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Dokumentenidentifikation DE10128445A1 19.12.2002
Titel Geschlossenes Rückkühlwerk mit Wasserverdunstung
Anmelder SIVUS Gemeinnützige Gesellschaft für Verfahrens-, Umwelt- und Sensortechnik mbH, 09125 Chemnitz, DE
Erfinder Beckert, Konrad, Dr., 09114 Chemnitz, DE
DE-Anmeldedatum 12.06.2001
DE-Aktenzeichen 10128445
Offenlegungstag 19.12.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.12.2002
IPC-Hauptklasse F28C 1/02
IPC-Nebenklasse F28D 5/00   
Zusammenfassung Den luftseitigen Wärmetauscherflächen eines geschlossenen Rückkühlwerkes wird nur das tatsächlich verdunstende Wasser zugeführt, so daß es ohne den bisher üblichen Sprühwasserkreislauf auskommt.
Das zu kühlende Fluid (1) durchströmt ein Paket paralleler plattenförmiger Wärmetauscherelemente (2), die von Luft umströmt werden. Den Wärmetauscherelementen (2) wird über Kanäle (5), die sich an deren Oberkanten befinden, Verdunstungswasser zugeführt. Das Verdunstungswasser fließt aus an den Kanälen (5) verteilten Kanalöffnungen (6) durch Schwerkraft auf die Wärmetauscheroberflächen. Außen an den Wärmetauscherelementen (2) ist beidseitig ganzflächig Drahtgeflecht (7) fest angebracht, das dafür sorgt, daß das Verdunstungswasser nach kurzer Wegstrecke die gesamte Breite der Wärmetauscherelemente (2) benetzt und infolge der Schwerkraft nach unten fließt. Die Fließgeschwindigkeit wird durch das Drahtgeflecht (7) verringert gegenüber einer glatten Oberfläche. Dadurch kann die Verdunstungswasserzufuhr so dosiert werden, daß nur tatsächlich verdunstendes Wasser nachgespeist wird.
Das geschlossene Rückkühlwerk eignet sich zur Kühlung von Fluiden bei platzsparender Bauweise.

Beschreibung[de]

Geschlossene Rückkühlwerke zeichnen sich dadurch aus, daß an die Stelle der Füllkörpereinbauten zum intensiven Wärme- und Stoffaustausch zwischen dem zu kühlenden Wasser und der im direkten Kontakt damit stehenden Außenluft beim offenen Kühlturm hier Wärmetauschersysteme aus berippten und unberippten Rohren treten. Das zu kühlende Fluid durchströmt die Rohre und das über das Rohrsystem rieselnde Sprühwasser zirkuliert in einem eigenen Kreislauf. Um einen hohen Benetzungsgrad zu erreichen und somit den Verdunstungseffekt weitgehend auszunutzen, werden die Wärmetauscherflächen mit hohem Sprühwasserüberschuß beaufschlagt. Da das zu kühlende Fluid in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert, kommt es nicht direkt mit der Außenluft in Berührung und wird somit weder verschmutzt noch durch Luftsauerstoff und Salzanreicherung aggressiv. Um gleiche Leistungsdaten wie beim offenen Rückkühlwerk zu erreichen, sind hier wesentlich höhere Investitionskosten notwendig. Diese ergeben sich durch den zusätzlichen Sprühwasserkreislauf und aus der größeren erforderlichen Wärmetauscherfläche, um den zusätzlichen Wärmetransportwiderstand gegenüber dem direkten Kontakt von Außenluft und zu kühlendem Wasser zu kompensieren.

Nachteilig bei bestehenden offenen und geschlossenen Rückkühlwerken ist auch deren Geräuschbildung. So wird ein Geräuschpegel von 70 dB in 1 m Abstand von einem Kleinkühlturm angegeben, so daß oft Schalldämpfer erforderlich sind. Hauptgeräuschquellen sind neben den Ventilatoren die Versprühung des Wassers aus Düsen, das Auftreffen des Wassers auf Füllkörper bzw. Wärmetauscherrohre und das Auftreffen des Wassers auf der Bodenwanne des Rückkühlwerkes.

Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein geschlossenes Rückkühlwerk zu schaffen, das ohne überschüssige Beaufschlagung der luftseitigen Wärmetauscherflächen mit Verdunstungswasser und somit ohne aufwendigen Sprühwasserkreislauf auskommt. Es wird nur soviel Wasser zugeführt, wie auch den jeweiligen Betriebsbedingungen entsprechend an den Wärmetauscheroberflächen verdunstet.

Dieses Problem wird mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Das zu kühlende Fluid durchströmt ein Paket paralleler plattenförmiger Wärmetauscherelemente mit einer luftseitigen Oberfläche, die so gestaltet ist, daß an den Oberkanten der senkrecht angeordneten Wärmetauscherelemente durch Kanäle aufgegebenes Verdunstungswasser die Platten auf ganzer Breite benetzt und verzögert in Richtung Unterkante strömt. Dadurch ist es möglich die Verdunstungswasserzufuhr so zu dosieren, daß nur das den jeweiligen Betriebsbedingungen entsprechend zu verdunstende Wasser zugeführt wird und kein Überschuß erforderlich ist.

Dies wird dadurch erreicht, daß die luftseitige Plattenoberfläche mit metallischem Drahtgeflecht versehen ist, das zum Beispiel durch Löten festen Kontakt zur Plattenoberfläche hat. Die Schichtdicke des Geflechtes liegt dabei im Bereich von ca. 3 mm und größer, um auch durch Verwirbelung den luftseitigen Wärmeübergang zu verbessern und gleichzeitig eine Oberflächenvergrößerung gegenüber glatten Platten zu erzielen.

Mit der Erfindung wird auch erreicht, daß eine Hauptgeräuschquelle ausgeschaltet wird und somit in vielen Fällen auf den Einsatz von Schalldämpfern in dem geschlossenen Rückkühlwerk verzichtet werden kann.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Fig. 1 und 2 erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines aus drei Wärmetauscherelementen bestehenden Rückkühlwerkes gemäß der Erfindung;

Fig. 2 den oberen Teil eines Querschnittes eines Wärmetauscherelementes ähnlich Fig. 1 mit abgewandelter Verdunstungswasserzufuhr gemäß der Erfindung.

Das zu kühlende Fluid 1 durchströmt, mittels einer Verteilung 8 aufgeteilt auf ein Paket paralleler plattenförmiger Wärmetauscherelemente 2, diese von oben nach unten. Um eine optimale Auskühlung des Fluides zu erreichen liegen die inneren Spaltbreiten der plattenförmigen Wärmetauscherelemente 2 im Bereich von 3 mm bis 8 mm, wobei innenseitige Rippen 3 durch Verwirbelung und Umlenkung zu einer Verbesserung des Wärmeübertragung beitragen. Die plattenförmigen Wärmetauscherelemente 2 werden außen von Kühlluft umströmt, die sich vorteilhafterweise im Gegenstrom zu dem zu kühlenden Fluid 1 bewegt. Zur Erhöhung der Kühlwirkung wird den plattenförmigen Wärmetauscherelementen 2 Verdunstungswasser 4 zugeführt. Dies geschieht über Kanäle 5, die sich an den Oberkanten der Wärmetauscherelemente 2 befinden. Es zeigen Fig. 1 eine Ausführungsvariante mit zwei Kanälen 5 je Wärmetauscherelement 2 und Fig. 2 eine Variante mit einem Kanal 5 je Wärmetauscherelement 2. Das Verdunstungswasser 2 fließt aus an den Kanälen 5 verteilten Kanalöffnungen 6 durch die Schwerkraft auf die Wärmetauscheroberfläche.

Außen an den plattenförmigen Wärmetauscherelementen 2 ist jeweils beidseitig ganzflächig Drahtgeflecht 7 fest angebracht, das dafür sorgt, daß das aus den Kanalöffnungen austretende Verdunstungswasser nach kurzer Wegstrecke die gesamte Breite des plattenförmigen Wärmetauscherelementes 2 benetzt und infolge der Schwerkraft nach unten fließt. Die Fließgeschwindigkeit wird durch das Drahtgeflecht 7 verringert gegenüber einer glatten Oberfläche. Dadurch kann die Verdunstungswasserzufuhr so dosiert werden, daß nur tatsächlich verdunstendes Wasser nachgespeist wird.

Nach Durchströmung der Wärmetauscherelemente 2 wird das zu kühlende Fluid durch mindestens einen Sammler 9 zusammengefaßt.

Geschlossene Rückkühlwerke, die aus derartigen parallel angeordneten plattenförmigen Wärmetauscherelementen 2 bestehen, weisen gegenüber herkömmlichen geschlossenen Rückkühlwerken folgende Vorteile auf:

  • - Sie sind bei vergleichbarer Rückkühlleistung im Gesamtvolumen deutlich kleiner auch wenn berücksichtigt wird, daß für gelegentliche Reinigungsspülungen zur Entfernung von Verschmutzungen und Anhaftungen an der luftseitigen Oberfläche eine Sammelwanne für das dabei anfallende Spülwasser vorhanden sein muß. Ein Sprühwasserkreislauf mit Wasserkonditionierung ist nicht erforderlich.
  • - Die Pumpe zur Zufuhr des Verdunstungswassers ist kleiner als eine entsprechende Sprühwasserkreislaufpumpe und ihre Leistungsaufnahme ist geringer.
  • - Die Geräuschbildung ist geringer, so daß in vielen Fällen auf einen Schalldämpfer verzichtet werden kann.

Bei Teillast und niedrigen Außentemperaturen kann wie bei jedem herkömmlichen geschlossenen Rückkühlwerk die Verdunstungswasserbeaufschlagung der äußeren Wärmetauscheroberfläche stillgelegt werden, wenn die trockene Kühlung ausreichend ist.


Anspruch[de]
  1. 1. Geschlossenes Rückkühlwerk mit Wasserverdunstung in vorbeiströmende Luft an den Außenflächen von Wärmetauscherelementen (2) zur Kühlung eines im Inneren strömenden Fluides (1), dadurch gekennzeichnet,

    daß das zu kühlende Fluid (1) auf wenigstens zwei parallel angeordnete plattenförmige Wärmetauscherelemente (2) durch mindestens eine Verteilung (8) aufgeteilt wird und nach der Durchströmung von mindestens einem Sammler (9) zusammengefaßt wird,

    daß Drahtgeflecht oder Drahtgestrick oder Drahtgewebe (7) mit einer Schichtdicke von wenigstens 3 mm an den äußeren Oberflächen der Wärmetauscherelemente (2) fest durch Löten oder Kleben oder dergleichen angebracht ist und

    daß die Verdunstungswasserzufuhr über wenigstens einen Kanal (5) je Wärmetauscherelement (2) erfolgt, aus dem das Verdunstungswasser aus Kanalöffnungen (6) austritt und infolge Schwerkraft über die äußeren Oberflächen der Wärmetauscherelemente (2) rieselt.
  2. 2. Geschlossenes Rückkühlwerk mit Wasserverdunstung nach Schutzanspruch 1, wobei im Inneren der Wärmetauscherelemente (2) Rippen (3) angebracht sind.






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