Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem mit im Kreislauf geführtem Wasser als Wärmetransportmedium.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein derartiges

Kühlsystem mit einer von dem Wasser durchströmten, dem Wärmeeintrag in das Wasser dienenden Eintragseinrichtung, einem von dem Wasser durchströmten, der Abgabe von Wärme an die Umgebungsluft dienenden Rückkühler und einem

Wasserbehälter, welcher in einer den Rückkühler, die Eintragseinrichtung und den Wasserbehälter miteinander verbindenden, mindestens eine Umwälzpumpe aufweisenden Leitungsanordnung in Durchströmungsrichtung zwischen dem Rückkühler und der Eintragseinrichtung angeordnet ist.

Die Verwendung von Wasser als Wärmetransportmedium in einem Kühlsystem hat vielfältige Vorteile. Wasser verfügt über eine vergleichsweise hohe spezifische

Wärmekapazität, weshalb sowohl die Menge des

Wärmetransportmediums als auch dessen

Zirkulationsgeschwindigkeit relativ gering ausfallen können. Auch können auch die Leitungsquerschnitte

vergleichsweise gering bemessen werden. Weiterhin liegt die Viskosität von Wasser in einem günstigen Bereich, das Wärmeübertragungsverhalten ist günstig, und Wasser ist kostengünstig und von ihm gehen keinerlei schädliche Wirkungen oder gar Gefahren für die Umwelt aus. Letzteres gilt namentlich, wenn das als Wärmetransportmedium eingesetzte Wasser keine Zusätze aufweist. Nachteilig an Wasser ist allerdings, dass der Gefrierpunkt in einem Temperaturbereich liegt, der bei üblichen Kühlanwendungen innerhalb des Kühlsystems erreicht werden kann. Die

Gefahr, dass das Kühlwasser (insbesondere im Rückkühler) einfriert, ist nicht zu vernachlässigen. Der Zusatz eines Frostschutzmittels zu dem als Wärmetransportmedium eingesetzten Wasser unterminiert einen der besonders wesentlichen Vorteile von Kühlsystemen der eingangs angegebenen Art .

Vor diesem Hintergrund existieren beispielsweise in Form der DE 29606912 Ul und der DE 102012101271 AI bereits verschiedene Vorschläge für das Entleeren des Rückkühlers bei frostgefährlichen Betriebssituationen. So offenbart die DE 29606912 Ul einen Kreuzstromwärmetauscher für ein mit Wasser als Kühlmittel betriebenes Kühlsystem. Der betreffende Wärmetauscher soll sich rasch entleeren lassen, indem an seinem einen, ersten Endbereich ein Eingangsverteiler und ein Ausgangsverteiler und an seinem anderen, gegenüberliegenden zweiten Endbereich eine zwei übereinander angeordnete Verteilrohre umfassende Schleife vorgesehen sind, wobei sich zwischen dem

Eingangsverteiler und dem ersten Verteilrohr der Schleife erstreckende Vorlaufleitungen und sich zwischen dem zweiten Verteilrohr der Schleife dem Ausgangsverteiler erstreckende Rücklaufleitungen zueinander parallel mit Gefälle angeordnet sind und an das obere Verteilrohr der Schleife ein schaltbares Belüftungsventil angeschlossen ist .

Die DE 19613910 offenbart ein Kühlsystem mit einem zu dem Kreuzstromwärmetauscher nach der DE 29606912 Ul ähnlich konzipierten Querstromwärmetauscher. Hier ist allerdings an dem zweiten Endbereich ein einziges Umlenk-Sammelrohr vorgesehen, in welches die Vorlaufleitungen und die

Rücklaufleitungen münden und an das ein permanent

geöffneter Entlüftungsstutzen angeschlossen ist. Eine ständig durch den Entlüftungsstutzen abfließende Kühlwassermenge wird in den Kaltbehälter des Kühlsystems zurückgeführt .

Weiterhin offenbart die DE 102012101271 AI ein Kühlsystem der eingangs angegebenen Art, dessen Rückkühler zwei V- förmig zueinander angeordnete Zweipass-Register aufweist. Demnach sind an dem ersten Endbereich des Rückkühlers eine zwei V-förmig zueinander gestellte Äste aufweisende Eingangssammler-Anordnung und eine ebenfalls zwei V- förmig zueinander gestellte Äste aufweisende

Ausgangssammler-Anordnung vorgesehen; und an dem zweiten Endbereich des Rückkühlers ist eine Umlenksammler- Anordnung mit wiederum zwei V-förmig zueinander

gestellten Ästen vorgesehen. So umfasst das erste der beiden Zweipass-Register jeweils den ersten Ast der

Eingangssammler-Anordnung, der Umlenksammler-Anordnung und der Ausgangssammler-Anordnung sowie die sich zwischen diesen erstreckende, in beide Richtungen durchströmte erste Rohranordnung, und das zweite Zweipass-Register umfasst jeweils den zweiten Ast der Eingangssammler- Anordnung, der Umlenksammler-Anordnung und der

Ausgangssammler-Anordnung sowie die sich zwischen diesen erstreckende, wiederum in beide Richtungen durchströmte zweite Rohranordnung. Die beiden Äste der Umlenksammler- Anordnung sind oben sowie unten jeweils über jeweils einen Verbindungszweig miteinander verbunden. An den oberen sowie den unteren Verbindungszweig ist dabei, jeweils über ein Absperrventil, eine Ausgleichsleitung angeschlossen, welche oben an dem unter Druck stehenden Wasserbehälter, in einem Inertgasraum endet. Zur

Entleerung der beiden Zweipass-Register, deren

Rohranordnungen vom jeweiligen Zweig der Umlenksammler- Anordnung zu den jeweils zugeordneten Zweigen der Eingangs- und Ausgangssammler-Anordnung hin leicht geneigt sind, erfolgt durch entsprechende Ansteuerung der beiden Absperrventile eine aktive Spülung mit Inertgas unter aktiver Verdrängung des Wassers aus den beiden Zweipass-Registern in den Wasserbehälter.

Im Lichte dieses - sich durch einen vergleichsweise komplexen Aufbau und aufwendigen Betrieb des Kühlsystems auszeichnenden - Standes der Technik ist die vorliegende Erfindung darauf gerichtet, ein Kühlsystem der eingangs genannten Art bereitzustellen, dass sich durch einen besonders einfachen Aufbau und ein hohes Maß an

Ausfallsicherheit und Zuverlässigkeit auszeichnet.

Gelöst wird diese Aufgabenstellung gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Kühlsystem, das in Ergänzung zu den eingangs angegebenen Merkmalen im kombinatorischen

Zusammenwirken mit diesen sowie untereinander weiterhin die folgenden Merkmale aufweist:

Der Rückkühler umfasst an seinem einen, ersten Endbereich einen mit einem Eingangssammler verbundenen Eingang und einen mit einem Ausgangssammler verbundenen Ausgang und an seinem anderen, gegenüberliegenden zweiten Endbereich einen Umlenksammler. Der Eingangssammler und der

Ausgangsammler sind V-förmig zueinander angeordnet. Der Umlenksammler umfasst einen ersten Ast und einen zweiten Ast, die V-förmig zueinander angeordnet sind, sowie einen den ersten Ast und den zweiten Ast an ihrem jeweiligen oberen Ende miteinander verbindenden Verbindungszweig. Zwischen dem Eingangssammler und dem ersten Ast des Umlenksammlers erstreckt sich eine vom ersten Endbereich in Richtung auf den zweiten Endbereich des Rückkühlers durchströmbare, in Durchströmungsrichtung ansteigende erste Rohranordnung, und zwischen dem zweiten Ast des Umlenksammlers und dem Ausgangssammler erstreckt sich eine vom zweiten Endbereich in Richtung auf den ersten Endbereich des Rückkühlers durchströmbare, in

Durchströmungsrichtung abfallende zweite Rohranordnung, wobei der Verbindungszweig des Umlenksammlers von der gesamten durch die erste Rohranordnung hindurchströmenden Wassermenge durchströmbar (allerdings im praktischen Betrieb tatsächlich "nur" von einem Großteil der durch die erste Rohranordnung hindurchströmenden Wassermenge durchströmt) ist. Der Wasserbehälter ist drucklos.

Zwischen dem Wasserbehälter und dem Verbindungszweig des Umlenksammlers erstreckt sich eine offene, im Kühlbetrieb vom Umlenksammler zum Wasserbehälter durchströmbare Be- /Entlüftungsleitung .

Das erfindungsgemäße Kühlsystem zeichnet sich trotz seines vergleichsweise einfachen Aufbaus durch eine überraschend hohe Effizienz aus. Dem

Wärmeübertragungsverhalten zwischen dem als

Wärmetransportmedium eingesetzten Wasser und den Rohren der beiden von diesem durchströmten Rohranordnungen kommt dabei entgegen, dass das Wasser aus dem ersten Ast des Umlenksammlers, an dem - in Durchströmungsrichtung - die Rohre der ersten Rohranordnung münden, zusammengefasst über den gemeinsamen Verbindungszweig in den zweiten Ast des Umlenksammlers gelangt, von dem - in

Durchströmungsrichtung - die Rohre der zweiten

Rohranordnung ausgehen; denn hierdurch ergeben sich günstige, den Wärmeübergang begünstigende

Strömungsverhältnisse. Insbesondere liegt eine

konsequente Einpass-Konzeption in dem Sinne vor, dass die erste Rohranordnung, welche sich zwischen dem - einen einzigen Ast aufweisenden - Eingangssammler und dem ersten Ast des Umlenksammlers erstreckt, ausschließlich in Richtung von dem ersten zum zweiten Endbereich des Rückkühlers durchströmt wird, während die - hierzu räumlich getrennt angeordnete - zweite Rohranordnung, welche sich zwischen dem zweiten Ast des Umlenksammlers und dem - einen einzigen Ast aufweisenden - Ausgangssammler erstreckt, ausschließlich in Richtung von dem zweiten zum ersten Endbereich des Rückkühlers

durchströmt wird. Mit nochmals anderen Worten: Während nach der DE 102012101271 AI zwei zueinander parallel geschaltete Zweipass-Register vorgesehen sind, weist der Rückkühler des erfindungsgemäßen Kühlsystems zwei

zueinander in Reihe geschaltete Einpass-Register auf.

Von dem die erste Rohranordnung (bzw. das erste Einpass- Register) durchströmenden Wasser gelangt dabei im

normalen Betrieb - über den Verbindungszweig des

Umlenksammlers - typischerweise der ganz überwiegende Anteil zu der zweiten Rohranordnung (bzw. dem zweiten Einpass-Register) ; denn die Wassermenge, die durch die ständig geöffnete Be-/Entlüftungsleitung (gedrosselt) aus dem Verbindungszweig des Umlenksammlers in den

(frostgeschützt aufgestellten) Wasserbehälter abfließt, ist bei typischen Anwendungsfällen gering. Diese Menge beträgt typischerweise zwischen 1% und 5% des die erste Rohranordnung durchströmenden Wassers. Die somit eher geringen Strömungsquerschnitte der Be-/Entlüftungsleitung sind indessen regelmäßig vollkommen ausreichend, um eine zuverlässige, vollständige und hinreichend rasche

Entleerung des Rückkühlers - zeitgleich durch dessen Eintritt und Austritt - zu gewährleisten. Hierzu genügt in der Regel bereits das Abschalten der Umwälzpumpe. Denn infolge der ständigen Be-/Entlüftung der Umlenksammler- Anordnung am höchsten Punkt in Verbindung mit dem Gefälle der beiden Rohranordnungen zum ersten Endbereich des Rückkühlers entleert sich der Rückkühler selbsttätig, sobald die Umwälzpumpe abgeschaltet wird. Einer

Betätigung von Ventilen bedarf es hierfür nicht. Dies ist ein auch die Betriebssicherheit günstig beeinflussender Aspekt; denn im Falle eines Ausfalls der Umwälzpumpe setzt ohne weiteres die Entleerung des Rückkühlers ein, so dass konzeptionell einem Einfrieren von stehendem Wasser vorgebeugt wird. Auch dem baulichen Aufwand des Kühlsystems kommt entgegen, dass erfindungsgemäß eine ventilfreie Ausführung des Kühlsystems möglich ist.

Die dargelegte systemimmanente hohe Zuverlässigkeit des Kühlsystems gegen frostbedingte Beschädigung wirkt sich weitergehend dergestalt günstig aus, dass der Rückkühler keine Begleitheizungen aufzuweisen braucht. Das ist ein weiterer Vorteil von erheblicher Praxisrelevanz.

In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung liegen der Eingangssammler und der erste Ast des Umlenksammlers in einer gemeinsamen ersten Ebene und der Ausgangssammler und der zweite Ast des Umlenksammlers in einer

gemeinsamen zweiten Ebene. Dabei schließen die erste Ebene und die zweite Ebene bevorzugt einen Winkel zwischen 40° und 70°, besonders bevorzugt einen Winkel zwischen 50° und 60° miteinander ein. Bei typischen

Anwendungsfällen wird bei einer solchen Anordnung der zur Verfügung stehende Bauraum besonders gut für die

Wärmeabgabe an die Umgebungsluft ausgenutzt, es ergibt sich somit eine gute Raumeffizienz. Je nach der

individuell erwarteten Leistung sind dabei die Rohre der ersten Rohranordnung bevorzugt in mehreren, besonders bevorzugt mindestens drei zu der ersten Ebene parallelen Ebenen und die Rohre der zweiten Rohranordnung bevorzugt in mehreren, besonders bevorzugt mindestens drei zu der zweiten Ebene parallelen Ebenen angeordnet. Hervorragende Werte für die Wärmeleistung lassen sich erzielen, wenn sich die Rohre der ersten und der zweiten Rohranordnung auf jeweils vier zueinander parallele Ebenen verteilen.

Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der

Erfindung ist mindestens eines der Rohre der ersten

Rohranordnung an den ersten Ast des Umlenksammlers im Bereich eines diesen unten verschließenden Bodens und/oder ist mindestens eines der Rohre der zweiten

Rohranordnung an den zweiten Ast des Umlenksammlers im Bereich eines diesen unten verschließenden Bodens angeschlossen. Durch einen solchen Anschluss mindestens eines Rohres der ersten und/oder zweiten Rohranordnung an den zugeordneten Ast des Umlenksammlers wird zuverlässig eine optimale und vollständige Entleerung des

Umlenksammlers erreicht. Frostgefährdete Rückstände verbleiben keine.

Im Zusammenhang mit den vorstehend dargelegten Aspekten ist weiterhin besonders günstig, wenn der

Verbindungszweig des Umlenksammlers die einzige

Strömungsverbindung zwischen dessen erstem Ast und dessen zweitem Ast darstellt.

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand eines in der Zeichnung veranschaulichte bevorzugten

Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 in Seitenansicht einen bei einem erfindungsgemäßen Kühlsystem einsetzbaren

Rückkühler,

Fig. 2 eine stirnseitige Ansicht auf den ersten

Endbereich des Rückkühlers nach Fig. 1 Fig. 3 im Detail die Ausführung von Einlass und

Auslass sowie deren Umgebung,

Fig. 4 eine stirnseitige Ansicht auf den zweiten

Endbereich des Rückkühlers nach Fig. 1 Fig. 5 im Detail die Ausführung der unteren Enden der beiden Äste des Umlenksammlers und

Fig. 6 im Detail die Ausführung des Verbindungszweiges des Umlenksammlers.

Der in der Zeichnung veranschaulichte Rückkühler 1 ist bestimmt und geeignet zum Einsatz im Rahmen eines

Kühlsystems, das mit im Kreislauf geführtem Wasser (ohne Frostschutz-Zusatz) als Wärmetransportmedium betrieben wird und zusätzlich zu dem Rückkühler eine von dem Wasser durchströmte, dem Wärmeeintrag in das Wasser dienende Eintragseinrichtung und einen (frostgeschützt

angeordneten) Wasserbehälter umfasst. Der Rückkühler 1 ist dabei von dem Wasser durchströmt und dient der Abgabe von Wärme an die Umgebungsluft. Und der Wasserbehälter ist in einer den Rückkühler, die Eintragseinrichtung und den Wasserbehälter miteinander verbindenden, mindestens eine Umwälzpumpe aufweisenden Leitungsanordnung in

Durchströmungsrichtung zwischen dem Rückkühler und der Eintragseinrichtung angeordnet.

Da das generelle Konzept des Kühlsystems, soweit sich aus den nachfolgenden Erläuterungen nichts Gegenteiliges ergibt, dem Stand der Technik (z. B. DE 102012101271 AI) entsprechen kann, wird insoweit auf eine Darstellung und Erläuterung verzichtet; und die nachfolgenden

Erläuterungen fokussieren sich auf den in den Figuren 1-6 veranschaulichten Rückkühler 1, an dem sich die Erfindung manifestiert .

Der Rückkühler 1 umfasst ein aus mehreren - über

beidseits angeordnete Zugstangen 26 miteinander

verspannten - Segmenten 2 zusammengefügtes Gehäuse 3. Dessen Rahmen 4 stützt sich über (unterschiedlich lange) Füße 5 dergestalt auf dem Untergrund 6 ab, dass es gegenüber der Horizontalen geneigt ist, und zwar vom stirnseitigen ersten Endbereich 7 des Rückkühlers 1 zum gegenüberliegenden zweiten Endbereich 8 des Rückkühlers 1 ansteigend. An der Oberseite 9 des Gehäuses 3 befinden sich - pro Gehäusesegment 2 zwei - Ventilatoren 10, die für eine vertikale Luftströmung L durch den Rückkühler 1 hindurch sorgen.

Zur Kühlung des Wassers in dem Rückkühler 1 verfügt dieser über zwei in Reihe geschaltete Einpass-Register 11, 12. Hierzu weist er an seinem ersten Endbereich 7 einen Eingang 13, welcher mit einem Eingangssammler 14 verbunden ist, und einen mit einem Ausgangssammler 15 verbundenen Ausgang 16 auf. Der rohrartige

Eingangssammler 14 und der ebenfalls rohrartige

Ausgangssammler 15 erstrecken sich vom Eingang 13 bzw. Ausgang 16 schräg auswärts nach oben geneigt, so dass sich eine V-förmige Anordnung von Eingangssammler 14 und Ausgangsammler 15 zueinander ergibt.

An seinem zweiten Endbereich 8 verfügt der Rückkühler 1 über einen Umlenksammler 17. Dieser umfasst einen ersten Ast 18, einen zweiten Ast 19 und einen den ersten Ast 18 und den zweiten Ast 19 an ihrem jeweiligen oberen Ende miteinander verbindenden Verbindungszweig 20. Die beiden Äste 18, 19 des Umlenksammlers 17 sind V-förmig

zueinander angeordnet. Die Neigung ist dabei dergestalt auf den Eingangssammler 14 und den Ausgangssammler 15 abgestimmt, dass der erste Ast 18 des Umlenksammlers 17 und der Eingangssammler 14 in einer gemeinsamen ersten Ebene und dass der zweite Ast 19 des Umlenksammlers 17 und der Ausgangssammler 15 in einer gemeinsamen zweiten Ebene liegen. Die erste Ebene und die zweite Ebene schließen dabei einen Winkel von etwa 55° miteinander ein .

Zwischen dem Eingangssammler 14 und dem ersten Ast 18 des Umlenksammlers 17 erstreckt sich eine erste Rohranordnung 21, und zwischen dem zweiten Ast 19 des Umlenksammlers 17 und dem Ausgangssammler 15 erstreckt sich eine zweite Rohranordnung 22. Jede der beiden Rohranordnungen 21, 22 umfasst eine Vielzahl von zueinander parallelen, geraden Rohren 23. Die Rohre 23 der ersten Rohranordnung 21 verlaufen dabei in drei zu der ersten Ebene parallelen Ebenen, und die Rohre 23 der zweiten Rohranordnung 22 verlaufen in drei zu der zweiten Ebene parallelen Ebenen. Zwei Rohre 23 der zweiten Rohranordnung 22 sind, wie dies Fig. 5 entnehmbar ist, an den zweiten Ast 19 des

Umlenksammlers 17 im Bereich eines diesen unten

verschließenden Bodens 24 angeordnet. Entsprechendes gilt für zwei Rohre 23 der ersten Rohranordnung 21. Die - das erste Einpass-Register 11 bildende - erste Rohranordnung 21 ist vom ersten Endbereich 7 des Rückkühlers 1 in

Richtung auf dessen zweiten Endbereich 8 durchströmbar, und zwar - infolge der Neigung des Gehäuses 3 - in Durchströmungsrichtung leicht ansteigend. Und die - das zweite Einpass-Register 12 bildende - zweite

Rohranordnung 22 ist vom zweiten Endbereich 8 des

Rückkühlers 1 in Richtung auf dessen ersten Endbereich 7 durchströmbar, und zwar - infolge der Neigung des

Gehäuses 3 - in Durchströmungsrichtung leicht abfallend.

Vom ersten Einpass-Register 11 zum (mit diesem in Reihe geschalteten) zweiten Einpass-Register 12 gelangt das Wasser über den den ersten Ast 18 des Umlenksammlers 17 mit dessen zweiten Ast 19 verbindenden Verbindungszweig 20. Dieser stellt die einzige Strömungsverbindung

zwischen dem erstem und dem zweitem Ast 18, 19 des

Umlenksammlers 17 dar und ist so dimensioniert, dass er von der gesamten durch die erste Rohranordnung 21 hindurchströmenden Wassermenge durchströmbar ist.

An dem Verbindungszweig 20 des Umlenksammlers ist ein Be- /Entlüftungsanschluss 25 vorgesehen. An diesen ist eine - nicht dargestellte - Be-/Entlüftungsleitung

angeschlossen, welche sich zum Wasserbehälter erstreckt. Die Be-/Entlüftungsleitung ist ständig offen und im

Kühlbetrieb ständig vom Umlenksammler 17 zum

Wasserbehälter durchströmbar. Ein geringer Anteil (z. B. 1-5%) des Wassers, das das erste Einpass-Register 11 durchströmt hat, gelangt auf diese Weise nicht über das zweite Eipass-Register 12 zum Wasserbehälter, sondern wird vielmehr über den Be-/Entlüftungsanschluss 25 und die Be-/Entlüftungsleitung dorthin abgeleitet. Im

Hinblick auf diese Funktionsweise ist der Wasserbehälter drucklos; die Aufteilung des Wassermengenstromes auf das zweite Einpass-Register 12 und die Be-/Entlüftungsleitung stellt sich durch die geometrischen Verhältnisse (wie insbesondere die Rohr-/Leitungsquerschnitte und Rohr- /Leitungslängen) und den hierdurch beeinflussten Strömungswiderstand ein.