DE3130390A1

DE3130390A1 - Refrigerating aggregate

Info

Publication number: DE3130390A1
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: 1983-02-10
Also published as: DE3130390C2

Abstract

The invention relates to a refrigerating aggregate for adapting the capacity of cold water aggregates to the heat generation of objects to be cooled at constant wild-water forward-run temperature. This capacity adaptation is in this case to be achieved with low outlay. The invention envisages to this end that the cooling system is dimensioned in such a manner that the cooling capacity exceeds under all operating conditions the heat capacity to be carried off to the consumer (7). The difference between cooling capacity and heat capacity is equalised via a heat exchanger (8). For controlling the temperature in the cooling-water circuit (1), a control device (9) is provided. <IMAGE>

Description

Hä1-aggregat .Hä1 unit.

Die Erfindung betrifft ein Kälteaggregat zur Leistungsanpassung von Kaltwassersätzen an die Wärmeerzeugung von Kühloba ekten bei konstanter Kaltwasserverdampfungstemperatur, bestehend aus einem Kühlwasserkreis und einem Kühlmittelkreis, der im wesentlichen einen Verdampfer, einen Kompressor, einen Kondensator und ein Expansionsventil enthält.The invention relates to a refrigeration unit for adjusting the power of Chillers to generate heat from cooling elements at a constant cold water evaporation temperature, consisting of a cooling water circuit and a coolant circuit, which is essentially includes an evaporator, a compressor, a condenser, and an expansion valve.

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.In conventional cooling systems, it is known to adjust the power from chillers to heat generation by switching them on and off periodically of the compressor. The resulting strong temperature fluctuations however, must be compensated for by large buffer tanks, after having done with consideration the cycle times cannot be shortened indefinitely over the service life of the compressor can.

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.However, this disadvantage can be reduced by only individual cylinder of the compressor to or. be switched off. This solution is however, on large systems with several externally accessible compressor cylinders limited, which requires a high level of control effort.

Eine andere denkbare Möglichkeit besteht darin, das angesaugte Kältemittel am Kompressoreingang zu drosseln.Another conceivable possibility is to use the sucked in refrigerant to throttle at the compressor inlet.

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 einge- schränkt bzw. es wird eine Zusatzkühlung durch Einspritzen von flüssigem Kältemittel in die Ansaugleitung erforderlich.Again, there is a high tax expense with sensitive valves and Regulatory bodies required. In addition, there is a decrease in the cooling of the compressor the control range is greatly reduced by the refrigerant drawn in. restricts or there is additional cooling by injecting liquid refrigerant into the Suction line required.

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.The supply of hot refrigerant gas from the compressor outlet into the Evaporator is technically flawlessly controllable, a subsequent installation in commercially available units is not possible.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Kälteaggregat zu schaffen, bei dem die Leistungsanpassung von Kaltwassersätzen an die Wärmeerzeugung von Kühlobjelrten bei konstanter Kaltwasservorlauftemperatur mit geringem Aufwand gelöst wird.The object of the invention is therefore to provide a refrigeration unit create, in which the output adjustment of chillers to the heat generation of cooling lobbies with constant cold water supply temperature with little effort is resolved.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird das Kälteaggregat gemäß der Erfindung derart ausgebildet, daß das Kühlsystem so dimensioniert ist, daß die Kühlleitung unter allen Betriebsbedingungen die an den Verbraucher abzuführende W'ärmelei-stuzgübersteigt, daß die Differenz zwischen Kühlleisturg und Wärmeleitung über einen Wärmetauscher ausgeglichen wird und daß eine Einrichtung zur Regelung der Temperatur im Kühlwasserkreis vorgesehen ist.To solve this problem, the refrigeration unit according to the invention designed such that the cooling system is dimensioned so that the cooling line exceeds the amount of heat to be dissipated to the consumer under all operating conditions, that the difference between cooling power and heat conduction via a heat exchanger is compensated and that a device for regulating the temperature in the cooling water circuit is provided.

Durch diese Maßnahmen wird eine gute Leistungsanpassung erreicht, ohne daß dies auf Kosten eines hohen Kompressorverschleisses oder eines großen Aufwandes für die Steuerung geht.A good performance adjustment is achieved through these measures, without this at the expense of high compressor wear or a great deal of effort for control goes.

Dabei läßt sich das Kälteaggregat insbesondere derart ausbilden, daß der Wärmeaustauscher zwischen Kompressor und Kondensator im Kältemittelkrei slauf liegt und daß Vrårmetauscher, Verdampfer und Verbraucher über ein Steuerelement miteinander verbunden sind. Das Steuerelement kann dabei entweder ein stetig veränderbares Mischventil sein oder aus zwei gegensinnig getakteten Magnetventilen bestehen.The refrigeration unit can in particular be designed in such a way that the heat exchanger between the compressor and condenser in the refrigerant circuit and that Vrårmetauscher, evaporator and consumer via a control element are connected to each other. The control element can either be a continuously changeable one Be a mixing valve or consist of two counter-clocked solenoid valves.

Die Einrichtung für die Regelung der Kühlwassertemperatur liegt dabei zweckmäßig zwischen der Kaltwasservorlaufleitung und dem Steuerelement.The device for regulating the cooling water temperature is included expediently between the cold water supply line and the control element.

Als Kondensator kann dabei entweder ein luftgekühlter oder ein FlüssigkeitsgekühIter 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.Either an air-cooled or a liquid-cooled condenser can be used as the condenser Capacitor can be used. Another embodiment of the invention provides that the condenser is a liquid-cooled condenser, in its cooling circuit a liquid cooler and the heat exchanger is located. It can be used as a coolant for A water-glycol mixture can be used in the cooling circuit of the condenser.

Zur Aufrechterhaltung eines ausreichend hohen Temperaturgefälles im Wärmetauscher läßt sich im Kondensatorkühlkreislauf ein zusätzlicher Kühlwassertemperaturregler bzw.To maintain a sufficiently high temperature gradient in the In the heat exchanger, an additional cooling water temperature controller can be installed in the condenser cooling circuit respectively.

abschaltbarer Ventilator vorsehen.Provide a switchable fan.

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 anderen durch den Kühler geführt wird.A simplification of the structure can be achieved in that the cooling circuit is separated between the condenser and the heat exchanger and that the control element is arranged between the heat exchanger, cooler and condenser that two Form part streams and one part stream bypasses the cooler through the heat exchanger while the other is passed through the cooler.

Dadurch kann mit demselben Mischventil sowohl die über den Wärmetauscher rückgeführte Wärmemenge als auch die Temperatur im Kondensatorkühlkreislauf gesteuert werden.This means that the same mixing valve can be used for both the heat exchanger The amount of heat returned and the temperature in the condenser cooling circuit are controlled will.

Anhand der Ausführungsbeispiele nach den Figuren 1 bis 3 wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen: Fig.1 eiW' Kälteaggregat mit einem luftgekühlten Konden- sator, Fig. 2 ein Kälteaggregat mit einem flüssigkeitsgekühlten Kondensator, Fig. 3 ein Kälteaggregat mit einem flüssigkeitsgekühlten Kondensator und einem gemeinsamen Mischventil für den Kondensatorkühlkreislauf und den Wärmetauscherkühlmittelkreislauf.Using the exemplary embodiments according to FIGS. 1 to 3, the Invention explained in more detail. It shows: Fig.1 eiW 'refrigeration unit with an air-cooled Condensate Sator, Fig. 2 a refrigeration unit with a liquid-cooled Condenser, Fig. 3 shows a refrigeration unit with a liquid-cooled condenser and a common mixing valve for the condenser cooling circuit and the heat exchanger coolant circuit.

Die im Verbraucher 7 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 Expanderventil 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 WErmeäquivalent 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 als die Temperatur des vom Verbraucher 7 abgeführten lMassers.Dadurch wird dem Wasser des Kühlwasserkreislaufes XWårmeenergie 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 nun die Kondensationstemperatur des Kältemittels hoch genug ist, um im Iuftgekühlten Kondensator 5 zu kondensieren. Dabei wird die im verdampften Kältemittel enthaltene Ttrårmeenergie an die Luft abgegeben und das nun wieder flüssige Kältemittel über das Expansionsventil 5 wieder dem Verdampfer 3 zugefuhrt, in dem ein niedriger Druck herrscht.The heat generated in the consumer 7 is via the cooling water circuit 1 discharged. The water is recooled via the refrigerant circuit 2. This consists of an evaporator 3, a compressor 4, a condenser 5 and an expander valve 6. The function of such a cooling circuit is that the amount of heat decreased at a lower temperature and again at a higher temperature is delivered. In order to run through this cycle, it must come from an external source work can be done on this cycle. The amount of heat used at the higher Temperature is dissipated is greater than the heat equivalent in the cycle put work. In the simplest case, the evaporator 3 consists of cooling coils, which are attached, for example, as a pipe register in a cold room. In these A liquid, the so-called refrigerant, whose boiling point flows through the pipes is lower than the temperature of the refrigerator compartment. In the special case as the temperature of the oil drained off by the consumer 7. This is the water of the cooling water circuit XWårmeenergie withdrawn, transferred through the pipes to the refrigerant, which thereby is evaporated. The steam is withdrawn from the compressor 4, which increases the pressure of the gaseous Refrigerant increased so much that now the condensation temperature of the refrigerant is high enough to condense in the air-cooled condenser 5. The The thermal energy contained in the evaporated refrigerant is released into the air and that now again liquid refrigerant via the expansion valve 5 back to the evaporator 3 fed into where there is a low pressure.

Zwischen dem Kompressor 4 und dem Kondensator 5 ist der Wärmetauscher 8 eingefügt. Dieser Wärmetauscher wird vom heißen Kältemitteldampf ebenfalls 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 gefuhrten Kühlwassers durch das Mischventil 12 möglich ist. Gesteuert wird das Itischventil 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.The heat exchanger is located between the compressor 4 and the condenser 5 8 inserted. The hot refrigerant vapor also flows through this heat exchanger and thereby heats the cooling water of the cooling water circuit 1 flowing around it. The regulation of the cooling water temperature is achieved that between the consumer 7, the heat exchanger 8 and the evaporator 3, a mixing valve 12 is inserted, wherein through this mixing valve the cooling water either over the heat exchanger or over a shunt can be passed to the heat exchanger 8, with one steady reduction of the cooling water passed through the heat exchanger 8 by the Mixing valve 12 is possible. The Itisch valve 12 is controlled via the control device 9. The disturbance variable for the control of the mixing valve 12 is the cold water flow taken. The cooling water is circulated via the pump 11. Basically this arrangement can also be carried out with a water-cooled condenser.

Zur Vereinfachung des Kültemittelkreises ist jedoch bei flüssigkeitsgekühlten Kondensatoren eine Anordnung vorzuziehen, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Der Kondensator 13 enthält dabei einen eigenen Kühlkreislauf mit einem I^Jasserkühler 14, der wiederum über einen Ventilator 15 gekühlt wird. Der Wärmetauscher 8 ist in den Kühlkreislauf für den Kondensator 13 eingefügt.To simplify the coolant circuit, however, liquid-cooled An arrangement as shown in FIG. 2 is preferable to capacitors. Of the Condenser 13 contains its own cooling circuit with an I ^ Jasserkühler 14, which in turn is cooled by a fan 15. The heat exchanger 8 is inserted into the cooling circuit for the condenser 13.

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 VentEEtor 15 aus- und eingeschaltet wird. Die Umwälzung des Kühlmittels im Kühlkreislauf des Kondensators 13 wird durch eine weitere Pumpe 19 bewerkstelligt.A valve 17, which depends on the coolant temperature, is located parallel to the cooler 14 is controlled in the cooling circuit of the condenser 13 via the control device 20. Additionally or alternatively, a further control 18 can be provided, through which the VentEEtor 15 is switched on and off. The circulation of the coolant in the cooling circuit of the condenser 13 is through another pump 19 accomplished.

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 Kühlkreislauf 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.A solution in which only one control valve has to be used shows 3. Here lies between the condenser 13 and the heat exchanger 8 in the cooling circuit of the condenser 13, the mixing valve 12, which is also operated by the condenser 13 directly to the cooler 14 releases a path. This valve 12 is controlled in turn from the cold water supply temperature. This ensures that the partial flow through the heat exchanger bypasses the cooler, while the heat exchanger bypassed the heat exchanger Partial flow is passed through the cooler. In the cooling water circuit for the consumer no valve is required in this case. With this arrangement can with the same Mixing valve both the amount of heat returned via the heat exchanger and the Temperature in the condenser cooling circuit can be controlled.

3 Figuren 12 Patentansprüche3 Figures 12 claims

Claims

Claims 1. Cooling unit for adapting the output of chillers the heat generation of cooling objects at a constant cold water evaporation temperature, consisting of a cooling water circuit and a refrigerant circuit, which is essentially contains an evaporator, a compressor, a condenser and an expansion valve, d u r ch g e k e n n n -z e i c h n e t that the cooling system is dimensioned in such a way that that the cooling line is to be discharged from the consumer (7) under all operating conditions Thermal conduction exceeds the difference between cooling conduction and thermal conduction is balanced via a heat exchanger (8) and that a device (9) for Regulation of the temperature in the cooling water circuit (1) is provided.

2. refrigeration unit according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the heat exchanger (8) between the compressor and condenser (5) in the refrigerant circuit (2) and that heat exchanger (8), evaporator (3) and Consumers (7) are connected to one another via a control element (12).

3. Refrigeration unit according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the control element is a continuously variable mixing valve.

4. Refrigeration unit according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the control element consists of two counter-clocked solenoid valves consists.

5. tank unit according to claim 1 to 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the device (9) for regulating the cooling water temperature between the cold water supply line and the control element (12).

6. refrigeration unit according to claim 1 to 5, d a d u r c h G It should be noted that the condenser is an air-cooled condenser.

7. Refrigeration unit according to claim 1 to 5, d a d u r c h g e k e n n it is noted that the capacitor (5) is a liquid-cooled condenser.

8. Refrigeration unit according to claims 1, and 3 to 5, d a d u r c h It is not noted that the condenser is a liquid-cooled condenser (13) is a liquid cooler (14) and the heat exchanger in its cooling circuit (16) (8) lies.

9. Refrigeration unit according to claim 8, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that a coolant for the cooling .kreisläi16) of the condenser (13) Water-glycol mixture is used.

10. Refrigeration unit according to one of claims 8 or 9, d a -d u r c h e k e k e n n n e i n e t that there is an additional in the condenser cooling circuit The liquid temperature controller (20) is provided with a valve (17) that runs in parallel to the liquid cooler, controls.

11. Refrigeration unit according to claims 8 to 10, d a -d u r c h g e it is not indicated that the liquid cooler (14) contains a fan (15), via a further control device (18) depending on the coolant temperature can be switched off.

12. Refrigeration unit according to one of claims 1 or 8, d a d u r c h it is noted that the cooling circuit between the condenser (13) and Heat exchanger (8) is constructed and that the control element (12) between the heat exchanger (8), cooler (14) and condenser (13) is arranged so that two partial flows are formed and one partial flow is passed through the heat exchanger past the cooler, on the other hand the other is passed through the cooler.