DE202013101884U1 - Vorrichtung zum Aufnehmen und Verdampfen von kondensierten Flüssigkeiten an einer Kälteanlage und Kälteanlage mit dieser Vorrichtung - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zum Aufnehmen und Verdampfen von kondensierten Flüssigkeiten (15) an einer Kälteanlage mit einem Kältekreislauf (10), umfassend wenigstens eine Kreislaufkomponente (11), die zum Transport und/oder zur Änderung der Zustands eines Kältemittels innerhalb des Kältekreislaufes (10) ausgebildet ist und ferner Wärme an die Umgebung des Kältekreislaufes (10) abgibt, und wenigstens einen Kondensatbehälter (20; 20‘; 20‘‘) außerhalb des Kältekreislaufes (10), der zur Aufnahme von an der Kälteanlage kondensierten Flüssigkeiten (15) angeordnet und ausgeformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensatbehälter (20; 20‘; 20‘‘) wenigstens teilweise aus einem gut wärmeleitenden Material besteht, und der Kondensatbehälter (20; 20‘; 20‘‘) und die Kreislaufkomponente (11) so thermisch aneinander gekoppelt sind, dass die aufgenommene kondensierte Flüssigkeit innerhalb des Kondensatbehälters (20; 20‘; 20‘‘) durch von der Kreislaufkomponente (11) auf den Kondensatbehälter (20; 20‘; 20‘‘) übertragene Wärme verdampfbar ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufnehmen und Verdampfen von kondensierten Flüssigkeiten an einer Kälteanlage mit einem Kältekreislauf, umfassend wenigstens eine Kreislaufkomponente, die zum Transport und/oder zur Änderung der Zustands eines Kältemittels innerhalb des Kältekreislaufes ausgebildet ist und wenigstens einen Kondensatbehälter, der zur Aufnahme von an der Kälteanlage kondensierten Flüssigkeiten angeordnet und ausgeformt ist.
• Die Erfindung betrifft ferner eine zugehörige Kälteanlage mit einer solchen Vorrichtung zum Aufnehmen und Verdampfen von kondensierten Flüssigkeiten, und einen Schalt-, Netz- und/oder Serverschrank mit dieser Kälteanlage.
• In Kälteanlagen wird typischerweise ein Kältekreislauf eingesetzt, in dem ein Kältemittel im Kreislauf geführt wird, wobei es durch verschiedene Kreislaufkomponenten transportiert und sein Zustand so verändert wird, dass das Kältemittel an einer Stelle des Kreislaufes Wärme aus einer zu kühlenden Umgebung des Kältekreislaufes aufnimmt und diese an einer anderen Stelle wieder an die Umgebung abgibt. Dieses Prinzip kommt beispielsweise in Kältekompressionsmaschinen zur Anwendung, in denen ein flüssiges Kältemittel unter geringem Druck in einem Verdampfer Wärme aus einer zu kühlenden Umgebung aufnimmt und dabei gasförmig wird. Dieses gasförmige Kältemittel wird dann einem Kompressor zugeführt, um den Druck zu erhöhen, damit die zuvor aufgenommene Wärme anschließend in einem Kondensator an eine andere Umgebung abgegeben werden kann, wobei sich das so abgekühlte Kältemittel wieder verflüssigt und der Druck durch ein Drosselorgan reduziert wird, bevor das flüssige Kältemittel erneut bei geringem Druck dem Verdampfer zugeführt wird.
• Derartige Kältekreisläufe sind weit verbreitet in Kühlschränken, Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge oder Gebäude, aber insbesondere auch für Klimageräte beispielsweise in Schalt-, Netz- und Serverschränken.
• Bei solchen Kälteanlagen kommt es jedoch außerhalb des Kältekreislaufes oftmals zur Bildung von Kondenswasser, welches durch die Kondensation von Wasserdampf aus der umgebenden Luft an kalten Bauteilen des Kältekreislaufes entsteht. Insbesondere im Bereich des Verdampfers kann es zu solchem Kondenswasser kommen, wenn die Temperatur des Verdampfers unterhalb des Taupunktes des Wasserdampfes in der Luft liegt. Dieses Kondenswasser wird dann üblicherweise in einer Kondensatschale aufgefangen, die sich beispielsweise unterhalb des Verdampfers befinden kann. So kann das Kondenswasser kontinuierlich in die Schale tropfen und anschließend geeignet abgeführt werden. Um das gebildete Wasser nicht fortlaufend abführen zu müssen, kann auch vorgesehen sein, das aufgefangene Kondenswasser zu verdunsten bzw. zu verdampfen. Hierzu kann dem Kondenswasser Wärme zugeführt werden, was auf verschiedene Arten erfolgen kann.
• Beispielsweise ist es bekannt, Kondensatverdunster einzusetzen, bei denen ein Heizelement direkt in den oftmals metallischen Sammelbehälter für das anfallende Kondensat eingebracht ist. Allerdings kann es hier beim Betrieb des zugehörigen Kühlgerätes insbesondere zu galvanischen Prozessen aufgrund der Unterschiede zwischen der metallischen Konstruktion des Auffangbehälters und der metallischen Konstruktion des Heizelementes kommen. Daher schlägt beispielsweise die US 3,683,153 einen Kondensatverdunster für ein Kühlgerät vor, der einen Auffangbehälter aus Aluminium aufweist, in dem sich Kondensat von den Kühlgerätaggregaten sammelt. Ein Heizelement ist dabei außen am Sammelbehälter angebracht, so dass es keinen Kontakt zum aufgefangenen Kondensat hat.
• Ferner kann es vorgesehen sein, das Kondensat aus dem Auffangbehälter eines Kühlgerätes einem gesonderten Kondensatverdunster zuzuführen. Beispielsweise ist aus der DE 10 2006 013 271 B4 ein solcher Kondensatverdunster bekannt, der in Form eines Rohrabschnitts ausgebildet ist und ein Heizelement aufweist, welches den Rohrabschnitt von außen beheizt, so dass das darin befindliche Kondensat verdampft. Um eine besonders gute Wärmeübertragung von dem Heizelement auf das im Rohrabschnitt befindliche Kondenswasser zu gewährleisten, kann der Rohrabschnitt aus Metall bestehen, wobei als Material insbesondere Edelstahl vorgeschlagen wird. Dabei können der Rohrabschnitt und das Heizelement gemeinsam in einem Formteil untergebracht sein, das aus Aluminium besteht.
• Derartige bekannte Vorrichtungen zum Aufnehmen und Verdampfen von kondensierten Flüssigkeiten an einer Kälteanlage mit einem Kältekreislauf sehen somit stets eine zusätzliche Wärmequelle vor, die speziell so angebracht und ausgestaltet ist, dass sie eine in einer Kondensatschale befindliche Flüssigkeit verdampfen kann. Diese zusätzliche Wärmequelle benötigt jedoch Energie, was die Gesamteffizienz der Kälteanlage verschlechtert. Darüber hinaus benötigt sie zusätzlichen Bauraum, der unter Umständen nur beschränkt vorhanden ist.
• Bekannt sind daher ferner Lösungen, bei denen eine Kondensatschale beispielsweise auf dem Deckel eines Kompressors angebracht wird, um so die Abwärme des Kompressors zum Verdampfen des angesammelten Kondenswassers zu nutzen, wobei die Kondensatschalen auch außen an der Mantelfläche eines Kompressors angebracht werden können. Diese Kondensatschalen werden jedoch üblicherweise als Kunststoff-Spritzgussteile ausgeführt, die einen relativ geringen Wärmeleitkoeffizienten haben und bei hohen Temperaturen und Vibrationen zur Alterung und Versprödung neigen. Um den Wärmeübergang zwischen dem Kompressor und einer Kunststoff-Kondensatschale zu verbessern, schlägt daher beispielsweise die DE 10 2008 052 290 A1 vor, eine Wärmeleitpaste zwischen der Mantelfläche des Kompressors und der Kondensatschale vorzusehen.
• Ausgehend hiervon ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Aufnehmen und Verdampfen von kondensierten Flüssigkeiten an einer Kälteanlage mit einem Kältekreislauf bereitzustellen, welche eine hohe Dauerhaltbarkeit besitzt, die Gesamteffizienz der Kälteanlage nicht verschlechtert und dabei einfach an die baulichen Gegebenheiten der Kälteanlage anpassbar bzw. in den zur Verfügung stehenden Bauraum integrierbar ist.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2–18. Ferner wird die Aufgabe durch eine zugehörige Kälteanlage gemäß dem unabhängigen Anspruch 19 und einen Schalt-, Netz- und/oder Serverschrank mit einer solchen Kälteanlage nach Anspruch 20 gelöst.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zum Aufnehmen und Verdampfen von kondensierten Flüssigkeiten an einer Kälteanlage mit einem Kältekreislauf, wobei die Vorrichtung wenigstens eine Kreislaufkomponente umfasst, die zum Transport und/oder zur Änderung der Zustands eines Kältemittels innerhalb des Kältekreislaufes ausgebildet ist und dabei Wärme an die Umgebung des Kältekreislaufes abgibt. Ferner umfasst die Vorrichtung wenigstens einen Kondensatbehälter außerhalb des Kältekreislaufes, der zur Aufnahme von an der Kälteanlage kondensierten Flüssigkeiten angeordnet und ausgeformt ist. Erfindungsgemäß besteht dieser Kondensatbehälter wenigstens teilweise aus einem gut wärmeleitenden Material. Unter gut leitenden Materialien werden für diese Erfindung Materialien mit einem Wärmeleitkoeffizienten λ von wenigstens 10 W/(mK), vorzugsweise von wenigstens 150 W/(mK) oder mehr angesehen.
• Darüber hinaus sind der Kondensatbehälter und die Kreislaufkomponente so thermisch aneinander gekoppelt, dass die aufgenommene kondensierte Flüssigkeit innerhalb des Kondensatbehälters durch von der Kreislaufkomponente auf den Kondensatbehälter übertragene Wärme verdampfbar ist. So wird die Abwärme der Kreislaufkomponente zur Erwärmung und somit Verdampfung von an der Kälteanlage angefallenem Kondenswasser genutzt, wodurch ein zusätzliches Heizelement entfallen kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht somit aus wenigstens einem Kondensatbehälter und wenigstens einer Kreislaufkomponente (Wärmequelle) eines Kältekreislaufes.
• Die Erfindung sieht folglich für eine Verdampfung von in einem Kondensatbehälter gesammelter Flüssigkeit kein zusätzliches Heizelement vor, sondern nutzt hierfür die Abwärme einer ohnehin vorhandenen Kreislaufkomponente eines Kältekreislaufes. Diese Kreislaufkomponente kann beispielsweise ein Kompressor sein, der im Kältekreislauf zum Verdichten eines Kältemittels vorgesehen ist, gleichzeitig aber auch eine Wärmequelle darstellt, da er bei seinem Betrieb Wärme abgibt. Typische Temperaturen des Kompressors liegen dabei in der Größenordnung von 40 bis ca. 150 °C. Es können jedoch auch andere Kreislaufkomponenten wie Kondensatoren und/oder warme Rohrabschnitte als vorhandene Wärmequelle genutzt werden, wobei die Wärme vorteilhaft genutzt werden kann, indem ein Kondensatbehälter thermisch an die jeweilige Wärmequelle angekoppelt wird.
• Optional könnte eine derartige Vorrichtung auch zum Aufnehmen und/oder Verdampfen von anderen Flüssigkeiten an einer Kälteanlage eingesetzt werden, nämlich beispielsweise für Prozessflüssigkeiten oder externe Kühlflüssigkeiten. Ferner kann die Vorrichtung auch zur Aggregatkühlung eingesetzt werden.
• Die Ausgestaltung des Kondensatbehälters aus einem gut wärmeleitenden Material unterstützt dabei nicht nur die Wärmeübertragung zwischen der gewählten Wärmequelle und dem Kondensatbehälter, sondern auch zwischen dem Kondensatbehälter und der zu verdampfenden Flüssigkeit. Dabei können beispielsweise Materialien wie Aluminium, Aluminiumlegierungen, Kupfer, Stahl, etc. zum Einsatz kommen, um die Abwärme einer vorhandenen Kreislaufkomponente möglichst effektiv für die Verdampfung von Kondenswasser nutzen zu können. Gegenüber Kondensatbehältern beispielsweise aus Kunststoff haben Auffangbehälter aus wärmeleitenden Blechen einen höheren Wärmeleitkoeffizienten. Ferner haben konventionelle Kunststoffschalen oftmals den Nachteil, dass sie einen geringeren Elastizitätsmodul als Metalle haben. Daher müssen größere Wandstärken vorgesehen werden, und unter Temperatureinwirkung und Vibrationen kann es zudem zu Alterung und Versprödung der Auffangbehälter kommen, was zu Rissen und folglich zu Undichtigkeiten führen kann. Die Dauerhaltbarkeit bei hohen Temperaturen und Vibrationen ist bei Kondensatbehältern aus Metallen wie beispielsweise Aluminium wesentlich höher, wobei gleichzeitig niedrige Wandstärken realisiert werden können.
• Die thermische Ankoppelung kann beispielsweise über einen direkten Kontakt zwischen der Oberfläche des Kondensatbehälters und der Kreislaufkomponente erfolgen, wodurch Wärme von der Kreislaufkomponente auf den Kondensatbehälter durch Wärmeleitung übertragbar ist. Dabei kann die Oberfläche des Kondensatbehälters an der Kreislaufkomponente anliegen, wobei die Kontaktfläche dabei vorzugsweise so groß wie möglich gewählt ist. Insbesondere kann dazu vorgesehen sein, dass die Form des Kondensatbehälters an die Kontur der jeweiligen Wärme abgebenden Kreislaufkomponente angepasst ist. Dies kann beispielsweise durch analoge Kanten, Wölbungen, Kurven, etc. erfolgen, oder ein Kondensatbehälter umgibt eine Wärmequelle z.B. annähernd vollständig, indem seine Innenkontur an die Außenkontur der Kreislaufkomponente angepasst ist.
• Neben einem konturanliegenden Oberflächenkontakt des Kondensatbehälters zur thermischen Verbindung kann am Kondensatbehälter auch eine plastisch verformbare Kontaktfläche zur Verbesserung der Wärmeübertragung genutzt werden. Die plastisch verformbare Kontaktfläche kann beispielsweise durch Verwendung von genopptem Aluminium realisiert werden. Weiterhin können Wärmeleitfolien und -pasten, Silikonelastomere, silikonfreie Elastomere, Vergussmassen, Silikonfolien, -kappen und -schläuche, Aluminiumfolien und -filme, Graphitfolien, thermisch leitende Klebebänder, Gelkissen und weitere geeignete Mittel zur Verbesserung der Wärmeleitung zwischen dem Kondensatbehälter und der Wärmequelle eingesetzt werden.
• Ein direktes Anliegen des Kondensatbehälters an der Kreislaufkomponente setzt jedoch voraus, dass die baulichen Gegebenheiten der Anlage dies erlauben und Mittel eingesetzt werden können, um den Kondensatbehälter direkt an der Wärmequelle anbringen zu können. Ist dies nicht der Fall oder eventuell nicht erwünscht, kann ein Kondensatbehälter auch entfernt von der Wärmequelle angeordnet werden, so dass die thermische Ankoppelung des Kondensatbehälters an die Wärmequelle über eine geeignete Wärmebrücke erfolgt. So kann die Position des Kondensatbehälters relativ frei gewählt und die räumliche Trennung zur Wärmequelle durch eine Wärmebrücke überwunden werden.
• Als Wärmebrücke können hierbei beispielsweise Metallstreifen, Metallstege, Metallrohre und/oder Wärmerohre mit oder ohne Docht, also mit oder ohne kapillarem Rücktransport oder mit gravitationsbedingtem Rücktransport des im Wärmerohr befindlichen Kondensats eingesetzt werden. Dabei kann die Wärmebrücke gegenüber der Umgebung wenigstens bereichsweise wärmeisoliert ausgeführt sein, um beim Transport der Wärme zwischen der Kreislaufkomponente und dem Kondensatbehälter Wärmeverluste zu vermeiden. Als Material für eine Wärmebrücke können ebenfalls gut wärmeleitende Materialien wie Aluminium, Aluminiumlegierungen, Kupfer, Stahl, etc. gewählt werden.
• Vorteilhaft kann hierbei auch die thermische Ankoppelung eines Kondensatbehälters an zwei oder mehr Wärme abgebende Kreislaufkomponenten sein, um so von mehreren Wärmequellen gleichzeitig erwärmt zu werden. Mittels mehrerer Wärmebrücken kann dies beispielsweise auch realisiert werden, wenn die betreffenden Wärmequellen etwas weiter auseinander liegen.
• Bei der Anbringung des Kondensatbehälters mit Kontakt zu einer Wärme abgebenden Kreislaufkomponente kann es ferner vorteilhaft sein, den Kondensatbehälter vor Vibrationen der Kreislaufkomponente zu schützen. Insbesondere Kompressoren können beim Betrieb der Kälteanlage stark vibrieren, was mit daran angebrachten Kondensatschalen zu einer erheblichen Geräuschentwicklung führen kann. Daher können die verwendeten Wärmebrücken so ausgeführt sein, dass ihre mechanische Ankoppelung an eine vibrierende Kreislaufkomponente möglichst wenig störende Geräusche erzeugt bzw. durch sie möglichst wenig Bewegungsenergie von einer vibrierenden Kreislaufkomponente auf einen Kondensatbehälter übertragen wird. Hierzu können Metallstreifen oder sonstige Bauteile flexibel ausgeführt sein, was beispielsweise durch leporelloartig (ziehharmonikaartig) gefaltete Metallstreifen erreicht werden könnte. Hierbei können ferner die für eine plastisch verformbare Kontaktfläche beschriebenen Lösungen zur Anwendung kommen. Insbesondere können daher Wärmeleitfolien und -pasten, Silikonelastomere, silikonfreie Elastomere, Vergussmassen, Silikonfolien, -kappen und -schläuche, Aluminiumfolien und -filme, Graphitfolien, thermisch leitende Klebebänder, Gelkissen und weitere geeignete Mittel eingesetzt werden.
• Für die thermische Ankoppelung des Kondensatbehälters an die Wärme abgebende Kreislaufkomponente muss jedoch kein Kontakt zwischen der Oberfläche des Kondensatbehälters und der Kreislaufkomponente bestehen, sondern der Kondensatbehälter kann auch so gegenüber der Kreislaufkomponente angeordnet werden, dass Wärme von der Kreislaufkomponente auf den Kondensatbehälter lediglich durch Konvektion und/oder Strahlung übertragbar ist. Hierdurch ist keine Befestigung des Kondensatbehälters an der Wärmequelle erforderlich und auch auf Wärmebrücken kann verzichtet werden, was zu einer Materialersparnis führt. Ferner kann ein solcher Kondensatbehälter leichter montiert und gegebenenfalls auch wieder entfernt werden, da keine feste Verbindung zur Wärmequelle hergestellt bzw. gelöst werden muss. Falls die Verdampfungsleistung des Kondensatbehälters nicht ausreicht, um große Mengen an Kondenswasser zu verdampfen, kann es beispielsweise erforderlich sein, den Kondensatbehälter zu entfernen, um das gesammelte Kondenswasser anderweitig zu entsorgen. Dies wird durch eine Bauweise ohne feste Verbindung zur jeweiligen Wärmequelle unter Umständen erleichtert.
• Eine Anbringung des Kondensatbehälters ohne Kontakt zur Wärme abgebenden Kreislaufkomponente kann ferner vorteilhaft sein, um den Kondensatbehälter vor Vibrationen der Kreislaufkomponente zu schützen. Durch eine mechanische Entkoppelung eines Kondensatbehälters von dem Kompressor bei gleichzeitiger thermischer Ankoppelung durch Konvektion und/oder Strahlung kann die Geräuschentwicklung erheblich gesenkt werden.
• Vorteilhaft könnte auch bei diesen Ausführungsvarianten die Anbringung eines Kondensatbehälters zwischen zwei oder mehr Wärme abgebenden Kreislaufkomponenten sein, um so mehrere Wärmequellen für die Erwärmung des Kondenswassers nutzen zu können. Ferner kann der Kondensatbehälter auch durch Kontakt an eine erste Kreislaufkomponente angekoppelt werden und gleichzeitig ohne Kontakt durch eine weitere Kreislaufkomponente mit erwärmt werden, so dass er beispielsweise aus einer Richtung durch Wärmeleitung und aus einer anderen Richtung durch Konvektion und/oder Strahlung erwärmt wird. So können die baulichen Gegebenheiten der Kälteanlage und die Anordnung einzelner Wärme abgebender Kreislaufkomponenten optimal genutzt werden.
• Dabei kann ein Kondensatbehälter auf verschiedene Arten bzw. in verschiedenen Positionen gegenüber einer Kreislaufkomponente als Wärmequelle angebracht werden, um so eine thermische Ankoppelung zu realisieren. Beispielsweise kann der Kondensatbehälter oberhalb oder seitlich der Kreislaufkomponente positioniert werden. Eine Positionierung oberhalb der Kreislaufkomponente hat dabei insbesondere den Vorteil, dass die von der Kreislaufkomponente abgegebene Wärme beim Aufsteigen nach oben auf den Kondensatbehälter trifft und diesen so wenigstens durch Konvektion erwärmt. Dazu kann eine Erwärmung durch Strahlung und auch Wärmeleitung kommen, wenn der Kondensatbehälter Kontakt zu der Wärmequelle hat. Aber auch bei einer Anbringung seitlich an einer Wärmequelle kann Wärme durch Wärmeleitung, Konvektion und/oder Strahlung übertragen werden.
• Ferner kann vorgesehen sein, dass mehrere Kondensatbehälter kaskadenartig so gegenüber einer Kreislaufkomponente angebracht sind, dass Flüssigkeiten bei Erreichen eines definierten Füllstands aus einem Kondensatbehälter in den darunter angeordneten Kondensatbehälter abfließen. Dies erhöht die Verdunstungsleistung und ermöglicht die Verdampfung von großen Mengen anfallenden Kondensats in kurzen Zeiträumen.
• Der unterste Kondensatbehälter kann ferner einen Abfluss zum gezielten Ablassen von Kondensat aus diesem Behälter aufweisen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der unterste Kondensatbehälter einfach überfließt, wenn er keine zusätzliche Flüssigkeit mehr aufnehmen kann. Ferner kann an jeglichen Ausführungsformen von Kondensatbehältern auch ein zusätzliches Heizelement vorgesehen werden für den Fall, dass die Verdampfungsleistung aufgrund der Abwärme einer Kreislaufkomponente für eine temporär sehr große Mange an anfallendem Kondensat nicht mehr ausreicht. Dieses Heizelement kann dann zugeschaltet werden und die Kondensatschale zusätzlich erwärmen, sobald ein Sensor einen bestimmten Füllstand an Flüssigkeit im Kondensatbehälter bzw. ein Überlaufen des Kondensatbehälters registriert. Hierzu können beispielsweise kapazitive Sensoren eingesetzt werden, die in den Kondensatbehälter hineinragen. Sobald der Füllstand wieder unter einen vorgegebenen Pegel fällt, kann das Heizelement abgeschaltet werden, so dass für die Verdampfung wieder ausschließlich die Abwärme einer oder mehrerer Kreislaufkomponenten genutzt wird.
• Die Flüssigkeiten können bei einer Kaskade aus einem Kondensatbehälter direkt in den darunter angeordneten Kondensatbehälter abfließen, oder aber die Flüssigkeiten fließen aus einem Kondensatbehälter über ein fluidales Verbindungssystem in einen darunter angeordneten Kondensatbehälter ab. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dieses Verbindungssystem beheizbar ausgeführt, um die transportierte Flüssigkeit dabei zusätzlich zu erwärmen, so dass sie in dem darunter liegenden Kondensatbehälter schneller verdampft. Vorzugsweise ist das Verbindungssystem dabei durch die Wärme der Kreislaufkomponente beheizbar, so dass die Kreislaufkomponente nicht nur einen oder mehrere Kondensatbehälter erwärmt, sondern auch das sie verbindende System. Beispielsweise kann dazu ein Rohrsystem wendelförmig um die Wärmequelle gelegt werden. Dieses Wendelsystem kann dabei auch zur Kühlung des Kompressors verwendet werden.
• In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Vorrichtung ferner Fördermittel zur Zuführung von kondensierten Flüssigkeiten aus einem tiefer liegenden Kondensatbehälter in einen höher liegenden Kondensatbehälter.
• Bei diesen Fördermitteln handelt es sich vorzugsweise um eine Pumpe, mit der noch nicht verdampfte Flüssigkeit von einem Kondensatbehälter in einen höher gelegenen Kondensatbehälter gefördert werden kann. Insbesondere kann die Flüssigkeit so erneut ein beheizbares Verbindungssystem zwischen zwei Kondensatbehältern durchlaufen, was die Verdampfungsleistung weiter erhöht. Auch hier kann ein wendelförmiges Rohrsystem zur Kühlung des Kompressors genutzt werden.
• Die verwendeten Kondensatbehälter selbst können auf verschiedene Arten ausgestaltet sein, um Flüssigkeiten sicher auffangen und sammeln, aber auch schnell verdampfen zu können. Beispielsweise kann ein Kondensatbehälter Strukturen zur Vergrößerung der Verdampfungsoberfläche des Kondensatbehälters aufweisen. Hierzu können insbesondere Schaumstoffelemente, Vlieselemente und/oder Rippen zur Anwendung kommen, die an dem Kondensatbehälter angebracht und/oder an diesem ausgeformt sind. Schaumstoff- oder Vlieselemente saugen die Flüssigkeit auf, so dass sie sich fein innerhalb dieser Elemente verteilt und daher schneller verdampft als aus einer geschlossenen Flüssigkeitsmenge. Dabei ragen die Schaumstoff- oder Vlieselemente vorzugsweise aus der Flüssigkeit heraus, so dass sie die Flüssigkeit auch oberhalb des Flüssigkeitsspiegels durch Kapillareffekte ansaugen können. Schaumelemente an den Innenseiten des Kondensatbehälters vergrößern somit die Oberfläche, während sie am Rand auch einen Überlaufschutz und auf dem Boden einen Schwappschutz bieten.
• Auch Rippen oder sonstige Strukturen vergrößern die Verdampfungsoberfläche, wobei sie den Vorteil haben, dass sie ebenfalls durch die jeweilige Wärmequelle erwärmt werden können, wenn sie wie die Kondensatschale aus einem gut wärmeleitenden Material ausgeformt sind. Dies gilt neben Rippen beispielsweise auch für trichterförmige Auffangflächen bzw. Kragen, die am Rand eines Kondensatbehälters ausgeformt sein können.
• Ferner kann die Vorrichtung Lüftungselemente zur Zuführung eines Luftstroms zu einem Kondensatbehälter aufweisen. Dies kann einerseits die Erwärmung des Kondensatbehälters durch Konvektion unterstützen, wenn warme Luft von einer Wärmequelle zu dem Kondensatbehälter geleitet wird. Es kann jedoch auch die Verdampfung der Flüssigkeit unterstützen, wenn der Luftstrom gezielt über den Flüssigkeitsspiegel geleitet wird.
• Der Kondensatbehälter kann jedoch auch im trockenen Zustand Wärme vom Kompressor über Konvektion und Wärmestrahlung abführen, da durch den thermisch angebundenen Kondensatbehälter über eine zusätzliche große Oberfläche Wärme abgeführt werden kann. Durch eine Berippung des Kondensatbehälters lässt sich dieser Effekt noch steigern.
• Von der Erfindung umfasst ist auch eine zugehörige Kälteanlage, umfassend einen Kältekreislauf mit wenigstens einer Kreislaufkomponente, die zum Transport und/oder zur Änderung des Zustands eines Kältemittels innerhalb des Kältekreislaufes ausgebildet ist, wobei die Kreislaufkomponente ferner Wärme an die Umgebung des Kältekreislaufes abgibt, und wenigstens einen Kondensatbehälter außerhalb des Kältekreislaufes, der zur Aufnahme von an der Kälteanlage kondensierten Flüssigkeiten angeordnet und ausgeformt ist. Erfindungsgemäß weist die Kälteanlage eine Vorrichtung zum Aufnehmen und Verdampfen von an der Kälteanlage kondensierten Flüssigkeiten gemäß einer oder mehreren der beschriebenen Ausführungsformen auf.
• Bei der Kälteanlage kann es sich beispielsweise um einen Kühlschrank oder eine Klimaanlage handeln, wobei es sich insbesondere um eine Klimaanlage für einen Schalt-, Netz- und/oder Serverschrank handeln kann. Klimatisierte Schalt-, Netz- und Serverschränke werden eingesetzt, wenn eine gewünschte bzw. geforderte Temperatur in einem solchen Schrank durch einfache Lüfter nicht erreicht werden kann, da die eingebauten elektronischen Geräte zu viel Abwärme produzieren. Von der Erfindung umfasst ist daher auch ein Schalt-, Netz- und Serverschrank mit einer erfindungsgemäßen Kälteanlage. Aber auch in anderen Anlagen mit einer Kälteanlage kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt werden.
• Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.
• Von den Abbildungen zeigt:
• 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des Kältekreislaufes einer Kälteanlage;
• 2 eine Wärmequelle des Kältekreislaufes nach 1 und eine daran angebrachte Kondensatschale mit einer ersten Ausführungsform einer vergrößerten Verdampfungsoberfläche;
• 3 eine Wärmequelle des Kältekreislaufes nach 1 und eine daran angebrachte Kondensatschale mit Auffangfläche;
• 4 eine Wärmequelle des Kältekreislaufes nach 1 und eine daran oberhalb angebrachte Kondensatschale;
• 5 eine Wärmequelle des Kältekreislaufes nach 1 und eine dazu oberhalb positionierte Kondensatschale;
• 6 eine Wärmequelle des Kältekreislaufes nach 1 und eine daran angebrachte Kondensatschale mit einer zweiten Ausführungsform einer vergrößerten Verdampfungsoberfläche;
• 7 eine Wärmequelle des Kältekreislaufes nach 1 und einen daran angebrachten Kondensatbehälter mit Abdeckung;
• 8 eine Wärmequelle des Kältekreislaufes nach 1 und eine daran angebrachte Kondensatschale mit Luftleitmitteln;
• 9 eine Wärmequelle des Kältekreislaufes nach 1 und eine daran angebrachte Kondensatschale mit wärmeisolierter Wärmebrücke;
• 10 eine Wärmequelle des Kältekreislaufes nach 1 und mehrere daran seitlich und kaskadenartig angebrachte Kondensatschalen;
• 11 eine Wärmequelle des Kältekreislaufes nach 1 und mehrere daran oberhalb und kaskadenartig angebrachte Kondensatschalen;
• 12 eine Wärmequelle des Kältekreislaufes nach 1 und mehrere daran angebrachte Kondensatschalen, die durch ein beheizbares Verbindungssystem miteinander verbunden sind; und
• 13 eine Wärmequelle des Kältekreislaufes nach 1 mit einem daran angebrachten, rohrförmigen Kondensatbehälter und Fördermitteln zur Verbindung von zwei Kondensatschalen.
• 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des Kältekreislaufes 10 einer Kälteanlage, wobei der Kältekreislauf 10 wenigstens einen Kompressor 11, einen Kondensator 13, einen Verdampfer 12 und eine Drossel 14 umfasst, die über ein geeignetes Rohrsystem miteinander verbunden sind. Innerhalb des Rohrsystems wird ein Kältemittel im Kreislauf geführt, wobei es unter geringem Druck dem Verdampfer 12 zugeführt wird, um Wärme Q₁ aus einer zu kühlenden Umgebung aufzunehmen. Dabei wird das Kältemittel gasförmig und in dieser Form einem Kompressor 11 zugeführt, welcher den Druck des gasförmigen Kältemittels erhöht, damit es anschließend über den Kondensator 13 Wärme Q₂ an eine andere Umgebung abgeben kann. Bei diesem Vorgang verflüssigt sich das Kältemittel wieder, woraufhin sein Druck in der Drossel 14 reduziert wird, bevor es erneut unter geringerem Druck dem Verdampfer 12 zugeführt wird. Wenigstens der Kompressor 11, der Verdampfer 12, der Kondensator 13 und die Drossel 14 sind hierbei als Kreislaufkomponenten im Sinne der Erfindung anzusehen, aber auch das diese Komponenten verbindende Rohr- oder Schlauchsystem kann als Kreislaufkomponente angesehen werden, die Teil des Kältekreislaufes ist.
• Der Verdampfer 12 steht dabei in Verbindung mit einer zu kühlenden Umgebung und entzieht dieser Umgebung Wärme Q₁, und gibt die Wärme Q2 über den Kondensator 13 an eine andere Umgebung ab. Bei Kühlschränken kann die Kälteanlage so den Innenraum des Kühlschrankes kühlen, wobei die Wärme an die umgebende Raumluft abgegeben wird. Dies gilt auch bei Klimageräten beispielsweise für Schalt- oder Serverschränke, die das Innere des Schrankes kühlen und dabei Wärme an die Umgebung des Schrankes abgeben.
• Da die Außenflächen des Verdampfers 12 sehr kalt sind, tritt typischerweise wenigstens in diesem Bereich Kondenswasser 15 auf, das beispielsweise von dem Verdampfer 12 herabtropft, wie es schematisch in 1 dargestellt ist. Auch das Rohrsystem vor dem Verdampfer 12 kann jedoch schon sehr kalt sein, so dass auch an dieser Stelle Kondenswasser entstehen kann. Zwar können diese Komponenten mit einer Wärmeisolierung versehen werden, aber dennoch haben kalte Stellen oftmals Kontakt zur Umgebungsluft, so dass an diesen Stellen Kondenswasser entsteht.
• Ferner kann mit Klimaanlagen nicht nur die Temperatur eines definierten Raumes geregelt werden, sondern auch die Luftfeuchte. Hierzu wird der Luft im Raum gezielt Wasserdampf entzogen werden, um eine gewünschte Luftfeuchte einzustellen. Dies erfolgt ebenfalls durch Kondensation, so dass auch durch eine gezielte Reduzierung der Luftfeuchte Kondenswasser entstehen kann, das aus der Anlage abgeführt werden muss.
• Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich somit kondensierte Flüssigkeiten aus diversen Quellen an einer Kälteanlage aufnehmen und verdampfen, so dass in dem Ausführungsbeispiel der 1 mit dem Verdampfer als Quelle für Kondenswasser nur ein mögliches Beispiel angegeben ist. Ferner könnte die Grundidee der Erfindung auch bei anderen Anwendungen eingesetzt werden, um beispielsweise Wasser aus einem Prozess (z.B. Trocknungsprozess) zu entnehmen und zu verdampfen. Es kann auch gezielt Wasser bereitgestellt werden, um über die Verdampfung ein Aggregat wie beispielsweise einen Kompressor zu kühlen. Auch ist die Erfindung nicht auf eine Kälteanlage in Form der beschriebenen Kompressionskältemaschine beschränkt, sondern als Kälteanlage kommen jegliche Anlagen in Betracht, mit denen in einem Kältekreislauf wenigstens eine Stelle erzeugbar ist, deren Temperatur unterhalb der Temperatur der zu kühlenden Umgebung liegt, und dabei wenigstens eine Kreislaufkomponente eingesetzt wird, die Wärme abgibt.
• Das an einer solchen Anlage entstehende Kondenswasser wird in einem Kondensatbehälter 20 aufgefangen, wobei das Kondenswasser direkt in den Behälter 20 tropfen bzw. fließen kann, oder beispielsweise über ein Rohr-, Rinnenund/oder Schlauchsystem zu dem Kondensatbehälter 20 geleitet wird. In dem Ausführungsbeispiel der 1 handelt es sich bei dem Kondensatbehälter um eine nach oben offene Kondensatschale 20, in welche Kondenswasser direkt von oben eintropfen bzw. einfließen kann, wenn sie beispielsweise unterhalb des Verdampfers 12 positioniert wird.
• Erfindungsgemäß ist der Kondensatbehälter 20 thermisch an eine Kreislaufkomponente des Kältekreislaufes angekoppelt, die Wärme an die Umgebung abgibt. Dies ist insbesondere bei dem Kompressor 11 der Fall, so dass der Kondensatbehälter 20 thermisch an den Kompressor 11 angekoppelt sein kann. So kann die von dem Kompressor 11 ohnehin abgegebene Wärme dazu genutzt werden, die in dem Kondensatbehälter 20 befindliche Flüssigkeit zu erwärmen und damit zu verdampfen.
• Allerdings gibt auch der Kondensator 13 Wärme an die Umgebung ab und könnte als mögliche Wärmequelle zum Verdampfen des Kondenswassers genutzt werden. Das Gleiche gilt für warme Rohrabschnitte des Rohrsystems des Kältekreislaufes insbesondere zwischen dem Kompressor 11 und dem Kondensator 13.
• Für eine gute Wärmeübertragung zwischen Wärmequelle 11 und Kondensatbehälter 20 ist dieser wenigstens teilweise aus einem gut wärmeleitenden Material ausgeformt. Hierzu eignen sich insbesondere Metalle wie Aluminium, Kupfer, Stahl, etc. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass nur diejenigen Bereiche des Kondensatbehälters 20 aus einem gut wärmeleitenden Material bestehen, die für die Wärmeübertragung und Verdampfung relevant sind. Andere Bereiche des Kondensatbehälters 20 können dagegen beispielsweise aus Kunststoff bestehen. Dies kann z.B. für Halterungen, Abdeckungen oder Bereiche der Fall sein, die gegen einen Wärmeverlust geschützt werden sollen. So kann der Kondensatbehälter 20 beispielsweise durch eine Schale aus Aluminium gebildet werden, in dem sich das Kondenswasser sammelt und durch Wärme, die von dem Aluminium auf das Wasser übertragen wird, verdampft. Damit die Aluminiumschale keine Wärme an die Umgebung abgibt, die so für eine Erwärmung des Wassers nicht zur Verfügung stünde, können bestimmte Bereiche der Aluminiumschale mit einer Kunststoffschale bzw. einer Wärmeisolierung versehen werden, solange dies die thermische Ankoppelung des Kondensatbehälters an die Wärmequelle nicht beeinträchtigt.
• Der Kondensatbehälter 20 kann ferner unterschiedlich ausgeformt sein und auch auf verschiedene Arten thermisch an eine Kreislaufkomponente als Wärmequelle angekoppelt sein. Im Ausführungsbeispiel der 1 befindet sich eine Kondensatschale 20 beispielsweise seitlich an dem Kompressor 11 und hat direkten flächigen Kontakt zu diesem über eine Kontaktstelle 25, so dass Wärme von dem Kompressor 11 als Wärmequelle durch Wärmeleitung an die Kondensatschale 20 übertragbar ist. Der Kondensatbehälter kann dabei beispielsweise durch Befestigungsmittel wie Kabelbinder, Klettverschlüsse, Schlauchschellen, Haken und/oder Rastverbindungen an der Wärmequelle 11 angebracht werden. Er kann jedoch auch fest verschweißt oder verklebt werden.
• Im Folgenden werden weitere mögliche Ausführungsformen erläutert, bei denen beispielhaft stets der Kompressor 11 als Wärmequelle dient. Die Anbringung eines Kondensatbehälters 20 an oder in der Nähe einer Wärmequelle kann dabei insbesondere von den baulichen Gegebenheiten der Kälteanlage oder anderen Vorgaben abhängig gemacht werden.
• 2 zeigt eine Wärmequelle 11 des Kältekreislaufes und eine erneut seitlich daran angebrachte Kondensatschale 20, wobei die Kondensatschale 20 selbst keinen direkten Kontakt mit dem Kompressor 11 hat, aber über eine Wärmebrücke 30 mit dem Kompressor 11 verbunden ist. Bei der Wärmebrücke 30 handelt es sich beispielsweise um einen Metallstreifen oder einen Steg aus einem ebenfalls gut wärmeleitenden Material wie Metall, wobei diese Wärmebrücke 30 wärmeisoliert ausgeführt sein kann, um Wärmeverluste zwischen dem Kompressor 11 und der Kondensatschale 20 zu reduzieren. Beispielsweise ist die gesamte Wärmebrücke 30 dazu von einer Wärmeisolierung 40 umgeben. Die Übertragung der Wärme zwischen dem Kompressor 11 als mögliche Wärmequelle und der Kondensatschale 20 erfolgt dann durch Wärmeleitung durch die Wärmebrücke 30.
• Die Kondensatschale 20 selbst ist dabei mit einer ersten Ausführungsform einer besonderen Verdampfungsoberfläche dargestellt. Diese vergrößerte Verdampfungsoberfläche wird durch mehrere Rippen 21 gebildet, die im Boden der Kondensatschale 20 ausgeformt sind und vorzugsweise ebenfalls aus einem gut wärmeleitenden Material wie z.B. Aluminium bestehen. Sie erhöhen so die zur Verdampfung zur Verfügung stehende Oberfläche der Kondensatschale 20. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn sich die Rippen 21 in dem Bereich der Kondensatschale 20 befinden, in dem das Kondenswasser 15 typischerweise in die Kondensatschale 20 herabtropft, so dass diese Tropfen an den erwärmten Rippen 21 herabfließen und möglichst sofort verdampfen. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass die Rippen 21 über den Rand der Kondensatschale 20 hinausragen, so dass sie stets aus der Oberfläche der gesammelten Flüssigkeit herausragen. Auf diese Weise fließen Wassertropfen erst an den Rippen herab und verdampfen unter Umständen bereits teilweise oder vollständig, bevor sie in die gesammelte Flüssigkeit fließen. Derartige Rippen 21 können auch zur Abfuhr von Wärme durch Konvektion von dem Kompressor 11 an die Umgebung genutzt werden, wenn sich kein Wasser in der Kondensatschale 20 befindet.
• 3 zeigt eine Wärmequelle 11 des Kältekreislaufes nach 1 und eine seitlich daran angebrachte Kondensatschale 20 mit einer Auffangfläche 22. Diese Auffangfläche 22 kann lediglich auf einer Seite der Kondensatschale 20 von dieser abstehen oder sie auch vollständig umgeben, um so eine Art Trichter auszuformen, mit dem herabfallende Tropfen großflächig aufgefangen werden können. Die Auffangfläche 22 kann dabei zur Kondensatschale 20 hin geneigt sein. Das Gleiche gilt für den Boden 27 der Kondensatschale 20, der ebenfalls zur Wärmequelle 11 hin geneigt ausgeführt sein kann, um die Flüssigkeit an die wärmste Stelle des Auffangbehälters zu leiten.
• Auch die Auffangfläche 22 besteht vorzugsweise aus einem gut wärmeleitenden Material wie z.B. Aluminium. Durch diese Auffangfläche 22 erhöht sich wiederum die zur Verfügung stehende Verdampfungsoberfläche, wobei auf die erwärmte Auffangoberfläche 22 herabfallende Wassertropfen wie bei den Rippen 21 der Ausführungsform der 2 sofort verdampft werden können. Der Wärmeübergang von dem Kompressor 11 als Wärmequelle auf die Kondensatschale 20 erfolgt auch hier durch direkten Kontakt und im Wesentlichen durch Wärmeleitung, wobei die Kondensatschale 20 ohne zusätzliche Wärmebrücke an dem Kompressor 11 angebracht ist.
• Neben einer seitlichen Anbringung hat sich auch eine Anbringung der Kondensatschale 20 oberhalb einer Wärmequelle 11 als vorteilhaft erwiesen. Beispielsweise kann die Kondensatschale 20 direkt oben auf einem Kompressor 11 positioniert werden, wie es dem Ausführungsbeispiel der 4 zu entnehmen ist. Dabei kann die Kondensatschale 20 auf dem Kompressor 11 aufliegen, was bereits zu einer Erwärmung der Kondensatschale 20 wenigstens durch Wärmeleitung und Konvektion führen könnte, aber es können auch zusätzliche Wärmebrücken 30 an den Seiten vorgesehen sein, welche Kontakt zu dem Kompressor 11 und der Kondensatschale 20 haben.
• Im weiteren Ausführungsbeispiel der 5 dagegen ist die Kondensatschale 20 zwar ebenfalls oberhalb des Kompressors 11 angeordnet, hat aber keinen Kontakt zu diesem, so dass die Wärmeübertragung lediglich durch Strahlung und Konvektion erfolgt. Durch die Positionierung der Kondensatschale 20 oberhalb der Wärmequelle 11, von welcher die Wärme nach oben aufsteigt, findet jedoch ein ausreichender Wärmeübergang durch die genannten Mechanismen statt. Insbesondere in dieser Ausführungsform kann die der Wärmequelle 11 zugewandte Oberfläche der Kondensatschale 20 schwarz gefärbt bzw. eloxiert sein, um die Wärmeaufnahme der Kondensatschale 20 durch Strahlung zu erhöhen. Dies kann jedoch auch bei allen anderen Ausführungsformen vorgesehen werden.
• 6 zeigt eine Wärmequelle 11 des Kältekreislaufes und eine daran angebrachte Kondensatschale 20 mit einer zweiten Ausführungsform einer vergrößerten Verdampfungsoberfläche. Hierzu sind an den Innenflächen einer Kondensatschale 20 Schaumstoff- und/oder Vlieselemente 23 angebracht, wobei die Seitenflächen der Kondensatschale 20 hierfür verlängert ausgeführt sind. Diese Schaumstoffund/oder Vlieselemente 23 reichen bis in die Flüssigkeit 15 in der Kondensatschale 20, so dass sie sich mit dem Kondenswasser vollsaugen können. Hierdurch erhöht sich ebenfalls die für eine Verdampfung zur Verfügung stehende Oberfläche, wobei diese Maßnahme auch mit anderen Maßnahmen wie beispielsweise den Rippen 21 der Ausführungsform der 2 und/oder der Auffangfläche 22 der Ausführungsform der 3 kombiniert werden kann. So kann die Auffangfläche 22 beispielsweise mit einem Schaumstoff oder Vlies 23 versehen sein, oder am Boden der Kondensatschale 20 nach 6 befinden sich zusätzliche Rippen. Schaumstoff- oder Vlieselemente 23‘‘ am Rand der Kondensatschale 20 können dabei auch als Überlaufschutz dienen, während Schaumstoff- oder Vlieselemente 23‘ am Boden der Kondensatschale 20 einen Schwappschutz bieten können.
• Die Schaumstoff- und/oder Vlieselemente 23 können aus unterschiedlichen Materialien bestehen, wobei sich Superabsorber, Baumwollfaservliese, Polyestervliese, Stoffe, offenporige Schaumstoffe, sowie Stoffe, die Kapillareffekte erzeugen und gut benetzbar sind. als vorteilhaft erwiesen haben.
• Als Material für Schaumstoffelemente kann insbesondere ein Metallschaum eingesetzt werden. Metallschäume sind poröse Schäume aus einem metallischen Werkstoff, wobei beispielsweise Aluminium oder Aluminiumlegierungen verwendet werden können. Im Zusammenhang mit dieser Erfindung haben Metallschäume den Vorteil, dass sie sich einerseits durch Kapillarwirkung mit der zu verdampfenden Flüssigkeit aus einer Kondensatschale vollsaugen können, sich aber gleichzeitig auch erwärmen, wodurch sich die Verdampfungsleistung erhöhen lässt. Hierzu könnte auch Aluminiumwolle eingesetzt werden.
• Neben der Anwendung eines Auffangbehälters als Kondensatschale zum Aufnehmen und Verdampfen von an der Kälteanlage auftretenden kondensierten Flüssigkeiten kann ein solcher Auffangbehälter auch als Kühlmanschette dienen, um beispielsweise Hitzespitzen an einem Kompressor 11 abzubauen. Eine solche Ausführungsform ist schematisch in 7 gezeigt, bei welcher ein Kondensatbehälter 20 eine Abdeckung 24 und ebenfalls verlängerte Seitenflächen aufweist, so dass der Kondensatbehälter 20 mit einer großen Fläche an dem Kompressor 11 anliegt. Das in dem Kondensatbehälter 20 gesammelte Wasser nimmt die Wärme des Kompressors 11 auf und weist beispielsweise im Bereich der oberen Abdeckung 24 ein Ventil auf, durch welches verdampftes Wasser entweichen kann. Dieses Wasser kann in einem nicht dargestellten System wieder kondensiert und zu dem Kondensatbehälter 20 zurückgeführt werden.
• Um die Verdampfung von Wasser innerhalb einer Kondensatschale zu unterstützen, kann die Vorrichtung Lüftungselemente umfassen. Ein mögliches Ausführungsbeispiel derartiger Lüftungselemente ist schematisch in der 8 dargestellt. Dazu ist eine nach oben offene Kondensatschale 20 erneut seitlich an dem Kompressor 11 angebracht, wobei die Lüftungselemente jedoch auch für andere Bauformen eingesetzt werden können. Die Lüftungselemente umfassen beispielsweise wenigstens einen Ventilator 41, mit dem Luft in Richtung der Kondensatschale 20 führbar ist, und ein Leitblech 42, mit dem diese Luft definiert an der Oberfläche des Wassers 15 innerhalb der Kondensatschale 20 vorbei geführt wird. Der Ventilator 42 könnte jedoch auch ohne Leitblech 42 eingesetzt werden.
• 9 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Kondensatschale 20 mit einer Wärmebrücke in Form eines Wärmerohres 31 zur Überbrückung einer größeren Distanz zwischen der Wärmequelle 11 und der Kondensatschale 20. Ein solches Wärmerohr 31 wird auch als „Heat Pipe“ bezeichnet und stellt einen rekuperativen Wärmetauscher mit sehr geringem Wärmewiderstand dar, so dass über eine geringe Querschnittsfläche eine große Menge Wärme transportiert werden kann. Auch dieses Wärmerohr 31 kann mit einer Wärmeisolierung 40 bzw. 40‘ umgeben sein, um die Wärmeverluste in die Umgebung zu reduzieren.
• Durch solche oder andere Wärmebrücken kann die Kondensatschale 20 an beliebigen Stellen positioniert werden, die einen größeren Abstand zu der Wärmequelle 11 haben, was die Konstruktion der Kälteanlage flexibler macht. So kann die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere auch bei Anlagen nachgerüstet werden, bei denen im Bereich des Kompressors 11 oder einer anderen bereits vorhandenen Wärmequelle aus Platzgründen keine Kondensatschale 20 angebracht werden kann, denn beispielsweise durch ein oder mehrere Wärmerohre 31 kann der erforderliche Abstand zwischen der Wärmequelle und einer geeigneten Position für die Kondensatschale 20 vorteilhaft überwunden werden.
• Ferner können zum Aufnehmen und Verdampfen von an der Kälteanlage kondensierten Flüssigkeiten auch mehrere Kondensatbehälter vorgesehen sein. Diese können jeweils wie beschrieben ausgeführt sein und unabhängig voneinander arbeiten. Sie können jedoch auch miteinander in Verbindung stehen, wie es beispielsweise das Ausführungsbeispiel der 10 zeigt, bei dem mehrere Kondensatschalen 20, 20‘ und 20‘‘ kaskadenartig seitlich an einem Kompressor 11 angebracht sind. Dabei sind diese Kondensatschalen 20, 20‘, 20‘‘ so ausgeformt, dass Flüssigkeit aus einer oberen Kondensatschale ab einem definierten Füllstand in die darunter befindliche Kondensatschale fließen bzw. tropfen kann. Der definierte Füllstand kann sich daraus ergeben, dass die gesammelte Flüssigkeit den oberen Rand einer Kondensatschale erreicht und dann über diesen Rand hinüber fließt. In der Seitenwand einer Kondensatschale kann jedoch auch eine Öffnung vorhanden sein, so dass die Flüssigkeit bereits vor Erreichen des oberen Rands durch die Öffnung aus der Kondensatschale heraus fließt. Auch Ventile oder sonstige Regelungselemente können vorhanden sein.
• In dem Ausführungsbeispiel der 10 sind drei Kondensatschalen 20, 20‘ und 20‘‘ so übereinander angeordnet, dass Flüssigkeit ab einem definierten Füllstand aus der oberen Kondensatschale 20 in die darunter befindliche Kondensatschale 20‘ abfließen kann. Dazu ist diese mittlere Kondensatschale 20‘ so ausgeführt, dass sie sich wenigstens bereichsweise unterhalb des Rands der oberen Kondensatschale 20 befindet. Eine dritte Kondensatschale 20‘‘ ist unterhalb dieser Kondensatschale 20‘ angebracht, so dass überfließendes Wasser aus der mittleren Kondensatschale 20‘ in die untere Kondensatschale 20‘‘ abfließen kann.
• Ein weiteres Ausführungsbeispiel mit kaskadenartig oberhalb der Wärmequelle 11 angebrachten Kondensatschalen zeigt 11, wobei zwei Kondensatschalen 20 und 20‘ so übereinander oberhalb der Wärmequelle 11 angeordnet sind, dass Flüssigkeit aus der oberen Kondensatschale 20 in die untere Kondensatschale 20‘ abfließen kann.
• In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß 12 befindet sich eine erste Kondensatschale 20 oberhalb der Wärmequelle 11, während sich eine zweite Kondensatschale 20‘ seitlich neben der Wärmequelle 11 befindet, wobei diese zweite Kondensatschale 20‘ jedoch tiefer liegt als die erste Kondensatschale 20. Insbesondere befindet sie sich im unteren Bereich der Wärmequelle 11. Die beiden Kondensatschalen 20 und 20‘ sind über ein fluidales Verbindungssystem 50 miteinander verbunden, wobei es sich bei dem Verbindungssystem 50 vorzugsweise um ein Rohrsystem aus metallischen Rohren handeln kann. Es können jedoch auch Kunststoffrohre eingesetzt werden. Aufgefangenes Wasser kann so aus der oberen Kondensatschale 20 durch das Rohrsystem 50 in die untere Kondensatschale 20‘ abfließen. Dabei ist das Rohrsystem 50 vorzugsweise beheizt ausgeführt, so dass die Flüssigkeit beim Fluss in die untere Kondensatschale 20‘ erwärmt wird. Dies kann wiederum durch die Wärmequelle 11 erfolgen, wenn das Rohrsystem 50 entsprechend so an der Außenseite der Wärmequelle 11 entlang geführt wird, dass sie die Flüssigkeit im Rohrsystem 50 erwärmen kann. Beispielsweise umgibt das Rohrsystem 50 die Wärmequelle 11 dazu wendelförmig, wie es die 12 schematisch zeigt. Die wendelförmigen Windungen können jedoch insbesondere auch zur Kühlung der Wärmequelle 11 beispielsweise in Form eines Kompressors genutzt werden. Um ein Überlaufen der unteren Kondensatschale 20‘ zu verhindern, kann ein Abfluss vorgesehen sein.
• In einer optionalen Ausführungsform, welche schematisch in 13 dargestellt ist, befindet sich eine erste Kondensatschale 20’ entfernt von der Wärmequelle 11 beispielsweise in Form eines Kompressors 11. Aus dieser Kondensatschale 20’ kann Wasser über ein Ventil 52 einer zweiten Kondensatschale 20’’ zugeführt werden. Die Kondensatschale 20’’ umgibt den Kompressor ganz oder teilweise, so dass sie eine Art Manschette bildet. Ein in der Kondensatschale 20’’ befindlicher Schaumstoff oder Vlies saugt die Flüssigkeit auf, wodurch aufgrund der vergrößerten Oberfläche eine stärkere Verdunstung bei Aufheizung der Kondensatschale 20‘‘ durch den Kompressor resultiert. Die bei der Verdunstung aufgenommene Wärmeenergie des Kompressors bewirkt eine Kühlung des Kompressors. Die Kondensatschale 20’’ besitzt ein Überlaufrohr 26, aus dem bei einem definierten Kondensatpegelstand in der Kondensatschale 20’’ das Kondensat in eine weitere Kondensatschale 20’’’ geleitet wird. Von dort wird das Wasser durch Fördermittel 51 wieder in die obere Kondensatschale 20’ gefördert, wobei es sich bei diesen Fördermitteln vorzugsweise um eine Pumpe 51 handeln kann.
• In dieser Ausführungsform stellt die Manschette 20‘‘ eine besondere Art eines Kondensatbehälters dar, der einen Zu- und einen Ablauf aufweist. Über den Zulauf gelangt Wasser von der oberen Kondensatschale 20‘ in die Schale 20‘‘, und über den Ablauf 26 wird das erwärmte Wasser in die untere Kondensatschale 20‘‘‘ abgelassen. Die beiden Kondensatschalen 20‘ und 20‘‘‘ können dabei thermisch an die Wärmequelle 11 angekoppelt sein, sie können sich aber auch ohne Wärmeankoppelung entfernt von dieser befinden. In diesem Fall ist lediglich die Kondensatschale 20‘‘ thermisch an die Wärmequelle 11 angekoppelt und stellt einen Kondensatbehälter gemäß der Erfindung dar.
• Bezugszeichenliste

10

Kältekreislauf

11

Kreislaufkomponente, Wärmequelle, Kompressor

12

Kreislaufkomponente, Verdampfer

13

Kreislaufkomponente, Kondensator

14

Drossel, Expansionsventil

15

Kondensierte Flüssigkeit, Wasser

20, 20‘, 20‘‘, 20‘‘‘

Kondensatbehälter, Kondensatschale

21

Rippe

22

Auffangfläche, Trichter

23, 23‘, 23‘‘

Schaumstoff, Vlies

24

Abdeckung

25

Kontaktstelle

26

Überlaufrohr

27

Boden

30

Wärmebrücke, Metallstreifen, Steg

31

Wärmerohr

40, 40‘

Wärmeisolierung

41

Lüftungselement, Ventilator

42

Lüftungselement, Leitblech

50

Verbindungssystem, Rohrsystem

51

Fördermittel, Pumpe

52

Ventil

53

Abfluss

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• US 3683153 [0006]
• DE 102006013271 B4 [0007]
• DE 102008052290 A1 [0009]

Claims (20)

1. Vorrichtung zum Aufnehmen und Verdampfen von kondensierten Flüssigkeiten (15) an einer Kälteanlage mit einem Kältekreislauf (10), umfassend wenigstens eine Kreislaufkomponente (11), die zum Transport und/oder zur Änderung der Zustands eines Kältemittels innerhalb des Kältekreislaufes (10) ausgebildet ist und ferner Wärme an die Umgebung des Kältekreislaufes (10) abgibt, und wenigstens einen Kondensatbehälter (20; 20‘; 20‘‘) außerhalb des Kältekreislaufes (10), der zur Aufnahme von an der Kälteanlage kondensierten Flüssigkeiten (15) angeordnet und ausgeformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensatbehälter (20; 20‘; 20‘‘) wenigstens teilweise aus einem gut wärmeleitenden Material besteht, und der Kondensatbehälter (20; 20‘; 20‘‘) und die Kreislaufkomponente (11) so thermisch aneinander gekoppelt sind, dass die aufgenommene kondensierte Flüssigkeit innerhalb des Kondensatbehälters (20; 20‘; 20‘‘) durch von der Kreislaufkomponente (11) auf den Kondensatbehälter (20; 20‘; 20‘‘) übertragene Wärme verdampfbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensatbehälter (20; 20‘; 20‘‘) wenigstens teilweise aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Stahl und/oder Kupfer besteht.
3. Vorrichtung nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein direkter Kontakt zwischen der Oberfläche des Kondensatbehälters (20; 20‘; 20‘‘) und der Kreislaufkomponente (11) besteht, wodurch Wärme von der Kreislaufkomponente (11) auf den Kondensatbehälter (20; 20‘; 20‘‘) durch Wärmeleitung übertragbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Kondensatbehälters (20; 20‘; 20‘‘) an der Kreislaufkomponente (11) anliegt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Kondensatbehälters (20; 20‘; 20‘‘) über eine Wärmebrücke (30; 31) mit der Kreislaufkomponente (11) verbunden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebrücke (30; 31) durch wenigstens einen Metallstreifen, Metallsteg, Metallrohr und/oder Wärmerohr gebildet wird.
7. Vorrichtung nach einem oder beiden der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebrücke (30; 31) gegenüber der Umgebung wenigstens bereichsweise wärmeisoliert ist.
8. Vorrichtung nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass kein direkter Kontakt zwischen der Oberfläche des Kondensatbehälters (20; 20‘; 20‘‘) und der Kreislaufkomponente (11) besteht, wobei der Kondensatbehälter (20; 20‘; 20‘‘) so gegenüber der Kreislaufkomponente (11) angeordnet ist, dass Wärme von der Kreislaufkomponente (11) auf den Kondensatbehälter (20; 20‘; 20‘‘) durch Konvektion und/oder Strahlung übertragbar ist.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensatbehälter (20; 20‘; 20‘‘) oberhalb oder seitlich der Kreislaufkomponente (11) positioniert ist.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kondensatbehälter (20; 20‘; 20‘‘) kaskadenartig so angebracht sind, dass Flüssigkeiten (15) bei Erreichen eines definierten Füllstands aus einem Kondensatbehälter (20; 20‘) in den darunter angeordneten Kondensatbehälter (20‘; 20‘‘) abfließen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Flüssigkeiten (15) aus einem Kondensatbehälter (20; 20‘) direkt in den darunter angeordneten Kondensatbehälter (20‘; 20‘‘) abfließen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Flüssigkeiten aus einem Kondensatbehälter (20) über ein fluidales Verbindungssystem (50) in einen darunter angeordneten Kondensatbehälter (20‘) abfließen, wobei das Verbindungssystem (50) beheizbar ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungssystem (50) durch die Wärme der Kreislaufkomponente (11) beheizbar ist.
14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie Fördermittel (51) zur Zuführung von kondensierten Flüssigkeiten (15) aus einem tiefer liegenden Kondensatbehälter (20‘) in einen höher liegenden Kondensatbehälter (20) aufweist.
15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensatbehälter (20; 20‘; 20‘‘) Strukturen (21; 23) zur Vergrößerung der Verdampfungsoberfläche des Kondensatbehälters (20; 20‘; 20‘‘) aufweist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturen durch Schaumstoffelemente, Vlieselemente (23) und/oder Rippen (21) gebildet sind, die an dem Kondensatbehälter (20; 20‘; 20‘‘) angebracht und/oder an diesem ausgeformt sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie Lüftungselemente (41; 42) zur Zuführung eines Luftstroms zu einem Kondensatbehälter (20; 20‘; 20‘‘) aufweist.
18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreislaufkomponente ein Kompressor (11) ist, der zum Verdichten eines Kältemittels innerhalb des Kältekreislaufes (10) ausgebildet ist.
19. Kälteanlage, umfassend einen Kältekreislauf (10) mit wenigstens einer Kreislaufkomponente (11), die zum Transport und/oder zur Änderung des Zustands eines Kältemittels innerhalb des Kältekreislaufes (10) ausgebildet ist, wobei die Kreislaufkomponente (11) ferner Wärme an die Umgebung des Kältekreislaufes (10) abgibt, und wenigstens einen Kondensatbehälter (20; 20‘; 20‘‘) außerhalb des Kältekreislaufes (10), der zur Aufnahme von an der Kälteanlage kondensierten Flüssigkeiten (15) angeordnet und ausgeformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vorrichtung zum Aufnehmen und Verdampfen von an der Kälteanlage kondensierten Flüssigkeiten (15) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18 aufweist.
20. Schalt-, Netz- und/oder Serverschrank, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Kälteanlage nach Anspruch 19 aufweist.

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