CH674893A5 - - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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Description
1
CH 674 893 A5
2
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Kühlen einer Vorrichtung mit einer Kühleinrichtung die einen Kühlmittel-Kreislauf umfasst, in welchem Kälte durch arbeitsleistende Entspannung des Kühlmittels erzeugt wird. Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine Anwendung des Verfahrens.
Bei derartigen Kühlanlagen und insbesondere bei Tieftemperatur-Kälte- bzw. -Kühlanlagen entsteht in unmittelbarer Nähe des Kälteaggregates, beispielsweise im sogenannten Bremskompressor einer hydraulischen Bremse oder einer Wirbelstrombremse Wärme, welche z.B. an die Umgebungsatmosphäre abgegeben oder mit dem Kühlmittel in einem unabhängigen Kühlkreis weggeschafft wird. Die arbeitsleistende Entspannung des Kühlmittels kann beispielsweise nach dem Claude- oder nach dem Brayton-Verfahren erfolgen, die beide für derartige Kühlverfahren sind. Das Claude-Verfahren ist beispielsweise im Lehrbuch TIEFTEMPERATURTECHNIK, H. Hausen und H. Linde, zweite Auflage 1985, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York, Tokyo, auf den Seiten 88 ff. beschrieben. Eine Beschreibung des Brayton-Verfahrens findet sich beispielsweise im Lehrbuch TIEFTEMPERATUR-TECHNOLOGIE, F.X. Eder, VDI-Verlag 1981.
Die direkte Abgabe der Wärme an die Umgebung kann in der Umgebung der zu kühlenden Vorrichtung zum unerwünschten Erhöhen der Temperatur führen. In klimatisierten Räumen führt die zusätzliche Wärme zu einer Mehrbelastung der Klimaanlage, die 20 kW und mehr sein kann. Dies führt insbesondere auch dort zu Problemen, wo die Kälteanlage nachträglich im klimatisierten Raum installiert werden soll, da Veränderungen an den Klimaanlagen nachträglich nur mit unverhältnismässig hohem baulichem und kostenmässigem Aufwand möglich sind.
Die Installation eines unabhängigen Kühlkreises zum Wegtransport der Wärme, kann ebenfalls, vor allem in klimatisierten Räumen wie beispielsweise Computerräumen Schwierigkeiten bieten. In Räumen mit hochempfindlichen Geräten wie Hochleistungsrechnern, von denen Teile im Tieftemperaturbereich von etwa 180° K oder tiefer betrieben werden, ist beispielsweise Wasserkühlung, die an und für sich für den Wegtransport der Wärme möglich wäre, nicht erwünscht.
Die Erfindung schafft ein Kühlverfahren, das auch in Fällen, wo der Wegtransport von Wärme schwierig ist, eine einfache Lösung bietet. Erfin-dungsgemäss ist das Kühlverfahren dadurch gekennzeichnet, dass die durch arbeitsleistende Entspannung des Kühlmittels erzeugte Wärme dem Kühlmittel-Kreislauf der Kühleinrichtung zugeführt wird. Die Anwendung des Kühlverfahrens zeichnet sich durch die Merkmale von Anspruch 6 aus. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf besonders vorteilhafte Ausführungsformen des erfin-dungsgemässen Verfahrens. Mit dem Verfahren ist es möglich, Vorrichtungen, insbesondere an Orten, wo die Wärmeabfuhr kritisch sein kann, auf einfache Art und mit kleinem Aufwand für die Installation zu kühlen. Nach diesem Verfahren arbeitende Kühlanlagen bleiben zudem für die Umgebung der Turbine oder des Kolbens, die oder der die Kühlleistung durch arbeitsleistende Entspannung erbringt, nicht wärmewirksam, was bei deren Verwendung in klimatisierten Räumen sehr günstig ist.
Die Erfindung wird anhand der einzigen Figur erläutert, die schematisch ein Beispiel einer nach dem Kühlverfahren arbeitenden Kälteanlage zeigt.
Der Kühlkreis 10 der Kälteanlage dient beispielsweise zum Kühlen der Vorrichtung 2 im klimatisierten Raum 3. Ausserhalb des klimatisierten Raums 3 sind die beiden Kühler 11 und 11' sowie der Verdichter 12 im Kühlkreis 10 angeordnet. Das Kühlmittel fliesst durch den Wärmetauscher 13, wo es vom gegenströmenden Kühlmittel gekühlt wird. In der Turbine 14 erfolgt die arbeitsleistende Entspannung und weitere Abkühlung des Kühlmittels auf die Kühloder Arbeitstemperatur. Die Kühlleistung an der Vorrichtung 2 wird im Kühler oder Wärmetauscher 15 erbracht, von wo das Kühlmittel durch die Wärmetauscher 13 und 21 zum Kühler 11' und Verdichter 12 rückfliesst.
Das Kühlmittel im geschlossenen zweiten Kühlkreis 20 wird von der an der Bremsturbine 24 geleisteten Arbeit erwärmt und über die Drossel 23 dem Wärmetauscher 21 zugeführt, wo die Wärme auf das rückfliessende Kühlmittel des Kühlkreises 10 übertragen wird. Damit wird die von der Bremskompressor in Wärme gewandelte Entspannungsarbeit im Raum 3 nicht temperaturerhöhend wirksam.
Der Kühler 11' ist zweckmässigerweise so dimensioniert, dass die dem Rücklauf des Kühlkreises 10 über den Wärmetauscher 21 zugeführte Wärmemenge ungefähr wieder entzogen wird. Diese Lösung ist beispielsweise beim Ausbau einer bestehenden Anlage, mit einem geschlossenen Kühlkreis zu empfehlen. Der Verdichter 12 und der Kühler 11 könnten aber auch so gewählt sein, dass der Kühler 11' entfallen könnte. Die in den beiden Kühlkreisen 10 und 20 in verschiedenen Punkten gemachten Temperaturangaben, zeigen die möglichen Verhältnisse in einer Tieftemperatur-Kühlanlage, wie sie z.B. für modernste Hochleistungsrechner verwendet werden. Für diese Temperaturverhältnisse wäre beispielsweise Stickstoff als Kühlmittel in beiden Kühlkreisen 10 und 20 geeignet.
Claims (7)
1. Verfahren zum Kühlen einer Vorrichtung (2) mit einer Kühleinrichtung, die einen Kühlmittel-Kreislauf (10) umfasst, in welchem Kälte durch arbeitsleistende Entspannung des Kühlmittels (14, 24) erzeugt wird, dadurch, dass die durch arbeitsleistende Entspannung des Kühlmittels erzeugte Wärme (14, 24) dem Kühlmittel-Kreislauf (10) der Kühleinrichtung zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der arbeitsleistenden Entspannung (14, 24) erzeugte Wärme vom Kühlmittel eines zweiten Kühlkreises (20) über Wärmetauschmittel (21) dem rücklaufenden Kühlmittel im ersten Kühlmittel-Kreislauf (10) zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
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CH 674 893 A5
gekennzeichnet, dass die zu kühlende Vorrichtung
(2) in einem klimatisierten Raum (3) angeordnet ist und die im klimatisierten Raum (3) durch arbeitsleistende Entspannung (14, 24) des Kühlmittels erzeugte Wärme im klimatisierten Raum (3) dem Kühlmittel-Kreislauf (10) der Kühleinrichtung zugeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer Tieftemperatur-Kühleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die durch arbeitsleistende Entspannung (14, 24) des Kühlmittels erzeugte Wärme dem Kühlmittel-Kreislauf (10) der Tieftemperatur-Kühleinrichtung zugeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die arbeitsleistende Entspannung des Kühlmittels in einer Turbine (14), die nach dem Claudeoder nach dem Brayton-Verfahren arbeitet, erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kühlmittel-Kreislauf (10) der Kühleinrichtung im Rücklauf, mit zusätzlichen Wärmetauschmitteln (11'), Wärme in der Grössenordnung der durch wärmeerzeugende Entspannung (14, 24) erzeugten und dem Kühlkreis (10) zugeführten Wärmemenge, entzogen wird.
7. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Kühlen wenigstens von Teilen eines Computers (2) in einem klimatisierten Raum
(3).
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