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Dokumentenidentifikation DE202005013396U1 12.01.2006
Titel Kühlsystem zum Kühlen von Prozesswasser
Anmelder Wille, Werner, 90592 Schwarzenbruck, DE
DE-Aktenzeichen 202005013396
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 12.01.2006
Registration date 08.12.2005
Application date from patent application 23.08.2005
IPC-Hauptklasse F24H 4/00(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   
IPC-Nebenklasse F25B 30/00(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen von Prozesskühlwasser mit zeitgleicher Bereitstellung von Warmwasser.

Für den Anwendungsbereich mit automatisierten Lackieranlagen wird Frischluft benötigt, welches nicht den erforderlichen Luftzustand, Temperatur und rel. Feuchte, besitzt (Sollbedingungen ca. 22°C/60 rel. Feuchte). Der Luftzustand 22°C/60% r.F. soll verhindern, dass die Farbe für die Lackierung zu feucht wird. Hiefür werden Wärmetauscher eingesetzt die zunächst die Frischluft abkühlen, Trocknen und dann Aufheizen. Damit wird der gewünschte Luftzustand erreicht. Um die Luft im 1. Wärmetauscher abzukühlen, wird eine Wassertemperatur von ca. höchstens 10°C benötigt, die mit einem Kaltwassersatz erzeugt wird. Im 2. Wärmetauscher wird eine Temperatur von ca. mindestens 40°C benötigt, die mit einem öl- oder gasbetriebenen Wärmetauscher erzeugt wird. Diese beiden Vorgänge kosten jedoch sehr viel Energie, zum Einen das Abkühlen und zum Anderen das Aufheizen. Das Verhältnis Abkühlleistung zur Aufheizleistung beträgt dabei ca. 1/0,7, es wird also wesentlich mehr Kühlung als Heizung benötigt.

Es ist nun bekannt, dass eine Wärmepumpe im eigentlichen Sinne ein Kaltwassersatz ist, bei dem die Wärme des Verflüssigers genutzt wird, er hat also die Aufgabe zu Heizen während der Kaltwassersatz die Aufgabe hat, zu Kühlen (hier wird die Energie des Verdampfers genutzt). Das Verhältnis Heizleistung zur Kühlleistung beträgt dabei ca. 1,35, das heisst, der Kaltwassersatz erzeugt aus 1 Teil Kühlleistung ca. 1,35 Teile Heizleistung..

Es ist in der Praxis üblich, dass Kaltwassersätze mit Wärmerückgewinnung, bei denen die Abwärme des Verflüssigers genutzt wird, eingesetzt werden. Diese Kaltwassersätze besitzen einen Wärmetauscher für Kältemittel/Wasser, der dem eigentlichen Luftverflüssiger vorgeschaltet ist. Dieser Luftverflüssiger führt die Wärme ab, die aus dem Kältemittel-Wasser-Wärmetauscher nicht entnommen wird. Die Wärme des Kaltwassersatzes ist ein unkontrolliertes Abfallprodukt, da der Kaltwassersatz die Aufgabe hat, zu Kühlen und dementsprechend den Kühlprozess und nicht den Wärmeprozess regelt. Der Kaltwassersatz ist aber in der Lage, mit dem annähernd gleichen Energiebetrag Kaltwasser und Warmwasser zu erzeugen

Der Gedanke, dass ein Kaltwassersatz mit Wärmerückgewinnung für automatisierte Lackieranlagen geeignet ist, da dieser zeitgleich Kaltwasser und Warmwasser erzeugt, liegt dem hier beschriebenen System zugrunde. Für den Lackierprozess wird allerdings „zeitgleich" Kaltwasser mit 10°C und Warmwasser mit 40°C benötigt, sonst kann der gewünschte Luftzustand in der Lackieranlage nicht erreicht werden. Das Problem ist, wenn der Kaltwassersatz längerfristig nicht in Betrieb ist, z.B. am Wochenende, kühlt sich das Warmwasser ab, das Kaltwasser wird warm. Bein Anfahren wird nun der Kaltwassersatz über das Kaltwasser geregelt, er läuft solange, bis dass Kaltwasser auf die gewünschte Temperatur abgekühlt ist, Warmwasser wird allerdings unkontrolliert erhitzt. Dies führt dann zu Problemen in der Lackieranlage, weil Kaltwasser zwar mit 10°C zur Verfügung gestellt werden kann, Warmwasser mit 40°C gleichzeitig jedoch nicht.

Es besteht nun die Möglichkeit, ein entsprechend kleines Warmwasserbecken bereit zu halten, damit sich dass Wasser schnell erhitzt, dies führt in der Praxis bei Stillstandszeiten und Lastschwankungen zu Problemen. Eine definierte Temperatur von mindestens 40°C ist hier nicht gegeben.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Vorrichtung vorzugeben, welche mittels einem Kaltwassersatz zeitgleich Kaltwasser und Warmwasser jeweils mit einer einstellbaren Temperatur zur Verfügung stellt.

Die Vorteile der Vorrichtung sind ein betriebssicheres System, das mit dem annähernd gleichen Energiebetrag definiertes Kalt- und gleichzeitig Warmwasser erzeugt. Dies führt zu einer grossen Energieeinsparung.

Diese Aufgabe wird mit dem im kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmalen und Vorrichtung gelöst.

Die vorgeschlagene Vorrichtung besitzt 1 kaltwassertemperaturgesteuerten Kaltwassersatz mit Wärmerückgewinnungswärmetauscher, 1 Warmwassertank, 1 Kaltwassertank, 1 Wasser-Wassser-Wärmetauscher, 1 Warmwasserpumpe, 1 Kaltwasserpumpe

In der Zeichnung wird anhand einiger Ausführungsbeispiele das erfindungsgemässe Verhalten näher erläutert.

Es zeigen

1, 1 kaltwassertemperaturgesteuerten Kaltwassersatz mit Wärmerückgewinnungswärmetauscher, 1 Warmwassertank, 1 Warmwasserpumpe, 1 Kaltwassertank, 1 Kaltwasserpumpe, 1 Wärmetauscher, 1 temperaturgesteuerter Bypasspumpe

2 wie 1, jedoch mit 1 fest einstellbaren Volumenstromdrossel

3 wie 1, jedoch mit 1 temperaturgesteuertem 2-Wege-Ventil

4 wie 1, jedoch mit 1 temperaturgesteuertem 3-Wege-Ventil

In 1 ist in einem Funktionsschaubild ist eine erste Ausführungsform der Erfindung dargestellt.

Die Warmwasserpumpe 40 fördert das Warmwasser über die Leitung 41 und den Luftwärmetauscher 90 der Lackieranlage, über die Leitung 42 und über den Verflüssigerwärmetauscher 12 des Kaltwassersatzes 10, über die Leitung 43 in den Warmwassertank 20 zurück. Die Kaltwasserpumpe 60 fördert das Kaltwasser über die Leitung 32 den Wasser/Wasser-Wärmetauscher 70, über die Leitung 33 und über den Luftwärmetauscher 100 der Lackieranlage, über die Leitung 34 und über den Verdampferwärmetauscher 11 des Kaltwassersatzes 10, über die Leitung 35 zurück in den Kaltwassertank 30. Der Kühlwasserregler 110 regelt die Verflüssigertemperatur des Kaltwassersatzes 10 und verhindert ein zu starkes Absinken der Verflüssigungstemperatur. Im Anfahrzustand haben beide Tanks die gleiche Temperatur. Läuft der Kaltwassersatz nun an, läuft die Pumpe 50 ebenfalls mit und fördert das nun durch den Kaltwassersatz mit dem Wärmetauscher 12 erwärmte Warmwasser im Warmwassertank 20 über die Leitung 51 in den Wasser-Wasser-Wärmetauscher 70 und Leitung 52 in den Warmwassertank 20 zurück. So wird die im Wärmetauscher 12 übertragene Verflüssigerwärme teilweise durch den Wasser/Wasser-Wärmetauscher 70 auf den Kaltwasserstrom übertragen und zwar genauso viel, wie dieser benötigt, um nicht abzukühlen. Die überschüssiger Wärmeenergie (Verhältnis 1,35/1), die aus dem elektrischen Netz entnommen wird, verbleibt im Warmwassertank 20 und heizt diesen auf. Ist die Vorlauftemperatur des Warmwassers nach der Pumpe 40, die der elektrische Regler 80 in der Leitung 41 misst, auf 40°C angestiegen, wird die Pumpe 50 vom Regler 80 abgeschaltet, es findet nun kein Wärmestrom von Warmseite zu Kaltseite statt. Der Kaltwassersatz läuft nun weiter und kühlt dabei das Kaltwasser ab, bis die Solltemperatur von 10°C erreicht ist. Die Lackieranlage wird nun freigeschaltet und zeitgleich mit dem benötigten Warm- und Kaltwasser versorgt. Fällt die Temperatur im Warmwassertank durch Stillstand der Lackieranlage wieder unter dem Sollwert von 40°C ab, schaltet die Pumpe 50 wieder ein, und erwärmt das Kaltwasser, der Kaltwassersatz läuft wieder an und heizt den Warmwassertank 20 wieder auf. Der beschriebene Prozess beginnt von vorn. Zeitgleich mit dem Einschalten der Pumpe 50 wird ein Signal an die Lackieranlage übergeben, diese wird nun solange gesperrt, bis die Kaltwassertemperatur von 10°C wieder erreicht ist, vorangegangen ist die Aufheizung des Warmwasserbeckens auf mindestens 40°C.

2 zeigt eine ähnliche Ausführung wie 1, jedoch wurde nach der Bypasspumpe eine fest einstellbare Volumenstromdrossel in die Leitung 51 eingebunden

3 zeigt eine ähnliche Ausführung wie 1, jedoch wurde nach der Bypasspumpe ein temperaturgesteuerter 2-Wege-Regler in die Leitung 51 eingebunden

4 zeigt eine ähnliche Ausführung wie 1, jedoch wurde nach der Bypasspumpe ein temperaturgesteuerter 3-Wege-Regler in die Leitung 51 eingebunden


Anspruch[de]
  1. Vorrichtung zum zeitgleichen Bereitstellen von Kaltwasser und Warmwasser mittels Kaltwassersatzes dadurch gekennzeichnet dass die Vorrichtung aus 1 kaltwassergesteuerten Kaltwassersatz mit Wärmerückgewinnungswärmetauscher, 1 Warmwasserpumpe, 1 Kaltwasserpumpe, 1 Bypasspumpe, 1 Wasser-Wasser-Wärmetauscher und 1 Regeleinheit zur Steuerung der Bypasspumpe besteht.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasspumpe eine fest einstellbare Volumenstromdrossel nachgeschaltet ist
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasspumpe ein temperaturgesteuerter 2-Wege-Regler nachgeschaltet ist
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasspumpe ein temperaturgesteuerter 3-Wege-Regler nachgeschaltet ist
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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