DE2510755A1 - Cooling system for moist air - includes means for removing ice or hoar frost only partially by phase change - Google Patents

Cooling system for moist air - includes means for removing ice or hoar frost only partially by phase change

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    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D21/00—Defrosting; Preventing frosting; Removing condensed or defrost water
    • F25D21/06—Removing frost
    • F25D21/08—Removing frost by electric heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F17/00—Removing ice or water from heat-exchange apparatus

Abstract

The ice or hoar frost removal utilises heat from the heat exchange surfaces to convert it partially into the liquid or vapour state only a very thin layer on the heat exchange wall being removed by a change of phase, by being briefly heated up. This ensures that the flow of cooling medium which is influenced by ice formation etc. need not be interrupted. Pref. the heat required to remove the solid ice is obtained electrically via ohmic or skin effects. Only a very thin layer on the heat exchange wall being removed by a change of phase, by being briefly heated up. This ensures that the flow of cooling medium which is influenced by ice formation etc. need not be interrupted. Pref. the heat required to remove the solid ice is obtained electrically via ohmic or skin effects. Only a very thin layer of ice is converted into liquid or vapour, subsequent removal of the entire deposit being encouraged by gravity or an air blast etc.

Description

Luftkühler Wird feuchte Luft unter den Gefrierpunkt abgekthlt, so bilden sich auf den kühlenden Wärmetauscherflachen des Luftkühlers Eis-oder Reifschichten Mit wachsender Schichtdicke stellen insbesondere Reifschichten einen stark zunehmenden Wärmedurchgangswiderstand dar, der die Kühlleistung des Luftkühlers stark herabsetzt. Air cooler If moist air is cooled below freezing point, so Layers of ice or frost form on the cooling heat exchanger surfaces of the air cooler With increasing layer thickness, frost layers in particular increase rapidly Thermal resistance, which the Cooling capacity of the air cooler greatly diminishes.

Zusätzlich haben diese Schichten einen begrenzenden Einfluß auf die durchströmenden Luftmengen bzw. auf den Druckverlust.In addition, these layers have a limiting influence on the the amount of air flowing through or the pressure loss.

Aus den genannten Gründen ist man gezwungen, die Kühlflächen von Zeit zu Zeit von den Eis- bzw. Reifschichten zu befreien.For the reasons mentioned, one is forced to remove the cooling surfaces from time to time to free from the ice or frost layers at a time.

Üblich ist es, die Eis- oder Reifschichten periodisch abzutauen.It is customary to periodically thaw the layers of ice or frost.

Das Abtauen erfolgt teils direkt - beispielsweise durch vorgewärmte Luft - oder auch indirekt. Es wurden auch gesonderte, zusätzliche Heizrohre vorgeschlagen (s. Auslegeschrift DT-PS 1 057 625).Some of the defrosting takes place directly - for example through preheated Air - or indirectly. Separate, additional heating pipes have also been proposed (see interpretation document DT-PS 1 057 625).

Es ist weiterhin bekannt, daß man durch elektrischen Strom Wärme erzeugen und diese zum Abtauen von Eis oder Reif einsetzen kann.It is also known that electricity can be used to generate heat and can use it to defrost ice or frost.

Da elektrische Energie jedoch die hochwertigste Energieform darstellt, das Abtauen von Eis oder Reif jedoch nur minderwertige Energie - beispielsweise in Form von warmer Luft - verlangt, sind besondere Vorkehrungen notwendig, damit man auch große Luftkühler (z. B. von Gefrierhäusern) wirtschaftlich mittels elektrischer Energie von den haftenden Eis- oder Reifschichten befreien kann.However, since electrical energy is the most valuable form of energy, the thawing of ice or frost, however, only low-quality energy - for example in the form of warm air - required, special precautions are necessary so that large air coolers (e.g. from freezers) can also be made economically by means of electrical ones Can free energy from the adhesive layers of ice or frost.

Erfindungsgemäß wird die Eis- oder Reifschicht mittels Wärme von der Wärmetauscherwand nur gelöst, d. h. es wird nur eine sehr kleine Zone - diejenige, die der Wärmetauscherwand am nächsten ist - in den flüssigen oder dampfförmigen Zustand überführt. Die so gelöste Schicht kann dann durch die Schwerkraft, einen Luftstrom aber auch durch den Dampfdruck der getauten und verdampften Schicht von der Wärmetauscherwand wegtransportiert werden.According to the invention, the ice or frost layer is by means of heat from the Heat exchanger wall only loosened, d. H. there will only be a very small zone - the one which is closest to the heat exchanger wall - in the liquid or vapor form Transferred state. The so loosened layer can then by gravity, a Air flow but also through the steam pressure of the thawed and evaporated layer be transported away from the heat exchanger wall.

Weiterhin wird erfindungsgemäß dafür gesorgt, daß durch die Wärme, die das Lösen der festen Schicht von der Wärmetauscherwand bewirkt, nicht die gesamte Wärmetauscherwand auf eine Temperatur erwärmt wird, die über dem Schmelzpunkt der gebildeten Schicht liegt.Furthermore, according to the invention it is ensured that the heat, which causes the solid layer to detach from the heat exchanger wall, not all of it Heat exchanger wall is heated to a temperature above the melting point of the formed layer lies.

Da nur eine dünne Teilschicht der Wärmetauscherwand des Luftkühlers erwärmt wird, um die feste Schicht zu lösen, ist es erfindungsgemäß möglich, während des Ablösevorganges das Kühlmittel, das durch den Luftkühler strömt und die Bildung der Eis- bzw. Reifschicht bewirkt hat, weiter strömen zu lassen. Durch dieses Kühlmittel muß nämlich nur eine vergleichsweise kleine, zusätzliche Wärmemenge abgeführt werden.Because only a thin partial layer of the heat exchanger wall of the air cooler is heated to dissolve the solid layer, it is possible according to the invention while of the detachment process, the coolant flowing through the air cooler and the formation the layer of ice or frost has caused it to continue flowing. Through this coolant namely only a comparatively small, additional amount of heat has to be dissipated.

Vorzugsweise wird die Wärme, die zum Ablösen der Eis- oder Reifschicht eingesetzt wird, elektrisch erzeugt.Preferably, the heat required to peel off the layer of ice or frost is used, generated electrically.

In Fig. 1 und 2 ist beispielhaft der Schnitt durch die Wärmetauscherwand einer bevorzugten Ausführung eines solchen Luft kühlers skizziert.In Fig. 1 and 2 is an example of the section through the heat exchanger wall a preferred embodiment of such an air cooler outlined.

Das Kühlmittel 1 sorgt für das notwendige Temperaturgefälle zum Abkühlen der feuchten Luft 7, wobei sich eine Eis- oder Reifschicht 6 bildet. Die Wärmetauscherstützwand 2 - beispielsweise aus Stahl - sorgt für die notwendige Festigkeit der Wärmetauscherwand.The coolant 1 ensures the necessary temperature gradient for cooling the moist air 7, whereby a layer of ice or frost 6 forms. The heat exchanger retaining wall 2 - for example made of steel - ensures the necessary strength of the heat exchanger wall.

Eine dünne Schicht elektrisch isolierenden Materials 3 befindet sich zwischen der Wärmetauscherstützwand 2 und einer elektrisch leitenden Schicht 4, durch die ein Strom geleitet werden kann, ohne daß er auch durch die Wärmetauscherstützwand 2 fließt. Die elektrisch leitende Schicht 2 könnte beispielsweise eine aufgedampfte, dünne metallische Schicht sein, oder auch aus dünnen Folien bzw. einem Netz dünner Drähte bestehen. Direkt an der elektrisch leitenden Schicht 4 oder nur durch eine weitere dünne Schutzschicht 5 - Fig. 2 - getrennt, wird aufgrund des Temperaturgefälles zwischen feuchter Luft 7 und Kühlmittel 1 die Eis- oder Reifschicht 6 gebildet.A thin layer of electrically insulating material 3 is located between the heat exchanger support wall 2 and an electrically conductive layer 4, through which a current can be passed without it also passing through the heat exchanger retaining wall 2 flows. The electrically conductive layer 2 could, for example, be a vapor-deposited, be a thin metallic layer, or made of thin foils or a network thinner Wires are made. Directly on the electrically conductive layer 4 or only through one another thin protective layer 5 - Fig. 2 - is separated due to the temperature gradient The ice or frost layer 6 is formed between moist air 7 and coolant 1.

Ein kurzer Stromfluß durch die elektrisch leitende Schicht 4 reicht nun aus, diese über die Schmelztemperatur zu erwärmen und dadurch die gebildete Eis- bzw. Reifschicht von der Wärmetauscherwand zu lösen, so daß sie durch die genannten Kräfte abtransportiert werden kann.A short flow of current through the electrically conductive layer 4 is sufficient now from heating them above the melting temperature and thereby the formed To loosen ice or frost layer from the heat exchanger wall, so that they through the said Forces can be transported away.

Wesentlich ist hierbei, daß die elektrisch leitende Schicht 4 im Verhältnis zur Wärmetauscherstützwand 2 dünn ist. Aufgrund der Trägheit des Wärmeleitungsvorganges wird sich die wesentlich dickere Wärmetauscherstützschicht 2 während des Stromflusses nur unwesentlich erwärmen, so daß das Kühlmittel 1 nur eine geringe zusätzliche Wärmemenge abzuführen hat und während des Stromflusses durch die elektrisch leitende Schicht 4 weiterströmen kann.It is essential here that the electrically conductive layer 4 in proportion to the heat exchanger support wall 2 is thin. Due to the inertia of the heat conduction process the much thicker heat exchanger support layer 2 will become during the current flow heat only insignificantly, so that the coolant 1 only a slight additional Has to dissipate amount of heat and during the current flow through the electrically conductive Layer 4 can continue to flow.

Vorteilhaft ist erfindungsgemäß hierbei, in einem Luftkühler nicht die gesamte Wärmetauscherfläche gleichzeitig von der Eis-bzw. Reifschicht zu befreien, sondern nacheinander einzelne Teilflächen.According to the invention, it is not advantageous here in an air cooler the entire heat exchanger surface at the same time from the ice or. To free the layer of frost, but one after the other individual partial areas.

Außerdem kann es unter Umständen zweckmäßig sein, die Wärmetauscherwand mit Rippen oder Lamellen - Fig. 3 - zu versehen.In addition, under certain circumstances it can be useful to remove the heat exchanger wall with ribs or lamellas - Fig. 3 - to be provided.

Der neuen Luftkühlerart werden folgende Vorteile zugeschrieben: Der Luftkühler kann quasi-kontinuierlich betrieben werden, so daß kein zusätzlicher Wärmetauscher - beispielsweise im Umschaltbetrieb - erforderlich ist, da der Ablösevorgang sehr schnell vonstatten geht.The following advantages are ascribed to the new type of air cooler: The Air cooler can be operated quasi-continuously, so that no additional Heat exchanger - for example in switching mode - is required because the separation process happens very quickly.

Der geringe Aufwand an Energie für das Ablösen der - den Wärmeübergang und die Luftströmung behindernden - Eis - oder Reifschichten, erlaubt es, diese schon dann zu entfernen, wenn die Schichtdicke im Vergleich zur konventionellen Verfahrensweise (Abtauen) noch sehr klein ist. The low expenditure of energy for the detachment of the - the heat transfer and layers of ice or frost, which impede the flow of air, allow this to be removed already when the layer thickness compared to the conventional one Procedure (defrosting) is still very small.

Dies bedeutet, daß die Zeitspanne zwischen zwei Ablösevorgängen im Vergleich zum konventionellen Abtauen erheblich verkürzt wird. This means that the time between two detachment processes in the Compared to conventional defrosting is considerably shortened.

Aus der geringen Schichtdicke, verbunden mit der kurzen Periodendauer für das Ablösen, ergibt sich einerseits, daß der Luftkühler nahezu stationär kühlt, d. h. die Kühlleistung wird von der gebildeten Eis- oder Reifschicht vergleichsweise wenig beeinflußt, und andererseits kann die Kühlmitteltemperatur aufgrund des verringerten mittleren (zeitliches Mittel) Wärmedurchgangswiderstandes heraufgesetzt werden, was einen vergleichsweise niedrigen Energiebedarf für die Kältemaschine, in der das Kühlmittel seinerseits herabgekühlt wird, zur Folge hat. From the small layer thickness, combined with the short period duration for the detachment, it results on the one hand that the air cooler cools almost stationary, d. H. the cooling capacity is compared with the layer of ice or frost that has formed little affected, and on the other hand, the coolant temperature due to the decreased mean (temporal mean) heat transfer resistance are increased, what a comparatively low energy requirement for the chiller, in which the coolant is in turn cooled down.

Die Regelvorrichtungen für das zeitweilige Trennen des Kühlmittelkreislaufes vom eigentlichen Luftkühler mit anschließendem Abtauen entfallen, da das Kühlmittel erfindungsgemäß während des Ablösevorganges weiter durch den Luftkühler strömen kann.The control devices for the temporary disconnection of the coolant circuit from the actual air cooler with subsequent defrosting is not required, as the coolant according to the invention continue to flow through the air cooler during the detachment process can.

Claims (7)

Ansprüche :Expectations : 1. LuStkühler zur Kühlung von feuchter Luft mit Bildung von Eis oder Reif auf der gekühlten Wärmetauscherfläche, bei dem die Eis-oder Reifschicht mittels Wärme von der Wärmetauscherfläche abgelöst wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Eis- oder Reifschicht nicht vollständig in die flüssige oder dampfförmige Form überführt wird, sondern durch Phasenwechsel einer sehr dünnen, der Wärmetauscherwand nahen Schicht von der Wärmetauscherwand gelöst wird, indem eine ebenfalls dünne, der abzulösenden Reif- oder Eisschicht nahe Schicht der Wärmetauscherwand kurzzeitig aufgeheizt wird, wobei der Fluß des Kältemittels, das die Eis- oder Reifbildung bewirkt hat, für den Ablösevorgang nicht unterbrochen zu werden braucht.1. LuSt cooler for cooling moist air with the formation of ice or Frost on the cooled heat exchanger surface, in which the ice or frost layer means Heat is removed from the heat exchanger surface, d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the ice or frost layer is not completely in the liquid or vaporous form is transferred, but by phase change of a very thin, the layer close to the heat exchanger wall is detached from the heat exchanger wall by another thin layer of the heat exchanger wall close to the layer of frost or ice to be removed is briefly heated, the flow of refrigerant causing the formation of ice or frost has caused, does not need to be interrupted for the detachment process. 2. Luftkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme in der dünnen Schicht der Wärmetauscherwand, die das Ablösen der festen, gebildeten Schicht bewirkt, mittels elektrischem Strom erzeugt wird, beispielsweise durch ohm'sche Wärme in einer besonderen Schicht oder durch den Skin-Effekt. 2. Air cooler according to claim 1, characterized in that the heat in the thin layer of the heat exchanger wall, which removes the solid, formed Layer causes, is generated by means of electrical current, for example by ohmic Warmth in a special layer or through the skin effect. 3. Luftkühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand der Wärmetauscherfläche aus mehreren Schichten besteht, und zwar nach Fig. 1 bis 3: Einer dicken Schicht, der Wärmetauscherstützschicht (2), die dem Kühlmittel am nächsten ist und der Wärmetauscherwand die notwendige Festigkeit verleiht, anschliessend einer dünnen, elektrisch isolierenden Schicht (3), einer dritten elektrisch leitenden, im Vergleich zur Wärmetauscherstützschicht (2), sehr dünnen Schicht (4), durch die ein Strom geleitet werden kann, ohne daß er auch durch die Wärmetauscherstützschicht (2) fließt, und evtl. einer vierten, sehr dünnen Schutzschicht (5), die lediglich die Aufgabe hat, Beschädigungen der elektrisch leitenden Schicht (4) zu verhindern. 3. Air cooler according to claim 2, characterized in that the wall the heat exchanger surface consists of several layers, namely according to Fig. 1 to 3: A thick layer, the heat exchanger support layer (2), which is attached to the coolant next and gives the heat exchanger wall the necessary strength, then a thin, electrically insulating layer (3), a third electrically conductive, Compared to the heat exchanger support layer (2), very thin layer (4) through which a stream passed can be without it also through the heat exchanger support layer (2) flows, and possibly a fourth, very thin protective layer (5), which only has the task of preventing damage to the electrically conductive layer (4). 4. Luftkühler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Schicht (4) eine dünne aufgedampSte, aufgalvanisierte oder aufgestrichene metallische Schicht ist.4. Air cooler according to claim 3, characterized in that the electrically conductive layer (4) a thin vapor-deposited, electroplated or painted on metallic layer is. 5. Luftkühler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Schicht (4) aus dünnen Drähten gebildet wird, die beispielsweise netzartig angeordnet sind.5. Air cooler according to claim 3, characterized in that the electrically conductive layer (4) is formed from thin wires, for example reticulated are arranged. 6. Luftkühler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Schicht eine dünne, geklebte Folie ist.6. Air cooler according to claim 3, characterized in that the electrically conductive layer is a thin, glued film. 7. Geräte zum Abkühlen feuchter Luft, bestehend aus einer Kältemaschine, mehreren Wärmetauschern, sowie Regel- und Netzeinrichtungen,dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher, an dessen Wärmetauscherflächen die feuchte Luft gekühlt wird, ein Luftkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ist und während des Ablösens der Eis- bzw. Reifschicht der Kältemittelfluß zwischen Kältemaschine und diesem Wärmetauscher nicht unterbrochen wird. Leerseite7.Devices for cooling humid air, consisting of a refrigeration machine, several heat exchangers, as well as control and network devices, characterized in that that the heat exchanger, on the heat exchanger surfaces of which the moist air is cooled, is an air cooler according to any one of claims 1 to 7 and during the detachment of the Ice or frost layer the refrigerant flow between the refrigeration machine and this heat exchanger is not interrupted. Blank page
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