CH693043A5 - Einrichtung zur Erhöhung der Kühlleistung eines Wärmetauschers. - Google Patents

Description

  



  Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erhöhung der Kühlleistung eines Wärmetauschers mit einer Sprühvorrichtung zum intermittierenden Aufbringen von Flüssigkeit auf die Oberfläche des Wärmetauschers. 



  Wärmetauscher sind heute als Lamellen- und Plattenwärmetauscher weit verbreitet und dienen ganz allgemein dazu, zwischen zwei einander nicht direkt kontaktierenden und verschiedene Temperaturen aufweisenden Medien einen gewissen Temperaturausgleich herbeizuführen. In der Verfahrenstechnik für Kühlzwecke kommen Luft/Wasser- und Luft/Luft-Wärmetauscher zur Anwendung, wobei der herkömmliche Wärmeaustausch-Prozess, nämlich Wasser oder eine Flüssigkeit (beispielsweise Wasser/Glykolgemisch, \l, und dergleichen) oder Luft (Aussenluft oder Umluft von technischen Anlagen) mithilfe von Umgebungsluft oder Abluft von lufttechnischen Anlagen abzukühlen, eingesetzt wird. Bei diesem Kühlprozess kann aus physikalisch bedingten Gründen das zu kühlende Medium niemals unter das Temperatur-Niveau des zur Verfügung stehenden Kühlmediums abgekühlt werden. 



  Durch die Erfindung soll nun dieser Wärmeaustausch-Prozess mithilfe der Verdunstungsenergie der auf die Oberfläche des Wärmetauschers gesprühten Flüssigkeit so verbessert werden, dass einerseits eine zwei- bis vierfache Erhöhung der Kühlleistung erreicht und andererseits die Austrittstemperatur des zu kühlenden Mediums wesentlich unter das Temperatur-Niveau des zur Verfügung stehenden Kühlmediums abgekühlt wird. Ausserdem soll die Sprühvorrichtung zum Aufbringen von Flüssigkeit auf die Oberfläche des Wärmetauschers in der Herstellung möglichst kostengünstig und im Betrieb möglichst zuverlässig, wartungsarm und billig sein. 



  Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Sprühvorrichtung durch eine Mehrzahl stationärer, gegenseitig beabstandeter und individuell steuerbarer Düsen gebildet ist. 



  Eine erste bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen so angeordnet sind, dass die zu besprühende Wärmetauscherfläche in Sprühbereiche aufgeteilt und dass jedem dieser Sprühbereiche eine Sprühdüse zugeordnet ist. Vorzugsweise liegen die Sprühbereiche dicht nebeneinander und berühren oder überlappen sich. 



  Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass den Düsen ein Modular-Magnetventil-System zugeordnet ist. 



  Die erfindungsgemässe Einrichtung hat den Vorteil, dass die stationär angeordneten Düsen verglichen mit einer mobilen Düsenanordnung wesentlich billiger herzustellen sind. Ausserdem ist die Einrichtung wegen des Wegfalls beweglicher Teile ausserordentlich zuverlässig und wartungsarm. Das Modular-Magnetventil-System ermöglicht eine äusserst exakte Regelung der Sprühdauer und der Sprühfrequenz pro Sprühbereich und die Sprühwassermenge ist sehr genau dosierbar. 



  Im Folgenden wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert; es zeigt: 
 
   Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Lamellen-Wärmetauschers mit einer erfindungsgemässen Sprühvorrichtung; und 
   Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Platten-Wärmetauschers mit einer erfindungsgemässen Sprühvorrichtung. 
 



  Fig. 1 zeigt einen Lamellen-Wärmetauscher 4, der in bekannter Weise aus einer grossen Anzahl von parallelen Lamellen und diesen durchstossenden Rohren 8 besteht, wobei die Rohre 8 einen das Lamellenpaket mehrfach durchstossenden Förderkanal für ein abzukühlendes Medium, beispielsweise Wasser, bilden. Zur Abkühlung des Wassers ist der Wärmetauscher 4 von strömender Luft, vorzugsweise von Umgebungs- oder Aussenluft durchsetzt. Darstellungsgemäss nimmt das Lamellenpaket eine horizontale Lage ein, wobei die einzelnen Lamellen vertikal angeordnet sind. Die Luft durchströmt das Lamellenpaket unter der Wirkung eines die Umgebungs- oder Aussenluft ansaugenden Ventilators 5 in Richtung des Pfeiles A in vertikaler Richtung von unten nach oben und strömt dabei durch die Zwischenräume zwischen den einzelnen Lamellen. 



  An der Luftaustrittsseite des Wärmetauschers 4 sind Sprühdüsen 7 angeordnet, welche gegen die Luftrichtung A eine Sprühflüssigkeit, vorzugsweise Wasser, auf die Lamellen des Wärmetauschers 4 sprühen. Dabei verdunstet das Sprühwasser und die dafür erforderliche Energie wird beinahe ausschliesslich dem Wasserkreislauf in den Rohren 8 entzogen. Wie sich anhand theoretischer Überlegungen zeigen lässt, ist es nicht sinnvoll, dem Wärmetauscher 4 mehr Sprühflüssigkeit zuzuführen als verdunstet werden kann, weil sich dadurch die Verdunstungsmenge nicht erhöht und auch die Kühlleistung nicht weiter ansteigt. Ausserdem würde überschüssige Sprühflüssigkeit an den Lamellenoberflächen Tropfen bilden und den luftseitigen Widerstand durch die Lamellenzwischenräume vergrössern, was zu einer unerwünschten Erhöhung des Luftwiderstandes führen würde. 



  Damit eine optimale Verdunstung stattfinden kann, muss sowohl die Dosierung der Sprühflüssigkeit als auch der aktive Bereich des Wärmetauschers 4 so gewählt werden, dass die aufgebrachte Flüssigkeit die freiwerdende Verdunstungsenergie auf das zu kühlende Medium übertragen kann. Die vollständige Verdunstung benötigt eine minimale Zeitspanne, die vom Luftgemisch (Temperatur und Feuchte) und von der Temperaturdifferenz zwischen der Luft und dem abzukühlenden Medium abhängig ist. Aus diesem Grund muss das Sprühwasser so auf die Wärmetauscheroberfläche aufgesprüht werden, dass die betreffende Oberflächeneinheit erst dann wieder besprüht wird, wenn der Verdunstungsvorgang auf dieser Oberflächeneinheit abgeschlossen ist. 



  Zur praktischen Umsetzung dieser Forderung wird die zu besprühende Fläche des Wärmetauschers 4 in angenähert quadratische Sprühbereiche eingeteilt, und jedem Sprühbereich wird eine spezielle Sprühdüse 7 zugeordnet. Die Sprühbereiche sind dicht nebeneinander angeord net, vorzugsweise berühren sie sich oder überlappen sich geringfügig. Die Dosierung des Sprühwassers kann nach der Charakteristik der Sprühdüsen 7 durch Veränderung des Drucks in einem Bereich von vorzugsweise 1.0 bis 5.0 bar angepasst werden. 



  Die einzelnen Sprühdüsen 7 werden über ein Modular-Magnetventil-System 3 mit Sprühwasser versorgt. Das Modular-Magnetventil-System 3, das an eine Zuleitung 6 für Sprühwasser angeschlossen ist und eine der Anzahl der Düsen 7 entsprechende Anzahl von Ausgängen aufweist, ist von einem Regler 2 gesteuert, welcher ausserdem mit dem Ventilator 5 und mit einem Temperaturfühler 1 für die Austrittstemperatur des Wassers aus dem Wärmetauscher 4 verbunden ist. Die einzelnen Magnetventile des Modular-Magnetventil-Systems 3 werden nach einem vorgegebenen Steuerprogramm geschaltet und die einzelnen Sprühbereiche werden entsprechend mit Sprühwasser besprüht. 



  Die Steuerung der Sprühdauer pro Sprühbereich und der Sprühfrequenz, also der Zeitabstände zwischen den einzelnen Sprühvorgängen, erfolgt durch den Regler 2, welcher die genannten Parameter an die Leistungsvorgaben anpasst und gleichzeitig über den Ventilator 5 die für den Verdunstungsvorgang erforderliche Luft über den Wärmetauscher 4 schickt. 



  Für die Reinigung und ständige Sauberhaltung der Oberfläche des Wärmetauschers 4 wird mit der beschriebenen Sprühvorrichtung unter Zugabe von speziellem Reinigungsmittel und Erhöhung des Düsendrucks der Wärmetauscher 4 periodisch gereinigt, wobei selbstverständlich keine Luftdurchströmung des Wärmetauschers erfolgt. Vorzugsweise sind beim Reinigungsvorgang jeweils immer alle Düsen 7 aktiv. Durch diese periodische Reinigung kann stets ein optimaler Wärmeübergang und gleichbleibende Kühlleistung garantiert werden. 



  In Fig. 2 ist ein Platten-Wärmetauscher 9 mit einer Sprühvorrichtung der anhand von Fig. 1 beschriebenen Art dargestellt. Dementsprechend sind gleiche Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, der Temperaturfühler mit 1, der Regler mit 2, das Modular-Magnetventil-System mit 3, die Zuleitung für das Sprühwasser mit 6 und die Sprühdüsen mit 7. Die zu dem Lamellen-Wärmetauscher 4 von Fig. 1 gemachten Ausführungen über die Sprühvorrichtung gelten mutatis mutandis auch für den in Fig. 2 dargestellten Platten-Wärmetauscher 9. Charakteristisch und zwingend für den Platten-Wärmetauscher 9 sind die diagonalen Luftführungen. Die Luft für den Verdunstungsvorgang muss von oben diagonal nach unten geführt sein, darstellungsgemäss von rechts oben (Abluft) nach links unten (Fortluft).

   Die Sprühdüsen 7 sind an der Lufteintrittsfläche des Wärmetauschers angeordnet und versprühen das Sprühwasser in der Luftrichtung. 



  Die zu kühlende Luft wird ebenfalls diagonal von oben nach unten geführt, darstellungsgemäss von links oben (Aussenluft) nach rechts unten (Zuluft). Die Führung der zu kühlenden Luft kann aber auch in umgekehrter Richtung erfolgen, also diagonal von unten nach oben. Der Temperaturfühler 1 misst die Temperatur der gekühlten Luft.

Claims (8)

1. Einrichtung zur Erhöhung der Kühlleistung eines Wärmetauschers mit einer Sprühvorrichtung zum intermittierenden Aufbringen von Flüssigkeit auf die Oberfläche des Wärmetauschers, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühvorrichtung durch eine Mehrzahl stationärer, gegenseitig beabstandeter und individuell steuerbarer Düsen (7) gebildet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (7) so angeordnet sind, dass die zu besprühende Oberfläche des Wärmetauschers in Sprühbereiche aufgeteilt und dass jedem dieser Sprühbereiche eine Sprühdüse (7) zugeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühbereiche dicht nebeneinander liegen und sich berühren oder überlappen.

4.

Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass den Düsen (7) ein Modular-Magnetventil-System (3) zugeordnet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Modular-Magnetventil-System (3) von einem Regler (2) gesteuert ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Besprühen jedes Sprühbereichs so gesteuert ist, dass der Sprühbereich erst nach Verdunstender aufgebrachten Flüssigkeit wieder besprüht wird.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anwendung der Sprühvorrichtung an einem Lamellen-Wärmetauscher (4) die Sprühdüsen (7) an der Austrittsseite der den Wärmetauscher durchströmenden Kühlluft angeordnet sind, sodass das Versprühen der Flüssigkeit gegen den Luftstrom erfolgt.

8.

Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anwendung der Sprühvorrichtung an einem Platten-Wärmetauscher (9) die Sprühdüsen (7) an der Eintrittsseite der den Wärmetauscher durchströmenden Kühlluft angeordnet sind, sodass das Versprühen der Flüssigkeit gleichgerichtet mit dem Luftstrom erfolgt.