Kühlvorrichtung, insbesondere zum Kühlen von Druckluft
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die allgemein zum Kühlen eines heißen Strömungsmediums und vorzugsweise zum Kühlen der von einem Kompressor erzeugten Druckluft dient. Vorzugsweise ist die Kühlvorrichtung vorgesehen zur Verwendung bei Kompressoren, insbesondere Schraubenkompressoren, die an Silo-Fahrzeugen montiert sind und Druckluft zur pneumatischen Förderung eines im Silo-Fahrzeug zu transportierenden Schüttgutes liefern.
Wegen der stark eingeschränkten Platzverhältnisse an Silo-Fahrzeugen werden die Druckluftkühler in der Regel in unmittelbarer Nähe der Kompressorstufe installiert und in das Druckluftsystem eingefügt. Bekannt sind Druckluftkühler, bei denen der von der Druckluft durchströmte Kühlerkörper, der die Form eines Kühlgitters oder Kühlnetzes hat, durch einen Axialventilator mit Kühlluft beaufschlagt wird. Dieser ist wegen der beengten Platzverhältnisse in kleinstmöglichem Abstand von der ebenen Lufteintritts- fläche des Kühlgitters angeordnet. Der vom Axialventilator erzeugte Kühlluftstrom ist kreisförmig und beaufschlagt im wesentlichen nur eine kreisförmige Teilfläche der insgesamt quadratischen Lufteintrittsfläche des Kühlgitters. Die außerhalb dieser kreisförmigen Teilfläche liegenden Flächenbereiche des Kühlgitters bleiben mehr oder weniger von der Kühlluft unbeaufschlagt. Der effektive Wirkungsgrad des Kühlgitters wird somit nur zu ca. 60 bis 70 % ausgenutzt. Dies gilt unabhängig davon, ob der Axialventilator in saugender oder drückender Zuordnung zum Kühlgitter angeordnet ist.
Ein weiterer Nachteil von Axialventilatoren ist deren geringe Leistungsdichte bzw. niedriger Wirkungsgrad. Die Luftfördermenge des Axialventilators ist stark vom Gegendruck abhängig, und die Kennlinien zeigen, dass schon bei dem Gegendruck von 200 Pa die Luftfördermenge und damit auch die Kühlleistung sich um ca. 50 % verringert. Bei den bisherigen Systemen war die Kühlleistung nicht ausreichend, um z. B. bei
einer Umgebungstemperatur von 30°C und einem Druckluft- Volumenstrom von 1.000 m3/h die Druckluft auf eine Endtemperatur von weniger als 100°C zu kühlen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kühlvorrichtung der angegebenen Art so zu verbessern, dass sie den beengten Platzverhältnissen an Silo-Fahrzeugen gerecht wird und eine optimale Kühlleistung bietet, die ausreicht, um einen Druckluftstrom auf eine Temperatur im Bereich der Umgebungs- bzw. der Ansaugtemperatur zu kühlen, ohne dass der Platzbedarf für die Kühlvorrichtung vergrößert wird.
Eine weitere Bedingung besteht darin, durch Steuerung oder Regelung der Kühlleistung sicherzustellen, dass eine Unterschreitung des Taupunktes verhindert wird. Das bei Unterschreitung des Taupunktes in der Druckluft anfallende Kondensat kann zwar bei der Förderung bestimmter Güter wie z. B. PVC-Granulat vorteilhaft sein, da es die elektrostatische Aufladung verhindert. In der Regel, insbesondere bei saugfähigen Fördergütern wie z. B. Mehl, Gips und Zement, ist Kondensat aber unerwünscht, da es zu Verklebungen führt und eine pneumatische Förderung sogar unmöglich machen kann.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Die Unteransprüche beziehen sich auf weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Ein Vergleich der Leistungsparameter von Axialventilatoren und Radialgebläsen zeigt, dass Axialventialtoren bereits bei einem Strömungswiderstand bzw. Gegendruck von 200 Pa einen Leistungsverlust von 50 % aufweisen, während bei Radialgebläsen ein solcher Leistungsverlust erst bei einem Gegendruck bzw. Strömungswiderstand von 600 Pa eintritt. Bei Radialgebläsen besteht jedoch die Schwierigkeit, dass ihre Luftaustrittsfläche relativ kleine Abmessungen aufweist, die an sich ungünstig für die gleichmäßige Beaufschlagung einer größeren Kühlfläche, wie z. B. der quadratischen Lufteinströmfläche eines Kühlgitters oder Kühlnetzes, ist. Die Erfindung überwindet diese Schwierigkeit dadurch, dass vor dem Kühlkörper eine Vordruckkammer angeordnet wird, die mindestens eine Lufteintrittsöffhung aufweist, an die der Luftauslass eines Radialgebläses angeschlossen ist. Die Vordruckkammer ermöglicht es, dass sich der von dem Radi-
algebläse, vorzugsweise von einer Mehrzahl von Radialgebläsen erzeugte Kühlluftstrom gleichmäßig auf die Fläche des Kühlkörpers verteilt. Hierzu ist eine Mindesthöhe der Vordruckkammer erforderlich.
Eine Ausf hrungsfoπn der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Kühlvorrichtung,
Fig. 2 in etwas größerem Maßstab einen Schnitt durch die Kühlvorrichtung etwa entlang ihrer vertikalen Mittelebene,
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung der Hauptkomponenten der Kühlvorrichtung vor dem Zusammenbau.
Die in den Zeichnungen dargestellte Kühlvorrichtung hat einen als Wärmetauscher dienenden Kühlkörper 1 von flacher Quader- bzw. Kastenform mit einem Kühlgitter oder Kühlnetz 3 sowie einer oberen und unteren Verteilerkammer 5. Im Betrieb strömt von einem Kompressor (nicht dargestellt) verdichtete und dabei erwärmte Druckluft, z. B. aus der oberen Verteilerkammer 5 zur unteren Verteilerkammer 5 durch eine Vielzahl von mit Kühlrippen oder Kühllamellen versehene Röhren, die zusammen das Kühlgitter 3 bilden.
In den Zwischenräumen zwischen den Kühlrippen oder -lamellen wird das Kühlgitter 3 durchströmt von einem Kühlluftstrom, der von einer Mehrzahl von Radialgebläsen 7 erzeugt wird. Bei dem Ausfuhrungsbeispiel sind sechs Radialgebläse 7 vorgesehen, wobei jeweils zwei Radialgebläse 7 einen gemeinsamen, zwischen ihnen angeordneten Antriebsmotor 9 aufweisen und somit ein Radial-Doppelgebläse bilden. Jedes Radialgebläse 7 hat ein Gebläse mit einer rechteckigen, dem Kühlgitter 3 zugewandten Luftaus- trittsöf&iung 14.
Genauer gesagt hat jedes Radialgebläse 7, das von bekannterund im Handel erhältlicher Bauart sein kann, ein eigenes Gebläsegehäuse mit einer gekrümmten, den Radial- Gebläserotor (nicht dargestellt) mit Abstand umgebenden und zu dessen Achse parallelen Umfangswand 8, und zwei zur Achse des Radial-Gebläserotors senkrechten Stirnwänden 10, in denen die Einströmöffiiungen 12 des Radialgebläses angeordnet sind. Die von der Umfangswand 8 und den Stirnwänden 10 umgrenzte rechteckige Luftaustritts- öf&iung 14 (Fig. 2) liegt in einer zur Achse des Gebläserotors parallelen Ebene.
Zwischen dem Kühlgitter 3 und den Radialgebläsen 7 befindet sich eine Druckkammer 11, die die Form eines flachen, einseitig offenen Kastens hat, dessen offene Seite dem Kühlgitter 3 zugewendet ist. Die geschlossene Wandung der Druckkammer 11 weist eine Anzahl von rechteckigen Lufteintrittsöfn ungen 13 auf, deren Größe, Anzahl und Anordnung diejenigen der Luftaustrittsöffiiungen 14 der einzelnen Radialgebläse 7 entspricht.
Für den Zusammenbau der Kühlvorrichtung werden die Radialgebläse 7 auf der Rückwand der Druckkammer 11 derart montiert, dass ihre Luftaustrittsöffiiungen 14 mit den Lufteintrittsöffiiungen 13 der Druckkammer 11 zur Deckung kommen. Anschließend wird die Druckkammer 11 abdichtend an dem Kühlkörper 1 befestigt. Zu diesem Zweck kann die Druckkammer 11 z. B. Flansche 15 mit Löchern für Befestigungsschrauben aufweisen.
Die einzelnen Radialgebläse 7 haben im Vergleich zur Fläche des Kühlkörpers 1 kleine Abmessungen, so dass den beengten Platzverhältnissen Rechnung getragen wird. Da jedoch mehrere Radialgebläse gleichmäßig über die Fläche der Druckkammer 11 und damit auch gleichmäßig über die Lufteintrittsfläche des Kühlgitters 3 verteilt sind, wird die Gesamtfläche des Kühlgitters 3 gleichmäßig von dem Kühlluftstrom beaufschlagt wird. Dabei muss jedoch sichergestellt werden, dass der aus jeder Lufteintritts- öffhung 13 in die Druckkammer 11 eintretende Luftstrom sich auch seitlich ohne ü- bermäßigen Strömungswiderstand ausbreiten kann, um die Lufteintrittsfläche des Kühlgitters 3 gleichmäßig, auch außerhalb der Kontur jeder Lufteintrittsöffiiung 13, zu
beaufschlagen. Um dies zu gewährleisten, ist erfindungsgemäß die Höhe h der Druckkammer 11 (s. Fig. 2) so bemessen, dass sie in einer vorgegebenen Relation zu der Umfangslänge und der Fläche jeder der Lufteintrittsöfϊhungen 13 steht. Diese Relation ist derart, dass das Produkt aus der Höhe h und der Umfangslänge jeder Lufteintritts- öffhung 13 das 1- bis 3-fache, vorzugsweise ca. das 2-fache, der Fläche jeder Lufteintrittsöföiung 13 beträgt.
Bei einem konkreten Ausführungsbeispiel hat jede Lufteintrittsöföiung 13 Seitenlängen von 10 bzw. 6 cm und somit eine Fläche von 60 cm2 und eine gesamte Umfangslänge von 32 cm. Die Höhe h der Druckkammer 11 beträgt 4 cm. Das Produkt aus der Höhe h und der Umfangslänge jeder Lufteintrittsöffiiung 13 beträgt somit 128 cm2. Dieses Produkt ist ein Maß für den Strömungsquerschnitt, der dem durch jede Lufteintrittsöffiiung 13 eintretenden Gebläseluftstram für die seitliche Ausbreitung vor dem Auftreffen auf das Kühlgüter 13 zur Verfügung steht.
Es hat sich gezeigt, dass bei einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung, bei der derbis- her verwendete Axialventilator durch die dargestellte Anordnung von Radialgebläsen 7 mit Druckkammer 11 ersetzt wurde, die Austrittstemperatur der Druckluft aus der Kühlvorrichtung von bisher 100°C auf 50°C gesenkt werden konnte. Dies liegt daran, dass die von den Doppel-Radialgebläsen 7, aufgrund der zur Verfügung stehenden höheren Leistungsdichte, mit erhöhtem Druck in die Druckkammer 11 eingebrachte Luftmenge das Kühlgitter 3 flächendeckend beaufschlagt und mit maximaler Strömungsgeschwindigkeit gleichmäßig durchströmt.
Um dem Betreiber die Möglichkeit zu bieten, die für das jeweilige Fördergut erforderliche Kühlleistung einzustellen und ggf. eine durch zu starke Kühlung verursachte Unterschreitung des Taupunktes zu vermeiden, sind die Doppel-Radialgebläse 7 mittels einer integrierten elektronischen Steuereinheit (nicht dargestellt) steuerbar bzw. regelbar. Ü- ber ein extern gesteuertes Steuerkontrollgerät (nicht dargestellt), in dem sich unter anderem eine analog-digitale Temperaturanzeige sowie ein Regel-Potentiometer befindet,
läßt sich die Gebläseleistung bzw. die Kühltemperatur stufenlos zwischen 40°C und 120°C, bezogen auf eine Außentemperatur von 20°C, einstellen bzw. regeln.
Die Erfindung ist nicht auf die Einzelheiten der dargestellten Ausfuhrungsform beschränkt. So kann insbesondere die Anzahl und Anordnung der Radialgebläse 7 geändert und an die vorgegebenen Abmessungen des Kühlgitters 3, an die vorgegebenen Abmessungen des Kühlkörpers 1 und an die vorhandenen Platzverhältnisse anpassen.
In Fig. 2 ist ein Schutzgehäuse 17 dargestellt (in Fig. 1 und Fig. 3 weggelassen), welches mindestens teilweise aus Lochblech besteht und durch welches die von den Radialgebläsen 7 angesaugte Kühlluft einströmen kann.