Die vorliegende Erfindung betrifft, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben, ein Kühlsystem zur Übertragung eines Wärmestromes von einer Wärmeguelle an eine durch einen Luftstrom gebildete Wärmesenke, mit einem geschlossenen Kühlmittelkreislauf und einer Adiabatik- oder

Verdunstungsstufe, wobei der geschlossene Kühlmittelkreislauf einen mit der Wärmeguelle in wärmeübertragender Verbindung stehenden, Wärme in den Kühlmittelkreislauf eintragenden ersten Wärmetauscher und einen mit der Wärmesenke in wärmeübertragender Verbindung stehenden, Wärme aus dem Kühlmittelkreislauf ausschleusenden zweiten Wärmetauscher sowie diese Komponenten miteinander verbindende Kühlmittelleitungen umfasst und die Adiabatik- bzw. Verdunstungsstufe mindestens einen Verdunstungswasser in den die Wärmesenke bildenden Luftstrom eintragenden Luftbefeuchter aufweist, der aus einer Verdunstungswasserguelle über eine Verdunstungswasserleitung mit Verdunstungswasser speisbar ist, wobei in der den zweiten Wärmetauscher des Kühlmittelkreislaufs verlassenden Kühlmittelleitung ein Kühlmittelkühler angeordnet ist.

Einen geschlossenen Kühlmittelkreislauf aufweisende Kühlsysteme zur Übertragung eines Wärmestromes von einer Wärmeguelle an eine durch einen Luftstrom gebildete Wärmesenke, wobei der geschlossene Kühlmittelkreislauf einen mit der Wärmeguelle in wärmeübertragender Verbindung stehenden, Wärme in den Kühlmittelkreislauf eintragenden ersten Wärmetauscher und einen mit der Wärmesenke in wärmeübertragender Verbindung stehenden, Wärme aus dem Kühlmittelkreislauf ausschleusenden zweiten Wärmetauscher sowie diese Komponenten miteinander verbindende Kühlmittelleitungen umfasst, werden in der Praxis verbreitet für diverse Kühlzwecke eingesetzt; sie sind auch aus der Literatur bekannt. Um die Kühlleistung an unterschiedliche Umgebungsbedingungen (insbesondere die Temperatur des die Wärmesenke bildenden LuftStromes) anpassen zu können, ist es bekannt, solche Kühlsysteme mit einer Adiabatik- oder Verdunstungsstufe auszustatten. Die Adiabatik- bzw. Verdunstungsstufe weist mindestens einen Verdunstungswasser in den die Wärmesenke bildenden Luftstrom eintragenden Luftbefeuchter auf, der aus einer Verdunstungswasserquelle über eine Verdunstungswasserleitung mit Verdunstungswasser speisbar ist. Durch Verdunstung des Verdunstungswassers wird dem Luftstrom Wärme entzogen, was zu einer Absenkung der Temperatur des Luftstromes führt.

Aus der US 4182131 A ist ein gattungsgemäßes, der eingangs angegebenen Art entsprechendes Kühlsystem bekannt, bei dem die den zweiten Wärmetauscher (Kondensator) des Kühlmittelkreislaufs verlassenden Kühlmittelleitung als Rohrschlange durch den Vorrats-, Abtropf- und Rücklaufbehälter für das Adiabatikwasser (Verdunstungswasser) hindurchgeführt ist. Durch das Abtropfwasser aus der Adiabatikstufe herrscht in dem Vorrats-, Abtropf- und Rücklaufbehälter für das Adiabatikwasser in erster Näherung die für die spezifischen Bedingungen (Temperatur, relative Feuchte) des Kühlluftstromes geltende Kühlgrenztemperatur. Das den Kondensator verlassende Kondensat erfährt hierdurch in der Rohrschlange eine gewisse Unterkühlung, bevor es in den ersten Wärmetauscher (Verdampfer) des Kühlmittelkreislaufs eintritt. Die besagte Rohrschlange bildet auf diese Weise eine Art Kühlmittelkühler.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, ein Kühlsystem der eingangs genannten gattungsgemäßen Art im Hinblick auf die Effizienz und weitere praxisrelevante Eigenschaften zu optimieren und zugleich die Flexibilität bei unterschiedlichen Anwendungen zu steigern. Gelöst wird diese Aufgabenstellung gemäß der vorliegenden Erfindung, indem bei dem vorstehend dargelegten Kühlsystem der Kühlmittelkühler als Plattenwärmetauscher ausgeführt ist, dessen zweiter Strang in die Verdunstungswasserleitung geschaltet ist, wobei das den Kühlmittelkühler durchströmende Verdunstungswasser unter gleichzeitiger Kühlung des den zweiten Wärmetauscher des Kühlmittelkreislaufs verlassenden Kühlmittels erwärmbar ist. Ein für das erfindungsgemäße Kühlsystem wesentlicher Aspekt ist somit der unmittelbare Wärmetausch zwischen dem Kühlmittel und dem Verdunstungswasser in dem Sinne, dass - in einem Plattenwärmetauscher - die Wärme, die dem den zweiten Wärmetauscher des Kühlmittelkreislaufs verlassenden Kühlmittel entzogen wird, direkt - in dem zweitem Strang des Kühlmittelkühlers - das Verdunstungswasser erwärmt.

Die Erfindung baut dabei auf der Erkenntnis auf, dass der Wirkungsgrad des Kühlsystems sich, jedenfalls bei vielen denkbaren Anwendungen desselben, verbessern lässt, wenn in einem entsprechenden Wärmetauscher eine systeminterne Wärmeübertragung erfolgt von dem den zweiten Wärmetauscher des Kühlmittelkreislaufs verlassenden Kühlmittel auf das die Verdunstungswasserleitung durchströmende Verdunstungswasser. Mit anderen Worten lautet die von der vorliegenden Erfindung genutzte Erkenntnis, dass bei typischen Kühlaufgaben, für die eingangs dargelegte Kühlsysteme eingesetzt werden, eine Steigerung der Effizienz möglich ist, wenn ein systeminterner Wärmetausch im Sinne einer Erwärmung des Verdunstungswassers bei gleichzeitiger Abkühlung des den zweiten Wärmetauscher des Kühlmittelkreislaufs verlassenden Kühlmittels erfolgt. Namentlich gilt dies, wie weiter unten näher dargelegt wird, bei einer Auslegung des zweiten Wärmetauschers des Kühlmittelkreislaufs als Kondensator (Verflüssiger) , wobei die vorliegende Erfindung indessen keinesfalls auf diese Gestaltung des Kühlsystems beschränkt ist. Durch die direkte Wärmeübertragung in dem als Plattenwärmetauscher ausgeführten Kühlmittelkühler von dem Kühlmittel auf das Verdunstungswasser sind, wie weiter unten in größerem Detail ausgeführt wird, gezielte weitere Einflussnahmen auf die Funktion des Kühlsystems möglich, so dass sich dieses mit dem Ergebnis höchster Effizienz und hervorragenden weiteren Praxiseigenschaften an spezifische Kühlaufgaben und Anwendungen anpassen lässt. Je nach der individuellen Systemoptimierung, für die es in Anwendung der vorliegenden Erfindung mehrere Ansatzpunkte gibt (s.u.), kann eine Reduktion der Leistungsaufnahme des Kompressors des Kühlmittelkreislaufs und oder eine Minimierung des Verbrauchs an Adiabatikwasser angestrebt und erreicht werden. Dies ermöglicht die Berücksichtigung spezifischer lokaler bzw. regionaler Besonderheiten (z.B. Energiekosten, Wasserkosten, ökologische Aspekte) im Rahmen der individuellen örtlichen Optimierung des Kühlsystems.

Zwar besteht im Rahmen der vorliegenden Erfindung hinsichtlich der konkreten Ausführung der Verdunstungswasserquelle ein erheblicher, in Abhängigkeit von den spezifischen Gegebenheiten nutzbarer Gestaltungsspielraum. So kann beispielsweise das Verdunstungswasser dem Kühlmittelkühler direkt aus dem örtlichen Wassernetz zugeführt werden; oder aber die Verdunstungswasserquelle umfasst beispielsweise eine Verdunstungswasserstation mit einem Verdunstungswasser- Vorratstank. Bei typischen Anwendungsfällen ist die an erster Stelle genannt Alternative, nämlich die Zufuhr von Verdunstungswasser zu dem Kühlmittelkühler direkt aus dem örtlichen Wassernetz besonders vorteilhaft, namentlich im Hinblick auf energetische, thermodynamische, ökologische und ökonomische Gesichtspunkte. Denn die Nutzung von Frischwasser aus dem örtlichen Wassernetz, das in diesem typischerweise mit einer Temperatur von maximal 15°C, zumeist mit einer Temperatur von nicht mehr als 12 bis 14 ⁰ C, zur Entnahme bereitsteht, zur Kühlung des Kühlmittels in dem Kühlmittelkühler resultiert in einer hervorragenden Effizienz des Kühlsystems in energetischer und thermodynamischer Hinsicht bei minimalem Verbrauch an Adiabatikwasser . Hier kommt insbesondere zum Tragen, dass, anders als dies für den Stand er Technik nach der US 4182131 gilt, eine von der jeweiligen Feuchtkugeltemperatur (Kühlgrenztemperatur) der Kühlluft, welche hinwiederum von den spezifischen Verhältnissen (Temperatur, relative Feuchte) der Kühlluft abhängt, unabhängige Einflussnahme auf das den zweiten Wärmetauscher des Kühlkreislaufs verlassendes Kühlmittel möglich ist, insbesondere im Sinne einer deutlich größeren Unterkühlung des Kondensats unterhalb der

Kondensationstemperatur. Insoweit ist diese Weiterbildung der vorliegenden Erfindung in besonderem Maße dem der US 4182131 entnehmbaren Kühlsystem überlegen.

Unter Berücksichtigung der spezifischen örtlichen Gegebenheiten kann es im Einzelfall indessen durchaus auch zweckmäßig sein, dass die Verdunstungswasserquelle - gemäß einer alternativen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung - statt einer Frischwasserzufuhr aus dem örtlichen Wassernetz eine Verdunstungswasserstation mit einem Verdunstungswasser- Vorratstank umfasst, der besonders bevorzugt zwei Aufbereitungsbehälter aufweisen kann, die Teil eines Pendelenthärters sind. Besonders bevorzugt umfasst dabei die Verdunstungswasserstation weiterhin mindestens einen Warmwasserzwischenbehälter . Dies ermöglicht, später in den Luftbefeuchter einzuspeisendes Verdunstungswasser von dem Verdunstungswasser-Vorratstank über den Kühlmittelkühler in den Warmwasserzwischenbehälter, in dem es zwischengespeichert wird, zu leiten; die Wärme, die dem den zweiten Wärmetauscher des Kühlsystems verlassenden Kühlmittel entzogen wird, wird dabei in das Verdunstungswasser übertragen, allerdings nicht unmittelbar vor dessen Einspeisung in den Luftbefeuchter, sondern vielmehr hierzu zeitlich versetzt. Insoweit lassen sich die Vorteile des erfindungsgemäßen Kühlsystems auch in Betriebspunkten nutzen, in denen die Adiabatik- bzw. Verdunstungsstufe nicht in Betrieb oder die Einspeisung eines erwärmten Verdunstungswassers in den Luftbefeuchter unerwünscht ist. Hierdurch lässt sich die Flexibilität des erfindungsgemäßen Kühlsystems (z.B. im Hinblick auf den natürlichen Temperaturverlauf gemäß Tag-/Nachtzyklen) verbessern. Der Warmwasser- zwischenbehälter kann dabei als Wärmespeicher für eine zeitlich versetzte Nutzung der dem Kühlmittel entzogenen Wärme dienen. Hierdurch lässt sich, wiederum bei zugleich verbesserter Flexibilität des Kühlsystems, die Effizienz eines das Kühlsystem umfassenden wärmetechnischen Systems bei Anwendungen, in denen parallel zur Kühlaufgabe ein Nutzwärmebedarf auf einem entsprechenden Temperaturniveau besteht, weiter steigern.

Besonders bevorzugt ist der Kühlmittelmittelkühler, gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung, als Kreuzstromwärmetauscher ausgeführt. Bei typischen Anwendungsfällen erfindungsgemäßer Kühlsysteme resultiert dies in einer hohen Funktionssicherheit bei maximaler Effizienz. Dies gilt namentlich im Falle der weiter oben erläuterten Ausführungsform der Erfindung, bei der Verdunstungswasser zu dem Kühlmittelkühler direkt aus dem örtlichen Wassernetz zugeführt wird.

Hinsichtlich der Art der Befeuchtung des Luftstromes in der Adiabatik- bzw. Verdunstungsstufe sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchaus unterschiedliche Gestaltungsmöglichkeiten denkbar. So kann der Luftbefeuchter insbesondere, gemäß einer ersten bevorzugten Weiterbildung der Erfindung, einen Vernebler umfassen, der Verdunstungswasser stromaufwärts eines der Wärmeabfuhr an den Luftstrom dienenden Wärmetauschers in den Luftstrom eindüst. Eine in dieser Hinsicht andere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Luftbefeuchter einen die Oberfläche eines der Wärmeabfuhr an den Luftstrom dienenden Wärmetauschers mit Verdunstungswasser befeuchtenden Benetzer umfasst. Die erfindungsgemäßen Vorteile stellen sich unabhängig von der konkreten Art und Weise, wie das Verdunstungswasser in den Luftstrom eingebracht wird, ein.

Ebenfalls ein erheblicher Gestaltungsspielraum, der abhängig von der konkreten Kühlaufgabe und den örtlichen Gegebenheiten unterschiedlich genutzt werden kann, besteht hinsichtlich der Art der wärmeübertragenden Verbindung des Wärme aus dem Kühlmittelkreislauf ausschleusenden zweiten Wärmetauschers des Kühlreislaufes mit der durch den Luftstrom gebildeten Wärmesenke. So kann der zweite Wärmetauscher die Wärme direkt an die Wärmesenke, d.h. den Luftstrom abgeben. Gemäß einer insoweit bevorzugten Weiterbildung der Erfindung bildet indessen der geschlossene Kühlmittelkreislauf einen Primärkreislauf, wobei die wärmeübertragende Verbindung des zweiten Wärmetauschers des Primärkreislaufes mit der Wärmesenke durch einen Sekundärkreislauf gebildet ist, wobei der mindestens eine dem Luftstrom ausgesetzte Wärmetauscher insbesondere Teil des Sekundärkreislaufs sein kann.

Im Sinne der weiter oben bereits angesprochenen Konzeption zeichnet sich eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung dadurch aus, dass der geschlossene Kühlmittelkreislauf als 2-Phasen-Kreislauf ausgeführt ist, indem der erste Wärmetauscher als Verdampfer und der zweite Wärmetauscher als Verflüssiger ausgeführt sind, wobei das in dem zweiten Wärmetauscher kondensierte Kühlmittel in dem Kühlmittelkühler eine Unterkühlung erfährt. Besonders bevorzugt ist dabei in dem Kühlmittelkreislauf stromaufwärts des Verflüssigers ein Enthitzer vorgesehen, der wärmetechnisch mit einer Nutzwärmesenke gekoppelt ist. Hierdurch lässt sich die Effizienz eines das Kühlsystem umfassenden wärmetechnischen Systems bei Anwendungen, in denen parallel zur Kühlaufgabe ein Nutzwärmebedarf auf einem entsprechenden Temperaturniveau besteht, weiter steigern. In diesem Sinne kann die Nutzwärmesenke beispielsweise in einem Brauchwassererwärmer bestehen, d.h. die in dem Enthitzer aus dem Kühlmittelkreislauf ausgekoppelte Wärme zur Erwärmung von Brauchwasser herangezogen werden.

Eine abermals andere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass in dem

Verdunstungswasserstrang zwischen dem Kühlmittelkühler und dem Luftbefeuchter ein Verdunstungswasserkühler vorgesehen ist, über den das Verdunstungswasser vor dem Eintrag in den Luftstrom bei Bedarf kühlbar ist. Der Verdunstungswasserkühler kann, je nach den örtlichen Gegebenheiten, beispielsweise mit einer Nutzwärmesenke gekoppelt sein oder wärmetechnisch mit einem Kältespeicher in Verbindung stehen, der seinerseits von einer Kältemaschine kühlbar ist. Auch diese besonderen Merkmale sind geeignet, die Flexibilität des erfindungsgemäßen Kühlsystems zu verbessern bzw. bei Anwendungen, in denen parallel zur Kühlaufgabe ein Nutzwärmebedarf auf einem entsprechenden Temperaturniveau besteht, die Effizienz eines das Kühlsystem umfassenden wärmetechnischen Systems weiter steigern .

Soweit vorstehend die verschiedenen Optionen und Möglichkeiten der Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kühlsystems dargelegt wurden, so ist für den Fachmann erkennbar, dass insoweit das Kühlsystem zweckmäßigerweise über diverse steuerbare Ventile verfügt, die mittels einer entsprechenden Prozesssteuerung betätigbar sind, um die einzelnen Komponenten zu- bzw. abzuschalten . Nur der Vollständigkeit halber ist darauf hinzuweisen, dass sich die vorliegende Erfindung für diverse unterschiedliche Kühlmittel eignet, wie beispielsweise für übliche Kältemittel im engeren Sinne, für Ammoniak, und dergleichen. Dementsprechend kann auch der in dem Kühlkreislauf ablaufende Kältepro- zess sehr verschieden ausgeführt sein und dementsprechend auch die Komponenten des Kühlkreislaufs (z.B. Art der Wärmetauscher, Verdichter bzw. Pumpe, Drossel und dergl . ) .

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand eines in der Zeichnung schematisch veranschaulichten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei Wert gelegt wird auf die Feststellung, dass hiermit keinerlei Beschränkung der Erfindung auf das veranschaulichte Ausführungsbeispiel verbunden ist, sondern vielmehr im Rahmen der durch die geltenden Ansprüche umschriebenen Erfindung im Sinne der vorstehend dargelegten Betrachtungen zu derselben sowie fachmännischer Überlegungen diverse Vereinfachungen, Verfeinerungen und/oder Abwandlungen möglich und ggfs. sogar zweckmäßig sind.

Das in der Zeichnung abgebildete Kühlsystem dient der Übertragung eines Wärmestromes von einer Wärmeguelle Q an eine durch einen Luftstrom L gebildete Wärmesenke S. Es weist einen geschlossenen Kühlmittelkreislauf 1 und eine Adiabatik- oder Verdunstungsstufe 2 auf. Der geschlossene Kühlmittelkreislauf 1 ist als 2-Phasen-Kreislauf ausgeführt. Er umfasst in als solches bekannter Weise im wesentlichen vier Komponenten, nämlich einen mit der Wärmeguelle Q in wärmeübertragender Verbindung stehenden ersten Wärmetauscher 3, der als Verdampfer ausgeführt ist und Wärme in den Kühlmittelkreislauf 1 einträgt, einen Verdichter 4, einen mit der Wärmesenke S in wärmeübertragender Verbindung stehenden zweiten Wärmetauscher 5, der Kondensator mit zwei parallel geschalteten Wärmeüberträgern ausgeführt ist und Wärme aus dem Kühlmittelkreislauf ausschleust, und eine Drossel 6. Alle diese Komponenten sind in üblicher Weise über Kühlmittelleitungen 7 (7a bis 7d) miteinander verbunden.

Die Adiabatik- bzw. Verdunstungsstufe 2 weist zwei Verdunstungswasser in den die Wärmesenke S bildenden Luftstrom L eintragende Luftbefeuchter 8 auf, die vorliegend durch Besprühen der Oberfläche des zweiten Wärmetauschers 5 diesen mit Verdunstungswasser benetzen. Die Luftbefeuchter 8 sind aus einer Verdunstungswasserquelle 9, welche eine Verdunstungswasserstation 10 umfasst, über eine Verdunstungswasserleitung 11 mit Verdunstungswasser speisbar. Hierzu ist in der Verdunstungswasserleitung 11 (IIa bis lld) eine steuerbare Förderpumpe 12 angeordnet.

Weiterhin ist in der den zweiten Wärmetauscher 5 des Kühlmittelkreislaufs 1 verlassenden Kühlmittelleitung 7c ein als Plattenwärmetauscher ausgeführter Kühlmittelkühler 13 angeordnet. Der zweite Strang des Kühlmittelkühlers 13 ist in die Verdunstungswasserleitung 11, d.h. zwischen deren Abschnitte IIb und 11c, geschaltet. Das Kühlsystem und insbesondere die relevanten Temperaturen sind dabei dergestalt ausgelegt, dass das den zweiten Wärmetauscher 5 des Kühlmittelkreislaufs 1 verlassenden Kühlmittel Wärme an das den Kühlmittelkühler 13 durchströmende Verdunstungswasser abgibt .

Die Verdunstungswasserstation 10 umfasst einen Verdunstungswasser-Vorratstank 14 mit zwei Aufbereitungsbehältern 15. Diese sind Teil eines Pendelenthärters, zu welchem Zweck sie wechselweise über die gesteuerten Ventile 16 an die Verdunstungswasserleitung IIa anschließbar sind. Weiterhin umfasst die Verdunstungswasserstation 10 einen Warm- wasserzwischenbehälter 17, der ebenfalls über ein gesteuertes Ventil 18 stromaufwärts der Förderpumpe 12 an die Verdunstungswasserleitung IIa anschließbar ist. Auf diese Weise kann das den Luftbefeuchtern 8 zugeführte Verdunstungswasser entsprechend bedarfsabhängig gesteuert wahlweise aus den Aufbereitungsbehältern 15 und/oder dem Warmwasserzwischenbehälter 17 entnommen werden.

Bedarfsabhängig ist es möglich, dass ein kleinerer oder größerer Teil des den Kühlmittelkühler 13 durchströmenden Verdunstungswassers statt dem Luftbefeuchtern 8 zugeführt zu werden in den Warmwasserzwischenbehälter 17 eingespeist wird. Für eine entsprechende bedarfsabhängige Steuerung ist in der Verdunstungswasserleitung 11, d.h. zwischen deren Abschnitte llc und Hd, eine steuerbares Ventil 19 vorgesehen; ein weiteres steuerbares Ventil 20 ist in der Zweigleitung 21 angeordnet, welche den Abschnitt Hc der

Verdunstungswasserleitung mit dem Warmwasserzwischenbehälter 17 verbindet. Durch entsprechende Ansteuerung der Ventile 19 und 20 ist es möglich, einen von dem Verdunstungswasser- Vorratstank 14 in den Warmwasserzwischenbehälter 17 geleiteten Wasserstrom über den Kühlmittelkühler 13 zu leiten.

Als zusätzliche Maßnahme im Hinblick auf eine erhöhte Effizienz bei gleichzeitig gesteigerter Flexibilität des Kühlsystems ist in dem Kühlmittelkreislauf 1 stromaufwärts des zweiten Wärmetauschers 5 ein Enthitzer 22 vorgesehen, der im Falle eines entsprechenden Nutzwärmebedarfs wärmetechnisch mit einer Nutzwärmesenke gekoppelt sein kann. Unter dem gleichen Blickwinkel ist in dem Verdunstungswasserstrang zwischen dem Kühlmittelkühler 13 und dem Luftbefeuchter 8, d.h. in den Abschnitt Hd der Verdunstungswasserleitung ein Verdunstungswasserkühler 23 vorgesehen, über den das Verdunstungswasser vor dem Eintrag in den Luftstrom L rückkühlbar ist. Der Verdunstungswasserkühler 23 kann dabei, je nach den örtlichen Umständen, insbesondere wärmetechnisch mit einer Nutzwärmesenke gekoppelt sein oder aber wärmetechnisch mit einem Kältespeicher in Verbindung stehen, der seinerseits von einer Kältemaschine kühlbar ist.