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Die
Erfindung betrifft ein offenes Kühlkreissystem für
einen Kälteverbraucher und eine Algenunterdrückungsvorrichtung
für ein offenes Kühlkreissystem.
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Aus
der Praxis sind offene Kühlkreissysteme bekannt. Diese
dienen z. B. der Abführung von Prozesswärme in
technischen Anlagen oder in der Klimatisierung von Räumen.
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In
offen Kühlkreissystemen, die mit einem Kühlmittel
auf Wasserbasis arbeiten, besteht die Gefahr, dass sich durch eingetragene
Keime Algen bilden, welche – sofern dem Algenbildungsprozess nicht
entgegengewirkt wird – die Funktion des Kühlkreissystems
und/oder eines Kälteverbrauchers beeinträchtigen
können und im Extremfall sogar zu dessen Versagen führen
können.
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In
der Praxis werden daher einem Kühlmittel auf Wasserbasis
chemische Zusätze zugeführt, welche als Biozide
bezeichnet werden. Aus der
DE
34 44 573 A1 ist ein Biozid, welches für eine
Kühlwasseranwendung geeignet ist, bekannt. Biozide sind
jedoch teuer, und sie belasten darüber hinaus die Umwelt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kosten eines offenen Kühlkreissystems
und die Umweltbeeinträchtigungen durch ein offenes Kühlkreissystem
zu verringern.
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Die
Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit
den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 5.
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Gemäß der
Erfindung ist bei einem offenen Kühlkreissystem für
einen Kälteverbraucher mit einem Kühler und einem
Leitungssystem, durch welches in dem Kühler abgekühltes
Kühlmittel auf Wasserbasis zu dem Kälteverbraucher
und von dem Kälteverbraucher zurück zu dem Kühler
transportiert wird, eine Algenunterdrückungsvorrichtung
vorgesehen, welche auf physikalischem Weg die Bildung von Algen
unterdrückt. Durch die Unterdrückung der Bildung
von Algen auf physikalischem Weg ist es möglich, die Menge
zuzusetzender Biozide zu reduzieren, wodurch die Umweltbeeinträchtigung
verringert und die Kosten des Betriebs eines offenen Kühlkreissystems
verringert werden. Bei einer entsprechenden Auslegung der Algenunterdrückungsvorrichtung ist
es sogar möglich, auf einen Biozideinsatz ganz zu verzichten.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist
das Algenunterdrückungssystem einen Hochfrequenzreaktor,
insbesondere einen akustischen Hochfrequenzreaktor auf. Mit einem
Hochfrequenzreaktor, insbesondere einem akustischen Hochfrequenzreaktor
lassen sich biologische Strukturen, die zusammengefasst als Algen bezeichnet
werden, auflösen und sogar auf Zellebene zerstören.
Dies gilt insbesondere dann, wenn ein akustischer Hochfrequenzreaktor – der
gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
vorgesehen ist – mit einer Frequenz von bis zu 65 Kilohertz
(kHz), insbesondere mit einer Frequenz von 20 bis 25 Kilohertz (kHz)
arbeitet.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
es vorgesehen, dass das Algenunterdrückungssystem, insbesondere
der Hochfrequenzreaktor als durchströmter Rohrleitungsabschnitt
ausgebildet ist. Dies erlaubt es in besonders einfacher Weise, die
gemäß der Erfindung vorgesehenen Unterdrückung
der Bildung von Algen in bestehende Anlagen zu integrieren.
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Eine
Algenunterdrückungsvorrichtung mit einem Reaktor, in welchem
auf physikalischem Weg die Bildung von Algen unterdrückt
wird, ist das zentrale Aggregat eines erfindungsgemäßen
offenen Kühlkreissystems. Daher wird für eine
solche Algenunterdrückungsvorrichtung auch selbstständig Schutz
beansprucht.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Reaktor als
Hochfrequenzreaktor, und insbesondere als durchströmter
Rohrleitungsabschnitt ausgebildet, womit die bereits zuvor genannten
Vorteile erzielt werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist an dem Reaktor
ein Turbulenzgenerator vorgesehen, mit welchem sich die Wirkung
einer physikalischen Einwirkung, insbesondere der Einwirkung eines
Hochfrequenzreaktors erhöhen lässt. Wenn der Turbulenzgenerator
eine angeströmte, feststehende Verwirbelungsschraube ist,
lässt sich die Wirkungssteigerung auf besonders einfache Art
und Weise erreichen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist an dem Reaktor
eine Gaszuführeinrichtung, insbesondere eine Gaseinperlvorrichtung
für Druckluft und/oder CO2 angeordnet. Durch
die Zuführung von Gasen, insbesondere deren Einperlen kann
insbesondere die Wirksamkeit von Hochfrequenzreaktoren gesteigert
werden. Darüber hinaus hat CO2,
welches an sich die Umwelt nur wenig beeinträchtigt, die
Wirkung, den pH-Wert des Kühlmittels derart zu verändern,
dass die Bildung von Algen weiter unterdrückt wird.
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Die
Umsetzung der Erfindung ist nicht an eine bestimmte Bauform einer
Algenunterdrückungsvorrichtung gebunden. Daher ist auch
ein Verfahren zur Behandlung von Kühlmitteln auf Wasserbasis
in einem offenen Kühlkreissystem für einen Kälteverbraucher,
bei dem auf physikalischem Weg die Bildung von Algen unterdrückt
wird, neu und durch den Stand der Technik nicht nahegelegt. Für
ein solches Verfahren wird Schutz beansprucht.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung
im Zusammenhang mit der Zeichnung.
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Es
zeigen:
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1 eine
bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
offenen Kühlkreissystems mit einer Algenunterdrückungsvorrichtung
gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung in schematischer Darstellung und
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2 die
Algenunterdrückungsvorrichtung in 1 in vergrößerter,
geschnittener Darstellung.
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Die
in 1 gezeigte, besonders bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Kühlkreissystems 100 umfasst
einen Kühler 102, welcher nach Art eines offenen
Kühlturmes ausgebildet ist. Der Kühler 102 ist
an ein Leitungssystem 104 angeschlossen, welches eine Versorgungsleitung 106 und eine
Rückführleitung 108 aufweist. Die Versorgungsleitung 106 ist
an einer Auffangwanne 110 des Kühlers 102 angeschlossen
und führt ein Kühlmittel auf Wasserbasis zu einem
Kälteverbraucher 112.
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Der
Kälteverbraucher 112 ist beispielsweise ein Wärmetauscher
in einem Produktionsprozess der chemischen Industrie.
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In
der Versorgungsleitung 106 ist eine Pumpe 114 vorgesehen,
welche mit Hilfe eines Motors 116 angetrieben wird. Durch
die Pumpe 114 wird das Kühlmittel nicht nur zu
dem Kälteverbraucher 112 gefördert, sondern
auch durch die Rückführleitung 108 zurück
zu dem Kühler 102, in welchem das Kühlmittel über
mindestens eine Verrieselungseinrichtung 118 mit der der
Umgebungsluft in Kontakt gebracht wird, um auch durch eine Verdampfung
einen Kühleffekt zu erzielen. Ein an dem Kühler 102 vorgesehenes Kühlergebläse 120 dient
dazu, die Wärmeabfuhr an die Umgebung zu erhöhen.
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Da
das Kühlmittel sich in dem Kühler 102 mit der
Umgebung in Austausch befindet, können Keime in das Kühlmittel
eingetragen werden. Diese Keime, die in dem Kühlmittel
biologische Strukturen (Algen) bilden können, insbesondere
da das Kühlmittel auch im Bereich der Auffangwanne 110 eine
wachstumsfördernde Temperatur aufweist, ist eine Algenunterdrückungsvorrichtung 122 vorgesehen,
welche einen Hochfrequenzreaktor 124 und einen Hochfrequenzgenerator 126 umfasst.
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An
dem Hochfrequenzreaktor 124 ist eine Eingangsleitung 128 vorgesehen,
welche an die Rückführleitung 108 angeschlossen
ist. Ferner ist eine Ausgangsleitung 130 vorgesehen, welche
ebenfalls an die Rückführleitung 108 angeschlossen
ist. Um eine Steuerung und/oder Regelung der durch den Hochfrequenzreaktor
geführten Kühlmittelmenge unabhängig
von Kühlbedarf des Kälteverbrauchers 112 durchführen
zu können, ist ferner eine Reaktor-Bypass-Leitung 132 vorgesehen.
In der Reaktor-Bypass-Leitung 132 befindet sich ein erstes
Stellventil 134, mit welchem der Widerstand, den die Reaktor-Bypass-Leitung 132 dem
Kühlmittel aufprägt einstellbar ist.
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Ein
zweites Stellventil 136 ist darüber hinaus in
der Eingangsleitung 128 vorgesehen, und ein drittes Stellventil 138 befindet
sich in der Ausgangsleitung 130.
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Der
Hochfrequenzreaktor 124, der in 2 vergrößert
dargestellt ist, umfasst ein Gehäuse 140, welches
in seinem Wirkbereich 142, in welchem eine Hochfrequenzantenne 144 angeordnet
ist, einen Durchmesser DN200 aufweist, woraus ein Innendurchmesser
von etwa 210 mm resultiert. An einer Eingangsseite 146 des
Hochfrequenzreaktors 124, an der das Gehäuse 142 anschließend
an einen Anschlussflansch 148 zunächst im Bereich
einer feststehenden Verwirbelungsschraube 150 von einem Anschlussdurchmesser
D1 zunächst verjüngt und anschließend
in einem Diffusorbereich 152 auf den Durchmesser des Wirkbereichs 142 erweitert
ist, befindet sich am engsten Durchmesser D2 eine Gaseinperlvorrichtung 154.
Der Anschlussdurchmesser D1 ist 160 mm. Der engste Durchmesser D2
beträgt 140 mm.
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Um
eine hohe Wirksamkeit des Hochfrequenzreaktors 124 zu erzielen,
erstreckt sich die Hochfrequenzantenne 144 koaxial zu dem
Gehäuse 140 in dessen Wirkbereich 142.
Die Hochfrequenzantenne 144 weist einen Außendurchmesser
von etwa 60 mm auf, sodass die Wirkstrecke zwischen einer Außenwand 156 der
Hochfrequenzantenne 144 und einer Innenwand 158 des
Gehäuse 140 im Wirkbereich 142 rundum
etwa 75 mm beträgt. Dadurchwird auch erreicht, dass die
von der Hochfrequenzantenne 144 abgestrahlten Frequenzen
das Gehäuse 140, welches aus VA-Stahl gefertigt
ist, nicht beschädigen.
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Um
eine einfache Verbindung der Hochfrequenzantenne 144 mit
dem Hochfrequenzgenerator 126 über eine Anschlussleitung 160 zu
ermöglichen, ist ein Antennenlagerflansch 162 vorgesehen,
welche sich im Wesentlichen senkrecht zu einer Gehäuseachse 164 erstreckt.
Eine Ankerplatte 166, an der die Hochfrequenzantenne 144 verankert
ist, sitzt nach Art eines Blindflansches auf dem Antennenlagerflansch 162 auf.
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Da
das Gehäuse 140 an seiner der Eingangsseite 146 gegenüberliegenden
Stirnseite 168 durch die Ankerplatte 166 verschlossen
ist, der Hochfrequenzreaktor 124 jedoch durchströmt
werden soll, ist an das Gehäuse 140 ein Ausgangsrohr 170 angeschlossen,
dessen Ausgangsrichtung 172 quer, vorzugsweise senkrecht
zu der Gehäuseachse 164 verläuft. Um
ein einfachen Anschluss an das Leitungssystem 104 zu ermöglichen,
ist ein Ausgangs-Anschlussflansch 174 vorgesehen.
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Mit
der beschriebenen Vorrichtung ist an einem Kälteverbraucher 112 mit
einer Leistung von 2 MW ein neues und durch den Stand der Technik
nicht nahegelegtes Verfahren gemäß einer besonders
bevorzugten Ausführungsform wie folgt durchführbar:
In
einem offenen Kühlkreissystem 100 wie in 1 gezeigt
wird ein Arbeitsraum vorgesehen, der wie die Algenunterdrückungsvorrichtung 122 ein
Arbeitsvolumen aufweist, in welches das Kühlwasser geleitet werden
kann. In dem Arbeitsraum oder in einem eine Wirkung ermöglichenden
Abstand dazu benachbart werden Mittel vorgesehen, die es erlauben,
auf physikalischen Weg die Bildung von Algen zu unterdrücken.
Wird nun aufgrund der Arbeit eine Pumpe 114 Kühlwasser
durch das offene Kühlkreissystem zirkuliert, strömt
dieses auch in den Arbeitsraum, in welchem Einrichtungen die Algenbildung
unterdrücken. Auf diese Weise kann auf den Einsatz von
Bioziden ganz oder zumindest weitgehend verzichtet werden.
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Bei
dem Verfahren gemäß der besonders bevorzugten
Ausführungsform ist der Arbeitsraum vorzugsweise in einem
Reaktor ausgebildet, in welchem das Kühlmittel der Einwirkung
einer akustischen Hochfrequenz, vorzugsweise einer Frequenz von
bis zu 65 kHz, insbesondere einer Frequenz von 20 bis 25 kHz ausgesetzt
wird. Vor der Einwirkung der Hochfrequenz wird das Kühlmittel
vorzugsweise verwirbelt, wobei weiter bevorzugt in das Kühlmittel
vor der Einwirkung der Hochfrequenz, insbesondere nach der Verwirbelung
Druckluft und/oder CO2 zugeführt
wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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