DE2920271A1 - PROCESS FOR CONTINUOUS COOLING OF LIQUIDS, IN PARTICULAR FRESH WATER, AND SYSTEM FOR CARRYING OUT THE PROCESS - Google Patents
PROCESS FOR CONTINUOUS COOLING OF LIQUIDS, IN PARTICULAR FRESH WATER, AND SYSTEM FOR CARRYING OUT THE PROCESSInfo
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Description
DIPL.-ING. SCHW^BF DR. OR. SANDMAIRDIPL.-ING. SCHW ^ BF DR. OR. SANDMAIR
PATENTANWÄLTE Postfach 860245 · 8000 München 86PATENTANWÄLTE PO Box 860245 8000 Munich 86
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Anwaltsakte 30 14-5Attorney's file 30 14-5 18,18
Verfahren zum kontinuierlichen Kühlen von Flüssigkeiten, insbesondere von Süßwasser, sowie Anlage zum Durchführen des VerfahrensProcess for the continuous cooling of liquids, especially fresh water, as well as the system for carrying out the method
- Ansprüche -- Expectations -
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t (089) 988272 Telegramme: Bankkonten: Hypo-Bank München 4410122850 t (089) 988272 Telegrams: Bank accounts: Hypo-Bank Munich 4410122850
988273 BERGSTAPFPATENT München (BLZ 70020011) Swift Code: HYPO DE MM988273 BERGSTAPFPATENT Munich (BLZ 70020011) Swift Code: HYPO DE MM
988274 TELEX: Bayer. Vereinsbank München 453100 (BLZ 70020270) 983310 0524560 BERG d Postscheck München 65343-80S (BL7. 70010080)988274 TELEX: Bayer. Vereinsbank Munich 453100 (BLZ 70020270) 983310 0524560 BERG d Postscheck Munich 65343-80S (BL7.70010080)
Die Erfindung bezieht sich, auf ein Verfahren zum kontinuierlichen Kühlen von Flüssigkeiten auf eine nahe deren Gefrierpunkt liegende Temperatur, insbesondere zum Kühlen von Süßwasser auf eine Temperatur zwischen O 0C und Λ 0C.The invention relates to a method for continuously cooling liquids to a temperature close to their freezing point, in particular for cooling fresh water to a temperature between O 0 C and Λ 0 C.
Das Kühlen von Süßwasser auf Temperaturen unter 5 C erfolgt gewöhnlich in offenen Behältern, in denen eine von einem Kühlmittel durchströmte Kühlschlange untergebracht ist. Auf diese Weise wird die Gefahr eines Blockierens der Strömung des Süßwassers aufgrund von Eisbildung in irgendwelchen Rohren vermieden.The cooling of fresh water to temperatures below 5 C. usually takes place in open containers in which a cooling coil through which a coolant flows is housed is. In this way there is a risk of blocking the flow of fresh water due to Avoid ice formation in any pipes.
Nach diesem Verfahren arbeitende Anlagen zum Kühlen von Süßwasser erfordern viel Eaum und sind teuer, da eine beträchtlich größere Kühlfläche benötigt wird als wenn die Kühlung in einem geschlossenen System stattfände.According to this method, plants for cooling fresh water require a lot of space and are expensive because one considerably larger cooling surface is required than if the cooling were to take place in a closed system.
Auf Schiffen, beispielsweise Kühlschiffen, wo gekühltes Seewasser benötigt wird, werden daher selbst bei nur um Λ/'Λ C über dem Gefrierpunkt des Seewassers liegenden Auslaßtemperaturen geschlossene Kühlsysteme verwendet, da die Gefahr des Platzens von Rohren aufgrund von Eisbildung bei Seewasser sehr gering ist. Die einzige Vorkehrung gegen das Einfrieren besteht daher lediglich darin, eine relativ hohe Strömungsgeschwindigkeit des Seewassers von gewöhnlich mehr als 1,5 m/sec aufrechtzuerhalten. Closed cooling systems are therefore used on ships, for example refrigerated ships, where chilled sea water is required, even if the outlet temperatures are only Λ / C above the freezing point of the sea water, since the risk of pipes bursting due to ice formation in sea water is very low. The only precaution against freezing is therefore only to maintain a relatively high flow velocity of the seawater, usually more than 1.5 m / sec.
Die Erfindung schafft ein Verfahren, welches es ermöglicht, Süßwasser und andere Flüssigkeiten in einem geschlossenen System auf eine nahe dem Gefrierpunkt liegende Temperatur zu kühlen, und dabei weitgehende Sicherheit gegen ein Blockieren der Durchströmung durch Gefrieren bietet.The invention provides a method which enables fresh water and other liquids in one to cool the closed system to a temperature close to freezing point, and thereby to a large extent Offers security against blockage of the flow through freezing.
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Bei einem solchen Verfahren ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Flüssigkeit durch von außen gekühlte Rohre in einem oder mehreren Rohrkühlern hindurchgeleitet wird und daß der Kühlvorgang gesteuert wird, indem die in wenigstens einem Teil des Kühlsystems auftretende Eisbildung ermittelt wird, gegebenenfalls in Kombination mit einer Regelung der Strömung der zu kühlenden Flüssigkeit und/oder des Kühlmittels durch das Kühlsystem. Eine solche Regelung soll gewährleisten, daß sich Eis nur bis zu einer Dicke von beispielsweise 0,5 bis 1 mm bildet und daß diese Dicke dann im wesentlichen konstant gehalten wird.In such a method it is provided according to the invention that the liquid through from the outside cooled tubes is passed through in one or more tube coolers and that the cooling process is controlled by determining the formation of ice occurring in at least a part of the cooling system, if necessary in combination with a regulation of the flow of the liquid to be cooled and / or the coolant through the cooling system. Such a scheme should ensure that ice is only up to a thickness of, for example 0.5 to 1 mm and that this thickness is then kept essentially constant.
Die Ermittlung der Eisbildung kann auf mechanische Weise, mittels Thermoelementen, mittels fotoelektrischer Einrichtungen oder durch Messung der Eisdicke mit Ultraschall erfolgen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Ermittlung der Eisbildung durch Messung von Druckdifferenzen in der Flüssigkeit bei deren Durchgang durch das Kühlsystem. Die Eisbildung bewirkt nämlich eine Verringerung des verfügbaren Strömungsquerschnitts und damit die Entstehung von Druckunterschieden, welche sich ohne Schwierigkeit in Signale für die Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels umwandeln lassen.The determination of the ice formation can be done mechanically, by means of thermocouples, by means of photoelectric devices or by measuring the ice thickness with ultrasound. In a preferred embodiment According to the invention, ice formation is determined by measuring pressure differences in the liquid when they pass through the cooling system. The formation of ice causes a reduction in what is available Flow cross-section and thus the emergence of pressure differences, which can be easily converted into Convert signals for controlling the flow rate of the coolant.
Ein Vergleich des Druckabfalls beim Durchgang der Flüssigkeit durch das Kühlsystem mit dem Druckabfall in einer in Reihe mit dem Kühlsystem angeordneten und daher von der gleichen Flüssigkeitsmenge durchströmten Bezugseinrichtung ergibt einen Ausdruck für den Strömungswiderstand im Kühlsystem. Eine mögliche Eisbildung bewirkt eine Verkleinerung der Rohrquerschnitte und damit einen erhöhten Durchströmungswiderstand, welcher für die Steuerung der Kältezufuhr ausgewertet werden kann.A comparison of the pressure drop as the liquid passes through the cooling system with the pressure drop in a reference device arranged in series with the cooling system and therefore through which the same amount of liquid flows gives an expression for the flow resistance in the cooling system. A possible ice formation causes a reduction of the pipe cross-sections and thus a increased flow resistance, which can be evaluated for controlling the cold supply.
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Bei geeigneter Wahl der verschiedenen Parameter der Kühlanlage ergibt sich somit die Möglichkeit, die Eisbildung derart zu steuern, daß sie bei Erreichung einer gewissen Dicke der Eisschicht von beispielsweise 1 bis 2 mm zum Stillstand kommt.With a suitable choice of the various parameters of the cooling system, there is thus the possibility of ice formation to be controlled so that when a certain thickness of the ice layer is reached, for example 1 to 2 mm comes to a standstill.
Als zusätzliche Sicherung gegen ein Zusetzen und mögliches Platzen von Rohren aufgrund von Eisbildung kann ein besonderes Sicherheitssystem vorgesehen sein, welches den Betrieb der Kühlanlage bei einem anormalen Anstieg des Durchströmungswiderstands vollständig unterbricht .As an additional safeguard against clogging and possible bursting of pipes due to ice formation a special safety system can be provided, which prevents the operation of the cooling system in the event of an abnormal Increase in flow resistance completely interrupted.
Die Erfindung schafft ferner eine Anlage zum Durchführen des Verfahrens, mit einem oder mehreren Rohrkühler/n mit von außen gekühlten Rohren, Einrichtungen zum Ermitteln der Eisbildung oder eines entsprechenden Druckabfalls der Flüssigkeit in dem/den Kühler/n sowie Einrichtungen zum Steuern der Umwälzung des Kühlmittels durch das Kühlsystem in Abhängigkeit von der ermittelten Eisbildung bzw. vom ermittelten Druckabfall. Auf diese Weise läßt sich die Eisbildung in den Rohren steuern, und auf einen niedrigen Wert begrenzen, um auf diese Weise eine kontinuierliche Kühlung der die Anlage durchströmenden Flüssigkeit auf eine nahe deren Gefrierpunkt liegende Temperatur zu gewährleisten, ohne daß die Gefahr einer übermäßig starken Abkühlung und eines Blockierens der Rohre durch Eisbildung besteht.The invention also provides a system for carrying out the method, with one or more pipe coolers with externally cooled pipes, devices for determining the formation of ice or a corresponding pressure drop of the liquid in the cooler (s) and devices for controlling the circulation of the coolant by the cooling system depending on the determined ice formation or the determined pressure drop. In this way, the formation of ice in the pipes can be controlled and limited to a low value in order to ensure continuous cooling of the liquid flowing through the system to a temperature close to its freezing point without the risk of excessive cooling and there is a blockage of the tubes due to the formation of ice.
Das Kühlsystem kann so ausgelegt sein, daß die Flüssigkeit die einzelnen Rohre innerhalb eines Kühlers nacheinander durchströmt, wobei dann maximale Druckunterschiede ermittelt werden können, oder die Rohre können auch gruppenweise oder einzeln parallel mitein ander verbunden sein.The cooling system can be designed so that the liquid flows through the individual tubes within a cooler one after the other, in which case maximum pressure differences can then be determined, or the tubes can also be connected in parallel to each other in groups or individually.
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Als Bezugseinrichtung eignet sich jede Einrichtung, welche einen Druckabfall in einer sie durchströmenden Flüssigkeit hervorruft, wie dies etwa bei Rohrknieen oder Reduzierstücken der Fall ist. In einfacher Weise kann auch ein erster Abschnitt des Kühlsystems, in welchem noch keine Eisbildung eintritt, als Bezugseinrichtung herangezogen werden.Any device that has a pressure drop in a flowing through it is suitable as a reference device Creates liquid, as is the case with pipe bends or reducers. In a simple way A first section of the cooling system, in which no ice formation has yet occurred, can also be used as a reference device can be used.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält jedoch eine Zuleitung des Kühlsystems einen Meßdurchlaß zum Erzeugen eines ersten Druckunterschieds, und zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des Kühlsystems oder zwischen zwei Stellen innerhalb des Kühlsystems ist eine Meßeinrichtung zum Ermitteln des Druckunterschieds zwischen den betreffenden Stellen angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht eine äußerst genaue Ermittlung von Druckunterschieden, insbesondere wenn die Flüssigkeit dem Meßdurchlaß, etwa mittels einer Pumpe, mit einer konstanten Strömungsgeschwindigkeit zugeführt wird.In a preferred embodiment of the invention, however, a supply line of the cooling system contains one Measuring passage for creating a first pressure differential, and between the inlet and the outlet of the cooling system or between two points within the cooling system there is a measuring device for determining the pressure difference arranged between the relevant bodies. This arrangement enables extremely accurate determination of Differences in pressure, especially when the liquid to the measuring passage, for example by means of a pump, with a constant flow rate is supplied.
Zusätzlich kann die Anlage mit Sicherheitseinrichtungen versehen sein, etwa in Form von Relais, welche bei einem anormalen Druckanstieg oder anderen Betriebsstörungen selbsttätig abschalten. Insbesondere bei schwankendem Bedarf an der gekühlten Flüssigkeit ist es ferner zweckmäßig, eine Rückführleitung vorzusehen, über welche ein Überschuß an gekühlter Flüssigkeit in das Kühlsystem zurückgeführt werden kann.In addition, the system can be provided with safety devices, for example in the form of relays, which at switch off automatically in the event of an abnormal pressure increase or other operating faults. Especially with fluctuating If the cooled liquid is required, it is also useful to provide a return line through which an excess of cooled liquid can be returned to the cooling system.
Wie eingangs ausgeführt sind das Verfahren und die Anlage gemäß der Erfindung insbesondere zum Kühlen von Süßwasser bestimmt, sie finden jedoch auch vorteilhafte Anwendung etwa ssum Kühlen von als Kühlmittel zu verwendendem Salzwasser, falls bei diesem ein unterhalb des üblichen Wertes liegender Salzgehalt erwünscht ist.As stated above, the method and the system according to the invention are in particular for cooling fresh water determined, but they also find advantageous application such as cooling of salt water to be used as a coolant, if a salt content below the usual value is desired for this.
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Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand der Zeichnung erläutert, deren einzige Figur
eine schematisierte Darstellung einer Anlage zum Kühlen von Süßwasser in einer Ausführungsform der Erfindung
zeigt.In the following an embodiment of the invention is explained with reference to the drawing, the only figure
a schematic representation of a system for cooling fresh water in an embodiment of the invention
shows.
Die dargestellte Anlage weist zwei Rohrkühler 1, 2 auf. Das zu kühlende Wasser wird über eine Leitung 3 zugeführt welche an einer Pumpe 4 angeschlossen ist. Diese dient dazu, einen ausreichenden Auslaßdruck des gekühlten Wassers aufrechtzuerhalten.The system shown has two pipe coolers 1, 2. The water to be cooled is fed in via a line 3 which is connected to a pump 4. This serves to ensure a sufficient outlet pressure of the cooled To maintain water.
Zwischen der Pumpe 4 und dem Kühler 1 ist ein Meßdurchlaß 7 in die Leitung 3 eingesetzt.Between the pump 4 and the cooler 1 is a measuring passage 7 inserted into line 3.
Nach dem Durchlauf durch die Rohre des ersten Kühlers 1 gelangt das Wasser über eine Leitung 8 in die Rohre des
zweiten Kühlers 2, welchen es anschließend über eine
Leitung 9 und eine mit einem Absperrventil 11 versehene Abflußleitung 10 verlaßt.After passing through the pipes of the first cooler 1, the water passes through a line 8 into the pipes of the second cooler 2, which it then passes through a
Line 9 and a drain line 10 provided with a shut-off valve 11 are left.
Die Leitung 9 dient außerdem als Rückleitung zum
Rückführen von überschüssigem gekühltem Wasser zur
Zuleitung 3· In die Rückleitung 9 ist ein Rückschlagventil 12 eingesetzt.The line 9 also serves as a return line to
Returning excess chilled water to the
Feed line 3 · A check valve 12 is inserted into the return line 9.
Die Rohre in den Kühlern 1 und 2 werden von außen mittels eines Kühlmittels gekühlt, welches dem zweiten Kühler 2
über eine mit einem Drosselventil 14 bestückte Leitung zugeführt wird, über eine Leitung 15 vom zweiten zum
ersten Kühler 1 gelangt und diesen dann über eine
Leitung 16 verläßt. Die Leitung 16 enthält ein servogesteuertes Ventil 17» welches in bekannter Weise mittels
eines Magnetventils 18 und ein Steuerventil 19 betätigbar ist, um die Kühlung selbsttätig zu regeln.The tubes in the coolers 1 and 2 are cooled from the outside by means of a coolant which is fed to the second cooler 2 via a line equipped with a throttle valve 14, via a line 15 from the second to the
first cooler 1 arrives and this then via a
Line 16 leaves. The line 16 contains a servo-controlled valve 17 'which can be actuated in a known manner by means of a solenoid valve 18 and a control valve 19 in order to automatically regulate the cooling.
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Die Steuerung des Kühlvorgangs erfolgt unter Verwendung von Differential-Druckmessern 20, 21, von denen der erste den Drückabfall über den Meßdurcnlaß 7 und der zweite den Druckunterschied zwischen den Leitungen 8 und 9 ermittelt.The cooling process is controlled using differential pressure gauges 20, 21, of which the first the pressure drop across the measuring diameter 7 and the second determines the pressure difference between lines 8 and 9.
Die Ausgangssignale der Diffenmtial-Druckmesser 20 und werden in einer Bedienungseinheit 22 untergebrachten Steuereinrichtungen zugeführt, welche die Umwälzung des Kühlmittels selbsttätig steuern.The output signals of the differential pressure gauges 20 and are fed to control devices accommodated in an operating unit 22, which control the circulation control the coolant automatically.
Ein auf die Temperatur im Ablaufrohr 10 ansprechender Temperaturfühler 23 ist mit einem an der Bedienungseinheit 22 angeordneten Anzeigeinstrument verbunden und ermöglicht die Überwachung des ordnungsgemäßen Betriebs der Anlage.A more responsive to the temperature in the drain pipe 10 Temperature sensor 23 is connected to a display instrument arranged on operating unit 22 and enables the correct operation of the system to be monitored.
Die Wirkungsweise der Anlage beruht darauf, daß sich an den Innenwandungen der Rohre wenigstens des zweiten Kühlers 2 eine dünne Eisschicht bildet, und daß die Umwälzung des Kühlmittels dann so eingeregelt wird, daß die Dicke dieser Eisschicht im wesentlichen konstant gehalten wird.The operation of the system is based on the fact that on the inner walls of the tubes at least the second cooler 2 forms a thin layer of ice, and that the circulation of the coolant is then regulated is that the thickness of this ice layer is kept essentially constant.
Pur die kontinuierliche Kühlung einer Flüssigkeit auf eine nahe dem Gefrierpunkt liegende Temperatur wird die Flüssigkeit also durch die von außen gekühlten Rohre wenigstens eines Rohrkühlers in einem Kühlsystem geleitet, wobei die Kühlung durch Ermittlung der Dicke der sich wenigstens „in einem Teil des Kühlsystem bildenden Eisschicht gesteuert wird. Die Dicke der Eisschicht wird vorzugsweise ermittelt, indem die Druckunterschiede zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des Kühlsystems gemessen werden. Purely for the continuous cooling of a liquid to a temperature close to the freezing point, the liquid is passed through the externally cooled tubes of at least one tube cooler in a cooling system, the cooling being controlled by determining the thickness of the ice layer forming at least “in part of the cooling system will. The thickness of the ice layer is preferably determined by measuring the pressure differences between the inlet and the outlet of the cooling system .
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Family Applications (1)
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