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Luftgekühlter Wärmeaustauscher zur Kühlung industrieller
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Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft einen luft gekühlten WErmeaustauscher
zur Kühlung industrieller Flssigkeiten, insbesondere solcher mit Feststoffteilchen
und/oder mit bei Unterkühlung zum Ausfällen oder Absetzen neigenden Bestandteilen,
bestehend aus mindestens einem Rippenrohrbündel und diesem für die außenseitige
Kühlluftbeaufschlagung zugeordneten Lüftern, bei welchem die mit Bezug auf den zu
kühlenden Flüssigkeitsstrom zueinander parallel geschalteten Bündel aus bevorzugt
horizontal ausgerichteten, reihenweise im Abstand parallel über- und nebeneinander
angeordneten, untereinander flüssigkeitsleitend verbundenen Rippenrohren zusammengesetzt
sind.
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Bei der Kühlung industrieller Flüssigkeiten, die gewöhnlich Feststoffteilchen
und/ode bei Unterschreitung bestimmter kritischer Kühltemperaturen zum Ausfällen
oder Absetzen neigende Bestandteile aufweisen, besteht ein schwerwiegendes Problem
darin, daß sich die Kühlerrohre durch Absetzen und schließliches Festsetzen der
Feststoffteilchen oder der ausgefällten Bestandteile verstopfen und der Kühlprozeß
dadurch unterbrochen wird.
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Dieses Problem besteht zum Beispiel, aber keineswegs nur, bei der
Kühlung von aus der Kohlevergasung stammendem Teerwasser,
das in
zum Teil erheblichen Mengen Feststoffteilchen in Form von Kohlenstsubenthält. Nur
wenn gewährleistet werden kann, daß sich die Feststoffteilchen an keiner Stelle
des Kühlersystems innerhalb der Rohre absetzen, sondern in Schwebe gehalten werden,
ist es möglich, ein Verstopfen der Anlage zu verhindern. Eine zu hohe Strömungsgeschwindigkeit
der zu kühlenden Flüssigkeit hat andererseits den Nachteil, daß die von ihr transportierten
Feststoffteilchen in den Umlenkungsbereichen des Kühlersystems hohen Verschleiß
infolge Erosion hervorrufen. Hinzu kommt schließlich bei der Kühlung von Teerwasser
das weitere Problem, daß während der Kühlung eine kritische Temperatur nicht unterschritten
werden darf, da bei Erreichen dieser Grenztemperatur Teer ausfällen würde, der sich
innerhalb der Kühlerrohre an den Rohrwänden niederschlägt und nicht nur die Rohrquerschnitte
bis zum Verstopfen verengt, sondern durch seine isolierende Wirkung auch den Wärmeübergang
bzw. Wärmetransport unter entsprechender Verringerung der ausgelegten Kühlerleistung
verschlechtert. Auch dieses Problem ist keineswegs auf die Kühlung von Teerwasser
beschränkt, sondern tritt in ähnlicher Weise auch bei zahlreichen anderen zu kühlenden
industriellen Flüssigkeiten auf.
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Die vorstehend mit Bezug auf die Kühlung industrieller Flüssigkeiten
beschriebenen Nachteile sind im Interesse der Einhaltung eines einwandfreien Kühlerbetriebes
naturgemäß umso schwerwiegender, je größer die Kühleranlagen mit Bezug auf das zu
kühlende Flüssigkeitsvolumen ausgelegt sein müssen und umso verzweigter folglich
auch die Kühleranlage gestaltet sein muß.
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Um die Kühler auch hinsichtlich ihrer Verzweigung nicht allzu kompliziert
bauen zu müssen und vor allem Kühlerrohre mit verhältnismäßig großem Durchmesser
von z.B. 50 mm und mehr verwenden zu können, ist es bekannt, derartige Flüssigkeiten
mittels Wasser zu kühlen. Die im Durchmesser verhältnismäßig groß bemessenen Kühlerrohre
haben zwar den Vorteil, sich von Zeit zu
Zeit leichter innen reinigen
zu lassen, doch ist die Reinigungsmöglichkeit während des Betriebes gerade bei einer
Kühlung durch Kühlwasser schwierig, so daß es im Interesse einer kontinuierlichen
Aufrechterhaltung des Kühlprozesses in der Regel notwendig ist, zwei Kühler
nebeneinander zu erstellen, die zum Zwecke der Reinigung des einen oder anderen
Kühlers wechselweise außer Betrieb bzw. in Betrieb genommen werden. Hinzu kommt
z.B. bei Teerwasser der Nachteil, daß sich infolge der höheren Eintrittstemperaturen
in einer Größenordnung von etwa 170 0C auch höhere Wandtemperaturen auf der Kühlwasserseite
ergeben, die die Gefahr von Korrosionen und Ablagerungen vergrößern. Allein zur
Vermeidung dieser Folgen müssen die Kühlerrohre deswegen häufig aus verhältnismäßig
teuren Stahllegierungen bestehen und/oder es muß zu einem geschlossenen Kühlkreislauf
zur Rückkühlung des Kühlwassers übergegangen werden, um den Kühlerbetrieb mit aufbereitetem,
voll entsalztem Wasser durchführen zu können.
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Letzteres wäre auch dort unter Umständen unumgänglich, wo Kühlwasser
nicht in genügender Menge zur Verfügung steht oder auf Grund von Beschaffungsschwierigkeiten
zu teuer ist.
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Wegen der vorgenannten Schwierigkeiten bietet sich auch für die Kühlung
industrieller Flüssigkeiten als Ersatz die Kühlung mittels durch Lüfter zwangsbewegtem
Kühlluftstrom an, bei der die Luft aus der Umgebung angesaugt und über die Kühlerrohre
geblasen wird. Da die Wärmeübergangszahlen auf der Seite der zu kühlenden Flüssigkeit
bis zu fünfzigmal höher liegen können, ist es allerdings notwendig, die Wärmeaustauscher
mit Rippenrohren zu versehen. Auf der äußeren berippten Seite der Rohre erfährt
die der Kühl luft zugeordnete Kühlfläche eine Vergrößerung, die bezogen auf die
glatte Rohroberfläche bis zum Dreißigfachen ansteigen kann.
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Optimal einsetzbare und wirtschaftlich zu fertigende Rippenrohre
sind jedoch im Innendurchmesser auf ein bestimmtes
Maß beschränkt,
das im allgemeinen nur zwischen 25 und 38 mm liegt. Bei größeren Innendurchmessern
werden die den Wärmetransport bestimmenden Wärmedurchgangszahlen zu gering und damit
der Kühler durch die größere Kühlfläche zu aufwendig.
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Dabei ist zu berücksichtigen, daß bei industriellen Großanlagen zum
Beispiel der Kohlevergasung außerordentlich große Mengen zu kühlender Flüssigkeit,
z.B. Teerwasser, anfallen, die es bei luftgekühlten Wärmeaustauschern mit Rippenrohren
häufig notwendig machen, bis zu 3000 Kühlerrohre und mehr xXx in Längen bis/X2 m
zu einer Kühlereinheit zusammenzusetzen.
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Luftgekühlte Wärmeaustauscher solcher Ausmaße lassen sich mit herkömmlichen
Mitteln nicht so auslegen, daß die Einhaltung aller vorstehend aufgeführter Bedingungen
und damit ein einwandfreier Kühlbetrieb gewährleistet werden könnte.
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Dies setzte nämlich voraus, daß die zu kühlende Flüssigkeit an allen
Stellen des Kühlers die stets gleiche ausreichend hohe, aber nicht zu hohe Stromungsgeschwindigkeit
aufweist, um das Absetzen von und das Verstopfen durch Feststoffteilchen zu verhindern.
Außerdem wäre es erforderlich, die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit so zu
wählen, daß mögliche Erosionen, insbesondere im Bereich der Umlenkungsstellen, vermieden
werden. Weiterhin wäre es erforderlich, während des Kühlvorganges zu gewährleisten,
daß die Flüssigkeit an keiner Stelle eine Abkühlung unterhalb der vorgegebenen kritischen
Grenztemperatur erfährt, um das Ausfällen von in Lösung befindlichen Bestandteilen,
wie z.B. Teer bei Teerwasser, zu vermeiden. Schließlich wäre es zum Beispiel bei
Teerwasser notwendig, die in ziemlich engen Grenzen festliegende Eintrittstemperatur
von z.B. 170°C, die Austrittstemperatur von z.B. etwa 70°C, die kritische Temperatur
von z.B. 6asc, bei der Teer ausfallen würde, sowie die Kühllufttemperatur
am
Aufstellungsort, die im Mittel mit etwa 30 0C angenommen werden mag und im Minimum
aufminus 50C zurückgehen kann, bei der Auslegung der Kühleranlage so aufeinander
ab zustimmen, daß auch unter wechselnden Bedingungen zum Beispiel der Außentemperatur
ein einwandfreier Kühlbetrieb aufrechterhalten werden kann.
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Die Einhaltung all dieser Bedingungen ist bei den herkömmlichen luftgekühlten
Wärmeaustauschern aus einer Reihe von Gründen nicht oder nicht ohne weiteres möglich.
Da die Rippenrohrbündel dabei aus Rippenrohren bestehen, die an ihren Enden in Rohrböden
eingeschweißt oder eingewalzt sind, wobei die Rohrböden außenseitig mit aufgeschweißten
oder abnehmbar angeordneten Sammel- bzw. Verteilerkammern versehen sind, ist es
allein aus diesem Grunde bei großen Rippenrohrbündeln mit bis zu 50 xxxxxxxx nebeneinander
liegenden Rohren, die mit Bezug auf die endseitigen Kammern wenigstens teilweise
zueinander parallel geschaltet sind, unmöglich, eine überall gleich große Flüssigkeitsgeschwindigkeit
aufrechtzuerhalten; je nach der Anzahl der über die Kammern bzw. deren Unterteilungen
zueinander parallel geschalteten Rohre sinkt die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit
innerhalb der Kammern beträchtlich ab und führt mindestens dort mit der Zeit zu
Ablagerungen und Verstopfungen.
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Ein weiterer Nachteil der luftgekühlten Wärmeaustauscher für den
hier in Rede stehenden Zweck besteht darin, daß sich in Richtung des Kühlluftstroms
innerhalb der einzelnen Rohrreihen des Rohrbündels unterschiedliche Flüssigkeitstemperaturen
einstellen. In derjenigen Rohrreihe, die der eintretenden kalten Kühlluft zunächst
liegt, erfolgt naturgemäß eine entsprechend stärkere Abkühlung. In den in Luftströmrichtung
folgenden Rohrreihen trifft demgegenüber bereits vorgewärmte Kühlluft auf die flüssigkeitsführenden
Rippenrohre, so daß dort weniger stark gekühlt wird, wobei die in Richtung des
Kühlluftstroms
letzte Rohrreihe die wärmste Flüssigkeit führt.
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Daraus geht hervor, daß in den Sammel- bzw. Verteilerkammern, in welche
die Rippenrohre endseitig münden, eine Mischung zwischen weniger und stärker abgekühlter
Flüssigkeit erfolgt.
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Die Flüssigkeitstemperatur, die nach Beendigung des Kühlvorganges
am Austrittsstutzen des Bündels gemessen wird, stellt ebenfalls eine Mischtemperatur
dar, die sich aus dem Zusammentreffen verschieden temperierter Flüssigkeitsströme
im Mittel ergibt.
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Mißt man die Luftaustrittstemperatur hinter dem Rippenrohrbündel
nach erfolgtem Wärmeaustausch, so wird entsprechend dem fließenden Flüssigkeitsstrom
mit zunehmender Abkühlung eine geringere Aufwärmung festgestellt. Mit abnehmendem
Temperaturabstand zwischen Kühlluft und Flüssigkeit entsprechend dem fortschreitenden
Kühlvorgang wird in den einzelnen Kühlerabschnitten immer weniger Wärme abgeführt
und damit die durchtretende Kühlluft auch entsprechend weniger erwärmt. Die Gefahr,
daß aus diesem Grunde bei sinkenden Außenlufttemperaturen eine Unterkühlung der
Flüssigkeit eintritt, ist dabei besonders groß. Rippenrohrbündel, wie sie normalerweise
für die Flüssigkeitskühlung verwendet werden, sind mithin für die vorliegenden Zwecke
nicht einsetzbar, bei denen eine lokale Unterkühlung der Flüssigkeit unter allen
Umständen vermieden werden muß.
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Es bildet Aufgabe der Erfindung, die gattungsgemäßen luftgekühlten
Wärmeaustauscher zum Zwecke der Kühlung industriel ler Flüssigkeiten unter Vermeidung
der vorbeschriebenen Nachteile so zu verbessern, daß innerhalb der Kühlereinheit
unter Vermeidung toter Zonen eine überall gleiche Strömungsgeschwindigkeit der zu
kühlenden Flüssigkeit sichergestellt und zugleich gewährleistet werden kann, daß
die Temperatur der zu kühlenden Flüssigkeit an allen Stellen des Kühlers eine in
engen Grenzen festliegende Kühltemperatur weder über- noch unterschreitet und folglich
auf Unterkühlung beruhende Ausfällungen oder Absetzungen
unterbunden
werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich der erfindungsgemäße
Flüssigkeitskühler durch die Kombination folgender Merkmale: a) Die innerhalb jedes
Bündels baulich in übereinanderliegenden Reihen zusammengefaßten Rippenrohre sind
schaltungstechnisch in mindestens zwei Gruppen unterteilt, die getrennt an den zu
kühlenden Flüssigkeitsstrom angeschlossen sind, wobei die der jeweils gleichen Gruppe
zugehörenden Rippenrohre untereinander mittels diese an den Enden verbindender Rohrbogen
in Reihe hintereinander geschaltet sind; b) die den verschiedenen Gruppen zugehörenden
Rippenrohre sind innerhalb jeder Reihe in der der Anzahl der Gruppen entsprechenden
Reihenfolge wechselweise aufeinanderfolgend angeordnet; c) die zu kühlende Flüssigkeit
durchströmt die gruppenweise durchgehend schlangenförmig miteinander verbundenen
Rippenrohre sowohl innerhalb jeder Rohrreihe als auch mit Bezug auf die in der Höhe
übereinander angeordneten Rohrreihen in jeweils wechselnder Richtung im Kreuz-Gegenstrom
zur äußeren Kühlluftbeaufschlagung.
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Auf diese Weise ist es auch bei großem zu kühlenden Flüssigkeitsvolumen
möglich, nicht nur eine überall gleiche Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit
sicherzustellen und die Bildung toter Zonen zu vermeiden; vielmehr wird durch die
erfindungsgemäße Schaltung auch erreicht, daß die in Luftströmrichtung hintereinander
liegenden Rippenrohre bzw. Rippenrohrreihen keine unzulässige Unterkühlung erfahren.
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Dadurch, daß unter Vermeidung der sonst üblichen endseitigen Sammel-
bzw. Verteilerkammern die jeweils zu der gleichen Gruppe gehörenden Rippenrohre
über die Rohrbogen bzw. Krümmer sowohl innerhalb jeder Reihe als auch mit Bezug
auf die in der flöhe übereinanderliegenden Rohrreihen durchgehend schlangenförmig
hintereinander geschaltet sind und innerhalb jeder Reihe die Rohre verschiedener,
getrennt an den Flüssigkeitsstrom angeschlossener Gruppen miteinander in einer der
Anzahl der Gruppen entsprechenden Reihenfolge wechseln, ist es möglich, auch ein
großes Flüssigkeitsvolumen außerordentlich gleichmäßig und mit der geringstmöglichen
Kühlflächengröße zu kühlen. innerhalb jeder Gruppe getrennt an die zu kühlende Flüssigkeit
angeschlossener Rohre wird die Kühlflüssigkeit zunächst durch die zugehörigen Rohre
der oberen Rohrreihe geführt, die über Krümmer miteinander verbunden sind, wobei
die Flüssigkeit vom jeweils letzten Rohr jeder Gruppe der obersten Rohrreihe zum
darunter liegenden Rohr der unteren Rohrreihe gelangt und dabei sinngemäR im Gegenstrom
zu der darüber befindlichen Rohrreihe zurückgeführt. Die Kühlluft trifft zuerst
auf die untere Rohrreihe mit dem schon abgekühlten Flüssigkeitsstrom und wird dann
über die darüber befindlichen Rohrreihen geblasen. Kühlluft und Flüssigkeit stehen
daher st;N'ndig im Kreuz-Gegenstrom zueinander.
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Die direkte gruppenweise llintereinanderschaltung von Rippenrohren,
bei der die zu den verschiedenen Gruppen gehörenden Rohre in einer der Anzahl der
Gruppen entsprechenden Reihenfolge aufeinanderfolgen, hat durch die Verwendung von
Rohrbogen bzw. Krümmer den weiteren wesentlichen Vorteil, daß die die jeweils zu
derselben Gruppe gehörenden Rippenrohre miteinander verbindenden Rohrbogen einen
verhältnismäßig großen Krtlmmungsradius aufweisen können, der zum Beispiel bei zwei
Gruppen schlangenförmig hintereinander geschalteter Rohre etwa dem seitlichen Rohrabstand
entsprechen kann und mithin doppelt so groß ist, wie es anderenfalls notwendig
wäre,
wenn die unmittelbar nebeneinander Liegenden rohre endseitig durch Krümmer verbunden
werden müßten. Infolge dieses wesentlich größeren Krümmungsradius, der in jedem
Falle rnehr als 50 mm beträgt, Lassen sich Erosionserscheinungen und ein damit einhergehender
Verschleiß weitgehend vermeiden. Diese Verhältnisse liegen noch günstiger, wenn
innerhalb jedes Rohrbündels nicht nur zwei, sondern drei oder vier getrennt an die
zu kühlende Flüssigkeit angeschlossene Rohrgruppen verwendet werden. In diesen Fällen
wird innerhalb jeder Rohrreihe nicht jedes übernächste Rohr, sondern nur jedes xxxxxxx
vierte oder fünfte Rohr mittels der Krümmer unmittelbar hintereinander geschaltet.
m dabei eine gegenseitige Behinderung der Rohrbogen bzw. rohrförmigen Verbindungsstücke
zu vermeiden' ist es gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zweckmäßig,
die die jeweils der gleichen Gruppe zugehörenden Rippenrohre innerhalb jedes Bündels
über sämtliche Rohrreihen durchgehend schlangenförn.ig miteinander verbindenden
Rohrbogen und die Rohrbogen der Nachbargruppen im Bereich ihrer seitlichen Überiappung
mit bezug auf die Horizontalebene gegensinnig zueinander zu krümmen. In allen Fällen
sind die ciie Rohre der jeweils gleichen Gruppe innerhalb jeder f'ohrreihe verbindenden
Rohrbogen mit Bezug auf die die Rohre der Nachbargruppe oder -gruppen verbindenden
Rohrbogen um ein mindestens dem Rohrbabstand oder einem Mehrfachen des Rohrabstandes
entsprechendes Maß einander übergreifend seitlich zueinander versetzt.
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Zweckmäßig weisen auch die die jeweils der gleichen Gruppe zugehörenden
Rippenrohre mit Bezug auf die verschiedenen Rohrreihen jedes Bündels schlangenförmig
miteinander' verbindenden Rohrbogen einen gegenüber dem seitlichen Rohrabstand größeren
Krümmungsradius auf. Dies kann in der Regel allein dadurch erreicht werden, daß
die übereinander angeordneten Rohrreihen um etwa den halben Rohrabstand seitlich
zueinander versetzt sind. In vielen Fällen ist es aber zweckmäßig, auch den vertikalen
Abstand zwischen den übereinander angeordneten
Rohrreihen größer
als den seitlichen Rohrabstand innerhalb der Rohrreihen zu wählen.
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Zweckmäßig weisen die einzelnen Rohrreihen innerhalb jedes Bündels
die jeweils gleiche Anzahl von Rohren der verschiedenen, getrennt an die zu kühlende
Flüssigkeit angeschlossenen Rohrgruppen auf, wobei in jedem Bündel mindestens vier
übereinanderliegende Reihen von Rippenrohren der verschiedenen Gruppen angeordnet
sind.
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Im Interesse einer möglichst gleichmäßigen Kühlung sämtlicher in
den verschiedenen Reihen übereinander angeordneten Rohre jedes Bündels ist es gemäß
einem weiteren wesentlichen Merkmal der Erfindung vorteilhaft, wenn die den verschiedenen
Gruppen zugeordneten, unmittelbar nebeneinander liegenden Flüssigkeitsaustrittsstutzen
in der untersten Rohrreihe unterhalb der jeweils zugehörigenn in der obersten Rohrreihe
darüber befindlichen Flüssigkeitseintrittsstutzen liegen. Es hat sich erwiesen,
daß die Luftaufwärmung dabei insgesamt, wenn sie hinter dem Bündel gemessen wird,
an jeder Stelle annähernd gleich ist. Bezogen auf die Ansichtsfläche gleich großer
Kiihlerabschnitte bedeutet dies, daß in jedem Kühlerabsehnitt annähernd die gleiche
Wärmemenge abgeführt wird und auf diese Weise lokale ijnterkühlungen in jedem Falle
vermieden werden.
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Obwohl auch andere Schaltungsarten denkbar sind, hat es sich als
zweckmäßig und mithin bevorzugt erwiesen, die verschiedenen Rohrgruppen innerhalb
jedes Bündels mit Bezug aufeinander parallel an den zu kühlenden Flüssigkeitsstrom
anzuschließen. Die Anzahl der parallel zueinander beaufschlagten Gruppen aus jeweils
schlangenförmig hintereinander geschalteten Rohren hängt dabei in erster Linie von
der Durchsatzmenge der zu kühlenden Flüssigkeit ab. Gegebenenfalls ist es notwendig
oder zweckmäßig, mehrere Rippenrohrbündel zu einer Kühlereinheit zusammenzusetzen.
Durch die Möglichkeit, mehrere Rippenrohrbündel
zu einer Kühlereinheit
zusammenzusetzen und jedes Bundel mit zwei oder mehr, getrennt an die zu kühlende
Flüssigkeit anzuschließenden Rohrgruppen zu versehen die in der vorbeschriebenen
Weise ineinandergeschachtelt sind, ist das System außerordentlich variabel und daher
sehr flexibel an die verschiedensten Verhältnisse anpaßbar bzw. universell einsetzbar.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung und Schaltung der Rippenrohre
innerhalb der einzelnen Rohrbündel und deren Beaufschlagung mit dem Kühlluftstrom
ist es möglich, die Abkühlung der F'ussigl.eit im mehrfachen Kreuz-Gegenstrom jederzeit
kontrollierbar ablaufen zu lassen. Da die kalte ablaufende Flüssigkeit mit der kalten
eintretenden Kühlluft in unmittelbarem Kontakt steht, kann auch von der Khlluftseite
her eine genaue Temperatursteuerung erfolgen.
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Um während der kalten Jahreszeit oder während der Nachtstunden eine
Unterkühlung der Flüssigkeit zu vermeiden, kann die Flüssigkeitsaustrittstemperatur
als Impulsgeber für eine entsprechende Reduzierung der Kühlluftmenge herangezogen
werden. Durch Einbau von Lüftern mit Flügeln, die sich während des Betriebes pneumatisch
oder elektrisch verstellen lassen, kann in Abhangigkeit von einer vorgegebenen,
konstant zu haltenden Flüssigkeitsaustrittstemperatur die Luftmenge kontinuierlich
dem jeweiligen Bedarf angepaßt werden.
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Die zuverlässige Kontrolle der Anlage bei schwankenden Außentemperaturen
läßt sich weiterhin dadurch verbessern, daß der die Rippenrohrbündel außenseitig
beaufschlagende Kühlluft strom durch in Abhängigkeit von der Flüssigkeitsaustrittstemperatur,
zum Beispiel mittelslhermostaten verstellbare Jalousien auf der Zuluft- und/oder
Abluftseite drosselbar ist.
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Schließlich ist es zweckmäßig, die die einzelnen Rohre der gleichen
Gruppe miteinander verbindenden Krümmer oder Rohrbogen
mit verschließbaren
Reinigungsstutzen zu versehen. Durch diese Reinigungsstutzen hindurch lassen sich
flexible Drähte mit daran befestigten Bürsten in die Rohre einführen. Sie können
jedoch zusätzlich oder statt dessen auch dazu dienen, eine innenseitige Spülung
mit Lösungsmitteln vorzunehmen oder durch sie hindurch höher temperierten Dampf
einzublasen. Die Aufteilung der Rippenrohrbündel in mehrere gruppenweise parallel
zueinander beaufschlagte Rohrschlangen ermöglicht die Reinigung einzelner Rohrschlangen
auch während des Betriebes. Dazu ist es lediglich notwendig, die jeweils der Reinigung
zu unter ziehende Rohrschlange für die Dauer des Reinigungsprozesses vorübergehend
durch eingeschaltete Absperrventile vom Flüssigkeitszustrom abzutrennen.
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Obwohl die horizontale Ausrichtung der Rippenrohrbündel, insbesondere
bei größeren Anlagen, die in der Praxis bevorzugte Ausführungsform bildet, steht
es der Erfindung grundsätzlich nicht entgegen, den Kühler statt dessen in einer
um 900 versetztm Lage so anzuordnen, daß die Längsachsen der Rippenrohre vertikal
ausgerichtet sind und der Kithlluftstrom diese in horizontaler Richtung durchströmt.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
für die Kilhlung von meerwasser erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine aus drei Rippenrohrbündeln zusammengesetzte
Kühlereinheit schematisch in der Seitenansicht; Fig. 2 das Fließschema der zu kühlenden
Flüssigkeit durch die drei Bilndel der Kühlereinheit; Fig. 3 das Schaltschema für
die Rohrverbindung innerhalb der Kühlerbndel; Fig. 4 eine perspektivische Ansicht
auf die obere Rohrreihe des Rohrbndels in der Schaltung gemäß Fig. 3; Fig. 5 die
teilweise geschnittene Vorderansicht auf ein Rohrbündel gemäß Fig. 3 und 4; Fig.
6 eine Draufsicht auf das Rohrbündel gemaß Fig. 5; Fig. 7 einen vertikalen Querschnitt
durch das Rohrbündel gemäß Fig. 5 und 6 gemäß der Linie Vil-Vil in Fig. 6; Fig.
8 eine Detailansicht in größerem Maßstab.
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Gemäß Fig. 1 besteht die Kühlereinheit 1 aus drei baulich miteinander
verbundenen Rippenrohrbündeln 2, 2a und 2b, die in größerem Höhenabstand über dem
Boden oder Fundament 3 mittels eines aus Stahlprofilen bestehenden Traggestells
4 abgestützt sind.
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Das Traggestell 4 dient gleichzeitig zur Befestigung eines oder mehrerer
Lüfter 5, die durch Elektromotoren 5a angetrieben sind und mittels ihrer Flügel
6 die äußere Umgebungsluft von unten her in Richtung der Pfeile x ansaugen und von
unten her durch die Rippenrohrbündel 2, 2a und 2b blasen.
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Mit 7 ist eine Druckluftleitung bezeichnet, die zu einer pneumatisch
betriebenen Verstellvorrichtung 8 für die Veränderung des Anstellwinkels der Flügel
6 führt. Die Verstellvorrichtung 8 ist zwecksmäßig als pneumatischer Stellzylinder
ausgebildet.
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Illit 7a ist ein weiterer Längenabschnitt der Druckluft leitung bezeichnet,
der zu einem Regler 9 führt, der seinerseits mit einer Temperaturmeßstelle 1O verbunden
ist, innerhalb welcher, zum Beispiel mittelsThermostat, die Flüssigkeitsaustrittstemperatur
in der Flüssigkeitsableitung bei 11 gemessen wird.
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Ist die Austrittstemperatur der zu kühlenden Flüssigkeit bei 11 zu
hoch, wird über den Regler 9 und die Verstellvorrichtung 8 der AnsteLlwinkeL der
Lüfterflügel 6 vergrößert und auf diese Weise eine größere Kühlluftmenge zugeführt.
ist die bei 11 gemessene Austrittstemperatur der zu kühlenden Flüssigkeit zu niedrig
und folglich Unterkiih lungsge fahr gegeben, bewirkt der Regler 9 umgekehrt eine
flachere Anstellung der Lüfterflügel 6 und folglich eine entsprechend geringere
Kühlmittelzufuhr.
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Statt dessen oder zusätzlich kann auch ein in Abhängigkeit von der
Flüssigkeitsaustrittstemperatur automatisch regeLbares Lüftergetriebe verwendet
werden. Desgleichen ist es möglich, sowohl auf der Zuluft- als auch auf der Abluftseite
mit in Abhängigkeit
von der Flüssigkeitsaustrittstemperatur verstellbaren
Jalousien zu arbeiten, die in Fig. 1 einfachheitshalber nicht dargestellt sind.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist; besteht bei diesem Ausführungsbeispiel
jedes Rippenrohrbündel 2, 2a und 2b aus insgesamt vier übereinanderliegenden Reihen
horizontal ausgerichteter Rippenrohre, wobei in jeder Reihe zwölf Rippenrohre nebeneinander
angeordnet sind.
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Die Schaltungsweise ist nachstehend anhand der anderen Zeichnungsfiguren
eingehender beschrieben.
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Mit 12 ist die Verteilerleitung für die zu kühlende Flüssigkeit bezeichnet
und mit 12a die abführende Sammelleitung für die bereits gekühlte Flüssigkeit.
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Von der Verteilerleitung 12 sind in Parallelschaltung insgesamt sechs
Leitungen abgezweigt, von denen die beiden Leitungen 13 und 14 zu dem ersten Rippenrohrbündel
2, die Leitungen 15 und 16 zu dem zweiten Rippenrohrbündel -2a und die Leitungen
17 und 18 zu dem dritten Rippenrohrbündel 2b führen.
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Auf der Austrittseeite sind die entsprechenden, an die Sammelleitung
12a angeschlossenen Leitungen mit 13a und 14a, 15a und 16a sowie mit 17a und 18a
bezeichnet.
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In Fig. 2 ist das generelle Fließschema der zu kühlenden Flüssigkeit
innerhalb der Rippenrohrbündel 2, 2a und 2b deutlicher veranschaulicht. Wie ersichtlich,
sind die jeweils getrennt in Parallelschaltung an die Verteilerleitung 12 für die
zu kühlende Flüssigkeit angeschlossenen Verbindungsleitungen 13 und 14 bzw. 15 und
16 sowie 17 und 18 derart mit den Rohren in der jeweils obersten Rohrreihe der drei
Rippenrohrbündel
2, 2a und 2b verbunden, daß die zu kühlende FlUssigkeit
mit Bezug auf die einzelnen Rohrreihen durchgehend in wechselnder Richtung entsprechend
den eingezeichneten Pfeilen strömt, wobei mit Bezug auf jedes Rohrbündel die Austrittsleitungen
13a und 14a bzw. 15a und 16a sowie 17a und 18a in der untersten Reihe unterhalb
der zugehörigen Eintritts leitungen 13 und 14 bzw. 15 und 16 sowie 17 und 18 in
der obersten Rohrreihe liegen.
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Auf diese Weise strömen Flüssigkeit und Kühlluft in mehrfachem Kreuz-Gegenstrom
zueinander.
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Während die durchgehend gezeichneten Linien 13, 13a bzw.
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15, 15a und 17, 17a die eine parallel an die Verteiler- und Sammelleitung
angeschlossene Gruppe bezeichnen, dienen die gestrichelt gezeichneten Linien 14,
14a und 16, 16a sowie 18, 18a der Markierung der zweiten Gruppe parallel an die
Sammel-und Verteilerleitung angeschlossener Rippenrohre, die in jeder Rohrreihe
miteinander abwechseln und jeweils getrennt durch Krümmer bzw. Rohrbogen zu durchgehenden
Schlangen miteinander verbunden sind.
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Die diesbezügliche Schaltungsweise ist deutlicher der Schemazeichnung
gemäß Fig. 3 zu entnehmen. Daraus ist ersichtlich, daß im Falle der Verwendung von
nur zwei verschiedenen Gruppen das in der obersten Rohrreihe erste Rohr mittels
der Rohrbogen 19 an das in der gleichen Reihe übernächste Rohr und so weiter angeschlossen
ist, während das in der gleichen Rohrreihe zweite Rohr, das der anderen Gruppe zugehört,
seinerseits über den Rohrbogen ebenfalls an das übernächste Rohr und so weiter angeschlossen
ist. Auf diese Weise sind die zu jeweils der gleichen Gruppe gehörenden Rippenrohre
20, 21 untereinander sowohl in den einzelnen Rohrreihen als auch mit Bezug auf die
übereinanderliegenden vier Rohrreihen mittels der Rohrbogen 19 sämtlich durchgehend
schlangenförmig hintereinandergeschaltet,Mtd
die schlangenförmig
miteinander verbundenen Rohre beider verschiedenen Gruppen jeweils wechselweise
zueinander versetzt sind.
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Insbesondere aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß die zu kühlende Flüssigkeit
auch in jeder einzelnen Rohrreihe durch die gruppenweise Trennung der einzelnen
Rohre und deren schlangenförmige Verbindung über die Krümmer 19 untereinander in
jeweils entgegengesetzten Richtungen strömt, so daß sich auch aus diesem Grunde
eine gleichmäßigere Kühlung ergibt.
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Wie aus Fig. 4 ferner ersichtlich ist, weisen die krümmerförmigen
Rohrbogen 19 einen Krümmungsradius auf, der größer als der seitliche Rohrabstand
ist, wobei sich die Rohrbogen 19 der einen Gruppe mit den Rohrbogen der Nachbarrohrgruppe
jeweils seitlich um ein dem Rohrabstand entsprechendes Maß überlappen bzw. seitlich
zueinander versetzt sind.
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Sowohl aus Fig. 4 als auch aus Fig. 8 ist deutlich zu sehen, daß
die Rohrbogen 19 gegenüber der Horizontalebene zusätzlich so gekrümmt bzw. verwunden
sind, daß sich die benachbarten Rohrbogen im Überlappungsbereich gegenseitig nicht
behindern.
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Aus Fig. 3 ist zu entnehmen, daß die einzelnen Rohrreihen seitlich
zueinander um den halben Rohrabstand versetzt sind. Auf diese Weise können auch
die die jeweils letzten Rohre der aufeinander folgenden Rohrreihen verbindenden
Krümmer 22 einen größeren Krümmungsradius aufweisen. Es ist jedoch zweckmäßig, den
vertikalen Rohrabstand, d.h. den Abstand zwischen den übereinanderliegenden Rohrreihen,
größer zu wählen, als es dem seitlichen Rohrabstand entspricht, wie es in soweit
zutreffender in Fig. 1 veranschaulicht ist.
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Hiervon abgesehen, weicht die Schemadarstellung gemäß Fig. 3 von
den in Fig. 1 veranschaulichten Verhältnissen nur
insofern ab,
als das in Fig. 3 veranschaulichte Rohrbündel hinsichtlich seiner Anschlüsse an
die Verteiler- und Sammelleitung für die Flüssigkeit geteilt ist, d.h. in jeder
Bündelhälfte jeweils sechs statt zwölf Rohre in einer Reihe liegen. Auf diese Weise
läßt sich die Durchsatzmenge der Flüssigkeit unter bestimmten Bedingungen vergrößern.
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Entgegen den in Fig. 3 und 4 veranschaulichten Verhältnissen können
selbstverständlich auch drei oder vier getrennt und parallel an die Sammel- bzw.
Verteilerleitungen 12 bzw.
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12a angeschlossener Gruppen von Rohren ineinandergeschachtelt werden,
so daß das in der obersten Rohrreihe erste Rippenrohr über den Rohrbogen 19 nicht
mit dem übernächsten, d.h. dritten, sondern erst mit dem vierten, fünften oder sechsten
Rohr der gleichen Reihe verbunden wird. Auch auf diese Weise läßt sich die Durchsatzmenge
natürlich entsprechend vergrößern und eine in der Regel noch gleichmäßigere Kühlleistung
im Zuge des Kreuz-Gegenstroms mit der Kühlluft erzielen.
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In Fig. 5 ist ein dem Schema gemäß Fig. 3 entsprechendes Rohrbündel
mit insgesamt sechs übereinanderliegenden Rohrreihen veranschaulicht, das trotz
seiner baulich-konstruktiven Vereinigung in der Mitte schaltungstechnisch geteilt
ist und das deswegen sowie mit Rücksicht auf das Vorhandensein von nur zwei verschiedenen
Gruppen mit insgesamt vier Anschlüssen 13, 14, 15 und 16 für die Zuführung der zu
kühlenden Kühlflüssigkeit und - jeweils darunter liegend - mit vier Ableitungen
für die gekühlte Flüssigkeit 13a, 14a, 15a und 16a versehen ist.
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Fig. 6 und 7 veranschaulichen das Rohrbündel gemäß Fig. 5 in der
Draufsicht sowie im Querschnitt nach der Linie VII - VII.
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Mit 13', 14', 15' und 16' sind die jeweiligen Flüssigkeitseintrittsstutzen
und mit 13a', 14a', 15a' und 161 die jeweiligen Flüssigkeitsaustrittsstutzen bezeichnet.
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Aus Fig. 8 geht hervor, daß die Rohrbogen 19 der einzelnen, mit runden
Querrippen 21 versehenen Rohre 20 mit aufgesetzten Reinigungsstutzen 23 versehen
sein können, um die Rohre durch Reinigungsbürsten od. dgl. von Zeit zu Zeit von
Ablagerungen säubern zu können.
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Entgegen dem vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist es in manchen Fällen, insbesondere bei kleineren Kühlern, denkbar,
die Rippenrohrbündel nicht horizontal, sondern im wesentlichen vertikal auszurichten
und die Lüfter so anzuordnen, daß sie die aufrechtstehenden Rippenrohrbündel in
horizontaler Richtung mit dem Kühlluftstrom beaufschlagen. Von dieser um 900 verdrehten
Anordnungsweise abgesehen, bleiben alle für die Erfindung charakteristischen Merkmale
unverändert erhalten, so daß auch ihre sämtlichen Vorteile dabei voll zur Geltung
kommen.