本发明涉及一种再生装置，且涉及一种用于使冷却剂分散体再生的方法。本发明特别地涉及一种用于使包含相变材料的冷却剂分散体再分散的再分散单元。此外，本发明涉及一种用于冷却机器元件的冷却系统。
背景技术：
机床由于马达驱动器而尤其产生大量的热，这致使机器元件(尤其是驱动单元)的温度升高。急剧上升的温度可降低机床的输出量和加工准确度，并且甚至可损坏机器元件和驱动单元。因此，使用用于冷却机器元件的冷却系统。水、空气和油是广泛使用的冷却剂。
de9525661描述了一种用于布置在机动车辆的冷却剂回路中的潜热蓄能器，在该潜热蓄能器中，在内燃机热且存储介质冷的情况下，冷却剂向存储介质产生热，并且在内燃机冷且存储介质热的情况下，冷却剂从存储介质吸收热。使用了潜热存储元件。
de3042528描述了一种具有定子、转子和冷却装置的电机。定子具有紧密密封的腔，该腔填充有热存储介质，该热存储介质在达到位于机器的操作温度范围内的温度之后通过吸收热能而从固体状态转变成液体状态。
已知相变材料在相转变期间具有大的热吸收能力，并且越来越多地用于高效冷却。相变材料是在具体温度下进行相转变且在该过程中释放或吸收大量的热的物质。在相转变的中间，例如在从固体到液体的状态变化期间，由于热的流入或流出而造成的温度几乎不变。可在大致恒定的温度下吸收相对大量的热。这通过选择存储材料来实现，该存储材料在期望的操作温度下具有相变。
ep2949422描述了一种具有集成的内部冷却系统的机器元件，例如马达主轴或机电驱动单元。冷却剂是包含至少一种相变材料的分散体。当使用分散体来作为冷却剂时，需要连续的再分散。ep2949422描述了一种设有驱动机器且设有转子-定子的动态再分散单元。冷却回路的泵在构造上设计成使得泵实现冷却剂悬浮液的非连续相的分散。泵设计为具有定子环的定子，以及在定子内旋转的具有转子环的转子。然而，动态再分散单元具有需要马达的缺点。
此外，具有相变材料的分散体具有熔化温度高于固化温度的特性。这种效应被称为过冷。过冷基本上是不利的。因此，尽可能小的过冷是合乎期望的。在过冷的情况下，在用于使再冷却单元的热耗散的装置中，不仅经由相变而吸收的热，而且还有低于熔点直至过冷温度的显热必须耗散。这种温度升高当然可用于吸收热，但与最初的等温冷却目的矛盾。如果必要的话，则甚至将必须再次引入这种显热的耗散，由此该方法总体上在能量方面是低效的。
技术实现要素：
因此，本发明的目的在于开发一种用于使冷却剂分散体再生的再生装置，该再生装置使相变材料能够在能量效率水平提高的情况下凝固。
本发明的目的还在于详述一种用于使具有相变材料的冷却剂分散体再分散的再分散单元，该再分散单元具有简单的构造。
本发明的目的在于提出一种用于冷却机器元件的冷却系统，该冷却系统可将机器元件冷却到恒定温度。
本发明的目的在于确保取决于机器元件的冷却需求来选择入口温度，使得在相变材料熔化期间最大程度地利用潜热。这等同于尽可能地使机器元件中的冷却剂的入口温度与排出温度之间的差异最小的目的。
在吸收热期间，冷却剂总体上应尽可能地仅在潜伏范围内循环。因此，在进入到待冷却的装置中期间，冷却剂的温度也必须仅刚好低于熔点的温度，并且与此同义，在从再冷却单元排出期间的温度必须与该温度对应，且因此该温度必须远高于过冷温度，且因此再冷却单元的发明的目的在于在低于熔化温度(甚至是过冷温度)的温度下使潜热耗散，且尽可能高效地再次使温度升高到刚好低于熔化温度。
借助于权利要求1和23的特征来实现该目的和其它目的。
本发明包括用于使具有相变材料的冷却剂分散体再生的再生装置、用于使冷却剂分散体再分散的再分散单元，以及再冷却单元。冷却剂分散体包含相变材料。再分散单元具有合适的限流器。再冷却单元通过使存储在冷却剂分散体中的热耗散来使相变材料能够凝固，并且构造成使得至少部分地回收耗散的热，以便将冷却剂分散体加热到正好低于熔化温度的入口温度。
分散体由液体分散介质和分散相构成，分散相可为固体或液体。具有固体分散相的分散体被称为悬浮液，具有液体分散相的分散体被称为乳液。对于本发明而言，作为冷却剂的分散体可包含呈固体形式和液体形式的相变材料。通过使用由例如水和合适的相变材料(其在机器元件的操作温度的范围内进行相转变)构成的分散体，在该操作温度下实现冷却剂的高热容量。因此，机器元件的废热可由具有相变材料的分散体吸收，其中冷却剂温度少量增加。因此，机器元件可最佳地冷却，具体地在待冷却的机器元件的内部具有低流速和低温度差的情况下冷却。典型地，并非逐步地而是连续地执行从显热吸收到潜热吸收或者从潜热吸收或耗散到显热吸收或耗散的转变。这意味着，例如在对分散体加热期间，在可感范围内的比热容具有恒定值，当达到相变材料的熔化温度时，并且只要发生潜热吸收，该恒定值则明显增加，并且在完全熔化之后再次减小且呈现较低的恒定值。由类似于正态分布的特性曲线的该形状产生操作点，在该操作点处，潜热吸收的效应最大。随后将其称为最佳操作点。在此情况下，严格来说，操作点是非常窄的温度范围，在此情况下以几开尔文(例如在2与3开尔文之间)来狭窄地限定。
如果分散体用作冷却剂，则分散体以使得分散相以固体状态(凝固)(其中几乎所有相变材料颗粒均凝固)存在的方式进入，且以液体状态(其中几乎所有相变材料颗粒均熔化)从装置中排出。再生装置通过使存储在冷却剂分散体中的热耗散来使熔化的相变材料能够凝固。
在本发明中，相变材料的凝固有利地借助于热的多级耗散来实现。再冷却单元构造成使得显热耗散以便冷却冷却剂分散体，并且使得潜热耗散以便使相变材料能够凝固。在显热耗散期间，冷却剂分散体的温度下降到指定温度。在此阶段期间，相变材料保持在液体状态下。相变材料的凝固仅由于潜热耗散才发生。
在此情况下，由于相变材料(pcm)的过冷，故最初在熔点以下达到该温度。
在一个示例性实施例中，再冷却单元包括第一热交换器，其可使显热和/或潜热的至少部分耗散。为了提高能量效率，第一热交换器以逆流操作，以便以回收的方式使用显热和/或潜热的至少部分，以用于将冷却剂分散体加热到入口温度。入口温度限定在冷却剂分散体进入待冷却的元件时冷却剂分散体的温度。为了确保最佳冷却水平，入口温度应位于相变材料的相转变温度范围(在该温度范围中，相变材料从固体变成液体)内，优选地位于相转变温度范围的上部区域内。因此，实现了机器元件的最佳冷却水平，这是因为一方面相转变范围内的热容量非常高，且另一方面由于吸收热而造成的冷却剂分散体的温度变化最小。
在另外的示例性实施例中，再冷却单元包括第二热交换器，其连接到制冷系统，以便通过使冷却剂分散体的潜热的至少部分耗散来使相变材料能够凝固。
在优选的变体中，使用第三热交换器，以便在冷却剂分散体进入再分散单元之前将冷却剂分散体的温度调节到第二目标温度。第二目标温度尤其位于相转变温度范围的上部区域中，优选地位于25与26℃之间的区域中。此外，第三热交换器有利地但并非绝对必要地连接到制冷系统，以便以回收的方式利用来自制冷系统的热的部分。因此，再生装置不需要额外的热源以便对部分熔化的冷却剂分散体进一步加热，并且以便因此能够较好地操作再分散单元以及第一和第二热交换器。在一侧上，分散体流过第三热交换器，并且处于比冷却剂分散体的温度更高的温度下的制冷剂在另一侧上流动。冷却剂分散体吸收介质的热，以便仍然使所有可能仍然未熔化的pcm颗粒熔化，使得在随后的再分散单元中可能进行简单的再分散，这是因为作为乳液来再分散比在悬浮液中再分散简单得多。
并且，因此提高了第三热交换器处的温度水平。因此，分散体以较高的温度水平tc02进入第一热交换器。因此，在第一热交换器处提供较高的驱动温度梯度，使得可能在第一热交换器处补偿可能的热损失，并且入口温度ti04可一直足够高以使其尽可能接近于熔点。
在一个示例性实施例中，第三热交换器布置在再分散单元的上游，并且第一和第二热交换器布置在再分散单元的下游。混合单元布置在第三热交换器与再分散单元之间。
在一个示例性实施例中，再生单元包括控制单元，其具有至少一个温度监测器和至少一个流速监测器。该控制单元可遵循保持入口温度恒定的目的。
在一个示例性实施例中，使用基于模型的预测控制系统(mpc)，其取决于机器元件中的待耗散的热来确定入口温度。入口温度在此情况下被选择成使得在冷却剂分散体的最佳操作点的区域中执行热吸收，以便利用最大表观热容量。
在另外的示例性实施例中，使用基于模型的预测控制系统(mpc)，其保持入口温度恒定，但确保可用的潜热容量通过相变材料的部分熔化而改变，使得其对应于机器元件中的待耗散的热。这具有以下优点：理想地，流速、入口温度和从待冷却的机器元件排出时的温度是恒定的。
在一个示例性实施例中，通过调整制冷机中的蒸发压力(例如借助于旁路控制装置)，在第一热交换器与第二热交换器之间的点(图5中的ti03)处进行温度控制。因此，可确保的是，一方面确保冷却剂的足够低的温度(图5中的ti05)，但另一方面在第二热交换器中存在精确适应的热耗散。因此，潜热量恰好在过冷的水平下耗散，但温度不会不必要地降低。温度的过度降低将特别地导致在第一热交换器处的再加热可能不足，也就是说，入口温度(图5中的to04)保持过低。
借助于具有第三热交换器的实施例来创造性地解决可能的不稳定性和波动。
对于控制而言，需要有利地联接的至少两个控制回路。需要第一控制回路以用于经由制冷机过程中的压力且因此间接地经由起始温度ti05来控制ti03。在此情况下，应同时注意两个方面。首先，必须存在正确的入口温度。这是冷却剂分散体的过冷的函数，并且应预先通过实验确定。其次，必须确立正确的热量。这可通过检查温度t06来执行。
需要第二控制系统以用于确保入口温度to4，该入口温度to4尽可能准确地适合于进入到待冷却的机器元件中。这既借助于第一控制回路又在制冷回路中和第三热交换器上的三通阀的辅助下执行。
在本发明中，使用相变材料来作为分散相，其在18与28℃之间的相转变温度范围内、优选地在21与25℃之间的相转变温度范围内具有固-液相变。分散介质由具有低粘度(优选地在0.5与1000mpas之间)的流体(例如油、乙二醇或含水配制剂)构成。分散相由有机非极性介质(优选地，石蜡、脂肪酸或脂肪酸酯，例如具有总和公式cnh2n+2的石蜡)构成。另外，作为冷却剂的分散体包含由表面活性物质构成的乳化系统。乳化系统实现了分散体的稳定化，且包含例如以下物质中的至少两种的混合物：山梨醇硬脂酸酯、山梨醇酐单油酸酯、乙二醇单硬脂酸酯和部分毒性醇。
在一个实施例变体中，分散相具有最大为5μm、优选地小于1μm的直径，使得提供冷却剂分散体抵抗乳脂化的稳定性。
在一个变体中，将所谓的成核前体添加到冷却剂分散体，该成核前体使过冷效应最小，例如熔点与凝固点之间的温度差从15开尔文减小到5开尔文。
在一个变体中，分散相在冷却剂分散体中的比例为至少10％，优选地在15与25％之间。分散体的相变焓在30kj/kg与60kj/kg之间。
在一个有利的变体中，分散体包含乳化系统，该乳化系统设计成使得因而产生具有至多为500001/s的剪切速率的稳定乳液。为了稳定化，分散体包含包含表面活性物质的乳化系统。例如，乳化系统具有在8与15之间的hlb值(亲水-亲油平衡)。乳化系统被选择成使得因而已经产生具有低剪切速率的稳定乳液。
再生装置有利地另外具有再冷却单元、混合单元、泵和过滤器。作为混合单元，使用再循环反应器的一个变体，以便实现分散体的均匀分布。在另一个变体中，使用简单的混合器。
为了稳定具有相变材料的冷却剂分散体，连续的再分散是有利的。在本发明中，使用具有限流器的静态再分散单元。静态再分散单元实施起来比具有马达的动态单元显著地更简单。再分散单元设计成使得产生足够的剪切力，使得乳液发生再分散。必要剪切力的水平取决于乳液且尤其是乳化系统的总体稳定性。同时，再分散单元不得具有过高的压力损失，这是因为这些最终将由进料泵施加。
限流器具有带有至少一个孔口的主体。在优选的变体中，限流器具有多个孔口，以便实现冷却剂分散体的最佳再分散。流的变窄导致流速的增加，并且由于在流过限流器孔口时流的收缩而导致剪切和湍流。因此，冷却剂分散体分散。与动态解决方案相比，该变体具有廉价构造的优点。此外，可以以简单的方式来安装和移除限流器。
在一个示例性实施例中，限流器孔口具有在0.5与2.5mm之间(优选地为0.7mm、1mm和1.5mm)的直径。直径的选择取决于冷却剂分散体的组分和待冷却的机器元件的操作温度。
在一个变体中，限流器孔口相对于彼此以均等分布的方式布置在限流器主体中。限流器具有非常小的直径。根据现有技术，这将是不可能的，这是因为在这样的情况下压力损失将非常大且泵容量将很高，且因此将发生对产品的加热。因此，这以前在设备方面是昂贵的并且在能量方面是不利的。为了此目的，在限流器主体中以均等分布的连续方式添加非常大量的限流器孔口。以此方式，可避免高压损失。尽管如此，但实现了足够高的剪切速率。
在一个优选的变体中，再分散单元应布置在通过待冷却的机器元件的流的通路的下游。在流穿过待冷却的机器元件之后，冷却剂分散体中的相变材料熔化，并且具有相变材料的分散体作为乳液而存在，且因此可容易地再分散。
在试验中，确立的是，可利用作为再分散单元的新的限流器来产生非常细的颗粒的分散体或使其再分散。粗乳液经由限流器而循环，且测量颗粒尺寸分布。执行对3种不同的限流器直径和在各情况下的不同数量的限流器孔口的测量。例如，一个限流器具有一个带有2.5mm的直径的孔口，一个限流器具有21个带有1mm的直径的孔口，并且一个限流器具有61个带有0.5mm的直径的孔口。利用所有限流器，能够实现颗粒尺寸分布的固定的最终值，这是非常令人满意的。计算的剪切速率保持低于200001/s，且因此显著小于常规的转子-定子几何形状所产生的剪切速率。
在本发明中，一种用于冷却机器元件的冷却系统包括冷却剂分散体和再生装置。
根据本发明的机床由待冷却的一个或多个机器元件(尤其是马达主轴和/或机电驱动单元)和冷却系统构成。
本发明基于一种用于使具有相变材料的冷却剂分散体再生的方法。该方法以以下步骤为特征：借助于以限流器为特征的再分散单元来使冷却剂分散体再分散；借助于再冷却单元来通过使存储在冷却剂分散体中的热耗散而使相变材料能够凝固，其中再冷却单元构造成使得至少部分地回收耗散的热，以便将冷却剂分散体加热到入口温度。
附图说明
下文将基于与附图相关联的示例性实施例来更详细地解释本发明。在附图中：
图1显示了冷却系统的示意图；
图2显示了水和相变材料的热容量的比较；
图3显示了相变材料的焓的测量结果；
图4显示了焓的特性曲线；
图5显示了再生装置的实施例；
图6显示了混合单元；
图7显示了再分散单元的第一、第二和第三实施例；以及
图8显示了再分散单元的第四、第五和第六实施例；
图9显示了用于冷却机器元件的冷却系统。
标号列表
1再生装置
2机器元件
3冷却系统
10分散体
11过冷
12耗散的热
13吸收的热
14焓的特性曲线(水)
15焓的特性曲线(具有相变材料的分散体)
16冷却曲线(具有相变材料的分散体)
20混合单元
20a管
21泵
22过滤器
30再分散单元
31限流器
32限流器孔口
33限流器主体
40再冷却单元
41第一热交换器
42第二热交换器
43制冷系统
50控制单元
51流速监测器
61第三热交换器
62出口
63入口。
具体实施方式
图1显示了用于使具有相变材料的冷却剂分散体再生的再生装置1的示意图。再生装置由第三热交换器61、混合单元20、再分散单元30、再冷却单元40和控制单元50构成。作为冷却剂的冷却剂分散体在入口温度下且以第一相流入待冷却的机器元件中，吸收机器元件的热，并且在排出温度下且以第二相从机器元件中流出。在第一相下，相变材料是固体，而在第二相下，相变材料以液体的形式存在。再冷却单元40构造成以便使吸收的热耗散，且使冷却剂分散体能够从第二相到第一相而进行相变。此外，将冷却剂分散体调节到入口温度，该入口温度位于相变材料温度范围的底端处。如图9中显示的那样，经加热的冷却剂分散体通过入口62流入机器元件2中，且通过出口63从机器元件中流出。
控制单元50包括多个温度和流速监测器，以便在不同的位置处监测和/或控制冷却系统中的冷却剂分散体的温度或流速。
具有相变材料的分散体具有熔化温度高于固化温度的特性。图2显示了相变材料与水对热的吸收的比较。这里显示的相变材料在大致40℃下具有相变。对于比较的温度差而言，相变材料吸收显著更多的热，并且对应地，在相同热量的情况下，在相变范围中明显温度差更小。在理论边界线的情况下，这是等温的。在冷却期间，如曲线从右上方到左下方显示的那样，在尖的突起处标识过冷11，该突起相比于将对应于正常滞后的情况进一步向左延伸。
图3显示了焓关于温度的测量结果。动态差示量热法的过程可用于检测样品的耗散或吸收的热量的目的。
在一个实施例中，分散体具有大致为20％的分散相比例(具体地，相变材料的比例)。在该分散体以石蜡为相变材料且以乙氧基化脂肪醇为乳化剂的情况下，相变焓大致为30kj/kg。图3中显示了吸收的热13和耗散的热12。通过分散介质和相变材料的最佳选择，可增加相变焓。在一个优选的变体中，使用具有30％的分散相比例的冷却剂分散体。在此情况下，相变焓可位于60kj/kg与80kj/kg之间的范围内。
图4中显示了当使用对机器元件的冷却时关于温度的焓特性曲线。作为比较而显示了针对水和具有相变材料的分散体的计算特性曲线。
在一个实施例中，待冷却的机器元件是主轴。为了确保充分冷却，必须将例如1400瓦(或j/s)或更高的热容量输送远离主轴。主轴的操作温度位于24与25℃之间的范围内。
连续线14显示了当水用作冷却剂时焓的特性曲线。在加热期间，焓在所描绘的范围内以几乎恒定的斜率增加，该斜率表示关于温度的比热量，简言之，例如其具有4200j/kg的大致恒定的热容量。
连续线15显示了当具有相变材料的分散体用作冷却剂(如果在分散相比例为20％的情况下石蜡用作相变材料且乙氧基化脂肪醇用作乳化剂)时焓的特性曲线。
在达到大致21.5℃下的相变之前(参见图3)，增加量大致为3800j/kg。这在于具有比水略低的比热容的比例为20％的有机相。在21.5℃下，相变开始。这在大致26℃下结束。
在耗散的热量为2200瓦且冷却剂流量为6l/min的情况下，必须从冷却剂流中吸收22000j/kg的比热量。在利用水来冷却的情况下，如在图4中由粗双箭头14a标记的那样，结果是温度差为5.3k，入口温度例如为22℃，并且排出温度为27.3℃。在利用具有相变材料的分散体来冷却的情况下，温度增加量仅为2.1k。对于操作而言重要的是，在具有相变材料的分散体的情况下，在潜伏范围内执行冷却剂的操作，以便实现高效的冷却水平，并且以便使冷却剂的入口温度与排出温度之间的差异最小。
在冷却期间，具有相变材料的分散体的焓特性曲线并不遵循加热曲线15，而是遵循冷却曲线16。熔化的分散相的状态保持超过熔点。通过冷却曲线16以理想化的方式显示了这种过冷效应。在具有相变材料的分散体中也可认识到该效应。过冷是不利的并且是不可避免的。因此，实际的相变焓仅在大致11℃下耗散。因此，必须在比实际相变温度更低的温度下操作再冷却单元。在没有进一步的措施的情况下，这会导致较低的制冷机效率水平，并且导致非常高的冷却能力需求，并且甚至导致再加热的必要性。
冷却曲线的具有斜率的第一部分16a表示显热的耗散，且冷却曲线的第二部分16b表示潜热的耗散，具体是在大致11℃下的相变焓。在显热耗散之后，相变材料仍然处于第二相，即是熔化的。通过使潜热耗散，相变材料从第二相变成第一相，并且相变材料处于固体状态下。
如图4中显示的那样，必须将具有处于固体状态下的相变材料的分散体调节到例如位于相转变温度范围的底端处的入口温度，使得在尽可能恒定的温度下冷却机器元件。
图5显示了实现提高的效率水平的再生装置的实施例的详细示意图。为了更好地理解使用具有相变材料的冷却剂分散体的过程，在以下文本中参考温度测量点，并且列出了温度的数值示例，其用于更好地理解。然而，这些不应被理解为是准确的和/或理解为是优选的。
tc和pc象征受控温度和受控压力，且t1表示指示温度。tc2的目标温度为25℃，并且能够在23与27℃之间的范围内调节tc2的目标温度。冷凝压力pc07被选择成使得冷凝温度为8℃，并且能够在6与10℃之间的范围内调节冷凝温度。经由tc02来调节混合单元中的冷却剂分散体的温度ti01，并且该温度位于23与27℃之间的范围内。经由pc07来调节来自第二热交换器42的出口下游的冷却剂分散体的温度ti03，并且该温度位于9与11℃之间的范围内。经由tc02来调节再生装置的出口处的冷却剂分散体的温度ti04，并且该温度位于22和23℃的范围内。经由pc07来调节制冷剂在进入到第二热交换器中之前的温度ti05，并且该温度位于6与10℃之间的范围内。为了避免制冷剂过热，ti05与ti06之间的温度差应小于2k。
当冷却剂分散体从待冷却的机器元件中流出时，冷却剂分散体的温度位于24与25℃之间的范围内。如果来自机器元件的冷却剂分散体的排出温度是24℃，则它不会完全熔化。例如，这可在部分负载下发生。在此情况下，冷却剂分散体在进入到再分散单元中之前在第三热交换器61中被进一步加热。如下文更详细地解释的那样，这通过使用经加热的制冷剂43来实现。在一个变体中，冷却剂分散体被加热到位于相转变温度范围的末端处的温度，例如高达26°。该过程导致具有相变材料的冷却剂分散体完全熔化，并且存在理想的状况以用于使流穿过后续元件。否则分散体中的大的固体部分(例如凝固的凝聚物)可阻塞过滤器22和再分散单元30。熔化的相变材料可确保通过再分散单元而最佳地分散。此外，可以以较好的方式来操作第二热交换器42，这是因为需要足够高的温度t02以用于高效地操作第二热交换器42。这是必要的，以便实现点ti04处的分散体中的足够高的温度。因此，在第二热交换器42处存在足够大的温度差，使得点t04处的分散体的状态使得潜伏范围直接开始。例如，这是22℃。在没有借助于第三热交换器61的加热过程的情况下，点ti04处的冷却剂分散体的温度位于20℃处，该温度低于潜伏范围开始的温度。机器元件当然也可在ti04处的20℃的温度下冷却。然而，机器元件内部的温度增加量的值进一步增加2开尔文(22℃-20℃)，这降低了温度恒定性，并且实际上降低了机器的精度。
由第三热交换器61加热的冷却剂分散体流过混合单元20、过滤器22和限流器31，限流器31用作再分散单元。泵21布置在混合单元与过滤器之间，以便确保冷却剂分散体的通流。使用多个温度监测器和流速监测器，以便监测冷却系统中的温度和流速，且以便实现控制回路。流速监测器51定位在过滤器的上游，以便监测和测量冷却剂分散体的流速。
限流器有利地布置在流通过待冷却的机器元件的通路的下游。在流已穿过待冷却的机器元件之后，冷却剂分散体中的相变材料熔化。具有相变材料的冷却剂分散体作为乳液而存在并且可容易地分散。
在第一热交换器41中，冷却剂分散体的总焓耗散，直到分散体达到11℃的温度。相变仍未发生。在图4中显而易见的是，在可感范围中传递的热量远大于在潜伏范围中的实际相变的热量。
在第二热交换器42中，在大约11℃(在分散体侧上)下，通过熔化焓的耗散来完成相变。具有相变材料的冷却剂分散体现在在11℃下以固化的状态存在。可借助于温度监测器来确定点ti03处的该温度。来自第二热交换器42的冷的冷却剂分散体通过第一热交换器41流回，在那里使冷却剂分散体在点t04处达到22℃的期望入口温度。从点ti03处的11℃到点t04处的22℃的温度变化略小于远离那里(具体是点t02处的24℃)直到在11℃下进入到第二热交换器42中的温度差。因此，不可补偿热损失。在第一热交换器41中传导的流优选地处于逆流下。因此，点t04处的入口温度有利地位于潜伏范围内，例如在22℃下。
tc02有利地设置成使得冷却剂分散体的温度足够高以用于使乳液存在。该控制在图5中由虚线指示。冷却剂压缩机的下游的热气体温度处于高于环境温度的温度水平，以便借助于空气冷却器来将热释放到环境。热气体温度有利地>30℃，尤其有利地为40℃。
另外，通过制冷剂的较低的所处的温度(ti05)(例如8℃)来确保足够低的温度ti03(例如11℃)。制冷剂回路中的ti05的控制有利地借助于旁路控制来实现，在此情况下，控制旁路压力pc07。可根据使用的制冷剂来选择所需的压力。在逆流下操作的第二热交换器42实现了在降低的制冷需求和较高的能量效率的情况下的过冷。
图6显示了混合单元20的示意图。冷却剂分散体从顶部流入混合单元中。用于导流的管20a布置在混合单元中。因此，将确保良好的均匀的彻底混合。所使用的管可在底部处包括横向凹槽，且因此可定位在容器底座上，由此冷却剂分散体可通过横向凹槽流出并且可如指示的那样循环。彻底混合的冷却剂分散体可从布置在混合单元的下部部分上的开口流出。
图7和图8显示了限流器31的六个实施例。所有实施例均具有圆形的限流器主体33。在限流器主体中以连续的方式引入限流器孔口32。在不同的实施例中，限流器孔口的数量是不同的。一个实施例具有一个限流器孔口。其它实施例的限流器孔口的数量是5、9、21、29和61个，以便在预定的流速的情况下调节压降。限流器孔口的直径可变化，例如2.5mm、1.5mm、1mm、0.7mm和0.5mm。
限流器中的孔口有利地是圆形的，但可具有任何几何形状。
图9显示了用于借助于冷却剂分散体来冷却机器元件的冷却系统3。使用再生装置1以便使冷却剂分散体再生。
技术特征：
1.一种用于使具有相变材料的冷却剂分散体再生的再生装置(1)，其包括：
用于使所述冷却剂分散体再分散的再分散单元(30)，其具有限流器；以及
再冷却单元(40)，其通过使存储在所述冷却剂分散体中的热耗散来使所述相变材料能够凝固，
其特征在于
所述再冷却单元(40)构造成使得至少部分地回收耗散的热，以便将所述冷却剂分散体加热到入口温度。
2.根据权利要求1所述的再生装置，其特征在于，所述再冷却单元(40)构造成使得显热耗散，以便冷却所述冷却剂分散体，并且潜热耗散，以便使所述相变材料能够凝固。
3.根据前述权利要求中的一项所述的再生装置，其特征在于，所述再冷却单元(40)包括第一热交换器(41)，所述第一热交换器(41)可使所述显热和/或所述潜热的至少部分耗散。
4.根据权利要求3所述的再生装置，其特征在于，所述第一热交换器(41)以逆流操作，以便以回收的方式使用所述显热和/或所述潜热的至少部分，以用于将所述冷却剂分散体加热到所述入口温度。
5.根据前述权利要求中的一项所述的再生装置，其特征在于，所述再冷却单元(40)包括第二热交换器(42)，所述第二热交换器(42)连接到制冷系统(43)，以便通过使所述冷却剂分散体的所述潜热中的至少一些潜热耗散来使所述相变材料能够凝固。
6.根据前述权利要求中的一项所述的再生装置，其特征在于，所述入口温度位于所述相变材料的相转变温度范围内，优选地位于所述相转变温度范围的下部区域中，在所述相转变温度范围期间，所述相变材料从固体状态变成液体状态。
7.根据前述权利要求中的一项所述的再生装置，其特征在于，使用第三热交换器(61)，以便在所述冷却剂分散体进入所述再分散单元(30)之前将所述冷却剂分散体的温度调节到第二目标温度。
8.根据权利要求7所述的再生装置，其特征在于，所述第三热交换器(61)连接到所述制冷系统(43)，以便以回收的方式使用来自所述制冷系统的热中的一些热。
9.根据权利要求7和权利要求8中的任一项所述的再生装置，其特征在于，所述第二目标温度位于所述相转变温度范围的上部区域中，优选地位于25与26℃之间的区域中。
10.根据权利要求7至权利要求9中的一项所述的再生装置，其特征在于，所述第三热交换器(61)布置在所述再分散单元(30)的上游，并且所述第一热交换器(41)和所述第二热交换器(42)布置在所述再分散单元(30)的下游。
11.根据权利要求7至权利要求10中的一项所述的再生装置，其特征在于，混合单元(20)布置在所述第三热交换器(61)与所述再分散单元(30)之间。
12.根据前述权利要求中的一项所述的再生装置，其特征在于，所述再生装置包括控制单元，所述控制单元具有至少一个温度监测器和至少一个流速监测器。
13.根据权利要求12所述的再生装置，其特征在于，使用基于模型的预测控制器。
14.根据权利要求13所述的再生装置，其特征在于，取决于冷却需求来控制所述入口温度，使得尽可能接近于最佳操作点来执行所述机器元件中的热吸收。
15.根据权利要求13所述的再生装置，其特征在于，控制熔化的相变材料的比例，使得可用的潜热容量对应于所述机器元件中的有效冷却需求。
16.根据前述权利要求中的一项所述的再生装置，其特征在于，所述限流器(31)具有盘状主体(33)和至少一个孔口(32)，优选地具有多个孔口。
17.根据前述权利要求中的一项所述的再生装置，其特征在于，限流器的所述孔口(32)具有在0.5与2.5mm之间的范围内的直径。
18.根据前述权利要求中的一项所述的再生装置，其特征在于，限流器的所述孔口(32)相对于彼此以连续的均等分布的方式布置在限流器的所述主体(33)中。
19.一种用于使具有相变材料的冷却剂分散体再分散的再分散单元(30)，其特征在于，所述再分散单元具有限流器(31)。
20.根据权利要求19所述的再分散单元，其特征在于，所述限流器(31)具有盘状主体(33)和至少一个孔口(32)，优选地具有多个孔口。
21.一种用于冷却机器元件(2)的冷却系统(3)，其包括具有相变材料的冷却剂分散体和根据权利要求1至权利要求18中的一项所述的再生装置。
22.一种由至少一个机器元件(2)、尤其是马达主轴或机电驱动单元构成的机床，其具有根据权利要求21所述的冷却系统。
23.一种用于使具有相变材料的冷却剂分散体再生的方法，其包括：
借助于具有限流器(31)的再分散单元(30)来使所述分散体再分散；以及
借助于再冷却单元(40)来通过使存储在所述冷却剂分散体中的热耗散而使所述相变材料能够凝固，其中所述再冷却单元构造成使得至少部分地回收耗散的热，以便将所述冷却剂分散体加热到入口温度。
技术总结
本发明涉及用于使冷却剂分散体再生的再生装置。一种作为用于机器元件的再冷却器的用于相变分散体的再生装置，包括：作为用于吸收机器元件的热的冷却剂的分散体，其包括分散介质和具有相变材料的分散相，其中分散相通过从机器元件吸收热而至少部分地变成液体；用于使分散体再分散的再生装置，其具有限流器；再冷却单元，其构造成使得液体分散相在吸收机器元件的热之后预先再生冷却，以用于使分散相凝固的目的，并且在过冷的温度点处实现再冷却相；以及用于控制冷却系统的温度和流速的控制单元，其包含用于节能操作模式目的的通用热组合。
技术研发人员：L.费舍;S.冯阿克斯;E.瑞恩哈德;L.韦斯
受保护的技术使用者：斯特普-特克股份公司
技术研发日：.07.25
技术公布日：.02.11
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