Verfahren zum Betreiben einer (Verbund-)Kälteanlage und (Verbund-)Kälteanlage zum Betreiben dieses Verfahrens

Abstract

 Verfahren zum Betreiben einer (Verbund-)Kälteanlage, die im Wechsel Kühl- und Abtauphasen durchläuft, mit einem Kältemittelkreislauf, einen Verdichter, einen Verflüssiger, ein Entspannungsventil und einen Verdampfer enthaltend, über den die Abkühlung des in einem Kälteträgerkreislauf zirkulierenden Kälteträgers erfolgt, der nach seiner Abkühlung einem oder mehreren parallel angeordneten Luftkühlern und anschließend mittels einer Pumpe wieder dem Verdampfer zugeführt wird. Mindestens ein Teil des Kälteträgers wird während der Kühlphasen im indirekten Wärmetausch oder mittels eines zwischen dem Kältemittel- und Kälteträgerkreislauf angeordneten weiteren Kälteträgerkreislaufes von dem während der Kühlphase im Verdichter überhitzten Kältemittel erwärmt und der so erwärmte Kälteträger zirkuliert nach Beendigung der Kühlphase zur Abtauung der Luftkühler in dem Kälteträgerkreislauf.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer (Verbund-) Kälteanlage, die im Wechsel Kühl- und Abtauphasen durchläuft, mit einem Kältemittelkreislauf, einen Verdichter, einen Verflüssiger, ein Entspannungsventil und einen Verdampfer enthaltend, über den die Abkühlung des in einem Kälteträgerkreislauf zirkulierenden Kälteträgers erfolgt, der nach seiner Abkühlung einem oder mehreren parallel angeordneten Luftkühlern und anschließend mittels einer Pumpe wieder dem Verdampfer zugeführt wird.

[0002] Die Erfindung betrifft ferner eine (Verbund-)Kälteanlage zum Betreiben dieses Verfahrens.

[0003] In Kühlmöbeln mit mechanischer Kühlung schlägt sich bekanntlich an den Luftkühlern eine vom Kühlgut oder der Umgebungsluft stammende Feuchtigkeitsmenge in Form von Schnee und Eis nieder. Daher ist es erforderlich, die wärmeaustauschenden Flächen von Zeit zu Zeit abzutauen, also eine übermäßig starke Reifbildung zu verhindern, damit der Wärmeübergang und die Luftströmung innerhalb des Kühlmöbels nicht ungünstig beeinflußt wird. Die periodischen Abtauvorgänge werden durch entsprechende Regeleinrichtungen ausgelöst. In der Regel sind in 24 Stunden 2 - 6 Abtauvorgänge je Kühlstelle erforderlich. Um so rascher dieser Abtauvorgang abläuft, um so geringer ist die durch ihn bewirkte Störung des Betriebs, um so besser daher die Kühlwirkung.

[0004] Kälteanlagen, auch als Verbundkälteanlagen mit mehreren Verdichtern je Kälteanlage, werden überall dort eingesetzt, wo mehrere Geräte an verschiedenen Stellen und/oder bei verschiedenen Temperaturen mit Kälte versorgt werden müssen. Beispielsweise sind in einem Supermarkt mehrere Kühl- und Tiefkühlmöbel sowie zusätzlich ein Kühl-oder Tiefkühlraum als Kälteverbraucher an je eine Kühl- und Tiefkühlverbundkälteanlage angeschlossen.

[0005] Ausgehend von einem Anmelder-internen Stand der Technik wird anhand der Figur 1 ein Verfahren zum Betreiben einer (Verbund-) Kälteanlage, die im Wechsel Kühl- und Abtauphasen durchläuft, beschrieben.

[0006] Diese (Verbund-) Kälteanlage besteht aus zwei voneinander unabhängigen Kreisläufen. Es handelt sich hier zum einen um einen Kältemittelkreislauf A und zum anderen um einen Kälteträgerkreislauf B. Diese beiden Kreisläufe A und B sind über den Verdampfer 1 "gekoppelt". Das den Verdampfer 1 verlassende gasförmige Kältemittel des Kältemittelkreislaufes A wird im Verdichter 2 verdichtet, dabei stark überhitzt und dem Verflüssiger 3 zugeführt. In diesem findet die Abkühlung und Verflüssigung des Kältemittels im indirekten Wärmeaustausch mit z.B. Luft statt. Das Kältemittel wird anschließend im Entspannungsventil 4 entspannt und wiederum dem Verdampfer 1 zugeführt. In diesem gibt das verdampfende Kältemittel seine Kälte an den in dem Kälteträgerkreislauf B zirkulierenden Kälteträger ab. Für den Kälteträgerkreislauf wird ein Kälteträger gewählt, der bei den im Kälteträgerkreislauf herrschenden Drücken und Temperaturen immer in flüssiger Form vorliegt, also keine Aggregatszustandsänderung durchläuft. Der Kälteträgerkreislauf B besteht neben dem Verdampfer 1 aus einem Kälteträgerspeicher 5, einem oder mehreren parallel angeordneten Ventilen 6, 6', .., einem oder mehreren parallel angeordneten Luftkühlern 7, 7', .. und einer Pumpe 8; hierbei kann es sich auch um mehrere hintereinander geschaltete Pumpen handeln. Jeder der Luftkühler 7, 7', .. ist mit einer elektrischen Widerstandsheizung 9, 9', .. versehen.

[0007] Für den Fall, daß einer der Luftkühler 7, 7', .. abgetaut werden soll, ist für die Abtaudauer das entsprechende Ventil 6, 6', .. zu schließen und die zugehörige elektrische Widerstandsheizung 9, 9', .. einzuschalten. Diese Abtauverfahrensweise birgt jedoch entscheidende Nachteile. Dies sind zum einen die relativ hohen Investitionskosten für die installierten Widerstandsheizungen mit den zugehörigen Verkabelungen. Zum anderen dürfen auch die Stromkosten für die zu erbringenden Heizleistungen nicht vernachlässigt werden. Ferner ist gerade bei einer parallelen Abtauung mehrerer Verdampfer eine entsprechend hohe Anschlußleistung bereitzustellen.

[0008] Ziel und Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer (Verbund- )Kälteanlage, die im Wechsel Kühl- und Abtauphasen durchläuft, anzugeben, das die obigen Nachteile vermeidet.

[0009] Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens ein Teil des Kälteträgers während der Kühlphasen im indirekten Wärmetausch oder mittels eines zwischen dem Kältemittel- und Kälteträgerkreislauf angeordneten weiteren Kälteträgerkreislaufes von dem während der Kühlphase im Verdichter überhitzten Kältemittel erwärmt wird und der so erwärmte Kälteträger nach Beendigung der Kühlphase zur Abtauung der Luftkühler in dem Kälteträgerkreislauf zirkuliert.

[0010] Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer (Verbund-)Kälteanlage erspart die ansonsten zusätzlich anfallenden Stromkosten für die Abtauung der Verdampfer. Es ermöglicht darüber hinaus ein warenschonendes Abtauen durch kurze Abtau- und Wiederabkühlphasen. Zusätzlich verringert sich die elektrische Gesamtanschlußleistung erheblich.

[0011] Die Erfindung sowie weitere Ausgestaltungen davon, insbesondere die in den Unteransprüchen beschriebenen Verfahren bzw. die beschriebene Kälteanlage, seien anhand der Figuren 2 bis 5 näher erläutert. Identische Bauteile besitzen hierbei gleiche Bezugsziffern.

[0012] Figur 2 stellt das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer (Verbund-)Kälteanlage (im folgenden nurmehr Kälteanlage genannt) dar. Die Kälteanlage besteht wiederum aus 2 voneinander unabhängigen Kreisläufen. Es handelt sich zum einen um einen Kältemittelkreislauf A und zum anderen um einen Kälteträgerkreislauf B. Letzterer weist 2 Kälteträgerspeicher auf, nämlich einen sogenannten "kalten" Kälteträgerspeicher 5 und einen sogenannten "warmen" Kälteträgerspeicher 5'. Die Kälteträgerspeicher 5 und 5' können mittels der Ventile 10 und 11 bzw. 12 und 13 in den Kälteträgerkreislauf B eingebunden werden.

[0013] Während der Kühlphasen sind die Ventile 12 und 13 geschlossen und die Ventile 10 und 11 geöffnet, so daß der Kälteträger aus dem kalten Kälteträgerspeicher 5 im Kälteträgerkreislauf B zirkuliert und die über die Luftkühler 7 und 7' aufgenommene Wärme aus den jeweiligen Kühlmöbeln abführt. Es ist wiederum selbstverständlich, daß neben den beiden in dieser und den folgenden Figuren dargestellten Luftkühlern, weitere Luftkühler parallel dazu angeordnet sein können. Der Kältemittelkreislauf A ist während der Kühlphase ebenfalls in Betrieb, um die über die Kälteträger in den Luftkühlern 7 und 7' aufgenommene Wärme durch Verdampfen des Kältemittels im Verdampfer 1 aufzunehmen und über den Verflüssiger 3 abzugeben. Zusätzlich gibt das verdichtete überhitzte Kältemittel jedoch auch Wärme an den im Kälteträgerspeicher 5' gespeicherten Kälteträger ab. Für die Abtauphase wird der Kältemittelkreislauf umgeschaltet. Dazu wird Ventil 11 geschlossen und Ventil 13 geöffnet. Der kalte Kälteträger aus dem Kälteträgerkreislauf B wird über das noch geöffnete Ventil 10 in den kalten Kalteträgerspeicher 5 gefördert bzw. "gedrückt", so daß der Flüssigkeitsspiegel hier ansteigt. Gleichzeitig strömt über das geöffnete Ventil 13 der warme Kälteträger aus dem Kälteträgerspeicher 5' in den Kreislauf, so daß der Flüssigkeitsspiegel im Kälteträgerspeicher 5' absinkt. Die beiden Kälteträgerspeicher 5 und 5' sind offene Behälter, die über eine Überlaufleitung miteinander verbunden sind. Ist der kalte Kälteträger vollständig in den "kalten" Kälteträgerspeicher 5 gelangt, wird Ventil 12 geöffnet und Ventil 10 geschlossen. Der warme Kälteträger wird nun in dem Kälteträgerkreislauf B so lange mittels der Pumpe 8 umgepumpt, bis die Luftkühler 7 und 7' selbständig abgetaut sind. Nach Beendigung des Abtauvorganges wird Ventil 13 geschlossen und Ventil 11 geöffnet. Auf diese Weise erreicht man den umgekehrten Effekt wie zu Beginn des Abtauvorganges, d.h., der während des Abtauvorganges im Kälteträgerkreislauf B zirkulierende warme Kälteträger wird in den Kälteträgerspeicher 5' gefördert und der kalte Kälteträger aus dem "kalten" Kälteträgerspeicher 5 gelangt zurück in den Kälteträgerkreislauf B. Im Anschluß wird Ventil 12 geschlossen und das Ventil 10 geöffnet. Der Kältemittelkreislauf wird wieder in Betrieb genommen und die Wiederabkühlung der Luftkühler 7 und 7' beginnt.

[0014] Die in der Figur 3 dargestellte Kälteanlage besteht aus 2 Kältemittelkreisläufen A und A' sowie 2 Kälteträgerkreisläufen B und B'. Der Übersichtlichkeit halber wurde auf die Darstellung der den Kälteträgerspeichern 5, 5', 15 und 15' vor- und nachgeschalteten Ventile verzichtet. Das im Kältemittelkreislauf A durch den Verdampfer 1, den Verdichter 2, den Verflüssiger 3 und das Entspannungsventil 4 zirkulierende Kältemittel erwärmt hierbei den im "warmen" Kälteträgerspeicher 15' gespeicherten Kälteträger des Kälteträgerkreislaufes B', während das im Kältemittelkreislauf A' durch den Verdampfer 1', den Verdichter 2', den Verflüssiger 3' und das Entspannungsventil 4' zirkulierende Kältemittel den im "warmen" Kälteträgerspeicher 5' gespeicherten Kälteträger des Kälteträgerkreislaufes B erwärmt. Bei dieser Verfahrensweise kann während der Abtauung eines Kälteträgerkreislaufes die Abwärme des in Betrieb befindlichen Kältemittelkreislaufes dem "warmen" Kälteträgerspeicher des abzutauenden Kreislaufes zugeführt werden. Dies bedeutet z.B., daß während der Abtauphase des Kälteträgerkreislaufes B' der durch den "warmen" Kalteträgerspeicher 15' zirkulierende Kälteträger durch das Kältemittel des Kältemittelkreislaufes A erwärmt wird.

[0015] Diese Verfahrensweise beinhaltet zwei Vorteile. Zum einen verkürzt sich die Abtauzeit, da der warme Kälteträger während der Abtauphase erwärmt wird. Zum anderen verringert sich die vorzuhaltende warme Kälteträgermenge, da eine kontinuierliche Erwärmung während der Abtauphase durch das Kältemittel des jeweils anderen Kältemittelkreislaufes erfolgt. Bei dieser Verfahrensweise muß dann allerdings während der Abtauung des einen Kälteträgerkreislaufes, also z.B. des Kälteträgerkreislaufes B', der Kältemittelkreislauf A zwangseingeschaltet sein.

[0016] Figur 4 stellt eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Hierbei sind neben zweier Kälteträgerkreisläufe B und B' und zweier Kältemittelkreisläufe A und A' ein weiterer Kälteträgerkreislauf C vorgesehen. Über den Verdampfer 21 sind der Kältemittelkreislauf A und der Kälteträgerkreislauf B, der sich auf einem sogenannten "Normalkühlungstemperaturniveau" von etwa -10°C befindet, miteinander gekoppelt, während über den Verdampfer 21' der Kältemittelkreislauf A' mit dem Kälteträgerkreislauf B' gekoppelt ist, wobei sich letztere auf einem sogenannten "Tiefkühltemperaturniveau" von etwa -35 _° C befindet. Das in den Kältemittelkreisläufen A und A' zirkulierende Kältemittel wird mittels der Verdichter 22 und 22' verdichtet, dem Verflüssiger 1 bzw. 1' zugeführt und in diesen im indirekten Wärmetausch gegen einen anzuwärmenden Kälteträger, der über die Leitungen 44 bzw. 45 herangeführt wird, verflüssigt. Anschließend wird das verflüssigte Kältemittel in den Entspannungsventilen 20 bzw. 20' kälteleistend entspannt und den Verdampfern 21 bzw. 21' zugeführt. In diesen wird es im indirekten Wärmetausch mit den abzukühlenden Kälteträgern aus den Kälteträgerkreisläufen B und B' erwärmt und verdampft. Die in den Verflüssigern 1 bzw. 1' an den Kälteträger abgegebene Wärme wird nach einer Zwischenspeicherung im Kälteträgerspeicher 31 über die Leitungen 40 bzw. 41 und 42 sowie den Regelventilen 32 bzw. 33 und 34 entweder dem Rückkühler 3 oder den in den Kälteträgerspeichern 5' bzw. 15' vorgesehenen Wärmetauschern zugeführt. Der über Leitung 40 dem Rückkühler 3 zugeführte Kälteträger wird nach seiner Abkühlung mittels der Pumpe 30 wiederum über die Leitungen 44 bzw. 45 zu den Verflüssigern 1 bzw. 1' gefördert. Vor der Pumpe 30 erfolgt die Zuspeisung des über die Leitung 43 von den Kälteträgerspeichern 5' und 15' abgezogenen, abgekühlten Kälteträgersteilstromes.

[0017] Figur 5 zeigt eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wiederum bestehend aus zwei Kältemittelkreisläufen A und A', zwei Kälteträgerkreisläufen B und B' sowie einem weiteren Kälteträgerkreislauf C. Wiederum befinden sich der Kältemittelkreislauf A und der Kälteträgerkreislauf B auf "Normalkühltemperaturniveau", während im Kältemittelkreislauf A' und Kälteträgerkreislauf B' "Tiefkühltemperaturniveau" herrscht. Im vorliegenden Falle wird die im Verflüssiger 1' freiwerdende Wärme des Kältemittelkreislaufes A' nicht an den Kälteträger des zusätzlichen Kälteträgerkreislaufes C sondern an den über Leitung 50 abgezweigten Kälteträgerteilstromes des Kälteträgerkreislaufes B abgegeben. Der im Verflüssiger 1' erwärmte Kälteträger des Kälteträgerkreislaufes B wird über Leitung 51 wieder in den Kälteträgerkreislauf B zurückgeführt. Diese Variante ist von Vorteil bei Verdichtern 22' des Kältemittelkreislaufes A', die im Anwendungsbereich bezüglich Druck- und/oder Temperaturverhältnis eingeschränkt sind, da der Enddruck und die Kondensationstemperatur im Vergleich zur Figur 4 tiefer liegen.

[0018] Die Abtauung des Kälteträgerkreislaufes B' erfolgt in gleicher Weise wie in den Figuren 3 und 4. Allerdings wirkt sich bei dieser Verfahrensweise die Vernetzung der beiden Kältemittelkreisläufe A und A' bei der Abtauung des Kalteträgerkreislaufes B nachteilig aus. Während der Abtauphase der Luftkühler 7 und 7' muß der Kältemittelkreislauf A' aus Anwendungsgründen abgeschaltet werden. Dies bedeutet jedoch, daß die Luftkühler 17 und 17' des Kälteträgerkreislaufes B' nicht mehr ausreichend gekühlt werden. Für diesen Fall bietet es sich an, den Kälteträgerkreislauf B' zuvor stärker abzukühlen und die Kälteleistung im "kalten" Kälteträgerspeicher 15 zu speichern.

[0019] Es ist für den Fachmann selbstverständlich, daß neben den in den Abbildungen 2 bis 5 dargestellten Verfahrensweisen des erfindungsgemäßen Verfahrens weitere Varianten, auf die hier im einzelnen nicht eingegangen werden kann, denkbar wären.

Ansprüche

1. Verfahren zum Betreiben einer (Verbund-)Kälteanlage, die im Wechsel Kühl- und Abtauphasen durchläuft, mit einem Kältemittelkreislauf, einen Verdichter, einen Verflüssiger, ein Entspannungsventil und einen Verdampfer enthaltend, über den die Abkühlung des in einem Kälteträgerkreislauf zirkulierenden Kälteträgers erfolgt, der nach seiner Abkühlung einem oder mehreren parallel angeordneten Luftkühlern und anschließend mittels einer Pumpe wieder dem Verdampfer zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Kälteträgers während der Kühlphasen im indirekten Wärmetausch oder mittels eines zwischen dem Kältemittel- und Kälteträgerkreislauf angeordneten weiteren Kälteträgerkreislaufes von dem während der Kühlphase im Verdichter überhitzten Kältemittel erwärmt wird und der so erwärmte Kälteträger nach Beendigung der Kühlphase zur Abtauung der Luftkühler in dem Kälteträgerkreislauf zirkuliert.

2. Verfahren zum Betreiben einer (Verbund-)Kälteanlage nach Anspruch 1, vorzugsweise einer Kombination mindestens zweier (Verbund-)Kälteanlagen, insbesondere einer Normalkühl- und einer Tiefkühl-(Verbund-)Kälteanlage, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Kälteträgers des ersten Kälteträgerkreislaufes von dem Kältemittel des zweiten Kältemittelkreislaufes erwärmt und mindestens ein Teil des Kälteträgers des zweiten Kälteträgerkreislaufes von dem Kältemittel des ersten Kältemittelkreislaufes erwärmt wird.

3. Verfahren zum Betreiben einer (Verbund-)Kälteanlage nach Anspruch 1, vorzugsweise einer Kombination mindestens zweier (Verbund-)Kälteanlagen, insbesondere einer Normalkühl- und einer Tiefkühl-(Verbund-)Kälteanlage, sowie mindestens eines weiteren Kälteträgerkreislaufes, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung und/oder Verflüssigung der in den Kältemittelkreisläufen zirkulierenden Kältemittel durch einen indirekten Wärmetausch mit dem Kälteträger eines weiteren Kälteträgerkreislaufes erfolgt und der so erwärmte Kälteträger mindestens einen Teil des Kälteträgers des ersten und des zweiten Kälteträgerkreislaufes erwärmt.

4. (Verbund-)Kälteanlage zum Betreiben des Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Kälteträgerkreisläufe zwischen dem Verdampfer und dem bzw. den Luftkühlern parallel zueinander angeordnet einen "warmen" und einen "kalten" Kälteträgerspeicher aufweisen und in den "warmen" Kälteträgerspeicher ein Wärmetauscher vorgesehen ist.

Zeichnung