DE202004000733U1 - Cooling device, in particular for cooling compressed air - Google Patents

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Abstract

Disclosed is an apparatus for cooling a hot flowing medium, particularly compressed air discharged from a compressor. Said cooling apparatus comprises a cooling member in the form of a cooler grid which is penetrated by the medium that is to be cooled, said cooling member acting as a heat exchanger, and a fan system for directing a flow of cooling air onto a substantially flat cooling air inlet area of the cooling member. According to the invention, the fan system encompasses at least one, preferably several radial fans while a preliminary pressure chamber is disposed upstream of the cooling air inlet area of the cooling member, said preliminary pressure chamber being provided with at least one air intake port to which the air outlet of one respective radial fan is connected.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die allgemein zum Kühlen eines heißen Strömungsmediums und vorzugsweise zum Kühlen der von einem Kompressor erzeugten Druckluft dient. Vorzugsweise ist die Kühlvorrichtung vorgesehen zur Verwendung bei Kompressoren, insbesondere Schraubenkompressoren, die an Silo-Fahrzeugen montiert sind und Druckluft zur pneumatischen Förderung des im Silo-Fahrzeug zu transportierenden Schüttgutes liefern.The The invention relates to a cooling device according to the preamble of claim 1, generally for cooling a hot fluid medium and preferably for cooling the compressed air generated by a compressor is used. Preferably is the cooling device intended for use in compressors, in particular screw compressors, which are mounted on silo vehicles and compressed air for pneumatic advancement deliver the bulk material to be transported in the silo vehicle.

Wegen den stark eingeschränkten Platzverhältnissen an Silo-Fahrzeugen werden die Druckluftkühler in der Regel in unmittelbarer Nähe der Kompressorstufe installiert und in das Druckluftsystem eingefügt. Bekannt sind Druckluftkühler, bei denen der von der Druckluft durchströmte Kühlerkörper, der die Form eines Kühlgitters oder Kühlnetzes hat, durch einen Axialventilator mit Kühlluft beaufschlagt wird. Dieser ist wegen der beengten Platzverhältnisse in kleinstmöglichem Abstand von der ebenen Lufteintrittsfläche des Kühlgitters angeordnet. Der vom Axialventilator erzeugte Kühlluftstrom ist kreisförmig und beaufschlagt im wesentlichen nur eine kreisförmige Teilfläche der insgesamt quadratischen Lufteintrittsfläche des Kühlgitters. Die außerhalb dieser kreisförmigen Teilfläche liegenden Flächenbereiche des Kühlgitters bleiben mehr oder weniger von der Kühlluft unbeaufschlagt. Der effektive Wirkungsgrad des Kühlgitters wird somit nur zu ca. 60 bis 70 % ausgenutzt. Dies gilt unabhängig davon, ob der Axialventilator in saugender oder drückender Zuordnung zum Kühlgitter angeordnet ist.Because of the severely limited space On silo vehicles, the compressed air coolers are usually in immediate Near the Compressor stage installed and inserted into the compressed air system. Known are compressed air coolers, in which the cooler body through which the compressed air flows, which is in the form of a cooling grid or cooling network has, is acted upon by an axial fan with cooling air. This is because of the cramped space in the smallest possible Distance from the plane air inlet surface of the cooling grid arranged. The from the axial fan generated cooling air flow is circular and acts on essentially only a circular part of the surface Total square air inlet surface of the cooling grid. The outside this circular subarea lying surface areas of cooling grid remain more or less unaffected by the cooling air. Of the effective efficiency of the cooling grid is thus utilized only to about 60 to 70%. This applies regardless of whether the axial fan in sucking or pressing assignment to the cooling grid is arranged.

Ein weiterer Nachteil von Axialventilatoren ist deren geringe Leistungsdichte bzw. niedriger Wirkungsgrad. Die Luftfördermenge des Axialventilators ist stark vom Gegendruck abhängig, und die Kennlinien zeigen, dass schon bei dem Gegendruck von 200 Pa die Luftfördermenge und damit auch die Kühlleistung sich um ca. 50 % verringert. Bei den bishe rigen Systemen war die Kühlleistung nicht ausreichend, um z. B. bei einer Umgebungstemperatur von 30°C und einem Druckluft-Volumenstrom von 1.000 m3/h die Druckluft auf eine Endtemperatur von weniger als 100°C zu kühlen.Another disadvantage of axial fans is their low power density and low efficiency. The air flow rate of the axial fan is highly dependent on the backpressure, and the curves show that even at the back pressure of 200 Pa, the air flow and thus also the cooling capacity is reduced by about 50%. In the bishe rigen systems, the cooling capacity was not sufficient to z. B. at an ambient temperature of 30 ° C and a compressed air flow rate of 1,000 m 3 / h to cool the compressed air to a final temperature of less than 100 ° C.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kühlvorrichtung der angegebenen Art so zu verbessern, dass sie den beengten Platzverhältnissen an Silo-Fahrzeugen gerecht wird und eine optimale Kühlleistung bietet, die ausreicht, um einen Druckluftstrom auf eine Temperatur im Bereich der Umgebungs- bzw. der Ansaugtemperatur zu kühlen, ohne dass der Platzbedarf für die Kühlvorrichtung vergrößert wird.task The invention is a cooling device To improve the specified type so that they the tight space conditions on silo vehicles and optimum cooling performance provides sufficient air flow to a temperature sufficient to cool in the range of the ambient or the intake temperature without the space required for the cooling device is enlarged.

Eine weitere Bedingung besteht darin, durch Steuerung oder Regelung der Kühlleistung sicherzustellen, dass eine Unterschreitung des Taupunktes verhindert wird. Das bei Unterschreitung des Taupunktes in der Druckluft anfallende Kondensat kann zwar bei der Förderung bestimmter Güter wie z. B. PVC-Granulat vorteilhaft sein, da es die elektrostatische Aufladung verhindert. In der Regel, insbesondere bei saugfähigen Fördergütern wie z. B. Mehl, Gips und Zement, ist Kondensat aber unerwünscht, da es zu Verklebungen führt und eine pneumatische Förderung sogar unmöglich machen kann.A Another condition is to control or regulate the cooling capacity ensure that the temperature falls below the dew point becomes. The resulting in below the dew point in the compressed air Condensate may be in the promotion certain goods such as B. PVC granules be advantageous because it is the electrostatic Prevents charging. As a rule, especially for absorbent goods such as z. As flour, gypsum and cement, condensate is undesirable since it leads to bonds and a pneumatic conveyor even impossible can make.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Die Unteransprüche beziehen sich auf weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.The inventive solution of Task is specified in claim 1. The dependent claims relate to further advantageous embodiments of the invention.

Ein Vergleich der Leistungsparameter von Axialventialtoren und Radialgebläsen zeigt, dass Axialventialtoren bereits bei einem Strömungswiderstand bzw. Gegendruck von 200 Pa einen Leistungsverlust von 50 % aufweisen, während bei Radialgebläsen ein solcher Leistungsverlust erst bei einem Gegendruck bzw. Strömungswiderstand von 600 Pa eintritt. Bei Radialgebläsen besteht jedoch die Schwierigkeit, dass ihre Luftaustrittsfläche relativ kleine Abmessungen aufweist, die an sich ungünstig für die gleichmäßige Beaufschlagung einer größeren Kühlfläche wie z. B. der quadratischen Lufteinströmfläche eines Kühlgitters oder Kühlnetzes ist. Die Erfindung überwindet diese Schwierigkeit dadurch, dass vor dem Kühlkörper eine Vordruckkammer angeordnet wird, die mindestens eine Lufteintrittsöffnung aufweist, an die der Luftauslass eines Radialgebläses angeschlossen ist. Die Vordruckkammer ermöglicht es, dass sich der von dem Radialgebläse, vorzugsweise von einer Mehrzahl von Radialgebläsen erzeugte Kühlluftstrom gleichmäßig auf die Fläche des Kühlkörpers verteilt. Hierzu ist eine Mindesthöhe der Vordruckkammer erforderlich.One Comparison of the Performance Parameters of Axialventialtoren and Radial Blowers shows, Axialventialtoren already at a flow resistance or back pressure from 200 Pa have a power loss of 50%, while at centrifugal blowers such a loss of power only at a back pressure or flow resistance of 600 Pa occurs. Radial blowers, however, have the difficulty that their air outlet surface has relatively small dimensions, which in itself unfavorable for the uniform application a larger cooling surface like z. B. the square Lufteinströmfläche a cooling grid or cooling network is. The invention overcomes this difficulty in that arranged in front of the heat sink a pre-pressure chamber is having at least one air inlet opening to which the Air outlet of a radial fan connected. The pre-pressure chamber allows that of the radial fan, preferably Cooling air flow generated by a plurality of radial fans evenly the area of the heat sink distributed. This is a minimum height the admission pressure chamber required.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:A embodiment The invention will be explained in more detail with reference to the drawings. It shows:

1 eine perspektivische Ansicht der Kühlvorrichtung, 1 a perspective view of the cooling device,

2 in etwas größerem Maßstab einen Schnitt durch die Kühlvorrichtung etwa entlang ihrer vertikalen Mittelebene, 2 on a somewhat larger scale a section through the cooling device approximately along its vertical center plane,

3 eine perspektivische Darstellung der Hauptkomponenten der Kühlvorrichtung vor dem Zusammenbau. 3 a perspective view of the main components of the cooling device before assembly.

Die in den Zeichnungen dargestellte Kühlvorrichtung hat einen als Wärmetauscher dienenden Kühlkörper 1 von flacher Quaderform mit einem Kühlgitter oder Kühlnetz 3 sowie einer oberen und unteren Verteilerkammer 5. Im Betrieb strömt von einem Kompressor (nicht dargestellt) verdichtete und dabei erwärmte Druckluft, z. B. aus der oberen Verteilerkammer 5 zur unteren Verteilerkammer 5 durch eine Vielzahl von mit Kühlrippen oder Kühllamellen versehene Röhren, die zusammen das Kühlgitter 3 bilden.The cooling device shown in the drawings has a heat sink serving as a heat sink 1 of flat cuboid shape with a cooling grid or cooling net 3 as well as an upper and lower ren distribution chamber 5 , In operation flows from a compressor (not shown) compressed and thereby heated compressed air, for. B. from the upper distribution chamber 5 to the lower distribution chamber 5 through a plurality of tubes provided with cooling fins or cooling fins, which together form the cooling grid 3 form.

In den Zwischenräumen zwischen den Kühlrippen oder -lamellen wird das Kühlgitter 3 durchströmt von einem Kühlluftstrom, der von einer Mehrzahl von Radialgebläsen 7 erzeugt wird. Bei dem Ausführungsbeispiel sind sechs Radialgebläse 7 vorgesehen, wobei jeweils zwei Radialgebläse 7 einen gemeinsamen, zwischen ihnen angeordneten Antriebsmotor 9 aufweisen und somit ein Radial-Doppelgebläse bilden. Jedes Radialgebläse 7 hat eine rechteckige, dem Kühlgitter 3 zugewandte Luftaustrittsöffnung.In the spaces between the cooling fins or fins is the cooling grid 3 traversed by a flow of cooling air from a plurality of radial fans 7 is produced. In the embodiment, six radial fans 7 provided, each with two radial fan 7 a common, arranged between them drive motor 9 and thus form a radial double fan. Every radial fan 7 has a rectangular, the cooling grid 3 facing air outlet opening.

Zwischen dem Kühlgitter 3 und den Radialgebläsen 7 befindet sich eine Druckkammer 11, die die Form eines flachen, einseitig offenen Kastens hat, dessen offene Seite dem Kühlgitter 3 zugewendet ist. Die geschlossene Wandung der Druckkammer 11 weist eine Anzahl von rechteckigen Lufteintrittsöffnungen 13 auf, deren Größe, Anzahl und Anordnung diejenigen der Luftaustrittsöffnungen der einzelnen Radialgebläse 7 entspricht.Between the cooling grid 3 and the radial fans 7 there is a pressure chamber 11 , which has the shape of a flat, one-sided open box, the open side of the cooling grid 3 is turned. The closed wall of the pressure chamber 11 has a number of rectangular air inlet openings 13 on, the size, number and arrangement of those of the air outlet openings of the individual radial fan 7 equivalent.

Für den Zusammenbau der Kühlvorrichtung werden die Radialgebläse 7 auf der Rückwand der Druckkammer 11 derart montiert, dass ihre Luftaustrittsöffnungen mit den Lufteintrittsöffnungen 13 der Druckkammer 11 zur Deckung kommen. Anschließend wird die Druckkammer 11 abdichtend an dem Kühlkörper 1 befestigt. Zu diesem Zweck kann die Druckkammer 11 z.B. Flansche 15 mit Löchern für Befestigungsschrauben aufweisen.For the assembly of the cooling device, the radial blower 7 on the back wall of the pressure chamber 11 mounted such that their air outlet openings with the air inlet openings 13 the pressure chamber 11 come to cover. Subsequently, the pressure chamber 11 sealing on the heat sink 1 attached. For this purpose, the pressure chamber 11 eg flanges 15 with holes for mounting screws.

Die einzelnen Radialgebläse 7 haben im Vergleich zur Fläche des Kühlkörpers 1 kleine Abmessungen, so dass den beengten Platzverhältnissen Rechnung getragen wird. Da jedoch mehrere Radialgebläse gleichmäßig über die Fläche der Druckkammer 11 und damit auch gleichmäßig über die Lufteintrittsfläche des Kühlgitters 3 verteilt sind, wird die Gesamtfläche des Kühlgitters 3 gleichmäßig von dem Kühlluftstrom beaufschlagt wird. Dabei muss jedoch sichergestellt werden, dass der aus jeder Lufteintrittsöffnung 13 in die Druckkammer 11 eintretende Luftstrom sich auch seitlich ohne übermäßigen Strömungswiderstand ausbreiten kann, um die Lufteintrittsfläche des Kühlgitters 3 gleichmäßig, auch außerhalb der Kontur jeder Lufteintrittsöffnung 13, zu beaufschlagen. Um dies zu gewährleisten, ist erfindungsgemäß die Höhe h der Druckkammer 11 (s. 2) so bemessen, dass sie in einer vorgegebenen Relation zu der Umfangslänge und der Fläche jeder der Lufteintrittsöffnungen 13 steht. Diese Relation ist derart, dass das Produkt aus der Höhe h und der Umfangslänge jeder Lufteintrittsöffnung 13 das 1- bis 3-fache, vorzugsweise ca. das 2-fache, der Fläche jeder Lufteintrittsöffnung 13 beträgt.The individual radial fans 7 have compared to the area of the heat sink 1 small dimensions, so that the limited space is taken into account. However, because several radial blowers are uniform across the area of the pressure chamber 11 and thus evenly over the air inlet surface of the cooling grid 3 are distributed, the total area of the cooling grid 3 is acted upon evenly by the cooling air flow. However, it must be ensured that the from each air inlet opening 13 in the pressure chamber 11 entering airflow can also spread laterally without excessive flow resistance to the air inlet surface of the cooling grid 3 even, even outside the contour of each air inlet opening 13 to charge. To ensure this, according to the invention, the height h of the pressure chamber 11 (S. 2 ) are sized to be in a predetermined relation to the circumferential length and the area of each of the air inlet openings 13 stands. This relation is such that the product of the height h and the circumferential length of each air inlet opening 13 1 to 3 times, preferably about 2 times, the area of each air inlet opening 13 is.

Bei einem konkreten Ausführungsbeispiel hat jede Lufteintrittsöffnung 13 Seitenlängen von 10 bzw. 6 cm und somit eine Fläche von 60 cm2 und eine gesamte Umfangslänge von 32 cm. Die Höhe h der Druckkammer 11 beträgt 4 cm. Das Produkt aus der Höhe h und der Umfangslänge jeder Lufteintrittsöffnung 13 beträgt somit 128 cm2. Dieses Produkt ist ein Maß für den Strömungsquerschnitt, der dem durch jede Lufteintrittsöffnung 13 eintretenden Gebläseluftstrom für die seitliche Ausbreitung vor dem Auftreffen auf das Kühlgitter 13 zur Verfügung steht.In a specific embodiment, each air inlet opening 13 Side lengths of 10 or 6 cm and thus an area of 60 cm 2 and a total circumferential length of 32 cm. The height h of the pressure chamber 11 is 4 cm. The product of the height h and the circumferential length of each air inlet opening 13 is thus 128 cm 2 . This product is a measure of the flow area that passes through each air inlet 13 incoming fan airflow for lateral propagation prior to impingement on the cooling grid 13 is available.

Es hat sich gezeigt, dass bei einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung, bei der der bisher verwendete Axialventilator durch die dargestellte Anordnung von Radialgebläsen 7 mit Druckkammer 11 ersetzt wurde, die Austrittstemperatur der Druckluft aus der Kühlvorrichtung von bisher 100°C auf 50°C gesenkt werden konnte. Dies liegt daran, dass die von den Doppel-Radialgebläsen 7, aufgrund der zur Verfügung stehenden höheren Leistungsdichte, mit erhöhtem Druck in die Druckkammer 11 eingebrachte Luftmenge das Kühlgitter 3 flächendeckend beaufschlagt und mit maximaler Strömungsgeschwindigkeit gleichmäßig geströmt.It has been found that in a cooling device according to the invention, in which the previously used axial fan by the illustrated arrangement of radial fans 7 with pressure chamber 11 was replaced, the outlet temperature of the compressed air from the cooling device from previously 100 ° C to 50 ° C could be lowered. This is because of the double radial blowers 7 , due to the higher power density available, with increased pressure in the pressure chamber 11 amount of air introduced the cooling grid 3 uniformly applied and uniformly flowed at maximum flow velocity.

Um dem Betreiber die Möglichkeit zu bieten, die für das jeweilige Fördergut erforderliche Kühlleistung einzustellen und ggf. eine durch zu starke Kühlung verursachte Unterschreitung des Taupunktes zu vermeiden, sind die Doppel-Radialgebläse 7 mittels einer integrierten elektronischen Steuereinheit (nicht dargestellt) steuerbar bzw. regelbar. Über ein extern gesteuertes Steuerkontrollgerät (nicht dargestellt), in dem sich unter anderem eine analog-digitale Temperaturanzeige sowie ein Regel-Potentiometer befindet, läßt sich die Gebläseleistung bzw. die Kühltemperatur stufenlos zwischen 40°C und 120°C, bezogen auf eine Außentemperatur von 20°C, einstellen bzw. regeln.In order to offer the operator the opportunity to adjust the cooling capacity required for the respective conveyed material and possibly to avoid a shortage of the dew point caused by excessive cooling, the double-radial blower 7 by means of an integrated electronic control unit (not shown) controllable or adjustable. About an externally controlled control control unit (not shown), in which inter alia, an analog-digital temperature display and a control potentiometer is, the fan speed or the cooling temperature can be continuously between 40 ° C and 120 ° C, based on an outside temperature of 20 ° C, adjust or regulate.

Die Erfindung ist nicht auf die Einzelheiten der dargestellten Ausführungsform beschränkt. So kann insbesondere die Anzahl und Anordnung der Radialgebläse 7 geändert und an die vorgegebenen Abmessungen des Kühlgitters 3, an die vorgegebenen Abmessungen des Kühlkörpers 1 und an die vorhandenen Platzverhältnisse anpassen.The invention is not limited to the details of the illustrated embodiment. Thus, in particular, the number and arrangement of the radial fan 7 changed and to the given dimensions of the cooling grid 3 , to the given dimensions of the heat sink 1 and adapt to the available space.

In 2 ist ein Schutzgehäuse 17 dargestellt (in 1 und 3 weggelassen), welches mindestens teilweise aus Lochblech besteht und durch welches die von den Radialgebläsen 7 angesaugte Kühlluft einströmen kann.In 2 is a protective housing 17 represented (in 1 and 3 omitted), which at least partially consists of perforated plate and through which of the radial blowers 7 sucked cooling air can flow.

Claims (6)

Kühlvorrichtung zum Kühlen eines heißen Strömungsmediums, insbesondere von aus einem Kompressor austretender Druckluft, mit einem als Wärmetauscher dienenden Kühlkörper (1) in Form eines von dem zu kühlenden Medium durchströmten Kühlergitters (Kühlernetzes) (3), und einer Gebläseanordnung zum Richten eines Kühlluftstromes auf eine im wesentlichen ebene Kühlluft-Eintrittsfläche des Kühlkörpers, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Kühlluft-Eintrittsfläche des Kühlkörpers (1) eine Vordruckkammer (11) angeordnet ist, die mindestens eine Lufteintrittsöffnung (13) aufweist, an die der Luftauslass eines Radialventilators (7) angeschlossen ist.Cooling device for cooling a hot flow medium, in particular emerging from a compressor compressed air, with a heat exchanger serving as a heat sink ( 1 ) in the form of a radiator grille (radiator network) through which the medium to be cooled ( 3 ), and a blower arrangement for directing a cooling air flow onto a substantially plane cooling air inlet surface of the cooling body, characterized in that in front of the cooling air inlet surface of the cooling body ( 1 ) a pre-pressure chamber ( 11 ) is arranged, the at least one air inlet opening ( 13 ) to which the air outlet of a centrifugal fan ( 7 ) connected. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wandung der Druckkammer (11) mehrere Lufteintrittsöffnungen (13), vorzugsweise gleichmäßig verteilt, angeordnet sind, an die jeweils ein Radialventilator (7) angeschlossen ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that in the wall of the pressure chamber ( 11 ) several air inlet openings ( 13 ), preferably evenly distributed, are arranged, to each of which a radial fan ( 7 ) connected. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass je zwei Axialventilatoren (7) zu einem Axialdoppelventilator mit gemeinsamem Antriebsmotor (9) zusammengefasst sind.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that each two axial fans ( 7 ) to an axial double fan with common drive motor ( 9 ) are summarized. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Lufteintrittsöffnungen versehene Wandung der Druckkammer (11) im wesentlichen parallel zur Lufteintrittsfläche des Kühlkörpers (1) verläuft in einem Abstand (h), der so bemessen ist, dass das Produkt aus dem Abstand (h) und der Umfangslänge jeder Lufteintrittsöffnung (13) gleich oder größer als die Fläche jeder Lufteintrittsöffnung ist.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the wall provided with the air inlet openings of the pressure chamber ( 11 ) substantially parallel to the air inlet surface of the heat sink ( 1 ) extends at a distance (h) which is dimensioned so that the product of the distance (h) and the circumferential length of each air inlet opening (H) ( 13 ) is equal to or greater than the area of each air inlet opening. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt gleich dem 1- bis 3-fachen, vorzugsweise etwa gleich dem 2-fachen der Fläche der Lufteintrittsöffnung (13) ist.Apparatus according to claim 4, characterized in that the product is equal to 1 to 3 times, preferably approximately equal to 2 times the area of the air inlet opening ( 13 ). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Einrichtung zum Verändern oder Regeln der Drehzahl jedes Axialventilators (7) aufweist.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that it comprises means for varying or regulating the rotational speed of each axial fan ( 7 ) having.
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