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Die
Erfindung betrifft eine Abkühlanordnung zum Abkühlen
eines Wasserdampf-Luft-Gemisches nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Aus
dem Stand der Technik sind Abkühlanordnungen zum Abkühlen
eines Wasserdampf-Luft-Gemisches bekannt, welche zum Abkühlen
und Kondensieren großer Mengen Wasserdampfes dienen. Solche
Anordnungen finden Anwendung beispielsweise in Wärmekraftwerken,
in welchen zur Stromerzeugung große Mengen Wasserdampf
durch eine oder mehrere Turbinen geleitet werden, wobei eine Abkühlanordnung
stromabwärts den Turbinen nachgeschaltet ist, um austretenden
Wasserdampf abzukühlen, den Dampf zu kondensieren und das Kondensat
in den Wasserkreislauf des Kraftwerks zurückzuführen.
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DE 199 37 800 A1 beschreibt
eine Anlage zur Kondensation von Wasserdampf. Die Anlage umfasst
eine Hauptkammer, die als langgestreckte Rohrleitung mit kreisförmigem
Querschnitt ausgebildet ist und welche an einem ersten Ende eine
Eintrittsöffnung für ein Einspeisen von Wasserdampf
aufweist. Die Hauptkammer verläuft im Wesentlichen horizontal
und weist an ihrer Unterseite eine axial verlaufende, schlitzförmige Öffnung
auf. An dieser Öffnung sind spitzdachförmig zu
beiden Seiten schräg nach unten verlaufende Bündel
von parallel zueinander angeordneten Rohrleitungen angeschlossen.
Die Rohrleitungen sind an ihrem unteren, der Hauptkammer abgewandten
Ende mit einer gemeinsamen Kondensatsammelleitung verbunden. In einer
Querschnittsansicht bilden die Rohrleitungen Schenkel eines gleichschenkligen
Dreiecks mit einer horizontal verlaufenden Basis, wobei die Hauptkammer
an der der Basis gegenüberstehenden oberen Spitze des gleichschenkligen
Dreiecks angeordnet ist. Etwa in dem Bereich der Basis des gleichschenkligen
Dreiecks sind Ventilatoren vorgesehen, die entlang der axialen Richtung
der Hauptkammer in einer Reihe angeordnet sind und durch welche
Luft aus einem unterhalb der Ventilatoren gelegenen Bereich vertikal
nach oben in Richtung der Hauptkammer gefördert wird. Die
von den Ventilatoren geförderte Luft dient der Kühlung
des in der Hauptkammer und in den Rohrleitungen befindlichen Wasserdampfs,
wodurch Wasserdampf in den Rohrleitungen kondensiert und in der
am unteren Ende der Rohrleitungen angeordneten Kondensatsammelleitung
gesammelt wird. Nachteilig an der beschriebenen Abkühlanordnung
ist, dass die Ventilatoren einen relativ großen Abstand
zu den den Wasserdampf führenden Rohrleitungen aufweisen
und jeweils nur die über dem kreisförmigen Durchmesser
des Ventilators gelegenen Bereiche der Rohrleitungen gekühlt
werden, was die Kühlung insgesamt wenig effizient macht.
Darüber hinaus wird durch das Vorsehen einzelner, die gesamte
Breite der Anordnung überdeckender Ventilatoren bei typischer
Dimensionierung einer solchen Abkühlanlage die Verwendung
sehr großer und schwerer Ventilatoren notwendig, die einen
Durchmesser von mehreren Metern aufweisen. Solche Ventilatoren weisen
ein hohes Trägheitsmoment auf, so dass eine Drehgeschwindigkeit
der Ventilatoren nur langsam geändert werden kann, was
eine Steuerung der Kühlleistung, etwa bei verändertem
Eintrag von Wasserdampf in die Abkühlanlage, erschwert. Zudem
ist eine erhebliche Antriebsleistung für den Antrieb der
Ventilatoren notwendig, was mit einem hohen Energieverbrauch einhergeht.
Weiter ist nachteilig, dass die Anlage insgesamt nur mit hohem Montageaufwand
gebaut werden kann, was zu langen und teuren Bauzeiten führt.
Insbesondere ist für die groß dimensionierten
Ventilatoren eine schwingungs- und erschütterungsfreie
Lagerung notwendig, die nur mit erheblichem Aufwand realisiert werden
kann.
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DE 20 2004 004 397
U1 beschreibt eine Anordnung zum Abkühlen von
Wasserdampf, welche zwei Hauptkammern umfasst, welche jeweils als
horizontal verlaufende, im Querschnitt kreisförmige Leitungen
ausgebildet sind. Die Hauptkammern verlaufen in horizontaler Richtung
zueinander beabstandet parallel zueinander. Eine gemeinsame Kondensatsammelleitung
verläuft ebenfalls horizontal in einem Bereich zwischen
den Hauptkammern unterhalb von diesen. Die Hauptkammern und die
gemeinsame Kondensatsammelleitung sind jeweils über parallel zueinander
angeordnete Bündel von Rohrleitungen miteinander verbunden,
wobei die Rohrleitungen in einer Querschnittsansicht V-förmig
angeordnet sind. Die Hauptkammern weisen an jeweils einem Ende eine Öffnung
zum Einleiten von Wasserdampf auf. In der horizontalen Ebene zwischen
den Hauptkammern sind horizontal angeordnete Ventilatoren vorgesehen,
durch welche Luft aus dem Bereich der Rohrleitungen vertikal nach
oben gefördert wird. Die von den Ventilatoren angesaugte
Luft wird an den Rohrleitungen vorbeigeführt, wodurch diese
gekühlt werden. In den Rohrleitungen kondensierendes Wasser wird
in der gemeinsamen Kondensatsammelleitung gesammelt und abgeführt.
Nachteilig an der beschriebenen Anordnung ist, dass die Ventilatoren
einen relativ großen Abstand zu den den Wasserdampf führenden
Rohrleitungen aufweisen, was die Kühlung wenig effizient
macht. Nachteilig ist weiter, dass die Anlage aufgrund der Anordnung
der groß dimensionierten Ventilatoren oberhalb der Rohrleitungen nur
schwierig zu montieren ist, was zu einer verlängerten Aufbauzeit
führt. Eine Steuerung der Anlage wird durch die Trägheit
der verwendeten großen Ventilatoren erschwert.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine Abkühlanordnung zum
Abkühlen eines Wasserdampf-Luft-Gemisches nach dem Oberbegriff
des Anspruch 1 zu schaffen, die eine effiziente Kühlung des
Wasserdampf-Luft-Gemisches ermöglicht und die verbesserte
Steuerungseigenschaften aufweist.
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Diese
Aufgabe wird bei der eingangs genannten Abkühlanordnung
erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhaft
wird bei einer Abkühlanordnung, welche einen Innenbereich
zur Aufnahme eines Wasserdampf-Luft-Gemisches und wenigstens eine
außerhalb des Innenbereichs angeordnete Kühlvorrichtung
umfasst, wobei der Innenbereich wenigstens eine Hauptkammer und
eine Mehrzahl von mit der Hauptkammer verbundenen Nebenkammern umfasst,
durch das Vorsehen einer Vielzahl von Ventilationselementen, wobei
jeder Nebenkammer eine wenigstens zwei Ventilationselemente umfassende Gruppe
von Ventilationselementen zugeordnet wird, eine sehr gute Kühlleistung
in Verbindung mit einem niedrigen Energieverbrauch und vereinfachten
Steuerungsmöglichkeiten erreicht. Vorzugsweise ist jede der
Nebenkammern mit der wenigstens einen Hauptkammer verbindbar, um
einen Eintritt eines Wasserdampf-Luft-Gemisches in die Nebenkammer
zu ermöglichen. Durch das Vorsehen einer der jeweiligen Nebenkammer
zugeordneten Gruppe von Ventilationselementen kann vorteilhaft eine
große, etwa einer Basisfläche der Nebenkammer
entsprechende Fläche gleichmäßig mit
einem Kühlfluid, insbesondere Kühlluft, beaufschlagt
werden, so dass in der Nebenkammer insgesamt eine sehr gleichmäßige
Kühlung erzeugt wird. Darüber hinaus können
vorteilhaft Ventilationselemente mit einem relativ kleinen Durchmesser
verwendet werden, wodurch eine Drehgeschwindigkeit der Ventilationselemente
rasch und unkompliziert angepasst werden kann, was vorteilhaft eine
einfache und schnelle Steuerung ermöglicht. Weiter wird
durch die Verwendung einer Vielzahl von relativ kleinen Ventilationselementen
im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten großen
Ventilatoren eine deutliche Absenkung des Energieverbrauchs möglich.
Ebenso kann die gesamte Abkühlanordnung durch die verbesserte
Kühleffizienz räumlich kleiner gestaltet werden.
Die Verwendung einer Vielzahl von Ventilationselementen führt
darüber hinaus zu einer verbesserten Ausfallsicherheit
der Abkühlanordnung, da jedes Ventilationselement an sich nur
einen kleinen Teil der Gesamtkühlleistung beiträgt.
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Zweckmäßig
sind die Nebenkammern jeweils von einem einen Bodenbereich umfassenden Gehäuse
umschlossen. Vorzugsweise ist das Gehäuse aus einem Material
mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit gebildet, so
dass die Wärme des in der Nebenkammer befindlichen Wasserdampf-Luft-Gemisches
leicht zu einer den Ventilationselementen zugeordneten Oberfläche
des Gehäuses transportiert werden kann. Vorzugsweise ist
das Gehäuse dabei möglichst dünnwandig
ausgebildet, wobei jedoch eine gas- und dampfundurchlässige
Umfüllung der Nebenkammer durch das Gehäuse sichergestellt bleibt.
Vorteilhaft können an der Oberfläche des Gehäuses
Kühlrippen vorgesehen sein, um eine verbesserte Kühlung
zu erzielen. Vorzugsweise ist die Form des Gehäuses so
gewählt, dass die von den Ventilationselementen auf das
Gehäuse gelenkte Kühlluft das Gehäuse
insgesamt umgreift und eine möglichst große Fläche
des Gehäuses überstreicht. Zweckmäßig
umschreibt die Außenfläche des Gehäuses
dabei durchgehende Öffnungen, durch welche Kühlluft
hindurchtreten kann, wobei jedoch ein von dem Gehäuse umschlossener
Innenbereich der Nebenkammer gas- und dampfundurchlässig
abgeschlossen ist.
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Vorzugsweise
ist die Gruppe von Ventilationselementen in einem dem Bodenbereich
des Gehäuses benachbarten Bereich angeordnet. Hierdurch wird
vorteilhaft sichergestellt, dass die Ventilationselemente nur einen
geringen Abstand zu der zu kühlenden Bodenfläche
der Nebenkammer aufweisen, wodurch eine besonders effiziente Kühlung
erreicht wird. Vorzugsweise weist die Nebenkammer in einer senkrecht
zu der Bodenfläche verlaufenden Richtung nur eine geringe
Breite auf. Hierdurch wird eine effiziente Kühlung des
in der Kammer befindlichen Wasserdampf-Luft-Gemisches weiter sichergestellt.
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Zweckmäßig
ist der Bodenbereich des Gehäuses gegenüber einer
horizontalen Ebene in einem Neigungswinkel geneigt. Hierdurch wird
vorteilhaft ein Abfließen von in der Nebenkammer kondensiertem
Wasser ermöglicht. Vorzugsweise ist auch die Gruppe von
Ventilationselementen in einem den Neigungswinkel des Bodenbereichs
entsprechenden Winkel gegenüber einer horizontalen Ebene
geneigt. In dieser besonders zweckmäßigen Anordnung
sind die Ventilationselemente parallel zu dem Bodenbereich der jeweiligen
Nebenkammer ausgerichtet, was eine gleichmäßige
Kühlung der Bodenfläche bewirkt.
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Vorzugsweise
beträgt der Neigungswinkel des Bodenbereichs mehr als 1°,
wobei besonders bevorzugt der Neigungswinkel des Bodenbereichs mehr
als 15° beträgt. Hierdurch wird ein sicheres Abfließen
von in der Nebenkammer gebildeten Kondensat sichergestellt.
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Vorzugsweise
beträgt der Neigungswinkel des Bodenbereichs weniger als
75°, wobei besonders bevorzugt der Neigungswinkel des Bodenbereichs
weniger als 50° beträgt. Hierdurch wird vorteilhaft
erreicht, dass die Abkühlanordnung insgesamt auch bei großer
Dimensionierung des Bodenbereichs nur eine relativ geringe Bauhöhe
aufweist. Insbesondere, wenn mehrere Nebenkammern zueinander benachbart
angeordnet sind, wird hierdurch weiter vorteilhaft erreicht, dass
eine ausreichend große Menge von Kühlluft durch
die Gruppe von Ventilationselementen angesaugt werden kann.
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Besonders
bevorzugt liegt der Neigungswinkel der Bodenfläche in einem
Bereich zwischen 25° und 35°.
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Vorzugsweise
ist jeder der Nebenkammern eine Abflusseinrichtung für
ein Kondensat zugeordnet. Zweckmäßig ist die Abflusseinrichtung
dabei in einem vertieften Bereich der Nebenkammer angeordnet. Vorzugsweise
ist die Abflusseinrichtung in Form einer Abflussleitung ausgebildet,
welche, insbesondere wenn mehrere Nebenkammern vorgesehen sind,
vorteilhaft als eine gemeinsame Abflusseinrichtung ausgebildet ist.
Hierdurch wird ermöglicht, dass sich in der Abkühlanordnung
abscheidendes Kondensat einem gemeinsamen Sammelbehältnis zugeführt
werden kann, in welchem das Kondensat weiter aufbereitet und einer
weiteren Verwendung zugeführt werden kann. Insbesondere,
wenn die Abkühlanordnung in einem Wärmekraftwerk
zur Kondensation von Wasserdampf verwendet wird, kann es vorgesehen
sein, dass das in der Abflusseinrichtung gesammelte kondensierte
Wasser zunächst einer Vorrichtung zur Ausscheidung von
in dem Kondensat verbliebenem Sauerstoff zugeführt wird,
bevor das derart aufbereitete Wasser wieder einem Wasserkreislauf
des Wärmekraftwerks zugeführt wird.
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Vorzugsweise
umfasst die Gruppe von Ventilationselementen wenigstens ein Bauelement,
wobei in jedem Bauelement wenigstens zwei Ventilationselemente fest
angeordnet sind. Die Anordnung der Ventilationselemente in Bauelementen
ermöglicht es vorteilhaft, die gesamte Abkühlanordnung modular aufzubauen,
was eine vereinfachte Montage der Abkühlanordnung ermöglicht.
Besonders bevorzugt umfasst dabei ein Bauelement wenigstens drei
in einer Reihe angeordnete Ventilationselemente. Vorteilhaft sind
die Bauelemente jeweils so ausgestaltet, dass sie an einem Montageort
für die Abkühlanordnung vollständig vorgefertigt
und mit notwendigen Anschlusselementen sowohl für ein Einleiten
des Wasserdampf-Luft-Gemisches als auch für ein Anschließen
der Ventilationselemente an eine elektrische Energieversorgung und
an eine Steuerungsvorrichtung angeliefert werden können.
Der modulare Aufbau der Abkühlanordnung ermöglicht
weiterhin vorteilhaft, die Anlage zu einem späteren Zeitpunkt
auf einfache Weise zu erweitern, falls eine größere
Kühlleistung benötigt wird.
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Zweckmäßig
ist dem Innenbereich wenigstens ein Zuleitungselement für
ein Einleiten des Wasserdampf-Luft-Gemisches in den Innenbereich
zugeordnet. Bei dem Zuleitungselement kann es sich insbesondere
um eine Rohrverbindung zu einem Dampferzeuger handeln. Insbesondere,
wenn sehr große Mengen eines Wasserdampf-Luft-Gemisches abgekühlt
werden sollen, kann die Abkühlanordnung mehrere Hauptkammern
umfassen. In diesem Fall ist zweckmäßig jede Hauptkammer
mit einem getrennten Zuleitungselement verbunden, welches besonders
bevorzugt auch eine Sperrvorrichtung umfasst. Hierdurch können,
falls eine Verringerung der Kühlleistung notwendig ist,
einzelne Hauptkammern von einer Versorgung mit Wasserdampf abgetrennt
werden.
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Vorzugsweise
ist dem Innenbereich der Abkühlanordnung wenigstens eine
Evakuierungseinrichtung zuordenbar. Die Evakuierungseinrichtung dient
einem Abführen von nicht-kondensierbaren Gasen und eventuell
verbliebenem Dampf aus der Abkühlanordnung und ermöglicht
vorteilhaft, einen gegenüber dem normalen Atmosphärendruck
erniedrigten Druck innerhalb der Abkühlanordnung aufrecht zu
erhalten. Besonders bevorzugt wird durch die Evakuierungseinrichtung
ein Druck in der Abkühlanordnung aufrecht erhalten, der
zwischen 10 mbar und 500 mbar beträgt.
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Vorzugsweise
ist den Nebenkammern jeweils ein Absperrorgan zugeordnet. Das Absperrorgan,
bei dem es sich vorzugsweise um eine Verschlussklappe oder ein Ventil
handeln kann, ermöglicht es vorteilhaft, die in die Nebenkammer
eintretende Menge von Wasserdampf gezielt zu begrenzen. Insbesondere,
wenn das Absperrorgan mit einer Steuerungsvorrichtung verbunden
ist, kann hierdurch automatisiert eine Kühlleistung der
Abkühlanordnung dadurch eingestellt werden, dass je nach
Bedarf Nebenkammern gegenüber der Hauptkammer abgesperrt
oder geöffnet werden, bzw. dadurch, dass in den jeweils
geöffneten Nebenkammern eine Eintrittsmenge von Wasserdampf
reduziert oder erhöht wird.
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Bevorzugt
umfasst die Kühlvorrichtung weitere Kühlelemente,
welche insbesondere vorzugsweise ausgewählt sind aus einer
Gruppe umfassend Flüssigkeitskühlung, Verdampfungskühlung,
Wärmekonvektion und chemische Kühlung. Hierdurch
wird eine gute Kühlleistung und Ausfallsicherheit sichergestellt.
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Eine
erfindungsgemäße Baueinheit zur Verwendung in
einer Abkühlanordnung umfasst wenigstens zwei Ventilationselemente.
Durch die feste Zuordnung mehrerer Ventilationselemente zu einer Baueinheit
ist es möglich, eine neuartige, modular aufgebaute Abkühlanordnung
zu schaffen, die jederzeit einfach, preisgünstig und mit
nur geringem Montageaufwand erweitert werden kann. Besonders bevorzugt
umfasst eine Baueinheit zur Verwendung in einer Abkühlanordnung
weiter ein Gehäuse, welches einen Nebenkammerbereich umschließt,
sowie eine Abflusseinrichtung für ein Kondensat und Anschlußvorrichtungen
für eine Energieversorgung der Ventilationselemente und
eine Steuerungs- und Meßvorrichtung.
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Vorzugsweise
sind die wenigstens zwei Ventilationselemente elektrisch antreibbar.
Dies ermöglicht eine einfache und sichere Energieversorgung der
Ventilationselemente.
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Vorzugsweise
sind die Ventilationselemente jeweils als um eine Drehachse drehbarer
Rotor ausgebildet. Der Rotor umfasst dabei vorzugsweise wenigstens
zwei Flügelelemente, wobei in Abhängigkeit von
der gewünschten Kühlleistung und Drehgeschwindigkeit
des Rotors auch mehr Flügelelemente vorgesehen sein können.
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Besonders
bevorzugt ist eine Drehgeschwindigkeit des Rotors einstellbar. Insbesondere
durch die Verwendung von Rotoren mit relativ kleinem Durchmesser
ist eine Änderung der Drehgeschwindigkeit kurzfristig problemlos
herbeizuführen, wodurch eine Kühlleistung des
Rotors einfach und schnell angepasst werden kann.
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Erfindungsgemäß wird
ein Verfahren zur Steuerung einer Abkühlanordnung geschaffen,
bei dem mit der wenigstens einen Hauptkammer verbundene Nebenkammern
mittels Absperrorganen von der Hauptkammer getrennt oder zu dieser
hinzugeschaltet werden, um Lastwechsel eines ein Wasserdampf-Luft-Gemisch
in die Abkühlanordnung einspeisenden Dampferzeugers zu
kompensieren. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht
dabei vorteilhaft eine flexible, kurzfristige Anpassung der Kühlleistung
einer Abkühlanordnung, was eine Steuerung eines Abkühlvorgangs
stark vereinfacht.
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Vorzugsweise
wird bei dem Verfahren ausgehend von gemessenen Ist-Werten eines
oder mehrerer Parameter der Abkühlanordnung oder des Dampferzeugers
eine Betätigung der Absperrorgane zur Erreichung von Sollwerten
geregelt. Die Regelung umfasst dabei zweckmäßig
einen Vergleich der Ist-Werte mit den vorgegebenen Soll-Werten und kann
vorzugsweise als P-, PI- oder PID-Regelung ausgebildet sein.
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Besonders
bevorzugt sind Regelungsparameter der Regelung ausgewählt
aus einer Gruppe umfassend den Druck des Wasserdampf-Luft-Gemisches
in dem Innenbereich der Abkühlanordnung, die Temperatur
des Wasserdampf-Luft-Gemisches in dem Innenbereich der Abkühlanordnung,
die Strömungsgeschwindigkeit des Wasserdampf-Luft-Gemisches
in dem Innenbereich der Abkühlanordnung, den Druck oder
die Temperatur oder Strömungsgeschwindigkeit des eingespeisten
Wasserdampf-Luft-Gemisches und die Temperatur oder die Menge oder
die Strömungsgeschwindigkeit des in der Abkühlanordnung
enthaltenen oder aus der Abkühlanordnung abgeleiteten Kondensats.
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Die
Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die anliegenden
Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Abkühlanordnung in einer Ansicht von unten.
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2 zeigt
einen Ausschnitt einer Seitenansicht des Ausführungsbeispiels
gemäß 1.
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Die
Abkühlanordnung 1 umfasst eine Hauptkammer 2,
die vorliegend als eine langgestreckte Rohrleitung ausgebildet ist.
Die Hauptkammer 2 weist an ihrem ersten Ende 3 eine
Einlassöffnung (nicht dargestellt) auf, durch welche ein
Dampf- oder Dampf-Gas-Gemisch in die Hauptkammer 2 eingeleitet
werden kann. An ihrem zweiten Ende 4 weist die Hauptkammer 2 einen
gas- und dampfundurchlässigen Verschluss auf. Die Hauptkammer 2 erstreckt sich
in axialer Richtung im Wesentlichen horizontal, weist jedoch eine
geringe Neigung gegenüber einer horizontalen Ebene auf,
so dass an den Wänden der Hauptkammer 2 niedergeschlagenes
Kondensat in eine durch die Neigung vorgegebene Vorzugsrichtung
abfließen kann.
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Die
Hauptkammer 2 ist entlang ihrer axialen Erstreckung gestuft
ausgebildet. Ausgehend von ihrem ersten Ende 3 setzt sich
die Hauptkammer 2 aus insgesamt sechs hohlzylinderförmigen
Rohrabschnitten zusammen, die jeweils über Ihre axiale
Erstreckung einen konstanten Durchmesser aufweisen. Jeweils benachbarte
Rohrabschnitte sind durch einen kegelstumpfartigen Stufenabschnitt 5 miteinander verbunden,
so dass sich ausgehend von dem ersten Ende 3 der Hauptkammer 2 der
Durchmesser benachbarter Rohrabschnitte zu dem zweiten Ende 4 der
Hauptkammer 2 hin verjüngt.
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Jeder
der sechs Rohrabschnitte der Hauptkammer 2 weist an seinen
Seitenflächen zwei sich horizontal gegenüberliegende Öffnungen 6 auf,
an die sich jeweils ein sich im Wesentlichen rechtwinklig zu der
Hauptkammer 2 erstreckendes Seitenrohr 7 anschließt.
Die hohlzylinderförmigen Seitenrohre 7 weisen
jeweils einen über ihre axiale Erstreckung hin konstanten
Durchmesser und einen kreisförmigen Querschnitt auf. Die
Hauptachse jedes Seitenrohrs 7 ist gegenüber einer
horizontalen Ebene geneigt, um ein Abfließen von sich an
den Seitenwänden des Seitenrohrs 7 niederschlagendem
Kondensats zu begünstigen. In einem Anschlussbereich 8 des
Seitenrohrs 7 an der Haupkammer 2 ist ein Absperrorgan (nicht
dargestellt) angeordnet, mittels dessen die Querschnittsfläche
der seitlichen Öffnung der Hauptkammer 2 zwischen
einer vollständigen Öffnung und einem vollständigen
Verschluss kontinuierlich verändert werden kann. Vorliegend
ist das Absperrorgan an als eine mittels eines Elektromotors betätigbare Klappe
ausgebildet.
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Jedes
der Seitenrohre 7 weist in seiner Seitenfläche
eine langgezogene Öffnung 9 auf, an die sich ein
im Wesentlichen quaderförmiger Kühlbereich 10 anschließt.
Das Seitenrohr 7 und der Kühlbereich 10 bilden
gemeinsam eine Nebenkammer 11 der Hauptkammer 2,
so dass die Kühlanordnung 1 insgesamt zwölf
Nebenkammern 11 umfasst. Das Seitenrohr 7 und
der Kühlbereich 10 jeder Nebenkammer 11 sind
vorliegend durch ein gemeinsames Gehäuse 12 ausgebildet,
das gas- und dampfundurchlässig ist. Das Gehäuse 12 umfasst
einen breiten, flächig ausgebildeten Bodenbereich 13 und
einen dem Bodenbereich 13 gegenüberliegenden Deckenbereich 14. Der
Bodenbereich 13 und der Deckenbereich 14 sind parallel
zueinander angeordnet und weisen einen relativ geringen Abstand
zueinander auf, so dass die übrigen, den Kühlbereich 10 umgebenden
Seitenflächen relativ klein ausgebildet sind. Durch das
Vorsehen eines relativ flachen Kühlbereichs 10 oberhalb des
Bodenbereichs 13 wird eine gute Wärmeübertragung
von einem in dem Kühlbereich 10 befindlichen Gas
oder Dampf auf den Bodenbereich 13 erreicht.
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Der
Bodenbereich 13 des Gehäuses 12 weist
gegenüber einer horizontalen Ebene einen Neigungswinkel α auf,
der vorliegend α = 30° beträgt. Durch
den Neigungswinkel α wird eine Vorzugsrichtung für
ein Abfließen von Kondensat vorgegeben. An seiner tiefsten
Stelle 15 weist das Gehäuse 12 eine Abflusseinrichtung 16 auf,
die vorliegend als eine rohrartige Vertiefung ausgebildet ist. Die
Abflusseinrichtung 16 dient zur Aufnahme von Kondensat, welches
sich auf den Seitenwänden des Gehäuses 12 niedergeschlagen
hat. Die Abflusseinrichtung 16 ist mit einem nicht dargestellten
Kondensatleitungssystem verbunden, das Pumpen für eine
Förderung des Kondensats aus der Abkühlanordnung
heraus umfasst.
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Unterhalb
des Bodenbereichs 13 des Gehäuses 12 ist
eine Gruppe von Ventilationselementen 17 angeordnet, wobei
vorliegend jeder Nebenkammer 11 insgesamt achtzehn Ventilationselemente
zugeordnet sind. Jedes der Ventilationselemente 17 ist als
Rotor mit vier Flügelelementen ausgebildet. Jeweils drei
der Ventilationselemente 17 sind zu einer Baueinheit 18 zusammengefasst.
Die jeweils drei zu einer Baueinheit gehörenden Ventilationselemente 17 sind
in einer Reihe nebeneinander angeordnet. Die Zusammenfassung der
Ventilatoren 17 und der jeweiligen Abschnitte des Gehäuses 12 zu
Baueinheiten 18 ermöglicht eine besonders einfache
Montage einer Kühlanordnung 1, da die jeweiligen
Baueinheiten 18 als vorkonfektionierte Module bereitgestellt werden
können.
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In
einem Bereich nahe des zweiten Endes 4 der Hauptkammer 2 ist
ferne eine eine Evakuierungseinrichtung (nicht dargestellt) angeordnet,
die vorliegend als zueinander parallel geschaltete Vakuumpumpen
ausgebildet ist. Mittels der Evakuierungseinrichtung werden nicht-kondensierbare
Gase aus dem Innenbereich der Hauptkammer 2 und den Nebenkammern 11 abgeleitet
und in dem Innenbereich insgesamt ein gegenüber dem normalen
Atmosphärendruck niedrigerer Druck aufrechterhalten. Der
gewünschte Innendruck kann dabei über ein Steuerungssystem
vorgegeben werden.
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Die
Erfindung funktioniert nun wie folgt:
In einem Einlassbereich
nahe des ersten Endes 3 wird ein Dampf oder ein Dampf-Gas-Gemisch,
beispielsweise ein Wasserdampf-Luft-Gemisch, in den Innenbereich
der Abkühlanordnung 1 eingeleitet. Der eingeleitete
Dampf verteilt sich ausgehend von der Hauptkammer 2 in
die Nebenkammern 11. Durch eine Betätigung der
Ventilationselemente 17 wird kühle Außenluft
auf die Bodenfläche 13 des Gehäuses 12 geleitet,
wodurch der Dampf in dem Abkühlbereich 10 abgekühlt
wird und sich als Kondensat auf der Innenseite des Gehäuses 12 niederschlägt.
Das Kondensat läuft, bedingt durch den Neigungswinkel α der
Bodenfläche 13, zu der tiefsten Stelle 15 des
Gehäuses 12 und gelangt dort in die Abflusseinrichtung 16.
Von dort aus wird das Kondensat über ein nicht dargestelltes
Kondensatleitungssystem in einen ebenfalls nicht dargestellten Kondensat-Sammelbehälter
abgeleitet.
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Um
die Kühlleistung der Abkühlanordnung 1 gezielt
zu beeinflussen, kann über ein mit den Ventilationselementen
verbundenes Steuerungssystem die Rotationsgeschwindigkeit der Ventilationselemente 17 erhöht
oder erniedrigt werden, wodurch die auf die Bodenfläche 13 des
Gehäuses 12 geleitete Kühlluftmenge erhöht
oder erniedrigt wird. Weiter kann die in eine Nebenkammer 11 eingeleitete Dampfmenge
durch eine Betätigung des in dem Anschlussbereich 8 angeordneten
Absperrorgans mittels des Steuerungssystems beeinflusst werden.
Insbesondere können einzelne Nebenkammern vollständig
gegenüber der Hauptkammer 2 verschlossen werden,
so dass auch die dieser Nebenkammer zugeordnete Gruppe von Ventilationselementen
nicht weiter betätigt werden muss.
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Vorliegend
sind an verschiedenen Stellen des Innenbereichs Messvorrichtungen
(nicht dargestellt) angeordnet, mit welchen die Temperatur, der Druck
und die Strömungsgeschwindigkeit des im Innenbereich befindlichen Dampfes
oder Dampf-Gas-Gemisches und des Kondensats bestimmt werden können.
In Abhängigkeit von den gemessenen Istwerten und vorgegebenen
Sollwerten erfolgt eine Regelung der Kühlleistung der Abkühlanordnung 1 mittels
der Steuerungsvorrichtung, wobei die gemessenen Istwerte mittels
eines Software-Programms ausgewertet werden und Vorgabewerte für die
Drehgeschwindigkeit der Ventilationselemente 17 und die Öffnungsgröße
der seitlichen Öffnungen 6 der Haupkammer 2 vorgegeben
werden. Neben der softwaregestützten Regelung der Kühlleistungen
ist darüber hinaus eine manuelle Einstellbarkeit der Rotationsgeschwindigkeit
der Ventilationselemente 17 und der Öffnungsgröße
der seitlichen Öffnungen 6 vorgesehen.
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Die
Erfindung wurde vorstehend unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel
beschrieben, bei dem eine erfindungsgemäße Abkühlanordnung eine
einzelne Hauptkammer und zwölf jeweils gleichartig ausgebildete,
an die einzelne Hauptkammer angeschlossene Nebenkammern aufweist.
Es versteht sich, dass in Abhängigkeit von der gewünschten
maximalen Kühlleistung mehr als eine Hauptkammer vorgesehen
werden kann. Es versteht sich weiter, dass die Anzahl der jeweils
an eine Hauptkammer angeordneten Nebenkammer verändert
werden kann, wobei insbesondere auch unterschiedlich ausgebildete
Nebenkammern an die Hauptkammer angeschlossen werden können.
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Es
versteht sich ferner, dass die Anzahl der in einem Bauelement angeordneten
Ventilationselemente oder der den jeweiligen Nebenkammern zugeordneten
Ventilationselemente verändert werden kann.
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Weiter
versteht es sich, dass Ventilationselemente auch in anderen Bereichen
der Abkühlanordnung, insbesondere in einem Deckenbereich
oder einem Seitenbereich der Nebenkammern 11 angeordnet
werden können. Es versteht sich weiter, dass zusätzlich
zu den Ventilationselementen oder diese ersetzend auch andere Kühlelemente,
insbesondere eine Wasserkühlung, eine Verdunstungskühlung oder
elektrisch betriebene Kühlelemente, etwa Peltier-Elemente,
verwendet werden können.
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In
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Abkühlanordnung umfasst
jede Nebenkammer genau ein Seitenrohr und genau einen dem Seitenrohr
zugeordneten Kühlbereich. Es versteht sich, dass auch mehrere Abkühlbereiche
an jeweils einem Seitenrohr angeordnet sein können, insbesondere
zwei symmetrisch zueinander angeordnete Kühlbereiche an
gegenüberliegenden Seitenflächen des jeweiligen
Seitenrohrs. Es versteht sich ferner, dass mehr als eine Gruppe
von Ventilationselementen oder anderen Kühlelementen jeweils
einer Nebenkammer zugeordnet sein können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19937800
A1 [0003]
- - DE 202004004397 U1 [0004]