DE102008021761A1

DE102008021761A1 - Verfahren zum Betreiben einer Anordnung von Wärmetauschern und hierfür geeignete Vorrichtung

Info

Publication number: DE102008021761A1
Application number: DE102008021761A
Authority: DE
Inventors: Ralf Ehlert; Wener Thielmann
Original assignee: WELITA GmbH
Current assignee: WELITA GmbH
Priority date: 2008-04-30
Filing date: 2008-04-30
Publication date: 2009-11-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Anordnung und eine Anordnung von Wärmetauschern (1, 2, 3), aufweisend mindestens zwei von dem gleichen Fluidstrom (12) nacheinander durchströmte, zueinander beabstandete Wärmetauscher (1, 2, 3) sowie Mittel (10) zum Erzeugen einer Druckdifferenz zwischen einem Eintrittsbereich (19) und einem Austrittsbereich (18) der Anordnung von Wärmetauschern (1, 2, 3), wobei der Fluidstrom (12) aufgrund der Temperaturänderung beim Durchtritt durch die Wärmetauscher (1, 2, 3) sein Volumen verändert. Hierbei wird zusätzliches Fluid (7) derart in den Bereich (4) zwischen zwei in Strömungsrichtung hintereinander angeordneten Wärmetauschern (1, 2, 3) eingebracht, dass jeder der Wärmetauscher (1, 2, 3) der Anordnung in oder nahe seinem optimalen Betriebspunkt arbeitet. Die Anordnung ist dabei so ausgestaltet, dass zusätzliches Fluid (7) aus einem Nebenstrom (25) mittels Zuführungseinrichtungen (5, 6, 8) durch eine kanalartige Begrenzungswand (9) in den Bereich (4) zwischen zwei in Strömungsrichtung (26) hintereinander angeordnete Wärmetauscher (1, 2, 3) zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Anordnung von Wärmetauschern gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine entsprechende Vorrichtung.
Zur Klimatisierung und Kühlung von Räumen, etwa von Tiefkühllagern oder dgl. ist es üblich, die angesaugte Außenluft über Wärmetauscher zu kühlen und damit die Temperatur in dem entsprechenden Raum auf einem Sollwert zu halten. Aufgrund der erforderlichen Kühlleistung kommen hierbei oft seriell hintereinander geschaltete Anordnungen von Wärmetauschern zum Einsatz, die nacheinander durch ein Fluidvolumen, üblicherweise Umgebungsluft durchströmt und dabei sukzessive abgekühlt werden.
Bei der Abkühlung der üblicherweise als Gase verwendeten Fluide in jedem der hintereinander geschalteten Wärmetauscher kommt es aufgrund der Abkühlung des Gases zu einer Reduzierung des Gasvolumens, da das Gasvolumen bei der Abkühlung kleiner wird. Damit verändert sich aber auch der Volumenstrom des durch die Wärmetauscher hindurch strömenden Gases.
Der Betriebszustand jedes Wärmetauschers wird bei der Auslegung derartiger Anordnungen von Wärmetauschern auf den zu verarbeitenden Volumenstrom und die zu erzeugende Temperaturdifferenz ausgelegt, so dass der Wärmetauscher seinen optimalen Arbeitspunkt abhängig von dieses Vorgabewerten aufweist. Wird nun aber der Volumenstrom bei zunehmender Abkühlung des durch die nacheinander geschalteten Wärmetauscher durchströmenden Fluids immer geringer, so verändert sich der Arbeitspunkt der nacheinander angeordneten Wärmetauscher immer mehr und damit verringert sich der Wirkungsgrad der gesamten Anordnung.
Diese negativen Auswirkungen können bei der Auslegung der Anordnung der Wärmetauscher dadurch kompensiert werden, dass die Auslegung des optimalen Arbeitspunktes jedes Wärmetauschers an den jeweils reduzierten Volumenstrom angepasst wird, der sich an der Einbaustelle des jeweiligen Wärmetauschers erwarten lässt. Zwar funktioniert eine solche auslegungsseitige Anpassung grundsätzlich, doch führt dies dazu, dass die gesamte Anordnung der Wärmetauscher aus einer Anzahl unterschiedlich dimensionierter Wärmetauscher besteht und damit aufwändig herzustellen und zu warten ist. Auch ist diese Abstimmung der Wärmetauscher auf die auslegungsseitigen Vorgabedaten optimiert und kann bei geänderten Betriebsdaten der gesamten Anordnung wieder nur suboptimale Betriebszustände aufweisen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Anordnung von Wärmetauschern sowie ein zum Betreiben dieser Anordnung geeignetes Verfahren anzugeben, bei dem jeder der idealerweise baugleichen Wärmetauscher sich jeweils auf die Betriebsweise in einem optimalen Betriebspunkt einstellen lässt.
Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 in Zusammenwirken mit den Merkmalen des Oberbegriffes. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung hinsichtlich Anspruch 1 geht aus von einem Verfahren zum Betreiben einer Anordnung von Wärmetauschern, aufweisend mindestens zwei von dem gleichen Fluidstrom nacheinander durchströmte, zueinander beabstandete Wärmetauscher sowie Mittel zum Erzeugen einer Druckdifferenz zwischen einem Eintrittsbereich und einem Austrittsbereich der Anordnung von Wärmetauschern, wobei der Fluidstrom aufgrund der Temperaturänderung beim Durchtritt durch die Wärmetauscher sein Volumen verändert. Ein derartiges gattungsgemäßes Verfahren wird dadurch weiter entwickelt, dass zusätzliches Fluid derart in den Bereich zwischen zwei in Strömungsrichtung hintereinander angeordneten Wärmetauschern eingebracht wird, dass jeder der Wärmetauscher der Anordnung in oder nahe seinem optimalen Betriebspunkt arbeitet. Die Grundidee der Erfindung besteht demgemäss darin, den durch die Temperaturveränderung in dem ersten Wärmetauscher veränderten Volumen des hindurchströmenden Fluids derart wieder zu ergänzen, dass der nachfolgende Wärmetauscher aufgrund des wieder auslegungsgemäßen Volumenstroms wieder in seinen optimalen Betriebspunkt oder zumindest wieder näher an seinem optimalen Betriebpunkt arbeiten kann, als er dies aufgrund des veränderten Volumenstrom durch die Temperaturänderung des Fluids gekonnt hätte. Dadurch ist aber die Effizienz dieses Wärmetauschers, und bei Anwendung des erfindungsgemäßen Vorgehensweise auf alle oder einige der Wärmetauscherstufen, die Effizienz der gsamten Anordnung der Wärmetauscher wesentlich verbessert. So kann beispielsweise die notwendige Betriebszeit der Anordnung der Wärmetauscher zur Erreichung einer gewünschten Zieltemperatur eines am Ausgang der Anordnung zu temperierenden Raums verringert oder der Energieeinsatz zum Betreiben der Wärmetauscher verringert werden. Auch wird der Gesamtdurchsatz an Fluid durch die Anordnung der Wärmetauscher aufgrund des Zuführens zusätzlichen Fluids erhöht. Insgesamt kann durch relativ geringe Modifikation der Anordnung der Wärmetauscher eine wesentliche Verbesserung der Betriebsweise erreicht werden, auch konstruktiv und wartungstechnisch ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise von Vorteil, da durch die Verwendung gleicher Wärmetauscher die Erstellung und der Betrieb einer derartigen Anordnung vereinfacht wird.
Von wesentlichen Vorteil ist es, wenn zusätzliches Fluid zwischen benachbart angeordneten Wärmetauschern über einen extern geführten Nebenstrom in den Fluidstrom eingebracht wird. Ein solcher Nebenstrom kann einfach entlang der Anordnung der einzelnen Wärmetauscher mitgeführt werden, wobei das die Wärmetauscher direkt durchströmende Fluid und das zusätzliche Fluid getrennt voneinander geführt werden und erst je nach Bedarf das zusätzliche Fluid dem die Wärmetauscher durchströmenden Fluid beigefügt wird.
Hierbei ist es in einer ersten Ausgestaltung denkbar, dass das zusätzliche Fluid zwischen benachbart angeordneten Wärmetauschern aufgrund des Differenzdruckes nach dem Durchströmen des in Strömungsrichtung vorderen Wärmetauschers durch Ansaugung selbsttätig erfolgt. Durch die Verringerung des Volumens des einen Wärmetauscher durchströmenden Fluid vor und nach dem Wärmetauscher verändert sich auch der Druck des Fluids, so dass etwa bei einer Abkühlung in dem Wärmetauscher ein mehr oder weniger geringer Unterdruck nach dem Wärmetauscher gegenüber dem gleichbleibenden Druck des Fluids in dem Nebenstrom einstellt. Dieser Unterdruck kann nun dazu genutzt werden, dass das Fluid aus dem Nebenstrom von allein bis zum Druckausgleich in den Bereich zwischen die nacheinander angeordneten Wärmetauscher strömt, wenn eine Verbindung zwischen Nebenstrom und Volumen zwischen den Wärmetauscher geöffnet wird.
Praktisch kann dies etwa dadurch realisiert werden, dass zusätzliches Fluid durch den Bereich zwischen den Wärmetauschern und den Nebenstrom verbindenden Klappen oder dgl. zugeführt wird, die in der kanalartigen Begrenzungswand vorgesehen sind. Diese Klappen werden auf eine entsprechende Öffnungsstellung eingestellt oder deren Öffnungsstellung derart geregelt, dass Fluid aus dem Nebenstrom von allein in den Bereich zwischen den Wärmetauschern einströmen kann. Denkbar ist es etwa auch, dass zusätzliches Fluid durch in dem Bereich zwischen den Wärmetauschern angeordnete Lanzen oder dgl. zugeführt wird, die mit dem Nebenstrom in fluidführender Verbindung stehen und die kanalartige Begrenzungswand durchtreten. Derartige Lanzen, die sich üblicherweise quer zu der Strömungsrichtung des Fluidstroms erstrecken, haben dabei mehrere Auslassöffnungen entlang ihrer Länge und Mischen das durch die Wärmetauscher strömende Fluid und das aus dem Nebenstrom stammende Fluid gleichmäßiger über den ganzen Strömungsquerschnitt zwischen den Wärmetauschern.
Denkbar ist es aber auch, dass zusätzliches Fluid über den Bereich zwischen den Wärmetauschern und die Umgebung oder den Nebenstrom verbindende Pumpen oder dgl. Druckerzeuger zugeführt wird, die Fluid durch Öffnungen in der kanalartigen Begrenzungswand fördern. Hierdurch kann aktiv zusätzliches Fluid in den Bereich zwischen den Wärmetauschern gefördert werden, womit beispielsweise auch eine Vergrößerung des Volumenstroms des Fluides durch die Wärmetauscher über den ursprünglichen Volumenstrom hinaus erreicht werden kann.
Je nach Betriebsweise der Anordnung der Wärmetauscher kann es auch sinnvoll sein, wenn die Zuführung des zusätzlichen Fluids in den Bereich zwischen den Wärmetauschern abgeschaltet werden kann. Hierdurch ist etwa durch Schließen der Klappen oder Lanzen oder durch Abstellen der Pumpen ein Betrieb der Anordnung ohne zusätzlich zugeführtes Fluid möglich.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn die Zuführung des zusätzlichen Fluids in den Bereich zwischen den Wärmetauschern druckabhängig und/oder temperaturabhängig und/oder strömungsabhängig geregelt wird. Der Grad der Einspeisung von zusätzlichem Fluid kann dann bedarfsweise druckabhängig über den Differenzdruck der jeweiligen Wärmetauscher und/oder temperaturabhängig durch den Vergleich der Temperaturen in dem zu temperierenden Raum und vor den Wärmetauschern geregelt und optimiert werden. Eine entsprechende Regelung erfolgt dabei wie vorstehend ausgeführt über die Regelung des Durchflusses des zusätzlichen Fluids. Auch ist es denkbar, dass die Zuführung des zusätzlichen Fluids in den Bereich zwischen den Wärmetauschern abhängig von der Volumendifferenz des Fluids nach dem Durchströmen des in Strömungsrichtung vorderen Wärmetauschers erfolgt. Diese Volumendifferenz hängt vornehmlich von der Temperaturänderung vor und nach dem Durchtreten des jeweiligen Wärmetauschers ab und kann durch entsprechende Messung erfasst und nachgeregelt werden.
Von Wichtigkeit kann es hierbei sein, dass das zusätzliche Fluid den oder die in Strömungsrichtung der Einleitungsstelle vorher angeordneten Wärmetauscher nicht durchströmt. Dadurch unterliegt das zusätzliche Fluid im wesentlichen den Umgebungsbedingungen der Umgebung und wird mit Umgebungsbedingungen zugeführt. Es ist in anderer Ausgestaltung aber auch denkbar, dass das zusätzliche Fluid vortemperiert zugeführt wird.
Denkbar ist es in einer ersten Ausgestaltung, dass die Anordnung von Wärmetauschern bei dem Raumumluftverfahren in einem zu temperierenden Raum eingesetzt wird. Es kann die Anordnung von Wärmetauschern aber auch bei der Frischluftzufuhr in einen zu temperierenden Raum eingesetzt werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung von Wärmetauschern, aufweisend mindestens zwei von dem gleichen Fluidstrom nacheinander durchströmte, zueinander beabstandete Wärmetauscher sowie Mittel zum Erzeugen einer Druckdifferenz zwischen einem Eintrittsbereich und einem Austrittsbereich aus der Anordnung von Wärmetauschern, wobei dar Fluidstrom aufgrund der Temperaturänderung beim Durchtritt durch die Wärmetauscher sein Volumen verändert, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1. Eine derartige Anordnung wird dadurch weiter entwickelt, dass zusätzliches Fluid aus einem Nebenstrom mittels Zuführungseinrichtungen durch eine kanalartige Begrenzungswand in den Bereich zwischen zwei in Strömungsrichtung hintereinander angeordnete Wärmetauscher einbringbar ist. Die kanalartige Begrenzungswand umfasst dabei den Strömungsweg des Fluids und trennt den Nebenstrom von dem Fluid ab. Die Zuführungseinrichtungen verbinden dabei, vorzugsweise steuerbar oder regelbar, den Nebenstrom und den Strömungsweg des Fluides durch die Wärmetauscher miteinander, so dass gezielt zusätzliches Fluid dem die Wärmetauscher durchströmenden Fluid zugeführt werden kann.
Hierzu ist es von Vorteil, wenn der Bereich zwischen den Wärmetauschern durch Wandungen eines Strömungskanals kanalartig fluiddicht umschlossen ist, insbesondere die Wärmetauscher umlaufend strömungsdicht an die Innenwandungen des Strömungskanals angeschlossen sind. Eine Rückströmung des die Wärmetauscher durchströmenden Fluids wird dadurch sicher verhindert und der Volumenstrom, der in einen Wärmetauscher eintritt, tritt unter entsprechender Modifikation von Temperatur und/Druck/Volumen auch wieder aus dem Wärmetauscher aus. Störende Rückströmungen können dadurch nicht auftreten.
Eine erste Möglichkeit zur Zuführung des zusätzlichen Fluids besteht darin, dass die kanalartige Begrenzung des Raumes zwischen den hintereinander angeordneten Wärmetauschern von einer weiteren Wandung ringkanalartig zumindest teilweise umschlossen ist und dieser ringkanalartige Raum zusätzliches Fluid zu den Zuführungseinrichtungen zwischen den Wärmetauschern fördert. Diese am einfachsten in Form eines Doppelrohres ausgebildete Bauform führt im inneren Rohr das Fluid, das unmittelbar die Anordnung der Wärmetauscher vollständig durchläuft, wohingegen das zusätzliche Fluid im äußeren Ringspalt das inneren Rohr umströmt und an den entsprechenden Zuführungseinrichtungen dem Fluidstrom im inneren Rohr zugeführt wird. Hiermit lässt sich eine kompakte Bauform erreichen, die zudem einfach einen Einbau der Wärmetauscher dichtend gegenüber Innenrohr und der Zuführungseinrichtungen etwa in Form von Klappe, Lanzen oder dgl. erlaubt. Je nach Menge des benötigten zusätzlichen Fluids ist es natürlich möglich, den Querschnitt des Ringspalts entsprechend zu variieren oder auch nur Teilbereich des Umfangs des Innenrohres mit einem derartigen Ringspalt oder dgl. auszugestalten. Auch könnte das zusätzliche Fluid durch eine getrennte Rohrleitung oder dgl. zu den Zuführungseinrichtungen geführt werden. Hierbei sollte der ringkanalartige Raum oder dgl. ansaugseitig geöffnet und an der Gegenseite geschlossen sein, damit zusätzliches Fluid nur soweit benötigt zu den Zuführungseinrichtungen strömen kann, gleichwohl aber nicht in den zu temperierenden Raum gelangen kann.
In einer ersten konstruktiven Ausgestaltung können die Zuführungseinrichtungen als den Bereich zwischen hintereinander angeordneten Wärmetauschern und den Nebenstrom verbindende Klappen oder dgl. ausgebildet sind, die in der kanalartigen Begrenzungswand vorgesehen sind. Derartige Klappen lassen sich konstruktiv einfach in der Wandung der kanalartigen Begrenzungswand, also z. B. eines Innenrohres einer doppelwandigen Konstruktion vorsehen, hinsichtlich ihrer Öffnungsstellung leicht und genau regeln und einfach warten. Das zusätzlich Fluid strömt dann von der Seite in den Volumenstrom des die Wärmetauscher durchströmenden Fluids zu und mischt sich mit diesem Fluid.
Eine Verbesserung des Strömungsverhaltens hinsichtlich der Vermeidung turbulenter Strömungsverhältnisse lässt sich dadurch erreichen, dass die Zuführungseinrichtungen als den Bereich zwischen hintereinander angeordneten Wärmetauschern und den Nebenstrom verbindende Lanzen oder dgl. ausgebildet sind, die mit dem Nebenstrom in fluidführender Verbindung stehen und die kanalartige Begrenzungswand durchtreten. Die Lanzen sind dabei vorzugsweise quer zur Strömung des die Wärmetauscher durchströmenden Fluids angeordnet und haben eine Anzahl von Düsen, die das zusätzliche Fluid verteilt über dessen Strömungsquerschnitt in diese entlassen. Hierdurch wird die Strömung des die Wärmetauscher durchströmenden Fluids weniger gestört und der Übergang des zusätzlichen Fluids und die Mischung der Fluidvolumenströme erleichtert.
Sowohl bei der Ausgestaltung der Zuführungseinrichtungen als Klappen oder als Lanzen kann die Zuführung des zusätzlichen Fluids selbsttätig erfolgen, indem die Druckdifferenz zwischen dem die Wärmetauscher durchströmenden Fluid und dem zusätzlichen Fluid ausgenutzt und das zusätzliche Fluid aufgrund dieser Druckunterschiedes von selbst einströmt. Die eingeströmte Menge kann durch die Regelung der Klappenstellung oder den Durchfluss durch einer Lanze eingestellt werden.
In einer anderen Ausgestaltung ist es denkbar, dass die Zuführungseinrichtungen als den Bereich zwischen den Wärmetauschern und die Umgebung verbindende Pumpen oder dgl. Druckerzeuger ausgebildet sind, die Fluid durch Öffnungen in der kanalartigen Begrenzungswand fördern. Diese mittels Überdruck realisierte Zuführung des zusätzlichen Fluids erlaubt eine Zuführung von zusätzlichen Fluid auch über die Grenze des vorstehend erwähnten Druckausgleichs hinaus, so dass insgesamt sogar mehr als der ursprüngliche Volumenstrom an Fluid die Anordnung der Wärmetauscher hindurch strömen kann.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn die Wärmetauscher derart zueinander beabstandet angeordnet sind, dass sich ein mit Fluid durchströmtes Volumen zwischen den Wärmetauschern ergibt. Hierdurch lässt sich die Einströmung des zusätzlichen Fluids einfach realisieren, da für die Anbringung der Zuführungseinrichtungen entsprechender Bauraum zur Verfügung steht.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn die Mittel zum Erzeugen einer Druckdifferenz zwischen einem Eintrittsbereich und einem Austrittsbereich aus der Anordnung von Wärmetauschern Ventilatoren und insbesondere umlaufend strömungsdicht an die Innenwandungen des Strömungskanals angeschlossen sind. Die Verwendung von Ventilatoren erlaubt eine gute Regelbarkeit des Volumenstroms und gleichzeitig die Vermeidung unerwünschter Querströmungen. Es ist dabei in einer ersten Gestaltung denkbar, dass die Mittel zum Erzeugen einer Druckdifferenz in Strömungsrichtung vor dem ersten der Wärmetauscher angeordnet sind und das Fluid durch die Anordnung der Wärmetauscher drücken. Selbstverständlich können die Mittel zum Erzeugen einer Druckdifferenz in Strömungsrichtung hinter dem letzten der Wärmetauscher angeordnet sein und das Fluid durch die Anordnung der Wärmetauscher saugen.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung von Wärmetauschern zeigt die Zeichnung.
Es zeigen:
1 – eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Anordnung von Wärmetauschern, bei der zusätzliches Fluid nach Durchtreten durch jeden Wärmetauscher zugeführt wird,
2 – konstruktivere Durchgestaltung einer Anordnung gemäß 1 mit drückender Strömungsrichtung,
3 – konstruktivere Durchgestaltung einer Anordnung gemäß 1 mit saugender Strömungsrichtung,
4 – eine Anordnung gemäß 1 mit daran angeordneter Regelung zur Regelung der Menge des zugeführten Fluids abhängig von Druck- und Temperaturänderungen.
In den 1 bis 4 sind verschiedene Varianten einer erfindungsgemäßen Anordnung von Wärmetauschern 1, 2, 3 dargestellt, wobei in der 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Anordnung von Wärmetauschern 1, 2, 3 zu erkennen ist, bei der zusätzliches Fluid 7 nach Durchtreten durch jeden Wärmetauscher 1, 2, 3 zugeführt wird. Diese Anordnung von Wärmetauschern 1, 2, 3 besteht aus drei hintereinander und beabstandet zueinander angeordneten Wärmetauschern 1, 2, 3, zwischen denen ein Raum 4 gelassen ist, in den sich eine Strömung des Fluids 12 ausbilden kann. Das Fluid 14 strömt dabei von einem Einlassbereich 19 der Anordnung nacheinander durch die Wärmetauscher 1, 2, 3 und tritt als Fluid 15 aus einem Auslassbereich 18 wieder aus, wobei das Fluid 12 in Strömungsrichtung 26 durch einen Ventilator 10 gefördert wird. Der Ventilator 10 ist in der 1 hinter dem letzten Wärmetauscher 3 angeordnet und saugt daher das Fluid 14 durch die Anordnung, wobei die Drehzahl des Ventilators 10 etwa durch einen Durchflussmesser 11 geregelt werden kann.
Beim Durchtreten jedes Wärmetauschers 1, 2, 3 wird das Fluid 12 etwa bei Betrieb der Wärmetauscher 1, 2, 3 zum Abkühlen eines nicht weiter dargestellten Raums gekühlt und verringert dabei sein Volumen. Bildlich gesprochen nimmt das Fluid 12 hinter jedem Wärmetauscher 1, 2, 3 ein etwas geringeres Volumen ein, wodurch aber bei einer Anordnung der Wärmetauscher 1, 2, 3 die in Strömungsrichtung 26 weiter hinten liegenden Wärmetauscher 2, 3 immer weniger in ihrem optimalen Betriebspunkt arbeiten und die Effizienz der Anordnung von Wärmetauschern 1, 2, 3, die selbstverständlich nicht auf die hier dargestellten drei Wärmetauscher 1, 2, 3 begrenzt sein muss, immer mehr leidet.
Zur Beseitigung dieses Problems wird nach dem Durchtreten jedes Wärmetauschers 1, 2, 3 zusätzliches Fluid 7 in den Raum 4 zwischen benachbarten Wärmetauschern 1, 2, 3 zugeführt. Dieses zusätzliche Fluid 7 wird hierbei über Öffnungen in der Wandung 9 des Strömungskanals des Fluides 12 zugeführt. Hierbei sind verschiedene Arten der Zuführung denkbar.
Am einfachsten ist eine Zuführung mittels Klappen 6 möglich, die etwa verteilt am Umfang der Wandung 9 des z. B. runden Strömungskanals angeordnet sind und sich wie in den 1 und 4 nach innerhalb der Wandung 9 öffnen. Durch diese Klappen 6 kann dann das außerhalb der Wandungen 9 befindliche zusätzliche Fluid 7 etwa allein durch die Druckdifferenz zwischen dem Umgebungsdruck und dem Druck des Fluids 12 in dem Raum 4 nachströmen. Es ist dabei selbstverständlich möglich, durch die Regelung der Öffnungsstellung der Klappen 6 eine entsprechende Mengenregulierung des zusätzlichen Fluids 7 zu realisieren.
Weiterhin ist es denkbar, dass des Strömungskanal im Raum 4 zwischen zwei benachbarten Wärmetauschern 1, 2, 3 von einer oder mehreren Lanzen 5 quer durchsetzt ist, die ausströmungsseitig entsprechende Düsen aufweisen, durch die eine entsprechende Düsenströmung 13 fein verteilt in das Fluid 12 eingeblasen oder eingesaugt werden kann, wenn die Lanze 5 entsprechend zusätzliches Fluid 7 führt. Hierdurch wird eine besonders gute Durchmischung des Fluids 12 und des zusätzlichen Fluids 7 erreicht. Auch hier eine Regulierung der Durchflussmenge des zusätzlichen Fluids durch die Lanze 5 erfolgen.
Weiterhin ist es denkbar, dass an einer oder mehreren Stellen der Wandung 9 in den Räumen 4 Pumpen 8 oder sonstige druckerzeugende Einrichtungen vorgesehen sind, die zusätzliches Fluid 7 in den Raum 4 und damit in das strömende Fluid 12 fördern. Durch Regelung des Betriebs der Pumpen 8 kann die geförderte Menge zusätzlichen Fluids 7 einfach geregelt werden.
In den 2 und 3 ist nun besser zu erkennen, wie das zusätzliche Fluid 7 an die Einlassöffnungen für die Klappen 6, Lanzen 5 oder Pumpen 8 geführt werden kann. Hierbei ist in der 3 die Strömungsrichtung 26 gegenüber der 1 derart geändert, dass der Ventilator 10 im Bereich des Einlasses 19 angeordnet ist und das angesaugte Fluid 14 durch die Anordnung der Wärmetauscher 1, 2, 3 hindurch drückt. Daher ist der Druck P₃ am Auslaß 18 höher als der Druck P₁ an Einlaß 19. Die Klappen 6 öffnen sich hierbei nach außerhalb der Wandung 9, damit das zusätzliche Fluid 7 strömungsgünstig einströmen und sich mit dem Fluid 12 vermischen kann. Die 2 entspricht im wesentlichen der Anordnung der strömungsrelevanten Komponenten der 1.
Um die Wandung 9 des Strömungskanals für das Fluid 12 herum ist eine zusätzliche Wandung 16 gebildet, die einen ringspaltförmigen Raum 27 zwischen den Wandungen 9, 16 begrenzt und der zur Ansaugseite 19 hin geöffnet ist. Das angesaugte Fluid 14 tritt dabei nicht nur in den ersten Wärmetauscher 1, sondern auch in den ringspaltförmigen Raum 27 und wird als Nebenstrom 25 durch den Ventilator 10 soweit gefördert, bis das zusätzliche Fluid 7 auf einen Wandbereich 17 trifft, der den ringspaltförmigen Raum 27 in Strömungsrichtung 26 begrenzt. Das als Nebenstrom 25 derart um die Wandung 9 herum zugeführte Fluid 7 kann dabei je nach der Öffnungsstellung der Klappen 6 oder der Lanze 5 oder der Betriebsstellung der Pumpe 8 in das Innere der Wandungen 9 des Strömungskanals eintreten und sich wie schon beschrieben mit dem Fluid 12 mischen.
In der 4 ist dargestellt, wie die im wesentlichen dem Aufbau der 1 entsprechende Anordnung von Wärmetauschern 1, 2, 3 geregelt werden kann. So kann die Öffnungsstellung der Klappen 6 oder die Durchflussmenge durch die Lanze 5 oder die Förderleistung der Pumpe 8 entweder abhängig von einer Druckdifferenz P₂ bzw. P₁ vor und nach jedem Wärmetauscher oder temperaturabhängig von der einlaßseitigen Temperatur T₂ und der auslaßseitigen Temperatur T₁ geregelt werden. Hierzu werden diese Drücke/Temperaturen von Sensoren 20, 21, 22, 24 erfasst und an eine Regelung 23 weiter geleitet, die entsprechend einer vorgebbaren Regelstra tegie die entsprechenden Durchflussmengen regelt, z. B. indem die Öffnungsstellung der Klappen 6 reguliert wird.

1: Wärmetauscher
2: Wärmetauscher
3: Wärmetauscher
4: Raum zwischen Wärmetauschern
5: Lanze
6: Klappe
7: zusätzliches Fluid
8: Pumpe
9: Wandung Strömungskanal
10: Ventilator
11: Temperaturfühler
12: Strömung Fluid zwischen Wärmetauschern
13: Düsenströmung Lanzenauslässe
14: angesaugtes Fluid
15: ausgeblasenes Fluid
16: Wandung Nebenstromkanal
17: Endbereich Wandung Nebenstromkanal
18: Ausblasbereich Fluid
19: Ansaugbereich Fluid
20: Temperatursensor
21: Temperatursensor
22: Drucksensor
23: Temperatur-/Druckregelung
24: Drucksensor
25: Nebenstrom
26: Strömungsrichtung
27: ringkanalartiger Raum

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Anordnung von Wärmetauschern (1, 2, 3), aufweisend mindestens zwei von dem gleichen Fluidstrom (12) nacheinander durchströmte, zueinander beabstandete Wärmetauscher (1, 2, 3) sowie Mittel (10) zum Erzeugen einer Druckdifferenz zwischen einem Eintrittsbereich (19) und einem Austrittsbereich (18) der Anordnung von Wärmetauschern (1, 2, 3), wobei dar Fluidstrom (12) aufgrund der Temperaturänderung beim Durchtritt durch die Wärmetauscher (1, 2, 3) sein Volumen verändert, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliches Fluid (7) derart in den Bereich (4) zwischen zwei in Strömungsrichtung hintereinander angeordneten Wärmetauschern (1, 2, 3) eingebracht wird, dass jeder der Wärmetauscher (1, 2, 3) der Anordnung in oder nahe seinem optimalen Betriebspunkt arbeitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliches Fluid (7) zwischen benachbart angeordneten Wärmetauschern (1, 2, 3) über einen extern geführten Nebenstrom (25) in den Fluidstrom (12) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliches Fluid (7) zwischen benachbart angeordneten Wärmetauschern (1, 2, 3) aufgrund des Differenzdruckes nach dem Durchströmen des in Strömungsrichtung (26) vorderen Wärmetauschers (1, 2) durch Ansaugung selbsttätig erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliches Fluid (7) durch den Bereich (4) zwischen den Wärmetauschern (1, 2, 3) und den Nebenstrom (25) verbindenden Klappen (6) oder dgl. zugeführt wird, die in der kanalartigen Begrenzungswand (9) vorgesehen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliches Fluid (7) durch in dem Bereich (4) zwischen den Wärmetauschern (1, 2, 3) angeordnete Lanzen (5) oder dgl. zugeführt wird, die mit dem Nebenstrom (25) in fluidführender Verbindung stehen und die kanalartige Begrenzungswand (9) durchtreten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliches Fluid (7) über den Bereich (4) zwischen den Wärmetauschern (1, 2, 3) und die Umgebung oder den Nebenstrom (25) verbindende Pumpen (8) oder dgl. Druckerzeuger zugeführt wird, die zusätzliches Fluid (7) durch Öffnungen in der kanalartigen Begrenzungswand (9) fördern.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung des zusätzlichen Fluids (7) in den Bereich zwischen den Wärmetauschern (1, 2, 3) abgeschaltet werden kann.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung des zusätzlichen Fluids (7) in den Bereich (4) zwischen den Wärmetauschern (1, 2, 3) druckabhängig und/oder temperaturabhängig und/oder strömungsabhängig geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine druckabhängige Regelung anhand des Differenzdrucks (22, 24) des Fluids vor und nach dem Durchströmen (14, 12)) eines Wärmetauschers (1, 2, 3) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine temperaturabhängige Regelung anhand der Temperaturdifferenz (20, 21) des Fluids vor und nach dem Durchströmen (18, 19) der Anordnung der Wärmetauscher (1, 2, 3) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung des zusätzlichen Fluids (7) in den Bereich (4) zwischen den Wärmetauschern (1, 2, 3) abhängig von der Volumendifferenz des Fluids nach dem Durchströmen des in Strömungsrichtung (26) vorderen Wärmetauschers (1, 2) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Fluid (7) den oder die in Strömungsrichtung (26) der Einleitungsstelle (5, 6, 8) vorher angeordneten Wärmetauscher (1, 2) nicht durchströmt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Fluid (7) mit Umgebungsbedingungen zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Fluid (7) vortemperiert zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtdurchsatz an Fluid durch die Anordnung der Wärmetauscher (1, 2, 3) aufgrund des Zuführens zusätzlichen Fluids (7) erhöht wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die notwendige Betriebszeit der Anordnung der Wärmetauscher (1, 2, 3) zur Erreichung einer gewünschten Zieltemperatur eines am Ausgang (18) der Anordnung zu temperierenden Raums verringert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieeinsatz zum Betreiben der Wärmetauscher (1, 2, 3) verringert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung von Wärmetauschern (1, 2, 3) bei dem Raumumluftverfahren in einem zu temperierenden Raum einsetzbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung von Wärmetauschern (1, 2, 3) bei der Frischluftzufuhr in einen zu temperierenden Raum einsetzbar ist.
Anordnung von Wärmetauschern (1, 2, 3), aufweisend mindestens zwei von dem gleichen Fluidstrom (12) nacheinander durchströmte, zueinander beabstandete Wärmetauscher (1, 2, 3) sowie Mittel (10) zum Erzeugen einer Druckdifferenz zwischen einem Eintrittsbereich (19) und einem Austrittsbereich (18) aus der Anordnung von Wärmetauschern (1, 2, 3), wobei dar Fluidstrom (12) aufgrund der Temperaturänderung beim Durchtritt durch die Wärmetauscher (1, 2, 3) sein Volumen verändert, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliches Fluid (7) aus einem Nebenstrom (25) mittels Zuführungseinrichtungen (5, 6, 8) durch eine kanalartige Begrenzungswand (9) in den Bereich (4) zwischen zwei in Strömungsrichtung (26) hintereinander angeordnete Wärmetauscher (1, 2, 3) einbringbar ist.
Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (4) zwischen den Wärmetauschern (1, 2, 3) durch Wandungen (9) eines Strömungskanals kanalartig fluiddicht umschlossen ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscher (1, 2, 3) umlaufend strömungsdicht an die Innenwandungen des Strömungskanals angeschlossen sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die kanalartige Begrenzung (9) des Raumes (4) zwischen den hintereinander angeordneten Wärmetauschern (1, 2, 3) von einer weiteren Wandung (16) ringkanalartig zumindest teilweise umschlossen ist und dieser ringkanalartige Raum (27) zusätzliches Fluid (7) zu den Zuführungseinrichtungen (5, 6, 8) zwischen den Wärmetauschern (1, 2, 3) fördert.
Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der ringkanalartige Raum (27) ansauggseitig geöffnet und an der Gegenseite (17) geschlossen ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführungseinrichtungen (5, 6, 8) als den Bereich (4) zwischen hintereinander angeordneten Wärmetauschern (1, 2, 3) und den Nebenstrom (25) verbindende Klappen (6) oder dgl. ausgebildet sind, die in der kanalartigen Begrenzungswand (9) vorgesehen sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführungseinrichtungen (5, 6, 8) als den Bereich (4) zwischen hintereinander angeordneten Wärmetauschern (1, 2, 3) und den Nebenstrom (25) verbindende Lanzen (5) oder dgl. ausgebildet sind, die mit dem Nebenstrom (25) in fluidführender Verbindung stehen und die kanalartige Begrenzungswand (9) durchtreten.
Anordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführungseinrichtungen (5, 6, 8) als den Bereich (4) zwischen den Wärmetauschern (1, 2, 3) und die Umgebung verbindende Pumpen (8) oder dgl. Druckerzeuger ausgebildet sind, die zusätzliches Fluid (7) durch Öffnungen in der kanalartigen Begrenzungswand (9) fördern.
Anordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscher (1, 2, 3) derart zueinander beabstandet angeordnet sind, dass sich ein mit Fluid (12) durchströmtes Volumen (4) zwischen den Wärmetauschern (1, 2, 3) ergibt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (10) zum Erzeugen einer Druckdifferenz zwischen einem Eintrittsbereich (19) und einem Austrittsbereich (18) aus der Anordnung von Wärmetauschern (1, 2, 3) Ventilatoren sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (10) zum Erzeugen einer Druckdifferenz umlaufend strömungsdicht an die Innenwandungen des Strömungskanals (27) angeschlossen sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (10) zum Erzeugen einer Druckdifferenz in Strömungsrichtung (26) vor dem ersten der Wärmetauscher (1, 2) angeordnet sind und das Fluid (12) durch die Anordnung der Wärmetauscher (1, 2, 3) drücken.
Anordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (10) zum Erzeugen einer Druckdifferenz in Strömungsrichtung (26) hinter dem letzten der Wärmetauscher (3) angeordnet sind und das Fluid (12) durch die Anordnung der Wärmetauscher (1, 2, 3) saugen.