemittelkreis 2. Dieser besteht aus einem Verdampfer 3, einem Kompressor 4, einem Kondensator 5 und einem Expansionsventil 6. Die Funktion eines solchen Kühlkreislaufes ist die, daß Wärmemenge bei tiefer Temperatur abgenommen und bei höherer Temperatur wieder abgegeben wird. Zum Durchlaufen dieses Kreisprozesses muß von einer äußeren Quelle an diesem Kreislauf Arbeit geleistet werden. Die Wärmemenge, die bei der höheren Temperatur abgeführt wird, ist größer als das Wärmeäquivalent der in den Kreisprozeß gesteckten Arbeit. Der Verdampfer 3 besteht im einfachsten Fall aus Kühlschlangen, die beispielsweise als Rohrregister in einem Kühlraum angebracht sind. In diesen Rohren strömt eine Flüssigkeit, das sogenannte Kältemittel, deren Siedetemperatur tiefer liegt als die Temperatur des Kühlraumes, im speziellen Fall tiefer als die Temperatur des vom Verbraucher 7 abgeführten Wassers. Dadurch wird dem Wasser des Kühlwasserkreislaufes Wärmeenergie entzogen, durch die Rohre an das Kältemittel übertragen, das dadurch verdampft wird. Der Dampf wird vom Kompressor 4 abgezogen, der den Druck des gasförmigen Kältemittels so weit erhöht, daß nur die Kondensationstemperatur des Kältemittels hoch genug ist, um im luftgekühlten Kondensator 5 zu kondensieren. Dabei wird die im verdampften Kältemittel enthaltene Wärmeenergie an die Luft abgegeben und das nun wieder flüssige Kältemittel über das Expansionsventil 6 wieder dem Verdampfer 3 zugeführt, in dem ein niedriger Druck herrscht.
Zwischen dem Kompressor 4 und dem Kondensator 5 ist der Wärmetauscher 8 eingefügt. Dieser Wärmetauscher wird im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 vom heißen Kältemitteldampf als Wärmeträger durchströmt und erwärmt dadurch das ihn umströmende Kühlwasser des Kühlwasserkreislaufes 1. Die Regelung der Kühlwassertemperatur wird dadurch erreicht, daß zwischen dem Verbraucher 7, dem Wärmetauscher 8 und dem Verdampfer 3 ein Mischventil 12 eingefügt ist, wobei durch dieses Mischventil das Kühlwasser entweder über den Wärmetauscher oder über einen Nebenschluß an den Wärmetauscher 8 vorbeigeführt werden kann, wobei auch eine stetige Verminderung des durch den Wärmetauscher 8 geführten Kühlwassers durch das Mischventil 12 möglich ist. Gesteuert wird das Mischventil 12 über die Regeleinrichtung 9. Die Störgröße für die Steuerung des Mischventils 12 wird dabei dem Kaltwasservorlauf entnommen. Die Umwälzung des Kühlwassers erfolgt über die Pumpe 11. Grundsätzlich läßt sich diese Anordnung auch mit einem wassergekühlten Kondensator ausführen.
Zur Vereinfachung des Kühlmittelkreises von flüssigkeitsgekühlten Kondensatoren ist jedoch eine Anordnung vorzuziehen, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Der Kondensator 13 enthält dabei einen eigenen Kühlmittelkreislauf mit einem Wasserkühler 14, der wiederum über einen Ventilator 15 gekühlt wird. Der Wärmetauscher 8 ist in dem Kühlmittelkreislauf für den Kondensator 13 eingefügt, wobei das Kühlmittel die Rolle des Wärmeträgers übernimmt. Parallel zum Kühler 14 liegt ein Ventil 17, das abhängig von der Kühlmitteltemperatur im Kühlkreislauf des Kondensators 13 über die Steuereinrichtung 20 gesteuert wird. Zusätzlich oder alternativ kann noch eine weitere Steuerung 18 vorgesehen werden, durch die der Ventilator 15 aus- und eingeschaltet wird. Die Umwälzung des Kühlmittels im Kühlkreislauf des Kondensators 13 wird durch eine weitere Pumpe 19 bewerkstelligt.
Eine Lösung, bei der nur ein Steuerventil verwendet werden muß, zeigt die Fig. 3. Hier liegt zwischen dem Kondensator 13 und dem Wärmetauscher 8 im Kühlmittelkreislauf des Kondensators 13 das Mischventil 12, das gleichzeitig auch vom Kondensator 13 unmittelbar zum Kühler 14 einen Weg freigibt. Gesteuert wird dieses Ventil 12 wiederum von der Kaltwasservorlauftemperatur. Dadurch wird erreicht, daß der Teilstrom durch den Wärmetauscher am Kühler vorbeigeleitet wird, wogegen der am Wärmetauscher vorbeigeleitete Teilstrom durch den Kühler geführt wird. Im Kühlwasserkreis für den Verbraucher ist in diesem Fall kein Ventil erforderlich. Bei dieser Anordnung kann mit demselben Mischventil sowohl die über den Wärmetauscher rückgeführte Wärmemenge als auch die Temperatur im Kondensatorkühlkreislauf gesteuert werden.

Claims

1. Kaltwassersatz mit Leistungsanpassung and die Wärmeerzeugung von Kühlobjekten bei konstanter Kaltwasservorlauftemperatur, bestehend aus einem Kälteaggregat mit wenigstens einem Verdampfer, einem Kompressor, einem Kondensator und einem ein Expansionsventil enthaltenden Kältemittelkreis, sowie einen Kaltwasserkreis, der im Wärmeaustausch mit dem Verdampfer des Kälteaggregates steht und wenigstens einem Verbraucher, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlleistung des Kaltwasserkreises (1) unter allen Betriebsbedingungen die vom Verbraucher (7) abzuführende Wärmeleistung übersteigt, daß im Kaltwasservorlaufkreis ein von einem Wärmeträger durchflossener Wärmetauscher (8) liegt, der die Differenz zwischen Kühlleistung und abzuführender Wärmeleistung ausgleicht.

2. Kaltwassersatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den Wärmetauscher (8) durchfließende Wärmeträger das verdampfte, komprimierte Kältemittel des Kältemittelkreises ist.

3. Kaltwassersatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Kaltwasservorlaufkreis ein Steuerelement (12) liegt, durch das ein Nebenschluß im Kaltwasserkreis zum Wärmetauscher (8) herstellbar ist und das abhängig von einer auf konstante Kaltwasservorlauftemperatur regelnden Regeleinrichtung gesteuert ist.

4. Kaltwassersatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement ein stetig veränderbares Mischventil ist.

5. Kaltwassersatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement aus zwei gegensinnig getakteten Magnetventilen besteht.

6. Kaltwassersatz nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (5) ein luftgekühlter Kondensator ist.

7. Kaltwassersatz nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (5) ein flüssigkeitsgekühlter Kondensator ist.

8. Kaltwassersatz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der den Wärmetauscher (8) durchfließende Wärmeträger die Kühlflüssigkeit des flüssigkeitsgekühlten Kondensators (13) ist.

9. Kaltwassersatz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmittel für den Kühlkreislauf (16) des Kondensators (13) ein Wasser-Glycolgemisch verwendet wird.

10. Kaltwassersatz nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Kondensatorkühlkreislauf (16) ein zusätzlicher Flüssigkeitstemperaturregler (20) vorgesehen ist, der ein Ventil (17), das parallel zum Flüssigkeitskühler liegt, steuert.

11. Kaltwassersatz nach den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitskühler (14) einen Ventilator (15 ) enthält, der über eine weitere Steuereinrichtung (18) abhängig von der Kühlflüssigkeitstemperatur abschaltbar ist.

12. Kaltwassersatz nach einem der Ansprüche 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkreislauf (16 ) zwischen Kondensator (13) und Wärmetauscher (8) aufgebaut ist und daß das Steuerelement (12) so zwischen Wärmetauscher (8), Kühler (14 ) und Kondensator (13) angeordnet ist, daß sich zwei Teilströme bilden und der eine Teilstrom durch den Wärmetauscher am Kühler vorbeigeleitet wird, wogegen der andere durch den Kühler geführt wird.