DE2516067A1

DE2516067A1 - Verdunstungs-kuehleinrichtung

Info

Publication number: DE2516067A1
Application number: DE19752516067
Authority: DE
Inventors: Peri Leonard Joseph Di
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-01-16
Filing date: 1975-04-12
Publication date: 1976-10-21
Also published as: AR205270A1

Description

PATENTANWÄLTE

OIPL.-IN6. DR. IUR. DIPL-IN6.

VOLKER BUSSE DIETRICH BUSSE

45 OSNABRÜCK, H, April 1975

MDSERSTRASSE2O/24 L/Rl

Leonard Joseph Di Reri

I8525 Lahey Street

Northridge, California 9132¹J, USA

Verdunstungs-Kühleinrichtung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Klimaanlagen und insbesondere auf Trockenluft-Verdunstungskühler, bei denen eine Trennung von Luft in zwei Ströme stattfindet, von denen der eine eine Verdunstung erfährt und der andere ein isolierter Nutzluftstrom ist, der eigengekühlt wird.

Verdunstungskühlung ist ein bekannter Vorgang, bei dem eine Energieabnahme als Ergebnis einer Lufttemperaturabnahme in Form von Feuchtigkeit wiedergewonnen wird; im Endergebnis liegt keine Energieveränderung vor. Bei einer Eigenkühlung (sensible cooling) tritt eine Veränderung von Energie (Enthalpie) durch die nicht erfolgende Zufuhr von Feuchtigkeit auf; im Endergebnis liegt ein Entzug von Energie aus der Luft vor. Der offensichtliche Nachteil einer gewöhnlichen Verdunstungskühlung liegt in der Hinzufügung von Feuchtigkeit zur Nutzluft, während der Vorteil einer Eigenkühlung darin besteht, daß keine Änderung in der absoluten Feuchtigkeit während des Kühlungsprozesses der Nutz-

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luft eintritt.

Die Konstruktion von Baueinheiten und die Materialien für diese, die bei der Herstellung von Verdunstungskühlern verwendet werden, sind recht teuer. Als Baumaterialien werden Metalle verwendet,
wobei in erster Linie an die Wärmeübertragungsrohre gedacht ist, die für eine wirksame Wärmeübertragung aus Metall bestehen. Wie
jedoch im folgenden gezeigt wird, ist die für notwendig erachtete Verwendung von Metallen mit hoher Wärmeleitfähigkeit bei Wärmeübertragungseinrichtungen der hier betrachteten Art nicht notwendigerweise erforderlich; im Gegenteil wurde gefunden, daß
eine wirksame Verdunstungskühlung in Eigenluftkanälen, die vorteilhaft aus Kunststoffen bestehen, die eine geringere thermische Leitfähigkeit als z.B. Aluminium oder Kupfer aufweisen, durchaus möglich ist.

Nach der Erfindung ist daher eine Verdunstungseinrichtung für
einen Trockenluft-Verdunstungskühler, bestehend aus einem Kern
mit einer wärmeleitenden Wandung, die einander gegenüberliegende Grenzflächen darbietet, welche zwei physikalisch voneinander
getrennte, winklig zueinander verlaufende Luftkanäle bilden, und aus einer Befeuchtungsvorrichtung zur Befeuchtung einer der
Grenzflächen, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeleitende Wand aus Kunststoff od. dgl. billigem Werkstoff besteht, dessen thermische Leitfähigkeit zumindest annähernd derjenigen von Luft
gleich oder geringer als diese ist,

Zwischen den normalen Möglichkeiten einer Verdunstungskühlung

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und einer mechanischen Gefrierkühlung besteht ein so großer Unterschied, daß eine Verdunstungskühlung, wenn überhaupt, nur selten für Anwendungsfälle in Betracht gezogen wird, in denen eine absolute Feuchtigkeit gefordert wird. Es kann jedoch ein voraussagbarer hoher Temperaturabfall in einem Trockenluft-Verdunstungskühler erreicht werden, der getrennte Ströme verdunstungs gekühlter Luft und eigengekühlter Luft verwendet, die gesondert durch die Verdunstungseinheiten nach der Erfindung hindurchgeleitet werden, wobei die Kühlung in mehreren Stufen erfolgen kann. Hierbei wird ein Teil der eigengekühlten Luft aus einer Stufe über die befeuchtete Grenzfläche oder -flächen einer vreiteren Stufe geleitet, die den verbleibenden Luftanteil aus der einen Stufe eigenkühlt, wobei ein wirksamer und voraussagbarer Temperaturabfall in jedem Fall eintritt. Die Anzahl der verwendeten Einheiten ist für den Temperaturgesamtabfall nach den gegebenen Umständen bestimmend.

Die wirtschaftliche Herstellung von Wärmetauscherkernen bzw. -paketen ist ein Problem hinsichtlich der Konstruktion von Kondensatoren und dgl. und bei Verwendung von hohen Drücken müssen die sich durch die entsprechenden Räume erstreckenden Rohre an einander gegenüberliegenden Kopfstücken druckdicht befestigt sein. Bei Verdunstungskühlern (nicht so bei mechanischen Kühlern) kommen.jedoch niedrigere Drücke zur Anwendung, so daß es zweckmäßig ist, einen Preßsitz mit den Teilen und Elementen aus Kunststoff und/oder elastomerem Material zu verwenden. Auch aus diesem Grund ist es daher vorteilhaft, Kerne aus billigen Kunststoff-

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materialien herzustellen, die zur Sauberkeit beitragen und die wirksame Wärmeübertragung nicht ungünstig einschränken.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können Verdunstungseinheiten und Gebläseeinrichtungen vorgesehen sein, die für ein gegenseitiges Zusammenwirken kombiniert werden können, um gesondert Ströme von Verdunstungsluft und eigengekühlter Luft zu fördern. Jede Gebläseeinrichtung oder -einheit kann Luft entlang einer einzigen Achse fördern. Die Verdunstungs- und Gebläseeinheiten können vorteilhaft eine quaderförmige Gestalt, vorzugsweise Würfelform, aufweisen und soviel wie möglich des Raums innerhalb der von ihren Seitenwänden gebildeten Grenzen nutzen.

Es ist eine wirksame Wärmeübertragung zwischen zwei Luftströmen und insbesondere zwischen einem Strom verdunstungsgekühlter Luft und einem Strom eigengekühlter Luft erreicht worden. Es handelt sich hierbei um den überraschenden Effekt einer wirksamen Wärmeabsorption aus dem Verdunstungsprozeß bei Verwendung einer Wärmeübertragungswandung von geringer Wärmeleitfähigkeit, über die Eigenkühlluft strömt. Da der beschränkteste Wärmedurchgangssatz der in die eigengekühlte Luft hinein erfolgende ist, ist jeder weniger eingeschränkte Wärmeüber-gangssatz durch die Wärmeübertragungswand und zwischen der befeuchteten Grenzfläche der Wand und der Verdunstungsluft überraschend nicht beschränkend. Es ist daher nach der Erfindung durchaus möglich, billige Kunststoffrohre z.B. von verhältnismäßig geringer thermischer Leitfähigkeit als Wärmetauscherrohre des Kerns zu verwenden.

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Weitere Merkmale und Vorteile des Gegenstands der Erfindung
ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit-der Zeichnung, in der mehrere Ausführungsund Anwendungsbeispiele veranschaulicht sind.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Anordnung von zusammenwirkenden Verdunstungs- und Gebläseeinrichtungen, die durch einen Diffusor verbunden sind;

Fig.2 eine perspektivische Ansicht einer Verdunstungseinrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine perspektivische Einsicht einer Gebläseeinrichtung nach Fig. 1;

Fig. *J eine Explosivdarstellung der entsprechend Fig. 1 angeordneten Einrichtungen,.deren getrennter Zustand ihre Einzelbeschaffenheit veranschaulicht;

Fig. 5 einen Schnitt durch die Verdunstungseinrichtung
nach der Linie 5~5 der Fig. 2;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines der Trockenluft-Verdunstungsrohre, die für die Erfindung typisch sind;

Fig. 7 eine Abwandlung der Verdunstungsrohre in einer
Fig. 6 entsprechenden Darstellung;

Fig. 8 einen vergrößerten Teilschnitt nach der Linie 8-8 der Fig. 6;

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Fig. 9 einen Schnitt durch eine Gebläseeinheit nach der

Linie 9~9 der Fig. 3; und Fig. 10 eine perspektivische Darstellung ähnlich Fig. 1 .

zur Veranschaulichung eines weiteren Ausf'ührungs-

beispiels.

Es wird auf mechanische Kühlungseinrichtungen Bezug genommen_Jdie normalerweise in Eigenkühlprozessen verwendet werden, wobei alles mit dem Trockenluft-Verdunstungskühler zu vergleichen ist, bei dem eine Trennung von Luft in einer Verdunstung von Wasser ausgesetzter gekühlter Luft und in Nutzluft, bei der keine Veränderung der Feuchtigkeit stattfindet, erfolgt und bei dem herkömmliche Gestaltungsmittel und Materialien verwendet werden.

Gemäß der Erfindung wird das Trockenluft-Verdunstungsprinzip verwendet, jedoch mit Verbesserungen hinsichtlich des.Wirkungsgrades in Verbindung mit Wirtschaftlichkeit sowie hinsichtlich einer universellen Verwendbarkeit bei regulierbarer Abgabe von Nutzluft Ein hoher Wirkungsgrad und Wirtschaftlichkeit werden durch die Verwendung billiger, jedoch wirksamer Materialien und eine regulierbare Anwendbarkeit durch das Zusammenwirken von nach Bedarf Kombinierten Einrichtungen erreicht. Das zu behandelnde Luftvolumen variiert bei jeder Anlage entsprechend den Anforderun· gen, denen durch das durch die Erfindung vermittelte Konzept entsprochen werden kann.

Wie die Zeichnung zeigt, werden mit Vorteil Wärmeübertragungs-

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— ν _

rohre 10 aus Kunststoff verwendet, wobei die überraschende Nützlichkeit dieser Materialien, die eine geringe thermische Leitfähigkeit in bezug auf-die des Verdunstungsmediums wie Wasser aufweisen, dennoch dieses wirksame und praktische Eigenkühlungssystem unter Anwendung des Verdunstungskühlungsprinzip im Primärkühlungsprozeß hervorruft.

Jedes Wärmeübertragungsrohr 10 ist ein Kunststoff-Verdunstungskühlerelement mit einer wärmeleitenden Wand 11, wobei ein Material wie Polyvinylchlorid mit seiner einen Seite mit dem Verdunstungsmittel, z.B. Wasser, und mit seiner anderen Seite mit dem zu kühlenden Medium, z.B. der gekühlten Nutzluft, in Berührung steht.

Die beiden Mediumströme sind durch die wärmeleitende Wand 11 getrennt, deren eine Seite das Verdunstungsmittel erhält und Wärme abgibt und deren andere Seite Wärme erhält oder aufnimmt. Die wärmeleitende Wand kann anstelle eines Rohres von einer Platte od. dgl. gebildet sein und die Verdunstungsaußenseite ist z.B. mit Gaze 12 od. dgl. Gewebe entsprechend der Darstellung in Fig. 6 oberflächenbekleidet. Statt dessen kann die Oberfläche der Verdunstungsaußenseite auch z.B. durch eine Aufrauhung 12' entsprechend der Darstellung in Fig. 7 gebildet sein. Die außenseitige Verdunstungsoberfläche ist mit Feuchtigkeit benäßt, die an dieser adhäsiv anhaftet. Die andere bzw. Innenseite steht in Flächenberührung mit der Luft, von der Eigenwärme absorbiert wird. Es wurde gefunden, daß die Verwendung von stark leitfähigen und teueren Materialien bei der Herstellung der Wärmeübertragungswand 11 völlig unnötig ist. Mit anderen Worten, die Verwendung von

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Metallen, wie Kupfer und Aluminium, begünstigt in keiner Weise die Wirkung der daraus hergestellten Wärmeaustauschwand bei Verwendung in einem Verdunstungskühler der hier betrachteten Art, wo das Wärmeleitdifferential an der Wasser/Materialgrenzfläche etwa ein Verhältnis von H50 zu 1 ist. Es sei daher folgende Tabelle betrachtet:

Wärmeleitfähigkeit von Elementen

Aluminium 135,000 BTU/HR/Sq Ft/°F/Ft

Wasser 0,330 "

Luft 0,160 "

Wasserdampf 0,137 "

Polyvinylchlorid (PVC) 0,100 "

Im Betrieb eines herkömmlichen Kühlers, bei dem sämtliche Aluminiumrohre mit mit Wasser befeuchteter Gaze umwickelt sind, wird ein Temperaturabfall von etwa 5°-8°C (10° bis 15°F) bei einer Tagestemperatur von 30⁰C (86⁰F)mit einem Temperaturabfall der Nutzluft von 0,4 bis 0,5 des Unterschiedes zwischen den Einlaß- und Auslaß-Trockenthermometer-Temperaturen erzeugt. Im Betrieb des gleichen Kühlers mit Kunststoffrohren von 3/4 Zoll und einer Wanddicke von 1,6 mm (I/I6 Zoll) aus Polyvinylchlorid (PVC) einer Berieselungsleitung, die ebenfalls mit mit Wasser befeuchteter Gaze umwickelt ist, wird der gleiche Temperaturabfall von etwa 5°-8°C (10° bis 15°F) und der gleiche Unterschied von 0,4 bis 0,5 zwischen den Einlaß- und Auslaß-Trockenthermometer-Temperaturen hervorgerufen.

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Aluminiumrohrmaterial ist teuer, während Kunststoffrohnnaterial aus Polyvinylchlorid (PVC) gegenwärtig viermal billiger ist. Der Vergleich mit Kupferrohren ist noch weit günstiger. Die Verwendung von Leitungs- oder Rohrmaterial aus Polyvinylchlorid (PVC)j das ohne weiteres verfügbar ist, bietet daher neue Dimensionen in der Kostenstruktur und den Absatzmöglichkeiten bzw. der Nutzanwendung für dieses Kunststoffabrikationskonzept dar.

Die nachfolgenden Ausführungen erklären das hier mit Vorteil verwendete Phänomen auf dem Wege der Analogie: Man betrachte den Wärmedurchgangssatz von Luft innerhalb eines Rohres, und zwar durc das Rohr hindurch und dann durch einen Wasserfilm und zur Wasser-Luft-Verdunstungsgrenzfläche. Dieser Vorgang ist im wesentlichen analog einer Reihe von Durchflußregelventilen, wobei z.B. das erste Ventil ein 1/*»-Zoll-Ventil, das zweite ein 10-Zoll-Ventil und das dritte ein 1-Zoll-Ventil ist. Der Durchfluß durch das 1/4-Zoll-Ventil befindet sich auf einem Maximalwert, während der Durchfluß durch die beiden anderen Ventile kaum zum Widerstand beiträgt. Unter diesem Analogiegesichtspunkt setze man thermische Leitventile od. dgl. Organe an die Stelle des Strömungswiderstands eines jeden oben als Beispiel angeführten Ventils, und es kann ohne weiteres gefolgert werden, daß die Drosselstelle im Wärmedurchgangssatζ von der Luft im Inneren des Rohrs gebildet ist, und dies ist die bestimmende Größe. Eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit des Rohres ist daher widersinnig und unnötig.

In den Fig. 2 und 3 ist eine Verdunstungseinheit X bzw. eine

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Gebläseeinheit Y dargestellt, die beide in der Anordnung nach den Fig. 1 und 10 verwendet v/erden, und zwar in Fig. 1 als Bestandteile eines mehrstufigen Kühlers und in Fig. IO als Bestandteil eines Vorkühlers für eine mechanische Kühlereinheit R. Die Einrichtungen X und Y können miteinander für einen Durchfluß von Luft durch diese verbunden werden, wobei sie mittels einer Luftkammereinheit Z zusammengekuppelt werden können. Die Einrichtungen X und Y sind Quader bzw. Würfel und die Luftkammereinheit Z ist entsprechend zur Aufnahme und zum Transport von Luft zwischen den querschnittsgleichen Einrichtungen und von den offenen Seiten und/oder offenen Enden bemessen. Die Einrichtungen X und Y können daher nebeneinander, endseitig aneinander und übereinander entsprechend der erforderlichen Steigerung zur Erzielung der gewünschten Luftkapazität gesetzt und/oder gestapelt werden.

Die Verdunstungseinrichtung X ist ein Trockenluft-Verdunstungskühler mit einem Kern C, der denvolumetrischen Raum zwischen einer Deckplatte 15 und einer Bodenplatte 16 voll einnimmt. Bei dem dargestellten Beispiel sind Eckleisten 17 vorgesehen, die die Platten bzw. Wände 15*16 in mit Abstand voneinander angeordneten parallelen Ebenen zur Aufnahme des Kerns C in Arbeitsstellung zwischen diesen miteinander verbinden. Wie insbesondere aus Fig. ersichtlich ist, weist der Trockenluft-Verdunstungskern C eine Vielzahl der oben beschriebenen Rohre 10 auf, die sich zwischen Kopfstücken 18 erstrecken, von denen sie abgedichtet getragen sind. Die Kopfstücke 18 sind identische Platten, die mit öffnunger 19 versehen sind, in welche die gegenüberliegenden Endbereiche 20

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der Rohre 10 eingepreßt sind. Die Kopfstücke 18 sind quadratische Platten aus verformbarem Werkstoff, deren obere, bodenseitige und gegenüberliegende Seitenränder innerhalb der von den Platten 15 und 16 und den gegenüberliegenden Eckleisten 17 gebildeten Umgrenzung bei eingesetztem Kern zusammengedrückt sind. Dementsprechend bestehen die Kernkopfstücke aus elastisch zusammenrückbarem Kunststoff bzw. einem Elastomer, durch das die Rohre 10 mit Klemmeingriff bzw. einem Preßsitz hindurchragen, der durch das Zusammendrücken zwischen den Platten und Eckleisten gewährleistet ist. Der Achsabstand der Rohre 10 beträgt sowohl in der Vertikalen als auch in der Horizontalen etwa zwei Durchmesser. In diesem Fall liegt ein ausreichender diagonaler Zwischenraum zwischen den Rohren für den äußeren Verdunstungsprozeß vor, wenn Feuchte durch die Anwendung von Wasser aufgebracht wird. Bezeichnenderweise besitzt daher die Trockenluft-Verdunstungseinrichtung X eine geschlossene Ober- sowie Bodenplatte und offene Seiten sowie offene Enden, durch die getrennte Luftströme frei gefördert werden können. Der primäre Kühlungsprozeß ist eine Verdunstungskühlung an der Außenfläche der Rohre 10 durch quer über diese Rohre strömende Luft, während der sekundäre Kühlungsprozeß eine Eigenkühlung im Inneren der Rohre 10 durch in Längsrichtung durch diese Rohre strömende Luft ist.

Ein Flüssigkeitsverteiler B ist vorgesehen, um entweder die Luft zu befeuchten oder die Rohre zu benässen, was nach den erforderlichen Umständen verschieden sein kann. Der Verteiler B besitzt eine Flüssigkeitsförderleitung 21, die über jeder senkrechten

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Rohranordnung angeordnet ist. Die Leitungen 21 sind durch eine Verbindungsleitung 22 miteinander verbunden und perforiert, so daß sie Flüssigkeit nach unten auf die senkrechte Rohranordnung abgeben. Eine Pumpe 23 mit Motorantrieb bewirkt einen Wasserumlauf von einem von der Bodenplatte 16 gebildeten Sumpf 24, und eine wasserspiegelgesteuerte Wasserzufuhreinrichtung 11 hält den Wasserspiegel im Sumpf auf der gewünschten Höhe. Bei dieser Anordnung wird das Äußere der Verdunstungsrohre Io ständig in einem benäßten Zustand gehalten.

Die Gebläseeinrichtung Y umfaßt eine Luftpumpe geeigneter Ausführung, vorzugsweise einen Schleuderlüfter mit einer Gebläsespirale 25 mit gegenüberliegenden Stirnöffnungen 26, zwischen denen ein trommelartiges Gebläserad 27 auf einer horizontalen Querwelle 28 angeordnet ist, um welche der Rotor eines Antriebsmotors 29 das Gebläserad in Umlauf versetzt. Es versteht sich, daß verschiedenartige Gebläse- und Antriebsanordnungen einschließ lieh Axialventilatoren verwendet werden können, die jeweils Luft in Längsrichtung durch die Gebläseeinrichtung Y fördern, die einen langgestreckten Tunnel mit einer überwand 31, einer Unterwand 32 und gegenüberliegenden Seitenwänden 33 bildet. Wenn ein Zentrifugalgebläse mit einer Trommel 25 verwendet wird, ist das Einlaßende 3^ der Einrichtung in den Innenraum hinein gänzlich offen, während die Auslaßöffnung 35 der Trommel im Querschnitt wesentlich kleiner als das Auslaßende 36 der Einrichtung ist. In diesem Fall verbindet ein divergierendes Kanalglied 37 die Auslaßöffnung 35 mit dem Auslaßende 36. Somit wird die von der Ge-

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bläseeinrichtung Y gelieferte Luft von der gesamten durch die Wände 31>32 und 33 gebildeten Querschnittsfläche abgeblasen,

Die Verdunstungseinrichtung X kann selbst keine Nutzluft liefern und benötigt daher eine Luftfördereinrichtung für einen relativen Luftstrom in Quer- und Längsrichtung durch sie hindurch. Die Ausbildung der Verduns.tungseinrichtungen X und der Gebläseeinrichtung Y als aufeinander abgestimmte Einheiten bzw. Bausteine hat den Vorteil, daß auf einfache Weise eine Anpassung an gestellte Anforderungen bezüglich der Kühlungskapazität möglich ist, was dadurch geschieht, daß Mehrfach-Kombinationen der Einrichtungen bzw. Bausteine X und Y oder anstelle einer Einrichtung Y eine Luftfördereinrichtung verwendet v/erden, die als komplette mechanische Kühleinrichtung R in Fig. 10 dargestellt ist. In jedem Fall werden getrennte Ströme verdunstungsgekühlter Luft und eigengekühlter, nutzbarer Luft unter niedrigen Drücken durch die Einrichtungen X rechtwinklig zueinander gefördert; und zwar Primärluft in Querrichtung zur Verdunstungskühlung an den Außenflächen der Rohre 10 und Sekundärluft in Längsrichtung zur Eigenkühlung im Inneren der Rohre. In jedem Fall werden die · Gebläseeinrichtungen Y zur Förderung der Luft verwendet, wie es in Fig. 1 deutlich dargestellt ist.

In der Luftkammereinrichtung Z ist eine Trennung eigengekühlter Luft vom Abgabeende einer Verdunstungseinheit X in zwei Luftströme vorgesehen. Die Luftkammereinheit kann in verschiedenster Weise ausgebildet und gestaltet sein und erfordert im breitesten

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- in -

Sinne einen Einlad Uo und ein Paar Auslässe 4l und 42. Bei dem dargestellten Beispiel umfaßt die Luftkammereinheit eine Oberwand 43 und eine Bodenwand 44, die mit den Ober- und Bodenwänden der Einheiten X und Y in einer gemeinsamen Ebene liegen, um ununterbrochene Portsetzungen derselben zu bilden, wobei ferner ununterbrochene bzw. nichtperforierte Seitenwände 45 vorgesehen sind, die sich ohne Unterbrechung zwischen den Seitenwänden der Einheiten X und Y erstrecken. Zweckmäßig erstreckt sich die Luftkammereinrichtung über die Einlaßseite der Einheit X, in die sie den genannten Anteil eigengekühlter Luft liefert, mit parallelen Verlauf zu dieser. Die Punktion des Einlasses 40 besteht darin, die gesamte, von einer Verdunstungseinheit X gelieferte eigengekühlte Luft aufzunehmen, während die Punktion des Auslasses 4l darin besteht, einen bestimmten Anteil dieser gesamten eigengekühlten Luft in eine Verdunstungseinheit X als zweite Stufe für eine nachfolgende Eigenkühlung zu liefern und die Funktion des Auslasses 42 darin besteht, einen bestimmten Anteil der gesamten eigengekühlten Luft in die genannte, die zweite Stufe bildende Verdunstungseinheit X für eine nachfolgende Verdunstungskühlung zu leiten. Die abteilbaren Anteile der zu den Auslässen 41 und 42 gelieferten Luft können nach den gegebenen Umständen in Abhängigkeit von den Volumen- und Temperaturabfallerfordernissen in jedem Einzelfall variieren. Z.B. ist in Pig. I eine Luftkammereinheit Z dargestellt, die eine im wesentlichen gleiche Verteilung bewirkt, wobei die Querschnittsfläche des durch strichpunktierte Linien wiedergegebenen Auslasses 42 50% der vollen Querschnittsfläche des ebenfalls in strichpunktierten Linien dar-

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gestellten Auslasses ¹H ausmacht. Dementsprechend werden 50£ des durch den Pfeil a dargestellten Gesaratstroms eigengekühlter Luft abgelenkt und als durch den Pfeil b dargestellte verdunstungsgekühlte Luft abgegeben. Die Primärluft, die verdunstungsgekühlt wird, bewegt sich in jedem Fall quer durch die Einheiten X und bildet, wie durch den Pfeil c veranschaulicht, die erste Kühlungsstufe.

Bei zusammengesetzten Kühlerkombinationen, von denen ein typisches Ausführungsbeispiel in Fig. 1 veranschaulicht ist, ist eine gesonderte Gebläseeinheit Y für jeden individuellen Kühlungsproze3, wie er durch die Pfeile a,b und c veranschaulicht ist, vorgesehen. Wie die Zeichnung zeigt, sind die Gebläseeinheiten Y Ansauggebläse, die die anteilmäßigen Luftströme in der beschriebenen Weise ansaugen, wobei die eigengekühlte Nutzluft von einer Gebläseeinheit Y entsprechend dem Pfeil a, die abteilbare Verdunstungsluft von einer Gebläseeinheit Y entsprechend dem Pfeil b und die allein der Verdunstung dienende Luft von einer Gebläseeinheit Y entsprechend dem Pfeil c geliefert wird. Die verdunstungsgekühlte Luft wird in jedem Fall an die Umgebung abgegeben. Wie ohne weiteres ersichtlich ist, kann die dargestellte Stufenanordnung oder-Zusammensetzung der eigengekühlten Luft verwendenden Verdunstungskühl- einrichtung wiederholt bzw. vervielfacht v/erden, um den erforderlichen Temperaturabfall in der entsprechend dem Pfeil a gelieferten eigengekühlten Nutzluft zu erreichen.

In Fig. 10 ist die mechanische Gefrierkühleinheit R als komplette

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und betriebsfertige handelsübliche, überlicherweise als Klimaanlage (air conditioner) bezeichnete Einheit dargestellt. Eine derartige Einheit R ist normalerweise elektrisch betrieben und besitzt einen Kompressor, eine Expansionseinrichtung und einen Verdunster zur Wärmeabsorption sowie einen Kondensator zur Verflüssigung des Kühlmittels für dessen Wiedereinleitung in den Kompressor usw. Die Einheit R bewirkt die erforderliche Luftförderung in der Bewegung eigengekühlter Luft durch die Rohre 10 der Verdunstungseinheit X₃ die dann mit der Einheit R kombinativ als Vorkühler zusammenwirkt. Die vorgekühlte Luft kann durch die Wärmeabsorptionseinrichtung der Einheit R zusätzlich zu ihrer Eigenkühleinrichtung hindurchgeleitet werden. Jedoch wird wiederum die Gebläseeinheit Y verwendet, um in Querrichtung Verdunstungskühlluft über die Rohre 10 zu fördern. Diese Kombination bildet eine wirtschaftliche Möglichkeit zur Vorkühlung von Luftkonditionier-Kondensatorer bzw. Kühlapparaten, so daß der Kondensator so arbeitet, als ob er einer nied-rigeren Umgebungstemperatur ausgesetzt wäre. Z.B. würde eine Tagestemperatur von 37,8°C (100⁰F) auf eine Tagestemperatur von 29,4⁰C (85⁰P) herabgesetzt, was es dem Kühlapparat ermöglicht, 30% bis 50% mehr Wärme abzubauen. Solche Anordnungen sind insbesondere zum Einsatz in Großstadtgebieten vorgesehen, in welchem Fall die Kraftstationen nicht mehr mit den Auswirkungen des Spitzenverbrauchs bei starker Hitze bzw. Hitzestürmen zur Luftkonditionierung belastet wären, und wodurch andererseits der Energieverbrauch, bezogen auf die Temperaturverminderung der aufzubereitenden Luft, auf etwa 1/10 der PS-Leistung, die z.Z. für mechanische Kühlapparate erforderlich ist, herabgesetzt würde. Diese Einsparung an elektrischer Energie würde die Stromausfall-

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Probleme beseitigen. Die elektrische Energiekapazität, die bislang für Hitzesturinperioden in Reserve gehalten vmrde, kann dann produktiv für andere Zwecke verwendet werden.

In Vorstehendem ist gezeigt worden, daß eine äußerst praktisch durchführbare und dennoch weniger kostenaufwendige Kühlung geschaffen worden ist, bei der das Verdunstungsmittel von dem gekühlten Medium getrennt ist', wobei sich versteht, daß das geschilderte Verfahren und dessen apparative Ausgestaltung auch zu anderen Zwecken als der Luftkühlung mit Vorteil angewendet v/erden kann. Des v/eiteren lassen die Snergiekosten zur Absenkung der Lufttemperatur die Vorkühlung von Klimaanlagen und dgl. Luftkühlapparaten im Hinblick darauf, daß auf diese V/eise eine beträchtliche Energieeinsparung möglich ist, zweckmäßig erscheinen. Die V/ände der Verdunstungseinheiten X sind bei den dargestellten Kombinationen mit einfacher Höhe ohne Öffnungen ausgeführt. Es versteht sich jedoch, daß Kombinationen in mehrfacher Höhe der Einheiten X mit offenen rahmenähnlichen Wandelementen 15 und/oder 16 ausgeführt werden, auf welche Weise ein einziger Luftstrom c-b unter der Einwirkung eines Gebläses erzeugt wird. Wie nicht vorherzusehen war, findet eine Energieveränderung in der primärverdunstungsgekühlten Luft aufgrund der Absorption von Wärme aus der eigengekühlten Luft statt, und es ist diese halbgekühlte Luft, die gesondert und von der eigengekühlten Nutzluft isoliert abgeführt wird.

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Claims

- 18 Patentansprüche:

[l.J Verdunstungseinrichtung für einen Trockenluft-Verdunstungskühler, bestehend aus einem Kern mit einer wärmeleitenden Wandung, die einander gegenüberliegende Grenzflächen darbietet, welche zwei physikalisch voneinander getrennte, winklig zueinander verlaufende Luftkanäle bilden, und aus einer Befeuchtungsvorrichtung zur Befeuchtung einer der Grenzflächen, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeleitende Wand (11) aus Kunststoff od. dgl. billigem Werkstoff besteht, dessen thermische Leitfähigkeit zumindest annähernd derjenigen von Luft gleich oder geringer als diese ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Hafteinrichtung (12,12') zur Aufrechterhaltung eines Wasserfilms auf einer der Grenzflächen.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hafteinrichtung von einer aufgerauhten Oberfläche (12') der Grenzfläche gebildet ist.

Jj. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hafteinrichtung von Gaze (12) auf der Grenzfläche gebildet ist.

5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis H₃ dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar mit Abstand voneinander

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angeordneter Seitenglieder (15,16) auf einander gegenüberliegenden Seiten des Kerns (C) angeordnet ist und die verbleibenden beiden Paare einander gegenüberliegender Seiten zwischen den genannten Gliedern zwischen diesen für eine winklig ausgerichtete Bev;egung gesonderter Luftströme (a,b) durch die winklig aufeinander bezogenen Luftkanäle des Kerns offen ausgebildet sind.

6· Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar mit Abstand voneinander angeordneter Seitenglieder (15,16) eine quadratische Gestalt aufweist und daß ihr Abstandsmaß einer Quadratseite gleich ist.

7· Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern ^.C) eine Vielzahl wärmeleitender Wandungen jeweils in Form eines Rohres (10) umfaßt und daß die Rohre (10) sich zwischen mit Abstand voneinander angeordneten, einander gegenüberliegenden Kopfstücken (18) zwischen dem Paar mit Abstand voneinander angeordneter Seitenglieder (15,16) erstrecken.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Abstand voneinander angeordneten, einander gegenüberliegenden Kopfstücke (18) aus elastisch verformbarem Werkstoff bestehen und daß die Rohre (10)parallel .zueinander verlaufen und in Öffnungen der Kopfstücke mit Klemmsitz gehalten sind.

9· Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberliegenden Kopfstücke (18) aus einem

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Elastomer bestehen.

10. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9j dadurch gekennzeichnet, daß die Befeuchtungseinrichtung (B,12jB 12') für eine Befeuchtung dor äußeren Grenzflächen der Rohre (10) ausgestaltet ist..

11. Trockenluft-Verdunstungskühlerj gekennzeichnet durch eine Verdunstungseinrichtung (X) nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 10 und ein Paar Gebläseeinrichtungen (Y) zum Einsaugen der getrennten Luftströme in die Verdunstungseinrichtung.

12. Verdunstungskühler nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein Paar von Verdunstungseinrichtungen (X) nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 10 und eine Diffusoreinrichtung (Z) zur Trennung der eigengekühlten Luft von einer der Verdunstungseinrichtungen und zu deren Förderung als gesonderte Luftströme zur anderen Verdunstungseinrichtung (X).

13· Verdunstungskühler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Gebläseeinrichtungen (Y) derart angeordnet ist, daß der eigengekühlte Luftstrom durch beide Verdunstungseinrichtungen (X) hindurchbewegbar ist.

I²K Verdunstungskühler nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine weitere Gebläseeinrichtung (Y) zur Bewegung des

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VerdunstungsluftStroms'durch die andere Verdunstungseinrichtung (X).

15. Verdunstungskühler nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet> daß die Diffusoreinrichtung (Z) einen vollflächigen StrömungseinlaS (40) für Luft aus der ersten Verdunstungseinrichtung (X) und zumindest einen eingeschränkten Auslaß (42) zur Abgabe eines zur anderen Verdunstungseinrichtung (X) strömenden Luftstroms aufweist,

¹^. Klimaanlage, gekennzeichnet durch einen Trockenluft-Verdunstungskühler nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 15 in Kombination mit einer mechanischen Kühleinrichtung (R) zur Kühlung eigengekühlter, vom Verdunstungskühler abgegebener Luft.

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