具有至少一个多程换热器的换热器装置以及用于运行换热器装置的方法与流程

1.本发明涉及一种具有至少一个多程换热器的换热器装置，该换热器装置包括第一分配器和第二分配器、至少一个第一分流分配器以及多个管道，每个分配器具有用于连接至流体管路的连接件，其中，流体(尤其是水)能够流过这些管道，其中，至少一个通气开口(10)布置在分流分配器中以便与周围环境平衡压力。本发明进一步涉及一种用于运行这种类型的换热器装置的方法。


背景技术：

2.例如，具有至少一个多程换热器的这种换热器装置可以用作冷却系统中的再冷却器，以用于冷却用作冷却系统中的传热介质的流体。再冷却器通常放置在待冷却的设施的外部，例如，建筑物的外部。如果使用水作为传热介质，则因此在安装了再冷却器的位置处结霜的情况下，传热介质存在冻结的风险。
3.因此，从现有技术中已知具有换热器装置的冷却系统，换热器装置允许再冷却器以防冻模式被排空。举例而言，wo 2018/184908 a1公开了一种冷却系统，其中水作为传热介质来循环，该系统包含再冷却器和水箱，其中再冷却器包含在第一端部区域处的入口收集器和出口收集器，以及在其与第一端部区域相对的第二端部区域处的分流收集器，该分流收集器具有第一支路和第二支路，第一支路和第二支路彼此相对地布置成v形。分流收集器的第一支路和第二支路经由布置在它们的顶端处的连接支路互连，其中，通向周围环境的通气开口布置在连接支路中。在流动方向上上升的第一管道装置在入口收集器与分流收集器的第一支路之间延伸，并且在流动方向上下降的第二管道装置在分流收集器的第二支路与出口收集器之间延伸。非加压水箱在入口收集器处连接至入口并且在出口收集器处连接至出口，使得储存在水箱中的冷却水可在闭合回路中被引导通过再冷却器。为了通气的目的，水箱经由通气管路连接至再冷却器，该通气管路在分流收集器的连接支路处通向通气开口。因此形成的再冷却器因此具有串联连接的两个单程调风器，两个单程调风器具有第一管道装置以及第二管道装置，该第一管道装置呈供应管路形式、将入口收集器连接至分流收集器并且形成第一单程调风器，该第二管道装置形成第二单程调风器并且穿行在分流收集器和出口收集器之间，以便将分流收集器连接至出口收集器。在再冷却模式下，引导穿过管道装置的水通过与吸入的环境空气进行热交换而被冷却。为此，储存在水箱中的冷却水借助于循环泵被引导穿过再冷却器。如果存在结霜的风险，为了排空再冷却器，这个已知的冷却系统提供了待关闭的循环泵。当循环泵被关闭时，由于分流收集器的恒定通气结合两个单程调风器的两个管道装置的梯度，再冷却器自动排空。
4.然而，与其中冷却介质经过换热器若干次的多程系统相比，具有串联连接的一个或更多个单程调风器(单程换热器)的换热器装置具有更低的冷却效率。因此，经常使用具有多程调风器的换热器装置来改进冷却效率并且提高冷却性能。如果要实现100kw与1500kw之间的冷却性能，这是尤其必要的。
5.例如，从wo 90/15299
‑
a中已知一种具有双程调风器的冷却装置。其中，用作传热介质的冷却水两次流过冷却系统的换热器(双程换热器)。为此目的，提供了换热器，该换热器具有布置在换热器的一端处的入口收集器、布置在相对端处的出口收集器和分流收集器，其中，供应管路形式的管道在入口收集器与分流收集器之间延伸，并且再循环管路形式的管道在分流收集器与出口收集器之间延伸。在再冷却模式下，冷却水首先被引导穿过在第一通路中的供应管路并且被引导穿过在第二通路中的再循环管路。当冷却水经过双程换热器的管道时，与环境空气的空气流进行热交换，该环境空气的空气流被风扇吸入并被引导穿过双程换热器，以便冷却冷却水。
6.当在具有结霜风险的区域中使用多程换热器时，存在以下危险：该多程换热器不能足够快或完全被排空以便防止传热介质(尤其是冷却水)冻结。尤其是当位于多程换热器中的传热介质的温度由于环境温度的快速降低或强风对换热器的影响而非常快地下降时，即使当使用多程换热器时，也必须确保换热器能够在非常短的时间段内完全排空，以便防止传热介质冻结。然而，由于传热介质若干次流过的长管道和传热介质通过多程换热器的管道的所得长传输路径，所以难以快速排空多程换热器。(供应管路和再循环管路的)管道的长度可以在3m与15m之间。出于相同的原因，一旦已经过结霜的风险，当恢复再冷却模式时快速再填充多程换热器也是困难的。


技术实现要素：

7.基于此，本发明的目的是公开一种具有至少一个多程换热器的换热器装置，该换热器装置具有高冷却性能同时是尽可能有效的，并且如果存在结霜的风险则能够尽可能快且完全地排空，并且还尽快用一种传热介质进行再填充，以便一旦结霜风险已经过去就恢复冷却模式。另一目的是当至少一个多程换热器被填充时，防止过量的流体从换热器逸出，尤其是从多程换热器的至少一个分流分配器逸出。
8.根据本发明，这些目的是通过具有权利要求1的特征的换热器装置并且通过根据权利要求33的用于运行换热器装置的方法来实现的。根据权利要求30的冷却系统，其中，根据本发明的换热器装置被用作用于冷却作为传热介质的流体的再冷却器也有助于实现这些目的。
9.根据本发明的换热器装置包括至少一个多程换热器，其包括第一分配器、第二分配器、具有预定管道截面(a
u
)的至少一个管状分流分配器以及具有多个管道的管道装置，这些管道至少基本上彼此平行并且具有预定管道截面(a
r
)，其中，流体(尤其是水)能够流过所述管道，并且管道在该管道装置中被布置成具有预定数量的列(n)的列，第一分配器和第二分配器布置在换热器装置的一端处，并且分流分配器布置在相对端处，并且管道从该一端延伸至该相对端，并且管道连接至分流分配器和第一分配器或第二分配器，并且至少一个通气开口布置在该分流分配器的最高点处或至少在该最高点附近，以用来使压力与周围环境平衡。在该过程中，根据本发明，提供
10.a)阀，该阀布置在至少一个通气开口中并且能够被打开和关闭，其中当该阀被完全打开时，流动截面(d)是畅通的以用于空气通过，
11.b)分流分配器的管道截面(a
u
)和阀的流动截面(d)等于或大于最小截面(d
min
)，
12.c)其中，最小截面(d
min
)是由管道装置中的列的数量与管道的管道截面(a
r
)的乘
积计算出的(d
min
＝n
·
a
r
)。
13.当提及分配器的最高点时，所意指的是所讨论的分配器的大地测量学上的最高点。在提及最低点的情况下，所意指的是所讨论的设备(分配器)的大地测量学上的最低点
‑
尤其是相对于竖直方向观察的最低点。这还包括至少在大地测量最高点或大地测量最低点附近的点。
14.通过将阀布置在分流分配器的至少一个通气开口中，当多程换热器被填充时，可防止流体流出通气开口，且进而流出换热器。根据本发明选择的尺寸，其中，分流分配器的管道截面(a
u
)和阀的流动截面(d)等于或大于最小截面(d
min
)，它是由管道装置中的列的数量与管道的管道截面(a
r
)的乘积计算出的(d
min
＝n
·
a
r
)，此外确保，当多程换热器被填充时，每单位时间内经由第一分配器和第二分配器填充到管道中的全部流体体积可被至少一个分流分配器容纳，并且位于分流分配器中的空气可以完全通过通气开口逸出，以便对分流分配器进行通气。
15.阀优选地呈自动关闭控制阀的形式，阀在流体进入阀时自行关闭(即，无需外部致动)。因此，一旦分流分配器至少大部分完全填充有流体，通气开口就可以自动关闭。因为通气开口恰当地布置在分流分配器的最高点处，所以仅当分流分配器完全填充有流体时，即，直到其通气开口所处的顶端时，阀自动地关闭。这使得换热器能够被完全填充，而流体不能从换热器流出。
16.然而，阀还可以被液压地、气动地或电动地致动。在阀被液压地、气动地或电动地致动的情况下，用于打开或关闭阀的控制信号恰当地由控制设备根据换热器装置中的流体的所计算出的填充时间或所测量的流体静压力而产生，并且被传输到阀。由此，阀可例如在填充模式终止时关闭，以便一旦换热器装置被完全充满，防止流体流出换热器，尤其是防止流出其分流分配器。例如，一旦由控制设备从换热器装置的参数计算出的填充时间已经过去，或者一旦由压力传感器所检测到的换热器中的流体的流体静压力超过预定压力极限值，则阀关闭。
17.在优选实施例中，阀具有腔室和可移动地安装在腔室中的浮子，其中，在流体进入该腔室时、尤其当流体达到或超过腔室中的预定水位时，该浮子关闭阀。
18.使用多级阀(尤其地，当流体进入时逐渐关闭的二级阀)是尤其优选的。因此，一方面，可确保在换热器填充有流体时、只要其中(且尤其地，在分流分配器中)仍存在空气，则换热器就完全通气，另一方面，一旦换热器完全充满流体，阀就完全关闭。
19.该阀的逐渐关闭被恰当地配置成使得一旦该阀的腔室中的流体达到预定水位，通气开口就被阀以气密的方式完全关闭。为此，阀体可移动地安装在腔室中，其中，当流体进入腔室时，阀体首先沿阀座的方向移动，进而该阀的流动截面(d)处于第一闭合阶段中、初始地、仅部分地被关闭，使得空气仍可流出阀，并且最终压靠在阀座上。该阀的气密密封(随后在第二阶段中发生)可以通过阀体中的多个开口来实现，其中这些开口形成阀的流动截面(d)的一部分，并且阀体耦接到可移动安装的浮子，使得当腔室中的内部压力增大时，开口被平滑地关闭直到阀的整个流动截面(d)被完全关闭并且在第二闭合阶段中以气密的方式被关闭。
20.在根据本发明的换热器装置的优选的示例性实施例中，该多程换热器的管道装置包括在4列与10列之间、并且优选在5列与7列之间，因此列数n是在4与10之间、并且优选在5
与7之间。管道的内径例如为15mm。由此产生的最小截面(d
min
＝n
·
a
r
)是在5cm2与20cm2之间，并且尤其是在10cm2与15cm2之间。当管道具有20mm的内径时，获得了10cm2至35cm2的最小截面(d
min
＝n
·
a
r
)(其中n是在4与10之间)。
21.该分流分配器的管道截面(a
u
)可以被选择为大于该阀的流动截面(d)。这允许在填充期间从管道流出到分流分配器中的流体体积被完全且没有任何困难地容纳，同时仍确保由于空气经由(至少部分打开)阀逸出，分流分配器可被完全通气。在优选的示例性实施例中，该分流分配器的直径(d
u
)是在30mm与200mm之间。该阀的流动截面(d)恰当地是在10cm2与30cm2之间，并且优选在15cm2与25cm2之间。
22.为了允许分流分配器被完全关闭以进行维护和检查工作，甚至在换热器未被(完全)填充的情况下，除了阀之外，恰当地提供了手动可运行的检测阀，通过检测阀可以关闭通气开口。
23.为了允许尽可能快地填充和排空换热器装置，第一连接件设置在第一分配器的最低点处或至少在该最低点附近，第二连接件设置在第二分配器的或至少在该最低点附近。第三连接件优选地布置在第二分配器的最高点处或至少在该最高点附近。此外，管道装置的管道恰当地相对于水平面倾斜，并且优选地朝向布置有第一分配器和第二分配器的换热器装置的前端倾斜。因此，多程换热器可以快速地排空以及填充用作传热介质的流体，因为，如果存在结霜的风险，在排空模式下，流体在重力的作用下可以同时从所有管道中排出、并且由于管道相对于水平面的倾斜、进入第一分配器和第二分配器，以及进而在每种情况下经由布置在第一分配器或第二分配器的最低点处的连接件(分别是第一连接件和第二连接件)、流入与连接件连接的流体管路。因此，在填充模式下，流体克服重力可同时非常快速地从第一分配器和第二分配器被引导至多程换热器的所有管道中。因此，在换热器被排空或填充时的排空或填充时间显著减少，因为当换热器装置处于再冷却模式时，流体不根据流动路径被引导到多程换热器中，而是，其可经由第一分配器和第二分配器同时流入或流出多程换热器的所有管道。
24.流体在排空模式下从多程换热器的管道中快速流出由管道相对于水平面的倾斜辅助。恰当地，在管道装置中彼此平行的管道优选与水平面形成0.5
°
与5
°
之间的角度(尤其优选2
°
与4
°
之间的角度，尤其是3
°
的角度)。
25.多程换热器可以例如是双程换热器，其中流体流过换热器的管道两次，同时与冷却空气热交换，该冷却空气恰当地通过一个或更更多个风扇从周围环境吸入并被引导经过换热器。
26.每个多程换热器的管道被分成第一组管道和第二组管道，其中第一组管道用作供应管路，而第二组管道用作再循环管路。在再冷却模式下，流体可以例如经由第一连接件被引导到第一分配器中，第一分配器为入口分配器的形式，且流体在第一通路中流过双程换热器的供应管路(第一组管道)进入第一分流分配器，进而该流体被偏转到再循环管路(第二组管道)中，使得该流体接着可以在第二通路中在再循环管路中流动回到第二分配器(出口分配器)中。流体经由布置在第二分配器的最高点处的第三连接件离开双程换热器。在该过程中，两个分配器(第一分配器和第二分配器)也可以彼此互换，即，流体可以首先流入入口分配器的形式的第二分配器中，再从出口分配器的形式的第一分配器流出。
27.多程换热器还可以是四程换热器，其中，流体在与冷却空气热交换的同时流动经
过换热器的管道四次。在四程换热器中，除了第一分配器和第二分配器以及第一分流分配器之外，还提供了第二分流分配器和第三分流分配器，其中第一分配器和第二分配器以及第三分流分配器被布置在换热器装置的一端处，以及第一分流分配器和第二分流分配器布置在换热器装置的相对端处，并且所述管道从该一端延伸至该相对端，以便将第一分配器和第二分配器连接至分流分配器中的一个。进而，连接件布置在第一分配器和第二分配器(第一连接件和第二连接件)的最低点处或至少在最低点附近并且进而在第二分配器上，第三连接件布置在第二分配器的最高点处或至少在最高点附近。第四连接件恰当地在布置在第三分流分配器的最低点处或至少在第三分流分配器的最低点附近。
28.当四程换热器在再冷却模式时，流体可以例如经由第一连接件被引导到第一分配器中，该第一连接件是入口分配器的形式，并且流体在第一通道中流动经过四程换热器的供应管路(第一组管道)到达第一分流分配器，进而，该流体被偏转到再循环管路(第二组管道)中，使得该流体然后在第二通路中在再循环管路中在换热器装置的第一端处流回到第三分流分配器，进而，该流体再次被第三分流分配器偏转到第一组管道(供应管路)中并且在第三通路中流动到第二分流分配器，进而该流体被再次偏转到第二组管道(再循环管路)中，以便最后在第四通路中流动回到第二分配器(出口分配器)中。流体经由布置在第二分配器的最高点处的第三连接件离开多程换热器。在该过程中，两个分配器(第一分配器和第二分配器)也可以彼此互换，即，流体可以首先流入入口分配器的形式的第二分配器中，在从出口分配器的形式的第一分配器流出。
29.为了确保多程换热器在填充过程中和在再冷却模式下始终完全填充有流体(由此可以实现提高的效率)，优选地，在双程和四程换热器中，流体经由第一连接件(在第一分配器的最低点处)进入换热器，并在第二连接件(在第二分配器的最高点)处离开换热器。
30.分配器(即，第一分配器和第二分配器以及每个分流分配器)可以各自呈管状歧管的形式。分配器的管道可布置成使其纵向轴线竖直或倾斜于竖直方向。
31.如果换热器装置包含被布置成彼此相对的两个多程换热器，则可以实现换热器装置的高热交换效率和紧凑设计，其中，两个多程换热器相对于竖直方向倾斜并且彼此相对地布置成v形。根据换热器的倾斜布置，管状分配器(第一分配器、第二分配器和分流分配器)同样相对于竖直方向倾斜地延伸。
32.如果第一分流分配器和第二分流分配器容纳在共用收集管中，该共用收集管具有布置在其中的分隔壁，则可实现尤其紧凑的设计，其中，该分隔壁将共用收集管划分成形成第一分配器的流入区域和形成第二分配器的流出区域。在四程换热器中，第一分流分配器和第二分流分配器中的每一个彼此相邻地布置在换热器装置的另一端处，还可相应地布置在具有分隔壁的共用收集管中，其中，分隔壁将收集管划分成至少两个区域，其中，第一区域形成第一分流分配器，并且第二区域形成第二分流分配器。
33.在四程换热器中，第一分配器、第二分配器和第三分流分配器中的每一个彼此相邻地布置在换热器装置的一端处，还可相应地布置在共用收集管中，其中，收集管又包含分隔元件，分隔元件将收集管至少分成流入区域(其形成第一分配器)、流出区域(其形成第二分配器)以及分流区域(其形成第三分流分配器)。第一连接件、第二连接件、第三连接件和第四连接件布置在共用收集管内，其中，第一连接件布置在流入区域中、在共用收集管的最低点处，第二连接件布置在流出区域中、在共用收集管的最高点处，第三连接件布置在流出
区域中、在共用收集管的最低点处，并且第四连接件布置在分流区域的最低点处。
34.为了能够打开或关闭第一连接件和第二连接件，并且，在适用的情况下，第四连接件存在于四程换热器中，每个第四连接件布置在相关分配器(在适用的情况下，第一分配器和第二分配器以及第三分流分配器)的最低点处，根据换热器装置的运行模式，可控阀优选地被指配给每个连接件。可控阀可以尤其布置在相关的连接件(第一连接件、第二连接件或第四连接件)中。可控阀可以例如被液压地、气动地或电动地致动。
35.在换热器装置的有利实施例中，第一分配器和第二分配器以及第三分流分配器被布置在换热器装置的前端面，并且第一分流分配器和第二分流分配器被布置在换热器装置的相对的后端面。在四程换热器中，第三分流分配器布置在前端面上、与第一分配器和第二分配器相邻，并且第二分流分配器布置在后端面上、与第一分流分配器相邻。因此，可以确保换热器装置的紧凑设计和满足冷却性能方面的要求的尺寸。
36.在双程版本和四程版本两者中，根据本发明的换热器装置可以在不同的运行模式下运行，尤其地在再冷却模式下，在当存在结霜风险时的排空模式下，在用于第一次填充换热器装置或者一旦结霜风险已经过去就再次填充换热器装置的填充模式下，以及在当存在结霜或正在结霜的风险时、换热器装置已经再次被排空的待机模式下。提供了一种用于控制换热器装置的控制设备，该控制设备用于将换热器装置从一种运行模式切换到另一种运行模式。换热器装置、并且尤其是适合的运行模式的设置是根据环境参数(诸如外部温度和风速等)在安装换热器装置的地点处控制的。为了检测这些环境参数，恰当地提供了传感器(尤其是用于检测外部温度的温度计以及用于检测风速的风力计)并且将其连接至控制设备上。由传感器检测的环境参数的测量值被提供给控制设备。除了环境参数(诸如外部温度和风速等)之外，在流体进入换热器装置时的输入温度恰当地经由另外的传感器(尤其是温度计)来检测。此外，流入换热器装置或流出换热器装置的流体流的体积流速可以借助于压力传感器或流量传感器来测量并且被发送至控制设备。该控制设备基于所供应的测量值计算流体离开换热器装置时的预测输出温度，尤其是将流体的外部温度和输入温度考虑在内。如果所计算的输出温度大于或等于预定极限值，则控制设备将换热器装置的模式从再冷却模式切换到排空模式。当外部温度低于流体(优选地是水)的冰点时，可以在流体离开换热器装置时从所计算的流体的输出温度检测流体冻结的风险。为了防止流体在这样的情况下在换热器装置的管道或分配器中冻结，控制设备尽可能快地切换到排空模式，其中，位于管道中的流体能够从所有管道同时排出到第一分配器和第二分配器、(在适用的情况下)第三分流分配器(在四程换热器中)中，并且进而经过被布置在对应的分配器的最低点处、离开有结霜风险的区域的连接件(第一连接件、第二连接件和第四连接件)，并且进入连接至该连接件上的流体管路中。
附图说明
37.本发明的这些和其他特征和优点将从以下参照附图更详细地描述的示例性实施例中变得清楚，在附图中：
38.图1是朝向根据本发明的换热器装置的优选示例性实施例的前端面的视图，该换热器装置具有相对于彼此以v形布置的两个双程换热器；
39.图2是图1的双程换热器装置的侧视图；
40.图3是朝向图1的双程换热器装置的后端面的视图；
41.图4是图1至图3的根据本发明的换热器装置的示例性实施例的示意性概览图，该换热器装置具有相对于彼此以v形布置的两个双程换热器，在朝向该换热器装置的前端面的视图中(图4a)，朝向双程换热器装置的后端面(图4b)且在侧视图(图4c)中；
42.图5示意性地示出了图4的双程换热器装置的各种运行模式，其中，图5a示出了再冷却模式，图5b示出了填充模式，图5c示出了双程换热器的排空模式；
43.图6基于通过水平平面的双程换热器的剖视图展示了来自图4的双程换热器装置的不同运行模式，其中，图6a示出了双程换热器的再冷却模式，图6b示出了双程换热器的填充模式，以及图6c示出了双程换热器的排空模式，以及图6d示出了在垂直于管道的截平面中穿过换热器装置的管道装置的截面图；
44.图7是包含根据本发明的换热器装置的冷却系统的示意图，该换热器装置具有两个换热器装置、相对的双程换热器，其中，图7a以朝向前端面的视图和侧视图示出了整个冷却系统以及在其中使用的换热器装置，图7b示出了在换热器装置的区域中的图7a的细节；
45.图8示意性地示出了图7的冷却系统的换热器装置的各种运行模式，其中，图8a示出了再冷却模式下的换热器装置，图8b示出了排空模式下的换热器装置，以及图8c示出了填充模式下的换热器装置；
46.图9是根据本发明的具有两个换热器装置的组合的冷却系统的另一个示例性实施例的示意图；
47.图10示意性地示出了图9的换热器装置的组合的可能运行模式；
48.图11是在根据本发明的换热器装置中使用的自动关闭阀、在该阀的不同运行位置中的示意图。
具体实施方式
49.图1和图2示出了根据本发明的换热器装置的示例性实施例，该换热器装置可以用作再冷却器r，以用于对冷却系统中的用作传热介质的流体进行冷却。具体地，水可用作传热介质。在以下提及水时，用作传热介质的流体就是其含义，其中也可以使用另一种流体代替水作为传热介质。
50.图1和2中所示的换热器装置包含两个双程换热器，两个双程换热器包含彼此相对布置的并且相对于竖直方向倾斜穿行的扁平换热器。如从图1的视图可见，这两个换热器被布置成相对于彼此呈v形。下面说明布置在图1的左手侧的换热器的结构。布置在换热器装置的右手侧上的相对的换热器是类似地构造的。两个换热器被附接至换热器装置的壳体21。每个换热器包括入口分配器形式的第一分配器1、出口分配器形式的第二分配器2、第一分流分配器4和多个管道5。第一分配器1和第二分配器2布置在换热器装置的前端面a处。分流分配器4布置在换热器装置的相对端部b处，即，在后端面上。管道5在换热器装置的纵向方向l上从一端a延伸到相对端b。在该过程中，管道5被分成第一组管道5a和第二组管道5b，其中第一组管道5a用作供应管路，以及第二组管道5b用作再循环管路。如从图6可见，第一组管道5a的管道5(供应管路)将第一分配器1(入口分配器)连接至分流分配器4，以及第二组管道5b的管道5(再循环管路)将分流分配器4连接至第二分配器2(出口分配器)。供应管路和再循环管路的管道5至少基本平行于彼此，且相对于水平面略微倾斜，如可在图2和图
4c中看到的。管道5相对于水平面的倾斜角优选在0.5
°
到5
°
之间，尤其优选在2
°
到4
°
之间，以及在一个优选的示例性实施例中，管道与水平面之间的角度是3
°
。
51.第一连接件1a被布置在第一分配器1(入口分配器)上、在这个分配器1的最低点t处。第二连接件2a也布置在第二分配器2(出口分配器)上的相应位置处，即，最低点t处。在第二分配器2(出口分配器)上，被称为第三连接件3的附加连接件被布置在最高点h处。
52.被布置在换热器装置的相对端b处的分流分配器4在最高点h处具有通气开口10，如在图2中可见。通气开口10恰当地布置在分流分配器4的顶端处，该分流分配器4为管状歧管的形式。管状分流分配器4的相对底端是闭合的。恰当地，在每个通气开口10中布置了阀11，通过该阀可以打开或关闭通气开口10。当换热器完全充满填充的流体时为了防止流体经过通气开口10离开，自动关闭阀11恰当地布置在通气开口10中。一旦由于进入的流体在阀中产生内部压力，阀11就自动地关闭通气开口10。
53.图11示出了为此目的可以在通气开口10中安装多级阀11，其中图11a、图11b和图11c示出了阀11的不同关闭级。
54.阀11被配置成自动关闭阀，当流体进入该阀时，该阀自己关闭。阀11仅当分流分配器完全填充有流体(即，直到其顶端)时完全关闭，通气开口位于顶端。这使得换热器能够被完全填充，而流体不能从换热器流出。
55.在图11示意性示出的实施例中，阀11具有腔室14和可移动地安装在腔室中的浮子13。在这种情况下，浮子13被耦接到阀体16上。在腔室的底端和顶端处均设置有开口18、19，其中，顶部开口19能够以气密的方式由浮子13关闭，当液体进入腔室14时，可移动浮子13通过作用在浮子13上的浮力升高到一定程度，使得浮子将阀体16压靠在阀座15上。
56.在阀体16上设有多个开口17。这些开口17连接至腔室14中的底部开口18和腔室14中的侧开口20，由此使得空气能够从底部开口18交换至侧开口20。多个开口17形成阀11的整个流动截面(d)的一部分，这由所有开口17的截面与腔室14中的顶部开口19的截面之和产生。当阀11处于图11c中所示的打开位置时，空气可流过底部开口18进入腔室14中，空气可从此处逸出侧开口20并通过顶部开口19逸出。在这个位置中，阀11的整个流动截面(d)是打开的以用于空气通过。
57.当液体经过底部开口18流入腔室14中时，浮子13升高。在该过程中，根据腔室14中的液体水位(图11b)，浮子13初始地相对于阀体16移动并且关闭阀体中的一些开口17。因此，随着腔室中的液位上升，阀11的流动截面被部分地关闭并且越来越多地减小，直到浮子13覆盖阀体16中的所有开口17，如图11b所示。在这种状态下，由进入的液体被向上移位的过量空气可以经过依然打开的阀座15从顶部开口19逸出。当腔室14中的液位进一步上升时，阀体16被浮子13向上压靠在阀座15上。当阀11处于该位置时，阀11的整个流动截面d以气密方式被关闭(图11a)。
58.由于阀11的这种配置，当流体进入阀11的腔室14时，浮子13可以逐渐关闭阀11，其中，根据流入腔室14中的流体的液位，阀11的流动截面初始地仅在一个阶段中部分地关闭，并且仅当在第二阶段中达到预定液位极限值时，阀11的流动截面d才以气密方式被完全密封。因此，一方面，可确保换热器完全通气，而只要在分流分配器中仍存在空气，则换热器填充流体，另一方面，一旦换热器完全填充流体，阀就被完全关闭。
59.至少在被布置在第二分配器2(出口分配器)的底端处的第二连接件2a中，插入另
一个阀(在此附图中未示出)以用于打开和关闭连接件2a。这个阀(该阀可以由控制设备致动)可以替代性地还被放置在另一个位置处，例如，在连接至第二连接件2a的流体管路中。
60.图4是根据本发明的换热器装置的示例性实施例的示意性概述，示出了双程换热器装置的前端面(图4a)、后端面(图4b)以及侧视图(图4c)。地，图4示出了连接件1a、2a和3在第一分配器1和第二分配器2上的布置(图4a)，以及该装置的倾斜度，以及因此沿纵向方向l延伸的管道5朝向前端a的倾斜度(图4c)。
61.图5和图6示出了换热器装置的不同运行模式。在图5a和图6a所示的再冷却模式下，例如水作为传热介质被引导穿过换热器装置的管道5(供应管路5a和再循环管路5b)。同时，至少一个风扇12被布置在换热器装置的顶部上，如在图2和图4c中可见，从周围环境吸入(冷)环境空气并将其引导穿过换热器装置的换热器，以便执行引导穿过管道5的传热介质(水)和吸入的空气之间的热交换。为了增加传热效率，翅片22附接到管道5(如从图6可见)，以便增加有效传热面积。在所示的示例性实施例中，换热器相应地是扁平管式或翅片管式换热器。代替常规的扁平管式或翅片管式换热器，微通道换热器也可以用在根据本发明的换热器装置中。
62.在图5a和图6a示意性示出的再冷却模式下，用作传热介质的流体经由第一连接件1a被引导到第一分配器1(入口分配器)中，其中，它经过第一组管道5a(供应管路)的管道5被引导至分流分配器4并且在其中被偏转到第二组管道5a(再循环管路)的管道中。流体流过再循环管路直至第二分配器2(出口分配器)。流体经由布置在出口分配器2的顶端处的第三连接件3从出口分配器2抽出，并且作为冷却介质经由连接至第三连接件3的流体管路9被引导至冷却介质储器(箱b)中或直接引导至待冷却的耗能装置。
63.在根据图5a和图6a的再冷却模式下，第二连接件2a通过设置在其中的阀关闭。
64.图5b和图6b是处于填充模式的换热器装置的示意图，其中换热器可以第一次被填充或者在已经被排空之后用流体再填充。在填充模式下，第二分配器2的下部连接件2a(第二连接件)被打开。因此，流体可经由分别设置在两个分配器1、2底端的连接件1a、2a同时填充到第一分配器1和第二分配器2中。如图5b和图6b所示，流体随后沿相同的流动方向同时经过所有管道5(即，经过供应管路5a和再循环管路5b)从换热器装置的一端a流动到相对端b。由于管道5朝向前端a的倾斜度，管道5中的流体克服重力沿布置在后端面b处的分流分配器4的方向向上流动。在该过程中，位于分流分配器4中的空气经过位于分流分配器4的顶端处的通气开口10被推出，由此分流分配器4通气。当换热器完全充满填充的流体时，为了防止流体经过通气开口10离开，自动关闭阀11恰当地布置在通气开口10中。一旦由于进入的流体在阀中产生内部压力，阀11就自动地关闭通气开口10。
65.为了确定换热器装置何时完全充满流体，借助于压力传感器(p)来检测换热器装置中的流体的流体静压力。一旦压力传感器(p)检测到的流体静压力超过预定压力极限值，换热器装置就从填充模式切换到再冷却模式。可替代地，换热器装置的控制设备s还可以根据该装置的参数计算预期填充时间，并且一旦所计算的填充时间已经过去而换热器装置填充有流体时，就可以终止填充模式。
66.相反地，类似于用流体填充换热器装置，还可以通过打开第二连接件2a中或上的阀v来快速排空换热器装置。图5c和图6c示出了换热器装置的排空模式，其中，当第二连接件2a中的阀打开时，流体可在重力的作用下、在相同的流动方向上同时流出所有管道5(即，
流出供应管路5a和再循环管路5b)，沿着管道5从后端b到前端a的倾斜进入第一分配器1和第二分配器2中。一方面，通过管道5朝向前端a的倾斜，另一方面，通过借助通气开口10排放的分流分配器4，来促进流体的流动。为了使分流分配器4通气，通气开口10中的阀11打开，使得环境空气可以通过通气开口10流入分流分配器4中。最后，流体可通过下部连接件1a、2a(第一连接件和第二连接件)排放到连接至该连接件1a、2a的流体管路(这里未示出)中。
67.通过以根据本发明的方式配置换热器，该换热器装置可以既快速地填充有流体又快速地排空(如果存在结霜的风险)，因为在填充和排空期间，流体可同时经过换热器装置的所有管道5流入或排空，并且在每种情况下在相同的流动方向上。
68.当排空换热器装置时，由于管道5在其通到分流分配器4中得管道端部是弯颈式的，因此可以尽可能完全地排空换热器，并且尤其是分流分配器4。在通到分流分配器4中的管道端部5’处的管道5的弯颈在图6a至图6c中可见。如图6a至图6c所示，一些管道5的通到分流分配器4中的管道端部5’在分流分配器4的方向上在弯颈区域6中是弯颈式的，该弯颈区域与管道5的总长度相比是短的。在该过程中，弯颈区域远离外部流入区域f向内指向，如从图6a可见，图6a示出了图1至图3的换热器装置的左手侧换热器。对于至少一些单独的管道5，弯颈区域6具有不同的弯颈角度α。弯颈区域6远离纵向轴线被弯颈的弯颈角度α恰当地在5
°
和90
°
之间，并且具体地，在20
°
≤α≤70
°
的弯颈角度范围内。如从图6a可见，位于内部(当在流过换热器的气体流的流动方向上观察时)的管道(所示示例中的供应管路5a)中的弯颈角度(α)小于位于更外部的管道(即，面向流入表面的管道；在这种情况下，再循环管路5b)中的弯颈角度。
69.由于一些管道5在其面向分流分配器4的管道端部5’处的弯颈，弯颈管道5至少大致径向地通到管状分流分配器4中。这使得流体能够不受阻碍地流出分流分配器4，尤其是当换热器装置被排空时。流体从分流分配器4不受阻碍地流出确保了分流分配器4既快速又完全地被排空。将分流分配器4的管道相对于竖直平面倾斜地定位还可以帮助完全排空分流分配器4，因为在这种情况下，流体可以不受阻碍地从倾斜的分流分配器4向下流动到连接至分流分配器4的弯颈管道5的弯颈区域6中。由于分流分配器4的倾斜位置，被紧固至分流分配器4的管道的弯颈管道5的弯颈区域6也相对于水平面倾斜地延伸，从而有助于流体不受阻碍地排放到管道5中。
70.管道5的另一个管道端部5”与弯颈区域6相对并且连接至第一分配器1或第二分配器2，该管道端部5”恰当地以相对于相关分配器1、2的中心纵向轴线居中的方式(并且因此径向地进入该分配器中)或者以偏离该中心纵向轴线(并且因此切向地)的方式笔直地(即，没有弯颈)通向相关的分配器1、2中，如图6a所示。
71.图6d是在垂直于管道5的截平面中穿过换热器装置的管道装置25的截面图。如图6d所示，管道装置25的管道5成列布置。图6d的左手侧部分示出了呈矩阵形式的管道装置25的管道5的第一可能装置(即，具有彼此平行延伸的管道行以及列n1、n2、n3、n4、n5、n6)，图6d的右手侧部分示出了第二可能装置，其中管道行的管道以偏移的方式布置(在每第二列中，n2、n4、n6)。在两种装置中，列的数量(n1至n6)是n＝6。管道装置25中的列的数量n(n1至n6)产生最小截面(d
min
)，作为该管道装置中的列的数量n与管道5的管道截面(a
r
)的乘积：d
min
＝n
·
a
r
。
72.根据本发明，分流分配器4的管道截面(a
u
)和阀11的流动截面(d)被选择成使得分
流分配器4的管道截面(a
u
)和阀11的流动截面(d)均等于或大于最小截面(d
min
)，即：a
u
≥d
min
，以及d≥d
min
。
73.例如，管道5的内径可以是15mm，从而产生a
r
＝1.7671cm2的管道截面。优选地，n是在4与10之间，并且尤其优选在5与7之间。这导致大约7cm2至18cm2、并且尤其是在9cm2与12cm2之间的一个优选的最小截面(d
min
)。
74.举例来讲，图7示出了冷却系统，在该冷却系统中可以使用根据本发明的换热器装置。图7中示意性地示出的冷却系统包括回路k，在该回路k中供应有流体(具体地，水)作为传热介质；箱b，该箱b连接至回路k并且流体被储存在该箱b中；热源q，该热源q在热源的位置处向流体供应热量；以及根据本发明的至少一个换热器装置，该至少一个换热器装置在冷却系统中用作再冷却器r，以便通过与环境空气热交换来冷却流体。在图7所示的示例中，具有根据图1至图3的两个双程换热器的换热器装置被用作再冷却器r。
75.在该过程中，冷却系统的再冷却器r经由流体管路9连接至箱b。箱b优选地向该箱位置的周围环境开放。流体管路19从箱b导向热源q，以便将储存在箱b中作为冷却介质的冷却流体供应至热源q。第一泵p1被提供用于将流体从箱b输送至热源q。在热源q的位置处，流体通过热交换被加热并经过另一管路29被引导回到再冷却器r。第二泵p2恰当地布置在管路29中，并将流体从热源q输送回到再冷却器r。支路管路30从管路29分岔进入箱b中。设置阀v4以用于打开和关闭支路管路30。另一个阀v3被布置在管路29中的支路管路30的下游。管路29在分岔点z处分岔进入再循环管路31(至箱b)并进入进料管路32(导向再冷却器r)。另一阀v2被布置在再循环管路31中，用于打开和关闭该管路。进料管路32分岔成中央进料管路和两个辅助管路，在每个管路中设置有三通阀v1。中心进料管路又分岔成两个支路，第一支路连接至左手侧换热器的第一连接件1a，第二支路连接至右手侧换热器的第一连接件1a。辅助管路导向左手侧换热器和右手侧换热器的第二连接件2a，如图7b中可见。因此进料管路32经由三通阀v1连接至换热器装置的下部连接件1a和2a。连接至换热器装置的(上部)第三连接件3的是导向管路9并且连接至管路9的排放管路33。
76.图8展示了图7的冷却系统中的换热器装置的各种运行模式。当处于温热状态时，流体被示出为虚(dashed)线，当处于冷状态时，流体被示出为实线。当该线是点状(dotted)线时，没有流体流动。
77.图8a示出了来自图7的冷却系统处于再冷却模式。关闭阀v2和阀v4，使得管路30和管路31关闭。阀v3打开，使得由热源q加热的流体可经过管路29和管路32流动到再冷却器r。三通阀v1是关闭的，使得流体可以在各自情况下从管路32流动到两个多程换热器的第一分配器1(入口分配器)的第一连接件1a并且由此进入该换热器装置。一旦流体已经多次经过再冷却器r的多程换热器，被冷却的流体在第三连接件3处离开再冷却器r并且流过与第三连接件3连接的管路33到达管路9，并且进而进入箱b，被冷却的流体被储存在该箱b中。
78.在图8b所示的排空模式下，打开阀v2和阀v4，并且关闭阀v3。三通阀v1以如下方式被连接：流体能够从下部连接件1a、2a(第一连接件和第二连接件)流入与这些连接件连接的流体管路9、进而直接流入箱体b。在再冷却器r的排空期间，当阀v4打开时，由热源q加热的流体经由支路管路30返回到箱b，而不被引导经过再冷却器r。
79.在图8c所示的填充模式下，关闭阀v2和阀v4，并且打开阀v3。三通阀v1以如下方式被致动：由热源q加热的流体经由管路29和32被引导至多程换热器的下部连接件1a、2a(第
一连接件和第二连接件)，流体在该处进入再冷却器r。一旦再冷却器r的换热器完全充满，再冷却器就切换到再冷却模式(图8a)。
80.图9示出了冷却系统的示例性实施例，其中根据本发明的两个换热器装置可用作并联或串联的再冷却器r1、r2。例如，两个再冷却器r1、r2可同时串联或并联使用，以冷却用作冷却系统中的传热介质的流体。当同时使用两个再冷却器r1、r2时，实现冷却系统的最大冷却性能。如果需要较低的冷却性能来充分冷却流体，则两个再冷却器r1或r2中的一个再冷却器可通过冷却系统的控制设备s来被关闭。
81.在并联运行中，其中两个再冷却器r1、r2同时运行以冷却流体，关闭阀v2和阀v4且打开阀v3，使得在每种情况下由热源q加热的流体可经过第一连接件1a被引导到两个再冷却器r1、r2中。在每种情况下在再冷却器r1、r2中冷却的流体在第三连接件3处离开再冷却器r1、r2，并且经过与第三连接件2a连接的流体管路9流入箱b中(如图9所示)。
82.当图9的冷却系统处于图10a中所示的运行模式时，关闭阀v3和阀v4，并且打开阀v2。因此，仅第二再冷却器r2以再冷却模式运行。第一再冷却器r1处于待机模式，其中没有流体被引导经过第一再冷却器r1的管道。
83.在图10b所示的运行模式下，打开阀v3并且关闭阀v2和阀v4，第二再冷却器r2以再冷却模式运行，其中由热源q加热的流体经由第一连接件1a被引入第二再冷却器r2的换热器中，在此处流体被冷却，并且最终经由与第三连接件3连接的流体管路9经过第二连接件2a被引导出第二再冷却器r2，并被引导到箱b中。同时，第一再冷却器r1以填充模式运行，其中流体同时经由换热器的第一连接件1a和第二连接件2a被引入第一再冷却器r1的所有管道5中，以便用流体完全填充再冷却器r1。
84.为了以多种运行模式控制根据本发明的换热器装置，恰当地使用了多个传感器s1、s2，通过这些传感器可以检测环境参数(诸如外部温度(t
u
)和/或风速(v)等)并且将其转发至控制设备s以备处理。除了环境参数之外，流体在其进入换热器装置时的输入温度(t
in
)、分流分配器4、6中的流体的温度以及流体在其进入入口分配器1时的压力或流速借助于另外的传感器t1、t2、p来恰当地检测。
85.控制设备(在图7a的冷却系统的图中用附图标记s表示)耦接到阀v、v1、v2、v3、v4，以便控制它们。由传感器s1、s2、t1、t2、p检测到的测量值被转发至该控制设备，并且该控制设备基于所检测到的测量值来计算流体在离开换热器装置时的输出温度(t
out
)。当该换热器装置被排空时，在计算输出温度(t
out
)的值中，换热器装置的参数(具体地，其热输出、换热器的尺寸、流体通过管的次数、用作传热介质的流体以及流体经过管道的体积流速)被考虑在内，以便确定该流体的(最大)冷却。该控制设备以如下方式控制该换热器装置的阀：只要所计算出的输出温度(t
out
)大于或等于预定极限值(t
min
)就以再冷却模式运行该换热器装置。一旦所计算出的输出温度(t
out
)下降到低于极限值(即，当t
out
＜t
min
时)，换热器装置就被切换到排空模式。例如，这通过电动地或气动地致动阀v、v1、v2、v3和v4来完成。
86.恰当地，预定极限值(t
min
)是高于用作传热介质的流体的冰点(即，对于水高于0℃)的值δ，其中，值δ表示距冰点的安全裕度。
87.因此，即使在快速排空的情况下，也确保如果存在结霜的风险，流体不会冻结。优选地，值δ(并且因此当使用水作为传热介质时极限值t
min
＝0℃ δ)是在1℃与7℃之间。
88.一旦换热器装置已经被完全排空，它就处于待机模式下，其中，换热器未填充有流
体。在待机模式下，通过基于所检测的环境参数计算预测输出温度(t
out
)并且将其与极限值进行比较来监测结霜的风险是否已经过去或正在进行。一旦计算出的输出温度(t
out
)大于或等于预定的极限值(t
min
)，控制设备就将换热器装置从待机模式切换到填充模式。一旦换热器装置完全充满，它就被切换到再冷却模式并且以该模式运行，直到计算出的输出温度(t
out
)低于极限值。
89.在图9的示例性实施例中，包括多个换热器的换热器装置由控制设备以如下方式致动：单独的多程换热器可以彼此独立地以各种运行模式运行。在这种情况下，控制设备根据所检测到的环境参数和/或所检测到的流体的输入温度(t
in
)来控制以再冷却模式运行的换热器的数量，以便能够提供所需的冷却性能。恰当地，无论以再冷却模式运行的换热器的数量如何，每单位时间内经过换热器装置引导的流体体积保持相同。在该过程中，控制设备监测在换热器装置中冷却并且存储在箱中的流体温度是否在最小温度与最大温度之间的优选温度范围内。例如，储存在箱b中的流体的优选温度范围可以是在15℃与22℃之间。