DE202016105392U1 - Hybrid cooling arrangement - Google Patents

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Abstract

Hybridkühlanordnung (1) für Kältemittel, aufweisend – einen Enthitzer (2) und – mindestens zwei auf der luftseitigen Wärmeübertragerfläche mit Kühlmittel benetzbare Kondensatoren (3), – eine Kühlmittelbenetzungsvorrichtung für die Kondensatoren (3) und – Mittel zur Erzeugung einer Strömung von Kühlluft (10) durch die Kondensatoren (3) hindurch, wobei – die Kondensatoren (3) V-förmig mit ihrer Längsachse (8) geneigt zur Längsachse (7) der Hybridkühlanordnung (1) in dieser angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass – der Enthitzer (2) im oberen offenen Bereich der V-förmig angeordneten Kondensatoren (3) zwischen den beabstandet zueinander angeordneten Stirnseiten (9) der Kondensatoren (3) angeordnet ist, wobei der Enthitzer (2) und die Kondensatoren (3) derart zueinander positioniert sind, dass – die Kühlluft (10) erst einen Kondensator (3) und anschließend den Enthitzer (2) durchströmt.Hybrid cooling arrangement (1) for refrigerants, comprising - a desuperheater (2) and - at least two on the air side heat exchanger surface wettable with coolant capacitors (3), - a coolant wetting device for the capacitors (3) and - means for generating a flow of cooling air (10 ) through the capacitors (3), wherein - the capacitors (3) V-shaped with its longitudinal axis (8) inclined to the longitudinal axis (7) of the hybrid cooling arrangement (1) are arranged in this, characterized in that - the desuperheater (2 ) is arranged in the upper open region of the V-shaped capacitors (3) between the mutually spaced end faces (9) of the capacitors (3), wherein the desuperheater (2) and the capacitors (3) are positioned relative to each other such that the cooling air (10) first flows through a condenser (3) and then the desuperheater (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Hybridkühlanordnung, welche insbesondere als Komponente für die Verflüssigung von Kältemitteln in Kälteanlagen geeignet ist. Unter der Bezeichnung Hybridkühlanordnung sind auch Trockenkühltürme als Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager zusammengefasst, welche um die Funktion der hybriden Betriebsweise luftgestützter Kühlung erweitert sind. Die hybride Betriebsweise umfasst dabei die Funktion der Benetzung der luftseitigen Wärmeübertrageroberflächen mit einem Kühlmittel, insbesondere Wasser, und damit die Unterstützung der Kühlung des Kältemittels durch die Verdunstung eines Kühlmittels auf der Luftseite des Wärmeübertragers. The invention relates to a hybrid cooling arrangement, which is particularly suitable as a component for the liquefaction of refrigerants in refrigeration systems. The term hybrid cooling arrangement also includes dry cooling towers as air-refrigerant heat exchangers, which are extended by the function of the hybrid mode of operation of air-supported cooling. The hybrid mode of operation includes the function of wetting the air-side heat exchanger surfaces with a coolant, in particular water, and thus the support of the cooling of the refrigerant by the evaporation of a coolant on the air side of the heat exchanger.

Hybridkühlanordnungen bestehen dabei üblicherweise selbst aus verschiedenen Komponenten, wie Wärmeübertragern und Ventilatoren sowie Benetzungsvorrichtungen, die innerhalb der Anordnung in einer speziellen Weise zueinander positioniert und verknüpft sind, um beispielsweise heißes Kältemittelgas eines Kältemittelkreislaufs auf einem hohen Druckniveau zu kondensieren beziehungsweise zu verflüssigen. In this case, hybrid cooling arrangements usually themselves consist of various components, such as heat exchangers and fans, as well as wetting devices which are positioned and linked to each other within the assembly in a specific manner, for example to condense or liquefy hot refrigerant gas of a refrigerant circuit at a high pressure level.

Bei hybrid betriebenen Wärmeübertragern strömt das Kühlmittel, beispielsweise Wasser oder ein Wasser-Glykol-Gemisch, als Kühlmittel eines halboffenen Kühlmittelkreislaufes auf der Luftseite über die durch Lamellen oder Ähnliches vergrößerte Wärmeübertrageroberfläche und auf der anderen Seite des Wärmeübertragers strömt das zu kühlende Fluid, insbesondere das zu kondensierende Kältemittel eines Kältemittelkreislaufes durch die Rohre des Wärmeübertragers. In der Anwendung zur Kühlung mit Luft ist der Wärmeübertrager in aller Regel als Lamellenwärmeübertrager ausgebildet. Die vom Kältemittel abzugebende Wärme wird über die Oberfläche der Lamellen an den Luftstrom übertragen. Der Luftstrom wird mittels Gebläse über die Lamellen und um die Rohre des Wärmeübertragers gefördert. In hybrid heat exchangers, the coolant, for example water or a water-glycol mixture, flows as coolant of a semi-open coolant circuit on the air side over the enlarged heat exchanger surface by fins or the like and on the other side of the heat exchanger flows to be cooled fluid, in particular that Condensing refrigerant of a refrigerant circuit through the tubes of the heat exchanger. In the application for cooling with air, the heat exchanger is usually designed as a plate heat exchanger. The heat to be dissipated by the refrigerant is transferred to the airflow via the surface of the fins. The air flow is conveyed by means of a blower over the fins and around the tubes of the heat exchanger.

Im Stand der Technik sind Hybridkühlanordnungen bekannt, die auch als Trockenkühlturm mit hybride Betriebsweise oder hybride Trockenluftkühler bezeichnet werden. In the prior art hybrid cooling arrangements are known, which are also referred to as dry cooling tower with hybrid operation or hybrid dry air cooler.

Beispielsweise ist aus der EP 428 647 B1 ein hybrider Trockenluftkühler bekannt, bei dem das zu kühlende Medium eines primären Kühlkreislaufes einen Lamellenwärmeübertrager durchströmt und über die Kühllamellen die abzuführende Wärme an einen Luftstrom abgegeben wird. Ventilatoren saugen den Luftstrom durch den Wärmeübertrager hindurch und das Benetzungswasser eines sekundären Kreislaufes wird aus einer im Kühler integrierten Sammelschale in offene Kanäle über zwei V-förmig angeordnete Wärmeübertrager gepumpt. Unmittelbar unter den Wärmeübertragerelementen tropft das überschüssige Wasser in die Sammelschale zurück und wird schließlich im Kreislauf geführt. For example, is from the EP 428 647 B1 a hybrid dry air cooler is known in which the medium to be cooled of a primary cooling circuit flows through a plate heat exchanger and the dissipated heat is discharged to the air flow through the cooling fins. Fans draw the air flow through the heat exchanger and the wetting water of a secondary circuit is pumped from a collector integrated into the cooler into open channels via two heat exchangers arranged in a V-shape. Immediately below the heat exchanger elements, the surplus water drips back into the collection bowl and is finally recirculated.

Weiterhin ist aus der DE 298 05 111 U1 ein Trockenkühlturm für die hybride Verflüssigung von Kältemitteln bekannt, bei dem der das Kältemittel kühlende Wärmeübertrager in zwei Komponenten funktional getrennt wird. Dabei wird ein Wärmeübertrager für die Enthitzung des Heißgases, des überhitzten Kältemittelgases, eingesetzt. Der Enthitzer wird dabei durch trockene Umgebungsluft gekühlt. Weiterhin ist ein funktional vom Enthitzer getrennter Wärmeübertrager als Kondensator für das Kältemittelgas vorgesehen, der mit Wasser benetzbar ist und somit hybrid für die Verflüssigung des Kältemittels betrieben werden kann. Sowohl der Enthitzer als auch der Kondensator sind mit ihrer Längsachse zur Längsachse des Trockenkühlturmes geneigt und V-förmig im Trockenkühlturm angeordnet. Dabei sind der Enthitzer und der Kondensator so zueinander versetzt, dass die untere Stirnseite des Enthitzers nur einen Teil der oberen Stirnseite des Verflüssigers bedeckt. Im Bereich des freibleibenden Teils der oberen Stirnseite ist eine Benetzungsvorrichtung mit Kühlmittel für den Kondensator vorgesehen, um die hybride Betriebsweise mit der Nasskühlung realisieren zu können. Furthermore, from the DE 298 05 111 U1 a dry cooling tower for the hybrid liquefaction of refrigerants known in which the refrigerant cooling heat exchanger is functionally separated into two components. In this case, a heat exchanger for the desuperheating of the hot gas, the superheated refrigerant gas, is used. The desuperheater is cooled by dry ambient air. Furthermore, a heat exchanger which is functionally separate from the desuperheater is provided as a condenser for the refrigerant gas, which is wettable with water and thus can be operated in a hybrid manner for the liquefaction of the refrigerant. Both the desuperheater and the condenser are inclined with their longitudinal axis to the longitudinal axis of the dry cooling tower and arranged V-shaped in the dry cooling tower. In this case, the desuperheater and the condenser are offset from each other so that the lower end face of the desuperheater covers only a part of the upper end face of the condenser. In the area of the remaining part of the upper end face, a wetting device with coolant for the condenser is provided in order to be able to realize the hybrid mode of operation with the wet cooling.

Nachteilig an den im Stand der Technik bekannten Hybridkühlanordnungen ist, dass diese Komponenten ein sehr großes Bauvolumen aufweisen und es besteht ein Bestreben der Fachwelt darin, die Komponenten kompakter auszubilden, ohne jedoch Abstriche an die Effizienz der Hybridkühlanordnungen zu machen. A disadvantage of the hybrid cooling arrangements known in the prior art is that these components have a very large construction volume and there is a desire in the art to make the components more compact, without, however, compromising the efficiency of the hybrid cooling arrangements.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, eine Hybridkühlanordnung derart weiterzubilden, dass bei gleichbleibender oder besserer Effizienz der Kühlung eine kompaktere Bauweise möglich ist. The object of the invention is now to develop a hybrid cooling arrangement such that with a constant or better cooling efficiency a more compact design is possible.

Die Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen gemäß Schutzanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Schutzansprüchen angegeben. The object is achieved by an object having the features according to protection claim 1. Further developments are specified in the dependent claims.

Die Aufgabe der Erfindung wird insbesondere dadurch gelöst, dass die Hybridkühlanordnung für Kältemittel zunächst drei Wärmeübertrager aufweist. Davon ist ein Wärmeübertrager als Enthitzer vorgesehen und zwei Wärmeübertrager sind als Kondensatoren ausgebildet, die auf der luftseitigen Wärmeübertragerfläche mit Kühlmittel benetzbar sind. Die Kondensatoren sind zueinander V-förmig in der Hybridkühlanordnung im unteren Bereich derselben angeordnet. Weiterhin ist eine Kühlmittelbenetzungsvorrichtung für die Kondensatoren ausgebildet und zur Erzeugung einer Strömung von Kühlluft durch die Kondensatoren hindurch sind entsprechende Ventilatoren an beziehungsweise in der Hybridkühlanordnung angeordnet. Die Kondensatoren sind V-förmig mit ihrer Längsachse geneigt zur Längsachse der Hybridkühlanordnung in der Hybridkühlanordnung positioniert. Weiterhin ist neben der funktionalen Trennung der Wärmeübertragungsaufgaben, der Enthitzung und der Verflüssigung des Kältemittels, der Enthitzer für das überhitzte Kältemittel im oberen Bereich der V-förmig angeordneten Kondensatoren zwischen den zueinander angeordneten Stirnseiten der Kondensatoren auch lokal und räumlich getrennt von den Kondensatoren angeordnet. Der Enthitzer und die Kondensatoren sind derart zueinander positioniert, dass die Kühlluft erst einen Kondensator und anschließend den Enthitzer durchströmt. The object of the invention is achieved in particular by the fact that the hybrid cooling arrangement for refrigerant initially has three heat exchangers. Of these, a heat exchanger is provided as a desuperheater and two heat exchangers are designed as capacitors which are wettable on the air-side heat exchanger surface with coolant. The capacitors are arranged in a V-shape relative to one another in the hybrid cooling arrangement in the lower region thereof. Furthermore, a coolant wetting device is designed for the capacitors and for generating a flow of cooling air through the Capacitors through corresponding fans are arranged on or in the hybrid cooling arrangement. The capacitors are positioned V-shaped with their longitudinal axis inclined to the longitudinal axis of the hybrid cooling arrangement in the hybrid cooling arrangement. Furthermore, in addition to the functional separation of the heat transfer tasks, the desuperheating and the liquefaction of the refrigerant, the desuperheater for superheated refrigerant in the upper region of the V-shaped capacitors between the mutually arranged end faces of the capacitors also arranged locally and spatially separated from the capacitors. The desuperheater and the capacitors are positioned relative to each other such that the cooling air first flows through a condenser and then the desuperheater.

Bevorzugt ist der Enthitzer von der Kühlluft in Richtung der Längsachse der Hybridkühlanordnung durchströmbar angeordnet. Preferably, the desuperheater is arranged through the cooling air in the direction of the longitudinal axis of the hybrid cooling arrangement.

Weiterhin wird der Enthitzer mittig zwischen den V-förmig angeordneten Kondensatoren und oberhalb der V-förmig angeordneten Kondensatoren und zu diesen beabstandet in der Hybridkühlanordnung vorteilhaft positioniert. Furthermore, the desuperheater is advantageously positioned in the middle between the capacitors arranged in the shape of a V and above the capacitors arranged in the shape of a V and spaced therefrom in the hybrid cooling arrangement.

Vorzugsweise sind die Kondensatoren in Bezug auf den Kältemittelkreislauf parallel oder in Reihe durchströmbar verschaltet. Preferably, the capacitors are connected in parallel or in series with respect to the refrigerant circuit.

Besonders bevorzugt wird die gesamte die Hybridkühlanordnung durchströmende Kühlluft durch den Enthitzer geleitet. Zu diesem Zweck wird der sich zwischen den V-förmigen Kondensatoren bildende Innenraum nach oben vom quer angeordneten Enthitzer abgeschlossen und gegebenenfalls Übergangsbereiche und freie Öffnungen durch Begrenzungswände geschlossen, so dass sich eine segmentierter und abgeschlossener Strömungsraum zwischen den Wärmeübertragern ergibt. Der Kühlluftstrom muss dann zwangsläufig durch die Kondensatoren in diesen Raum eintreten und durch den Enthitzer aus diesem Raum austreten.Particularly preferably, the entire cooling air flowing through the hybrid cooling arrangement is passed through the desuperheater. For this purpose, the interior forming between the V-shaped capacitors is closed upwards from the transverse desuperheater and optionally closed transition areas and free openings by boundary walls, so that there is a segmented and closed flow space between the heat exchangers. The cooling air flow must then inevitably enter through the capacitors in this room and exit through the desuperheater from this room.

Weiterhin ist vorteilhaft vorgesehen, dass der Enthitzer luftseitig Mittel zur Tropfenabscheidung von Kühlmittel in Form von Schikanen oder Lamellen aufweist und/oder das vor dem Enthitzer im Strömungsraum zwischen den Wärmeübertragern Mittel zur Tropfenabscheidung aus der Kühlluft angeordnet sind. Furthermore, it is advantageously provided that the desuperheater has air-side means for droplet separation of coolant in the form of baffles or fins and / or that are arranged in front of the desuperheater in the flow space between the heat exchangers means for droplet separation from the cooling air.

Die Kühlmittelbenetzungsvorrichtung wird aus einer Kühlmittelpumpe, einer Kühlmittelaufgabeeinheit, einer Kühlmittelauffangwanne für von den Kondensatoren abtropfendes Kühlmittel sowie einer Kühlmittelzufuhr für verbrauchtes Kühlmittel und einer Steuereinrichtung zum Betreiben des Kühlmittelkreislaufes vorteilhaft ausgeführt. The coolant wetting apparatus is advantageously made up of a coolant pump, a coolant charging unit, a coolant sump for coolant dripped from the condensers, and a coolant for spent coolant and a controller for operating the coolant loop.

Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Mittel zur Erzeugung einer Strömung von Kühlluft durch die Kondensatoren hindurch als Axialventilatoren ausgebildet. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the means for generating a flow of cooling air through the capacitors are formed as axial fans.

Bevorzugt sind die Axialventilatoren oben auf der Hybridkühlanordnung angeordnet und saugen die Kühlluft durch die Hybridkühlanordnung hindurch, wobei die Kühlluft von außen zunächst über die Kondensatoren und dann über den Enthitzer angesaugt und durch die Axialventilatoren in die Umgebung gefördert wird. Preferably, the axial fans are arranged on top of the hybrid cooling arrangement and suck the cooling air through the hybrid cooling arrangement through, wherein the cooling air is sucked from the outside initially via the capacitors and then via the desuperheater and conveyed by the axial fans in the area.

Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird ein Bypass für trockene Kühlluft innerhalb des Kühlluftstromes auf dem Strömungsweg durch die Kondensatoren oder auf einem Strömungsweg außerhalb der Kondensatoren ausgebildet, um in speziellen Einsatzfällen dem Enthitzer trockene Kühlluft zuführen zu können. According to a particularly preferred embodiment of the invention, a bypass for dry cooling air is formed within the cooling air flow on the flow path through the capacitors or on a flow path outside of the capacitors to perform the desuperheater dry cooling air in special cases can.

Die Konzeption der Erfindung besteht somit in der speziellen Anordnung des Enthitzers in Bezug zu den Kondensatoren, die auch als Verflüssiger bezeichnet werden. Dabei ist der Enthitzer der Hybridkühlanordnung zur Wärmeübertragung im oberen, offenen Bereich der V-förmig angeordneten Verflüssiger zwischen den beabstandet zueinander angeordneten Stirnseiten der Verflüssiger positioniert und in Richtung der Stirnseiten ausgerichtet. Der Enthitzer liegt auf der horizontalen Verbindungslinie der Stirnseiten der Verflüssiger mit seiner Hauptausdehnung beziehungsweise der Längsausdehnung. Der Enthitzer und die Verflüssiger sind zudem beabstandet zueinander positioniert, so dass eine Wärmeübertragung durch Wärmeleitung von einer Komponente zur anderen weitestgehend ausgeschlossen ist. Auch ist durch die Beabstandung des Enthitzers zu den Kondensatoren die Wärmeübertragung durch Strahlung reduziert. Konzeptionsgemäß durchströmt die Kühlluft in der Hybridkühlanordnung immer zuerst die Kondensatoren und anschließend, in der hybriden Betriebsweise befeuchtet oder in der trockenen Betriebsweise unbefeuchtet, den Enthitzer. Ein wesentlicher Vorteil der Trennung der Komponenten Enthitzer und Kondensator besteht darin, dass der Enthitzer ohne Befeuchtung gekühlt wird und damit Kühlmittel eingespart werden kann. Die Wärmeübertragungsflächen des Kondensators können kleiner dimensioniert werden und damit ist der Wärmeübertrager und die gesamte Hybridkühlanordnung kompakter ausführbar. Bei im Stand der Technik bekannten Ausführungsformen von Trockenkühltürmen in hybrider Bauweise sind größere Bauvolumina erforderlich, die durch eine konsequente funktionale Trennung verbunden mit der räumlichen Trennung der Komponenten, mit vom Temperaturniveau abweichenden Wärmeübertragungsaufgaben im vorliegenden Fall reduziert werden können.The concept of the invention thus consists in the special arrangement of the desuperheater in relation to the capacitors, which are also referred to as condenser. In this case, the desuperheater of the hybrid cooling arrangement is positioned for heat transfer in the upper, open region of the V-shaped condenser between the spaced end faces of the condenser and aligned in the direction of the end faces. The desuperheater is located on the horizontal connecting line of the front sides of the condenser with its main extent or longitudinal extent. The desuperheater and the condenser are also positioned at a distance from each other, so that a heat transfer by heat conduction from one component to another is largely excluded. Also, by the spacing of the desuperheater to the capacitors, the heat transfer is reduced by radiation. According to the concept, the cooling air in the hybrid cooling arrangement always flows first through the condensers and then, in the hybrid mode of operation or in the dry mode of operation, without humidification, the desuperheater. A significant advantage of the separation of the desuperheater and condenser components is that the desuperheater is cooled without humidification and thus coolant can be saved. The heat transfer surfaces of the condenser can be made smaller and thus the heat exchanger and the entire hybrid cooling arrangement can be made more compact. In known in the prior art embodiments of dry cooling towers in hybrid design larger volumes are required, which can be reduced by a consistent functional separation associated with the spatial separation of the components, with temperature level differing heat transfer tasks in the present case.

Im Ergebnis ist die erfindungsgemäße Hybridkühlanordnung als Hauptvorteil kompakter ausgeführt und ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Trennung des Enthitzers vom Kondensator zu geringeren durch Temperaturdifferenzen verursachten Spannungen in und zwischen den Komponenten führt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Enthitzer mit dem gesamten, vom Ventilator angesaugten Luftmassenstrom zur Kühlung beaufschlagt wird, wobei im Stand der Technik lediglich mit einem Teilmassenstrom der Kühlluft der Enthitzer gekühlt wird. Durch diese erfindungsgemäße Anordnung kann ein besserer Wärmeübergang auf der Luftseite erreicht werden und eine größere Wärmemenge abgeführt werden. As a result, the hybrid cooling arrangement according to the invention is made more compact as a main advantage and a further advantage is that the separation of the desuperheater from the condenser leads to lower stresses caused by temperature differences in and between the components. Another advantage is that the desuperheater is acted upon by the entire, sucked by the fan air mass flow for cooling, being cooled in the prior art only with a partial mass flow of the cooling air of the desuperheater. By this arrangement, a better heat transfer on the air side can be achieved and a larger amount of heat to be dissipated.

Ein weiterer Vorteil der Anordnung des Enthitzers mittig und im oberen Bereich der Hybridkühlanordnung besteht darin, dass die Zugänglichkeit zu den einzelnen Komponenten innerhalb der Hybridkühlanordnung zu Wartungs- und Montagezwecken verbessert wird. Auch führt die Trennung zu kälteren Bereichen innerhalb der Hybridkühlanordnung. Hinsichtlich der Kältemittelführung ergibt sich vorteilhaft ein zentraler Eintritt in der Mitte der Hybridkühlanordnung in den Enthitzer und nach der Enthitzung eine Aufteilung der Kältemittelteilmassenströme auf die Kondensatoren. Wie erwähnt, besteht der wesentliche Vorteil in einer geringeren Baugröße bei gleicher oder sogar verbesserter Effizienz durch die unterschiedliche Lage und Positionierung der einzelnen Komponenten der Hybridkühlanordnung zueinander. Durch die Beabstandung des Enthitzers als dem heißesten Bauteil innerhalb der Hybridkühlanordnung von den Kondensatoren wird auch der Einfluss der Strahlungswärmeübertragung auf die Kondensatoren und einer damit einhergehender Verschlechterung der Effizienz der gesamten Hybridkühlanordnung entgegengewirkt. A further advantage of the arrangement of the desuperheater in the center and in the upper region of the hybrid cooling arrangement is that the accessibility to the individual components within the hybrid cooling arrangement is improved for maintenance and assembly purposes. Also, the separation leads to colder areas within the hybrid cooling arrangement. With regard to the refrigerant guide advantageously results in a central entry in the middle of the hybrid cooling arrangement in the desuperheater and after the desuperheating a division of the refrigerant partial mass flows to the capacitors. As mentioned, the essential advantage in a smaller size with the same or even improved efficiency due to the different position and positioning of the individual components of the hybrid cooling arrangement to each other. The spacing of the desuperheater as the hottest component within the hybrid cooling arrangement of the capacitors also counteracts the influence of radiant heat transfer to the capacitors and a concomitant deterioration in the efficiency of the entire hybrid cooling arrangement.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:Further details, features and advantages of embodiments of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:

1: Schematisierte Seitenansicht der Hybridkühlanordnung, 1 : Schematized side view of the hybrid cooling arrangement,

2: Schematisierte Draufsicht auf die Hybridkühlanordnung, 2 : Schematized top view of the hybrid cooling arrangement,

3: Perspektivische Ansicht der Hybridkühlanordnung. 3 : Perspective view of the hybrid cooling arrangement.

In 1 ist eine Hybridkühlanordnung 1 schematisiert in der Seitenansicht im Schnitt dargestellt. Die Hybridkühlanordnung 1 besitzt eine Längsachse 7 zu der die Komponenten im Wesentlichen symmetrisch ausgerichtet und angeordnet sind. In der Hybridkühlanordnung 1 sind mindestens drei Wärmeübertrager angeordnet. Zwei Wärmeübertrager sind Kondensatoren 3, welche mit ihren Längsachsen 8 zueinander V-förmig und somit schräg zur Längsachse der Hybridkühlanordnung 1 angeordnet sind. Die oberen Stirnseiten 9 der Kondensatoren 3 sind dabei weiter voneinander beabstandet als die unteren Stirnseiten. Zwischen den oberen Stirnseiten 9 der Kondensatoren 3 ist der dritte Wärmeübertrager, der Enthitzer 2, im oberen Bereich der V-förmig angeordneten Kondensatoren 3 platziert. Der Enthitzer 2 wird zentral mit dem je nach Betriebsweise häufig überhitzten Kältemittel versorgt, welches zunächst im Enthitzer 2 enthitzt und auf Kondensationstemperatur gebracht wird. Funktionsgemäß befindet sich der Enthitzer 2 somit im Bereich der Verdichtungsendtemperatur des Kaltdampfprozesses und liegt damit zum Teil deutlich über der Kondensationstemperatur des Kältemittels. Ziel der funktionalen Trennung von Enthitzung und Kondensation ist eine effiziente Ausnutzung der Wärmeübertrageroberflächen, verbunden mit einer Minimierung der Baugröße oder entsprechend einer Vergrößerung der Leistung der Hybridkühlanordnung 1 bei gleicher Baugröße im Vergleich zu im Stand der Technik bekannten Trockenkühltürmen in hybrider Bauweise. In der Hybridkühlanordnung 1 wird ein Kühlluftstrom aus Kühlluft 10 erzeugt, wobei Axialventilatoren 4 auf der Hybridkühlanordnung 1 angeordnet sind und Kühlluft 10 aus den unteren Bereichen der Hybridkühlanordnung 1 seitlich ansaugen. Die Kühlluft 10 strömt somit von außen durch die Kondensatoren 3 hindurch in den sich durch die V-förmige Anordnung der Kondensatoren 3 ergebenden zentralen Raum und gelangt erwärmt weiter nach oben, durchströmt den Enthitzer 2 und wird schließlich vom Axialventilator 4 jeweils nach außen in die Umgebung gefördert.In 1 is a hybrid cooling arrangement 1 schematized in the side view shown in section. The hybrid cooling arrangement 1 has a longitudinal axis 7 to which the components are aligned and arranged substantially symmetrically. In the hybrid cooling arrangement 1 At least three heat exchangers are arranged. Two heat exchangers are capacitors 3 , which with their longitudinal axes 8th mutually V-shaped and thus oblique to the longitudinal axis of the hybrid cooling arrangement 1 are arranged. The upper end faces 9 of the capacitors 3 are spaced further apart than the lower end faces. Between the upper end faces 9 of the capacitors 3 is the third heat exchanger, the desuperheater 2 , in the upper part of the V-shaped capacitors 3 placed. The desuperheater 2 is centrally supplied with the depending on the mode of operation often superheated refrigerant, which initially in the desuperheater 2 is removed and brought to condensation temperature. Functionally, the desuperheater is located 2 thus in the range of the compression end temperature of the cold vapor process and is therefore significantly higher than the condensation temperature of the refrigerant. The objective of the functional separation of desuperheating and condensation is an efficient utilization of the heat exchanger surfaces, combined with a minimization of the size or according to an increase in the performance of the hybrid cooling arrangement 1 with the same size compared to known in the art dry cooling towers in hybrid construction. In the hybrid cooling arrangement 1 is a cooling air flow of cooling air 10 generated, with axial fans 4 on the hybrid cooling system 1 are arranged and cooling air 10 from the lower portions of the hybrid cooling arrangement 1 suck in laterally. The cooling air 10 thus flows from the outside through the capacitors 3 through in through the V-shaped arrangement of the capacitors 3 resulting central space and warms further up, flows through the desuperheater 2 and finally the axial fan 4 each promoted to the outside in the environment.

Die Hybridkühlanordnung 1 kann sowohl in der sogenannten trockenen Betriebsweise betrieben werden, wobei die Umgebungsluft als Kühlluft 10 ohne Befeuchtung die Kondensatoren 3 und den Enthitzer 2 durchströmt und erwärmt dann die Hybridkühlanordnung 1 verlässt. In der Betriebsweise mit Benetzung des Kühlluftstromes erfolgt durch eine Benetzungsvorrichtung die Beaufschlagung der Kondensatoren 3 mit Kühlmittel, wobei Wasser oder Wasser-Glykol-Mischungen als Kühlmittel zur Anwendungen kommen. Das Kühlmittel wird über die Kühlmittelpumpe 5 der Benetzungsvorrichtung zu einer Kühlmittelaufgabeeinheit 13 an den Kondensatoren 3 gefördert. Das Kühlmittel benetzt nachfolgend auf der Luftseite der Kondensatoren 3 die Wärmeübertrageraußenfläche und führt durch Verdunstung zu einer zusätzlichen Wärmeaufnahme der bei der Kondensation des Kältemittels im Wärmeübertrager frei werdenden Wärme. Die Kühlluft 10 wird dadurch befeuchtet und durchströmt als feuchte und im Vergleich zur Umgebung angewärmte Luft dann den Enthitzer 2, welcher sich, wie bereits dargelegt, auf einer sehr hohen Enthitzungstemperatur befindet.The hybrid cooling arrangement 1 can be operated both in the so-called dry operation, the ambient air as cooling air 10 without humidification the capacitors 3 and the desuperheater 2 flows through and then heats the hybrid cooling arrangement 1 leaves. In the operation with wetting of the cooling air flow is effected by a wetting device, the loading of the capacitors 3 with coolant, using water or water-glycol mixtures as coolant for applications. The coolant is via the coolant pump 5 the wetting device to a coolant application unit 13 on the capacitors 3 promoted. The coolant subsequently wets on the air side of the capacitors 3 the heat exchanger outer surface and leads by evaporation to an additional heat absorption of the heat released during the condensation of the refrigerant in the heat exchanger. The cooling air 10 is moistened and flows through it as moist and warmed in comparison to the surrounding air then the desuperheater 2 , which, as already stated, is at a very high deseating temperature.

Dabei wird der gesamte Kühlluftmassenstrom, der durch die V-förmig angeordneten Kondensatoren 3 in die Hybridkühlanordnung 1 eintritt durch den Enthitzer 2 geführt. Die Benetzungsvorrichtung wird ergänzt durch eine Kühlmittelauffangwanne 11, welche nicht verdunstetes und von den Kondensatoren 3 abtropfendes Kühlmittel auffängt und im Bodenbereich der Hybridkühlanordnung sammelt. Die Kühlmittelpumpe 5 fördert dann das nicht verdunstete Kühlmittel wieder zur schematisch dargestellten Kühlmittelaufgabeeinheit 13. Das verdunstete Kühlmittel wird ersetzt durch eine Kühlmittelzufuhr 12, welche gesteuert eine ausreichende Kühlmittellänge für den Kreislauf des Kühlmittels innerhalb der Hybridkühlanordnung 1 sichert. Das zentral im Enthitzer 2 ankommende Kältemittel wird schließlich über eine Kältemittelverteilung 6 auf die Kondensatoren 3 verteilt und nachfolgend verflüssigt zusammengeführt im Kältemittelkreislauf weitergeführt. In this case, the entire cooling air mass flow through the V-shaped capacitors 3 in the hybrid cooling arrangement 1 entering through the desuperheater 2 guided. The wetting device is supplemented by a coolant collecting trough 11 which are not evaporated and from the capacitors 3 dripping coolant catches and collects in the bottom region of the hybrid cooling arrangement. The coolant pump 5 then promotes the non-evaporated coolant again to the schematically shown coolant delivery unit 13 , The evaporated coolant is replaced by a coolant supply 12 which controls a sufficient coolant length for the circulation of the coolant within the hybrid cooling arrangement 1 guaranteed. The central in the desuperheater 2 incoming refrigerant is finally via a refrigerant distribution 6 on the capacitors 3 distributed and subsequently liquefied merged in the refrigerant circuit continued.

In 2 ist die Hybridkühlanordnung 1 in der Draufsicht von oben dargestellt. Die Axialventilatoren 4 sind in zwei Reihen auf der Hybridkühlanordnung 1 positioniert und unter den Axialventilatoren 4 sind schematisch der Enthitzer 2 sowie die beiden oberen Stirnseiten 9 der Kondensatoren 3 gezeigt. In 2 is the hybrid cooling arrangement 1 shown in plan view from above. The axial fans 4 are in two rows on the hybrid cooling arrangement 1 positioned and under the axial fans 4 are schematically the desuperheater 2 as well as the two upper front sides 9 of the capacitors 3 shown.

Zur Vervollständigung ist schließlich in 3 eine perspektivische Ansicht der Hybridkühlanordnung 1 gezeigt, wobei der rahmenartige Aufbau und die Halterung für die Kondensatoren 3 und den Enthitzer 2 zu sehen sind. Der Enthitzer 2 wird mittels dem Kältemittelverteiler 14 mit Heißgas beaufschlagt und das enthitzte Kältemittel gelangt durch den Kältemittelsammler 15 in zwei Massenströme aufgeteilt zu den Kondensatoren 3, wo eine Verteilung und eine Sammlung des Kältemittels an den Stirnseiten jeweils prinziphaft dargestellt ist. Weiterhin befindet sich an der Stirnseite eine nicht näher bezeichnete Revisionsöffnung, über welche der V-förmige und nach oben durch den Enthitzer 2 getrennte Innenraum der Hybridkühlanordnung 1 zu Wartungs- und Reparaturzwecken begehbar ist. To complete it is finally in 3 a perspective view of the hybrid cooling arrangement 1 shown, wherein the frame-like structure and the holder for the capacitors 3 and the desuperheater 2 you can see. The desuperheater 2 is by means of the refrigerant distributor 14 supplied with hot gas and the re-entrant refrigerant passes through the refrigerant collector 15 divided into two mass flows to the capacitors 3 , Where a distribution and a collection of the refrigerant at the end faces in each case is shown in principle. Furthermore, located on the front side of an unspecified inspection opening, via which the V-shaped and up through the desuperheater 2 separate interior of the hybrid cooling arrangement 1 is passable for maintenance and repair purposes.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Hybridkühlanordnung Hybrid cooling arrangement
22
Enthitzer desuperheater
33
Kondensator capacitor
44
Axialventilator Axial
55
Kühlmittelpumpe Coolant pump
66
Kältemittelverteilung Refrigerant distribution
77
Längsachse der Kühlanordnung Longitudinal axis of the cooling arrangement
88th
Längsachse des Kondensators Longitudinal axis of the capacitor
99
Stirnseite front
1010
Kühlluft  cooling air
1111
Kühlmittelauffangwanne Coolant drip pan
1212
Kühlmittelzufuhr Coolant supply
1313
Kühlmittelaufgabeeinheit Coolant delivery unit
1414
Kältemittelverteiler Refrigerant distributor
1515
Kältemittelsammler Refrigerant collector

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 428647 B1 [0005] EP 428647 B1 [0005]
  • DE 29805111 U1 [0006] DE 29805111 U1 [0006]

Claims (10)

Hybridkühlanordnung (1) für Kältemittel, aufweisend – einen Enthitzer (2) und – mindestens zwei auf der luftseitigen Wärmeübertragerfläche mit Kühlmittel benetzbare Kondensatoren (3), – eine Kühlmittelbenetzungsvorrichtung für die Kondensatoren (3) und – Mittel zur Erzeugung einer Strömung von Kühlluft (10) durch die Kondensatoren (3) hindurch, wobei – die Kondensatoren (3) V-förmig mit ihrer Längsachse (8) geneigt zur Längsachse (7) der Hybridkühlanordnung (1) in dieser angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass – der Enthitzer (2) im oberen offenen Bereich der V-förmig angeordneten Kondensatoren (3) zwischen den beabstandet zueinander angeordneten Stirnseiten (9) der Kondensatoren (3) angeordnet ist, wobei der Enthitzer (2) und die Kondensatoren (3) derart zueinander positioniert sind, dass – die Kühlluft (10) erst einen Kondensator (3) und anschließend den Enthitzer (2) durchströmt. Hybrid cooling arrangement ( 1 ) for refrigerants, comprising - a desuperheater ( 2 ) and - at least two capacitors wettable with coolant on the air-side heat transfer surface ( 3 ), - a coolant wetting device for the capacitors ( 3 ) and - means for generating a flow of cooling air ( 10 ) through the capacitors ( 3 ), wherein - the capacitors ( 3 ) V-shaped with its longitudinal axis ( 8th ) inclined to the longitudinal axis ( 7 ) of the hybrid cooling arrangement ( 1 ) are arranged in this, characterized in that - the desuperheater ( 2 ) in the upper open area of the V-shaped capacitors ( 3 ) between the mutually spaced end faces ( 9 ) of the capacitors ( 3 ), the desuperheater ( 2 ) and the capacitors ( 3 ) are positioned to each other such that - the cooling air ( 10 ) first a capacitor ( 3 ) and then the desuperheater ( 2 ) flows through. Hybridkühlanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Enthitzer (2) von der Kühlluft (10) in Richtung der Längsachse (7) der Hybridkühlanordnung (1) durchströmbar angeordnet ist.Hybrid cooling arrangement ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the desuperheater ( 2 ) of the cooling air ( 10 ) in the direction of the longitudinal axis ( 7 ) of the hybrid cooling arrangement ( 1 ) is arranged throughflow. Hybridkühlanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Enthitzer (2) mittig zwischen und oberhalb der V-förmig angeordneten Kondensatoren (3) in der Hybridkühlanordnung (1) angeordnet ist.Hybrid cooling arrangement ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the desuperheater ( 2 ) centrally between and above the V-shaped capacitors ( 3 ) in the hybrid cooling arrangement ( 1 ) is arranged. Hybridkühlanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoren (3) vom Kältemittel parallel oder in Reihe durchströmbar ausgebildet sind.Hybrid cooling arrangement ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the capacitors ( 3 ) are formed by the refrigerant in parallel or in a flow-through. Hybridkühlanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte, die Hybridkühlanordnung (1) durchströmende Kühlluft (10) den Enthitzer (2) durchströmt.Hybrid cooling arrangement ( 1 ) According to one of claims 1 to 4, characterized in that the whole, the hybrid cooling device ( 1 ) flowing through cooling air ( 10 ) the desuperheater ( 2 ) flows through. Hybridkühlanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Enthitzer (2) luftseitig Mittel zur Tropfenabscheidung von Kühlmittel in Form von Schikanen oder Lamellen aufweist und/oder dass vor dem Enthitzer (2) Mittel zur Tropfenabscheidung von Kühlmittel aus der Kühlluft (10) angeordnet sind.Hybrid cooling arrangement ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the desuperheater ( 2 ) air-side means for droplet separation of coolant in the form of harassment or lamellae and / or that before the desuperheater ( 2 ) Means for droplet separation of coolant from the cooling air ( 10 ) are arranged. Hybridkühlanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelbenetzungsvorrichtung aus einer Kühlmittelpumpe (5), einer Kühlmittelaufgabeeinheit (13), einer Kühlmittelauffangwanne (11) sowie einer Kühlmittelzufuhr (12) für verbrauchtes Kühlmittel und einer Steuereinrichtung ausgebildet ist. Hybrid cooling arrangement ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the coolant wetting device from a coolant pump ( 5 ), a coolant application unit ( 13 ), a coolant collecting tray ( 11 ) and a coolant supply ( 12 ) is designed for spent coolant and a control device. Hybridkühlanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erzeugung einer Strömung von Kühlluft (10) durch die Kondensatoren (3) hindurch als Axialventilatoren (4) ausgebildet sind.Hybrid cooling arrangement ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the means for generating a flow of cooling air ( 10 ) through the capacitors ( 3 ) as axial fans ( 4 ) are formed. Hybridkühlanordnung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialventilatoren (4) oben auf der Hybridkühlanordnung (1) angeordnet sind und die Kühlluft (10) durch die Hybridkühlanordnung (1) hindurch über den Enthitzer (2) und die Kondensatoren (3) ansaugen.Hybrid cooling arrangement ( 1 ) according to claim 8, characterized in that the axial fans ( 4 ) on top of the hybrid cooling arrangement ( 1 ) are arranged and the cooling air ( 10 ) by the hybrid cooling arrangement ( 1 ) through the desuperheater ( 2 ) and the capacitors ( 3 ). Hybridkühlanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bypass für trockene Kühlluft (10) innerhalb oder außerhalb der Kondensatoren (3) ausgebildet ist.Hybrid cooling arrangement ( 1 ) according to one of claims 1 to 9, characterized in that a bypass for dry cooling air ( 10 ) inside or outside the capacitors ( 3 ) is trained.
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