DE202016107184U1

DE202016107184U1 - Wärmetauschereinrichtung

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Publication number: DE202016107184U1
Application number: DE202016107184.4U
Authority: DE
Original assignee: Guentner GmbH and Co KG
Current assignee: Guentner GmbH and Co KG
Priority date: 2016-12-20
Filing date: 2016-12-20
Publication date: 2018-03-21
Anticipated expiration: 2026-12-21

Abstract

Wärmetauschereinrichtung, insbesondere zur Verwendung als Rückkühler oder Verflüssiger zur Kühlung oder Verflüssigung eines Kühlfluids oder eines Kältemittels, mit einem Gehäuse (1) oder einem Rahmengestell (1b), in dem mindestens ein Ventilator (2) und ein Wärmeübertrager (3) angeordnet sind, wobei der Wärmeübertrager (3) von einem Fluid durchströmbar ist, der Ventilator (2) Umgebungsluft in das Gehäuse oder das Rahmengestell (1b) ansaugt und die angesaugte Umgebungsluft unter Wärmeaustausch mit dem Fluid durch den Wärmeübertrager (3) strömt, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (3) zumindest drei Wärmeübertragerblöcke (3-1, 3-2, 3-3) umfasst, die zumindest im Wesentlichen U-förmig zueinander angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmetauschereinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Wärmetauschereinrichtungen können beispielsweise in Kälteanlagen als Rückkühler zur Kühlung oder Verflüssigung eines Kühlfluids oder eines Kältemittels eingesetzt werden. Kälteanlagen werden beispielsweise zur Kühlung von Waren in begehbaren Kühlräumen und Lagerhäusern eingesetzt und enthalten eine im Innern des zu kühlenden Raums angeordnete Wärmetauschereinrichtung, welche einen mit einem Kühlfluid oder einem Kältemittel beaufschlagten Wärmeaustauscher enthält, über den aus dem Raum angesaugte Luft geleitet wird, wobei die warme Luft durch Wärmeübertragung Wärme an den Wärmeaustauscher abgibt und dadurch abgekühlt wird. Dabei erwärmt sich das in dem Wärmeaustauscher zirkulierende Kühlfluid oder ein darin zirkulierendes Kältemittel wird verdampft. Zur Rückkühlung des Kühlfluids oder zur Verflüssigung des verdampften Kältemittels ist außerhalb des zu kühlenden Raums, bspw. auf dem Dach eines Gebäudes, ein Rückkühler bzw. ein Verflüssiger angeordnet, welcher ebenfalls eine Wärmetauschereinrichtung enthält. Die Wärmetauschereinrichtung des Rückkühlers bzw. des Verflüssigers ist mit der im Innern des zu kühlenden Raums angeordneten Wärmetauschereinrichtung gekoppelt, um das Kühlfluid bzw. das Kältemittel durch den Wärmeaustauscher des Rückkühlers bzw. des Verflüssigers zu leiten. Zur Kühlung des Kühlfluids bzw. zur Verflüssigung des verdampften Kältemittels wird Umgebungsluft in den Rückkühler bzw. den Verflüssiger angesaugt und das erwärmte Kühlfluid bzw. das verdampfte Kältemittel gibt Wärme an die angesaugte Umgebungsluft ab und wird dadurch abgekühlt bzw. kondensiert. Bei Verwendung eines Kältemittels wird das in der Wärmetauschereinrichtung des Verflüssigers kondensierte Kältemittel durch ein Expansionsventil in einen Verdampfer geleitet, um das verflüssigte Kältemittel zu entspannen. Dieses wird unter niedrigem Druck zurück zu der Wärmetauschereinrichtung geleitet, die in dem zu kühlenden Raum angeordnet ist.
Die Wärmetauschereinrichtungen von bekannten Rückkühlern und Verflüssigern sind bspw. als Luftkühler bzw. Luftkondensatoren mit Rohrleitungen ausgebildet, die von dem Kühlfluid bzw. dem (verdampften) Kältemittel durchströmt werden. Zur Verbesserung der Wärmeübertragung sind an den Rohrleitungen Lamellen aus einem thermisch leitenden Material, beispielsweise aus Aluminium, angeordnet, welche die Wärmeaustauschfläche erhöhen. Zum Ansaugen von Umgebungsluft ist in den Wärmetauschereinrichtungen der Rückkühler bzw. Verflüssiger in der Regel wenigstens ein Ventilator vorgesehen, der Umgebungsluft ansaugt und durch den Wärmeaustauscher leitet.
Wärmetauschereinrichtungen, die als Rückkühler oder Verflüssiger in Kälteanlagen eingesetzt werden können und zur Außenaufstellung (d.h. außerhalb eines zu kühlenden Raums) vorgesehen sind, können beispielsweise tischförmig ausgebildet sein. Derartige Rückkühler bzw. Verflüssiger sind als Tischkühler bekannt. Diese weisen ein tischförmiges Rahmengestell auf, welche beispielsweise auf einem Flachdach eines Gebäudes aufgestellt werden kann. Bekannte Tischkühler enthalten einen flächigen Wärmeaustauscher, beispielsweise in Form eines Lamellen- Rohr-Wärmeaustauschers (RippenrohrWärmetauscher), der in horizontaler Lage in dem Rahmengestell des Tischkühlers angeordnet ist. Zum Ansaugen von Umgebungsluft ist oberhalb des flächigen Wärmeaustauschers wenigstens ein Ventilator angeordnet, der Umgebungsluft von unten angesaugt und in vertikaler Richtung durch den Wärmeaustauscher leitet. Durch die Anordnung des Wärmeaustauschers in dem tischförmigen Rahmengestell des Tischkühlers weist der Wärmeaustauscher dabei einen Abstand von etwa 50 cm - 100 cm vom Boden auf, so dass Umgebungsluft von unten in den Tischkühler angesaugt werden kann.
Weiterhin sind aus dem Stand der Technik hybride Rückkühler und Verflüssiger bekannt, in denen in einem Wärmeaustauscher oder einem Wärmeaustauscherabschnitt zunächst eine Vorkühlung des erwärmten Kühlmittels bzw. des verdampften Kältemittels erfolgt und in einem weiteren Wärmeaustauscher bzw. einem weiteren Wärmeaustauscherabschnitt eine Nachkühlung des Kühlfluids bzw. eine Verflüssigung des Kältemittels erfolgt, indem dieser nachfolgende Wärmeaustauscher bzw. der nachfolgende Wärmetauscherabschnitt mit Wasser benetzt wird. Dadurch können beispielsweise bei hohen Außentemperaturen oder bei hohen Anlagelasten durch eine Verdunstungs-Kühlung des Kühlfluids bzw. des Kältemittels sehr große Rückkühlleistungen erzielt werden. Ein derartiger hybrider Verflüssiger ist beispielsweise aus der DE 298 05 111 U1 bekannt. Dieser hybride Verflüssiger ist dabei als Kühlturm mit einem turmförmigen Gehäuse ausgebildet, in dem zwei Wärmeübertragerblöcke einander gegenüberliegend und schräg verlaufend angeordnet sind, so dass sie mit ihren Längsachsen ein V bilden. Oberhalb der V-förmig zueinander angeordneten Wärmeübertragerblöcken ist ein Ventilator angeordnet, mit dem Umgebungsluft durch seitliche Öffnungen in dem Gehäuse angesaugt, durch die Wärmeübertragerblöcke geleitet und durch eine Auslassöffnung im Deckel des Gehäuses vertikal nach oben ausgeblasen wird.
Die bekannten hybriden Kühltürme mit V-förmig darin angeordneten Wärmeübertragerblöcken, welche zumindest abschnittsweise zur Verdunstungs-Kühlung des Kühlfluids bzw. zur Verflüssigung des Kältemittels mit Wasser benetzt werden, weisen zwar gegenüber den bekannten Tischkühlern eine höhere Kühlleistung auf und können auch bei hohen Außentemperaturen eingesetzt werden. Allerdings haben diese hohen Kühltürme Nachteile beim Aufbau und der Installation, beispielsweise auf einem Gebäudedach. Zum Transport der Kühltürme sind wegen des hohen Aufbaus spezielle Transporter erforderlich und zur Installation auf einem Gebäudedach ist ein Kran notwendig.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine zur Verwendung als Rückkühler oder Verflüssiger geeignete Wärmetauschereinrichtung so auszubilden, dass sie bei gleicher Wärmeaustauschfläche (Anströmfläche der Wärmeaustauscher) eine möglichst geringe Bauhöhe aufweist, damit der Transport und die Installation der Wärmetauschereinrichtung auf einem Gebäudedach vereinfacht werden kann. Die Wärmetauschereinrichtung soll dabei eine Kühlleistung ermöglichen, die den Kühlleistungen der bekannten hybriden Kühltürme entspricht.
Diese Aufgaben werden mit einer Wärmetauschereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Wärmetauschereinrichtung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Die erfindungsgemäße Wärmetauschereinrichtung umfasst ein Gehäuse oder ein Rahmengestell, in dem ein Wärmeübertrager und ein Ventilator angeordnet sind. Der Ventilator saugt dabei Umgebungsluft an und leitet die angesaugte Umgebungsluft durch den Wärmeübertrager, der von einem zu kühlenden Kühlfluid oder einem verdampften Kältemittel durchflossen wird. Das zu kühlende Kühlfluid bzw. das als Heißgas vorliegende verdampfte Kältemittel gibt dabei in dem Wärmeübertrager durch Wärmeaustausch Wärme an die Umgebungsluft ab und wird dadurch gekühlt bzw. kondensiert. Gemäß der Erfindung umfasst der Wärmeübertrager dabei zumindest drei Wärmeübertragerblöcke, die zumindest im Wesentlichen U-förmig zueinander angeordnet sind.
Die Wärmeübertragerblöcke sind dabei flächig und insbesondere als Rohr-Lamellen-Wärmeaustauscher ausgebildet. Ein mittlerer Wärmeübertragerblock ist dabei horizontal in dem Gehäuse bzw. dem Rahmengestell angeordnet, wie bei einem Tischkühler. Die beiden anderen Wärmeübertragerblöcke sind seitlich vom mittleren Wärmeübertragerblock angeordnet und vertikal orientiert, d.h. die beiden äußeren Wärmeübertragerblöcke stehen zumindest im Wesentlichen senkrecht zum horizontal liegenden mittleren Wärmeübertragerblock.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Wärmetauschereinrichtung kann ein vierter Wärmeübertragerblock vorgesehen sein, der ebenfalls zumindest im Wesentlichen senkrecht zum mittleren, Wärmeübertragerblock angeordnet ist. Die Wärmeübertragerblöcke sind in diesem Ausführungsbeispiel also kastenförmig zueinander angeordnet.
Die zweckmäßig als Rohr-Lamellen-Wärmeaustauscher bzw. Rippenrohrwärmetauscher ausgebildeten Wärmeübertragerblöcke weisen jeweils eine Mehrzahl von Rohrleitungen bzw. Rohrschlangen auf, durch welche das zu kühlende Kühlfluid bzw. das zu kondensierende Kältemittel strömt. Die Rohrleitungen bzw. Rohrschlangen der einzelnen Wärmeübertragerblöcke sind dabei voneinander separiert, d.h. jeder Wärmeübertragerblock weist eine individuelle Mehrzahl von Rohrleitungen bzw. Rohrschlangen auf, die zunächst nur innerhalb eines Wärmeübertragerblocks zur Ausbildung eines durchgehenden Fluidstroms des zu kühlenden Kühlfluids bzw. des zu kondensierenden Kältemittels untereinander in Verbindung stehen können. Die einzelnen Wärmeübertragerblöcke sind dadurch unabhängig voneinander von einem Fluid (also einem zu kühlenden Kühlfluid oder einem zu kondensierenden Kältemittel) durchströmbar.
Zur Beaufschlagung der einzelnen Wärmeübertragerblöcke mit einem zu kühlenden bzw. zu kondensierenden Fluid weist jeder Wärmeübertragerblock wenigstens eine Verteilerleitung auf, an die die Rohrleitungen bzw. Rohrschlangen des jeweiligen Wärmeübertragerblocks angeschlossen sind, damit diesen über die Verteilerleitung das Fluid zugeführt werden kann. In entsprechender Weise verfügt jeder Wärmeübertragerblock auch über eine Abführleitung, über die das gekühlte bzw. kondensierte Fluid aus den Rohrleitungen bzw. Rohrschlangen des jeweiligen Wärmeübertragerblocks gesammelt und abgeleitet werden kann.
Die Verteilerleitungen und/oder die Abführleitungen der einzelnen Wärmeübertragerblöcke können über Verbindungsleitungen miteinander in Verbindung stehen. Dadurch ist es bspw. möglich, ein zu kühlendes bzw. zu kondensierendes Fluid zunächst durch einen der Wärmeübertragerblöcke zu leiten (und dabei beispielsweise vorzukühlen) und anschließend in die Rohrleitungen bzw. Rohrschlangen eines stromabwärts angeordneten Wärmeübertragerblocks einzuleiten (um das Fluid dort nachzukühlen bzw. zu verflüssigen). Die Wärmeübertragerblöcke können auf diese Weise bspw. seriell oder auch parallel zueinander geschaltet werden.
Diese und weitere Vorteile sowie Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher beschriebenen Ausführungsbeispielen. Die Zeichnungen zeigen:

1: Perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmetauschereinrichtung;
2: Darstellung der Wärmetauschereinrichtung von 1 in einer Vorderansicht;
3: Perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmetauschereinrichtung in einer Vorderansicht;
4: Perspektivische Darstellung der Wärmetauschereinrichtung von 3 in einer perspektivischen Rückansicht;
5: Darstellung verschiedener Anschlussarten der erfindungsgemäßen Wärmetauschereinrichtung von 1;
6: Schematische Darstellung der Verbindung der Rohrleitungen eines in der erfindungsgemäßen Wärmetauschereinrichtung zum Einsatz kommenden Wärmeübertragers.

Die in den 1 und 2 gezeigte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmetauschereinrichtung enthält ein Gehäuse 1 mit einem auf vier Füßen 7 angeordneten Rahmengestell 1b sowie mit an dem Rahmengestell 1b befestigten Seitenwänden 1c, einem Bodenteil 1d und einem Gehäusedeckel 1a. In dem Bodenteil 1d und den Seitenteilen 1c sind jeweils Ansaugöffnungen 4 vorgesehen. In den Ansaugöffnungen 4 der Seitenteile 1c ist jeweils eine aufklappbare Jalousie 8 angeordnet, welche über verschwenkbare Jalousielamellen verfügt. Durch Verschwenken der Jalousielamellen können die Ansaugöffnungen 4 in den beiden Seitenwänden 1c geschlossen und geöffnet werden.
Im Gehäusedeckel 1a sind zwei kreisförmige Ausströmöffnungen 5a, 5b vorgesehen. In jeder Ausströmöffnung 5a, 5b ist ein Ventilator 2a, 2b angeordnet.
In dem Rahmen 1 bzw. in dem Rahmengestell 1b ist ein Wärmeübertrager 3 angeordnet. In dem in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst der Wärmeübertrager 3 drei Wärmeübertragerblöcke 3-1, 3-2, 3-3. Die Wärmeübertragerblöcke 3-1, 3-2, 3-3 sind dabei jeweils flächig ausgebildet. Zweckmäßig handelt es sich bei den Wärmeübertragerblöcken 3-1, 3-2, 3-3 jeweils um Rohr-Lamellen-Wärmetauscher, welche jeweils über eine Mehrzahl von parallel zueinander verlaufende Rohrleitungen 9 verfügen. In 1 sind die freien Enden der einzelnen Rohrleitungen 9 der Wärmeübertragerblöcke 3-1, 3-2, 3-3 sichtbar. Jeder Wärmeübertragerblock 3-1, 3-2, 3-3 verfügt neben den Rohrleitungen 9 zweckmäßig über eine Mehrzahl von jeweils senkrecht zu den Rohrleitungen 9 stehende und parallel zueinander verlaufende Lamellen 10, welche über kreisförmige Durchbrüche verfügen, durch die die Rohrleitungen 9 verlaufen. Die Rohrleitungen 9 und die Lamellen 10 der Wärmeübertragerblöcke 3-1, 3-2, 3-3 sind jeweils aus einem thermisch leitenden Material gefertigt, beispielsweise aus Kupfer bzw. Aluminium.
Wie aus den Darstellungen der 1 und 2 ersichtlich weist der Wärmeübertrager 3 einen flächig ausgebildeten und zumindest im Wesentlichen horizontal liegenden mittleren Wärmeübertragerblock 3-1 sowie zwei senkrecht dazu stehende äußere Wärmeübertragerblöcke 3-2, 3-3 auf. Die beiden äußeren Wärmeübertragerblöcke 3-2, 3-3 sind damit zumindest im Wesentlichen vertikal orientiert.
Jedem Warmeübertragerblock 3-1, 3-2, 3-3 ist dabei eine Ansaugöffnung 4-1, 4-2, 4-3 zugeordnet. Die im Deckel 1a des Gehäuses 1 angeordneten Ventilatoren 2a, 2b saugen durch die Ansaugöffnungen 4-1, 4-2, 4-3 Umgebungsluft in das Innere des Gehäuses 1 an. Die angesaugte Umgebungsluft strömt durch die Wärmeübertragerblöcke 3-1, 3-2, 3-3, wobei ein durch die Rohrleitungen 9 der Wärmeübertragerblöcke fließendes Fluid Wärme an die durchströmende Umgebungsluft abgibt und dadurch abgekühlt wird.
Die von den Ventilatoren 2a, 2b angesaugte Umgebungsluft wird nach Durchströmen durch die Wärmeübertragerblöcke durch die Ausströmöffnungen 5a, 5b aus dem Gehäuse 1 ausgeblasen. Zur Sicherstellung eines effizienten Strömungsprofils der Umgebungsluft ist das Gehäuse 1 an der Vorder- und der Rückseite durch Gehäusewände verschlossen, welche zur besseren Darstellung des Inneren des Gehäuses in den 1 und 2 nicht gezeigt sind.
Jeder Wärmeübertragerblock 3-1, 3-2, 3-3 verfügt über mindestens eine Verteilerleitung 6-1, 6-2 bzw. 6-3, welche in dem gezeigten Ausführungsbeispiel der 2 vorderseitig angeordnet ist (Die Verteilerleitungen sind in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt, jedoch in der Darstellung von 2 sichtbar). Die aus 1 ersichtlichen vorderseitigen freien Enden der Rohrleitungen 9 sind bei jedem Wärmeübertragerblock 3-1, 3-2, 3-3 mit der ihm zugeordneten Verteilerleitung 6-1, 6-2 bzw. 6-3 verbunden. Die Verteilerleitungen 6-2, 6-3 der beiden äußeren Wärmeübertragerblöcke 3-2, 3-3 verfügen jeweils über einen Anschlussstutzen 11, der an eine Fluidleitung anschließbar ist. Über die Fluidleitung und den Anschlussstutzen 11 kann ein zu kühlendes bzw. zu kondensierendes Fluid der Verteilerleitung 6-2 bzw. 6-3 zugeführt werden. Von der Verteilerleitung 6-2, 6-3 wird das Fluid in die Rohrleitungen 9 des jeweiligen Wärmeübertragerblocks 3-2, 3-3 eingeleitet.
Rohrleitungen 9 eines Wärmeübertragerblocks können dabei miteinander an ihren rückseitigen freien Enden miteinander verbunden sein, bspw. durch U-förmige Verbindungsstücke 14, um mehrere Durchläufe des Fluids durch die Rohrleitungen 9 zu ermöglichen. Zwei Beispiele solcher Verbindungen der rückseitigen freien Enden der Rohrleitungen 9 zur Realisierung unterschiedlicher Mehrfachdurchläufe des Fluids durch die Rohrleitungen 9 sind in 6 gezeigt. Dabei zeigt das Beispiel von 6a einen Zweifach-Durchlauf („2-Pass“) und das Beispiel von 6b zeigt einen achtfachen Durchlauf („8-Pass“). Andere Mehrfachdurchläufe, wie z.B. 4-fach- oder 6-fach-Durchläufe können entsprechend durch Verbindung der rückseitigen freien Enden der Rohrleitungen 9 realisiert werden.
Jeder Wärmeübertragerblock 3-1, 3-2, 3-3 weist neben der Verteilerleitung 6-1, 6-2, 6-3 eine vorderseitig an den freien Enden der Rohrleitungen 9 angeordnete und mit den Rohrleitungen 9 verbundene Rückführleitung 7-1, 7-2, 7-3 auf. Über diese Rückführleitungen 7-1, 7-2, 7-3 wird das zu kühlende bzw. zu kondensierende Fluid nach Durchlauf durch die Rohrleitungen 9 (ggf. nach einem mehrfachen Durchlauf) gesammelt. Die Rückführleitung 7-1 des mittleren Wärmeübertragerblocks 3-1 verfügt dabei über zwei Anschlussstutzen 13, welche mit einer Rohrleitung verbunden werden können. Über diese Rohrleitung und die Anschlussstutzen 13 kann das aus der Rückführleitung 7-1 des mittleren Wärmeübertragerblocks 3-1 ausströmende (und bereits gekühlte bzw. verflüssigte) Fluid zu einer im Inneren eines zu kühlenden Raums angeordneten Wärmetauschereinrichtung (ggf. über ein zwischengeschaltetes Drossenventil) geleitet werden.
In dem Ausführungsbeispiel von 2 verfügt auch der mittlere Wärmeübertragerblock 3-1 über eine vorderseitige Verteilerleitung 6-1. Anders als die Verteilerleitungen 6-2, 6-3 der beiden äußeren Wärmeübertragerblöcke 3-2, 3-3 verfügt die Verteilerleitung 6-1 des mittleren Wärmeübertragerblocks 3-1 jedoch nicht über einen separaten Anschlussstutzen 11. Stattdessen ist die Verteilerleitung 6-1 des mittleren Wärmeübertragerblocks 3-1 mit den Rückführleitungen 7-2 und 7-3 der beiden äußeren Wärmeübertragerblöcke 3-2, 3-3 über Verbindungsleitungen 12 verbunden.
Die in 2 gezeigte Anordnung der Wärmeübertragerblöcke und die dort dargestellte Verbindung der Rückführleitungen 7-2, 7-3 mit der Verteilerleitung 6-1 ermöglicht es, das zu kühlende bzw. zu kondensierende Fluid zunächst durch einen der beiden äußeren Wärmeübertragerblöcke 3-2, 3-3 und danach durch den mittleren Wärmeübertragerblock 3-1 zu leiten. Das auf diese Weise seriell durch die Wärmeübertragerblöcke geleitete Fluid kann dabei zunächst in den beiden äußeren Wärmeübertragerblöcken vorgekühlt und anschließend in dem mittleren Wärmeübertragerblock nachgekühlt oder verflüssigt werden. Dies erhöht die Wärmeübertragungseffizienz, da sehr hohe Temperaturdifferenzen in benachbarten Rohrleitungen 9 eines Wärmeübertragerblocks vermieden werden können.
In den 3 und 4 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmetauschereinrichtung dargestellt. Diese entspricht der Ausführungsform der 1 und 2 und enthält zusätzlich zu den dort gezeigten drei Wärmeübertragerblöcken 3-1, 3-2, 3-3 noch einen vierten Wärmeübertragerblock 3-4. Dieser ist, wie die beiden äußeren Wärmeübertragerblöcke 3-2, 3-3, vertikal orientiert und steht also zumindest im Wesentlichen senkrecht zum mittleren Wärmeübertragerblock 3-1. Wie die anderen Wärmeübertragerblöcke 3-1, 3-2, 3-3 ist auch der vierte Wärmeübertragerblock 3-4 in einer Ansaugöffnung 4-4 angeordnet. Die vier Wärmeübertragerblöcke bilden auf diese Weise einen einseitig offenen Kasten, der an seiner Oberseite von dem Gehäusedeckel 1a abgeschlossen ist. Wie bei dem Ausführungsbeispiel von 1 ist auch in 3 eine vordere Gehäusewand aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Die vorderseitige Gehäusewand verschließt die kastenförmige Anordnung der Wärmeübertragerblöcke 3-1, 3-2, 3-3, 3-4 an der Vorderseite des Gehäuses 1. Der vierte Wärmeübertragerblock 3-4 ist entsprechend zu den anderen Wärmeübertragerblöcken 3-1 - 3-3 aufgebaut und enthält eine Mehrzahl von Rohrleitungen 9, Lamellen 10 sowie eine Verteilerleitung und eine Rückführleitung zur Zu- und Abführung eines zu kühlenden bzw. zu kondensierenden Fluids.
Die in den 1 bis 4 gezeigten Wärmetauschereinrichtungen gemäß der Erfindung ermöglichen bei gleicher Grundfläche wie bei einem bekannten Tischkühler eine höhere Kühlleistung aufgrund der größeren Wärmeaustauscherflächen, die durch die Wärmeübertragerblöcke bereitgestellt werden. Im Vergleich zu den bekannten Kühltürmen mit V-förmig darin angeordneten Wärmeübertragerblöcken weisen die gezeigten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wärmetauschereinrichtung eine wesentlich geringere Bauhöhe auf und ermöglichen daher einen einfacheren Transport und eine einfachere Installation auf einem Gebäudedach. Darüber hinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung der Wärmeübertragerblöcke vielfältige Anschluss- und Betriebsarten. Beispiele für verschiedene Anschlussarten der Wärmeübertragerblöcke sind in 5 gezeigt.
In 5a ist eine Schaltung der drei Wärmeübertragerblöcke 3-1, 3-2, 3-3 der Wärmetauschereinrichtung von 1 gezeigt, wobei die beiden äußeren Wärmeübertragerblöcke 3-2, 3-3 jeweils über eine Verteilerleitung 6-2, 6-3 mit einem Anschlussstutzen 11 und über eine Rückführleitung 7-2, 7-3 mit einem Anschlussstutzen 13 verfügen. Die Anschlussstutzen 11 der Verteilerleitungen 6-1, 6-2, 6-3 werden dabei jeweils mit einer Zufuhrleitung zur Zuführung eines zu kühlenden bzw. zu kondensierenden Fluids verbunden und die Anschlussstutzen 13 der Rückführleitungen 7-1, 7-2, 7-3 werden jeweils mit einer Rohrleitung zur Ableitung des gekühlten bzw. verflüssigten Fluids verbunden. Dadurch kann eine Parallelschaltung der äußeren Wärmeübertragerblöcke 3-2, 3-3 mit dem mittleren Wärmeübertragerblock 3-1 realisiert werden.
Die in 5b gezeigte Schaltung der Wärmeübertragerblöcke entspricht der in 2 gezeigten Anordnung. Diese kann beispielsweise als Verflüssiger eingesetzt werden, wobei über die Anschlussstutzen 11 den Verteilerleitungen 6-2, 6-3 der beiden äußeren Wärmeübertragerblöcke 3-2, 3-3 ein zu verflüssigendes Fluid in Form eines Heißgases (welches beispielsweise eine Temperatur von mehr als 90°C aufweist) zugeführt und in einem zweimaligen Durchlauf („2-Pass“) durch die Rohrleitungen 9 der beiden äußeren Wärmeübertragerblöcke 3-2, 3-3 geleitet und in der jeweiligen Rückführleitung 7-2, 7-3 gesammelt wird. Das Heißgas wird dabei in den äußeren Wärmeübertragerblöcken 3-2, 3-3 einer Vorkühlung (auf beispielsweise 70°C) unterzogen und das vorgekühlte Heißgas wird über die Verbindungsleitungen 12 in die Verteilerleitung 6-1 des mittleren Wärmeübertragerblocks 3-1 geleitet. Die Verteilerleitung 6-1 des mittleren Wärmeübertragerblocks verteilt das vorgekühlte Heißgas in die Rohrleitungen 9 des mittleren Wärmeübertragerblocks 3-1. Dieser ist zweckmäßig für einen Mehrfachdurchgang des Fluids durch die Rohrleitungen 9 ausgebildet, beispielsweise für einen 8-fachen Durchgang („8-Pass“). Bei Durchleitung des vorgekühlten Heißgases durch die Rohrleitungen 9 des mittleren Wärmeübertragerblocks 3-1 erfolgt eine Abkühlung des vorgekühlten Heißgases auf Temperaturen unterhalb des Siedepunkts und dadurch eine Verflüssigung des Fluids. Das verflüssigte Fluid wird schließlich in der Rückführleitung 7-1 des mittleren Wärmeübertragerblocks 3-1 gesammelt und über die Anschlussstutzen 13 in eine daran angeschlossene Rohrleitung zur Abführung des verflüssigten Fluids geleitet.
In 5c ist eine gegenüber dem Beispiel der 5b abgewandelte Schaltung gezeigt. In der Schaltung von 5c ist die Verteilerleitung 6-1 des mittleren Wärmeübertragerblocks 3-1 in zwei voneinander getrennte Abschnitte 6-1' und 6-1" aufgeteilt. Jeder der beiden Abschnitte 6-1', 6'-1" verfügt dabei über einen Anschlussstutzen 11, über den ein zu kühlendes Fluid (beispielsweise in Form eines Heißgases) in die Verteilerleitung 6-1 eingeleitet wird. Die Rückführleitung 7-1 des mittleren Wärmeübertragerblocks 3-1 ist über Verbindungsleitungen 12 mit den Rückführleitungen 7-1 und 7-3 der beiden äußeren Wärmeübertragerblöcke 3-1, 3-2 verbunden. Dadurch kann das in den beiden äußeren Wärmeübertragerblöcken gekühlte Fluid in der Rückführleitung 7-1 des mittleren Wärmeübertragerblocks 3-1 gesammelt und von dort in eine an den Anschlussstutzen 13 angeschlossene Rohrleitung zur Abführung des gekühlten Fluids geleitet werden.
Die Erfindung ist nicht auf die zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So ist es beispielsweise möglich, die erfindungsgemäße Wärmetauschereinrichtung auch für eine Verdunstungskühlung oder eine adiabatische Kühlung bzw. Verflüssigung eines Fluids im hybriden Betrieb einzusetzen. Hierfür können beispielsweise die beiden äußeren Wärmeübertragerblöcke 3-2, 3-3 für eine trockene Abkühlung des darin strömenden Fluids verwendet werden und der mittlere Wärmeübertragerblock 3-1 kann für eine Verdunstungskühlung oder -Verflüssigung des in den äußeren Wärmeübertragerblöcken vorgekühlten Fluids mit Wasser benetzt werden. Auch die beiden äußeren Wärmeübertragerblöcke können für eine Verdunstungs-Vorkühlung im hybriden Betrieb mit Wasser benetzt werden und das in den äußeren Wärmeübertragerblöcken vorgekühlte Fluid kann anschließend durch den mittleren Wärmeübertragerblock 3-1 geleitet werden, um das vorgekühlte Fluid zu verflüssigen. Desweiteren ist für eine adiabatische Vorkühlung eine Kombination der erfindungsgemäßen Wärmetauschereinrichtung mit Benetzungsmatten möglich, welche bevorzugt in Strömungsrichtung der angesaugten Luft stromaufwärts eines der oder mehrerer Wärmeübertragerblöcke installiert und mit Wasser benetzt werden.
Weiterhin kann die Anzahl der verwendeten Ventilatoren den Erfordernissen, insbesondere der erforderlichen Kühlleistung, angepasst werden. Für einen einfachen Transport und eine einfache Montage der Wärmetauschereinrichtung kann diese modulartig zusammengesetzt werden. Ein für die Steuerung der Wärmetauschereinrichtung notwendiger Schaltschrank kann platzsparend im Innern des Gehäuses (zwischen den beiden äußeren Wärmeübertragerblöcken) platziert werden.
Statt eines Gehäuses 1 mit Seitenwänden 1c kann auch lediglich ein Rahmengestell 1b mit einem rechteckigen und horizontal liegenden Rahmen sowie senkrecht dazu angeordnete Ständer verwendet werden, wobei auf den Ständern ein Deckel angeordnet ist, der die Ausströmöffnungen 5a, 5b mit den darin eingesetzten Ventilatoren 2 enthält. Die Wärmeübertragerblöcke 3-1, 3-2, 3-3 und ggf. 3-4 sind dabei an dem Rahmengestell 1b befestigt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 29805111 U1 [0005]

Claims

Wärmetauschereinrichtung, insbesondere zur Verwendung als Rückkühler oder Verflüssiger zur Kühlung oder Verflüssigung eines Kühlfluids oder eines Kältemittels, mit einem Gehäuse (1) oder einem Rahmengestell (1b), in dem mindestens ein Ventilator (2) und ein Wärmeübertrager (3) angeordnet sind, wobei der Wärmeübertrager (3) von einem Fluid durchströmbar ist, der Ventilator (2) Umgebungsluft in das Gehäuse oder das Rahmengestell (1b) ansaugt und die angesaugte Umgebungsluft unter Wärmeaustausch mit dem Fluid durch den Wärmeübertrager (3) strömt, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (3) zumindest drei Wärmeübertragerblöcke (3-1, 3-2, 3-3) umfasst, die zumindest im Wesentlichen U-förmig zueinander angeordnet sind.
Wärmetauschereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragerblöcke (3-1, 3-2, 3-3) flächig ausgebildet sind, wobei ein mittlerer Wärmeübertragerblock (3-1) horizontal und zwei äußere Wärmeübertragerblöcke (3-2, 3-3) jeweils vertikal orientiert sind.
Wärmetauschereinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen vierten Wärmeübertragerblock (3-4), wobei die Wärmeübertragerblöcke (3-1, 3-2, 3-3, 3-4) kastenförmig zueinander angeordnet sind.
Wärmetauschereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vierte Wärmeübertragerblock (3-4) flächig ausgebildet und vertikal orientiert ist.
Wärmetauschereinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragerblöcke (3-1, 3-2, 3-3; 3-4) jeweils als Rohrwärmeübertrager, insbesondere als Lamellen-Rohr-Wärmetauscher, oder als Rohrbündelwärmeübertrager mit einer Mehrzahl von Rohrleitungen oder Rohrschlangen ausgebildet sind, wobei die Rohrleitungen bzw. Rohrschlangen der einzelnen Wärmeübertragerblöcke (3-1, 3-2, 3-3; 3-4) voneinander separiert sind.
Wärmetauschereinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragerblöcke (3-1, 3-2, 3-3; 3-4) unanhängig voneinander von einem Fluid durchströmbar sind.
Wärmetauschereinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Wärmeübertragerblock (3-1, 3-2, 3-3; 3-4) mit einer Verteilerleitung (6-1, 6-2, 6-3) verbunden ist, durch welche den Wärmeübertragerblöcken (3-1, 3-2, 3-3; 3-4) das Fluid zuführbar ist.
Wärmetauschereinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Wärmeübertragerblock (3-1 bis 3-4) eine Ansaugöffnung (4-1 bis 4-4) in dem Gehäuse (1) zugeordnet ist.
Wärmetauschereinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Ventilator (2a, 2b) in einer Ausströmöffnung (5a, 5b) angeordnet ist, durch welche die Luftströmung aus dem Gehäuse (1) ausströmt, die einen Wärmeübertragerblock (3-1 bis 3-4) zum Wärmeaustausch mit dem darin geführten Fluid durchströmt hat.
Wärmetauschereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) einen Gehäusedeckel (1a) aufweist, in dem die oder jede Ausströmöffnung (5a, 5b) angeordnet ist.
Wärmetauschereinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) wenigstens zwei Seitenwände (1c) aufweist, in denen jeweils eine Ansaugöffnung (4) vorgesehen ist, durch welche Umgebungsluft in das Innere des Gehäuses angesaugt wird.
Wärmetauschereinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Ventilator (2) Umgebungsluft entgegen der Schwerkraft von unten nach oben und/oder durch seitliche Ansaugöffnungen (4) in das Gehäuse (1) ansaugt.
Wärmetauschereinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) auf einem Boden aufstellbar ist, wobei das Gehäuse (1) oder das Rahmengestell (1b) hierfür bevorzugt mindestens drei Fußteile (7) enthält.
Wärmetauschereinrichtung nach Anspruch 12, wobei das Gehäuse (1) oder das Rahmengestell (1b) so auf dem Boden angeordnet ist, dass die Wärmeübertragerblöcke (3-1, 3-2, 3-3) vom Boden beabstandet sind.
Wärmetauschereinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Wärmeübertragerblock (3-1, 3-2, 3-3; 3-4) mit einer Rückführleitung (7-1, 7-2, 7-3) verbunden ist, durch welche das Fluid aus dem Wärmeübertragerblock (3-1, 3-2, 3-3; 3-4) abführbar ist.
Wärmetauschereinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Rahmengestell (1b), an dem die Wärmeübertragerblöcke (3-1, 3-2, 3-3, 3-4) befestigt sind.
Wärmetauschereinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Rahmengestell (1b) einen rechteckigen und horizontal liegenden Rahmen sowie senkrecht dazu angeordnete Ständer aufweist, wobei auf den Ständern ein Deckel mit mindestens einer Ausströmöffnung (5a, 5b) angeordnet ist.