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@@nlvorrichtung für älimaanlagen od. dgl. sowie
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@arit durchzuführendes Kühlverfahren Die Erfindung betrifft eine
Kühlvorrichtung für Klimaanlagen od. dgl., insbesondere für Verdunstungskühler,
mit ein Gehäuse durchziehendem Luftstrom und in diesen einrag@ndem Rohrschlangensystem
eines Primärkreislaufes, wel-@@es in einem Sprühraum von einer Sprüheinrichtung
eines @ekundärkreislaufes überspannt sowie oberhalb einen @ahmebeckens für gegebenenfalls
beheiztes Sekundärwasser angeordnet ist. Zudem erfaßt die Erfindung ein damit d@rch-@@führendes
Kühlverfahren.
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@ühlvorrichtungen dieser Art sind ebenso allgemein bekannt wie diesen
anhaftende Schwierigkeiten, solche Vorrichtunton bei Winterbetrieb vor Frostschäden,
nämlich durch einrierendes Wasser geplatzte f?ohrschlangensysteme, zu schätzen.
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är en Betreiber einer solchen Anlage entstehen dann hohe epartaur-
und Ausfallkosten. So bedarf ein dem Winterbetrieb unterworfenes Gerät besonderer
Zusatzeinrichtungen, die e@ es bei längerem Stillstand vor dem Einfrieren schützen.
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Zur Verhinderung von Frostschäden wird beispielsweise der Primärkreislauf
mit einer 40%igen Äthylengiycol Wassermischung gefüllt, deren Gefrierpunkt bei -26,70
C liegt. Schon das Einhalten eines genauen Mischungsverhältnisses ist hier problematisch.
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Der Sekundärkreislauf wird hier elektrisch beheizt, und zwar mittels
im Sumpfwasser der Bodenwanne als Aufnahmebecken vorgesehener Heizpatronen; diese
beheiz?n das Wasser elektrisch, wenn bei ruhender Anlage die Wassertemperatur unter
+80 C fällt. Ebenso steht die Frischwasserzuführung unter dem Einfluß einer elektrischen
Begleitheizung.
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enn das Gerät voll in Betrieb ist, darf die Wasseraustrittstemperatur
aus dem Rohrschlangensystem unter Berücksichtigung einer Luftaußentemperatur von
-15° C nicht unter +8° C fallen. Zumeist reicht dann die vom Rohrschlangensystem
abgegebene Wärme nicht mehr aus, den von einer Pumpe bewegten Sekundärkreislauf
vor Einfrieren zu schützen. Auch wenn der Lüfter allein bei Luftaußenteperaturen
unter 0° C betrieben wird, kann das in der Wanne angesammelte Wasser trotz standardmäßiger
Heizung einfrieren. Um dies wirkungsvoll zu verhindern, müßte eine Wannenheizung
so ausgelegt werden, daß sie zu einem erheblichen Energieverbraucher wird, was jeder
Energiesparmaßnahme zuwiderlaufen wiirde.
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cine weitere Möglichkeit, dem Einfrieren entgegenzuwirken, glaubte
man, darin zu sehen, das Sekundärwasser in den Wintermonaten einfach abzulassen,
wodurch
die Pumpe im Sekundärkreislauf stillgelegt werden kann.
Dieser Vorgang mag auch automatisiert werden; fällt die Luftaußentemperatur auf
0° C ab, wird das Wannenwasser selbsttätig abgelassen und die Pumpe gesperrt. Bei
Anstieg auf +40 C wird das Wasser zugespeist und die Sperrung der Pumpe nach Erreichen
de@ vorgeschriebenen Wannenspiegels wieder aufgehoben.
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se Verfahrensweise bedingt einen sehr hohen Wasserve rbrauch, wobei
zudem das Wasser im Rohrschlangensystem immer noch einfrieren kann.
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Bekannt ist es auch, das Wasser aus Primär- und Sekundärk@@islauf
bei Betriebsruhe in ein Reservoir zu führen, das in einem warmen Raum des mit der
Kühlvorrichtung versehenen Gebäudes untergebracht ist; allerdings ist das hierzu
erforderliche Gebäudevolumen meisten nicht vorhanden.
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Auch ist es bekannt, die Zu- und Abluftöffnungen des Gehäuses mit
elektrisch betätigten Klappen auszurüsten; das Gehäuseinnere wird dann durch die
Wärmeabgabe des elektrisch beheizten Wassers in der Bodenwanne des Sekundärkreislaufs
auf Plustemperaturen gehalten.
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Die vorbeschriebenen Maßnahmen sind wartungsintensiv, teuer und sie
versagen, wenn Komponenten -- beispielsweise die elektrischen Stellmotoren -- ausfallen.
Die Entleerung des Systems erfolgt oft nur ungenügend oder gar nicht. Äthylenglycol
muß -- wie gesagt -- in seinem .ischungsverhältnis konstant gehalten werden, abgesehen
on toxischen Nachteilen, die allenAntifrostmitteln eigen sind.
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So kann es nicht verwundern, wenn trotz vorgesehener Maßnahmen immer
wieder Rohrschlangensysteme durch einfrierendes Wasser platzen. Eine Reparatur an
Ort und Stelle ist nur vereinzelt möglich. Schadensfälle enden in der Regel damit,
daß ein völlig neues Rohrschlangensystem eingebaut werden muß mit den bekannten
hohen Kosten für Demontage, Kranstellung und Neuinstallation.
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Angesichts dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt,
eine Kühlvorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit der ein sicherer
und wassersparender Winterbetrieb möglich ist und die auch bei Minusgraden problemlos
arbeitet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe führt ein in der Kühlvorrichtung vom Aufnahmebecken
für das Sekundärwasser getrennter Wasserbehälter, der Teil des geschlossenen Primärreislaufes
ist. Dabei soll das Aufnahmebecken für das Sekundärwasser wenigstens eine gemeinsame
Fläche mit dem Wasserbehälter aufweisen; bevorzugt dienen als gemeinsame Flächen
wenigstens eine Querwand oder/und ein Kastenboden.
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In dieser Kühlvorrichtung ist also -- neben dem Aufnahme becken für
das Sekundärwasser -- ein zweiter Wasserbehälter vorgesehen, der den Wasserinhalt
des Rohrschlangensystems beim Stillsetzen der Primärkreislaufpumpe aufnimmt; das
Rohrschlangensystem läuft hier stets völlig leer, wenn die Pumpe abschaltet. Dies
kann geschehen, wenn a) keine Wärme (Kühlwasser) durch nachgeschaltete Maschinen
abzuführen ist oder b) die Temperatur des Kühlwassers unter eine vorgewählte Wassertemperatur
(z.B. +80 C) abfällt.
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Bei abgeschalteter Primärpumpe wird das Wasser des ohrschlangensystems
immer in den beschriebenen Wasserbehälter auslaufen und dort oberhalb des Gefrierpun
tes gehalten, was erfindungsgemäß durch Heizelemente im Wasserbehälter oder in einfacher
Weise z. B. durch Wärme austausch mit angrenzenden getrennten Wassersümpfen höheren
Temperaturniveaus geschehen kann. Hierzu hat es sich als günstig erwiesen, daß der
Wasserbehälter zumindest eine gemeinsame Begrenzungsfläche mit jenem Aufnahmebecken
für das Sekundärwasser besitzt, wobei dieser Gehäusekasten ausgebildete Aufnahmebecken
wenigstens ein Pumporgan für den Sekundärkreislauf umgeben kann.
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Im Rahmen der Erfindung liegt es, daß der Wasserbehälter von einer
Bodenwanne gebildet ist, in welche jener Gehäusekasten einragt. Bevorzugt ist die
Bodenwanne durch ein Deckelblech vom Sprühraum der Kühlvorrichtung getrennt, wobei
das Deckelblech eine Auffangfläche für Sekundärwasser bildet, welcher der Gehäusekasten
als Sammelraum zugeordnet ist.
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Zur Verbesserung der Tropfen führung kann das Deckelblech zum Gehäusekasten
hin geneigt verlaufen, derbevorzugt von einem Deckel überspannt -- Einlauflöcher
für Sekundärwasser aufweist.
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Von besonderer Bedeutung ist eine an der höchsten Stelle des Rohrschlangensystems
vorgesehene Entlüftung, wozu vorteilhaft wenigstens ein in der geschlossenen Bodenwanne
mündendes Registerrohr vorgesehen und mit dem Rohrschlangensystem zur Aufnahme des
Primärwasser verbunden ist. Dieses Registerrohr verläuft bevorzugt
innerhalb
des Gehäuses und mündet vorteilhaft oberhalb des vom Primärwasser gebildeten Sumpfes.
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Zudem ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung das an der höchsten
Stelle des Primärkreislaufs ansetzende Registerrohr an das Rohrschlangensystem mittels
eines Krümmers angeschlossen.
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Hierdurch kann das Wasser ohne besondere Belüftungssysteme aus dem
Rohrschlangensystem abfließen. Im Betrieb wird etwas Primärwasser zur Bodenwanne
gelangen, und nach dem Siillsetzen der Primärwasserpumpe drückt Luft nach. Im Kreislauf
ist immer wieder dieselbe Luft vorhanden, wenn jene Bodenwanne geschlossen ausgeführt
wird - von einem möglichen Ausgleichsloch zur Außenseite hin abgesehen.
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So wird als Nebenerscheinung dank des schnellen Verbrauchs des Sauerstoffes
der "stehenden" Luft Korrosion im Rohrschlangensystem auf ein Minimum reduziert.
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Dank der beschriebenen Ausführung entfällt auch ein sonst unerläßliches
Ausdehnungsgefäß für diesen Kreislauf, was zu weiteren wesentlichen Einsparungen
führt.
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Im Rahmen der Erfindung liegt auch,dalS zur Verhinderung von Strudelbildung
der Abstand des Kastenbodens des Gehäusekastens von der Bodenplatte des Gehäuses
geringer ist als die mittlere Höhe des Wannenraumes, und daß sich unterhalb des
Kastenbodens der Anschluß für die Steigleitung des Rohrschlangensystems befindet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich noch dadurch aus, daß
das Primärwasser dem Rohrschlangensystem entnommen und im Gehäuse der Kühlvorrichtung
oberhalb des Gefrierpunktes gehalten wird, wobei bevorzugt zwischen dem Wasser in
der Bodenwanne einerseits und dem Wasser im Gehäusekasten anderseits ein Wärmeaustausch
stattfindet.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Efindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie
anhand der Zeichnung; diese zeigt in ihrer einzigen Figur den Längsschnitt durch
eine Kühlvorrichtung.
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Ein Verdunstungskühler 1 auf einem Fundament 2 weist über einer rechteckigen
Bodenplatte 3 ein quaderförmiges Gehäuse 4 aus einer Armaturenfront 5, Seitentafeln
6 und einer Lüfterwand 7 auf; letztere trägt an einem Anbaustutzen 8 einen nur teilweise
erkennbaren Radiallüfter 9, welcher über einen -- unter einem Schutzgitter 10 verborgenen
-- Rjgnentrieb mit einem Drehstrom-Kurzschlußläufer-Motor 11 verbunden ist.
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An der Armaturenfront 5 befindet sich nahe der Bodenplatte 3 ein Frischwasseranschluß
12 und ein nicht erkennbarer überlauf mit automatischer Wasserabschlämmung. Der
Frischwasseranschluß 12 ist mit einem an der Oberfläche bzw. dem Spiegel 13 eines
Wassersumpfes 14 sichtbaren Schwimmer 15 verbunden, der einen Mengenregler steuert;
denn jener Frischwasseranschluß 12 mündet in einen geschlossenen Gehäusekasten 20,
in dessen Innenraum 21 eine Pumpe 50 zu erkennen ist.
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Der Gehäusekasten 20 sitzt in einem Abstand k über der Bodenplatte
3 an der Armaturen front 5 und wird von Abschnitten der Armaturenfront 5 sowie den
Seitenfafeln 6, von einer Querwand 22 und einem Kastenboden 23 begrenzt.
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Den Innenraum 21 überspannt ein Deckel 24 mit Einlauflöchern 25 für
Sprühwasser.
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Dieser Gehäusekasten 20 ragt in den Wannenraum 31 einer vom unteren
Teil des Gehäuses 4 und von dessen Bodenplatte 3 gebildeten Bodenwanne 30 ein, in
der sich nahe der Bodenplatte 3 Heizpatronen 29 od. dgl. Heizelemente befinden.
Der Wannenraum 31 wird nach oben hin von einem Deckelblech 33 geschlossen, das zum
Deckel 24 des Gehäusekastens 20 hin geneigt verläuft.
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In einem Abstand h über der Bodenplatte 3 des Wannenraumes 31 verläuft
ein mehrstöckiges Rohrschlangensystem 40 aus vollwandigen Stahlrohren. Es ist bevorzugt
längsweise geneigt ausgeführt. Über dem Rohrschlangensystem 40 sind Sprührohre 51
vorgesehen und durch eine Steigleitung 52 an jene Pumpe 50 angeschlossen. Diese
zieht aus dem Gehäusekasten 20 Wasser für einen sogenannten Sekundärkreislauf W2
ab und drückt es in jener Steigleitung 52 zu Düsen 53 des Sprührohres 51, wo es
versprüht wird und kühlend über das Rohrschlangensystem 40 rieselt. Die Wasserpartikel
bewegen sich dabei im Gegenstrom zu der gemäß Pfeil x aufsteigenden Luft. Das fallende
Wasser W2 sammelt sich auf dem Deckelblech 30 und fließt durch die Einlauflöcher
24 zurück in den Gehäusekasten 20.
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Dieser sogenannte Sekundärkreislauf ist ein offener Kreislauf für
Kühlwasser W2, das mit der Luft durch Versprühen in einem -- von Tropfenabscheiderprofilen
30 überspannten -- Sprühraum 39 des Verdunstungskühlers 1 in Berührung kommt. Hierbei
entstehen Wasserverluste durch Verdunstung und Abschlämmung.
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Jenes Rohrschlangensystem 40 ist Teil eines geschlossenen Kreislaufes
für zu kühlendes Wasser ohne nennenswerte Wasserverluste; dieser soll hier als Primär-Kreislauf
W1 bezeichnet werden.
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Das zu kühlende Wasser des Primärkreislaufs W1 tritt i@ gewählten
Ausführungsbeispiel unter dem Druck eier Pumpe 41 durch den Kondensator 42 einer
nicht gezeigten Kältemaschine über ein Steigrohr 43 sowie einen Sammler 44 in das
Rohrschlangensystem 40 ein und verläßt dieses nach Durchlaufen eines weiteren Sammlers
45 durch ein Fallrohr 46. Sowohl dieses als auch das von einem Auslaufstutzen 47
ausgehende Steigrohr 43 sind an den Wannenraum 31 angeschlossen.
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Der Abstand i zwischen dem Spiegel 34 eines im Normalbetrieb in der
Bodenwanne 30 stehenden Primärwassersumpfes 35 und der Bodenplatte 3 ist etwas größer
als deren Abstand k vom Gehäusekasten 20. Gegebenenfalls auStretende Primärwasserverluste
werden durch nicht dargestellte Kontrollelemente für den Spiegel 34 angezeigt.
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Wird die erwähnte Pumpe 50 des Primärkreislaufs W1-beispielsweise
im Winter -- abgeschaltet, läuft das Rohrschlangensystem 40 leer; das ausfließende
Wasser gelangt zusätzlich in den Wannerraum 31 und erzeugt dort einen Wasserspiegel
34 im Abstand e über dem Normalspiegel 34. Diese zusätzliche Wassermenge 36 wird
durch dii Heizpatronen 29 thermostatisch gesteuert bei etwa +7°C gehalten, kann
also nicht einfrieren.
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Ruch das Sekundärwasser W2 ~~ dessen Spiegel 31 nach dem Ablassen
des Wassers W2 aus seinen Rohren 51, 52 bis zur Linie 31w steigt -- ist hier stets
ausreichend erwärmt; denn angrenzende Flächen 22, 23 geben Wärme des Primärwassers
W ab, so daß dieses Sekundärwasser W2 bzw. 14 sogar ohne den in der Zeichnung angedeuteten
zusätzlich
schützenden Deckel 24 im Gehäusekasten 20 ausreichend warm gehalten werden kann,
wen die Anlage ohne Wasserbesprühung, d. h. nur mit Luft, betrieben wird. Auch bei
einer Stillegung des gesamter. Verdunstungskühlers 1 reicht die elektrische Heizung
29 des Primärkreislaufs W1 aus, das Wasser des Sekundärkreislaufs h2 im Gehäusekasten
20 frostfrei zu halten.
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Damit das Primärwasser W1 aus dem Rohrschlangensystem 40 abfließen
kann, soll -- beispielsweise durch ein Belüftungsventil 59 -- möglichst an der höchsten
Stelle Luft nachströmen. Da jedoch Belüftungsventile an sich störungsanfällig sind,
geht hier ein Registerrohr 60 von der höchsten Stelle aus, nämlich vom Sammler 44,
an den jenes Registerrohr 60 mittels eines sich aufwärts krümmenden Bogens 61 aufgesetzt
ist. Vom obenliegenden Sammler 44 des Primärkreislaufs W1 verläuft das -- im gewählten
Ausführungsbeispiel schrägliegende -- Registerrohr 60, durch das Deckelblech 33
in die Bodenwanne 30, wo es oberhalb des Wasserspiegels 34w mündet. Im Betrieb wird
etwas Wasser direkt zum Wannenraum 31 fließen. Beim Stillsetzen strömt Luft nach,
so daß sich das Rohrschlan-3system 40 mit Sicherheit völlig entleert.
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Die Anordnung des Gehäusekastens 20 über dem Auslaufstutzen 47 des
Wannenraumes 31 in dem gegenüber der mittleren Raumhöhe n geringen Abstand k von
der Bodenplatte 3 vermindert dort die Strudelbildung.
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L e e r s e i t e