EP3811005B1 - Beschneiungssystem und beschneiungsverfahren - Google Patents
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- EP3811005B1 EP3811005B1 EP19729776.5A EP19729776A EP3811005B1 EP 3811005 B1 EP3811005 B1 EP 3811005B1 EP 19729776 A EP19729776 A EP 19729776A EP 3811005 B1 EP3811005 B1 EP 3811005B1
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25C—PRODUCING, WORKING OR HANDLING ICE
- F25C3/00—Processes or apparatus specially adapted for producing ice or snow for winter sports or similar recreational purposes, e.g. for sporting installations; Producing artificial snow
- F25C3/04—Processes or apparatus specially adapted for producing ice or snow for winter sports or similar recreational purposes, e.g. for sporting installations; Producing artificial snow for sledging or ski trails; Producing artificial snow
Definitions
- the present invention relates to the field of technical snow production, for example for winter sports, both outdoors (e.g. ski slopes, cross-country ski trails, ski jumps) and indoors (e.g. indoor ski slopes).
- outdoors e.g. ski slopes, cross-country ski trails, ski jumps
- indoors e.g. indoor ski slopes
- the water used to produce snow typically has a temperature of a few degrees above 0° C. when it is supplied to the at least one nozzle. After exiting the nozzle, the finely sprayed water in the ambient air quickly cools down to freezing point (approx. 0 °C) and freezes. The heat released in this process is at least partially dissipated by evaporative cooling, with part of the water emerging from the nozzle evaporating.
- the formation of snow crystals begins with nucleation nuclei, which are usually formed by rapidly supercooling water with the help of expanding air at the water/air nozzles mentioned above or at special nucleator nozzles operated with compressed air.
- JP H09 329379 A and WO 2012/115718 A2 disclose snow-making systems, the snow-making water being cooled with a chiller.
- the invention is based on the finding that in snow-making systems with at least one water or water/air nozzle, the snow-forming properties are particularly good if the water ejected from the at least one nozzle reaches freezing temperature (approx. 0°C, depending on the the prevailing air pressure) or, in some configurations, already has this temperature when exiting the nozzle.
- freezing temperature approximately 0°C, depending on the the prevailing air pressure
- the colder the water ejected from the nozzle the less heat has to be dissipated and the easier it is for the nucleation seeds to form as the basis for the snow crystals.
- the invention therefore proposes a snow-making system that has a snow-making assembly and a chiller.
- the snow-making assembly can be a known snow gun (e.g. in the form of a fan gun or a lance snow gun). or at least be derived from such a known snow gun within the scope of the usual skill of the art and taking into account the teaching of the present document.
- the refrigerating machine as such is either known per se or is derived from a known refrigerating machine within the scope of expert knowledge and taking into account the teaching of the present document.
- the invention is primarily seen in the combination of the snow-making assembly and the chiller.
- the snow-making method according to the invention also includes the combination of the steps that snow-making water is cooled by means of a chiller of a snow-making system according to the invention, and that the snow-making water cooled by the chiller and/or a mixture of air and the snow-making water cooled by the chiller through one or more nozzles of a snow-making assembly is/are ejected.
- the method is carried out outdoors - i.e. in particular not in an indoor space such as a ski hall or other hall.
- snow of good quality can be produced efficiently even at marginal temperatures - ie at wet bulb temperatures in the range from at most 0 °C to just below 0 °C.
- the invention is not limited to this temperature range. If, in some configurations, the snow-making water is supercooled, it is even possible to produce snow at wet-bulb temperatures of slightly above 0°C.
- the system according to the invention also has advantages at temperatures below the absolute limit range.
- the water fed in has a temperature of around 0 °C, it will be heated to a few degrees above 0 °C by the geothermal heat before it reaches the snow guns. This is especially true in early winter, when a technical Snow production is particularly important for creating a good snow base.
- the effects just mentioned can result in the snow-making water arriving at the snow-making devices being warmer than would be desirable for good snow production, even in cold weather conditions. This is practically always the case with ambient temperatures in the border area, because the evaporative cooling towers require a few degrees of temperature difference between the wet bulb temperature and the temperature of the snow-making water that can actually be achieved through evaporative cooling and then the above-mentioned heating on the way to the snow-making machines and through the pumps and pipes come in addition.
- the solution according to the invention makes it possible to achieve efficient water cooling to a desired temperature range—which is generally lower than would be achievable with known systems at limit temperatures.
- a desired temperature range which is generally lower than would be achievable with known systems at limit temperatures.
- embodiments of the invention can be designed in such a way that in all weather conditions that are generally suitable for snow production, the snow-making water has a maximum temperature of 4.0 °C and preferably a maximum of 2.0 °C when it exits from the one or more nozzles and even more preferably at most 1.0°C.
- the snow-making water is supercooled by the refrigeration machine, so that it has a temperature of less than 0.0° C. when it exits from the one or more nozzles.
- nucleation nuclei form immediately upon exiting the nozzle or nozzles, which are then immediately in thermal equilibrium with the droplets of the snow-making water that is also emitted.
- the snow-making assembly has one or more nozzles for ejecting snow-making water and/or a mixture of air and snow-making water
- the snow-making assembly may also contain additional nozzles that are provided in addition to the "one or more nozzles" mentioned. In some configurations, however, all the nozzles of the snow-making assembly have the properties claimed.
- the chiller and snow making assembly are integrated into a single device or assembly.
- the chiller and snow-making assembly may rest on a common foundation and/or be attached to a common frame and/or be built into a common housing.
- the chiller and the snow-making assembly are two separate assemblies.
- the cooling machine and the snow-making assembly have a relatively small spatial distance from one another, which is, for example, at most 10.0 m and preferably at most 3.0 m. Such a small spatial distance helps to avoid undesired heating of the water cooled by the chiller in a line leading to the snow-making assembly.
- embodiments of the invention are also provided in which this distance is greater.
- the chiller and the snow-making assembly are interconnected by a chilled snow-making water duct (insulated or non-insulated) that is in the ambient air and/or inside an enclosure and/or in the ground, but shallower than the Frost depth runs.
- a chilled snow-making water duct insulated or non-insulated
- a line network which has at least one main water line fed by a reservoir or reservoir and a number of branch lines branching off from it.
- the chiller is in the same branch line as the snow making assembly.
- the snow-making system has a plurality of snow-making assemblies and a plurality of cooling machines, which are each assigned to one another individually (ie in a 1:1 relationship).
- the chiller only supplies its associated snow-making assembly with chilled snow-making water, and the snow-making assembly is supplied exclusively by this chiller. This does not preclude the provision of additional snow-making assemblies and/or additional chillers in such systems that do not have the stated 1:1 relationship.
- the snow-making water in a heat exchanger of the refrigeration machine is at least half the operating pressure at which the snow-making assembly receives the snow-making water.
- the snow-making system does not have its own feed pumps for the snow-making water, so that the inlet pressure of the snow-making water at the chiller is approximately as high or slightly higher (due to the pressure loss in a heat exchanger of the chiller through which the snow-making water flows) than the operating pressure.
- the operating pressure can be more than 2 bar or preferably more than 5 bar or even more preferably more than 10 bar.
- the snow-making water in the heat exchanger of the refrigeration machine is at least 80% or at least 90% or at least 100% of the operating pressure with which the snow-making assembly receives the snow-making water.
- the snowmaking water in a heat exchanger of the refrigerating machine is at least half the operating pressure at which at least one nozzle receives the snowmaking water, and preferably at least 80% or at least 90% or at least 100% of this operating pressure.
- the cooling machine and/or the snow-making assembly as such can be designed in various ways that are known per se or are obvious per se.
- the refrigerating machine can have an economizer and/or an intermediate cooling circuit.
- the snow-making assembly may further include at least one water jet pump as specified in EP 1 456 588 B1 is described. In general, in many configurations, the snow-making assembly is set up to work in uncooled and/or uncompressed ambient air.
- the snow-making system is set up to exclusively discharge snow-making water that has been cooled by the cooling machine, at least under some temperature conditions.
- additional water not cooled by the chiller is still discharged.
- This additional water can, for example, come directly from a reservoir or reservoir, in which case evaporative cooling can take place, but does not necessarily have to take place.
- Such embodiments can have a high maximum power with particularly good efficiency.
- the heat exchanger through which the refrigerating machine transfers the heat extracted from the snow-making water to an energy sink, can be designed in different ways.
- an air heat exchanger is provided, which transfers heat from a refrigerant in a cooling circuit of the refrigeration machine to air, in particular to ambient air.
- an underground heat exchanger is provided as an alternative or in addition, which emits heat into the ground, and/or a heat exchanger, which emits heat from the refrigerant to water or another cooling medium.
- the water or other cooling medium to which the heat is given off can be, for example, a watercourse or pond or basin, or also a cooling medium of a wider circuit, which in turn is cooled by a ground heat exchanger.
- a heat exchanger for releasing heat from a refrigerant to air is arranged on at least one section of an outer lateral surface of the blower tube.
- a heat exchanger for releasing heat from a refrigerant to air is arranged on at least one section of an outer lateral surface of the blower tube.
- the aspect is also considered to be an invention in its own right, teaching a particularly convenient location for attaching a heat exchanger to a fan pipe for a propeller snow machine, but is presently claimed only as part of a snow making system according to the invention.
- the heat exchanger can be designed as a cooling coil and/or air originating from the interior of the blower tube can be allowed to flow over the heat exchanger and/or an outer cover of the heat exchanger can be provided.
- a snow-making system 10 is shown in each case with a snow-making assembly 12 and a refrigeration machine 14, which are connected to one another by a line 16 for chilled snow-making water K.
- the refrigerating machine 14 is in turn supplied with snow-making water B from a reservoir or a reservoir (not shown). fed, which is not or at most cooled in the embodiments described here by a central evaporative cooling.
- the invention is not restricted to snow-making systems 10 with a single snow-making assembly 12 and a single refrigerating machine 14, even if primarily such systems are described below for better understanding. Rather, snow-making systems 10 according to the invention can have multiple snow-making assemblies 12 and/or multiple chillers 14 and/or other components, such as a line network (not shown in the figures) with a main line and multiple branch lines.
- the snow-making assembly 12 has at least one nozzle assembly 18, which according to the embodiments described herein Fig. 1 - Fig. 6 in each case a plurality of nozzles 20.1, 20.2, 20.3, ... - referred to collectively as "20.x" below - contains.
- each of the nozzles 20.x can be designed as a water nozzle or water/air nozzle or in other special designs (eg as a nucleator nozzle).
- the water or water/air mixture ejected from the nozzles 20.x or at least some of the nozzles 20.x is cooled snow-making water K or has at least a proportion of cooled snow-making water K.
- the nozzles 20.x are located in uncompressed ambient air or, in the case of propeller machines, in the air jet generated by the propeller, which is also to be understood as “uncompressed ambient air” in the wording used here. If the snowmaking system is installed outdoors, the ambient air is also uncooled. If the snowmaking system is installed indoors (eg in a ski hall), all of the ambient air in the ski hall may be cooled, but there is no additional cooling associated with the snowmaking system. In the choice of words used here, this should also be understood as “uncooled ambient air”.
- the snow-making subassembly 12 can be designed in various structural forms known per se, for example as a propeller machine ("snow cannon”) or as a snow lance gun.
- FIG. 1 shows a particularly simple configuration of the snow-making assembly 12, in which only water nozzles 20.x are provided, which only use cooled snow-making water Eject K into uncompressed and uncooled ambient air. More complex embodiments are the subject of Fig. 2 - Fig. 6 and are described below.
- the refrigeration machine 14 has, in a manner known per se, a cooling circuit 22 which contains a refrigerant M separate from the snow-making water B, K.
- a cooling circuit 22 which contains a refrigerant M separate from the snow-making water B, K.
- Fig. 1 - Fig. 4 is shown schematically the basic form of a refrigerator 14, in which a first heat exchanger 24, a throttle element 26, a second heat exchanger 28 and a compressor 30 are provided.
- the first heat exchanger 24, which can be designed as a condenser, for example, dissipates heat from the coolant M to the environment.
- the refrigerant M can condense in some configurations, while no phase transition takes place in other embodiments.
- the throttle element 26 reduces the pressure of the refrigerant M.
- the refrigerant M is therefore able to withdraw heat from the snow-making water B supplied in the second heat exchanger 28, which can be designed, for example, as an evaporator. This results in the cooled snow-making water K.
- the heated and possibly now vaporous refrigerant M is fed back to the first heat exchanger 24 via the compressor 30, as a result of which the cycle process is closed.
- the various configurations of the snow-making assembly 12, as shown in Fig. 1 - Fig. 6 are shown and described here, arbitrarily with the various configurations of the refrigeration machine 14, as are also shown in Fig. 1 - Fig. 6 shown and described herein can be combined.
- the invention thus includes, for example, at least all snow-making systems in which any snow-making assembly 12 according to one of the drawings 1-6 with any chiller 14 according to another of the drawing figures 1-6 is used.
- a modified snow-making system 10 in which the nozzle assembly 18 is supplied with a mixture of air and the cooled snow-making water K by a water jet pump 32 .
- the nozzles 20.x are designed as water/air nozzles.
- the cooled snow-making water K serves as a driving medium for the water jet pump, which in turn sucks in uncompressed ambient air at an inlet 34 and mixes this air with the cooled snow-making water K.
- the snowmaking water/air mixture produced in this way is ejected through the nozzles 20.x.
- This principle of operation is off as such EP1 456588 B1 known. It goes without saying that, in further modifications, a plurality of nozzle assemblies 18 each with a plurality of nozzles 20.x can be provided.
- This in 3 Snowmaking system 10 shown is similar to the system of 1 , but with one or more of the nozzles 20.x - in 3 the nozzle 20.3, for example, is designed as a nucleator nozzle for generating freezing nuclei.
- the nucleator nozzle 20.3 is supplied with the cooled snow-making water K and with compressed air, which in turn is obtained from the ambient air by means of a compressor 36 .
- FIG. 4 shows an example of a snow-making system 10 with a plurality of nozzle assemblies 18 which are supplied partly by the cooled snow-making water K and partly by additional water Z.
- the additional water Z comes from the same main and branch line as the cooled snow-making water K, but the additional water Z is not cooled by the refrigerating machine 14 .
- there is also a hydraulic connection 40 for example a controllable or fixed throttle device or a controllable or fixed valve, for mixing the cooled snow-making water K and the additional water Z, while in other configurations there is no such connection.
- the nozzles 20.1-20.9 are exclusively supplied with cooled snow-making water K, and the nozzles 20.10-20.15 are exclusively supplied with additional water Z.
- the nozzles 20.x are supplied with a mixture of the cooled snow-making water K and the additional water Z—possibly in variable mixing ratios. It is understood that in further embodiments, several hydraulic Connections 40 - for example controllable valves or fixed mixers - can be provided in order to produce different mixtures of the cooled snow-making water K and the make-up water Z, which are routed to different nozzle assemblies 18.
- the nozzle assemblies 18 in 4 are shown partly with and partly without water jet pumps 32. It goes without saying that this is merely an exemplary arrangement and that many other configurations in which make-up water Z is used are possible and provided for. Furthermore, in 4 each nozzle assembly 18 associated with a valve 38, with which the water supply of this nozzle assembly 18 can be adjusted depending on the operating conditions. This enables good adaptation to a wide variety of operating situations and weather conditions.
- FIGs 5 and 6 show modifications of the cooling machine 14, which can be combined with all the configurations of the snow-making assembly 12 described here.
- an economizer 42 is provided in the cooling circuit 22, that is to say a further heat exchanger which increases the efficiency of the refrigeration machine 14 because it already heats up refrigerant M, which comes from the second heat exchanger 28, before the compressor 30.
- an intermediate circuit 44 with a further heat exchanger 46 and a pump 48 is provided.
- the intermediate circuit 44 has a cooling medium MM that differs from the coolant M in the cooling circuit 22 .
- the cooling medium MM can be a water/glycol mixture.
- the use of an intermediate circuit 44 has the particular advantage of increased structural freedom in the design of the refrigerating machine 14.
- a snow-making system 10 of the type described above receives snow-making water B at a temperature of approximately 4°C - 8°C.
- the cooling machine 14 produces chilled snow-making water K with a temperature of 0.0°C.
- the snow-making water K has a temperature of approximately 0.5° when it passes through the nozzles 20.x (as water or as a water/air mixture).
- C At a temperature of the ambient air slightly below 0 °C, nucleation nuclei form immediately, on which the remaining snowmaking water K quickly accumulates in the form of a snowflake.
- the refrigeration machine K produces supercooled snow-making water K at a temperature of -1.5°C.
- This snow-making water K has a temperature of approximately -1.0° C. when it passes through the nozzles 20.x and emerges from them. At ambient temperatures below 0°C, snow formation occurs almost immediately. Even if the ambient air temperature is slightly above 0°C, snow can still be produced.
- FIG. 7 and 8 show an example of an embodiment of the snow-making system 10 as a propeller snow machine, which has a housing 50 and a blower tube 52 with a powerful propeller blower 54 (eg with 3-25 kW power).
- the nozzle assembly 18 is disposed on the blower tube 52 or is integrated into the blower tube 52 as part of the latter.
- the housing 50 and the fan tube 52 form an assembly. This design is known as such and is colloquially referred to as a "snow cannon".
- the nozzle assembly 18 has a plurality of nozzles 20.1, 20.2, 20.3, .
- the nozzle collar or nozzle ring can be subdivided into several individual nozzle blocks.
- the nozzle assembly 18 has only a single nozzle, which can be arranged centrally in the blower tube 52, for example.
- a frame 56 is also provided which holds the housing 50 and which serves to set up and anchor the propeller snow machine and simplifies its transport. It is understood that this frame 56 can be omitted in some configurations.
- the housing 50 and the blower tube 52 are not directly connected to each other, but both are fixed to the frame 56, respectively. In this case, the housing 50, the blower tube 52 and the frame 56 together form an assembly.
- the cooling machine 14 In the housing 50 are the cooling machine 14 and possibly some components of the snow-making assembly 12, such as in the embodiment of FIG 2 the water jet pump 32 provided therein or in other embodiments an air compressor and injectors. Also included in the housing 50 are electrical controls and lines for water distribution.
- the blower tube 52 and the components structurally associated therewith form the main part of the snow-making assembly 12, or in some embodiments the entire snow-making assembly 12.
- a cooling register 60 is arranged on an outer lateral surface 58 of the blower tube 52, which in the exemplary embodiments described here serves as the heat exchanger 24 for discharging heat from the refrigerant M to air.
- the cooling register 60 has, in a manner known per se, one or more cooling line(s) 62 running in a U-shape or in a serpentine manner, which are partially surrounded by lamellar structures 64 and/or are thermally connected.
- the lamellar structures 64 can be designed in many different ways and can have, for example, individual lamellar elements and/or meandering lamellar plates and/or lamellar plates with projections.
- the heat exchanger 24 designed here as a cooling register 60 follows the outer lateral surface 58 in its general shape and curvature and is arranged close to this lateral surface 58 .
- the cooling register 60 can be located in a radial area of at most 25 cm or preferably at most 10 cm around the outer lateral surface 58 .
- the cooling register 60 does not generally completely enclose the outer lateral surface 58, but can be arranged on the outer lateral surface 58 in an angular range totaling at least 45° or at least 90° or at least 180°. In some embodiments, the cooling register 60 is divided into two or more sections, which each occupy an angular range of at least 20° or 20°-120° or 20°-90° or 20°-30° on the outer lateral surface 58, for example. In particular, as in 7 and 8 shown by way of example, be provided on one or both sides of the outer lateral surface 58.
- the blower tube 52 has openings or holes (in 7 and 8 not shown) in its lateral surface 58 through which, during operation of the propeller snow machine, cold ambient air, which is pressed by the propeller fan 54 into the fan tube 52, exits laterally and flows over the heat exchanger 24.
- the blower tube 52 may be provided with many small holes, or with one or a few slots or other openings. In this way, the cooling effect of the heat exchanger 24 is significantly increased under many operating conditions.
- At least one outer cover (in 7 and 8 not shown) is provided, which prevents the air heated by the heat exchanger 24 from entering the main air flow of the propeller snow machine and impairing snow production there.
- This cover may, for example, take the form of curved cover sections (in 7 and 8 not shown) made of sheet metal or plastic, which approximately follow the outer shape of the fan pipe 52 with the cooling register 60 located thereon.
- An air guide rail 66 serves as an upper stop for these cover sections and deflects the air heated by the cooling register 60 upwards. If the air heated by the cooling register 60 exits upwards in the area of the air guide rail 66, an impairment of snow production can be ruled out.
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der technischen Schneeerzeugung, beispielsweise für den Wintersport sowohl im Außenbereich (z.B. Skipisten, Langlaufloipen, Sprungschanzen) als auch im Innenbereich (z.B. Skihallen).
- Im Zuge des Klimawandels gewinnt die technische Schneeerzeugung immer größere Bedeutung. Von den für die großflächige Beschneiung verwendeten System lassen sich die meisten in die Hauptgruppen der Propellermaschinen (sogenannte "Schneekanonen") beziehungsweise der Lanzenschneeerzeuger einordnen. Diese Systeme benötigen für ihre Funktion eine Feuchtkugeltemperatur (Kühlgrenze) der Umgebungsluft von theoretisch maximal 0 °C und in der Praxis unter 0°C. Bei diesen bekannten Systemen wird Wasser mittels mindestens einer Wasser- oder Wasser/Luft-Düse in die Umgebungsluft eingesprüht. Beispielsweise kann das Wasser aus einem Speichersee oder Speicherbecken zur Versorgung vieler Propellermaschinen oder Lanzenschneeerzeuger stammen und mittels mindestens eines Verdunstungskühlturms, der in der Nähe des Speichersees oder -beckens aufgebaut ist, gekühlt werden.
- Bei den gerade genannten Systemen weist das zur Schneeerzeugung verwendete Wasser ("Beschneiungswasser"), wenn es der mindestens einen Düse zugeführt wird, typischerweise eine Temperatur von wenigen Grad über 0°C auf. Nach dem Austritt aus der Düse kühlt das fein versprühte Wasser in der Umgebungsluft rasch auf den Gefrierpunkt (ca. 0 °C) ab und gefriert. Die dabei frei werdende Wärme wird zumindest zum Teil durch Verdunstungskühlung abgeführt, wobei ein Teil des aus der Düse austretenden Wassers verdunstet. Die Bildung von Schneekristallen setzt an Nukleationskeimen an, die in der Regel durch rasche Unterkühlung von Wasser mit Hilfe expandierender Luft an den oben genannten Wasser/Luft-Düsen oder an speziellen, mit Druckluft betriebenen Nukleatordüsen, gebildet werden.
- Bei den oben beschriebenen Systemen ist jedoch die Schneebildung im Grenzbereich, also bei Lufttemperaturen nahe des möglichen Höchstwerts, insbesondere in Kombination mit einer relativ hohen Beschneiungswassertemperatur, problematisch.
- Ferner sind Systeme bekannt, bei denen technisch gekühlte Luft eingesetzt wird. So zeigt beispielsweise
EP 1 600 711 A2 eine Innenraum-Schneeanlage mit Düsen, denen einerseits trockene Druckluft mit einer Temperatur von deutlich unter 0°C und andererseits Wasser mit einer Temperatur von etwa 0°C zugeführt wird. Ferner wird der Innenraum (Skihalle) durch eine Klimaanlage auf eine Temperatur im Bereich von 0°C gekühlt. Bei weiteren bekannten Systemen werden kleine Eiskristalle im Inneren einer Maschine gebildet, so z.B. bei dem System gemäßCN 107024049 A . Diese Systeme sind jedoch aufwändig und benötigen viel Energie, so dass sie für großflächige Anwendungen, beispielsweise für die Beschneiung ganzer Skipisten oder Skigebiete im Freien, nicht praktikabel sind. - Die Dokumente
JP H09 329379 A WO 2012/115718 A2 offenbaren Beschneiungssysteme, wobei das Beschneiungswasser mit einer Kältemaschine gekühlt wird. - Das Dokument
WO 89/12793 A1 - Es besteht daher Bedarf an einer Technik, die einerseits relativ kostengünstig ist und andererseits gute Schneebildungseigenschaften bei Temperaturen im Grenzbereich aufweist. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren optionale Merkmale einiger Ausführungsformen der Erfindung.
- Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass bei Beschneiungssystemen mit mindestens einer Wasser- oder Wasser/Luft-Düse die Schneebildungseigenschaften besonders gut sind, wenn das aus der mindestens einen Düse ausgestoßene Wasser möglichst bald die Gefriertemperatur (ca. 0°C, je nach dem herrschenden Luftdruck) erreicht oder diese Temperatur in manchen Ausgestaltungen bereits beim Austritt aus der Düse aufweist. Je kälter das aus der Düse ausgestoßene Wasser ist, desto weniger Wärme muss abgeführt werden, und umso leichter bilden sich die Nukleationskeime als Grundlage für die Schneekristalle.
- Die Erfindung schlägt daher ein Beschneiungssystem vor, das eine Schneeerzeugungs-Baugruppe und eine Kältemaschine aufweist. Die Schneeerzeugungs-Baugruppe kann hierbei ein an sich bekannter Schneeerzeuger (z.B. in der Bauform als Propellermaschine oder als Lanzenschneeerzeuger) sein oder zumindest aus einem solchen bekannten Schneeerzeuger im Rahmen des üblichen fachmännischen Könnens und unter Berücksichtigung der Lehre des vorliegenden Dokuments abgeleitet sein. Auch die Kältemaschine als solche ist entweder an sich bekannt oder im Rahmen des fachmännischen Könnens und unter Berücksichtigung der Lehre des vorliegenden Dokuments aus einer bekannten Kältemaschine abgeleitet. Die Erfindung wird primär in der Kombination der Schneeerzeugungs-Baugruppe und der Kältemaschine gesehen.
- Bei dem erfindungsgemäßen Beschneiungsverfahren findet sich ebenfalls die Kombination der Schritte, dass Beschneiungswasser mittels einer Kältemaschine eines erfindungsgemäßen Beschneiungssystems gekühlt wird, und dass das von der Kältemaschine gekühlte Beschneiungswasser und/oder ein Gemisch aus Luft und dem von der Kältemaschine gekühlten Beschneiungswasser durch eine oder mehrere Düsen einer Schneeerzeugungs-Baugruppe ausgestoßen wird/werden. Erfindungsgemäß wird das Verfahren im Freien - also insbesondere nicht in einem Innenraum wie z.B. einer Skihalle oder sonstigen Halle - ausgeführt.
- Die erfindungsgemäße Kombination führt zu erheblichen und überraschenden Vorteilen. Insbesondere lässt sich auch bei Grenztemperaturen - also bei Feuchtkugeltemperaturen im Bereich von höchstens 0 °C bis knapp unter 0°C - effizient Schnee in guter Qualität erzeugen. Die Erfindung ist aber nicht auf diesen Temperaturbereich beschränkt. Wenn in manchen Ausgestaltungen eine Unterkühlung des Beschneiungswassers erfolgt, ist sogar eine Schneeerzeugung bei Feuchtkugeltemperaturen von etwas über 0 °C möglich.
- Auch bei Temperaturen unter dem absoluten Grenzbereich hat das erfindungsgemäße System Vorteile. Es hat sich nämlich in der Praxis gezeigt, dass bekannte Installationen mit Kühltürmen sogar bei Temperaturen unterhalb des absoluten Grenzbereichs nicht immer zufriedenstellend arbeiten. Selbst bei kalten Witterungsbedingungen kann nämlich in die Leitungen, die von dem Speichersee oder -becken zu den Schneeerzeugern laufen, kein stark unterkühltes Wasser eingespeist werden, da sonst die Leitungen vereisen könnten. Wenn jedoch das eingespeiste Wasser eine Temperatur von ungefähr 0 °C hat, so erwärmt es sich durch die Erdwärme auf einige Grad über 0 °C, bis es bei den Schneeerzeugern eintrifft. Dies gilt wegen des noch wärmeren Bodens insbesondere im frühen Winter, wenn eine technische Schneeerzeugung zur Erzeugung einer guten Schneebasis besonders wichtig ist. Ferner besteht bei der Verdunstungskühlung ein offener Kühlkreis, der notwendigerweise vor den Förderpumpen zu den Schneeerzeugern angeordnet sein muss. Die Verlustleistung der Pumpen führt dann zu einer weiteren Erwärmung des Beschneiungswassers.
- Die gerade genannten Effekte können bei den bekannten Systemen dazu führen, dass auch bei kalten Witterungsbedingungen das bei den Beschneiungsgeräten eintreffende Beschneiungswasser wärmer ist, als dies für eine gute Schneeerzeugung wünschenswert wäre. Bei Umgebungstemperaturen im Grenzbereich ist dies praktisch stets der Fall, weil die Verdunstungskühltürme einige Grad an Temperaturdifferenz zwischen der Feuchtkugeltemperatur und der durch Verdunstungskühlung tatsächlich erzielbaren Temperatur des Beschneiungswassers erfordern und dann noch die oben genannte Erwärmung auf dem Weg zu den Beschneiungsgeräten und durch die Pumpen und Rohrleitungen hinzukommt.
- Durch die erfindungsgemäße Lösung lässt sich eine effiziente Wasserkühlung auf einen gewünschten Temperaturbereich - der in der Regel niedriger ist, als er bei Grenztemperaturen mit bekannten Systemen erreichbar wäre - erzielen. Beispielsweise können Ausführungsformen der Erfindung derart ausgelegt sein, dass bei allen Witterungsbedingungen, die sich überhaupt für die Schneeerzeugung eignen, das Beschneiungswasser beim Austritt aus der einen oder den mehreren Düsen eine Temperatur von höchstens 4,0 °C und vorzugsweise höchstens 2,0 °C und noch mehr bevorzugt höchstens 1,0 °C aufweist. Diese Temperaturbereiche stellen schon einen erheblichen Vorteil gegenüber dem Stand der Technik dar.
- In manchen Ausführungsformen ist sogar vorgesehen, das Beschneiungswasser durch die Kältemaschine zu unterkühlen, so dass es beim Austritt aus der einen oder den mehreren Düsen eine Temperatur von weniger als 0,0 °C aufweist. In dem letztgenannten Fall bilden sich beim Austritt aus der Düse oder den Düsen sofort Nukleationskeime, die dann auch sofort mit den Tröpfchen des weiteren ausgestoßenen Beschneiungswassers in einem thermischen Gleichgewicht stehen. Im Gegensatz zu Systemen, die mit höheren Wassertemperaturen arbeiten und Nukleationskeime z.B. durch Expansion von Druckluft bilden, besteht bei den gerade beschriebenen Ausführungsbeispielen keine Gefahr, dass sich die gebildeten Nukleationskeime in dem wärmeren sonstigen Beschneiungswasser wieder auflösen und somit die Schneeproduktion eingeschränkt wird.
- Wenn in den Ansprüchen davon die Rede ist, dass die Schneeerzeugungs-Baugruppe "eine oder mehrere Düsen zum Ausstoß des Beschneiungswassers und/oder eines Gemischs aus Luft und dem Beschneiungswasser aufweist", so ist damit nicht notwendigerweise gemeint, dass alle Düsen der Schneeerzeugungs-Baugruppe zum Ausstoß des gekühlten Beschneiungswassers und/oder des Gemischs aus Luft und dem gekühlten Beschneiungswasser vorgesehen sind. Die Schneeerzeugungs-Baugruppe kann vielmehr auch weitere Düsen enthalten, die zusätzlich zu der/den genannten "einen oder mehreren Düsen" vorgesehen sind. In manchen Ausgestaltungen weisen aber alle Düsen der Schneeerzeugungs-Baugruppe die beanspruchten Eigenschaften auf.
- In manchen Ausgestaltungen sind die Kältemaschine und die Schneeerzeugungs-Baugruppe zu einem einzigen Gerät oder einer einzigen Baugruppe integriert. Beispielsweise können die Kältemaschine und die Schneeerzeugungs-Baugruppe auf einem gemeinsamen Fundament ruhen und/oder an einem gemeinsamen Rahmen angebracht sein und/oder in ein gemeinsames Gehäuse eingebaut sein. In anderen Ausgestaltungen sind die Kältemaschine und die Schneeerzeugungs-Baugruppe dagegen zwei separate Baugruppen. In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, wenn die Kältemaschine und die Schneeerzeugungs-Baugruppe einen relativ geringen räumlichen Abstand voneinander aufweisen, der beispielsweise höchstens 10,0m und vorzugsweise höchstens 3,0m beträgt. Ein solcher geringer räumlicher Abstand trägt dazu bei, eine unerwünschte Erwärmung des von der Kältemaschine gekühlten Wassers in einer zur Schneeerzeugungs-Baugruppe führenden Leitung zu vermeiden. Allerdings sind auch Ausführungsformen der Erfindung vorgesehen, bei denen dieser Abstand größer ist.
- In manchen Ausgestaltungen sind die Kältemaschine und die Schneeerzeugungs-Baugruppe durch eine (isolierte oder nicht-isolierte) Leitung für das gekühlte Beschneiungswasser miteinander verbunden, die in der Umgebungsluft und/oder innerhalb eines Gehäuses und/oder zwar im Boden, aber weniger tief als die Frosttiefe verläuft.
- Bei vielen üblichen Beschneiungssystemen ist ein Leitungsnetz vorgesehen, das mindestens eine von einem Speichersee oder -becken gespeiste Hauptwasserleitung und mehrere davon abzweigende Zweigleitungen aufweist. In manchen Ausführungsformen der Erfindung ist ein ähnliches Leitungsnetz vorhanden, und die Kältemaschine befindet sich in derselben Zweigleitung wie die Schneeerzeugungs-Baugruppe.
- Bei manchen Ausgestaltungen weist das Beschneiungssystem eine Mehrzahl von Schneeerzeugungs-Baugruppen und eine Mehrzahl von Kältemaschinen auf, die jeweils individuell (also in einer 1:1-Beziehung) einander zugeordnet sind. Mit anderen Worten existieren in diesen Systemen mehrere Paare von jeweils genau einer Kältemaschine und genau einer Schneeerzeugungs-Baugruppe, so dass die Kältemaschine ausschließlich ihre zugeordnete Schneeerzeugungs-Baugruppe mit gekühltem Beschneiungswasser versorgt, und die Schneeerzeugungs-Baugruppe ausschließlich von dieser Kältemaschine versorgt wird. Dies schließt nicht aus, dass in solchen Systemen weitere Schneeerzeugungs-Baugruppen und/oder weitere Kältemaschinen vorgesehen sind, die nicht die genannte 1:1-Beziehung aufweisen.
- Erfindungsgemäß steht das Beschneiungswasser in einem Wärmetauscher der Kältemaschine unter mindestens dem halben Betriebsdruck, mit dem die Schneeerzeugungs-Baugruppe das Beschneiungswasser erhält. In manchen Ausführungsformen weist das Beschneiungssystem keine eigenen Förderpumpen für das Beschneiungswasser auf, so dass der Eingangsdruck des Beschneiungswassers bei der Kältemaschine ungefähr so hoch oder (wegen des Druckverlusts in einem Wärmetauscher der Kältemaschine, durch den das Beschneiungswasser strömt) etwas höher als der Betriebsdruck ist. Der Betriebsdruck kann in manchen Ausgestaltungen mehr als 2bar oder vorzugsweise mehr als 5 bar oder noch mehr bevorzugt mehr als 10bar betragen. In manchen Ausgestaltungen steht das Beschneiungswasser in dem Wärmetauscher der Kältemaschine unter mindestens 80% oder mindestens 90% oder mindestens 100% des Betriebsdrucks, mit dem die Schneeerzeugungs-Baugruppe das Beschneiungswasser erhält. In weiteren Ausgestaltungen steht das Beschneiungswasser in einem Wärmetauscher der Kältemaschine unter mindestens dem halben Betriebsdruck, mit dem mindestens eine Düse das Beschneiungswasser erhält, und vorzugsweise unter mindestens 80% oder mindestens 90% oder mindestens 100% dieses Betriebsdrucks.
- Wie bereits erwähnt, können die Kältemaschine und/oder die Schneeerzeugungs-Baugruppe als solche auf diverse an sich bekannte oder an sich naheliegende Weisen ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Kältemaschine einen Economizer und/oder einen Zwischen-Kühlkreis aufweisen. Die Schneeerzeugungs-Baugruppe kann ferner mindestens eine Wasserstrahlpumpe enthalten, wie dies in
EP 1 456 588 B1 beschrieben ist. Generell ist in vielen Ausgestaltungen die Schneeerzeugungs-Baugruppe dazu eingerichtet, in ungekühlter und/oder unkomprimierter Umgebungsluft zu arbeiten. - In manchen Ausgestaltungen ist das Beschneiungssystem dazu eingerichtet, zumindest bei manchen Temperaturbedingungen ausschließlich Beschneiungswasser auszustoßen, das von der Kältemaschine gekühlt worden ist. In anderen Ausführungsformen wird jedoch noch zusätzliches Wasser, das nicht von der Kältemaschine gekühlt ist, ausgestoßen. Dieses Zusatzwasser kann beispielsweise direkt aus einem Speichersee oder -becken stammen, wobei eine Verdunstungskühlung erfolgen kann, aber nicht zwingend erfolgen muss. Solche Ausführungsformen können eine hohe Maximalleistung bei besonders guter Effizienz aufweisen.
- Allgemein kann der Wärmetauscher, durch den die Kältemaschine die dem Beschneiungswasser entzogene Wärme an eine Energiesenke abgibt, auf unterschiedliche Art ausgestaltet sein. In manchen Ausgestaltungen ist ein Luft-Wärmetauscher vorgesehen, der Wärme eines Kältemittels in einem Kühlkreis der Kältemaschine an Luft, insbesondere an Umgebungsluft, überträgt. In anderen Ausgestaltungen ist alternativ oder zusätzlich ein Erd-Wärmetauscher vorgesehen, der Wärme in das Erdreich abgibt, und/oder ein Wärmetauscher, der Wärme des Kältemittels an Wasser oder ein anderes Kühlmedium abgibt. Im letztgenannten Fall kann das Wasser oder andere Kühlmedium, an das die Wärme abgegeben wird, beispielsweise ein Wasserlauf oder Teich oder Becken sein, oder auch ein Kühlmedium eines weiteren Kreises, das seinerseits von einem Erd-Wärmetauscher gekühlt wird.
- Ein weiterer Aspekt von manchen Ausgestaltungen des Beschneiungssystems betrifft eine Propeller-Schneemaschine mit einem Gebläserohr. Gemäß diesem Aspekt ist an zumindest einem Abschnitt einer äußeren Mantelfläche des Gebläserohrs ein Wärmetauscher zur Abgabe von Wärme eines Kältemittels an Luft angeordnet. Gemäß diesem Aspekt ergeben sich Ausgestaltungen des Beschneiungssystems mit einer Kältemaschine und der gerade genannten Anordnung eines Wärmetauschers dieser Kältemaschine. Der Aspekt wird auch als eigenständige Erfindung erachtet, die einen besonders günstigen Ort zum Anbringen eines Wärmetauschers an einem Gebläserohr für eine Propeller-Schneemaschine lehrt, aber vorliegend nur als Bestandteil eines erfindungsgemäßen Beschneiungssystems beansprucht wird. In manchen Ausgestaltungen kann der Wärmetauscher als Kühlregister ausgestaltet sein, und/oder es kann vorgesehen sein, aus dem Inneren des Gebläserohres stammende Luft über den Wärmetauscher strömen zu lassen, und/oder es kann eine äußere Abdeckung des Wärmetauschers vorgesehen sein.
- Weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, in Verbindung mit den beigefügten schematischen Zeichnungen. Es zeigen:
- Fig. 1 - Fig. 6
- je ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Beschneiungssystems,
- Fig. 7
- eine perspektivische Ansicht schräg von vorne auf ein als Propeller-Schneemaschine ausgestaltetes Beschneiungssystem gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- Fig. 8
- eine perspektivische Ansicht schräg von hinten auf das Beschneiungssystem gemäß dem Ausführungsbeispiel von
Fig. 7 . - Es versteht sich, dass die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen zur Erläuterung von Aspekten und Ausgestaltungen der Erfindung dient und nicht als eine Einschränkung des Schutzbereichs ausgelegt werden soll.
- In
Fig. 1 - Fig. 6 ist jeweils ein Beschneiungssystem 10 mit einer Schneeerzeugungs-Baugruppe 12 und einer Kältemaschine 14 gezeigt, die miteinander durch eine Leitung 16 für gekühltes Beschneiungswasser K verbunden sind. Die Kältemaschine 14 wird ihrerseits von Beschneiungswasser B aus einem Speichersee oder einem Speicherbecken (nicht gezeigt) gespeist, das in den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen nicht oder allenfalls durch eine zentrale Verdunstungskühlung gekühlt ist. Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf Beschneiungssysteme 10 mit einer einzigen Schneeerzeugungs-Baugruppe 12 und einer einzigen Kältemaschine 14 eingeschränkt ist, auch wenn im Folgenden, zum besseren Verständnis, primär solche Systeme beschrieben werden. Erfindungsgemäße Beschneiungssysteme 10 können vielmehr mehrere Schneeerzeugungs-Baugruppen 12 und/oder mehrere Kältemaschinen 14 und/oder weitere Komponenten, wie z.B. ein Leitungsnetz (in den Figuren nicht gezeigt) mit einer Hauptleitung und mehreren Zweigleitungen aufweisen. - Die Schneeerzeugungs-Baugruppe 12 weist mindestens eine Düsenbaugruppe 18 auf, die in den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen gemäß
Fig. 1 - Fig. 6 jeweils eine Mehrzahl von Düsen 20.1, 20.2, 20.3, ... - im Folgenden zusammenfassend mit "20.x" bezeichnet - enthält. Allgemein kann jede der Düsen 20.x als Wasserdüse oder Wasser/Luft-Düse oder in speziellen anderen Bauformen (z.B. als Nukleatordüse) ausgestaltet sein. Das aus den Düsen 20.x oder zumindest manchen der Düsen 20.x ausgestoßene Wasser oder Wasser/LuftGemisch ist gekühltes Beschneiungswasser K oder weist zumindest einen Anteil aus gekühltem Beschneiungswasser K auf. Bei den hier beschriebenen Ausführungsformen befinden sich die Düsen 20.x in unkomprimierter Umgebungsluft bzw. bei Propellermaschinen in dem durch den Propeller erzeugten Luftstrahl, der in der hier verwendeten Wortwahl auch als "unkomprimierte Umgebungsluft" verstanden werden soll. Wenn das Beschneiungssystem im Außenbereich installiert ist, so ist die Umgebungsluft ferner ungekühlt. Ist das Beschneiungssystem im Innenbereich (z.B. in einer Skihalle) installiert, so ist möglicherweise die gesamte Umgebungsluft in der Skihalle gekühlt, aber es findet keine darüber hinausgehende Kühlung im Zusammenhang mit dem Beschneiungssystem statt. Auch dies soll in der hier verwendeten Wortwahl als "ungekühlte Umgebungsluft" verstanden werden. - Die Schneeerzeugungs-Baugruppe 12 kann in diversen an sich bekannten Bauformen ausgestaltet sein, beispielsweise als Propellermaschine ("Schneekanone") oder als Lanzenschneeerzeuger.
-
Fig. 1 zeigt eine besonders einfache Ausgestaltung der Schneeerzeugungs-Baugruppe 12, bei der lediglich Wasserdüsen 20.x vorgesehen sind, die ausschließlich gekühltes Beschneiungswasser K in unkomprimierte und ungekühlte Umgebungsluft ausstoßen. Komplexere Ausführungsformen sind Gegenstand vonFig. 2 - Fig. 6 und werden weiter unten beschrieben. - Die Kältemaschine 14 weist auf an sich bekannte Weise einen Kühlkreis 22 auf, der ein von dem Beschneiungswasser B, K getrenntes Kältemittel M enthält. In
Fig. 1 - Fig. 4 ist schematisch die Grundform einer Kältemaschine 14 gezeigt, bei der ein erster Wärmetauscher 24, ein Drosselorgan 26, ein zweiter Wärmetauscher 28 und ein Verdichter 30 vorgesehen sind. Der erste Wärmetauscher 24, der beispielsweise als Kondensator ausgebildet sein kann, führt Wärme aus dem Kältemittel M an die Umgebung ab. Abhängig von der Art des Kältemittels M kann dabei in manchen Ausgestaltungen das Kältemittel M kondensieren, während in anderen Ausführungsformen kein Phasenübergang stattfindet. Das Drosselorgan 26 reduziert den Druck des Kältemittels M. Das Kältemittel M vermag daher in dem zweiten Wärmetauscher 28, der beispielsweise als Verdampfer ausgestaltet sein kann, dem zugeführten Beschneiungswasser B Wärme zu entziehen. Hierdurch ergibt sich das gekühlte Beschneiungswasser K. Das erwärmte und gegebenenfalls nun dampfförmige Kältemittel M wird über den Verdichter 30 wieder dem ersten Wärmetauscher 24 zugeführt, wodurch der Kreisprozess geschlossen wird. - Generell können die diversen Ausgestaltungen der Schneeerzeugungs-Baugruppe 12, wie sie in
Fig. 1 - Fig. 6 gezeigt und hier beschrieben sind, beliebig mit den diversen Ausgestaltungen der Kältemaschine 14, wie sie ebenfalls inFig. 1 - Fig. 6 gezeigt und hier beschrieben sind, kombiniert werden. Die Erfindung umfasst also z.B. zumindest alle Beschneiungssysteme, in denen eine beliebige Schneeerzeugungs-Baugruppe 12 nach einer der Zeichnungsfiguren 1-6 mit einer beliebigen Kältemaschine 14 nach einer anderen der Zeichnungsfiguren 1-6 verwendet wird. - In
Fig. 2 ist ein abgewandeltes Beschneiungssystem 10 dargestellt, bei der die Düsenbaugruppe 18 durch eine Wasserstrahlpumpe 32 mit einem Gemisch aus Luft und dem gekühlten Beschneiungswasser K versorgt wird. Die Düsen 20.x sind als Wasser/Luft-Düsen ausgestaltet. Das gekühlte Beschneiungswasser K dient als Treibmedium für die Wasserstrahlpumpe, die ihrerseits unkomprimierte Umgebungsluft an einem Einlass 34 ansaugt und diese Luft mit dem gekühlten Beschneiungswasser K mischt. Das so erzeugte Beschneiungswasser/Luft-Gemisch wird durch die Düsen 20.x ausgestoßen. Dieses Funktionsprinzip ist als solches ausEP 1 456588 B1 bekannt. Es versteht sich, dass in weiteren Abwandlungen mehrere Düsenbaugruppen 18 mit jeweils mehreren Düsen 20.x vorgesehen sein können. - Das in
Fig. 3 gezeigte Beschneiungssystem 10 ähnelt dem System vonFig. 1 , wobei jedoch eine oder mehrere der Düsen 20.x - inFig. 3 beispielhaft die Düse 20.3 - als Nukleatordüse zur Erzeugung von Gefrierkeimen ausgestaltet ist. Die Nukleatordüse 20.3 wird mit dem gekühlten Beschneiungswasser K sowie mit Druckluft versorgt, die ihrerseits mittels eines Kompressors 36 aus Umgebungsluft gewonnen wird. -
Fig. 4 zeigt ein Beispiel für ein Beschneiungssystem 10 mit mehreren Düsenbaugruppen 18, die teils von dem gekühlten Beschneiungswasser K und teils von Zusatzwasser Z versorgt werden. Das Zusatzwasser Z stammt zwar aus derselben Haupt- und Zweigleitung wie das gekühlte Beschneiungswasser K, aber das Zusatzwasser Z wird nicht von der Kältemaschine 14 gekühlt. In dem inFig. 4 gezeigten Beispiel ist ferner eine hydraulische Verbindung 40, beispielsweise ein steuerbares oder fest eingestelltes Drosselorgan oder ein steuerbares oder fest eingestelltes Ventil, zur Mischung des gekühlten Beschneiungswassers K und des Zusatzwassers Z vorgesehen, während in anderen Ausgestaltungen keine solche Verbindung vorhanden ist. - Bei geschlossener hydraulischer Verbindung 40, oder wenn gar keine hydraulische Verbindung vorhanden ist, werden die Düsen 20.1 - 20.9 ausschließlich mit gekühltem Beschneiungswasser K versorgt, und die Düsen 20.10 - 20.15 werden ausschließlich mit Zusatzwasser Z versorgt. Dies ist insbesondere dann eine vorteilhafte Ausgestaltung, wenn das Beschneiungssystem 10 eine relativ große Wurfweite für das aus den zweitgenannten Düsen 20.10 - 20.15 ausgestoßene Zusatzwasser Z aufweist, weil sich dieses Wasser dann in der Umgebungsluft abkühlen kann, bevor es auf das bereits ganz oder teilweise gefrorene Beschneiungswasser K der Düsen 20.1 - 20.9 trifft. Bei ganz oder teilweise geöffneter hydraulischer Verbindung 40 werden die Düsen 20.x dagegen mit einer Mischung aus dem gekühlten Beschneiungswasser K und dem Zusatzwasser Z - gegebenenfalls in variablen Mischverhältnissen - versorgt. Es versteht sich, dass in weiteren Ausgestaltungen mehrere hydraulische Verbindungen 40 - z.B. steuerbare Ventile oder fest eingestellte Mischer - vorgesehen sein können, um unterschiedliche Mischungen des gekühlten Beschneiungswassers K und des Zusatzwassers Z zu erzeugen, die an unterschiedliche Düsenbaugruppen 18 geleitet werden.
- Die Düsenbaugruppen 18 in
Fig. 4 sind teils mit und teils ohne Wasserstrahlpumpen 32 gezeigt. Es versteht sich, dass dies lediglich eine beispielhafte Anordnung ist, und dass viele weitere Ausgestaltungen, bei denen Zusatzwasser Z verwendet wird, möglich und vorgesehen sind. Ferner ist inFig. 4 jeder Düsenbaugruppe 18 ein Ventil 38 zugeordnet, mit dem die Wasserversorgung dieser Düsenbaugruppe 18 abhängig von den Betriebsbedingungen eingestellt werden kann. Dies ermöglicht eine gute Anpassung an die unterschiedlichsten Betriebssituationen und Witterungsverhältnisse. - Die in
Fig. 4 beispielhaft veranschaulichten Konzepte, nämlich die Verwendung von Zusatzwasser Z und/oder die Verwendung mindestens einer hydraulischen Verbindung 40 und/oder die Verwendung mehrerer individuell steuerbarer Düsenbaugruppen 18, können natürlich auch mit den anderen hier beschriebenen Ausgestaltungen der Schneeerzeugungs-Baugruppe 12 kombiniert werden, also z.B. mit der Verwendung von Nukleatordüsen gemäßFig. 3 . -
Fig. 5 und 6 zeigen Abwandlungen der Kältemaschine 14, die mit allen hier beschriebenen Ausgestaltungen der Schneeerzeugungs-Baugruppe 12 kombiniert werden können. So ist bei der Kältemaschine 14 gemäßFig. 5 ein Economizer 42 im Kühlkreis 22 vorgesehen, also ein weiterer Wärmetauscher, der den Wirkungsgrad der Kältemaschine 14 erhöht, weil er Kältemittel M, das von dem zweiten Wärmetauscher 28 kommt, bereits vor dem Verdichter 30 erwärmt. Bei der Kältemaschine 14 gemäßFig. 6 ist ein Zwischenkreis 44 mit einem weiteren Wärmetauscher 46 und einer Pumpe 48 vorgesehen. Der Zwischenkreis 44 weist ein Kühlmedium MM auf, das sich von dem Kältemittel M im Kühlkreis 22 unterscheidet. Beispielsweise kann das Kühlmedium MM ein Wasser/Glykol-Gemisch sein. Die Verwendung eines Zwischenkreises 44 hat insbesondere den Vorteil einer gesteigerten konstruktiven Freiheit bei der Auslegung der Kältemaschine 14. - In einem ersten Betriebsbeispiel erhält ein Beschneiungssystem 10 der oben beschriebenen Art Beschneiungswasser B mit einer Temperatur von ca. 4 °C - 8 °C. Die Kältemaschine 14 erzeugt gekühltes Beschneiungswasser K mit einer Temperatur von 0,0 °C. Unter Berücksichtigung einer leichten Erwärmung des Beschneiungswassers K in der Leitung 16 und den Düsenbaugruppen 18 hat das Beschneiungswasser K, wenn es die Düsen 20.x durchläuft (als Wasser oder als Wasser/Luft-Gemisch), eine Temperatur von ca. 0,5 °C. Bei einer Temperatur der Umgebungsluft von geringfügig unter 0 °C bilden sich augenblicklich Nukleationskeime, an denen sich das restliche Beschneiungswasser K rasch in Form einer Schneeflocke anlagert.
- In einem zweiten Betriebsbeispiel erzeugt die Kältemaschine K unterkühltes Beschneiungswasser K mit einer Temperatur von -1,5°C. Dieses Beschneiungswasser K hat, wenn es die Düsen 20.x durchläuft und aus ihnen austritt, eine Temperatur von ca. -1,0°C. Die Schneebildung erfolgt hier bei Umgebungstemperaturen unter 0°C praktisch sofort. Auch bei einer Temperatur der Umgebungsluft von etwas über 0°C ist noch eine Schneeerzeugung möglich.
- Es versteht sich, dass diese Betriebsbeispiele nur als Beispiele zum besseren Verständnis der Erfindung dienen sollen, und dass je nach den Umgebungsbedingungen andere Betriebsparameter zweckmäßig sein können.
-
Fig. 7 undFig. 8 zeigen beispielshaft eine Ausgestaltung des Beschneiungssystems 10 als Propeller-Schneemaschine, die ein Gehäuse 50 sowie ein Gebläserohr 52 mit einem leistungsstarken Propellergebläse 54 (z.B. mit 3-25 kW Leistung) aufweist. Die Düsenbaugruppe 18 ist an dem Gebläserohr 52 angeordnet oder als Teil des Gebläserohres 52 in dieses integriert. Das Gehäuse 50 und das Gebläserohr 52 bilden eine Baugruppe. Diese Bauform ist als solche bekannt und wird umgangssprachlich auch als "Schneekanone" bezeichnet. - In machen Ausgestaltungen weist die Düsenbaugruppe 18 mehrere Düsen 20.1, 20.2, 20.3, ... (z.B. insgesamt 20-200 Düsen) auf, die beispielsweise in Form eines Düsenkranzes oder Düsenrings angeordnet sein können. Der Düsenkranz oder Düsenring kann in manchen Ausführungsformen in mehrere einzelne Düsenblöcke unterteilt sein. In anderen Ausgestaltungen weist die Düsenbaugruppe 18 nur eine einzige Düse auf, die beispielsweise zentral im Gebläserohr 52 angeordnet sein kann.
- In dem in
Fig. 7 undFig. 8 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ferner ein Rahmen 56 vorgesehen, der das Gehäuse 50 hält und der zur Aufstellung und Verankerung der Propeller-Schneemaschine dient sowie deren Transport vereinfacht. Es versteht sich, dass dieser Rahmen 56 in manchen Ausgestaltungen weggelassen werden kann. In anderen Ausführungsformen sind das Gehäuse 50 und das Gebläserohr 52 nicht unmittelbar miteinander verbunden, sondern beide sind jeweils an dem Rahmen 56 befestigt. In diesem Fall bilden das Gehäuse 50, das Gebläserohr 52 und der Rahmen 56 zusammen eine Baugruppe. - In dem Gehäuse 50 befinden sich die Kältemaschine 14 und gegebenenfalls manche Komponenten der Schneeerzeugungs-Baugruppe 12, wie z.B. in dem Ausführungsbeispiel von
Fig. 2 die darin vorgesehene Wasserstrahlpumpe 32 oder in anderen Ausführungsformen ein Luftkompressor und Injektoren. Ferner sind in dem Gehäuse 50 elektrische Steuerungseinrichtungen und Leitungen zu Wasserverteilung enthalten. Das Gebläserohr 52 und die damit baulich verbundenen Komponenten bilden den Hauptteil der Schneeerzeugungs-Baugruppe 12, oder in manchen Ausgestaltungen die gesamte Schneeerzeugungs-Baugruppe 12. - An einer äußeren Mantelfläche 58 des Gebläserohres 52 ist ein Kühlregister 60 angeordnet, das in den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen als der Wärmetauscher 24 zur Abgabe von Wärme des Kältemittels M an Luft dient. Das Kühlregister 60 weist in an sich bekannter Weise eine oder mehrere U-förmig oder schlangenförmig verlaufende Kühlleitung(en) 62 auf, die abschnittsweise mit Lamellenstrukturen 64 umgeben und/oder thermisch verbunden ist/sind. Es versteht sich, dass die Lamellenstrukturen 64 auf viele unterschiedliche Arten ausgestaltet sein können und beispielsweise einzelne Lamellenelemente und/oder mäanderförmige Lamellenbleche und/oder Lamellenbleche mit Vorsprüngen aufweisen können.
- Der hier als Kühlregister 60 ausgestaltete Wärmetauscher 24 folgt in seiner allgemeinen Form und Krümmung der äußeren Mantelfläche 58 und ist nahe an dieser Mantelfläche 58 angeordnet. Beispielsweise kann sich das Kühlregister 60 in einem radialen Bereich von maximal 25 cm oder bevorzugt maximal 10 cm um die äußeren Mantelfläche 58 befinden.
- Das Kühlregister 60 wird in der Regel die äußere Mantelfläche 58 nicht ganz umschließen, sondern kann beispielsweise in einem Winkelbereich von insgesamt mindestens 45° oder mindestens 90° oder mindestens 180° an der äußeren Mantelfläche 58 angeordnet sein. In manchen Ausführungsformen ist das Kühlregister 60 in zwei oder mehr Abschnitte unterteilt, die z.B. jeweils einen Winkelbereich von mindestens 20° oder 20° - 120° oder 20° - 90° oder 20° - 30° an der äußeren Mantelfläche 58 einnehmen. Diese Abschnitte können insbesondere, wie in
Fig. 7 undFig. 8 beispielhaft gezeigt, an einer oder beiden Seiten der äußeren Mantelfläche 58 vorgesehen sein. - In manchen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass des Gebläserohr 52 Öffnungen oder Löcher (in
Fig. 7 undFig. 8 nicht gezeigt) in seiner Mantelfläche 58 aufweist, durch die beim Betrieb der Propeller-Schneemaschine kalte Umgebungsluft, die von dem Propellergebläse 54 in das Gebläserohr 52 gedrückt wird, seitlich ausstritt und über den Wärmetauscher 24 strömt. Beispielsweise kann das Gebläserohr 52 mit vielen kleinen Löchern oder mit einem oder einigen wenigen Schlitzen oder anderen Öffnungen versehen sein. Auf diese Weise wird bei vielen Betriebsbedingungen die Kühlwirkung des Wärmetauschers 24 erheblich erhöht. - In manchen Ausführungsformen ist mindestens eine äußere Abdeckung (in
Fig. 7 undFig. 8 nicht gezeigt) vorgesehen, die verhindert, dass die von dem Wärmetauscher 24 erwärmte Luft in den Hauptluftstrom der Propeller-Schneemaschine gelangt und dort die Schneeerzeugung beeinträchtigt. Diese Abdeckung kann beispielsweise die Form gekrümmter Abdeckabschnitte (inFig. 7 undFig. 8 nicht gezeigt) aus Metallblech oder Kunststoff aufweisen, die ungefähr der äußeren Form des Gebläserohrs 52 mit dem darauf befindlichen Kühlregister 60 folgen. Eine Luftleitschiene 66 dient als oberer Anschlag für diese Abdeckabschnitte und lenkt die von dem Kühlregister 60 erwärmte Luft nach oben um. Wenn die vom Kühlregister 60 erwärmte Luft im Bereich der Luftleitschiene 66 nach oben hin austritt, kann eine Beeinträchtigung der Schneeerzeugung ausgeschlossen werden. - Die in der obigen Beschreibung von Ausführungs- und Betriebsbeispielen enthaltenen Einzelheiten sollen nicht als Einschränkung des Schutzbereichs der Erfindung verstanden werden, sondern als exemplarische Darstellung einiger Ausführungsformen. Viele Varianten sind möglich und dem Fachmann unmittelbar ersichtlich. Insbesondere betrifft dies Abwandlungen, die eine Kombination von Merkmalen der einzelnen Ausführungsbeispiele aufweisen. Daher soll der Bereich der Erfindung nicht durch die dargestellten Ausführungsbeispiele bestimmt werden, sondern durch die angehängten Ansprüche.
Claims (15)
- Beschneiungssystem (10), das aufweist:eine Schneeerzeugungs-Baugruppe (12), die als Propellermaschine oder als Lanzenschneeerzeuger ausgebildet ist, und die dazu eingerichtet ist, Beschneiungswasser (B, K) zu erhalten, und die eine oder mehrere Düsen (20.x) zum Ausstoß des Beschneiungswassers (B, K) und/oder eines Gemischs aus Luft und dem Beschneiungswasser (B, K) aufweist, wobei die Schneeerzeugungs-Baugruppe (12) derart eingerichtet ist, dass sich die eine oder die mehreren Düsen (20.x) bei Betrieb der Schneeerzeugungs-Baugruppe (12) in unkomprimierter Umgebungsluft beziehungsweise, bei einer Propellermaschine, in einem durch einen Propeller erzeugten Luftstrahl, befindet/befinden, undeine Kältemaschine (14) mit mindestens einem Kühlkreis (22), der ein von dem Beschneiungswasser (B, K) getrenntes Kältemittel (M) enthält, wobei die Kältemaschine (14) dazu eingerichtet ist, das Beschneiungswasser (B, K), bevor es der Schneeerzeugungs-Baugruppe (12) zugeführt wird, zu kühlen,dadurch gekennzeichnet, dassdie Schneeerzeugungs-Baugruppe (12) dazu eingerichtet ist, das Beschneiungswasser (B, K) mit einem Betriebsdruck zu erhalten, wobei das Beschneiungswasser (B, K) in einem Wärmetauscher (28) der Kältemaschine (14) bei Betrieb des Beschneiungssystems (10) unter mindestens dem halben Betriebsdruck steht.
- Beschneiungssystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemaschine (14) und die Schneeerzeugungs-Baugruppe (12) einen räumlichen Abstand von höchstens 10,0m und vorzugsweise höchstens 3,0m voneinander aufweisen.
- Beschneiungssystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemaschine (14) und die Schneeerzeugungs-Baugruppe (12) zu einer einzigen Baugruppe integriert sind.
- Beschneiungssystem (10) nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass:das Beschneiungssystem (10) ferner ein Leitungsnetz mit mindestens einer Hauptwasserleitung aufweist, von der mehrere Zweigleitungen abzweigen, und ferner dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kältemaschine (14) und die Schneeerzeugungs-Baugruppe (12) in derselben Zweigleitung befinden, oderdas Beschneiungssystem (10) eine Mehrzahl von Schneeerzeugungs-Baugruppen (12) und eine Mehrzahl von Kältemaschinen (14) aufweist, wobei je eine der Schneeerzeugungs-Baugruppen (12) je einer der Mehrzahl von Kältemaschinen (14) individuell zugeordnet ist.
- Beschneiungssystem (10) nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemaschine (14) dazu eingerichtet ist, das Beschneiungswasser (B, K) so weit zu kühlen, dass das Beschneiungswasser (B, K), wenn es die eine oder die mehreren Düsen (20.x) durchläuft, eine Temperatur von höchstens 4,0°C und vorzugsweise höchstens 2,0°C und noch mehr bevorzugt höchstens 1,0°C aufweist und weiter bevorzugt weniger als 0,0°C aufweist.
- Beschneiungssystem (10) nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass:die Kältemaschine (14) dazu eingerichtet ist, das Beschneiungswasser (B, K) auf eine Temperatur zu kühlen, die niedriger als die jeweilige Feuchtkugeltemperatur in der Umgebung der Kältemaschine (14) ist; und/oderdie Kältemaschine (14) dazu eingerichtet ist, das Beschneiungswasser (B, K) mit einem Eingangsdruck zu erhalten, der mindestens halb so hoch wie der Betriebsdruck und vorzugsweise mindestens so hoch wie der Betriebsdruck ist.
- Beschneiungssystem (10) nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass:die Kältemaschine (14) dazu eingerichtet ist, das Beschneiungswasser (B, K) auf eine Temperatur zu kühlen, die niedriger als die jeweilige Feuchtkugeltemperatur in der Umgebung der Kältemaschine (14) ist; und/odermindestens eine Düse (20.x) der einen oder der mehreren Düsen (20.x) dazu eingerichtet ist, das Beschneiungswasser (B, K) mit einem Düsen-Betriebsdruck zu erhalten, und dass das Beschneiungswasser (B, K) in dem Wärmetauscher (28) der Kältemaschine (14) bei Betrieb des Beschneiungssystems (10) unter mindestens dem halben Düsen-Betriebsdruck steht.
- Beschneiungssystem (10) nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass:das Beschneiungssystem (10) frei von Förderpumpen für das Beschneiungswasser (B, K) ist, und/oderdie Kältemaschine (14) einen Economizer (42) und/oder einen Zwischenkreis (44) aufweist.
- Beschneiungssystem (10) nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass:die Schneeerzeugungs-Baugruppe (12) dazu eingerichtet ist, das Beschneiungswasser (B, K) und/oder das Beschneiungswasser/Luft-Gemisch in Umgebungsluft, und zwar vorzugsweise in ungekühlte und/oder unkomprimierte Umgebungsluft, auszustoßen, und/oderdie Schneeerzeugungs-Baugruppe (12) ferner mindestens eine Wasserstrahlpumpe (32) aufweist, die dazu eingerichtet ist, das von der Kältemaschine (14) gekühlte Beschneiungswasser (B, K) als Treibmedium zu erhalten und unkomprimierte Umgebungsluft anzusaugen und mit dem Beschneiungswasser (B, K) zu mischen, und die ferner dazu eingerichtet ist, das erzeugte Beschneiungswasser/Luft-Gemisch der einen Düse (20.x) oder, falls die Schneeerzeugungs-Baugruppe (12) mehrere Düsen (20.x) aufweist, mindestens einer dieser mehreren Düsen (20.x) zuzuführen.
- Beschneiungssystem (10) nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass:die Schneeerzeugungs-Baugruppe (12) ferner dazu eingerichtet ist, Zusatzwasser (Z), das ebenfalls durch die eine oder die mehreren Düsen (20.1 - 20.9) oder durch mindestens eine weitere Düse (20.10 - 20.15) ausgestoßen werden soll, zu erhalten, wobei das Zusatzwasser (Z) nicht von der Kältemaschine (14) gekühlt ist, wobeidie Schneeerzeugungs-Baugruppe (12) vorzugsweise eine hydraulische Verbindung (40) zur Mischung des Zusatzwassers (Z) mit dem gekühlten Beschneiungswasser (K) aufweist.
- Beschneiungssystem (10) nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschneiungssystem (10) ein Gebläserohr (52) mit einem darin angeordneten Propellergebläse (54) aufweist, und dass ein zur Abgabe von Wärme des Kältemittels (M) an Luft dienender Wärmetauscher (24) der Kältemaschine (14) an zumindest einem Abschnitt einer äußeren Mantelfläche (58) des Gebläserohrs (52) angeordnet ist.
- Beschneiungssystem (10) nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemaschine (14) einen Wärmetauscher (24) zur Abgabe von Wärme des Kältemittels (M) an Luft oder in den Erdboden oder an Wasser oder an ein anderes Kühlmedium aufweist.
- Beschneiungssystem (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Abgabe von Wärme des Kältemittels (M) dienende Wärmetauscher (24) als Kühlregister (60) mit mindestens einer Kühlleitung (62) für das Kältemittel (M) und mindestens einem Lamellenelement (64) zur Abgabe der Wärme an die Luft ausgestaltet ist.
- Beschneiungssystem (10) nach Anspruch 11 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass:die äußere Mantelfläche (58) Öffnungen oder Löcher aufweist, durch die hindurch Luft aus dem Inneren des Gebläserohrs (52) über den Wärmetauscher (24) zu strömen vermag, und/odereine äußere Abdeckung des Wärmetauschers (24) vorgesehen ist.
- Beschneiungsverfahren, mit den Schritten:Kühlen von Beschneiungswasser (B, K) mittels einer Kältemaschine (14) eines Beschneiungssystems (10) nach einem der Ansprüche 1-14, undAusstoßen des von der Kältemaschine (14) gekühlten Beschneiungswassers (B, K) und/oder eines Gemischs aus Luft und dem von der Kältemaschine (14) gekühlten Beschneiungswasser (B, K) durch die eine oder die mehreren Düsen (20.x) der Schneeerzeugungs-Baugruppe (12), wobeidas Verfahren im Freien ausgeführt wird.
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