DE3035322A1

DE3035322A1 - HEAT EXHAUST AIR COOLING SYSTEM FOR COOLING A FLUID TO BE COOLED

Info

Publication number: DE3035322A1
Application number: DE19803035322
Authority: DE
Inventors: Richard J. Emerson N.J. Haberski
Original assignee: Curtiss Wright Corp
Current assignee: Curtiss Wright Corp
Priority date: 1979-09-26
Filing date: 1980-09-18
Publication date: 1981-04-16
Also published as: ZA805477B; GB2060156A; JPS5656582A

Description

Die Erfindung betrifft ein Wärmetauschsystem und insbesondere ein Kühlsystem,in dem ein erhitztes Verfahrensfluid/ z.B. Ammoniak, Wasser oder dergleichen an der Umgebungsluft gekühlt wird.The invention relates to a heat exchange system, and more particularly a cooling system in which a heated process fluid / e.g. ammonia, water or the like is cooled in the ambient air.

Bei bekannten Luftkühlungssystemen werden zur Erhöhung der ,Wärmeübertragungskapazität die Pluidleitungsrohre mit vergrößerten Oberflächenelementen oder Rippen versehen und Wasser wird über die verrippten Rohre gesprüht oder geleitet. Diese Wärmetauschsysteme sind allgemein als Verdampfungsflächen-Kondensoren bekannt. Beispielsweise sind solche Systeme in den US-PS 3 472 042 und 4 156 351 beschrieben. Diese Verdampfungsflächen-Kondensorsysteme können jedoch keinen optimalen Gesamtwirkungsgrad erreichen, da das Wasser an den verrippten Rohren die Luftströmung durch die Einheiten verringert und deswegen zusätzliche Luftstromgebläsekapazität nötig wird gegenüber dem Fall, daß die verrippten Rohre nicht befeuchtet würden; wenn keine zusätzliche Luftgebläsekapazität vorgesehen ist, sind die Luftstromgeschwindigkeiten sehr verringert, wodurch wiederum die Kühlkapazität des Wärmetauschsystems verringert oder begrenzt wird. Da die Oberflächengröße der verrippten Rohre wegen der Größe des Wärmetauschsystems begrenzt ist, ist auch die Größe der für Verdampfungskühlung ausnützbaren Wasserfläche begrenzt. Diese Nachteile der Begrenzungen bekannter Wärmetausch-Kühlsysteme des Verdampfungsflächen-Kondensortyps werden durch das erfindungsgemäße Wärmetauschkühlsystem beseitigt.In known air cooling systems, the fluid line pipes are used to increase the heat transfer capacity provided with enlarged surface elements or ribs and water is sprayed over the ribbed pipes or directed. These heat exchange systems are commonly known as evaporative surface condensers. For example such systems are described in U.S. Patents 3,472,042 and 4,156,351. These evaporative surface condenser systems however, cannot achieve an optimal overall efficiency because the water on the finned pipes air flow through the units is reduced and additional air flow fan capacity is required compared to the case that the finned tubes would not be moistened; if no additional air blower capacity is provided, the airflow velocities are greatly reduced, which in turn reduces the cooling capacity of the heat exchange system is reduced or limited. Because the surface area of the finned tubes because of the size of the heat exchange system is limited, so is the size of the water surface that can be used for evaporative cooling limited. These disadvantages of the limitations of known evaporative surface condenser type heat exchange cooling systems are by the heat exchange cooling system according to the invention eliminated.

'Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Wärmetauschluftkühlsystem mit verbessertem Gesamtwirkungsgrad, verglichen mit bekannten Luftkühlsystemen, zu schaffen.It is therefore an object of the present invention to provide a heat exchange air cooling system with improved overall efficiency, compared to known air cooling systems.

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Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Wärmetauschluftkühlsystem zu schaffen, das bei einem großen Bereich von Umgebungsluftzuständen wirksam funktioniert.Another object of the invention is to provide a heat exchange air cooling system that is used in a works effectively over a wide range of ambient air conditions.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Wärmetauschluftkühlsystem zu schaffen, bei dem die Kühlkapazität durch Verdampfen von Wasser ohne Verringerung des Luftstromes durch das System erhöht wird bzw. ohne Erhöhung des Leistungsverbrauches für Gebläse oder für Luftstromleitung durch das System.Another object of the present invention is to provide a heat exchange air cooling system at which increases the cooling capacity by evaporating water without reducing the air flow through the system becomes or without increasing the power consumption for the fan or for airflow conduction through the system.

Ein weiteres Ziel der Erfindung wird darin gesehen, ein Wärmetauschluftkühlsystem zu schaffen, das sowohl mit Wasserverdampfung als auch ohne diesen Vorgang betriebsfähig ist.Another object of the invention is seen to be a To create a heat exchange air cooling system that is operable with both water evaporation and without this process is.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Wärmetauschluftkühlsystem zu schaffen, bei dem das wiederholte Befeuchten und Trocknen der Wärmetauschelemente beseitigt ist, so daß Korrosion und Beschädigung der Wärmetauschelemente zumindest weitgehend verringert sind.Another object of the present invention is to provide a heat exchange air cooling system at the repeated wetting and drying of the heat exchange elements is eliminated, so that corrosion and damage to the heat exchange elements at least largely are reduced.

Eine Eigenschaft der Erfindung besteht darin, daß ein indirekter Wärmetausch vom zu kühlenden Fluid, z.B. Ammoniak, an eine wärme absorbierende Flüssigkeit mit relativ hohem Wärmeübertragungskoeffizienten, beispielsweise Wasser bewirkt wird, und daß dann indirekt eine Wärmeübertragung von der wärmeabsorbierenden Flüssigkeit an die Umgebungsluft durch Verdampfung eines Anteils des Wassers bewirkt wird. Dadurch können relativ kleine Rohre oder Leitungen für den Strom der wärmeabsorbierenden Flüssigkeit verwendet werden, da die Wärmeübertragungs-A characteristic of the invention is that an indirect heat exchange from the fluid to be cooled, e.g. Ammonia, attached to a heat absorbing liquid relatively high heat transfer coefficient, for example water, and that then indirectly a Heat transfer from the heat-absorbing liquid to the ambient air by evaporation of a fraction of the water is effected. This allows relatively small pipes or lines for the flow of heat-absorbing Liquid, as the heat transfer

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koeffizienten sowohl der wärmeabsorbierenden Flüssigkeit als auch des zu kühlenden Fluids hoch sind im Vergleich zum Wärmeübertragungskoeffizienten von Luft. Da ein wesentlicher Anteil der Wärmeübertragung in den aus Rippenrohren bestehenden Wärmeübertragungselementen stattfindet_f ist ein Benetzen der Wärmeübertragungselemente mit Wasser nicht notwendig, wie es bei herkömmlichen Verdampfungstyp-Wärmetausehern erforderlich ist und es wird dadurch keine Verringerung der Luftstromfläche wie bei den bekannten Verdampfungs-Wärmetauschern auftreten und damit entfällt die Notwendigkeit erhöhte Gebläseleistung mit dem damit verbundenen höheren Leistungsverbrauch bereitzustellen.Coefficients of both the heat-absorbing liquid and the fluid to be cooled are high compared to the heat transfer coefficient of air. Since a substantial proportion of the heat transfer takes place in the heat transfer elements consisting of finned tubes _{f it} is not necessary to wet the heat transfer elements with water, as is necessary with conventional evaporation-type heat exchangers, and as a result there will be no reduction in the air flow area as in the known evaporation heat exchangers this eliminates the need to provide increased fan power with the associated higher power consumption.

Dementsprechend wird durch die vorliegende Erfindung ein Wärmetausch-Luftkühlsystem zur Kühlung eines Fluids, beispielsweise eines Verfahrens- oder Prozeßfluids geschaffen, das eine erste Einrichtung zum Durchströmen des zu kühlenden Fluids in indirekter Wärmetauschbeziehung mit einer wärmeabsorbierenden Flüssigkeit vorsieht, um Wärme von dem zu kühlenden Fluid abzuziehen. Wenn auch die Beschreibung von Wasser als wärmeabsorbierender Flüssigkeit handelt, so ist die Erfindung nicht auf die Verwendung von Wasser beschränkt und jede geeignete Flüssigkeit mit einem relativ hohen Wärmeübertragungskoeffizienten kann benutzt werden. In dem System ist auch eine zweite Einrichtung vorgesehen,um gleichzeitig mit dem Durchleiten des zu kühlenden Fluids in Wärmetauschbeziehung mit dem Wasser, Luft in indirekter Wärmeübertragungsbeziehung mit dem zu kühlenden Fluid durchzuleiten und dadurch eine zusätzliche Kühlung des letzteren zu bewirken. Eine dritte Einrichtung ist vorgesehen, die mit der ersten Einrichtung in Verbindung steht, um von dieser das erwärmte Wasser abzunehmen und das Wasser in den durch die zweite Einrichtung geschaffenen LuftstromAccordingly, the present invention provides a heat exchange air cooling system for cooling a fluid, for example a method or process fluid is created, which has a first device for flowing through of the fluid to be cooled provides in indirect heat exchange relationship with a heat absorbing liquid to To withdraw heat from the fluid to be cooled. Albeit the description of water as absorbing heat If liquid is involved, the invention is not restricted to the use of water and any suitable one Liquid with a relatively high coefficient of heat transfer can be used. A second facility is also provided in the system to concurrently with the passage of the fluid to be cooled in heat exchange relationship with the water, air in indirect heat exchange relationship to pass through with the fluid to be cooled and thereby an additional cooling of the latter to effect. A third device is provided which is in communication with the first device in order to receive from the latter remove the heated water and the water into the air flow created by the second device

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in Übereinstimmung mit Lufttemperatur und Wärmelastbedingungen zu versprühen. Dieser SprühVorgang wird entweder bevor oder nachdem die Luft in. indirekter Wärmeübertragung mit dem zu kühlenden Fluid gestanden hat, durchgeführt, um ein Verdampfen eines Anteils des versprühten Wassers zu bewirken. Dieses Verdampfen eines Wasseranteils kühlt das verbleibende Wasser, welches dann durch die erste Einrichtung wieder in Umlauf gebracht wird, um von weiteren Anteilen des zu kühlenden Fluids Wärme zu absorbieren. Da durch das Verdampfen ein geringer Wasserverlust entsteht, um die erforderliche Abkühlung des Wassers zu erreichen, ist eine Wasserausgleichseinrichtung vorgesehen, um den Verdampfungsverlust auszugleichen. Wenn der Sprühvorgang des Wassers durchgeführt wird, bevor die Luft in indirekten Wärmeaustausch mit dem zu kühlenden Fluid steht, wird darauf geachtet, daß keine Wassertröpfchen mit der Luft mitgerissen werden.in accordance with air temperature and heat load conditions to spray. This spraying process will either before or after the air in. indirect heat transfer with the fluid to be cooled has been carried out in order to vaporize a portion of the sprayed Effect of water. This evaporation of a portion of the water cools the remaining water, which is then brought into circulation again by the first device in order to remove further portions of the to be cooled Fluids absorb heat. Since there is little water loss due to evaporation, in order to achieve the required To achieve cooling of the water, a water compensation device is provided to reduce the evaporation loss balance. When the spraying of the water is carried out before the air in indirect heat exchange with the fluid to be cooled, care is taken that no water droplets are entrained with the air will.

Es weiter vorgesehen, daß die erste Einrichtung eine Steuereinrichtung enthält, um die Wasserströmung in indirektem Wärmeaustausch mit dem zu kühlenden Fluid zu sperren, wenn die Lufttemperatur und/oder die Wärmebelastung ausreichend gering ist, so daß eine Kühlung des zu kühlenden Fluids nur durch die Luft erreicht werden kann.It is further provided that the first device includes a control device to the water flow in indirect Block heat exchange with the fluid to be cooled if the air temperature and / or the heat load is sufficiently low so that cooling of the fluid to be cooled can only be achieved by the air can.

Bei einen Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt die erste Einrichtung erste und zweite längliche Hohlteile oder Leitungen, die unabhängige Strömungswege für das zu kühlende Fluid und das Kühlwasser bilden und so aufgebaut und angeordnet sind, daß ein Wärmeleitungsweg zwischen dem zu kühlenden Fluid und dem Kühlwasser gebildet wird, um eine Wärmeübertragung von dem zu kühlenden Fluid zu dem Wasser zu bewirken. Durch diese Anordnung derIn one embodiment of the invention, the first device includes first and second elongate hollow members or lines that form independent flow paths for the fluid to be cooled and the cooling water and are so constructed and are arranged that a heat conduction path is formed between the fluid to be cooled and the cooling water, to cause heat transfer from the fluid to be cooled to the water. This arrangement of the

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Wärmeübertragung zwischen dem Kühlwasser und dem zu kühlenden Fluid kann ein wesentlich größerer Wärmetausch erreicht werden, als es durch Abkühlen des zu kühlenden Fluids indirekt nur durch die Umgebungsluft erreichbar ist. Es wird auch dadurch, daß eine Wärmeabsorption in der ersten Einrichtung bewirkt wird, unter allen Betriebsbedingungen die Notwendigkeit ausgeschlossen, daß Wasser an die Außenseite der Leitungszüge der ersten Einrichtung gelangen muß und es ist deswegen keine zusätzliche Leistung notwendig, um einen Luftstrom durch den Wärmetauscher zu leiten, um den vergrößerten Druckabfall an dem Wärmeaustauscher durch das Befeuchten der Leitungen auszugleichen.Heat transfer between the cooling water and the fluid to be cooled can result in a significantly greater heat exchange can be achieved than it can be achieved indirectly only through the ambient air by cooling the fluid to be cooled is. It is also achieved by causing heat absorption in the first device under all operating conditions eliminated the need for water to run outside the first Device must arrive and there is therefore no additional power necessary to flow an air through to conduct the heat exchanger to reduce the increased pressure drop across the heat exchanger due to the humidification of the Balance lines.

Zusätzlich wird durch das erfindungsgemäße Wärmetauschluftkühlsystem die Korrosion und die Oberflächenverschmutzung bei den Wärmetauschrohren zumindest sehr verringert, indem das wiederholte Befeuchten und Trocknen der Wärmetauschflächen beseitigt wird, das bei herkömmlichen Verdampfungskondensoren immer wieder auftritt. In addition, the heat exchange air cooling system according to the invention the corrosion and the surface contamination of the heat exchange tubes are at least very reduced by eliminates the repeated wetting and drying of the heat exchange surfaces that occurs over and over again with conventional evaporative condensers.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:The invention is illustrated below with reference to the drawing, for example explained in more detail; in the drawing shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschluftkühlsystems undFig. 1 is a schematic representation of a heat exchange air cooling system according to the invention and

Fig. 2 eine perspektivische Ausschnittsdarstellung eines Wärmetauschelements zur Verwendung in dem Wärmetauschluftkühlsystem nach Fig. 1.2 shows a perspective detail illustration of a heat exchange element for use in the heat exchange air cooling system according to FIG. 1.

Das erfindungsgemäße Wärmetauschluftkühlsystem 10 in Fig. umfaßt im wesentlichen mindestens eine Lage oder einen Strang 12 von Wärmeübertragungselementen, die mit einer Quelle 14 von zu kühlendem Fluid, beispielsweise Ammoniak, so verbunden sind, daß sie das zu kühlende Fluid aufnehmen,The heat exchange air cooling system 10 according to the invention in FIG. 1 essentially comprises at least one layer or one String 12 of heat transfer elements connected to a source 14 of fluid to be cooled, for example ammonia, are connected in such a way that they take up the fluid to be cooled,

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und andererseits mit einer Quelle für wärmeabsorbierende Flüssigkeit, beispielsweise Wasser (von jetzt ab alsand on the other hand with a source of heat absorbing Liquid, for example water (from now on as

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"Kühlwasser" bezeichnet), so aufzunehmen, daß das zu kühlende Fluid und das Kühlwasser in indirekter Wärmetauschbeziehung miteinander geleitet werden, um ein Abkühlen des zu kühlenden Fluids und ein Erwärmen des Kühlwassers zu bewirken. Es ist eine Sprühverteileranordnung 16 so angeschlossen, daß sie erwärmtes Kühlwasser von dem Strang 12 empfängt und ein Gebläse oder eine andere Luftstromeinrichtung 18 ist vorgesehen, um einen Luftstrom über den Strang 12 von Wärmeübertragungselementen zu leiten. Es ist weiterhin eine Pumpe 20 vorgesehen, um das Kühlwasser von seiner Quelle, beispielsweise einem Vorratsbehälter oder Tank 22, zu dem Strang 12 von Wärmeübertragungselementen in Umlauf zu bringen. um f "l " ι ο r? c
"Cooling water"), so that the fluid to be cooled and the cooling water are conducted in indirect heat exchange relationship with each other to cause cooling of the fluid to be cooled and heating of the cooling water. A spray manifold assembly 16 is connected to receive heated cooling water from the string 12 and a fan or other air flow device 18 is provided to direct air flow over the string 12 of heat transfer elements. A pump 20 is also provided to circulate the cooling water from its source, for example a storage container or tank 22, to the string 12 of heat transfer elements.

Der Strang oder die Lage 12 von Wärmeübertragungselementen oder -rohren umfaßt nach Fig. 1 eine Vielzahl von ersten Leitungen 24 und eine Vielzahl von zweiten Leitungen 26. Jede zweite Leitung 26 kann in der gezeigten Weise koaxial in einer ersten Leitung 24 sitzen und wird dann mit kleineren Querschnittsabmessungen ausgeführt, so daß ein Strömungsdurchlaß 28 zwischen jeweils einer Außenfläche einer zweiten Leitung 26 und der Innenfläche der zugehörigen ersten Leitung 24 gebildet wird. Ein • Doppelanschluß oder eine Doppelanschlußanordnung 30 ist an dem einen Ende der ersten und zweiten Leitungen 24 und 26 angebracht und ein zweiter Doppelanschluß 32 ist an dem entgegengesetzten Ende der Leitungen 24 und 26 angebracht. Die Doppelanschlußanordnung 30 wird durch eine Rohrträgerwand 34 in eine Auslaßkammer 36 und eine Einlaßkammer 38 unterteilt und in gleicher Weise wird die Doppelanschlußanordnung 32 durch eine Rohrträgerwand 40 in eine Einlaßkammer 42 und eine Auslaßkammer 44 unterteilt. Die einander entgegengesetzt liegenden Enden derThe string or layer 12 of heat transfer elements or tubes, as shown in FIG. 1, comprises a plurality of the first Lines 24 and a plurality of second lines 26. Each second line 26 can be coaxial in the manner shown sit in a first line 24 and is then carried out with smaller cross-sectional dimensions, so that a flow passage 28 between each an outer surface of a second conduit 26 and the inner surface of the associated first line 24 is formed. A • dual port or dual port arrangement 30 is attached to one end of the first and second leads 24 and 26 and has a second double connector 32 is attached to the opposite end of lines 24 and 26. The dual port assembly 30 is through a pipe support wall 34 is divided into an outlet chamber 36 and an inlet chamber 38 and is similarly the double connection arrangement 32 is divided into an inlet chamber 42 and an outlet chamber 44 by a pipe support wall 40. The opposite ends of the

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ersten Leitungen 24 sind in weiteren Rohrträgerwänden 33 und 41 so abgestützt, daß sie mit der Auslaßkaituner 36 bzw. der Einlaßkammer 42 in Verbindung stehen, während die entgegengesetzt liegenden Endabschnitte der zweiten Leitungen 26 in den Rohrträgerwänden 34 bzw. 40 so befestigt sind, daß sie mit der Einlaßkammer 38 bzw. mit der Auslaßkammer 44 in Verbindung stehen. Diese Anordnung von Anschlußkammern ergibt eine Gegenstrombeziehung des zu kühlenden Fluids und des Kühlwassers zueinander. Durch geeignete Einrichtungen, beispielsweise die in Fig. 2 gezeigten Abstandsrippen 46, werden die ersten und zweiten Leitungen 24 und 26 jeweils in Abstand zueinander gehalten. Zusätzlich können in den Durchstromwegen 28 die auf dem Wärmetauschergebiet bekannten Einrichtungen angebracht sein, um die Bildung von Grenzschichten in den Fluiden in der Nähe der Leitflächen zu unterbrechen und dadurch die Wärmeübertragung zwischen dem Fluid und der Leitung, in der es fließt, zu verbessern. Es soll auch durch die Darstellung der ineinander geführten Rohre 24 und 26 die Erfindung nicht auf diese Anordnung beschränkt werden, sondern diese Rohre 24 und 26 können auch parallel zueinander,wärmeleitend miteinander verbunden, angeordnet werden, um die indirekte Wärmeübertragung der Fluide zu bewirken.first lines 24 are supported in further pipe support walls 33 and 41 so that they are connected to the outlet box 36 and the inlet chamber 42 are in communication, while the opposite end portions of the second conduits 26 are fixed in the pipe support walls 34 and 40, respectively, so that they are connected to the inlet chamber 38 or with the outlet chamber 44 are in communication. This arrangement of terminal chambers provides a countercurrent relationship of the fluid to be cooled and the cooling water to each other. By suitable facilities, for example the spacer ribs 46 shown in Fig. 2, the first and second lines 24 and 26 are spaced apart, respectively held to each other. In addition, the devices known in the heat exchanger field can be used in the flow paths 28 be attached to the formation of boundary layers in the fluids in the vicinity of the baffles to interrupt and thereby improve the heat transfer between the fluid and the conduit in which it flows. The illustration of the tubes 24 and 26 guided one inside the other is not intended to apply the invention to this arrangement are limited, but these tubes 24 and 26 can also be connected to one another in parallel, heat-conductive manner, be arranged to effect the indirect heat transfer of the fluids.

Die Einlaßkammer 42 der einen Anschlußanordnung 32 ist mittels eines Rohres 46 mit der Quelle für das zu kühlende Fluid verbunden, beispielsweise mit verdampftem Ammoniak, so daß das zu kühlende Fluid durch die Strömungsdurchlässe 28 in die Auslaßkammer 36 der anderen Anschlußanordnung 30 fließt. Die Einlaßkammer 38 der Anschlußanordnung 30 ist über eine Leitung 48 mit dem Behälter oder Tank 22 verbunden, so daß ein Durchstrom von Kühlwasser durch die Leitungen 26 in indirekter Wärmetauschbeziehung mit dem durch die Durchlässe 28 fließenden zu kühlenden Fluid gewährleistet ist.The inlet chamber 42 of the one connection arrangement 32 is connected by means of a tube 46 to the source for the fluid to be cooled connected, for example with vaporized ammonia, so that the fluid to be cooled through the flow passages 28 flows into the outlet chamber 36 of the other connection arrangement 30. The inlet chamber 38 of the connector assembly 30 is connected via a line 48 to the container or tank 22, so that a flow of cooling water through lines 26 in indirect heat exchange relationship with the fluid to be cooled flowing through passages 28 is guaranteed.

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Die Auslaßkammer 36 ist über eine Leitung oder ein Rohr 50 mit der (nicht gezeigten) Verwendungs- oder Speicherkammer f\ir gekühltes Fluid verbunden, während die Auslaßkammer 44 über ein Rohr 52 mit der Sprühverteileranordnung 16 verbunden ist.The outlet chamber 36 is connected to the use or storage chamber (not shown) via a conduit or pipe 50 for cooled fluid connected while the outlet chamber 44 is connected to the spray manifold assembly 16 via a pipe 52.

Das erhitzte, zur Sprühverteileranordnung 16 gelangende Kühlwasser wird in den Luftstrom gesprüht,der durch das Gebläse 18 oder die entsprechende andere Anordnung erzeugt wird, um in erster Linie das Wasser durch Entzug von Verdampfungswärme eines Anteils des Kühlwassers abzukühlen. Die Sprühdüsen 56 sind so aufgebaut, angeordnet und gerichtet, daß sie, soweit sie Kühlwasser in die Luft vor dem Eintritt in den Strang 12 aus Kühlelementen sprühen, die Möglichkeit verringern, daß Flüssigkeitströpfchen in dem Luftstrom mitgerissen werden, um das Befeuchten der Wärmeübertragungselemente des Stranges 12 zu vermeiden, so daß kein erhöhter Druckabfall des Luftstroms durch den Strang 12 auftritt. Das abgekühlte Kühlwasser wird in dem Tank 22 gesammelt und von dort durch die Pumpe 20 mittels des Rohres 58 angesaugt. Ausgleichskühlwasser wird dem Tank über ein Zuführrohr 60 zugeführt. Der Strom des Kühlwassers durch das System wird in Abhängigkeit von den Umgebungsluft- und Wärmebelastungszuständen über ein Ventil 62 gesteuert, das in dem Rohr 52 sitzt; es kann auch eine andere Strömungsbeeinflussungseinrichtung vorgesehen sein, oder der Betrieb der Pumpe 20 kann entsprechend eingerichtet werden. Dadurch kann das System 10 dann,wenn die Umgebungslufttemperaturen und/oder die Wärmebelastungen ausreichend niedrig sind, nur als Luftkühlsystem betrieben werden, und es kann alternativ, wenn die Luftkühlung allein nicht ausreicht, um die nötige Kühlung zu bewirken, als kombiniertes Verdampfungs-Luftkühlsystern betrieben werden.The heated that arrives at the spray manifold assembly 16 Cooling water is sprayed into the air flow generated by the fan 18 or other appropriate arrangement is to primarily cool the water by removing the heat of vaporization of a portion of the cooling water. The spray nozzles 56 are constructed, arranged and directed that they, as far as they cool water in the Air before entering the strand 12 of cooling elements spray, reduce the possibility of liquid droplets being entrained in the air stream around the To avoid moistening the heat transfer elements of the strand 12, so that no increased pressure drop of the Air flow through the strand 12 occurs. The cooled cooling water is collected in the tank 22 and from there sucked in by the pump 20 by means of the pipe 58. Equalizing cooling water is supplied to the tank via a supply pipe 60 fed. The flow of cooling water through the system is dependent on the ambient air and heat load conditions controlled by a valve 62 seated in the tube 52; a different flow influencing device can also be used be provided, or the operation of the pump 20 can be set up accordingly. This allows the system 10 when the ambient air temperatures and / or the heat loads are sufficiently low, only operated as an air cooling system, and it can alternatively, if the air cooling alone is insufficient to effect the necessary cooling, as a combined Evaporative air cooling systems are operated.

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Wie bereits ausgeführt, kann erfindungsgemäß auch eine andere wärmeabsorbierende Flüssigkeit als Wasser mit einem relativ hohen Wärmeübertragungskoeffizienten verwendet werden, so daß eine optimale Wärmeübertragung oder Wärmeabsorption zwischen den Fluiden in dem Strang 12 auftritt.As already stated, according to the invention, a heat-absorbing liquid other than water can also be used a relatively high heat transfer coefficient be used so that there is optimal heat transfer or absorption between the fluids in the string 12 occurs.

Wie bei Wärmetauschern üblich, können die Wärmeübertragungselemente, d.h. die ersten Leitungen 24 des Stranges, oder ggf. mehrerer Stränge 12,mit vergrößerten Oberflächenelementen oder Rippen 64 versehen sein. Die Leitungen 2 4 und 26 können im einzelnen gemäß Fig. 2 aufgebaut sein. Es können jedoch auch längliche Rohre mit zylindrischem Querschnitt verwendet werden, die ineinander geführt sind. Alternativ können die Rohre 26 weggelassen werden und die Leitungen 24 an den entgegengesetzt liegenden Enden mit den Einlaß- und Auslaßanordnungen so verbunden sein, daß das Kühlwasser und das zu kühlende Fluid durch abwechselnde Stromdurchlässe 28 in den Leitungen 24 durchgelassen werden. Nach der Darstellung in den Fig. 1 und 2 sind die Leitungen in einem Wärme übertragungselement mit polygonalem Querschnitt, vorzugsweise dem gezeigten rechtwinkligen Querschnitt ausgebildet, wie es in der US-PS 3 202 212 beschrieben ist und besitzen Rippen oder vergrößerte Oberflächenbereiche 64, die integral aus dem Ausgangsmaterial durch einen Schabvorgang gebildet sind. Die Rohre 26 können in Abstand von den Oberflächen der Durchlässe 28 durch Rippen 46 oder durch andere Einrichtungen gehalten werden.As usual with heat exchangers, the heat transfer elements, i.e. the first lines 24 of the strand, or possibly several strands 12, with enlarged surface elements or ribs 64 may be provided. The lines 2 4 and 26 can be shown in detail in FIG be constructed. However, elongated tubes with a cylindrical cross section can also be used are led into each other. Alternatively, the tubes 26 can be omitted and the lines 24 on the opposite side lying ends to be connected to the inlet and outlet arrangements so that the cooling water and the fluid to be cooled can be passed through alternating flow passages 28 in the lines 24. After Representation in Figs. 1 and 2 are the lines in a heat transfer element with a polygonal cross-section, preferably of the rectangular cross-section shown, as described in US Pat. No. 3,220,212 and have ribs or enlarged surface areas 64 integrally formed from the parent material are formed by a scraping process. The tubes 26 can be spaced from the surfaces of the passages 28 are held by ribs 46 or by other means.

Das beschriebene System 10 arbeitet wahlweise als Luftkühlsystem oder als Kombination von Naßübertragungsund Luftkühlsystem, je nach Umgebungslufttemperatur und/oder Wärmebelastung. Zur Beschreibung des BetriebesThe described system 10 operates either as an air cooling system or as a combination of wet transfer and Air cooling system, depending on the ambient air temperature and / or heat load. To describe the company

des Systems 10 wird als zu kühlendes Fluid Ammoniak und als wärmeabsorbierende Flüssigkeit Kühlwasser angenommen.of the system 10 is assumed to be ammonia as the fluid to be cooled and cooling water as the heat-absorbing liquid.

Das System 10 arbeitet wirksam als Luftkühlsystern bei relativ niedrigen Umgebungslufttemperaturen und/oder bei relativ niedriger Wärmebelastung. Bei höheren Umgebungslufttemperaturen und/oder höheren Wärmebelastungen wird das Kühlwasser durch das System in Umlauf gebracht, so daß es durch die Rohre 26 im Gegenstrom und in indirekter Wärmetauschbeziehung mit dem durch die Durchlässe 28 fließenden Ammoniak fließt. Die Wärmeübertragung ist relativ groß, da die Wärmeübertragungskoeffizienten beider Fluide, wie bereits erwähnt, relativ hoch sind.The system 10 works effectively as an air cooling system relatively low ambient air temperatures and / or with a relatively low thermal load. At higher ambient air temperatures and / or higher heat loads, the cooling water is circulated through the system, so that it flows through tubes 26 in countercurrent and in indirect heat exchange relationship with that through the passages 28 flowing ammonia flows. The heat transfer is relatively large, since the heat transfer coefficients of both fluids, as already mentioned, are relatively high.

Im "trockenen" Betrieb des Systems 10 wird die Luftkühlkapazität proportional zur Verminderung des Logarithmus der mittleren Temperaturdifferenz zwischen Luft und Ammoniak infolge der anwachsende!Lufttemperatur herabgesetzt. In der "feuchten" Betriebsweise wird diese Herabminderung der Kühlkapazität durch die Wärmeübertragung zwischen Ammoniak und Wasser in den Strängen 12 ausgeglichen. Das geschieht aus folgenden Gründen:In "dry" operation of the system 10, the air cooling capacity proportional to the decrease in the logarithm of the mean temperature difference between air and Ammonia decreased as a result of the increasing air temperature. In the "wet" mode of operation, this reduction in cooling capacity is caused by the heat transfer between Ammonia and water are balanced in strands 12. This happens for the following reasons:

1. Der Wärmeübertragungskoeffizient des Wassers ist größer als der der Luft,1. The heat transfer coefficient of water is greater than that of air,

2. das Wasser besitzt eine höhere spezifische Wärme als Luft, und2. The water has a higher specific heat than air, and

3. die logarithmische mittlere Temperaturdifferenz3. the logarithmic mean temperature difference

zwischen Wasser und Ammoniak ist in ihrer Auswirkung größer als, die entsprechende Differenz der Werte von Luft und Ammoniak.between water and ammonia is greater in its effect than the corresponding difference in the values of air and ammonia.

Der Unterschied ae^mittiefenTemperaturdifferenz tritt auf, da die Wassereinlaßtemperatur am Anfang der RohreThe difference ae ^ middle temperature difference occurs on because the water inlet temperature at the beginning of the pipes

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26 unter die Umgebungslufttemperatur bis zur entsprechenden Feuchtthernonstertenperatur" abgesenkt werden kann. Wird beispielsweise angenommen, daß die Umgebungslufttemperatur 35°C (95° Fahrenheit) beträgt und die relative Feuchtigkeit 30% ist, dann beträgt die Feuchtthermcmsterteirperatur^i,5°C26 below the ambient air temperature up to the corresponding wet thunder temperature " can be lowered. For example, assume that the ambient air temperature is 35 ° C (95 ° Fahrenheit) and the relative humidity is 30%, then the humid temperature is 1.5 ° C

O *c O * c

(71 Fahrenheit) . Da die FeuchtthentoiiBtertemperatur die Temperaturgrenze darstellt, auf die das Wasser durch Verdampfen abgekühlt werden kann, können Wassertemperatüren unter 35°C (95° Fahrenheit) in dem System 10 erreicht werden. Die sich ergebende Wassertemperatur wird dann durch den Verdampfungsanteil des Wassers bestimmt^ und dieser Verdampfungsanteil ist in erster Linie eine Funktion der Sprüheigenschaften der Düsen 56 und der Verweilzeit der fallenden Wassertröpfchen in der Luft. Bei Wassertemperaturen höher als 35°C (95 Fahrenheit) kann das erforderliche Abkühlen des Wassers durch Erhöhung der Umlaufgeschwindigkeit des Wassers durch die Pumpe erreicht werden. Da wegen der Verdampfung des Wassers durch das Versprühen beträchtlich niedrigere Wassertemperatur en erreichbar sind, wird die Kühllast bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten des Kühlwassers wirtschaftlicher erreicht. Selbstverständlich wird die optimale Wärmeübertragung durch die Verdampfungsrate des Wassers, die Wärmebelastungen oder die Kühlanforderungen, die Wasserkosten und die Betriebskosten des Umpumpens bestimmt.(71 Fahrenheit). Since the humid temperature is the temperature limit to which the water can be cooled by evaporation, water temperatures below 35 ° C can be used (95 degrees Fahrenheit) can be achieved in the system 10. The resulting water temperature is then determined by the The proportion of evaporation of the water determines ^ and this proportion of evaporation is primarily a function of the spray characteristics of the nozzles 56 and the residence time of the falling water droplets in the air. At water temperatures higher than 35 ° C (95 Fahrenheit) can reduce the required cooling of the water by increasing the Circulation speed of the water can be achieved by the pump. Because of the evaporation of the water by spraying considerably lower water temperatures can be achieved, the cooling load is at low flow rates of the cooling water achieved more economically. Of course the optimal heat transfer through the evaporation rate of the water, the heat loads or the cooling requirements, determines the water costs and the operating costs of pumping over.

Die Erhöhung der relativen Feuchtigkeit und der Feuchtthermoinetertemperati der an den Lagen 12 vorbeiströmenden Luft beim Betrieb des Systems 10 mit Wassersprühen beeinflußt nicht wesentlich ^xin schädlicher Weise den Wirkungsgrad der Wärmeübertragung des Systems 10, und zwar, weil der erhöhte Wasserdampfgehalt der Luft infolge des Versprühens des Wassers die spezifische Wärme der Luft erhöht und das Durchströmgewicht des Luft-Wasaerdampfgemisches nur sehr gering erniedrigt.The increase in the relative humidity and the Feuchtthermoinetertemperati the passing of the layers 12 of air in operation of the system 10 with water spraying does not significantly affect ^x detrimentally the efficiency of heat transfer of the system 10, and this because of the increased water-vapor content of the air as a result of spraying Water increases the specific heat of the air and lowers the flow weight of the air / water vapor mixture only very slightly.

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Um diese Tatsache zu verdeutlichen, sei angenommen, daß die anfängliche Lufttemperatur und die relative Luftfeuchte sich jeweils von 35 ⁰C (95° Fahrenheit) und 30% auf 35 ⁰C (95° Fahrenheit) und 50% durch das Wassersprühen ändert. Dann wird das Gewicht des Luft-Wasserdampf gemisches um einen Faktor 0,9957 vermindert und die spezifische Wärme des Gemisches um einen Faktor 1,0056 erhöht. Damit ändert sich die Kühlkapazität, die proportional dem Produkt dieser Faktoren ist, nur um einen Faktor 1,0011, d.h. nicht spürbar. Der Luftdruckabfall beim Durchblasen des Stranges 12 ist proportional dem Quadrat des Gewichtes des Luftstromes, geteilt durch die Dichte des Gemisches, und dieser Wert wird beispielsweise um einen Faktor 0,9957 verringert. So bleibt auch der Druckabfall an den Lagen 12 im wesentlichen durch den erfindungsgemäß ausgeführten Wassersprühvorgang ungeändert.To illustrate this fact, it is assumed that the initial air temperature and the relative humidity from 35 ⁰ C (95 ° Fahrenheit) and 30% at 35 ⁰ C (95 ° Fahrenheit) and 50% change in each case by the water spray. Then the weight of the air-water vapor mixture is reduced by a factor of 0.9957 and the specific heat of the mixture is increased by a factor of 1.0056. This changes the cooling capacity, which is proportional to the product of these factors, only by a factor of 1.0011, ie not noticeably. The drop in air pressure when blowing through the strand 12 is proportional to the square of the weight of the air flow divided by the density of the mixture, and this value is reduced, for example, by a factor of 0.9957. The pressure drop at the layers 12 also remains essentially unchanged by the water spraying process carried out according to the invention.

Damit ergibt sich, daß durch die erfindungsgemäße Anordnung ein Wärmetauschluftkühlsystem mit vergrößerter Kühlkapazität gegenüber herkömmlichen Luftkühlsystemen vergleichbarer Größe geschaffen ist. Bei diesem System wird die Luftkühlwirksamkeit durch Benutzung einer wärmeabsorbierenden Flüssigkeit zur Aufnahme von Wärme von dem zu kühlenden Fluid vergrößert und durch Sprühen der erwärmten wärmeabsorbierenden Flüssigkeit in die Luft, entweder vor oder nach dem Vorbeiströmen der Luft an den Wärmeübertragungselementen, um das Wasser durch Verdampfen abzukühlen. Bei diesem System ist die Kühlkapazität gegenüber bekannten Luftkühlsystemen ohne Erhöhung der Größe, der Luftdurchstromrate und damit des Leistungsverbrauches erhöht, und ohne erhöhte Korrosionsgefahr für die Wärme-Übertragungselemente. Es wird auch die Notwendigkeit ausgeschaltet, eine getrennte Kühleinrichtung für die erwärmte wärmeabsorbierende Flüssigkeit einzuführen, wie es bei Verdampfungsflächenkondensoren nötig ist, wenn dieIt follows that the arrangement according to the invention provides a heat exchange air cooling system with increased cooling capacity compared to conventional air cooling systems of comparable size is created. In this system, the air cooling efficiency is increased by using a heat absorbent Liquid enlarged to absorb heat from the fluid to be cooled and by spraying the heated heat-absorbing liquid into the air, either before or after the air has passed the heat transfer elements, to cool the water by evaporation. In this system, the cooling capacity is opposite known air cooling systems without increasing the size, the air flow rate and thus the power consumption increased, and without increased risk of corrosion for the heat transfer elements. It also eliminates the need for a separate cooling device for the heated ones to introduce heat-absorbing liquid, as is necessary with evaporation surface condensers if the

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— ι y —- ι y -

Flüssigkeit wieder in Umlauf gebracht werden soll. Bei diesem System wird ferner die Einlaß^rocfcentheirmcmetertennperatur* bei den Wärmeübertragungselementen herabgesetzt oder kann herabgesetzt werden, um dadurch den Unterschied zwischen Lufttemperatur und dem in den Wärmeübertragungselementen fließenden zu kühlenden Fluid zur Erhöhung der Wärmeübertragungsrate und damit der Kühlkapazität zu erhöhen.Liquid is to be brought back into circulation. In this system, the inlet temperature is also measured. in the case of the heat transfer elements can be reduced or reduced, thereby making the difference between air temperature and the fluid to be cooled flowing in the heat transfer elements to increase to increase the heat transfer rate and thus the cooling capacity.

Es sind dabei Leitungen vorgesehen, um das zu kühlende Fluid und die wärmeabsorbierende Flüssigkeit mit einem hohen Wärmeübertragungskpeffizienten in indirekter Wärme-There are lines provided around the to be cooled Fluid and the heat-absorbing liquid with a high heat transfer efficiency in indirect heat

tauschbeZiehung miteinander zu leiten und dabei das zu kühlende Fluid abzukühlen. Gleichzeitig wird Luft zwangsweise zur Strömung quer zu den Leitungen gebracht, um ein zusätzliches Abkühlen des zu kühlenden Fluids zu bewirken. Die erhitzte absorbierende Flüssigkeit wird von den zugehörigen Leitungen weggeleitet und in die Luft versprüht, die entweder in das Gebiet zwischen den Leitungen eintritt oder dieses verlassen hat, und zwar in Abhängigkeit von der Lufttemperatur und den Wärmelastbedingungen, um einen Anteil der wärmeabsorbierenden Flüssigkeit zu verdampfen und damit den Rest der Flüssigkeit abzukühlen. Die gekühlte wärmeabsorbierende Flüssigkeit wird dann wieder in die zugehörigen Leitungen geleitet, um zusätzliche Mengen des abzukühlenden Fluids zu kühlen, das durch die dazu gehörigen Leitungen fließt.to lead an exchange relationship with one another and that to cool the fluid to be cooled. At the same time, air is forced to flow across the pipes, to cause additional cooling of the fluid to be cooled. The heated absorbent liquid is diverted away from the associated pipes and sprayed into the air either in the area between enters or exits the pipes, depending on the air temperature and the Heat load conditions to evaporate a portion of the heat absorbing liquid and thus the rest to cool the liquid. The cooled heat-absorbing liquid is then returned to the associated conduits passed to cool additional quantities of the fluid to be cooled, which through the associated lines flows.

" Die Ausdrücke "Feuchtthermometertemperatur" und "Trockenthermometertemperatur" beziehen sich auf die Ablesewerte am "feuchten" bzw. "trockenen" Thermometer eines Aspirationspsychrometers. " The terms" wet thermometer temperature "and" dry thermometer temperature "relate to the readings on the" wet "or" dry "thermometer of an aspiration psychrometer.

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Claims

1. Heat exchange air cooling system for cooling down one to be cooled Fluids, characterized in that

a) that a first device (24, 28) for flow through of the fluid to be cooled in indirect heat transfer relationship with a heat absorbing liquid with a high heat transfer coefficient for absorption of heat from the fluid to be cooled is provided,

b) that a second device (18; 64) for flow through of air in indirect heat transfer relationship with the fluid to be cooled for intake of additional heat from the fluid at the same time

18θ01§/β69818θ01§ / β698

with the passage of the fluid to be cooled in!

Heat exchange relationship with the heat absorbing i

Liquid is provided,

c) that a third device (16) designed for connection to the first device is provided, to receive the heated heat absorbing liquid and put it into the air of the second device to be sprayed in accordance with the temperature and heat load conditions in order to

cooling the heat absorbing liquid by j

To cause evaporation of a portion of the heat-absorbing liquid and

d) that a device (22, 58, 20, 48) is provided, to collect the cooled heat absorbing liquid and the first means for cooling to supply additional quantities of fluids to be cooled.

2. System according to claim 1, characterized in that that the third device is constructed and arranged so that the heated heat-absorbing Liquid is sprayed into the air before it is in indirect heat transfer relationship with the air cooling fluid occurs and that entrainment of droplets of heat absorbing liquid in the air is avoided. ,

3. System according to claim 1 or 2, characterized in that the first device is a control device contains to prevent a flow of heat absorbing liquid in indirect heat transfer relationship with the fluid to be cooled when

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the air temperature and / or the heat load is low enough to allow the cooling to be cooled To effect fluids.

4. System according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the first device a plurality of first elongate hollow parts and that the second means comprises a plurality of second elongate hollow parts and that each second elongate hollow part telescopically in one first elongated hollow part is arranged and therebetween a fluid flow path for the fluid to be cooled is formed.

5. System according to claim 4, characterized in that that the first elongated hollow parts have a polygonal cross section and a plurality of spaced apart mutually spaced parallel passages and that in each spaced passage a second elongated hollow part is inserted telescopically.

6. System according to claim 5, characterized in that that enlarged from the opposite surfaces of the first elongated hollow parts Extending surface elements away.

7. System according to claim 6, characterized in that that the enlarged surface elements are formed from the mass of the first elongated hollow elements are.

130611/668*130611/668 *

8. Heat exchanger, characterized in that

a) that a plurality of spaced apart first elongated hollow parts is provided,

b) that each first elongate hollow part has enlarged surface elements, at least of part of its outer surface protruding,

c) that a plurality of second elongate hollow parts are provided, each of which is a first elongate Associated hollow part and in an associated first

- Hollow part are arranged to have a first therebetween Determine fluid flow path,

d) that every second elongate hollow part defines a second fluid flow path, I.

e) that a first inlet connection device is connected in such a way that it removes the fluid to be cooled from a source of fluid and having the first fluid flow paths for conducting fluid to be cooled Fluid is connected in order to deliver it to them,

f) that a second inlet port means is connected so that it receives a heat absorbing fluid cooler from a source heat absorbing fluid and so will be the second in all the through current paths that the cool Wärmabsorptionsflüssigkeit flows in indirect heat exchange relationship for cooling the fluid to be cooled,

g) that a first outlet port means is connected so that it is from each first fluid flow passage absorbs cooled fluid to be cooled

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and is connected so that the cooled fluid to be cooled is delivered to a place of use or storage,

h) that a second outlet port means is connected to every other fluid flow path,

i) that means for directing air transversely to the first elongate hollow parts for receiving Heat is provided by these, and

j) that a spray device with the second outlet connection device is connected to receive the heated heat absorbing liquid and to transverse it into the air stream prior to its passage to spray the first elongated hollow parts, so that the heat absorbing liquid by evaporation of a portion is cooled and recirculated to the second inlet port means will.

9. Heat exchanger according to claim 8, characterized in that a valve device is provided is to stop the flow of heat absorbing liquid to the sprayer when the air temperature is such that sufficient heat is extracted from the first elongated hollow parts, to cool the fluid to be cooled to a predetermined value.

ΊΟ. Heat exchanger according to Claim 9, characterized in that each first elongate hollow part substantially rectangular cross-section and a plurality of spaced-apart parallels Has passages and that in each case a second elongate part from the plurality of hollow parts is arranged

is that the second fluid flow paths are defined therebetween.

11. Heat exchanger according to claim 10, characterized in that g e k e η η indicates that spacing means are provided around every other elongate hollow member in spaced relationship to hold to the walls of the associated passage of the first elongated hollow part.

12. Heat exchanger according to claim 8, characterized in that the enlarged surface elements are ribs formed integrally with the first elongate hollow members.

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