EP2397805A2 - Device for re-cooling of heat transfer media and coolants used in cooling technology and liquid coolers and cold recovery in ventilation technology - Google Patents

Device for re-cooling of heat transfer media and coolants used in cooling technology and liquid coolers and cold recovery in ventilation technology Download PDF

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EP2397805A2
EP2397805A2 EP11004985A EP11004985A EP2397805A2 EP 2397805 A2 EP2397805 A2 EP 2397805A2 EP 11004985 A EP11004985 A EP 11004985A EP 11004985 A EP11004985 A EP 11004985A EP 2397805 A2 EP2397805 A2 EP 2397805A2
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heat exchanger
heat
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cooling
air
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Heinz-Dieter Hombücher
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D5/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, using the cooling effect of natural or forced evaporation
    • F28D5/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, using the cooling effect of natural or forced evaporation in which the evaporating medium flows in a continuous film or trickles freely over the conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28C—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA COME INTO DIRECT CONTACT WITHOUT CHEMICAL INTERACTION
    • F28C3/00—Other direct-contact heat-exchange apparatus
    • F28C3/06—Other direct-contact heat-exchange apparatus the heat-exchange media being a liquid and a gas or vapour
    • F28C3/08—Other direct-contact heat-exchange apparatus the heat-exchange media being a liquid and a gas or vapour with change of state, e.g. absorption, evaporation, condensation

Definitions

  • the invention relates to a method for reducing the air volume flow in the recooling of heat transfer fluids and working fluids from refrigeration and liquid cooling and cooling recovery in ventilation technology from an air stream according to claim 1 and a device with a plurality of air streams, which are combined to form an air stream according to claim 2.
  • DE 202 21 407 U1 (also DE 101 40 279 A1 ) describes a device for the recooling of coolants or recooling media or for cooling.
  • the known recooling devices such as, for example, a cooling tower, hybrid coolers or dry coolers, are just as single-stage as a device that is designed in accordance with DE 202 21 407 U1 is constructed.
  • the said recooling devices require a large airflow. For this reason, in the device according to DE 202 21 407 U1 the air flow is supersaturated with aerosols, which then change the physical state in the heat exchanger and evaporate under heat extraction, which can lead to a reduction of the air volume flow.
  • the water absorption of the air is limited by its saturation state.
  • the surface of the heat exchanger can not be wetted with water.
  • it is not usable for the evaporation of water.
  • a division or an adjustment of the recooling of the individual heat exchanger by admixture of at least one air flow is not possible.
  • the object of the invention is to cool the air flow as far as possible by evaporative cooling before entering the first heat exchanger and cool the air again by evaporative cooling before entering the at least one other heat exchanger and the heat exchanger surface also during the further course of the re-cooling of heat transfer and working fluids from refrigeration by moistening the heat exchanger surface for the energy extraction to use.
  • the object is achieved in a method according to the features of claim 1 and in a device according to the features of claim 2.
  • the recooling of heat transfer fluids and agents with a multi-stage process of humidification and wetting the heat exchanger surface with water by the air is cooled before entering the first heat exchanger by evaporative cooling, then the air is reheated by at least one other heat exchanger and then removes the heat exchanger surface by wetting with water also the heat carrier or the working fluid further energy. It is particularly advantageous if the air from the first heat exchanger is heated so far that the air temperature after the first heat exchanger is higher than the air intake temperature of the first shipsbefeuchtungs thanks.
  • the heat transfer medium enters the recooling device when the last heat exchanger in the direction of air flow a, then flows through each further series-connected heat exchanger and leaves the recooling device at the air inlet of the first heat exchanger.
  • the invention is designed in a preferred construction by a series of heat exchangers and humidifiers in an air flow which is passed through a channel. To increase performance and control the energy output of individual heat exchangers, one or more air flow rates can be mixed in a preferred manner.
  • FIG. 1 the preferred arrangement with two humidifiers 1 and 3, two heat exchangers 2 and 5 and a wetting device 4 is shown.
  • FIG. 2 the preferred arrangement is shown with two humidifiers 1 and 3, two heat exchangers 2 and 5, a wetting device 4 and a connecting pipe 6 between the heat exchangers 2 and 5 in a circuit according to the countercurrent principle.
  • FIG. 3 the preferred arrangement with two humidifiers 1 and 3, two heat exchangers 2 and 5 two wetting devices 4 and 9 is shown.
  • FIG. 4 the preferred arrangement is shown with three humidifiers 1, 3 and 7, three heat exchangers 2, 5 and 8, two wetting devices 4 and 9 and a connecting pipe 6 between the heat exchangers 2 and 5 in a countercurrent circuit.
  • FIG. 5 the preferred arrangement is shown with two humidifiers 1 and 3, two heat exchangers 2 and 5, two wetting devices 4 and 9 and a connecting pipe 6 between the heat exchangers 2 and 5 in a countercurrent circuit.
  • This arrangement is designed for the operation of a liquid chiller with free cooling.
  • the heat transfer medium flows through the heat exchanger 5, the pipeline 6, a valve 13, the heat exchanger 2 and a valve 12 to dissipate the condensation energy at warm air intake temperatures.
  • a valve 10, a valve 11 and a valve 15 are closed here.
  • the heat transfer medium to be cooled flows through a valve 14 is cooled by the liquid cooler and exits via a pipe 16 again.
  • the fluid 2 is pre-cooled with the heat exchanger 2, the so-called free cooling takes place.
  • the valves 14, 13 and 12 are closed and valves 11 and 15 are opened.
  • the condensation energy is removed via the heat exchanger 5 by the valve 10 is opened.
  • FIG. 8 For example, the preferred arrangement with two humidifiers 1 and 3, two heat exchangers 2 and 5, two humidifiers 4 and 9 and the piping 6 connecting the devices between the heat exchangers 2 and 5 are shown in parallel operation in a circuit.
  • This arrangement is designed for the operation of a liquid chiller for high energy output to the air flow.
  • the air By means of the heat exchanger 2, the air is heated, so that they can absorb more water after the heat exchanger 2 by means of the humidifier 3 again.
  • the heat transfer in the following stage is, as before, improved by the wetting device 1 on the heat exchanger 2 in turn by the wetting device 3 on the heat exchanger 5.
  • FIG. 9 a closed cooling tower 18 is shown, which has a cooling water device 19, an air supply 20, which generates a cooling air flow K, and a standard heat exchanger 21.
  • the cooling water device 19 is provided as standard with a fresh water supply, an overflow and a discharge device.
  • the standard heat exchanger 20 is preferably sprinkled by means of a sprinkler 22 with supplied or separated from the cooling air flow K water and thus recovers the energy from the heat transfer or working fluid from the refrigeration for the cooling tower 18 to be cooled plant 24.
  • the heat carrier is in a closed heat transfer circuit 23 and is provided with a corresponding pump and control 25.
  • an additional heat exchanger 2 is arranged above the sprinkler 22 (also in FIG FIG. 4 shown as heat exchanger 2).
  • a moistening device 3 and, according to the invention, a further heat exchanger 5 (also in FIG FIG. 4 shown as heat exchanger 5).
  • the heat exchanger 2 is connected by means of a pipe 26 and a three-way valve 28 to the heat transfer circuit 23 of the cooling tower 18.
  • the heat exchanger 5 is connected by means of a pipe 27 and a three-way valve 29 to the heat transfer circuit 23 of the cooling tower 18.
  • the moistening device 3 is connected by means of a pipe 30 to a water outlet of the cooling water device 19 and is thus supplied with existing already in the system moistening water.
  • the cooling tower 18 can be better utilized. Either higher power can be guaranteed. Furthermore, the cooling tower can be made smaller. But above all, the power consumption of the air supply 20 can be significantly reduced, since by means of the additional heat exchanger 2, 5 in the leadership of the cooling air flow significantly improved cooling of the heat carrier succeeds.

Abstract

The method involves moistening air volume flow produced from a heat exchanger (2), and supplying the air volume flow to another heat exchanger (5). A direct humidification of a surface of the former heat exchanger is carried out by a humidification device (4) for increasing cooling effect. Evaporation of surface humidification is carried out in the former heat exchanger, where humidity is transported from the latter heat exchanger by the air volume flow. The former heat exchanger is connected downstream of the latter heat exchanger in an air channel. An independent claim is also included for a device for reducing air volume flow.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringerung des Luftvolumenstromes bei der Rückkühlung von Wärmeträgern und Arbeitsstoffen aus der Kältetechnik und Flüssigkeitskühlern sowie Kälterückgewinnung in der Lüftungstechnik aus einem Luftstrom nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung mit mehreren Luftströmen, die zu einem Luftstrom zusammengeführt werden nach Anspruch 2.The invention relates to a method for reducing the air volume flow in the recooling of heat transfer fluids and working fluids from refrigeration and liquid cooling and cooling recovery in ventilation technology from an air stream according to claim 1 and a device with a plurality of air streams, which are combined to form an air stream according to claim 2.

Die Rückkühlung von Wärmeträgern und Arbeitsstoffen aus der Kältetechnik vor dem erneuten Einsatz für den Wärmetransport findet in der Regel über so genannte Trockenkühler und Kühltürme statt.The recooling of heat transfer fluids and working fluids from refrigeration before reuse for heat transport usually takes place via so-called dry coolers and cooling towers.

In diesem Zusammenhang ist in DE 202 21 407 U1 (auch DE 101 40 279 A1 ) eine Vorrichtung zur Rückkühlung von Kühlmitteln oder Rückkühlmedien oder zur Kältegewinnung beschrieben. Die bekannten genannten Rückkühleinrichtungen, wie zum Beispiel ein Kühlturm, Hybridkühler oder Trockenkühler, sind ebenso einstufig wie eine Vorrichtung, die gemäß DE 202 21 407 U1 aufgebaut ist. Die genannten Rückkühleinrichtungen benötigen dabei einen großen Luftvolumenstrom. Aus diesem Grund wird in der Vorrichtung gemäß DE 202 21 407 U1 der Luftstrom mit Aerosolen übersättigt, die dann im Wärmeaustauscher den Aggregatzustand ändern und unter Wärmeentzug verdampfen, was zu einer Reduzierung des Luftvolumenstromes führen kann.In this context is in DE 202 21 407 U1 (also DE 101 40 279 A1 ) describes a device for the recooling of coolants or recooling media or for cooling. The known recooling devices, such as, for example, a cooling tower, hybrid coolers or dry coolers, are just as single-stage as a device that is designed in accordance with DE 202 21 407 U1 is constructed. The said recooling devices require a large airflow. For this reason, in the device according to DE 202 21 407 U1 the air flow is supersaturated with aerosols, which then change the physical state in the heat exchanger and evaporate under heat extraction, which can lead to a reduction of the air volume flow.

Aus dem beschriebenen Stand der Technik ist die Wasseraufnahme der Luft begrenzt durch deren Sättigungszustand. Bei der Vorrichtung nach DE 202 21 407 U1 kann hierbei nicht die Oberfläche des Wärmeaustauschers mit Wasser benetzt werden. Somit ist sie für die Wasserverdunstung nicht nutzbar. Außerdem ist eine Aufteilung oder auch eine Anpassung der Rückkühlleistungen der einzelnen Wärmeaustauscher durch Beimischung von mindestens einem Luftvolumenstrom nicht möglich.From the described prior art, the water absorption of the air is limited by its saturation state. In the device according to DE 202 21 407 U1 In this case, the surface of the heat exchanger can not be wetted with water. Thus, it is not usable for the evaporation of water. In addition, a division or an adjustment of the recooling of the individual heat exchanger by admixture of at least one air flow is not possible.

Aufgabe der Erfindung ist es den Luftvolumenstrom möglichst weit durch Verdunstungskälte vor Eintritt in den ersten Wärmeaustauscher abzukühlen und während des weiteren Verlaufs der Rückkühlung von Wärmeträgern und Arbeitsstoffen aus der Kältetechnik die Luft erneut durch Verdunstungskälte vor Eintritt in den mindestens einen weiteren Wärmeaustauscher abzukühlen und die Wärmeaustauscherfläche ebenfalls durch befeuchten der Wärmeaustauscheroberfläche für den Energieentzug zu nutzen.The object of the invention is to cool the air flow as far as possible by evaporative cooling before entering the first heat exchanger and cool the air again by evaporative cooling before entering the at least one other heat exchanger and the heat exchanger surface also during the further course of the re-cooling of heat transfer and working fluids from refrigeration by moistening the heat exchanger surface for the energy extraction to use.

Die Lösung der Aufgabe gestaltet sich in einem Verfahren nach den Merkmalen von Anspruch 1 und in einer Vorrichtung nach den Merkmalen von Anspruch 2.The object is achieved in a method according to the features of claim 1 and in a device according to the features of claim 2.

Dabei wird zur Rückkühlung von Wärmeträgern und Arbeitsstoffen mit einem mehrstufigen Verfahren der Luftbefeuchtung und Benetzung der Wärmeaustauscherfläche mit Wasser, indem die Luft vor Eintritt in den ersten Wärmeaustauscher durch Verdunstungskühlung abgekühlt wird, anschließend die Luft durch mindestens einen weiteren Wärmeaustauscher erneut erwärmt und danach entzieht die Wärmeaustauscheroberfläche durch Benetzung mit Wasser ebenfalls dem Wärmeträger oder dem Arbeitsstoff weitere Energie. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Luft vom ersten Wärmeaustauscher soweit erwärmt wird, dass die Lufttemperatur nach dem ersten Wärmeaustauscher höher ist als die Luftansaugtemperatur der ersten Luftbefeuchtungseinrichtung.In this case, the recooling of heat transfer fluids and agents with a multi-stage process of humidification and wetting the heat exchanger surface with water by the air is cooled before entering the first heat exchanger by evaporative cooling, then the air is reheated by at least one other heat exchanger and then removes the heat exchanger surface by wetting with water also the heat carrier or the working fluid further energy. It is particularly advantageous if the air from the first heat exchanger is heated so far that the air temperature after the first heat exchanger is higher than the air intake temperature of the first Luftbefeuchtungseinrichtung.

Eine vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich nach Anspruch 2 durch Beimischung von mindestens einem weiteren Luftvolumenstrom nach dem ersten beziehungsweise weiteren Wärmeaustauschern.An advantageous development results according to claim 2 by admixing at least one further air volume flow after the first or further heat exchangers.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich nach Anspruch 3 durch Schaltung des Wärmeträgerstromes in Reihe nach dem Gegenstromprinzip. Der Wärmeträger tritt dabei in die Rückkühleinrichtung beim in Luftrichtung letzten Wärmeaustauscher ein, durchströmt dann jeden weiteren in Reihe geschalteten Wärmeaustauscher und verlässt die Rückkühleinrichtung beim Lufteintritt des ersten Wärmeaustauschers. Die Erfindung gestaltet sich in bevorzugter Bauweise durch eine Anreihung von Wärmeaustauschern und Befeuchtungseinrichtungen in einem Luftvolumenstrom der durch einen Kanal geführt wird. Zur Leistungssteigerung und Regelung der Energieabgabe einzelner Wärmeaustauscher können in bevorzugter Weise ein oder mehrere Luftvolumenströme beigemischt werden können.A further advantageous development results according to claim 3 by switching the heat transfer stream in series according to the countercurrent principle. The heat transfer medium enters the recooling device when the last heat exchanger in the direction of air flow a, then flows through each further series-connected heat exchanger and leaves the recooling device at the air inlet of the first heat exchanger. The invention is designed in a preferred construction by a series of heat exchangers and humidifiers in an air flow which is passed through a channel. To increase performance and control the energy output of individual heat exchangers, one or more air flow rates can be mixed in a preferred manner.

Die Ausgestaltung des Verfahrens kann gemäß den jeweils vorliegenden Erfordernissen nachfolgend angepasst werden:

  1. 1. In Luftrichtung angeordnet einen Luftbefeuchter für die Verdunstungskühlung, anschließend ein Wärmeaustauscher, ein Luftbefeuchter für die Verdunstungskühlung die und eine Vorrichtung zur Benetzung des nachfolgenden Wärmeaustauschers mit Wasser.
  2. 2. In Luftrichtung angeordnet einen Luftbefeuchter für die Verdunstungskühlung, eine Vorrichtung zur Benetzung des nachfolgenden Wärmeaustauschers mit Wasser, anschließend ein Wärmeaustauscher, ein Luftbefeuchter für die Verdunstungskühlung die und eine Vorrichtung zur Benetzung des nachfolgenden Wärmeaustauschers mit Wasser.
  3. 3. Eine Anordnung in Luftrichtung von mindestens drei Luftbefeuchtungseinrichtungen und mindestens drei Wärmeaustauschern sowie mindestens eine Vorrichtung zur Benetzung eines nachfolgenden Wärmeaustauschers mit Wasser.
  4. 4. Eine Anordnung in Luftrichtung von mindestens zwei Luftbefeuchtungseinrichtungen und mindestens zwei Wärmeaustauschern sowie mindestens einer Vorrichtung zur Benetzung eines nachfolgenden Wärmeaustauschers mit Wasser sowie mindestens eine Vorrichtung zur Beimischung eines Luftvolumenstroms nach dem ersten Wärmeaustauscher zur Regelung der Leistung des nachfolgenden Wärmeaustauschers.
The configuration of the method can be adapted according to the respective requirements below:
  1. 1. In the air direction arranged a humidifier for the evaporative cooling, then a heat exchanger, a humidifier for evaporative cooling and a device for wetting the subsequent heat exchanger with water.
  2. 2. In the air direction arranged a humidifier for evaporative cooling, a device for wetting the subsequent heat exchanger with water, then a heat exchanger, a humidifier for evaporative cooling and a device for wetting the subsequent heat exchanger with water.
  3. 3. An arrangement in the direction of air of at least three humidifiers and at least three heat exchangers and at least one device for wetting a subsequent heat exchanger with water.
  4. 4. An arrangement in the direction of air flow of at least two humidifiers and at least two heat exchangers and at least one device for wetting a subsequent heat exchanger with water and at least one device for admixing an air flow after the first heat exchanger to control the performance of the subsequent heat exchanger.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen unter anderem in den im Folgenden beschriebenen vorteilhaften Wirkungen:

  1. a) Der Luftvolumenstrom wird vermindert
  2. b) Die Leistungsaufnahme der Ventilatoren zur Förderung der Luft wird vermindert
  3. c) Es können verschiedene Wärmeträger in einer Vorrichtung gekühlt werden, so kann zum Beispiel der erste Wärmeaustauscher für die freie Kühlung des Wärmeträgers eines Flüssigkeitskühlers genutzt werden und der zweite Wärmeaustauscher um die Kondensationsenergie der Verdichter abzuführen.
  4. d) Die Temperaturspreizung des Wärmeträgers kann bei der Gegenstromanordnung größer ausgelegt werden, damit verringern sich die Volumenströme des Wärmeträgers und die Leistungsaufnahme der Umwälzpumpen wird verringert.
The advantages which can be achieved with the invention include, inter alia, the advantageous effects described below:
  1. a) The air volume flow is reduced
  2. b) The power consumption of fans to move the air is reduced
  3. c) Various heat transfer media can be cooled in one device, for example the first heat exchanger can be used for the free cooling of the heat carrier of a liquid cooler and the second heat exchanger can be removed by the condensation energy of the compressors.
  4. d) The temperature spread of the heat carrier can be designed to be larger in the counterflow arrangement, thus reducing the volume flows of the heat carrier and the power consumption of the circulation pump is reduced.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von zeichnerischen Darstellungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen

Figur 1
eine erfindungsgemäße Anordnung mit zwei Befeuchtern, zwei Wärmeaustauschern und einer Benetzungsvorrichtung,
Figur 2
eine erfindungsgemäße Anordnung nach Figur 1 mit einer Verbindung zwischen den Wärmeaustauschern im Gegenstromprinzip,
Figur 3
eine erfindungsgemäße Anordnung nach Figur 1 mit zwei Benetzungsvorrichtungen,
Figur 4
eine erfindungsgemäße Anordnung nach Figur 2 mit drei Befeuchtern, drei Wärmeaustauschern und zwei Benetzungsvorrichtungen,
Figur 5
eine erfindungsgemäße Anordnung nach Figur 3 mit einer Verbindung 6 zwischen den Wärmeaustauschern im Gegenstromprinzip mit einem Flüssigkeitskühler mit freier Kühlung,
Figur 6
eine erfindungsgemäße Anordnung zur Beimischung eines Luftvolumenstromes,
Figur 7
einen beispielhaften Verlauf des Luftzustands in einer Vorrichtung nach Figur 1 in einem H,x-Diagramm,
Figur 8
eine Ausführungsform der Erfindung mit paralleler Anordnung der Wärmetauscher und
Figur 9
eine Ausführungsform der Erfindung mit einem geschlossenen Kühlturm.
Show
FIG. 1
an inventive arrangement with two humidifiers, two heat exchangers and a wetting device,
FIG. 2
an inventive arrangement according to FIG. 1 with a connection between the heat exchangers in the counterflow principle,
FIG. 3
an inventive arrangement according to FIG. 1 with two wetting devices,
FIG. 4
an inventive arrangement according to FIG. 2 with three humidifiers, three heat exchangers and two wetting devices,
FIG. 5
an inventive arrangement according to FIG. 3 with a connection 6 between the heat exchangers in counterflow principle with a liquid cooler with free cooling,
FIG. 6
an arrangement according to the invention for admixing an air volume flow,
FIG. 7
an exemplary course of the air condition in a device according to FIG. 1 in a H, x-diagram,
FIG. 8
an embodiment of the invention with a parallel arrangement of the heat exchanger and
FIG. 9
an embodiment of the invention with a closed cooling tower.

In Figur 1 ist die bevorzugte Anordnung mit zwei Befeuchtern 1 und 3, zwei Wärmeaustauschern 2 und 5 und einer Benetzungsvorrichtung 4 dargestellt.In FIG. 1 the preferred arrangement with two humidifiers 1 and 3, two heat exchangers 2 and 5 and a wetting device 4 is shown.

In Figur 2 ist die bevorzugte Anordnung mit zwei Befeuchtern 1 und 3, zwei Wärmeaustauschern 2 und 5, einer Benetzungsvorrichtung 4 und einer verbindenden Rohrleitung 6 zwischen den Wärmeaustauschern 2 und 5 in einer Schaltung nach dem Gegenstromprinzip dargestellt.In FIG. 2 the preferred arrangement is shown with two humidifiers 1 and 3, two heat exchangers 2 and 5, a wetting device 4 and a connecting pipe 6 between the heat exchangers 2 and 5 in a circuit according to the countercurrent principle.

In Figur 3 ist die bevorzugte Anordnung mit zwei Befeuchtern 1 und 3, zwei Wärmeaustauschern 2 und 5 zwei Benetzungsvorrichtungen 4 und 9 dargestellt.In FIG. 3 the preferred arrangement with two humidifiers 1 and 3, two heat exchangers 2 and 5 two wetting devices 4 and 9 is shown.

In Figur 4 ist die bevorzugte Anordnung mit drei Befeuchtern 1, 3 und 7, drei Wärmeaustauschern 2, 5 und 8, zwei Benetzungsvorrichtungen 4 und 9 sowie einer verbindenden Rohrleitung 6 zwischen den Wärmeaustauschern 2 und 5 in einer Schaltung nach dem Gegenstromprinzip dargestellt.In FIG. 4 the preferred arrangement is shown with three humidifiers 1, 3 and 7, three heat exchangers 2, 5 and 8, two wetting devices 4 and 9 and a connecting pipe 6 between the heat exchangers 2 and 5 in a countercurrent circuit.

In Figur 5 ist die bevorzugte Anordnung mit zwei Befeuchtern 1 und 3, zwei Wärmeaustauschern 2 und 5, zwei Benetzungsvorrichtungen 4 und 9 sowie einer verbindenden Rohrleitung 6 zwischen den Wärmeaustauschern 2 und 5 in einer Schaltung nach dem Gegenstromprinzip dargestellt. Diese Anordnung ist für den Betrieb eines Flüssigkeitskühlers mit freier Kühlung konzipiert.In FIG. 5 the preferred arrangement is shown with two humidifiers 1 and 3, two heat exchangers 2 and 5, two wetting devices 4 and 9 and a connecting pipe 6 between the heat exchangers 2 and 5 in a countercurrent circuit. This arrangement is designed for the operation of a liquid chiller with free cooling.

Hierbei durchströmt der Wärmeträger (Fluid 1) zur Ableitung der Kondensationsenergie bei warmen Luftansaugtemperaturen den Wärmeaustauscher 5, die Rohrleitung 6, ein Ventil 13, den Wärmeaustauscher 2 und ein Ventil 12. Ein Ventil 10, ein Ventil 11 und ein Ventil 15 sind hier geschlossen. Der zu kühlende Wärmeträger (Fluid 2) durchströmt ein Ventil 14 wird vom Flüssigkeitskühler gekühlt und tritt über eine Rohrleitung 16 wieder aus.In this case, the heat transfer medium (fluid 1) flows through the heat exchanger 5, the pipeline 6, a valve 13, the heat exchanger 2 and a valve 12 to dissipate the condensation energy at warm air intake temperatures. A valve 10, a valve 11 and a valve 15 are closed here. The heat transfer medium to be cooled (fluid 2) flows through a valve 14 is cooled by the liquid cooler and exits via a pipe 16 again.

Wenn die Luftansaugtemperatur am Eintritt des Wärmeaustauschers 2 niedriger als die Eintrittstemperatur von Fluid 2 ist wird mit dem Wärmeaustauscher 2 das Fluid 2 vorgekühlt, es erfolgt die so genannte freie Kühlung. Hierzu werden die Ventile 14, 13 und 12 geschlossen und Ventile 11 und 15 geöffnet. Die Kondensationsenergie wird über den Wärmeaustauscher 5 abgeführt, indem das Ventil 10 geöffnet wird.If the air intake temperature at the inlet of the heat exchanger 2 is lower than the inlet temperature of fluid 2, the fluid 2 is pre-cooled with the heat exchanger 2, the so-called free cooling takes place. For this purpose, the valves 14, 13 and 12 are closed and valves 11 and 15 are opened. The condensation energy is removed via the heat exchanger 5 by the valve 10 is opened.

In Figur 6 ist eine bevorzugte Anordnung zur Beimischung eines Luftvolumenstromes dargestellt. Dabei sind folgende Einrichtungen dargestellt:

1
Luftbefeuchtungseinrichtungen für die Verdunstungskühlung
2
Wärmeaustauscher
3
Luftbefeuchtungseinrichtungen für die Verdunstungskühlung
4
Benetzungsvorrichtungen für die Oberfläche des Wärmeaustauschers
5
Wärmeaustauscher
6
Verbindungsrohr zur Gegenstromschaltung der Wärmeaustauscher
7
Luftbefeuchtungseinrichtungen für die Verdunstungskühlung
8
Wärmeaustauscher
9
Benetzungsvorrichtungen für die Oberfläche des Wärmeaustauschers
10
Ventil
11
Ventil
12
Ventil
13
Ventil
14
Ventil
15
Ventil
16
Austritt des vom Flüssigkeitskühler zu kühlende Wärmeträger (Fluid 2)
17
Vorrichtung zur Beimischung eines Luftvolumenstromes
In FIG. 6 a preferred arrangement for admixing an air volume flow is shown. The following facilities are shown:
1
Humidifiers for evaporative cooling
2
heat exchangers
3
Humidifiers for evaporative cooling
4
Wetting devices for the surface of the heat exchanger
5
heat exchangers
6
Connecting pipe for countercurrent circuit of the heat exchanger
7
Humidifiers for evaporative cooling
8th
heat exchangers
9
Wetting devices for the surface of the heat exchanger
10
Valve
11
Valve
12
Valve
13
Valve
14
Valve
15
Valve
16
Outlet of the heat transfer medium to be cooled by the liquid cooler (fluid 2)
17
Device for admixing an air volume flow

In Figur 7 ist der beispielhafte Verlauf des Luftzustands von Figur 1 in einem H,x-Diagramm dargestellt. Dabei werden folgende Punkte als Prozesszustände im Diagramm erreicht:

1
Luftzustand am Eintritt der Luftbefeuchtungseinrichtung 1 für die Verdunstungskühlung
2
Luftzustand am Austritt der Luftbefeuchtungseinrichtung 1 für die Verdunstungskühlung
3
Luftzustand am Austritt aus dem Wärmeaustauscher 2
4
Luftzustand am Austritt der Luftbefeuchtungseinrichtung 3 für die Verdunstungskühlung
5
Luftzustand am Austritt des Wärmeaustauschers 5
Erfindungsgemäß wird hierbei der Verlauf von Punkt 4 nach Punkt 5 abgeflacht und zu höheren Feuchtewerten der Luft bei niedriger Temperatur hin verlagert. Dies wirkt sich direkt in einer Verminderung des erforderlichen Luftvolumenstroms aus.In FIG. 7 is the exemplary course of the air condition of FIG. 1 shown in a H, x diagram. The following points are reached as process states in the diagram:
1
Air condition at the entrance of the humidifier 1 for evaporative cooling
2
Air condition at the outlet of the humidifier 1 for evaporative cooling
3
Air condition at the exit from the heat exchanger 2
4
Air condition at the outlet of the humidifier 3 for evaporative cooling
5
Air condition at the outlet of the heat exchanger 5
According to the invention, the course is flattened from point 4 to point 5 and shifted to higher humidity values of the air at low temperature. This directly affects a reduction of the required air volume flow.

in Figur 8 ist die bevorzugte Anordnung mit zwei Befeuchtern 1 und 3, zwei Wärmeaustauschern 2 und 5, zwei Benetzungsvorrichtungen 4 und 9 sowie die Vorrichtungen verbindenden Rohrleitungen 6 zwischen den Wärmeaustauschern 2 und 5 in einer Schaltung im Parallelbetrieb dargestellt. Diese Anordnung ist für den Betrieb eines Flüssigkeitskühlers für hohe Energieabgabe an den Luftvolumenstrom konzipiert. Mittels des Wärmeaustauschers 2 wird die Luft erwärmt, damit diese nach dem Wärmeaustauscher 2 mittels des Befeuchters 3 wiederum mehr Wasser aufnehmen kann. Der Wärmeübergang in der folgenden Stufe wird wie vorher schon durch die Benetzungseinrichtung 1 am Wärmeaustauscher 2 wiederum durch die Benetzungseinrichtung 3 am Wärmeaustauscher 5 verbessert.in FIG. 8 For example, the preferred arrangement with two humidifiers 1 and 3, two heat exchangers 2 and 5, two humidifiers 4 and 9 and the piping 6 connecting the devices between the heat exchangers 2 and 5 are shown in parallel operation in a circuit. This arrangement is designed for the operation of a liquid chiller for high energy output to the air flow. By means of the heat exchanger 2, the air is heated, so that they can absorb more water after the heat exchanger 2 by means of the humidifier 3 again. The heat transfer in the following stage is, as before, improved by the wetting device 1 on the heat exchanger 2 in turn by the wetting device 3 on the heat exchanger 5.

In Figur 9 ist ein geschlossener Kühlturm 18 dargestellt, der eine Kühlwassereinrichtung 19, eine Luftversorgung 20, die einen Kühlluftstrom K erzeugt, und einen Standard-Wärmeaustauscher 21 aufweist. Die Kühlwassereinrichtung 19 ist standardmäßig mit einer Frischwasserzufuhr, einem Überlauf und einer Ablasseinrichtung versehen. Der Standard-Wärmeaustauscher 20 wird vorzugsweise mittels einer Berieselungseinrichtung 22 mit zugeführtem oder aus dem Kühlluftstrom K abgeschiedenem Wasser berieselt und gewinnt somit die Energie aus dem Wärmeträger oder Arbeitsstoff aus der Kältetechnik für die mit dem Kühlturm 18 zu kühlende Anlage 24. Der Wärmeträger wird in einem geschlossenen Wärmeträgerkreislauf 23 geführt und ist mit einer entsprechenden Pumpe und Steuerung 25 versehen. Erfindungsgemäß ist oberhalb der Berieselungseinrichtung 22 ein zusätzlicher Wärmeaustauscher 2 angeordnet (auch in Figur 4 als Wärmeaustauscher 2 dargestellt). Darüber folgt erfindungsgemäß eine Befeuchtungseinrichtung 3 und nachfolgend erfindungsgemäß ein weiterer Wärmeaustauscher 5 (auch in Figur 4 als Wärmeaustauscher 5 dargestellt).
Der Wärmeaustauscher 2 ist mittels einer Rohrleitung 26 und ein Dreiwegeventil 28 an den Wärmeträgerkreislauf 23 des Kühlturms 18 angeschlossen.
Der Wärmeaustauscher 5 ist mittels einer Rohrleitung 27 und ein Dreiwegeventil 29 an den Wärmeträgerkreislauf 23 des Kühlturms 18 angeschlossen.In FIG. 9 a closed cooling tower 18 is shown, which has a cooling water device 19, an air supply 20, which generates a cooling air flow K, and a standard heat exchanger 21. The cooling water device 19 is provided as standard with a fresh water supply, an overflow and a discharge device. The standard heat exchanger 20 is preferably sprinkled by means of a sprinkler 22 with supplied or separated from the cooling air flow K water and thus recovers the energy from the heat transfer or working fluid from the refrigeration for the cooling tower 18 to be cooled plant 24. The heat carrier is in a closed heat transfer circuit 23 and is provided with a corresponding pump and control 25. According to the invention, an additional heat exchanger 2 is arranged above the sprinkler 22 (also in FIG FIG. 4 shown as heat exchanger 2). This is followed, according to the invention, by a moistening device 3 and, according to the invention, a further heat exchanger 5 (also in FIG FIG. 4 shown as heat exchanger 5).
The heat exchanger 2 is connected by means of a pipe 26 and a three-way valve 28 to the heat transfer circuit 23 of the cooling tower 18.
The heat exchanger 5 is connected by means of a pipe 27 and a three-way valve 29 to the heat transfer circuit 23 of the cooling tower 18.

Die Befeuchtungseinrichtung 3 ist mittels einer Rohrleitung 30 an einen Wasseraustritt der Kühlwassereinrichtung 19 angeschlossen und wird so mit bereits in der Anlage vorhandenem Befeuchtungswasser versorgt.The moistening device 3 is connected by means of a pipe 30 to a water outlet of the cooling water device 19 and is thus supplied with existing already in the system moistening water.

Durch die erfindungsgemäße Einrichtung kann der Kühlturm 18 besser ausgenutzt werden. Entweder kann damit höherer Leistungsumsatz gewährleistet werden. Weiterhin kann der Kühlturm kleiner dimensioniert werden. Vor allem aber kann der Stromverbrauch der Luftversorgung 20 deutlich verringert werden, da mittels der zusätzlichen Wärmeaustauscher 2, 5 in der Führung des Kühlluftstroms eine deutlich verbesserte Kühlung des Wärmeträgers gelingt.The inventive device, the cooling tower 18 can be better utilized. Either higher power can be guaranteed. Furthermore, the cooling tower can be made smaller. But above all, the power consumption of the air supply 20 can be significantly reduced, since by means of the additional heat exchanger 2, 5 in the leadership of the cooling air flow significantly improved cooling of the heat carrier succeeds.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Luftbefeuchtungseinrichtungen für die VerdunstungskühlungHumidifiers for evaporative cooling
22
Wärmeaustauscherheat exchangers
33
Luftbefeuchtungseinrichtungen für die VerdunstungskühlungHumidifiers for evaporative cooling
44
Benetzungsvorrichtungen für die Oberfläche des WärmeaustauschersWetting devices for the surface of the heat exchanger
55
Wärmeaustauscherheat exchangers
66
Verbindungsrohr zur Gegenstromschaltung der WärmeaustauscherConnecting pipe for countercurrent circuit of the heat exchanger
77
Luftbefeuchtungseinrichtungen für die VerdunstungskühlungHumidifiers for evaporative cooling
88th
Wärmeaustauscherheat exchangers
99
Benetzungsvorrichtungen für die Oberfläche des WärmeaustauschersWetting devices for the surface of the heat exchanger
10 bis 1510 to 15
VentilValve
1616
Austritt des vom Flüssigkeitskühler zu kühlende Wärmeträger (Fluid 2)Outlet of the heat transfer medium to be cooled by the liquid cooler (fluid 2)
1717
Vorrichtung zur Beimischung eines LuftvolumenstromesDevice for admixing an air volume flow
1818
geschlossener Kühlturmclosed cooling tower
1919
KühlwassereinrichtungCooling water pipe
2020
Luftversorgungair supply
2121
Standard-WärmeaustauscherStandard heat exchanger
2222
Berieselungseinrichtungsprinkler
2323
geschlossener Wärmeträgerkreislaufclosed heat transfer circuit
2424
Verbraucher, zu kühlende AnlageConsumer, system to be cooled
2525
Energieversorgung, SteuerungPower supply, control
2626
Rohrleitungenpiping
2727
Rohrleitungenpiping
2828
DreiwegeventilThree-way valve
2929
DreiwegeventilThree-way valve
3030
Rohrleitungpipeline
KK
KühlluftstromCooling air flow

Claims (14)

Verfahren zur Verringerung des Luftvolumenstromes bei der Rückkühlung von Wärmeträgern und Arbeitsstoffen aus der Kältetechnik, mit mindesten einem Luftkanal, mindestens einem Wärmeaustauscher (8, 2) und einem diesem vorgeschalteten Befeuchter (1, 7), wobei der Befeuchter (1, 7) ein Aerosol in dem Luftvolumenstrom vor dem nachgeschalteten Wärmeaustauscher (8, 2) erzeugt welches im Luftvolumenstrom verdampft, dadurch gekennzeichnet,
dass der aus dem Wärmeaustauscher (8, 2) austretende Luftvolumenstrom erneut angefeuchtet wird und mindestens einem weiteren Wärmeaustauscher (2, 5) zugeleitet wird und dass zur Steigerung der Kühlwirkung mittels wenigstens einer Benetzungsvorrichtung (4, 9) eine direkte Befeuchtung der Oberfläche des Wärmeaustauschers (2, 5) erfolgt und dass die Verdunstung der Oberflächenbenetzung im Wärmeaustauscher (2, 5) erfolgt und die Feuchte mittels des Luftvolumenstroms aus dem Wärmetauscher transportiert wird.Method for reducing the air volume flow during the recooling of heat transfer fluids and refrigerants, with at least one air duct, at least one heat exchanger (8, 2) and a humidifier (1, 7) upstream thereof, wherein the humidifier (1, 7) is an aerosol produced in the air volume flow upstream of the downstream heat exchanger (8, 2) which evaporates in the air volume flow, characterized
that from the heat exchanger (8, 2) exiting air flow is re-wetted and at least one further heat exchanger (2, 5) is supplied and that to increase the cooling effect by means of at least one wetting device (4, 9) is a direct wetting of the surface of the heat exchanger ( 2, 5) takes place and that the evaporation of the surface wetting in the heat exchanger (2, 5) takes place and the moisture is transported by means of the air volume flow from the heat exchanger. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 mit mindesten einem Luftkanal, einem Wärmeaustauscher (8, 2) und einem Befeuchter (7, 1), dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens einem ersten Wärmeaustauscher (8, 2) ein zweiter Wärmeaustauscher (5; 2, 5) im Luftkanal nachgeordnet ist und dass mindestens einem ersten Wärmeaustauscher (8, 2) nachgeschaltet ein Befeuchter (3; 1, 3) für die Verdunstungskühlung und dass mindestens einem Befeuchter (3; 1, 3) eine Vorrichtung (4: 9, 4) zur Benetzung der Oberfläche des nachgeschalteten zweiten Wärmeaustauschers (5; 2, 5) vorgesehen ist.Apparatus for carrying out a method according to claim 1 with at least one air duct, a heat exchanger (8, 2) and a humidifier (7, 1), characterized
in that at least one first heat exchanger (8, 2) is arranged downstream of a second heat exchanger (5, 2, 5) in the air duct and that at least one first heat exchanger (8, 2) is followed by a humidifier (3, 1, 3) for the evaporative cooling and at least one humidifier (3; 1, 3) is provided with a device (4: 9, 4) for wetting the surface of the downstream second heat exchanger (5; 2, 5). Vorrichtung nach Anspruch 2 mit einer Vorrichtung (17) zur Beimischung mindestens eines Luftvolumenstroms in den Luftkanal frühestens nach dem ersten Wärmeaustauscher (2) zur Regelung der Leistung des nachfolgenden Wärmeaustauschers (5).Device according to Claim 2, having a device (17) for admixing at least one air volume flow into the air duct at the earliest after the first heat exchanger (2) for regulating the power of the subsequent heat exchanger (5). Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3 zu parallelen Verschaltung der Wärmeaustauscher (2, 5) so dass die Kondensationsenergie einer Kältemaschine auf mindestens zwei Wärmeaustauscher (2, 5) im Luftvolumenstrom gleichmäßig oder geregelt verteil wird.Apparatus according to claim 1 to 3 for parallel connection of the heat exchanger (2, 5) so that the condensation energy of a chiller is distributed evenly or regulated on at least two heat exchangers (2, 5) in the air flow. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3 mit einer Einrichtung (6) zur Verschaltung des Wärmeträgerdurchflusses nach dem Gegenstromprinzip durch mindestens zwei Wärmeaustauscher (5, 2).Apparatus according to claim 2 or 3 with a device (6) for interconnecting the heat transfer medium flow on the countercurrent principle by at least two heat exchangers (5, 2). Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 5 mit einer Einrichtung (6) zur mit Verschaltung des Wärmeträgerdurchflusses nach dem Gegenstromprinzip von beliebig vielen Wärmeaustauschern.Apparatus according to claim 2 to 5 with a device (6) for interconnecting the heat carrier flow on the countercurrent principle of any number of heat exchangers. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 6 mit einer Einrichtung (6, 16) zur Verschaltung des Wärmeträgerdurchflusses für die wechselweise Durchströmung der Wärmeaustauscher (2, 5) zur Ableitung der Kondensationsenergie eines Flüssigkeitskühlers oder zur Durchströmung der Wärmeaustauscher (2, 5) für den vom Flüssigkeitskühler zu kühlenden Wärmeträger.Apparatus according to claim 2 to 6 with a device (6, 16) for interconnecting the heat transfer flow for the alternate flow through the heat exchanger (2, 5) for dissipating the condensation energy of a liquid cooler or to flow through the heat exchanger (2, 5) for the liquid cooler to cooling heat carrier. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 7 mit einer Einrichtung (6, 16) zur Verschaltung des Wärmeträgerdurchflusses für die wechselweise Durchströmung der Wärmeaustauscher (2, 5) zur Ableitung der Kondensationsenergie eines Flüssigkeitskühlers oder Durchströmung der Wärmeaustauscher (2, 5) für den Wärmeträger eines Kreislaufverbundsystems.Apparatus according to claim 2 to 7 with a device (6, 16) for interconnecting the heat transfer flow for the alternate flow through the heat exchanger (2, 5) for dissipating the condensation energy of a liquid cooler or flow through the heat exchanger (2, 5) for the heat transfer of a circulatory system. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8 mit einer Einrichtung zur mit Verschaltung der Wärmeträgerdurchflusses mittels Dreiwegeventilen (10 bis 15).Apparatus according to claim 7 or 8 with a device for interconnecting the heat carrier flow by means of three-way valves (10 to 15). Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 9 mit geregelten Luftbefeuchtungseinrichtungen (8, 1, 3) für die VerdunstungskühlungApparatus according to claims 2 to 9 with controlled humidifying means (8, 1, 3) for evaporative cooling Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 9 mit geregelten Benetzungsvorrichtungen (9, 4) für die Oberfläche des Wärmeaustauschers (2, 5).Apparatus according to claims 2 to 9 with controlled wetting devices (9, 4) for the surface of the heat exchanger (2, 5). Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3 zur parallelen Verschaltung der Wärmeaustauscher so dass die Kondensationsenergie einer Kältemaschine auf mindestens zwei Wärmeaustauscher im Luftvolumenstrom gleichmäßig oder geregelt verteil wird.Apparatus according to claim 1 to 3 for parallel connection of the heat exchanger so that the condensation energy of a chiller is distributed evenly or regulated on at least two heat exchangers in the air flow. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11 in einem geschlossenen Kühlturm mit einer Kühlluftversorgung, mit einer Wassersprühanlage, mit einem Standard-Wärmeaustauscher mit geschlossenem Medienkreislauf und mit mindestens einem Wärmeaustauscher (3, 4, 5) und einem diesem vorgeschalteten Befeuchter nach dem Standard-Wärmeaustauscher des geschlossenen KühlturmsApparatus according to claim 1 to 11 in a closed cooling tower with a cooling air supply, with a Wassersprühanlage, with a standard heat exchanger with closed medium cycle and with at least one heat exchanger (3, 4, 5) and a humidifier upstream of this after the standard heat exchanger of the closed cooling tower Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11 in einem Hybridkühlturm, der als geschlossener Kühlturm ausgeführt ist, mit einer Kühlluftversorgung, mit einer Wassersprühanlage, mit einem Standard-Wärmeaustauscher mit einer Benetzungseinrichtung sowie mit geschlossenem Medienkreislauf und mit mindestens einem Wärmeaustauscher (3, 4, 5) und einem diesem vorgeschalteten Befeuchter nach dem Standard-Wärmeaustauscher des geschlossenen KühlturmsApparatus according to claim 1 to 11 in a hybrid cooling tower, which is designed as a closed cooling tower, with a cooling air supply, with a Wassersprühanlage, with a standard heat exchanger with a wetting device and closed medium cycle and with at least one heat exchanger (3, 4, 5) and a humidifier upstream of this after the standard heat exchanger of the closed cooling tower
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