DE102008019894B4

DE102008019894B4 - Rückkühler mit kreisförmig gebogenem Lamellenwärmetauscher

Info

Publication number: DE102008019894B4
Application number: DE200810019894
Authority: DE
Inventors: Torsten Enders
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-04-21
Filing date: 2008-04-21
Publication date: 2010-09-30
Anticipated expiration: 2028-04-22
Also published as: DE102008019894A1

Abstract

Rückkühler, bei dem in einem in freier Geometrie durchbrochenen Gehäuse (2) ein oder mehrere kreisförmig gebogene Lamellenwärmetauscher (3) nacheinander angeordnet sind, wobei diese gemeinsam mit einer oberen und unteren Abdeckung einen kreisförmigen Hohlzylinder (7) bilden, wobei die Lamellenwärmetauscher von einem Fluid (4) durchströmt werden und oberseitig ein Ventilator (5) montiert ist, wobei über einen Ventilator Außenluft von oben in den kreisförmigen Hohlzylinder (7) gelangt und gleichmäßig auf die gesamte vom Lamellenwärmetauscher gebildete innenseitige Anströmfläche trifft.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Kühlung unterschiedlicher Medien unter Ausnutzung des Energieträgers Luft. Dabei wird das Bauteil Lamellenwärmeübertrager [Lamellenwärmetauscher als Synonym verwendet] kreisförmig gebogen ausgeführt.
Ein oberhalb angeordneter Ventilator bläst die Außenluft innenseitig durch den oder mehrere nacheinander angeordnete gebogene Lamellenwärmetauscher mit geringen Strömungsverlusten wieder nach außen. Der Lamellenwärmetauscher bildet in Verbindung mit weiteren Bauteilen einen Hohlzylinder. Der Ventilator ist zur Ausnutzung eines bestimmten Energiegehalts der Luft auslegbar und für eine jeweils erforderliche Luftmenge regelbar.
Der oder die Lamellenwärmetauscher werden von dem zu kühlenden Fluid durchströmt. Die Art, die Menge und die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids sind entsprechend nach Leistungsparametern und Einsatzbedingungen auswählbar und regelbar.
Rückkühler unter Ausnutzung der Außenluft werden zu verschiedensten Anwendungszwecken in unterschiedlichsten Bauweisen und Auslegungen in einer Vielzahl von Wirtschaftszweigen verwendet. Ein zentrales Bauteil bildet immer ein Wärmeübertrager. Dieser ist als Plattenwärmetauscher oder Lamellenwärmetauscher ausgeführt. Letzterer immer in der geometrischen Form eines Vierecks, mit übereinander und hintereinander liegenden Rohrreihen in unterschiedlicher Anzahl, bis zur Ausbildung eines sogenannten „Paketes”. Solche Pakete werden in bestimmten Fällen noch gegeneinander versetzt angeordnet.
Der Nachteil dieser Bauform besteht darin, dass

– die eckige Anströmfläche eines Wärmetauschers zum kreisförmigen Luftstrom eines Ventilators einen Widerspruch bildet. Das hat zur Folge, dass die Ecken des Wärmetauschers mit einem abnehmenden Wirkungsgrad angeströmt werden und gegenüber der rotierenden Achse nur eine sehr geringe Anströmung erfolgt. Dieser Leistungsnachteil wird in der Regel durch Erhöhung der Leistungszahlen des Ventilators und/oder durch Vergrößerung der Fläche verbunden mit höherem Materialverbrauch und einem höheren Gewicht des Wärmetauschers ausgeglichen.
– die Luft durch die kompakte Bauweise hohe Strömungswiderstände überwinden muss. Das führt zu Leistungsverlusten und hohem Energieverbrauch.
– im Falle der Verwendung einer adiabaten Kühlung diese immer von außen und in der Regel mit hohen Wasserverlusten wirkt. Der erreichbare Wirkungsgrad ist entsprechend gering.

In der EP 1 256 770 A1 ist ein luftgekühler Verflüssiger beschrieben, bei dem die verrippten Kühlmittelrohre die kreisbogenförmige Außenfläche des Gehäuses bilden und die Ventilatoren an der unteren Abdeckung angeordnet sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung zu schaffen, welche den aufgezeigten Widerspruch zwischen den Geometrien der verwendeten Bauteile aufhebt und neue Strömungsverhältnisse der Luft verwendet. Damit wird gleichzeitig eine prinzipielle Leistungsverbesserung, geringerer Materialeinsatz ermöglicht sowie die benötigte Primärenergie vermindert. Gleichzeitig wird die Erkenntnis, wonach der Kreis unter allen geschlossenen Kurven gleicher Länge diejenige mit dem größten Flächeninhalt (isoperimetrische Eigenschaft) bildet, in den Lösungsansatz eingebracht. Zusätzlich wird die innenliegende Einordnung eines adiabaten Kühlprozesses im Inneren des Wärmetauschers ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch einen Rückkühler gemäß den Ansprüchen 1 bis 4 gelöst.
Nachfolgend soll die Lösung anhand des Ausführungsbeispiels und der 1 näher erläutert werden.
Der Rückkühler (1) besteht aus einem in einer freien Geometrie durchbrochenen Gehäuse (2). Darin sind ein oder mehrere kreisförmig gebogene Lamellenwärmetauscher (3) nacheinander angeordnet. Die Ausführung der Lamellenwärmetauscher wird nach Dimension, der Materialart, der Materialstärke, den Abständen und der Führung der Luftströmung vom Einsatzzweck und den zu erreichenden Leistungsparametern bestimmt.
Die Lamellenwärmetauscher werden von einem nach dem Einsatzzweck bestimmten Fluid (4) durchströmt.
Verbunden mit dem Gehäuse (2) ist oberseitig ein Ventilator (5) montiert. Dieser Ventilator bläst die Außenluft in den durch das Gehäuse, den gebogenen Lamellenwärmetauscher und die Abdeckungen (6) gebildeten kreisförmigen Hohlzylinder (7). Die Luft trifft sehr gleichmäßig auf die gesamte von der Innenseite des Lamellenwärmetauschers gebotene Anströmfläche und bildet ein Optimum zur Aufnahme der Energie aus der Luft. Die Anströmfläche wird mit geringem Strömungswiderstand über den gesamten Lamellenwärmetauscher überwunden. Die Luft gelangt nach gleichmäßiger Durchströmung des gesamten Lamellenwärmetauschers über das Gehäuse nach außen. Durch diese Anordnung werden vergleichsweise nur geringe Strömungsgeschwindigkeiten erforderlich.
Innerhalb des gebildeten kreisförmigen Hohlzylinders (7) entsteht ein „Kammereffekt”. Hier ist in bestimmten Fällen zusätzlich ein wie auch immer geartetes Bauteil zur Erzeugung eines Feuchtigkeitsnebels (8) zur Schaffung eines Mikroklimas angeordnet. Dieser Nebel erhöht die Luftfeuchtigkeit und bildet im Zusammenwirken mit dem Luftstrom eine adiabate Kühlung.
Diese adiabate Kühlung ist abschaltbar und regelbar. Sie wirkt bei bestimmten Einsatzbedingungen zusätzlich. Dieses Bauteil wird durch eine Flüssigkeitsleitung (9) versorgt. Die nach der Kondensation abtropfende Flüssigkeit wird in einer Auffangwanne (10) gesammelt und mittels einer Pumpe (11) dem Flüssigkeitskreislauf erneut zugeführt.
Es ist dem Schutzumfang zu zuordnen:

– alle Temperaturbereiche, welche sich anwendungsspezifisch ergeben können und mit dieser Erfindung lösbar bzw. erreichbar sind.

In weiterer besonderer Ausgestaltung der erfinderischen Lösung ist es auch möglich, mehrere hier beschriebene Rückkühler (1) in einem System kombiniert anzuordnen. Damit ist es möglich, eine Erhöhung der Leistungsparameter des Gerätes zu erreichen.
Zusammengefasst ergeben sich durch die Erfindung folgende Vorteile:

1. Vergrößerung der direkten sowie der optimal ausnutzbaren Anströmfläche für die Luft und damit eine Vergrößerung der Leistungsaufnahmefläche des Wärmetauschers
2. Gleichmäßige Erreichbarkeit der gesamten Fläche des Lamellenwärmetauschers durch die Luft und damit Verfügbarkeit der gesamten geometrischen Form zur Aufnahme der Energie
3. Verringerung des Strömungswiderstandes verbunden mit vergleichsweise geringer Strömungsgeschwindigkeit der Luft sowie geringerem Energieverbrauch für Ventilatoren. Der Einsatz geringer dimensionierter Ventilatoren mit Material- und Kostenersparnis wird ermöglicht.
4. Verbesserung der Leistungsbilanz des Produktes Rückkühler
5. Möglichkeit zur Erhöhung der Energieeffizienz von solchen technischen Prozessen, die den Einsatz von Rückkühlern erfordern
6. Möglichkeit zur Anordnung der adiabaten Kühlung innerhalb des Wärmetauschers zur Verbesserung des Wirkungsgrades und Minderung der Flüssigkeitsverluste
7. Der gebogene Wärmetauscher bietet nur einen geringen Strömungswiderstand und eine vergleichsweise große Oberfläche. Daraus ergibt sich, dass an geeigneten Aufstellorten durch die senkrechte Aufstellung zur Windrichtung bereits ab Windgeschwindigkeiten von ca. 0,5 m/s auf den Betrieb des Ventilators verzichtet werden kann. Allein die natürliche Strömung der Luft führt zur Energieaufnahme durch den Rückkühler. In dieser Betriebsweise entstehen keine Schallemissionen.
8. Durch die umgekehrten Strömungsverhältnisse nimmt der Ventilator immer die geringere Temperatur im Verhältnis zur Geräteabgabetemperatur auf. Das bedeutet, der Ventilator transportiert auf Grund der höheren Dichte der Luft eine größere Energiemenge pro Zeiteinheit.

Claims

Rückkühler, bei dem in einem in freier Geometrie durchbrochenen Gehäuse (2) ein oder mehrere kreisförmig gebogene Lamellenwärmetauscher (3) nacheinander angeordnet sind, wobei diese gemeinsam mit einer oberen und unteren Abdeckung einen kreisförmigen Hohlzylinder (7) bilden, wobei die Lamellenwärmetauscher von einem Fluid (4) durchströmt werden und oberseitig ein Ventilator (5) montiert ist, wobei über einen Ventilator Außenluft von oben in den kreisförmigen Hohlzylinder (7) gelangt und gleichmäßig auf die gesamte vom Lamellenwärmetauscher gebildete innenseitige Anströmfläche trifft.
Rückkühler (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich innerhalb des kreisförmigen Hohlzylinders (7) eine Vorrichtung zur adiabaten Kühlung mittels eines Feuchtigkeitsnebels (8) angeordnet ist.
Rückkühler (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (12) der Wärmetauscher nach der Art, dem Material, der Form, der Anordnung und Strömungsführung nach dem jeweiligen Einsatzzweck bestimmt sein können.
Rückkühler (1) nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass mehrere dieser Geräte in einem System kombiniert angeordnet sind.