DE10003804C1 - Kühlvorrichtung - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zum Kühlen einer durch ein Rohrleitungssystem geleiteten Flüssigkeit weist eine erste Rohrschlangenanordnung 1 auf, bei welcher an den Rohren 1' Lamellen 3 angeordnet sind. Die Lamellen 3 werden von einem von einem ersten Lüfter 4 erzeugten Luftstrom 4' umströmt. Eine zweite Rohrschlangenanordnung 2 ist vorhanden, welche mit der ersten Rohrschlangenanordnung 1 in Reihe geschaltet ist. Die Rohre 2' der zweiten Rohrschlangenanordnung 2 weisen keine Lamellen auf. Des weiteren ist eine Sprüheinrichtung 6 zur Besprühung der zweiten Rohrschlangenanordnung 2 mit Flüssigkeit sowie ein zweiter Lüfter 5 vorhanden, dessen Luftstrom 5' die Rohre 2' der zweiten Rohrschlagenanordnung 2 umströmt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 zum Kühlen einer durch ein Rohrleitungssystem geleiteten Flüssigkeit, mit einer ersten Rohrleitungsanord­ nung, bei welcher an den Rohren Lamellen angeordnet sind, und einem ersten Lüf­ ter, dessen Luftstrom die Lamellen umströmt.

Eine derartige Kühlvorrichtung ist dem Stand der Technik unter dem Namen "Trockenkühlsystem" hinlänglich bekannt.

Wenngleich das bekannte "Trockenkühlsystem" auch gute Ergebnisse liefert, so kann es jedoch nur bei relativ geringen Außentemperaturen verwendet werden. Übersteigt die Außentemperatur einen bestimmten Temperaturwert, so läßt sich mit dem "Trockenkühlsystem" eine Kühlung der durch die Rohrschlangenanordnung gleiteten Flüssigkeit nicht mehr im gewünschten Umfang vornehmen.

Es sind daher sogenannte "Naßkühlsysteme" entwickelt worden, bei welchen eine Rohrschlangenanordnung, bei welcher die Rohre keine oberflächenvergrößernde Elemente aufweisen, mit Wasser besprüht wird. Durch die Verdunstungskälte des Wassers kann auch bei höheren Außentemperaturen eine wirksame Kühlung der durch die Rohrschlangenanordnungen geleiteten Flüssigkeit erreicht werden. Zur Erhöhung der Kühlleistung ist es des weiteren bekannt, einen Lüfter vorzusehen, dessen Luftstrom die Rohre des Rohrschlangensystems umströmt.

Darüber hinaus ist aus der DE 42 15 898 C2 eine Kühlvorrichtung bekannt, welche eine Kombination aus einer Naß- und Trockenkühlung darstellt. Bei der bekannten Kühlvorrichtung ist ein Trockenkühlsystem dahingehend modifiziert, daß die mit La­ mellen versehenen Rohre der Rohrschlangenanordnung mit Wasser besprüht wer­ den. Hierfür ist oberhalb der Rohrschlangenanordnung eine Sprüheinrichtung ange­ ordnet, mittels welcher bei Überschreitung einer vorbestimmten Temperatur der Um­ gebungsluft die mit Lamellen versehenen Rohre des Rohrleitungssystems mit Was­ ser besprüht werden.

Das Besprühen eines Trockenkühlsystems mit Wasser birgt jedoch die Gefahr in sich, daß die Lamellen verkalken, wodurch sich die Zwischenräume zwischen den Lamellen verringern. Durch die verringerten Zwischenräume zwischen den Lamellen wird die Kühlleistung des Kühlsystems sehr stark beeinträchtigt, so daß die Verringe­ rung der Zwischenräume sehr nachteilig ist. Im ungünstigsten Fall können sich die Zwischenräume zwischen den Lamellen vollständig zusetzen, wobei dies nicht nur aufgrund von Kalkablagerungen geschehen kann, sondern auch aufgrund von Schmutzpartikeln im Berieselungswasser oder in der Luft. Es wird daher bei derarti­ gen Kühlvorrichtungen zur Berieselung Osmosewasser verwendet.

Des weiteren ist aus der DE 42 15 898 C2 eine Kühlvorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Kühlen von Flüssigkeit in einem geschlossenen Primärkreis­ lauf bekannt, bei welcher einer einen Wärmetauscher durchströmende Flüssigkeit eines Primärkreislaufes mittels den Wärmetauscher umströmender Umgebungsluft Wärme entzogen wird. Des weiteren wird der den Wärmetauscher umströmende Umgebungsluftstrom vor und hinter dem Wärmetauscher durch ein Fluid befeuchtet. Bei tiefen Umgebungslufttemperaturen erfolgt die Wärmeabgabe der zu behandeln­ den Flüssigkeit durch Trockenkühlung, wobei bei steigenden Umgebungslufttempe­ raturen der Trockenkühlung eine Luftbefeuchtung vorgeschoben wird, indem vor dem Wärmetauscher von einem Sekundärkreislauf die Luft befeuchtet wird. Bei noch höheren Umgebungsluftemperaturen wird der Trockenkühlung mit Luftbefeuchtung eine Naßkühlung überlagert, indem Berieselungswasser des Sekundärkreislaufes über die Wärmetauscheroberfläche rieselt und Frischluft in den Gegenstrom einge­ blasen wird.

Darüber hinaus ist aus der DE 197 09 176 A1 ein Lamellenwärmetauscher zur Ab­ kühlung von gasförmigen Medien mit einer Temperatur von über null Grad Celsius bekannt, welcher ein Kernrohr für das Kühlmedium aufweist, auf welchem Lamellen aufgebracht sind, die mit dem Kernrohr zur Wärmeleitung in metallischem Kontakt stehen. Der Lamellenwärmetauscher besteht aus zwei gleich großen parallel ge­ schalteten und abwechselnd arbeitenden Teilwärmetauscher.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine eingangs genannte Kühlvorrichtung derart auszu­ bilden, daß sie bei hoher Kühlleistung eine größere Zuverlässigkeit hat.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteil­ hafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß der Erfindung ist eine zweite Rohrschlangenanordnung vorhanden, welche mit der ersten Rohrschlangenanordnung in Reihe geschaltet ist, und bei welcher an den Rohren keine Lamellen angeordnet sind, sowie eine Sprüheinrichtung zur Be­ sprühung der zweiten Rohrschlangenanordnung mit Flüssigkeit vorhanden als auch ein zweiter Lüfter, dessen Luftstrom die Rohre der zweiten Rohrschlangenanordnung umströmt.

Durch die erfindungsgemäße Reihenschaltung des aus der ersten Rohrschlan­ genanordnung gebildeten Trockensystems mit dem aus der zweiten Rohrschlan­ genanordnung gebildeten Naßsystems wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß die Kühlleistung eines Naßsystems erreichbar ist, ohne daß das Trockensystem entge­ gen seiner eigentlichen Bestimmung mit Wasser besprüht wird. Bei der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung werden beide Rohrschlangenanordnungen entsprechend ihrer eigentlichen Bestimmung verwendet. Hierdurch wird vermieden, daß Nachteile auf­ treten, wie sie bei einer Besprühung eines Trockensystems mit Wasser auftreten können. Dies wirkt sich sehr vorteilhaft auf die Zuverlässigkeit der Vorrichtung aus.

Das Trockensystem ist von dem Naßsystem durch eine Wand getrennt, wodurch vermieden wird, daß das Trockensystem mit dem Sprühwasser des Naßsystems in Berührung kommt. Durch die Verwendung eines nicht mit Wasser besprühten Troc­ kensystems und eines davon unabhängigen Naßsystems erhöht sich in besonders vorteilhafter Weise die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems. Denn fällt beispielsweise das Trockensystem aus, kann immer noch das Naßsystem betrieben werden. Um­ gekehrt kann auch das Trockensystem allein betrieben werden, sollte das Naßsy­ stem ausfallen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Steuerung vorhanden ist, mittels welcher der erste Lüfter bei einer ersten vorbestimmten Temperatur und der zweite Lüfter bei einer zweiten vorbestimmten Temperatur eingeschaltet wird, und der erste Lüfter bei einer dritten vorbestimmten Temperatur ausgeschaltet wird. Hierdurch läßt sich die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung sehr energiesparend betreiben.

Denn, wenn es die Umstände erlauben, wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zu­ nächst als Trockensystem betrieben. Steigt die Temperatur der Umgebungsluft an, so daß die Kühlleistung des Trockensystems nicht mehr ausreicht, kann zusätzlich das Naßsystem in Betrieb genommen werden. Hierzu wird die Sprüheinrichtung so­ wie der zweite Lüfter in Betrieb genommen.

Steigt die Temperatur der Umgebungsluft auf einen Wert, daß das Trockensystem keinen Beitrag mehr zur Kühlung leistet, wird der erste Lüfter des Trockensystems abgeschaltet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird dann nur noch als Naßsystem betrieben. Durch die Abschaltung des ersten Lüfters des Trockensystems ergibt sich eine beachtliche Energieeinsparung.

Fällt die Außentemperatur wieder auf einen Wert, bei dem das Trockensystem Kühlleistung erbringen kann, kann der erste Lüfter wieder eingeschaltet und die Sprüheinrichtung sowie der zweite Lüfter wieder ausgeschaltet werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich somit in vorteilhafter Weise derart be­ treiben, daß die Kühlleistung stets optimiert ist. So können die Schaltpunkte des er­ sten Lüfters sowie die Schaltpunkte des zweiten Lüfters und/oder der Sprüheinrich­ tung je nach Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beziehungsweise nach den vor Ort herrschenden Umgebungsbedingungen individuell bestimmt werden. Die Bestimmung der Schaltpunkte kann empirisch erfolgen, so daß die erfindungsgemä­ ße Vorrichtung jeweils an den Einsatzort angepaßt im optimalen Wirkungsgrad be­ trieben werden kann.

Da, wie sich herausgestellt hat, es häufig vorteilhaft ist, den ersten Lüfter bereits dann auszuschalten, wenn der zweite Lüfter eingeschaltet wird, ist bei einer weiteren besonderen Ausführungsform vorgesehen, daß mittels der Steuerung der erste Lüf­ ter bei einer ersten vorbestimmten Temperatur und der zweite Lüfter bei einer zwei­ ten vorbestimmten Temperatur eingeschaltet wird, und der erste Lüfter bei der zwei­ ten vorbestimmten Temperatur ausgeschaltet wird. Hierdurch vereinfacht sich der Steuerungsaufwand erheblich.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn wenigstens ein erster Temperaturfühler zur Fest­ stellung der Temperatur der zu kühlenden Flüssigkeit im Rohrleitungssystem ange­ ordnet ist. Ist der erste Temperaturfühler in der Zuleitung des Trockensystems ange­ ordnet, läßt sich mittels des ersten Temperaturfühlers das Trockensystem bezie­ hungsweise die gesamte erfindungsgemäße Vorrichtung ein- beziehungsweise aus­ schalten. Wird mittels des ersten Temperaturfühlers festgestellt, daß sich die Tempe­ ratur der zu kühlenden Flüssigkeit unterhalb eines vorbestimmten Wertes befindet, wird durch die Steuerung veranlaßt, daß das Trockensystem beziehungsweise die gesamte Vorrichtung nicht eingeschaltet ist, da die Temperatur der zu kühlenden Flüssigkeit nicht abgesenkt werden braucht.

Als sehr vorteilhaft hat sich erwiesen, einen zweiten Temperaturfühler am Ausgang des Trockensystems anzuordnen. Durch Vergleich der Temperatur der zu kühlenden Flüssigkeit am Eingang des Trockensystems mit der Temperatur am Ausgang des Trockensystems läßt sich feststellen, ob das Trockensystem noch Kühlleistung er­ bringt. Wird beispielsweise festgestellt, daß bedingt durch eine hohe Umgebungs­ lufttemperatur die Temperatur der zu kühlenden Flüssigkeit am Ausgang des Troc­ kensystems in etwa der Temperatur am Eingang des Trockensystems entspricht, kann das Trockensystem abgeschaltet werden, da es keinen Beitrag zur Kühlung der zu kühlenden Flüssigkeit bringt. Hierdurch ergibt sich eine deutliche Energieeinspa­ rung.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn am Ausgang des Naßsystems ein dritter Tempe­ raturfühler zur Feststellung der Temperatur der zu kühlenden Flüssigkeit im Rohrlei­ tungssystem angeordnet ist. Mittels des dritten Temperaturfühlers läßt sich auf einfa­ che Weise feststellen, ob die Gesamtkühlleistung der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung ausreicht oder erhöht werden muß. Ist die mittels des dritten Temperaturfühlers festgestellte Temperatur größer als ein vorgegebener Sollwert, muß die Kühlleistung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhöht werden. Denn die Temperatur der von der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgegebenen Flüssigkeit darf einen vom Pro­ zeß, welcher mittels der zu kühlenden Flüssigkeit gekühlt werden soll, bedingten Wert nicht übersteigen.

Bei einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung ist in vorteilhafter Weise vorgesehen, daß die Drehzahl des ersten Lüfters und/oder die Drehzahl des zweiten Lüfters steuerbar ist, wobei es sich als besonders vorteilhaft erwiesen hat, daß die Drehzahl des ersten Lüfters und/oder die Drehzahl des zweiten Lüfters mit zunehmender Temperatur der durch das Rohrleitungssystem geleiteten Flüssigkeit zunimmt.

Durch die Einstellung der Drehzahl des Lüfters beziehungsweise der Lüfter in Ab­ hängigkeit der Temperatur läßt sich eine weitere Energieeinsparung erzielen. Die Lüfter können stets mit einer solchen Drehzahl betrieben werden, daß die Kühlung mit maximalem Wirkungsgrad erfolgt. Es ist möglich, daß, sofern es die Begleitum­ stände für einen Betrieb der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung im optimalen Wir­ kungsgrad erfordern, der erste Lüfter ausgeschaltet ist und der zweite Lüfter mit ma­ ximaler Drehzahl betrieben wird, oder, sofern es vorteilhafter sein sollte, der erste Lüfter mit halber Maximaldrehzahl und der zweite Lüfter mit halber Maximaldrehzahl betrieben wird.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines besonderen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in schematischer Darstellung im Schnitt durch ein Trockenkühlsystem,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in schematischer Darstellung im Schnitt durch ein Naßkühlsystem, und

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in schematischer Darstellung in der Draufsicht im Schnitt.

Wie insbesondere Fig. 1 entnommen werden kann, weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung eine erste Rohrschlangenanordnung 1 auf, deren Rohre 1' Lamellen 3 aufweisen. Ein erster Lüfter 4 ist derart angeordnet, daß die Lamellen 3 von seinem Luftstrom 4' umströmt werden.

Des weiteren ist, wie insbesondere Fig. 2 entnommen werden kann, eine zweite Rohrschlangenanordnung 2 vorhanden, welche mit der ersten Rohrschlangenanord­ nung 1 in Reihe geschaltet ist. Die zweite Rohrschlangenanordnung 2 weist soge­ nannte Glattrohre 2' auf, das heißt, an den Rohren 2' sind keine oberflächenvergrößernde Elemente angeordnet. Des weiteren ist ein zweiter Lüfter 5 vorgesehen, wel­ cher so angeordnet ist, daß sich die Rohre 2' der zweiten Rohrschlangenanordnung 2 in seinem Luftstrom 5' befinden.

Oberhalb der zweiten Rohrschlangenanordnung 2 ist eine Sprüheinrichtung 6 ange­ ordnet, mittels welcher die zweite Rohrschlangenanordnung 2 mit einer Flüssigkeit wie beispielsweise Wasser besprüht werden kann. Hierzu ist eine Pumpe 6a vorge­ sehen.

Wie Fig. 3 entnommen werden kann, ist die zweite Rohrschlangenanordnung 2 von der ersten Rohrschlangenanordnung 1 durch eine Wand 7 getrennt. Hierdurch kommt das aus der ersten Rohrschlangenanordnung 1 gebildete Trockensystem nicht mit dem aus der zweiten Rohrschlangenanordnung 2 gebildeten Naßsystem in Berührung.

In der Zuleitung zum Trockensystem 1 ist ein erster Temperaturfühler 8 angeordnet. In der Verbindungsleitung des Trockensystems 1 mit dem Naßsystem 2 ist ein zwei­ ter Temperaturfühler 9 angeordnet. In der Ausgangsleitung des Naßsystems 2 ist ein dritter Temperaturfühler 10 angeordnet. Mittels der Temperaturfühler 8, 9, 10 wird jeweils die Temperatur der zu kühlenden Flüssigkeit festgestellt. Die Signale der Temperaturfühler 8, 9, 10 werden an eine nicht dargestellte Steuerung gegeben, mittels welcher die Lüfter 4, 5 ein- oder ausgeschaltet werden beziehungsweise die Drehzahl der Lüfter 4, 5 eingestellt wird, sowie die Pumpe 6a der Sprüheinrichtung 6 gesteuert wird.

Nachfolgend wird die Funktion der Vorrichtung am Beispiel einer Kühlung von in Pro­ zessen erwärmten Wassers beschrieben. Das Wasser durchströmt zuerst das durch die erste Rohrschlangenanordnung 1 gebildete Trockensystem. Hier wird das durch die Rohre 1' strömende, auf etwa 32 Grad Celsius erwärmte Kühlwasser, bei einer Außentemperatur von beispielsweise 17 Grad Celsius mittels des über die Oberflä­ che der Lamellen 3 streichenden Luftstroms 4' des ersten Lüfters 4 auf eine ge­ wünschte Temperatur von beispielsweise 27 Grad Celsius abgekühlt. Das abge­ kühlte Wasser durchströmt den aus der zweiten Rohrschlangenanordnung 2 gebil­ deten Glattrohrwärmetauscher, ohne die Temperatur zu verändern. Nach Austritt aus dem Glattrohrwärmetauscher wird es dem Prozeß wieder als Kühlwasser zugeführt.

Bei steigenden Außentemperaturen wird das erwärmte Wasser, wie zuvor beschrie­ ben, zunächst durch die erste Rohrschlangenanordnung 1 geleitet. Solange die Au­ ßentemperatur niedriger ist als die Wassertemperatur, erfährt es hierbei eine Vor­ kühlung. Nach Durchströmung der ersten Rohrschlangenanordnung 1 durchströmt das Wasser die zweite Rohrschlangenanordnung 2. Da wegen der erhöhten Außen­ temperatur die Sprüheinrichtung 6 und der zweite Lüfter 5 eingeschaltet wurden, wird dem Wasser in der zweiten Rohrschlangenanordnung 2 Wärme entzogen. Der durch die Drehzahl des zweiten Lüfters 5 einstellbare Wärmeentzug wird so groß gewählt, daß das Wasser auf die gewünschte Temperatur heruntergekühlt die zweite Rohr­ schlangenanordnung 2 verläßt, wodurch es auch bei erhöhten Außentemperaturen dem Prozeß wieder als Kühlwasser zugeführt werden kann.

Das Trockensystem wird solange zusätzlich mitbetrieben, solange die Temperatur der Umgebungsluft eine Abkühlung des Kreislaufwassers ermöglicht. Hierdurch wird das nachgeschaltete Glattrohrnaßsystem entlastet, da dann nur noch eine geringe Kühlleistung benötigt wird. Dies führt zur Reduzierung von Verdunstungsverlusten, was sich sehr vorteilhaft auf den Wasserverbrauch auswirkt. Das Trockensystem wird als reiner Trockenkühler betrieben und kommt nicht mit durch Versprühung er­ zeugter, mit Wasser gesättigter Luft in Berührung. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß bei bestimmten Umgebungsbedingungen die Nebelbildung, welche bei Sprühbetrieb des Glattrohrsystems hervorgerufen wird, auf ein Minimum reduziert wird, da die Abluft des Trockensystems sich mit der gesättigten Luft des Glattrohrsy­ stems vermischt.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Kühlen einer durch ein Rohrleitungssystem geleiteten Flüssigkeit, mit einer ersten Rohrschlangenanordnung (1), bei welcher an den Rohren (1') La­ mellen (3) angeordnet sind, und einem ersten Lüfter (4), dessen Luftstrom (4'), die Lamellen (3) umströmt, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Rohrschlangenanordnung (2) vorhanden ist, welche mit der ersten Rohrschlangenanordnung (1) in Reihe geschaltet ist, und bei welcher an den Rohren (2') keine Lamellen angeordnet sind, und eine Sprüheinrichtung (6) zur Besprühung der zweiten Rohrschlangenanordnung (2) mit Flüssigkeit, sowie ein zweiter Lüfter (5) vorhanden ist, dessen Luftstrom (5') die Rohre (2') der zweiten Rohrschlangenan­ ordnung (2) umströmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung vorhanden ist, mittels welcher der erste Lüfter (4) bei einer er­ sten vorbestimmten Temperatur und der zweite Lüfter (5) bei einer zweiten vorbe­ stimmten Temperatur eingeschaltet wird, und der erste Lüfter (4) bei einer dritten vorbestimmten Temperatur ausgeschaltet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung vorhanden ist, mittels welcher der erste Lüfter (4) bei einer er­ sten vorbestimmten Temperatur und der zweite Lüfter (5) bei einer zweiten vorbe­ stimmten Temperatur eingeschaltet wird und der erste Lüfter (4) bei der zweiten vor­ bestimmten Temperatur ausgeschaltet wird.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang der ersten Rohrschlangenanordnung (1) ein erster Temperaturfüh­ ler (8) angeordnet ist und/oder am Ausgang der ersten Rohrschlangenanordnung (1) ein zweiter Temperaturfühler (9) angeordnet ist und/oder am Ausgang der zweiten Rohrschlangenanordnung (2) ein dritter Temperaturfühler (10) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des ersten Lüfters (4) und/oder die Drehzahl des zweiten Lüfters (5) steuerbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des ersten Lüfters (4) und/oder die Drehzahl des zweiten Lüfters (5) mit zunehmender Temperatur der durch das Rohrleitungssystem geleiteten Flüs­ sigkeit zunimmt.