DE102016011879A1

DE102016011879A1 - Kühlvorrichtung und Verfahren zur Rückkühlung von Flüssigkeiten in geschlossenen hydraulischen Systemen

Info

Publication number: DE102016011879A1
Application number: DE102016011879.2A
Authority: DE
Inventors: Christian Kemmerzehl; Mike Otto
Original assignee: Eaw Energieanlagenbau Westenfeld GmbH
Current assignee: Eaw Energieanlagenbau Westenfeld GmbH
Priority date: 2016-10-06
Filing date: 2016-10-06
Publication date: 2018-04-12

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Kühlvorrichtung und ein Verfahren zur Rückkühlung von Flüssigkeiten in geschlossenen hydraulischen Systemen mittels der Umgebungsluft, mit optionaler adiabate Vorkühlung durch Ausnutzung der Verdunstungskälte zu entwickeln, welche sich durch einen minimierten technischen Aufwand auszeichnen, und die Herstellungs-, Betriebs- und Instandhaltungskosten deutlich reduzieren soll. Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung (1) mit einem Rückkühlergehäuse (4) mit Lufteintrittsöffnung/en (2) und Luftaustrittsöffnung/en (3) und im Rückkühlergehäuse (4) angeordneten als Wärmetauscher (5) ausgelegten geschlossenen hydraulischen System/en, mit in der/den Luftaustrittsöffnung/en (3) angeordnetem/angeordneten Lüfter/n (6), und in der/den Lufteintrittsöffnung/en (2) des Rückkühlergehäuses (4), angeordneten, mit Füllstoffen (8) bestückte Kühlplatte/n (9), wobei oberhalb der Kühlplatte/n (9) zur adiabaten Vorkühlung Berieselungsvorrichtung/en (11) angeordnet ist/sind, zeichnet sich dadurch aus, dass die in der/den Lufteintrittsöffnung/en (2) des Rückkühlergehäuses (4) angeordnete/n Kühlplatte/n (9) im/am Rückkühlergehäuse (4) dreh- und/oder verschiebbar angeordnet ist/sind, so dass diese aus der/den Lufteintrittsöffnung/en (2) des Rückkühlergehäuses (4) herausgefahren und/oder geschwenkt werden können, wodurch die Lufteintrittsöffnung/en (2) zum ungehinderten Lufteintritt geöffnet werden. Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung und ein Verfahren zur Rückkühlung von Flüssigkeiten in geschlossenen hydraulischen Systemen und Verfahren zur Rückkühlung von Flüssigkeiten mittels der Umgebungsluft, unter optionaler Ausnutzung der Verdunstungskälte.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zur Rückkühlung von Flüssigkeiten in geschlossenen hydraulischen Systemen und ein Verfahren zur Rückkühlung von Flüssigkeiten mittels der Umgebungsluft, unter optionaler Ausnutzung der Verdunstungskälte.
Im Rahmen der Kälteerzeugung, beispielsweise in Verbindung mit Kältemaschinen wird eine Rückkühlung benötigt, um die dem zu kühlenden Raum entzogene Wärmemenge, wie auch die bei der Kälteerzeugung anfallende Wärmeenergie, d. h. die beim thermischen Antrieb der Kältemaschine anfallende Prozesswärme, an die Umgebung abzuführen.
Zur Rückführung dieser Wärmeenergie, an die Umgebung sind im Stand der Technik die unterschiedlichsten Bauformen von Kühlvorrichtungen, sogenannten Rückkühlern, vorbeschrieben. Das Ziel bei dieser Rückkühlung ist, dass die abzuführende Wärme mit minimalem Energieaufwand auf einem möglichst niedrigen Temperaturniveau gegenüber der Umgebungstemperatur wieder an die Umgebung abgegeben wird, wobei die Temperaturdifferenz zur Umgebungstemperatur insbesondere von der Größe der Wärmeübertragungsfläche/n und der diese Wärmeübertragungsfläche/n durchströmende Luftmenge bestimmt wird. Im Stand der Technik werden zur Rückkühlung beispielsweise Trockenkühler eingesetzt. Diese bestehen meist aus einem Wärmetauschergehäuse in dem geschlossene hydraulische Systeme als Wärmetauscher, beispielsweise in der Bauform von Lamellenwärmetauscherpaketen angeordnet sind, die dann definiert vom zu kühlenden Medium durchströmt werden. Hierfür sind über/unter dem/den Wärmetauscher/n Lüfter/Ventilatoren derart im Gehäuse angeordnet, dass diese die Umgebungsluft durch den Wärmetauscher, z. B. durch die Lamellenwärmetauscherpakete, hindurchdrücken oder hindurchsaugen. Um nun die zur Rückkühlung erforderliche Luftmenge zur Verfügung stellen zu können, müssen die eingesetzten Lüfter entsprechend dimensioniert sein, woraus folgt, dass deren Stromverbrauch die Energieeffizienz des Gesamtsystems stark beeinflusst. Zumeist sind die Trockenkühler als Module aufgebaut, wobei mehrere dieser Trockenkühler-Module so miteinander verbunden werden können, dass deren Gesamtkühlleistung dem erforderlichen Kühlbedarf der Anlage entspricht. Im Stand der Technik sind daneben auch die sogenannten Nasskühler vorbeschrieben. Bei dieser Bauform von Rückkühlern verdunstet ein Teil des Kühlwassers aus dem Rückkühlkreislauf, und kühlt dabei das verbleibende Kühlwasser. Mittels dieser Lösung können sehr effektiv, d. h. bei relativ kleiner Baugröße und sehr geringerer Lüfterleistung, sehr niedrige Rückkühltemperaturen erzielt werden.
Der wesentliche Nachteil dieser Nasskühler ist neben dem sehr hohen Wasserverbrauch heute insbesondere die Gefahr der Legionellenbildung. Legionellen bilden sich im Wasser bei einer Temperatur von 30°C bis 40°C. Ab einer Wassertemperatur von 55°C werden die Legionellen abgetötet. Aerosole mit Legionellen sind gefährlich, da diese lungengängig sind und dann Lungenentzündungen auslösen können. Auf Grund von darauf zurückzuführenden Todesfällen sind in Deutschland (gemäß VDI-Richtlinie 2047) die Betreiber derartiger Anlagen verpflichtet wöchentlich Proben zu ziehen und die darin enthaltenen Keimzahlen zu ermitteln. Dies führt beim Betreiber zwangsläufig zu einer Erhöhung der Betriebskosten der jeweiligen Kühlvorrichtung. Neben den vorbeschriebenen Trockenkühlern und den Nasskühler sind im Stand der Technik zudem die sogenannte Hybridkühler bekannt, welche analog wie die Trockenkühler aufgebaut sind und auch ohne weiteres als Trockenkühler arbeiten können. Bei dieser Bauform wird bei größeren Leistungsanforderungen, wie beispielsweise höheren Außentemperaturen, gezielt zudem der Effekt der Verdunstungskühlung genutzt. Diese Verdunstungskühlung wird bei den Hybridkühlern durch die Benetzung der Wärmetauscherflächen mit Wasser bewirkt. Die Hybridkühler benötigen im Vergleich zu den Nasskühlern deutlich weniger Wasser, haben jedoch den Nachteil, dass die direkte Wasserbenetzung der Wärmetauschfläche zwangsläufig nicht nur einen hohem Materialverschleiß verursacht, sondern dass zudem wiederum eine hohe Gefahr der Legionellenbildung auch weiterhin gegeben ist. Eine Kühlvorrichtung mit einem derartigen Hybridkühler wird beispielsweise in der DE PS 972 293 vorbeschrieben. Im Rahmen der Weiterentwicklung der vorgenannten Rückkühler wurden im Stand der Technik luftgekühlte Wärmetauscher mit adiabater Vorkühlung beschrieben. Bei dieser Lösung werden zur trockenen Kühlung des Wassers Trockenkühler eingesetzt, bei denen die Wärmetauscher als horizontale, vertikale oder V-förmig angeordnete Wärmetauschfläche/n, beispielsweise in der Bauform von Lamellenwärmetauscherpaketen, in einem Wärmetauschergehäuse derart angeordnet sind, dass sich das Kühlwasser in einem geschlossenen Kreislauf befindet, wobei der/die Lüfter wiederum derart im Gehäuse angeordnet sind, dass diese/r die zur Kühlung eingesetzte Umgebungsluft durch die Wärmetauschfläche/n hindurchdrücken oder hindurchsaugen. Bei der Lösung mit adiabater Vorkühlung sind im Wärmetauschergehäuse in Strömungsrichtung der Luft, vor den Wärmetauscherflächen mit Füllstoffen bestückte adiabate Kühlplatten, die im Bedarfsfall mit Wasser benetzt werden können, derart angeordnet, dass der gesamte von dem/den Lüfter/n erzeugte, die Wärmetauscherflächen des Wärmetauschers durchströmende Luftvolumenstrom zuerst durch die mit Füllstoffen, wie beispielsweise Befeuchtungspads, bestückten und im Bedarfsfall, zumeist ab einer bestimmten Außenlufttemperatur, mit Wasser benetzten Füllstoffe/Befeuchtungspads der Kühlplatten leiten. An dieser durch die Füllstoffe/Befeuchtungspads vergrößerten Oberfläche der Kühlplatten verdunstet ein Teil des Wassers, wobei die dafür erforderliche Wärme dem Luftvolumenstrom entzogen wird, so dass sich der durch die befeuchteten Füllstoffe/Befeuchtungspads der Kühlplatte/n hindurchströmende, Luftvolumenstrom adiabat abkühlt. Das Wasser zur Berieselung der Füllstoffe der Kühlplatten, d. h. das Wasser zur adiabaten Vorkühlung wird einmalig eingestellt und bleibt im Betriebszustand der adiabaten Vorkühlung konstant. In Folge der Hintereinanderschaltung der Kühlplatte/n und der Wärmetauscherfläche/n im Luftvolumenstrom des Wärmetauschers entstehen zwangsläufig erhöhte Strömungsverluste, die selbst im trockenen Betrieb, d. h. ohne adiabate Vorkühlung, noch eine sehr hohe elektrische Leistungsaufnahme der Lüfter zur Folge haben, da der Druckverlust über die für die adiabate Vorkühlung eingesetzten Kühlplatten selbst bei trockenen Kühlplatten mit unbenetzten Füllstoffen noch hoch ist, und hierfür über das gesamte Jahr eine zusätzliche Lüfterleistung erforderlich ist.
Eine Kühlvorrichtung mit adiabater Vorkühlung wird beispielsweise in der US 2009/0188651 A1 vorbeschrieben. Das zur Berieselung eingesetzte Berieselungswasser wird im Kreislauf geführt, und die Berieselung wird stets dann eingeschaltet, wenn eine bestimmte (vorgegebene) Außentemperatur überschritten wird. Diese Lösung erfordert jedoch selbst bei trockenen Kühlplatten, infolge des Strömungswiderstandes der Kühlplatten, eine gegenüber den Trockenkühlern hohe elektrische Leistungsaufnahme der Lüfter. Da in unseren Breitengraden an den meisten Betriebstagen des Jahres eine adiabate Vorkühlung nicht erforderlich ist, resultiert im Jahresdurchschnitt bei dieser Rückkühlerbauform mit adiabater Vorkühlung daraus zwangsläufig ein sehr hoher Energieverbrauch gegenüber Trockenkühlern. Zudem besteht bei dem zur Benetzung der Füllstoffe der Kühlplatten in der US 2009/0188651 A1 eingesetzte Berieslungswasser eine hohe Gefahr der Legionellenbildung. Das im Umlauf geführte Berieslungswasser wird aufgrund der Verdunstung mit der Zeit hart, und es erhöht sich zudem in dem im Umlauf geführten Berieslungswasser die Konzentration von mitgeführtem Staub und/oder Pollen, wobei sich dieser in den adiabaten Kühlplatten absetzt und deren Luftwiderstand und damit die benötigte Lüfterleistung erhöht. Zudem erfordert der Austausch der Kühlplatten einen hohen Instandhaltungs- und Instandsetzungsaufwand. Im Stand der Technik, wird zudem in der EP 1 035 396 B1 eine Kühlvorrichtung vorbeschrieben, bei der ein/mehrere Trockenkühler mit einem/mehreren Hybridkühlern und einem/mehreren adiabaten Kontaktwärmetauscher, die vom Berieslungswasser, welches zuvor über den/die Hybridkühler geleitet wurde, berieselt werden, so kombiniert werden können, dass der Luftstrom wahlweise stets durch zwei dieser drei Kühler geleitet, und zudem auch die durch die Trockenkühler und die Hybridkühler hindurch geleiteten Kühlflüssigkeiten miteinander vermischt werden können. Diese in der EP 1 035 396 B1 vorbeschriebene Lösung erfordert einen sehr hohen technischen, apparativen und hydraulischen wie zudem auch einen hohen mess- und steuerungstechnischen Aufwand, und führt infolge der Luftführung durch stets mehrere Kühler, in Folge der damit verbundenen Strömungsverluste, gegenüber Trockenkühlern wiederum zu einer hohen elektrischen Leistungsaufnahme der Lüfter. Gleichzeitig neigt auch diese Lösung nach der EP 1 035 396 B1 bei dem im Kreislauf geführten Berieselungswasser wiederum sehr stark zur Legionellenbildung. In der US 2009/0133257 A1 wird darüber hinaus eine Kühlvorrichtung nach dem Wirkprinzip eines Hybridkühlers vorbeschrieben, bei der das Berieselungswasser, bevor es auf die Wärmetauscher auftrifft, im nach oben geleiteten Luftstrom über einen Füllstoff verrieselt und so adiabat abgekühlt wird. Auch diese Lösung erfordert ob mit oder ohne adiabate Vorkühlung des Berieslungswassers eine hohe Lüfterleistung und hat zudem ebenfalls den Nachteil der Legionellenbildung. Aus der US 2014/0165641 A1 ist zudem eine Kühlvorrichtung nach dem Wirkprinzip eines Hybridkühlers bekannt bei der das Berieselungswasser nachdem es den Wärmetauscher passier hat adiabat abgekühlt wird. Auch in dieser Bauform führt die Kreislaufführung des Berieslungswassers mit adiabater Kühlung zur Gefahr der Legionellenbildung. Um die ”Lungengängigkeit” der Legionellen zu unterbinden sind bei dieser Lösung vor dem Luftaustritt Tropfenabscheider angeordnet, die jedoch zwangsläufig die Lüfterleistung zusätzlich erhöhen. Alle vorgenanten Lösungen haben auf Grund der Kreislaufführung des Berieslungswasser/Rieselwassers neben der Gefahr der Legionellenbildung zudem den Nachteil, dass das im Umlauf geführte Berieslungswasser in Folge der ständigen Verdunstung mit der Zeit hart wird, wobei sich gleichzeitig die Konzentration von mitgeführten/”abgewaschenen” Staub und/oder Pollen erhöht. Diese Stoffe lagern sich in den adiabaten Kühlplatten ab und erhöhen deren Luftwiderstand, wodurch sich zwangsläufig die von der Kühlvorrichtung benötigte Lüfterleistung erhöht.
Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik, liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde eine Kühlvorrichtung und ein Verfahren zur Rückkühlung von Flüssigkeiten in geschlossenen hydraulischen Systemen mittels der Umgebungsluft, mit optionaler adiabate Vorkühlung durch Ausnutzung der Verdunstungskälte zu entwickeln, welche sich durch einen minimierten technischen, d. h. apparativen, hydraulischen, mess- und steuerungstechnischen Aufwand auszeichnen soll, und die Herstellungs-, Betriebs- und Instandhaltungskosten deutlich reduzieren soll, und bei nicht erforderlicher adiabate Vorkühlung, die elektrische Leistungsaufnahme der Lüfter deutlich senken soll, und dadurch auch den Energieverbrauch der Kühlvorrichtung zur Rückkühlung im Jahresdurchschnitt wesentlich reduzieren soll, wobei mittels der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren das Problem der Legionellenbildung, wie auch das Problem der kontinuierlichen Ansammlung von über die Luft und/oder mit dem Berieslungswasser mitgeführten Schwebstoffen/Verschmutzungen und deren Ablagerung in den Kühlplatten beseitigt werden soll, wobei in einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung, in Verbindung mit einem geringen apparativen Zusatzaufwand, die Kühlleistung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung bezogen auf den Energieverbrauch optimiert und gleichzeitig der zur adiabaten Vorkühlung eingesetzte Wasserverbrauch minimiert werden soll.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Kühlvorrichtung 1 zur Rückkühlung von Flüssigkeiten in geschlossenen hydraulischen Systemen mittels der Umgebungsluft, unter optionaler Ausnutzung der Verdunstungskälte, mit einem, mit einer/mehreren Lufteintrittsöffnung/en 2 und einer/mehreren Luftaustrittsöffnung/en 3 versehenen, ansonsten luftdicht abgeschlossenen Rückkühlergehäuse 4, einem/mehreren im Rückkühlergehäuse 4 angeordneten als Wärmetauscher 5 ausgelegten geschlossenen hydraulischen System/en, und einem oder mehreren lufteintrittsseitig des Wärmetauschers 5 im Rückkühlergehäuse 4 angeordneten Lufteintrittsöffnungen 2, sowie einer oder mehreren luftaustrittsseitig des Wärmetauschers 5 im Rückkühlergehäuse 4 angeordneten Luftaustrittsöffnung/en 3 mit in dieser/diesen Luftaustrittsöffnung/en 3 des Rückkühlergehäuses 4 angeordnetem/angeordneten drehzahlgeregelten Lüfter/n 6, der/die nach dem Saugzugprinzip einen Luftvolumenstrom 7 gezielt durch den Wärmetauscher 5 hindurch leiten, wobei in der/den Lufteintrittsöffnung/en 2 des Rückkühlergehäuses 4, eine/mehrere mit Füllstoffen 8, wie Wabenplatten oder Befeuchtungskörper oder Befeuchtungspads, bestückte Kühlplatte/n 9 angeordnet ist/sind, und dass zur adiabaten Vorkühlung oberhalb der Kühlplatte/n 9 eine/mehrere mit Berieselungswasserzuleitung/en 10 versehene Berieselungsvorrichtung/en 11 angeordnet ist/sind, welche der Befeuchtung der Füllstoffe 8 der Kühlplatte/n 9 dient/dienen, wobei in der/den Berieselungswasserzuleitung/en 10 mindestens ein Ventil zum An- und Abschalten der Berieselungsvorrichtung/en 11 angeordnet ist, und das die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung 1 sich dadurch auszeichnet, dass die in der/den Lufteintrittsöffnung/en 2 des Rückkühlergehäuses 4 angeordnete/n Kühlplatte/n 9 im/am Rückkühlergehäuse 4 dreh- und/oder verschiebbar angeordnet ist/sind, so dass diese aus der/den Lufteintrittsöffnung/en 2 des Rückkühlergehäuses 4 herausgefahren und/oder geschwenkt werden können, so dass dadurch die Lufteintrittsöffnung/en 2 zum ungehinderten Lufteintritt geöffnet werden, so dass der Luftvolumenstrom 7 über die Lufteintrittsöffnung/en 2, an der/den Kühlplatte/n 9 vorbei in das Innere des Rückkühlergehäuses 4 eintreten kann, wodurch die Kühlvorrichtung 1 dann als Trockenkühler arbeitet, so dass im Betriebszustand ohne die adiabate Vorkühlung des Luftvolumenstromes der von dem/den Lüfter/n 6 erzeugten Luftvolumenstrom 7 nur noch ausschließlich durch den/die Wärmetauscher/n 5 und nicht mehr zudem noch durch die Füllstoffe 8 der Kühlplatten 9 hindurch treten muss. Diese Lösung gewährleistet mit minimierten technischen, d. h. apparativen, hydraulischen, mess- und steuerungstechnischen Aufwand und gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduzierte Herstellungs- und Betriebskosten. Auch die Instandhaltungskosten können mittels der erfindungsgemäßen Lösung deutlich gesenkt werden, da infolge deren „Beweglichkeit” sowohl die Kühlplatten 9 wie auch deren Füllstoffe 8 problemlos und kostengünstig gewartet, gereinigt oder auch ausgetauscht werden können. Zudem bewirkt die erfindungsgemäße Lösung, dass bei nicht erforderlicher adiabate Vorkühlung die elektrische Leistungsaufnahme der Lüfter deutlich gesenkt, und der Energieverbrauch der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung zur Rückkühlung im Jahresdurchschnitt wesentlich reduziert werden konnte. Das bei Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung bevorzugte erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass das zur Berieselung der Füllstoffe 8 der Kühlplatte/n 9 eingesetzte Berieslungswasser ausschließlich aus dem Frischwasser gespeist wird, so dass dadurch auch das Problem der Legionellenbildung, wie zudem auch das Problem des ”Zusetzens” der Kühlplatten des Standes der Technik, infolge der kontinuierlichen Ansammlung von mit dem Berieslungswasser mitgeführten Schwebstoffen, beseitigt wird.
Vorteilhafte Ausführungen, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung der erfindungsgemäßen Lösung in Verbindung mit den Darstellungen zu den Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Lösung.
Nachfolgend soll nun die erfindungsgemäße Lösung an Hand von fünf Ausführungsbeispielen in Verbindung mit mehreren diesen Ausführungsbeispielen zugeordneten Darstellungen näher erläutert werden.
Diese Darstellungen zeigen in der
1A: die räumliche Darstellung einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 1 in der Bauform als modular aufgebauter Doppelblockkühler 19 mit V-Anordnung der Wärmetauscher 5, mit an den Seitenwänden des Rückkühlergehäuses 4, neben den Lufteintrittsöffnungen 2 angeordneten Linearführungen 12 mit vertikal verfahrbaren Kühlplatten 9, in denen Füllstoffe 8, wie die hier dargestellten Befeuchtungspads, angeordnet sind, im Betriebszustand mit adiabater Vorkühlung mit durch die Kühlplatten 9 „verschlossenen” Lufteintrittsöffnungen 2 des Rückkühlergehäuses 4;
1B: die räumliche Darstellung der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 1 aus 1A, jedoch im Betriebszustand ohne adiabate Vorkühlung mit nach oben ausgefahrenen/hoch gefahrenen Kühlplatten 9 und dadurch freigegebenen/„geöffneten” Lufteintrittsöffnungen 2 des Rückkühlergehäuses 4;
2A: die räumliche Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 1 wiederum in der Bauform als modular aufgebauter Doppelblockkühler 19 mit V-Anordnung der Wärmetauscher 5, mit an den Seitenwänden des Rückkühlergehäuses 4, in den Lufteintrittsöffnungen 2 bodenseitig angeordneten horizontalen Drehachsen 14 um die die Kühlplatten 9, in denen Füllstoffe 8, wie die hier dargestellten Befeuchtungspads, angeordnet sind, drehbar gelagert sind, im Betriebszustand mit adiabater Vorkühlung mit durch die Kühlplatten 9 „verschlossenen” Lufteintrittsöffnungen 2 des Rückkühlergehäuses 4;.
2B: die räumliche Darstellung der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 1 nach 2A, jedoch im Betriebszustand ohne adiabate Vorkühlung mit abgeschwenkten Kühlplatten 9 und dadurch freigegebenen/„geöffneten” Lufteintrittsöffnungen 2 des Rückkühlergehäuses 4;
3A: die räumliche Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 1 wiederum in der Bauform als modular aufgebauter Doppelblockkühler 19 mit V-Anordnung der Wärmetauscher 5, mit an den Seitenwänden des Rückkühlergehäuses 4, in den Lufteintrittsöffnungen 2 am oberen Rand angeordneten horizontalen Drehachsen 14 um die die Kühlplatten 9, in denen Füllstoffe 8, wie die hier dargestellten Befeuchtungspads, angeordnet sind, drehbar gelagert sind, im Betriebszustand mit adiabater Vorkühlung mit durch die Kühlplatten 9 „verschlossenen” Lufteintrittsöffnungen 2 des Rückkühlergehäuses 4;
3B: die räumliche Darstellung der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 1 nach 3A, jedoch im Betriebszustand ohne adiabate Vorkühlung mit hochgeschwenkten Kühlplatten 9 und dadurch freigegebenen/„geöffneten” Lufteintrittsöffnungen 2 des Rückkühlergehäuses 4;
4A: die räumliche Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 1 wiederum in der Bauform als modular aufgebauter Doppelblockkühler 19 mit V-Anordnung der Wärmetauscher 5, mit an den Seitenwänden des Rückkühlergehäuses 4, in den Lufteintrittsöffnungen 2 randseitig angeordneten vertikalen Drehachsen 14 um die die Kühlplatten 9, in denen Füllstoffe 8, wie die hier dargestellten Befeuchtungspads, angeordnet sind, drehbar gelagert sind, im Betriebszustand mit adiabater Vorkühlung mit durch die Kühlplatten 9 „verschlossenen” Lufteintrittsöffnungen 2 des Rückkühlergehäuses 4;
4B: die räumliche Darstellung der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 1 nach 4A, jedoch im Betriebszustand ohne adiabate Vorkühlung mit herausgeschwenkten Kühlplatten 9 und dadurch freigegebenen/„geöffneten” Lufteintrittsöffnungen 2 des Rückkühlergehäuses 4;
5A: die räumliche Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 1 wiederum in der Bauform als modular aufgebauter Doppelblockkühler 19 mit V-Anordnung der Wärmetauscher 5, mit an den Seitenwänden des Rückkühlergehäuses 4, in den Lufteintrittsöffnungen 2 um eine vertikale, mittig angeordnete Drehachse 14 drehbar gelagerte Kühlplatten 9, in denen Füllstoffe 8, wie die hier dargestellten Befeuchtungspads, angeordnet sind im Betriebszustand mit adiabater Vorkühlung mit durch die Kühlplatten 9 „verschlossenen” Lufteintrittsöffnungen 2 des Rückkühlergehäuses 4;
5B: die räumliche Darstellung der in der 5A dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung (im Betriebszustand ohne adiabate Vorkühlung mit ausgeschwenkten Kühlplatten 9 und dadurch freigegebenen/„geöffneten” Lufteintrittsöffnungen 2 des Rückkühlergehäuses 4;
5C: die räumliche Darstellung gemäß der in der 5B dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung im Betriebszustand ohne adiabate Vorkühlung mit im teilweise aus den Lufteintrittsöffnungen 2 des Rückkühlergehäuses 4 ausgeschwenkten Kühlplatten 9 in der Rückansicht;
5D: die Schnittdarstellung der in der 5A dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung senkrecht zur Längsachse, mittig durch einen der Lüfter 6 im Betriebszustand mit adiabater Vorkühlung.
Die in den 1A und 1B dargestellte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die in der/den Lufteintrittsöffnung/en 2 des Rückkühlergehäuses 4 der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 1, welche in diesem Ausführungsbeispiel als modular aufgebauter Doppelblockkühler 19 mit V-Anordnung der Wärmetauscher 5 ausgeführt ist, angeordnete/n Kühlplatte/n 9 zur Ebene der Lufteintrittsöffnung/en 2 mittels Linearführung/en 12 verschiebbar so im Rückkühlergehäuse 4 gelagert ist/sind, dass ein/mehrere am Rückkühlergehäuse 4 angeordnete/r auf die Kühlplatte/n 9 einwirkende Antrieb/e 13 die Kühlplatte/n 9 aus den Lufteintrittsöffnung/en 2 herausfahren, und dabei die Lufteintrittsöffnung/en 2 zum ungehinderten Eintritt des Luftvolumenstromes 7 öffnen. Die in den 2A und 2B sowie den 3A und 3B dargestellte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die in der/den Lufteintrittsöffnung/en 2 des Rückkühlergehäuses 4 der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 1, welche in diesem Ausführungsbeispiel als modular aufgebauter Doppelblockkühler 19 mit V-Anordnung der Wärmetauscher 5 ausgeführt ist, angeordnete/n Kühlplatte/n 9, in der Horizontalen außermittig/randseitig unten (siehe 2A und 2B) bzw. in der Horizontalen außermittig/randseitig oben (siehe 3A und 3B), um Drehachsen 14 mittels Drehgelenk/en 15 drehbar so in der/den Lufteintrittsöffnungen 2 des Rückkühlergehäuses 4 gelagert ist/sind, dass ein/mehrere am Rückkühlergehäuse 4 angeordnete/r auf die Kühlplatte/n 9 einwirkende Antrieb/e 13 die Kühlplatte/n 9 wie die Flügel eines Fensters/einer Tür aus den Lufteintrittsöffnung/en 2 ausschwenken und dabei die Lufteintrittsöffnung/en 2 auch in dieser Bauform zum ungehinderten Eintritt des Luftvolumenstromes 7 öffnen. Die in den 4A und 4B dargestellte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die in der/den Lufteintrittsöffnung/en 2 des Rückkühlergehäuses 4 der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 1, welche in diesem Ausführungsbeispiel als modular aufgebauter Doppelblockkühler 19 mit V-Anordnung der Wärmetauscher 5 ausgeführt ist, angeordnete/n Kühlplatte/n 9, in der Vertikalen außermittig/randseitig um Drehachsen 14 mittels Drehgelenk/en 15 drehbar so in der/den Lufteintrittsöffnungen 2 des Rückkühlergehäuses 4 gelagert ist/sind, dass ein/mehrere am Rückkühlergehäuse 4 angeordnete/r auf die Kühlplatte/n 9 einwirkende Antrieb/e 13 die Kühlplatte/n 9 wie die Flügel eines Fensters/einer Tür aus den Lufteintrittsöffnung/en 2 ausschwenken und dabei die Lufteintrittsöffnung/en 2 auch in dieser Bauform zum ungehinderten Eintritt des Luftvolumenstromes 7 öffnen. Die in den 5A, 5B und 5C dargestellte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die in der/den Lufteintrittsöffnung/en 2 des Rückkühlergehäuses 4 der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 1, welche in diesem Ausführungsbeispiel ebenso wie in dem Ausführungsbeispiel mit den 4A und 4B, als modular aufgebauter Doppelblockkühler 19 mit V-Anordnung der Wärmetauscher 5 ausgeführt ist, angeordnete/n Kühlplatte/n 9 in der Vertikalen mittig um Drehachsen 14 mittels Drehgelenk/en 15 drehbar so in den Lufteintrittsöffnungen 2 des Rückkühlergehäuses 4 gelagert ist/sind, dass ein/mehrere am Rückkühlergehäuse 4 angeordnete/r auf die Kühlplatte/n 9 einwirkende Antrieb/e 13 die Kühlplatte/n 9 wiederum vollständig aus den Lufteintrittsöffnung/en 2 ausschwenken und so wiederum die Lufteintrittsöffnung/en 2 zum ungehinderten Eintritt des Luftvolumenstromes 7 öffnen. Die in den 1 bis 5 dargestellten Bauformen zeichnen sich zudem dadurch aus, dass das/die in der/den Berieselungswasserzuleitung/en 10 der Berieselungsvorrichtung/en 11 angeordnete/n Ventil/e als Regelventil/e 16 ausgeführt ist/sind, das/die eine definierte Variation der in die Berieselungsvorrichtung/en 11 eintretenden Wassermenge gewährleistet/gewährleisten, wobei sowohl die Austrittstemperatur des aus der Kühlvorrichtung 1 austretenden Kühlwassers einerseits mittels eines Temperaturfühlers, wie auch die Lufttemperatur und die Luftfeuchtigkeit der Luft außerhalb der Kühlvorrichtung 1 andererseits mittels eines Luftsensors 17 erfasst, und zum Betrieb der Kühlvorrichtung 1 mit der erfindungsgemäßen adiabaten Vorkühlung einer Steuerungseinheit 18 übermittelt werden, die auch die Durchflussmenge/n des/der Regelventils/Regelventile 16 steuert. Das in Verbindung mit der Steuerungseinheit 18 eingesetzte Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass mittels der Steuerungseinheit 18, in Abhängigkeit von der Temperatur des aus der Kühlvorrichtung 1 austretenden Kühlwassers und der jeweiligen Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit der Luft außerhalb der Kühlvorrichtung, welche vom Luftsensor 17 bereit gestellt wird, die Kühlplatten 9 in die Stellung ”offen” (Betriebszustand Trockenkühler) oder ”geschlossen” (Betriebszustand mit adiabater Vorkühlung) verfahren, und dass im Betriebszustand der adiabaten Vorkühlung die Berieselung mittels des Regelventils 16 so eingestellt wird, dass eine nahezu vollständige adiabate Verdunstung gewährleistet ist, so dass die Kühlleistung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 1 bezogen auf den Energieverbrauch optimiert und der zur adiabaten Vorkühlung eingesetzte Wasserverbrauch minimiert wird. In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die zur adiabaten Verdunstung eingesetzte Wassermenge des Berieselungswassers einen geringen Überschuß aufweist der den Austrag von Verunreinigungen (wie Pollen oder Staubpartikel) gewährleistet. Zur Ableitung dieses ”Spülwassers” sind am/im Rückkühlergehäuse 4 unterhalb der Kühlplatte/n 9 Ablaufrinnen angeordnet, die in den 1 bis 5 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt wurden. Nachfolgend soll die Funktionsweise der Steuerungseinheit 18 noch einmal an Hand eines Praxisbeispiels näher erläutert werden. Dabei ist die Austrittstemperatur des Kühlwassers aus der Kühlvorrichtung 1 vom Betreiber vorgegeben. Bei niedrigen Außentemperaturen sind die Kühlplatten 9 in die Stellung ”offen”, d. h. die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung 1 arbeitet im Betriebszustand als Trockenkühler, d. h. ohne adiabatische Vorkühlung. Erhöhen sich nun im Tagesverlauf die Außentemperaturen wird zunächst von der Steuerungseinheit 18 die Drehzahl der Lüfter erhöht. Haben diese die maximale Drehzahl erreicht und die Austrittstemperatur des Kühlwassers aus der Kühlvorrichtung 1 steigt dennoch weiter, schaltet die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung 1 in den Betriebszustand mit adiabater Vorkühlung, d. h. die Kühlplatt/en 9 wird/werden in die Stellung ”geschlossen” verfahren und die Berieselungsvorrichtung/en 11 wird/werden eingeschaltet. Dabei wird über das Regelventil 16 die der Berieselungsvorrichtung/en 11 über die Berieselungswasserzuleitung/en 10 zugeführte Wassermenge in Abhängigkeit von der jeweiligen Lufttemperatur und Luftfeuchte der Außenluft so eingestellt, dass eine nahezu vollständige adiabate Verdunstung gewährleistet ist. Fällt die Außentemperatur wieder unter einen bestimmten Wert, für den eine Trockenkühlung energetisch effektiver ist, schaltet die Kühlvorrichtung wieder in den Betriebszustand ohne adiabatische Vorkühlung, d. h. die Kühlplatt/en 9 wird/werden in die Stellung ”offen” verfahren und die Berieselungsvorrichtung/en 11 wird/werden ausgeschaltet. Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es somit gelungen eine Kühlvorrichtung zur Rückkühlung von Flüssigkeiten in geschlossenen hydraulischen Systemen mittels der Umgebungsluft, mit optionaler adiabate Vorkühlung durch Ausnutzung der Verdunstungskälte zu entwickeln, welche sich durch einen minimierten technischen, d. h. apparativen, hydraulischen, mess- und steuerungstechnischen Aufwand auszeichnet, und die Herstellungs-, Betriebs- und Instandhaltungskosten deutlich reduziert, und bei nicht erforderlicher adiabate Vorkühlung, die elektrische Leistungsaufnahme der Lüfter deutlich senkt, und dadurch auch den Energieverbrauch der Kühlvorrichtung zur Rückkühlung im Jahresdurchschnitt wesentlich reduziert, wobei mittels der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren das Problem der Legionellenbildung, wie auch das Problem der kontinuierlichen Ansammlung von über die Luft und/oder mit dem Berieslungswasser mitgeführten Schwebstoffen/Verschmutzungen und deren Ablagerung in den Kühlplatten beseitigt werden, wobei in einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung, in Verbindung mit einem geringen apparativen Zusatzaufwand, die Kühlleistung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung bezogen auf den Energieverbrauch optimiert und gleichzeitig der zur adiabaten Vorkühlung eingesetzte Wasserverbrauch minimiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Kühlvorrichtung
2: Lufteintrittsöffnung
3: Luftaustrittsöffnung
4: Rückkühlergehäuse
5: Wärmetauscher
6: Lüfter
7: Luftvolumenstrom
8: Füllstoff
9: Kühlplatte
10: Berieselungswasserzuleitung
11: Berieselungsvorrichtung
12: Linearführung
13: Antrieb
14: Drehachse
15: Drehgelenk
16: Regelventil
17: Luftsensor
18: Steuerungseinheit
19: Doppelblockkühler

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 972293 [0004]
US 2009/0188651 A1 [0005, 0005]
EP 1035396 B1 [0005, 0005, 0005]
US 2009/0133257 A1 [0005]
US 2014/0165641 A1 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

VDI-Richtlinie 2047 [0004]

Claims

Kühlvorrichtung (1) zur Rückkühlung von Flüssigkeiten in geschlossenen hydraulischen Systemen mittels der Umgebungsluft, unter optionaler Ausnutzung der Verdunstungskälte, mit einem, mit einer/mehreren Lufteintrittsöffnung/en (2) und einer/mehreren Luftaustrittsöffnung/en (3) versehenen, ansonsten luftdicht abgeschlossenen Rückkühlergehäuse (4), einem/mehreren im Rückkühlergehäuse (4) angeordneten als Wärmetauscher (5) ausgelegten geschlossenen hydraulischen System/en, mit in dieser/diesen Luftaustrittsöffnung/en (3) des Rückkühlergehäuses (4) angeordnetem/angeordneten drehzahlgeregelten Lüfter/n (6), der/die nach dem Saugzugprinzip einen Luftvolumenstrom (7) gezielt durch den Wärmetauscher (5) hindurch leiten, wobei in der/den Lufteintrittsöffnung/en (2) des Rückkühlergehäuses (4), eine/mehrere mit Füllstoffen (8) bestückte Kühlplatte/n (9) angeordnet ist/sind, und dass zur adiabaten Vorkühlung oberhalb der Kühlplatte/n (9) eine/mehrere mit Berieselungswasserzuleitung/en (10) versehene Berieselungsvorrichtung/en (11) angeordnet ist/sind, welche der Befeuchtung der Füllstoffe (8) der Kühlplatte/n (9) dient/dienen, wobei in der/den Berieselungswasserzuleitung/en (10) mindestens ein Ventil zum An- und Abschalten der Berieselungsvorrichtung/en (11) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die in der/den Lufteintrittsöffnung/en (2) des Rückkühlergehäuses (4) angeordnete/n Kühlplatte/n (9) im/am Rückkühlergehäuse (4) dreh- und/oder verschiebbar angeordnet ist/sind, so dass diese aus der/den Lufteintrittsöffnung/en (2) des Rückkühlergehäuses (4) herausgefahren und/oder geschwenkt werden können, so dass dadurch die Lufteintrittsöffnung/en (2) zum ungehinderten Lufteintritt geöffnet werden, und der Luftvolumenstrom (7) über die Lufteintrittsöffnung/en (2), an der/den Kühlplatte/n (9) vorbei in das Innere des Rückkühlergehäuses (4) eintreten kann, wodurch die Kühlvorrichtung (1) dann als Trockenkühler arbeitet, so dass im Betriebszustand ohne die adiabate Vorkühlung des Luftvolumenstromes der von dem/den Lüfter/n (6) erzeugten Luftvolumenstrom (7) nur noch ausschließlich durch den/die Wärmetauscher/n (5) und nicht mehr zudem noch durch die Füllstoffe (8) der Kühlplatten (9) hindurch tritt.
Vorrichtung zur Kühlung von Flüssigkeiten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das/die in der/den Berieselungswasserzuleitung/en (10) der Berieselungsvorrichtung/en (11) angeordnete/n Ventil/e als Regelventil/e (16) ausgeführt ist/sind, das/die eine definierte Variation der in die Berieselungsvorrichtung/en (11) eintretenden Wassermenge gewährleistet/gewährleisten, wobei sowohl einerseits die Austrittstemperatur des aus der Kühlvorrichtung (1) austretenden Kühlwassers mittels eines Temperaturfühlers, wie auch andererseits die Lufttemperatur und die Luftfeuchtigkeit der Luft außerhalb der Kühlvorrichtung (1) mittels eines Luftsensors (17) erfasst, und zum Betrieb der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung (1) einer Steuerungseinheit (18) übermittelt werden, die auch die Durchflussmenge/n des/der Regelventils/Regelventile (16) steuert.
Kühlvorrichtung (1) zur Rückkühlung von Flüssigkeiten nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in der/den Lufteintrittsöffnung/en (3) des Rückkühlergehäuses (4) angeordnete/n Kühlplatte/n (9) zur Ebene der Lufteintrittsöffnung/en (3) mittels Linearführung/en (12) verschiebbar so im Rückkühlergehäuse (4) gelagert ist/sind, dass ein/mehrere am Rückkühlergehäuse (4) angeordnete/r auf die Kühlplatte/n (9) einwirkende Antrieb/e (13) die Kühlplatte/n (9) aus der/den Lufteintrittsöffnung/en (2) herausfahren, und dabei die Lufteintrittsöffnung/en (2) zum ungehinderten Eintritt des Luftvolumenstromes (7) öffnen.
Kühlvorrichtung (1) zur Rückkühlung von Flüssigkeiten nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in der/den Lufteintrittsöffnung/en (3) des Rückkühlergehäuses (4) angeordnete/n Kühlplatten (9), in der Horizontalen oder in der Vertikalen, mittig oder außermittig um Drehachsen (14) mittels Drehgelenk/en (15) drehbar so in der/den Lufteintrittsöffnung/en (2) des Rückkühlergehäuses (4) gelagert ist/sind, dass ein/mehrere am Rückkühlergehäuse (4) angeordnete/r auf die Kühlplatte/n (9) einwirkende Antrieb/e (13) die Kühlplatte/n (9) wie die Flügel eines Fensters aus den Lufteintrittsöffnung/en (2) ausschwenken und dabei die Lufteintrittsöffnung/en (2) zum ungehinderten Eintritt des Luftvolumenstromes (7) öffnen.
Kühlvorrichtung (1) zur Rückkühlung von Flüssigkeiten nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass am/im Rückkühlergehäuse (4) unterhalb der Kühlplatte/n (9) eine/mehrere Ablaufrinne/n angeordnet ist/sind.
Verfahren zum Betrieb einer Kühlvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Berieselung der Füllstoffe (8) der Kühlplatte/n (9) eingesetzte Berieselungswasser ausschließlich als Frischwasser in die Berieselungsvorrichtung (11) eingeleitet wird.
Verfahren zum Betrieb einer Kühlvorrichtung (1) nach den Ansprüchen 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Steuerungseinheit (18), in Abhängigkeit von der Temperatur des aus der Kühlvorrichtung (1) austretenden Kühlwassers und der jeweiligen Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit der Luft außerhalb der Kühlvorrichtung die Kühlplatten (9) in die Stellung ”offen” (Betriebszustand Trockenkühler) oder ”geschlossen” (Betriebszustand mit adiabater Vorkühlung) verfahren, und dass im Betriebszustand der adiabater Vorkühlung die Berieselung der Füllstoffe (8) der Kühlplatte/n (9) durch die Berieselungsvorrichtung/en (11) mittels des/der Regelventils/Regelventile (16) so eingetellt wird, dass eine nahezu vollständige adiabate Verdunstung gewährleistet ist, so dass die Kühlleistung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung (1) bezogen auf den Energieverbrauch optimiert und der zur adiabaten Vorkühlung eingesetzte Wasserverbrauch minimiert wird.
Verfahren zum Betrieb einer Kühlvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zur adiabaten Verdunstung eingesetzte Wassermenge des Berieselungswassers einen geringen Überschuß aufweist, der den Austrag von Verunreinigungen (wie Pollen oder Staubpartikel) gewährleistet.