DE29805111U1 - Trockenkühlturm für die hybride Verflüssigung von Kältemitteln - Google Patents
Trockenkühlturm für die hybride Verflüssigung von KältemittelnInfo
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Description
• » ·♦
.:..·..' -*."..- .."♦·' PATENTANWÄLTE
KERN, BREHM & PARTNER GbR
Gü-9287/GM 20. März 1998 ke-pw Hans Güntner GmbH
Industriestr. 14
82256 Fürstenfeldbruck
Die Erfindung betrifft einen Trockenkühlturm für die hybride Verflüssigung von Kältemitteln,
mit einer wasserbenetzbaren, luftseitigen Wärmeübertragungsfläche zur Verflüssigung des Kältemittels
durch mittels wenigstens einen Ventilator angesaugter Umgebungsluft als Kühlmittel
und Verdunstung von im Kreislauf geführten Wasser.
Es sind hybride Trockenluftkühler bekannt (EP 428 647 Bl), bei denen das zu kühlende Medium,
beispielsweise Wasser oder Wasser-Glykol-Gemisch, des primären Kühlkreislaufes einen
Lamellenwärmeaustauscher durchströmt und über die Kühllamellen an den Luftstrom die abzuführende
Wärme abgibt. Ventilatoren saugen den Luftstrom durch den Wärmeaustauscher hindurch
und haben immer dieselbe Drehzahl. Das Benetzungswasser wird aus einer im Kühler integrierten
Sammelschale in offene Kanäle über zwei V-förmig angeordnete Wärmeaustauscherelemente
gepumpt, wo es unbeeinflusst vom Luftstrom auf die luftseitige Wärmeübertragungsfläehe
aufgegeben wird. Unmittelbar unter den Wärmeaustauscherelementen tropft das überschüssige
Wasser in die Sammelschale zurück.
Derartige Trockenkühltürme werden normalerweise auf eine maximal zulässige Luftbelastung
ausgelegt, die dadurch gegeben ist, daß bei der Benetzung des Wärmeaustauschers kein Tropfenflug
entsteht. Der für 100 %ige Kühllast berechnete Umschaltpunkt von Trockenbetrieb auf
Naßbetrieb, also Benetzung, verschiebt sich bei der üblichen Teillast im mittleren Temperaturbereich
zu höheren Lufttemperaturen, wodurch der hybride Trockenkühlturm über mehr als die
Hälfte seiner jährlichen Betriebszeit trocken, also ohne Benetzung, betrieben werden kann und
somit kein Wasser benötigt.
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• ·
Der Begriff "hybrid" steht also hier für die Zwitterbetriebsweise des Trockenturms, nämlich einmal
ohne Benetzung des Wärmeaustauschers mit Wasser und zum anderen mit Benetzung.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, den Trockenkühlturm so auszubilden, daß er sich
für die hybride Verflüssigung von Kältemitteln eignet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Trockenkühlturm einen Wärmeaustauscher
aufweist, der zur Enthitzung bzw. Vorkühlung des Heißgases des Kältemittels durch
trockene Umgebungsluft in einen Enthitzer und einen Verflüssiger aufgeteilt ist, wobei letzterer
mit Wasser benetzbar und zwecks Verflüssigung und Unterkühlung des Heißgases dem Enthitzer
nachgeschaltet ist und sowohl der Enthitzer als auch der Verflüssiger von Kühlluft durchströmt
werden.
Auf diese Weise ist eine Direktverflüssigung von Kältemitteln nach dem gleichen Prinzip wie die
hybride Trockenkühlung möglich, nur mit dem Unterschied, daß die Erhitzung des Heißgases in
einem kleinen Kühlerteil mittels trockener Umgebungsluft erfolgt. Je tiefer dabei die Kühlmedium-
oder Verflüssigungstemperatur im Auslegungspunkt des Trockenkühlturms angesetzt wird,
desto größer wird die erforderliche Wärmeübertragungsfläche. Mit größeren Wärmeübertragungsflächen
läßt sich die Wärme im tieferen Lufttemperaturbereich ohne Benetzung des Wärmeaustauschers
an die Umgebungsluft abführen. Obgleich durch die zusätzlichen Einrichtungen,
die für die hybride Verflüssigung im Trockenkühlturm vorgesehen werden müssen, ein höherer
Kostenaufwand getrieben wird, werden diese Zusatzkosten durch niedrigere Betriebskosten
kompensiert. Einerseits werden tiefe Kühlmedium-/Verflüssigungstemperaturen angestrebt, um
die Verdichterleistung der Kältemaschine klein zu halten, andererseits wird auch eine erhebliche
Menge an Kühlwasser eingespart, eine Tatsache, die bei steigenden Wasserpreisen bei Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen
ins Gewicht fällt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
So können zur Einsparung von Energie drehzahlveränderliche Ventilatoren verwendet werden,
eine Tatsache, die für die Fälle von wesentlicher Bedeutung ist, in denen der Kühlturm/Verflüssiger
unterhalb des Auslegungspunktes und im Teillastbereich arbeitet, weil dann der Stromverbrauch und damit die Leistungsaufnahme der Ventilatoren erheblich geringer ist.
Mit einer Drehzahlregelung wird aber auch Wasser eingespart, da sich mit abnehmender Luftbelastung
der Anteil der konvektiven Wärmeabgabe erhöht. Sobald sich nämlich die Luftbelastung
des Kühlturms verringert, hat das Benetzungswasser die Tendenz, vermehrt an dem kälteren
Wärmeaustauscherteil herunterzurieseln. Die in dem wärmeren Wärmeaustauscherteil befindliche
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Lamellenfläche bleibt trocken und überträgt sensible Wärme an die vorgekühlte Luft. Durch die
verkleinerte Verdunstungsoberfläche wird weniger latente Wärme abgeführt und der Wasserverbrauch
geht erheblich zurück.
Wenn der Enthitzer und der Verflüssiger oberhalb des Verflüssigers so zueinander versetzt werden,
daß die untere Stirnseite des Enthitzers nur einen Teil der oberen Stirnseite des Verflüssigers
bedeckt, läßt sich im Bereich des freibleibenden Teils der oberen Stirnseite eine Vorrichtung
zur Aufgabe des Wasser vorsehen, mit dem der Verflüssiger benetzt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiels
näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht der einen Hälfte des Trockenkühlturms und
Fig. 2 eine im Vergleich zu Fig. 1 vergrößerte schematische Seitenansicht des Wärmeaus
tauschers des Trockenkühlturms, bestehend aus einem hybriden Verflüssiger und einem
separaten, trockenen Enthitzer für das Heißgas oberhalb des Verflüssigers.
Von dem in Fig. 1 dargestellten Trockenkühlturm 1, der herkömmlicher Bauart entspricht, ist
nur die eine Hälfte gezeigt, die sich auf der rechten Seite seiner Längsachse 6 befindet, die die
Symmetrieachse bildet, so daß die linke Hälfte im wesentlichen gleichermaßen ausgebildet ist.
Der Kühlturmkopf 13 ist mit einem Ventilator 11 ausgestattet, der von einem Motor 14 angetrieben
wird, dessen Drehzahl regulierbar ist und der in Richtung der Pfeile A Kühlluft in den
Turm einsaugt, die diesen in Richtung des Pfeils B am Turmkopf wieder verläßt. Im Trockenkühlturm
befindet sich ein Wärmeaustauscher 2, der zur Längsachse 6 geneigt ist, so daß er mit
seinem Gegenüber jenseits dieser Achse eine V-Anordnung bildet, welche sich zum Kühlturmkopf
13 hin erweitert. Der Wärmeaustauscher 2 besteht aus einem Enthitzer 3 und einem Verflüssiger
4, der unterhalb des Enthitzers angeordnet ist und damit vom Kühlturmkopf weiter
entfernt liegt als der Enthitzer. Der Enthitzer dient zur Enthitzung bzw. Vorkühlung des Heißgases
des Kältemittels, das am Heißgaseintritt 15 zugeführt wird.
Der Enthitzer 3 ist zweckmäßigerweise ebenso wie der sich an ihn anschließende Verflüssiger 4
ein Lamellenwärmeaustauscher. Der Verflüssiger ist mit Wasser benetzbar, das mit Hilfe einer
Vorrichtung 9 an seiner oberen Stirnseite 8 aufgegeben wird und zusammen mit der Kühlluft zur
Verflüssigung und Unterkühlung des gasförmigen Kältemittels, beispielsweise NH3, dient.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind der Enthitzer 3 und der Verflüssiger 4 so zueinander versetzt
angeordnet, daß die untere Stirnseite 7 des Enthitzers 3 nur einen Teil der oberen Stirnseite 8 des
Verflüssigers 4 bedeckt, so daß im Bereich des freibleibenden Teils der oberen Stirnseite 8 über
eine Vorrichtung 9 Wasser dem Verflüssiger aufgegeben werden kann, um seine Wärmeaustauschoberfläche
zu benetzen. Die das Kältemittel führende Rohrschlange 12 des Enthitzers 3 geht
direkt in die das Kältemittel des Verflüssigers 4 führende Rohrschlange 10 über.
Das mit Hilfe der Aufgabevorrichtung 9 auf die Lamellen des Verflüssigers aufgebracht Benetzungswasser
wird aus einer Wanne 21 am Boden des Trockenkühlturms mit Hilfe einer Pumpe 19 über eine Steigleitung 16 zugeführt und nach dem Ablaufen aus dem Verflüssiger in der genannten
Wanne wieder aufgefangen. Ein Frischwasseranschluß 17 dient dazu, das verdunstete
Wasser zu ergänzen, während der Wasserstand in der Wanne 21 mit Hilfe einer Niveausonde 18
auf einer gewünschten Höhe gehalten wird. Diese Sonde beeinflußt die Frischwasserzuführ 17.
Die Niveausonde dient außerdem dazu, die Pumpe 19 vor Trockenlauf zu schützen.
Da bei Benetzung des Verflüssigers durch Verdunstung von reinem Wasser der Salzgehalt und
die Konzentration der Härtebildner im umlaufenden Benetzungswasser steigen, wird die Wasserqualität
über eine nicht dargestellte Meßvorrichtung dadurch konstant gehalten, daß von Zeit
zu Zeit mit Hilfe der Abschlämmungseinrichtung 20 "aufkonzentriertes" Benetzungswasser abgelassen
wird, um mit Hilfe von bei 17 zufließendem Frischwasser die verlangte Qualität des Benetzungswassers
wieder herzustellen.
Die hybride Verflüssigung des Kältemittels, die mit Hilfe des oben beschriebenen Wärmeaustauschers
2 erreicht wird, hat den Vorteil, daß das heiße Kältemittelgas, das beispielsweise mit einer
Temperatur von 130 0C bei 15 in den Enthitzer 3 eintritt, zunächst nur mit Kühlluft so weit abgekühlt
wird, beispielsweise auf 40 0C, daß dann eine Verflüssigung im Verflüssiger 4 mit Hilfe
von Kühlluft und Benetzungswasser erfolgen kann, ohne daß letzteres zu stark verdunstet. Das
verflüssigte Kühlmittel tritt dann bei 23 aus dem Lamellenwärmeaustauscher 4 beispielsweise mit
einer Temperatur von 38 0C aus.
Für die Betriebsphase des Trockenkühlturms bei der hybriden Verflüssigung des Kältemittels ist
ein wichtiger Faktor, daß die Drehzahl des Ventilators so gesteuert wird, daß bei maximaler
Drehzahl die Lamellen des Verflüssigers über die ganze Tiefe des Wärmeaustauschers, gemessen
in Luftströmungsrichtung, benetzt werden und bei reduzierter Ventilatordrehzahl nur der kältere
Teil beim Rücklauf. Dadurch wird zum einen kein Tropfenaustrag aus dem Wärmetauscher bewirkt
und zum anderen eine Reduzierung des Wasserverbrauches mit steigendem Anteil konvektiver
Wärmeübertragung.
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Die sonstigen konstruktiven Merkmale des Trockenkühlturms sind vom Fachmann in Anpassung
an die jeweiligen Umstände mit dem Ziel eines möglichst günstigen Wirkungsgrades bei niedrigen
Kosten wählbar, wobei auch weitere Ausstattungsmerkmale, beispielsweise ein Einstieg 22
in den Innenraum des Trockenkühlturms, Berücksichtigung finden können.
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Claims (9)
- .:1.:..· ·..··..' ..·*..* PATENTANWÄLTEKERN, BREHM & PARTNER GbRAlbert-Rosshaupter-Str. 73 - D-81369 München -Telefon (089) 760 55 20 760 55 26 - Telefax (089) 760 55 59Gü-9287/GM 20. März 1998 ke-pw Hans Güntner GmbHIndustriestr. 14 82256 FürstenfeldbruckTrockenkühlturm für die hybride Verflüssigung von KältemittelnAnsprüche1. Trockenkühlturm für die hybride Verflüssigung von Kältemitteln, mit einer wasserbenetzbaren, luftseitigen Wärmeübertragungsfläche zur Verflüssigung des Kältemittels durch mittels wenigstens einen Ventilator angesaugter Umgebungsluft als Kühlmittel und Verdunstung von im Kreislauf geführten Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß der Trokkenkühlturm (1) einen Wärmeaustauscher (2) aufweist, der zur Enthitzung bzw. Vorkühlung des Heißgases des Kältemittels durch trockene Umgebungsluft in einen Enthitzer (3) und einen Verflüssiger (4) aufgeteilt ist, wobei letzterer mit Wasser benetzbar und zwecks Verflüssigung und Unterkühlung des Heißgases dem Enthitzer nachgeschaltet ist und sowohl der Enthitzer als auch der Verflüssiger von Kühlluft durchströmt werden.
- 2. Trockenkühlturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Enthitzer (3) und der Verflüssiger (4) Wärmeaustauscher sind, die bezüglich ihrer Längsachse (5), die zur Längsachse (6) des Trockenkühlturms geneigt ist, gegeneinander versetzt sind.
- 3. Trockenkühlturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauscher (3, 4) Lamellenwärmeaustauscher sind.
- 4. Trockenkühlturm nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauscher (3, 4) so zueinander versetzt sind, daß die untere Stirnseite (7) des Enthitzers (3) nur einen Teil der oberen Stirnseite (8) des Verflüssigers (4) bedeckt und daß im Bereich des freibleibenden Teils der oberen Stirnseite (8) eine Vorrichtung (9) zur Aufgabe des Wassers vorgesehen ist, mit dem der Verflüssiger benetzt wird.9287GM-A.DOC
- 5. Trockenkühlturm nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß die das Kältemittel führende Rohrschlange (12) des Enthitzers (3) direkt in die das Kältemittel des Verflüssigers (4) führende Rohrschlange (10) übergeht.
- 6. Trockenkühlturm nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, daß in bezug auf die Längsachse (6) des Trockenkühlturms (1) zwei Wärmeaustauscher (2) einander gegenüberliegend angeordnet sind, so daß sie mit ihren Längsachsen (5) ein V bilden.
- 7. Trockenkühlturm nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlluftstrom mit Hilfe wenigstens eines Ventilators (11), dessen Drehzahl regulierbar ist, durch den Turm hindurchsaugbar ist.
- 8. Trockenkühlturm nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung des oder der Ventilatoren (11) so bemessen ist, daß selbst bei höchster Drehzahl und damit maximaler Luftbelastung an der benetzten Oberfläche des Verflüssigers (4) kein Tropfenaustrag erfolgt.
- 9. Trockenkühlturm nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei maximaler Ventilatordrehzahl der Wärmeaustauscher über die ganze Tiefe und bei reduzierter Ventilatordrehzahl nur der kältere Teil beim Rücklauf benetzbar ist.9287GM-AOOC
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