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Regelverfahren zum Abändern der Wärmeleistung von Wärmeaustauschern
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-Kreu2 ; stromschaltung Wesen geeignet, die Wärmeleistung des Wärmeaustauschers zwischen beliebigen Grenzen zu ändern. Bei einem wirtschaftlichen Aufbau von Wärmeaustauschern wird aber die Zahl der ausschaltbaren Teile aufs
Minimum beschränkt. Jeder einzeln ausschaltbare Teil des Wärmeaustauschers fordert nämlich eine hohe
Anzahl an kostspieligen Armaturen, so dass eine übermässig hohe Anzahl von Wärmeaustauschertei - len eine wesentliche Zunahme der Anlagekosten mit sich bringt.
Abgesehen von derartigen Kostenüber- schüssen erhöht das erwähnte Regelverfahren in unnötiger Weise die Zahl der Füllungen, die als heikle
Massnahmen unerwünscht sind. Wenn nämlich bei einer Entleerung in einem der Kühlwassergänge des 'Wärmeaustauschers Luft verbleibt, verhindert sie im Laufe einer nachfolgenden Füllung die Einsetzung der. Umwälzung des Kühlwassers, wodurch dann im betreffenden Teil des Wärmeaustauschers das Kühl- wasser einfriert.
Aber auch bei gleichzeitiger Verwendung der beiden erwähnten Regelverfahren besteht keine Mög- lichkeit, die Temperatur des aus dem Wärmeaustauscher austretenden Kühlwassers bei beliebigen Dampf- mengen, die kondensiert werden sollen, und bei beliebigen Aussenlufttemperaturen auf einen tatsäch- lich erforderlichen optimalen Wert einzustellen.
Die Erfindung bezweckt vor allem die Schaffung einer Einrichtung zum Regeln der Wärmeleistung von Wärmeaustauschern, wobei die Regeleinrichtung ermöglicht, dass die Kühlwassertemperatur nach dem Wärmeaustauscher jeweils dem gewünschten optimalen Wert entspricht.
Das erfindungsgemässe Verfahren geht davon aus, dass doppelwegige oder zweigängige Wärmeaus- tauscher sowohl in Gegenstrom-Kreuzstromschaltung, wie auch in Gleichstrom-Kreuzstromschaltung be- trieben werden können.
Wie bekannt, werden in Luftkondensationsanlagen verwendete Wärmeaustauscher aus einer Anzahl von Wärmeaustauscherelementen aufgebaut, deren jedem das Kühlwasser von unten zugeführt und über eine Gruppe von parallelen Rippenrohren aufwärts zum oberen Teil des Wärmeaustauscherelementes ge- leitet wird. Hier wird das Kühlwasser in einer Umkehrkammer nach unten gelenkt, so dass es durch eine zweite Gruppe von Rohren in den unteren Teil des Wärmeaustauschers abwärtsströmt, um von hier über einen Auslassstutzen zu entweichen. In beiden Gruppen von Rohren, d. h. bei beiden Wärmeaustauscher- abschnitten findet eine Kreuzströmung der Luft statt.
Bei Wärmeaustauscherelementen dieser Art handelt es sich um eine Gleichstrom-Kreuzstromschaltung, wenn das zugeführte Kühlwasser in der ersten Gruppe von Kühlwasserrohren oder im ersten Abschnitt des Wärmeaustauschers mit frischer Aussenluft in Berührung gelangt, während in der zweiten Gruppe bzw. im zweiten Abschnitt das bereits abgekühlte Kühlwasser und die erwärmte Luft miteinander in Wärmeaustausch in Kreusströmung treten (Fig. 1).
Eine Gegenstrom-Kreuzstromschaltung besteht dagegen in einer Anordnung, bei welcher das dem Wärmeaustauscherelement zugeführte Kühlwasser zunächst mit in der zweiten Rohrgruppe oder im zweiten Abschnitt des Wärmeaustauschers bereits erwärmten Luft in Berührung gelangt, während die Berührung mit frischer Luft im ersten Wärmeaustauscherabschnitt bzw. in der ersten Rohrgruppe stattfindet (Fig. 2).
Es ist ferner bekannt, dass die Wärmeleistung von Wärmeaustauschern bei Gleichstrom-Kreuzstromschaltung, unter übrigens gleichen Verhältnissen, geringer ist als in Gegenstrom-Kreuzstromschaltung.
Diese Vielseitigkeit der möglichen Wärmeaustausche bei in Luftkondensationssystemen verwendeten Wärmeaustauschern, bietet eine weitere Möglichkeit für die Regelung der Wärmeleistung. Ausser den beiden erwähnten Verfahren zum Regeln der Wärmeleistung kann nämlich auch eine gänzliche oder teilweise Umschaltung des Wärmeaustauschers von Gegenatrom-Kreuzstromschaltung auf Gleichstrom-Kreuz- stromschaltung vorgenommen werden.
Die Wärmeaustauscherelemente müssen dabei derart gebaut werden, dass bei Stockung oder Ausbleiben der Umwälzung das Kühlwasser unverzüglich abgelassen wird. Wenn nämlich die Umwälzung des Kühlwassers in den Wärmeaustauschern z. B. wegen Stillsetzen der Umwälzpumpe aufhört, wobei die Temperatur der kühlenden-Aussenluft zufälligerweise unter dem Gefrierpunkt liegt, erfolgt ein rasches Einfrieren des Kühlwassers in den Wärmeaustauscherrohren, wodurch die Wärmeaustauscher zerstört wer- den : Es ist deshalb wichtig, das Kühlwasser selbsttätig unverzüglich abzuführen, wenn, die Umwälzpumpe des Kühlsystems stillgesetzt wird.
Die für die erwähnte Umschaltung vorgesehenen Organe dürfen natürlich die selbsttätige Entleerung des betreffenden Wärmeaustauscherelementes und der diesem zugeordneten Rohre nicht hindern.
An die Wärmeaustauscher von Luftkondensationsanlagen wird ferner die Forderung gestellt, dass der Kühlwasserdruck im System den atmosphärischen Druck überall überragt, da dies die einzige Möglichkeit bietet zu verhindern, dass Luft an allfällig fehlerhaften Stellen des Wärmeaustauschers in diesen eindringt. Auch werden derartige Stellen durch Herausquellen des Kühlwassers unverzüglich angezeigt.
Die Erfindung bezweckt somit auch eine Ausbildung der Umschaltvorrichtung, die verhindert, dass der
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Druck des Kühlwassers an irgendeiner Stelle des Wärmeaustauschers unter den atmosphärischen Druck sinkt.
Schliesslich besteht die Forderung, dass bei Wärmeaustauschern der beschriebenen Art die Umschal- tungen schnell durchgeführt werden können, damit die Umwälzung des Kühlwassers nur auf eine kurze
Zeitdauer von höchstens ein bis zwei Minuten aufgehoben wird.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert, deren Fig. 3 ein Aus- führungsbeispiel des von Gegenstrom-Kreuzstromschaltung auf Gleichstrom-Kreuzstromschaltung und um- gekehrt umschaltbaren erfindungsgemässen Wärmeaustauschers darstellt, während in den Fig. 1 und 2 das bereits erläuterte Prinzip dieser Schaltungen gezeigt ist.
Fig. 3 zeigt ein Wärmeaustauscherelement für Luftkondensationssysteme. Wie oben erwähnt, besteht das Wärmeaustauscherelement aus zwei Gruppen von Rohren oder Abschnitten 13 und 14, die zum Ab- kühlen von Kühlwasser dienen, wobei das Kühlwasser über eine Vorlaufleitung 2 zugeführt und über eine
Rücklaufleitung 3 in einen nicht dargestellten Mischkondensator gespeist wird. Das Abkühlen des Kühl- wassers wird durch die Aussenluft bewerkstelligt, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel in der Rich- tung eines mit 1 bezeichneten Pfeiles strömt. Der obere Teil des dargestellten Wärmeaustauscherele- mentes besteht aus einer Umkehrkammer 5, während am unteren Teil des Wärmeaustauscherelementes ein Einlassstutzen 4 bzw. ein Auslassstutzen 6 für die Zuführung bzw. Entweichung des Kühlwassers vorge- sehen sind.
Wird das Wärmeaustauscherelement in Gegenstrom-Kreuzstromschaltung betrieben, so strömt das Kühlwasser aus der Vorlaufleitung 2 durch den Auslassstutzen 6 und den Abschnitt 14 des Wärmeaus- tauscherelementes hindurch in die Umkehrkammer 5, aus welcher es in der Richtung eines mit 11 be- zeichneten Pfeiles in den Wärmeaustauscherabschnitt 13 gelangt. Aus diesem entweicht das Kühlwasser über den Einlassstutzen 4 hindurch in die Rücklaufleitung 3.
Bei Gleichstrom-Kreuzstromschaltung fliesst das Kühlwasser aus der Vorlaufleitung 2 über den Stut- zen 4 und den Abschnitt 13 hindurch in Richtung eines mit 12 bezeichneten Pfeiles in die Umkehrkam- mer 5, aus welcher es über den Abschnitt 14, den Stutzen 6 und die Rücklaufleitung 3 entweicht.
Wie aus der Zeichnung hervorgeht, sind beide Stutzen 4 und 6 an beide Leitungen 2 bzw. 3 ange- schlossen, wobei zu diesem Zweck verschiedene Abschlussorgane, wie Ventile oder Schieber vorgesehen sind. Der Stutzen 4 ist an die Rohrleitungen 2 bzw. 3 über Ventile 7 bzw. 8 angeschlossen, während der Stutzen 6 mit den beiden Leitungen 2 bzw. 3 über Ventile 10 bzw. 9 verbunden ist.
Das aus dem Wärmeaustauscherelement abgeführte Wasser wird in einem'Behälter 15 gespeichert, der vor den Ventilen 8 bzw. 10 über Rohrleitungen 16 bzw. 17 an die Leitungen 2 und 3 des Kühlwassers angeschlossen ist. Die Rohrleitungen 16 bzw. 17 enthalten Ventile 18 bzw. 19.
Die Umschaltung der beschriebenen Einrichtung von Gegenstrom-Kreuzstromschaltungauf Gleich- strom-Kreuzstromschaltung findet in der folgenden Weise statt :
Wie erwähnt, wird das Kühlwasser bei Gegenstrom-Kreuzstromschaltung über das Ventil 10 und den Stutzen 6 dem Wärmeaustauscherelement zugeführt, aus welchem es über den Stutzen 4 und das Ventil 7 entweicht, da sowohl die Ventile 8 und 9. wie auch die Ventile 18 und 19 geschlossen sind. Zwecks Umschaltung muss zunächst das Ventil 7 geschlossen werden, um sodann das Ventil 8 öffnen zu können. Bei dieser Reihenfolge der Ventilbetätigung wird verhindert, dass der im Wärmeaustauscherelement herrschende Betriebsdruck während der Umschaltung unter den normalen Wert sinkt. Nun wird das Ventil 10 geschlossen und schliesslich das Ventil 9 geöffnet. Dies bedeutet, dass die Umschaltung durchgeführt ist.
Nun fliesst das Kühlwasser aus der Vorlaufleitung 2 über das Ventil 8 und den Stutzen 4 zunächst dem Wärmeaustauscherabschnitt 13 zu und dann fliesst es in den Wärmeaustauscherabschnitt 14, aus welchem das Kühlwasser über den Stutzen 6 und das Ventil 9 in die Rücklaufleitung 3 gelangt. Jetzt sind sowohl die Ventile 7 und 10 wie auch die Ventile 18 und 19 geschlossen.
Bei Umschaltung von Gleichstrom-Kreuzstromschaltung auf Gegenstrom-Kreuzstromschaltung, d. h. von einer geringeren Wärmeleistung auf eine höhere Wärmeleistung, werden zunächst das Ventil 9 geschlossen und das Ventil 10 geöffnet, sodann das Ventil 8 geschlossen und nachher das Ventil 7 geöffnet.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem sowohl die aus den Ventilen 7,8, 9 und 10 bestehende wie auch die die Ventile 15,16, 17,18 und 19 enthaltende Gruppe zur Betätigung einer Anzahl von Wärmeaustauscherelementen verwendet werden, die über Rohrleitungen 22 und 23 zueinander parallelgeschaltet sind. Die Stutzen 4 der einzelnen Wärmeaustauscherelemente sind dabei mit der Rohrleitung 22 und die Stutzen 6 mit der Rohrleitung 23 verbunden. Die Organe, die zum Umschalten der Gruppen bzw. zum Abführen des Kühlwassers dienen, sind ebenfalls mit den Rohrleitungen 22 und 23 verbunden.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel werden beim Umschalten mittels der Gruppe von Ventilen 7,8, 9 und 10 in der in Verbindung mit der Fig. 3 beschriebenen Weise alle Wärmeaus-
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tauscherelemente, die an die Rohrleitungen 22 und 23 angeschlossen sind, von einer Betriebsart auf die andere umgeschaltet.
Für den Fachmann ist es klar, das der erfindungsgemässe Wärmeaustauscher in der beschriebenen Weise mittels elektrischer, hydraulischer, pneumatischer oder mechanischer Organe von der einen Betriebsart auf die andere umgeschaltet werden kann, wie dies z. B. in Fig. 5 dargestellt ist.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Regelverfahren zum Abändern der Wärmeleistung von Wärmeaustauschern in Gegenstrom-Kreuzstromschaltung, wobei der Wärmeaustauscher von Gegenstrom-Kreuzstromschaltung auf GleichstromKreuzstromschaltung umgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass während der Umschaltung an der höchsten geodätischen Stelle des Wärmeaustauschers ein Druck aufrechterhalten wird, der nicht geringer ist als der an dieser Stelle herrschende Betriebsdruck, wobei bei Umschaltung des Wärmeaustauschers von Gegenstrom-Kreuzstrom auf Gleichstrom-Kreuzstrom zunächst ein geöffnetes Verschlussorgan in einer Rücklaufleitung geschlossen, dann ein geschlossenes Verschlussorgan in einer Vorlaufleitung bei einem Stutzen des Wärmeaustauschers geöffnet,
sodann ein geöffnetes Verschlussorgan in der Vorlaufleitung des Kühlwassers bei einem andern Stutzen des Wärmeaustauschers geschlossen und durch Öffnen eines Ver-
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