DE3035322A1

DE3035322A1 - Waermetauschluftkuehlsystem zum abkuehlen eines zu kuehlenden fluids

Info

Publication number: DE3035322A1
Application number: DE19803035322
Authority: DE
Inventors: Richard J. Emerson N.J. Haberski
Original assignee: Curtiss Wright Corp
Current assignee: Curtiss Wright Corp
Priority date: 1979-09-26
Filing date: 1980-09-18
Publication date: 1981-04-16
Also published as: GB2060156A; ZA805477B; JPS5656582A

Description

Die Erfindung betrifft ein Wärmetauschsystem und insbesondere ein Kühlsystem,in dem ein erhitztes Verfahrensfluid/ z.B. Ammoniak, Wasser oder dergleichen an der Umgebungsluft gekühlt wird.

Bei bekannten Luftkühlungssystemen werden zur Erhöhung der ,Wärmeübertragungskapazität die Pluidleitungsrohre mit vergrößerten Oberflächenelementen oder Rippen versehen und Wasser wird über die verrippten Rohre gesprüht oder geleitet. Diese Wärmetauschsysteme sind allgemein als Verdampfungsflächen-Kondensoren bekannt. Beispielsweise sind solche Systeme in den US-PS 3 472 042 und 4 156 351 beschrieben. Diese Verdampfungsflächen-Kondensorsysteme können jedoch keinen optimalen Gesamtwirkungsgrad erreichen, da das Wasser an den verrippten Rohren die Luftströmung durch die Einheiten verringert und deswegen zusätzliche Luftstromgebläsekapazität nötig wird gegenüber dem Fall, daß die verrippten Rohre nicht befeuchtet würden; wenn keine zusätzliche Luftgebläsekapazität vorgesehen ist, sind die Luftstromgeschwindigkeiten sehr verringert, wodurch wiederum die Kühlkapazität des Wärmetauschsystems verringert oder begrenzt wird. Da die Oberflächengröße der verrippten Rohre wegen der Größe des Wärmetauschsystems begrenzt ist, ist auch die Größe der für Verdampfungskühlung ausnützbaren Wasserfläche begrenzt. Diese Nachteile der Begrenzungen bekannter Wärmetausch-Kühlsysteme des Verdampfungsflächen-Kondensortyps werden durch das erfindungsgemäße Wärmetauschkühlsystem beseitigt.

'Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Wärmetauschluftkühlsystem mit verbessertem Gesamtwirkungsgrad, verglichen mit bekannten Luftkühlsystemen, zu schaffen.

130011/6*99

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Wärmetauschluftkühlsystem zu schaffen, das bei einem großen Bereich von Umgebungsluftzuständen wirksam funktioniert.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Wärmetauschluftkühlsystem zu schaffen, bei dem die Kühlkapazität durch Verdampfen von Wasser ohne Verringerung des Luftstromes durch das System erhöht wird bzw. ohne Erhöhung des Leistungsverbrauches für Gebläse oder für Luftstromleitung durch das System.

Ein weiteres Ziel der Erfindung wird darin gesehen, ein Wärmetauschluftkühlsystem zu schaffen, das sowohl mit Wasserverdampfung als auch ohne diesen Vorgang betriebsfähig ist.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Wärmetauschluftkühlsystem zu schaffen, bei dem das wiederholte Befeuchten und Trocknen der Wärmetauschelemente beseitigt ist, so daß Korrosion und Beschädigung der Wärmetauschelemente zumindest weitgehend verringert sind.

Eine Eigenschaft der Erfindung besteht darin, daß ein indirekter Wärmetausch vom zu kühlenden Fluid, z.B. Ammoniak, an eine wärme absorbierende Flüssigkeit mit relativ hohem Wärmeübertragungskoeffizienten, beispielsweise Wasser bewirkt wird, und daß dann indirekt eine Wärmeübertragung von der wärmeabsorbierenden Flüssigkeit an die Umgebungsluft durch Verdampfung eines Anteils des Wassers bewirkt wird. Dadurch können relativ kleine Rohre oder Leitungen für den Strom der wärmeabsorbierenden Flüssigkeit verwendet werden, da die Wärmeübertragungs-

13091I/QÜ8

ORIGINAL INSPECTED

koeffizienten sowohl der wärmeabsorbierenden Flüssigkeit als auch des zu kühlenden Fluids hoch sind im Vergleich zum Wärmeübertragungskoeffizienten von Luft. Da ein wesentlicher Anteil der Wärmeübertragung in den aus Rippenrohren bestehenden Wärmeübertragungselementen stattfindet_f ist ein Benetzen der Wärmeübertragungselemente mit Wasser nicht notwendig, wie es bei herkömmlichen Verdampfungstyp-Wärmetausehern erforderlich ist und es wird dadurch keine Verringerung der Luftstromfläche wie bei den bekannten Verdampfungs-Wärmetauschern auftreten und damit entfällt die Notwendigkeit erhöhte Gebläseleistung mit dem damit verbundenen höheren Leistungsverbrauch bereitzustellen.

Dementsprechend wird durch die vorliegende Erfindung ein Wärmetausch-Luftkühlsystem zur Kühlung eines Fluids, beispielsweise eines Verfahrens- oder Prozeßfluids geschaffen, das eine erste Einrichtung zum Durchströmen des zu kühlenden Fluids in indirekter Wärmetauschbeziehung mit einer wärmeabsorbierenden Flüssigkeit vorsieht, um Wärme von dem zu kühlenden Fluid abzuziehen. Wenn auch die Beschreibung von Wasser als wärmeabsorbierender Flüssigkeit handelt, so ist die Erfindung nicht auf die Verwendung von Wasser beschränkt und jede geeignete Flüssigkeit mit einem relativ hohen Wärmeübertragungskoeffizienten kann benutzt werden. In dem System ist auch eine zweite Einrichtung vorgesehen,um gleichzeitig mit dem Durchleiten des zu kühlenden Fluids in Wärmetauschbeziehung mit dem Wasser, Luft in indirekter Wärmeübertragungsbeziehung mit dem zu kühlenden Fluid durchzuleiten und dadurch eine zusätzliche Kühlung des letzteren zu bewirken. Eine dritte Einrichtung ist vorgesehen, die mit der ersten Einrichtung in Verbindung steht, um von dieser das erwärmte Wasser abzunehmen und das Wasser in den durch die zweite Einrichtung geschaffenen Luftstrom

130016/9699

in Übereinstimmung mit Lufttemperatur und Wärmelastbedingungen zu versprühen. Dieser SprühVorgang wird entweder bevor oder nachdem die Luft in. indirekter Wärmeübertragung mit dem zu kühlenden Fluid gestanden hat, durchgeführt, um ein Verdampfen eines Anteils des versprühten Wassers zu bewirken. Dieses Verdampfen eines Wasseranteils kühlt das verbleibende Wasser, welches dann durch die erste Einrichtung wieder in Umlauf gebracht wird, um von weiteren Anteilen des zu kühlenden Fluids Wärme zu absorbieren. Da durch das Verdampfen ein geringer Wasserverlust entsteht, um die erforderliche Abkühlung des Wassers zu erreichen, ist eine Wasserausgleichseinrichtung vorgesehen, um den Verdampfungsverlust auszugleichen. Wenn der Sprühvorgang des Wassers durchgeführt wird, bevor die Luft in indirekten Wärmeaustausch mit dem zu kühlenden Fluid steht, wird darauf geachtet, daß keine Wassertröpfchen mit der Luft mitgerissen werden.

Es weiter vorgesehen, daß die erste Einrichtung eine Steuereinrichtung enthält, um die Wasserströmung in indirektem Wärmeaustausch mit dem zu kühlenden Fluid zu sperren, wenn die Lufttemperatur und/oder die Wärmebelastung ausreichend gering ist, so daß eine Kühlung des zu kühlenden Fluids nur durch die Luft erreicht werden kann.

Bei einen Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt die erste Einrichtung erste und zweite längliche Hohlteile oder Leitungen, die unabhängige Strömungswege für das zu kühlende Fluid und das Kühlwasser bilden und so aufgebaut und angeordnet sind, daß ein Wärmeleitungsweg zwischen dem zu kühlenden Fluid und dem Kühlwasser gebildet wird, um eine Wärmeübertragung von dem zu kühlenden Fluid zu dem Wasser zu bewirken. Durch diese Anordnung der

ORlGiNAL INSPECTED

Wärmeübertragung zwischen dem Kühlwasser und dem zu kühlenden Fluid kann ein wesentlich größerer Wärmetausch erreicht werden, als es durch Abkühlen des zu kühlenden Fluids indirekt nur durch die Umgebungsluft erreichbar ist. Es wird auch dadurch, daß eine Wärmeabsorption in der ersten Einrichtung bewirkt wird, unter allen Betriebsbedingungen die Notwendigkeit ausgeschlossen, daß Wasser an die Außenseite der Leitungszüge der ersten Einrichtung gelangen muß und es ist deswegen keine zusätzliche Leistung notwendig, um einen Luftstrom durch den Wärmetauscher zu leiten, um den vergrößerten Druckabfall an dem Wärmeaustauscher durch das Befeuchten der Leitungen auszugleichen.

Zusätzlich wird durch das erfindungsgemäße Wärmetauschluftkühlsystem die Korrosion und die Oberflächenverschmutzung bei den Wärmetauschrohren zumindest sehr verringert, indem das wiederholte Befeuchten und Trocknen der Wärmetauschflächen beseitigt wird, das bei herkömmlichen Verdampfungskondensoren immer wieder auftritt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschluftkühlsystems und

Fig. 2 eine perspektivische Ausschnittsdarstellung eines Wärmetauschelements zur Verwendung in dem Wärmetauschluftkühlsystem nach Fig. 1.

Das erfindungsgemäße Wärmetauschluftkühlsystem 10 in Fig. umfaßt im wesentlichen mindestens eine Lage oder einen Strang 12 von Wärmeübertragungselementen, die mit einer Quelle 14 von zu kühlendem Fluid, beispielsweise Ammoniak, so verbunden sind, daß sie das zu kühlende Fluid aufnehmen,

13Q0ii/0ß99

^: " 3Q35322

und andererseits mit einer Quelle für wärmeabsorbierende Flüssigkeit, beispielsweise Wasser (von jetzt ab als

um f"l "ι ο r? c
"Kühlwasser" bezeichnet), so aufzunehmen, daß das zu kühlende Fluid und das Kühlwasser in indirekter Wärmetauschbeziehung miteinander geleitet werden, um ein Abkühlen des zu kühlenden Fluids und ein Erwärmen des Kühlwassers zu bewirken. Es ist eine Sprühverteileranordnung 16 so angeschlossen, daß sie erwärmtes Kühlwasser von dem Strang 12 empfängt und ein Gebläse oder eine andere Luftstromeinrichtung 18 ist vorgesehen, um einen Luftstrom über den Strang 12 von Wärmeübertragungselementen zu leiten. Es ist weiterhin eine Pumpe 20 vorgesehen, um das Kühlwasser von seiner Quelle, beispielsweise einem Vorratsbehälter oder Tank 22, zu dem Strang 12 von Wärmeübertragungselementen in Umlauf zu bringen.

Der Strang oder die Lage 12 von Wärmeübertragungselementen oder -rohren umfaßt nach Fig. 1 eine Vielzahl von ersten Leitungen 24 und eine Vielzahl von zweiten Leitungen 26. Jede zweite Leitung 26 kann in der gezeigten Weise koaxial in einer ersten Leitung 24 sitzen und wird dann mit kleineren Querschnittsabmessungen ausgeführt, so daß ein Strömungsdurchlaß 28 zwischen jeweils einer Außenfläche einer zweiten Leitung 26 und der Innenfläche der zugehörigen ersten Leitung 24 gebildet wird. Ein • Doppelanschluß oder eine Doppelanschlußanordnung 30 ist an dem einen Ende der ersten und zweiten Leitungen 24 und 26 angebracht und ein zweiter Doppelanschluß 32 ist an dem entgegengesetzten Ende der Leitungen 24 und 26 angebracht. Die Doppelanschlußanordnung 30 wird durch eine Rohrträgerwand 34 in eine Auslaßkammer 36 und eine Einlaßkammer 38 unterteilt und in gleicher Weise wird die Doppelanschlußanordnung 32 durch eine Rohrträgerwand 40 in eine Einlaßkammer 42 und eine Auslaßkammer 44 unterteilt. Die einander entgegengesetzt liegenden Enden der

ORIGINAL INSPECTED

ersten Leitungen 24 sind in weiteren Rohrträgerwänden 33 und 41 so abgestützt, daß sie mit der Auslaßkaituner 36 bzw. der Einlaßkammer 42 in Verbindung stehen, während die entgegengesetzt liegenden Endabschnitte der zweiten Leitungen 26 in den Rohrträgerwänden 34 bzw. 40 so befestigt sind, daß sie mit der Einlaßkammer 38 bzw. mit der Auslaßkammer 44 in Verbindung stehen. Diese Anordnung von Anschlußkammern ergibt eine Gegenstrombeziehung des zu kühlenden Fluids und des Kühlwassers zueinander. Durch geeignete Einrichtungen, beispielsweise die in Fig. 2 gezeigten Abstandsrippen 46, werden die ersten und zweiten Leitungen 24 und 26 jeweils in Abstand zueinander gehalten. Zusätzlich können in den Durchstromwegen 28 die auf dem Wärmetauschergebiet bekannten Einrichtungen angebracht sein, um die Bildung von Grenzschichten in den Fluiden in der Nähe der Leitflächen zu unterbrechen und dadurch die Wärmeübertragung zwischen dem Fluid und der Leitung, in der es fließt, zu verbessern. Es soll auch durch die Darstellung der ineinander geführten Rohre 24 und 26 die Erfindung nicht auf diese Anordnung beschränkt werden, sondern diese Rohre 24 und 26 können auch parallel zueinander,wärmeleitend miteinander verbunden, angeordnet werden, um die indirekte Wärmeübertragung der Fluide zu bewirken.

Die Einlaßkammer 42 der einen Anschlußanordnung 32 ist mittels eines Rohres 46 mit der Quelle für das zu kühlende Fluid verbunden, beispielsweise mit verdampftem Ammoniak, so daß das zu kühlende Fluid durch die Strömungsdurchlässe 28 in die Auslaßkammer 36 der anderen Anschlußanordnung 30 fließt. Die Einlaßkammer 38 der Anschlußanordnung 30 ist über eine Leitung 48 mit dem Behälter oder Tank 22 verbunden, so daß ein Durchstrom von Kühlwasser durch die Leitungen 26 in indirekter Wärmetauschbeziehung mit dem durch die Durchlässe 28 fließenden zu kühlenden Fluid gewährleistet ist.

130016/0699

Die Auslaßkammer 36 ist über eine Leitung oder ein Rohr 50 mit der (nicht gezeigten) Verwendungs- oder Speicherkammer f\ir gekühltes Fluid verbunden, während die Auslaßkammer 44 über ein Rohr 52 mit der Sprühverteileranordnung 16 verbunden ist.

Das erhitzte, zur Sprühverteileranordnung 16 gelangende Kühlwasser wird in den Luftstrom gesprüht,der durch das Gebläse 18 oder die entsprechende andere Anordnung erzeugt wird, um in erster Linie das Wasser durch Entzug von Verdampfungswärme eines Anteils des Kühlwassers abzukühlen. Die Sprühdüsen 56 sind so aufgebaut, angeordnet und gerichtet, daß sie, soweit sie Kühlwasser in die Luft vor dem Eintritt in den Strang 12 aus Kühlelementen sprühen, die Möglichkeit verringern, daß Flüssigkeitströpfchen in dem Luftstrom mitgerissen werden, um das Befeuchten der Wärmeübertragungselemente des Stranges 12 zu vermeiden, so daß kein erhöhter Druckabfall des Luftstroms durch den Strang 12 auftritt. Das abgekühlte Kühlwasser wird in dem Tank 22 gesammelt und von dort durch die Pumpe 20 mittels des Rohres 58 angesaugt. Ausgleichskühlwasser wird dem Tank über ein Zuführrohr 60 zugeführt. Der Strom des Kühlwassers durch das System wird in Abhängigkeit von den Umgebungsluft- und Wärmebelastungszuständen über ein Ventil 62 gesteuert, das in dem Rohr 52 sitzt; es kann auch eine andere Strömungsbeeinflussungseinrichtung vorgesehen sein, oder der Betrieb der Pumpe 20 kann entsprechend eingerichtet werden. Dadurch kann das System 10 dann,wenn die Umgebungslufttemperaturen und/oder die Wärmebelastungen ausreichend niedrig sind, nur als Luftkühlsystem betrieben werden, und es kann alternativ, wenn die Luftkühlung allein nicht ausreicht, um die nötige Kühlung zu bewirken, als kombiniertes Verdampfungs-Luftkühlsystern betrieben werden.

130916/069*

' ORIGINAL INSPECTED

Wie bereits ausgeführt, kann erfindungsgemäß auch eine andere wärmeabsorbierende Flüssigkeit als Wasser mit einem relativ hohen Wärmeübertragungskoeffizienten verwendet werden, so daß eine optimale Wärmeübertragung oder Wärmeabsorption zwischen den Fluiden in dem Strang 12 auftritt.

Wie bei Wärmetauschern üblich, können die Wärmeübertragungselemente, d.h. die ersten Leitungen 24 des Stranges, oder ggf. mehrerer Stränge 12,mit vergrößerten Oberflächenelementen oder Rippen 64 versehen sein. Die Leitungen 2 4 und 26 können im einzelnen gemäß Fig. 2 aufgebaut sein. Es können jedoch auch längliche Rohre mit zylindrischem Querschnitt verwendet werden, die ineinander geführt sind. Alternativ können die Rohre 26 weggelassen werden und die Leitungen 24 an den entgegengesetzt liegenden Enden mit den Einlaß- und Auslaßanordnungen so verbunden sein, daß das Kühlwasser und das zu kühlende Fluid durch abwechselnde Stromdurchlässe 28 in den Leitungen 24 durchgelassen werden. Nach der Darstellung in den Fig. 1 und 2 sind die Leitungen in einem Wärme übertragungselement mit polygonalem Querschnitt, vorzugsweise dem gezeigten rechtwinkligen Querschnitt ausgebildet, wie es in der US-PS 3 202 212 beschrieben ist und besitzen Rippen oder vergrößerte Oberflächenbereiche 64, die integral aus dem Ausgangsmaterial durch einen Schabvorgang gebildet sind. Die Rohre 26 können in Abstand von den Oberflächen der Durchlässe 28 durch Rippen 46 oder durch andere Einrichtungen gehalten werden.

Das beschriebene System 10 arbeitet wahlweise als Luftkühlsystem oder als Kombination von Naßübertragungsund Luftkühlsystem, je nach Umgebungslufttemperatur und/oder Wärmebelastung. Zur Beschreibung des Betriebes

des Systems 10 wird als zu kühlendes Fluid Ammoniak und als wärmeabsorbierende Flüssigkeit Kühlwasser angenommen.

Das System 10 arbeitet wirksam als Luftkühlsystern bei relativ niedrigen Umgebungslufttemperaturen und/oder bei relativ niedriger Wärmebelastung. Bei höheren Umgebungslufttemperaturen und/oder höheren Wärmebelastungen wird das Kühlwasser durch das System in Umlauf gebracht, so daß es durch die Rohre 26 im Gegenstrom und in indirekter Wärmetauschbeziehung mit dem durch die Durchlässe 28 fließenden Ammoniak fließt. Die Wärmeübertragung ist relativ groß, da die Wärmeübertragungskoeffizienten beider Fluide, wie bereits erwähnt, relativ hoch sind.

Im "trockenen" Betrieb des Systems 10 wird die Luftkühlkapazität proportional zur Verminderung des Logarithmus der mittleren Temperaturdifferenz zwischen Luft und Ammoniak infolge der anwachsende!Lufttemperatur herabgesetzt. In der "feuchten" Betriebsweise wird diese Herabminderung der Kühlkapazität durch die Wärmeübertragung zwischen Ammoniak und Wasser in den Strängen 12 ausgeglichen. Das geschieht aus folgenden Gründen:

1. Der Wärmeübertragungskoeffizient des Wassers ist größer als der der Luft,

2. das Wasser besitzt eine höhere spezifische Wärme als Luft, und

3. die logarithmische mittlere Temperaturdifferenz

zwischen Wasser und Ammoniak ist in ihrer Auswirkung größer als, die entsprechende Differenz der Werte von Luft und Ammoniak.

Der Unterschied ae^mittiefenTemperaturdifferenz tritt auf, da die Wassereinlaßtemperatur am Anfang der Rohre

INSPECTED"

26 unter die Umgebungslufttemperatur bis zur entsprechenden Feuchtthernonstertenperatur" abgesenkt werden kann. Wird beispielsweise angenommen, daß die Umgebungslufttemperatur 35°C (95° Fahrenheit) beträgt und die relative Feuchtigkeit 30% ist, dann beträgt die Feuchtthermcmsterteirperatur^i,5°C

O *c

(71 Fahrenheit) . Da die FeuchtthentoiiBtertemperatur die Temperaturgrenze darstellt, auf die das Wasser durch Verdampfen abgekühlt werden kann, können Wassertemperatüren unter 35°C (95° Fahrenheit) in dem System 10 erreicht werden. Die sich ergebende Wassertemperatur wird dann durch den Verdampfungsanteil des Wassers bestimmt^ und dieser Verdampfungsanteil ist in erster Linie eine Funktion der Sprüheigenschaften der Düsen 56 und der Verweilzeit der fallenden Wassertröpfchen in der Luft. Bei Wassertemperaturen höher als 35°C (95 Fahrenheit) kann das erforderliche Abkühlen des Wassers durch Erhöhung der Umlaufgeschwindigkeit des Wassers durch die Pumpe erreicht werden. Da wegen der Verdampfung des Wassers durch das Versprühen beträchtlich niedrigere Wassertemperatur en erreichbar sind, wird die Kühllast bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten des Kühlwassers wirtschaftlicher erreicht. Selbstverständlich wird die optimale Wärmeübertragung durch die Verdampfungsrate des Wassers, die Wärmebelastungen oder die Kühlanforderungen, die Wasserkosten und die Betriebskosten des Umpumpens bestimmt.

Die Erhöhung der relativen Feuchtigkeit und der Feuchtthermoinetertemperati der an den Lagen 12 vorbeiströmenden Luft beim Betrieb des Systems 10 mit Wassersprühen beeinflußt nicht wesentlich ^xin schädlicher Weise den Wirkungsgrad der Wärmeübertragung des Systems 10, und zwar, weil der erhöhte Wasserdampfgehalt der Luft infolge des Versprühens des Wassers die spezifische Wärme der Luft erhöht und das Durchströmgewicht des Luft-Wasaerdampfgemisches nur sehr gering erniedrigt.

130016/0699

Um diese Tatsache zu verdeutlichen, sei angenommen, daß die anfängliche Lufttemperatur und die relative Luftfeuchte sich jeweils von 35 ⁰C (95° Fahrenheit) und 30% auf 35 ⁰C (95° Fahrenheit) und 50% durch das Wassersprühen ändert. Dann wird das Gewicht des Luft-Wasserdampf gemisches um einen Faktor 0,9957 vermindert und die spezifische Wärme des Gemisches um einen Faktor 1,0056 erhöht. Damit ändert sich die Kühlkapazität, die proportional dem Produkt dieser Faktoren ist, nur um einen Faktor 1,0011, d.h. nicht spürbar. Der Luftdruckabfall beim Durchblasen des Stranges 12 ist proportional dem Quadrat des Gewichtes des Luftstromes, geteilt durch die Dichte des Gemisches, und dieser Wert wird beispielsweise um einen Faktor 0,9957 verringert. So bleibt auch der Druckabfall an den Lagen 12 im wesentlichen durch den erfindungsgemäß ausgeführten Wassersprühvorgang ungeändert.

Damit ergibt sich, daß durch die erfindungsgemäße Anordnung ein Wärmetauschluftkühlsystem mit vergrößerter Kühlkapazität gegenüber herkömmlichen Luftkühlsystemen vergleichbarer Größe geschaffen ist. Bei diesem System wird die Luftkühlwirksamkeit durch Benutzung einer wärmeabsorbierenden Flüssigkeit zur Aufnahme von Wärme von dem zu kühlenden Fluid vergrößert und durch Sprühen der erwärmten wärmeabsorbierenden Flüssigkeit in die Luft, entweder vor oder nach dem Vorbeiströmen der Luft an den Wärmeübertragungselementen, um das Wasser durch Verdampfen abzukühlen. Bei diesem System ist die Kühlkapazität gegenüber bekannten Luftkühlsystemen ohne Erhöhung der Größe, der Luftdurchstromrate und damit des Leistungsverbrauches erhöht, und ohne erhöhte Korrosionsgefahr für die Wärme-Übertragungselemente. Es wird auch die Notwendigkeit ausgeschaltet, eine getrennte Kühleinrichtung für die erwärmte wärmeabsorbierende Flüssigkeit einzuführen, wie es bei Verdampfungsflächenkondensoren nötig ist, wenn die

ORIGINAL INSPECTED

— ι y —

Flüssigkeit wieder in Umlauf gebracht werden soll. Bei diesem System wird ferner die Einlaß^rocfcentheirmcmetertennperatur* bei den Wärmeübertragungselementen herabgesetzt oder kann herabgesetzt werden, um dadurch den Unterschied zwischen Lufttemperatur und dem in den Wärmeübertragungselementen fließenden zu kühlenden Fluid zur Erhöhung der Wärmeübertragungsrate und damit der Kühlkapazität zu erhöhen.

Es sind dabei Leitungen vorgesehen, um das zu kühlende Fluid und die wärmeabsorbierende Flüssigkeit mit einem hohen Wärmeübertragungskpeffizienten in indirekter Wärme-

tauschbeZiehung miteinander zu leiten und dabei das zu kühlende Fluid abzukühlen. Gleichzeitig wird Luft zwangsweise zur Strömung quer zu den Leitungen gebracht, um ein zusätzliches Abkühlen des zu kühlenden Fluids zu bewirken. Die erhitzte absorbierende Flüssigkeit wird von den zugehörigen Leitungen weggeleitet und in die Luft versprüht, die entweder in das Gebiet zwischen den Leitungen eintritt oder dieses verlassen hat, und zwar in Abhängigkeit von der Lufttemperatur und den Wärmelastbedingungen, um einen Anteil der wärmeabsorbierenden Flüssigkeit zu verdampfen und damit den Rest der Flüssigkeit abzukühlen. Die gekühlte wärmeabsorbierende Flüssigkeit wird dann wieder in die zugehörigen Leitungen geleitet, um zusätzliche Mengen des abzukühlenden Fluids zu kühlen, das durch die dazu gehörigen Leitungen fließt.

" Die Ausdrücke "Feuchtthermometertemperatur" und "Trockenthermometertemperatur" beziehen sich auf die Ablesewerte am "feuchten" bzw. "trockenen" Thermometer eines Aspirationspsychrometers.

ORIGINAL INSPECTED

'iff'

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Wärmetauschluftkühlsystem zum Abkühlen eines zu kühlenden Fluids, dadurch gekennzeichnet ,

a) daß eine erste Einrichtung (24, 28) zum Durchströmen des zu kühlenden Fluids in indirekter Wärmeübertragungsbeziehung mit einer wärmeabsorbierenden Flüssigkeit mit hohem Wärmeübertragungskoeffizienten zur Absorption von Wärme von dem zu kühlenden Fluid vorgesehen ist,

b) daß eine zweite Einrichtung (18; 64) zum Durchströmen von Luft in indirekter Wärmeübertragungsbeziehung mit dem zu kühlenden Fluid zur Aufnahme von zusätzlicher Wärme von dem Fluid gleichzeitig

18θ01§/β698

mit dem Durchleiten des zu kühlenden Fluids in !

Wärmeaustauschbeziehung mit der wärmeabsorbierenden i

Flüssigkeit vorgesehen ist,

c) daß eine dritte, zur Verbindung mit der ersten Einrichtung ausgelegte Einrichtung (16) vorgesehen ist, um die erwärmte wärmeabsorbierende Flüssigkeit aufzunehmen und sie in die Luft der zweiten Einrichtung zu versprühen in Übereinstimmung mit den Temperatur- und Wärmebelastungsbedingungen, um damit eine Ab-

kühlung der wärmeabsorbierenden Flüssigkeit durch j

Verdampfung eines Anteils der wärmeabsorbierenden Flüssigkeit zu bewirken und

d) daß eine Einrichtung (22, 58, 20, 48) vorgesehen ist, um die gekühlte wärmeabsorbierende Flüssigkeit zu sammeln und der ersten Einrichtung zum Abkühlen zusätzlicher Mengen zu kühlenden Fluids wieder zuzuleiten.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung so aufgebaut und angeordnet ist, daß die erwärmte wärmeabsorbierende Flüssigkeit in die Luft gesprüht wird, bevor diese in indirekte Wärmeübertragungsbeziehung mit dem zu kühlenden Fluid tritt und daß ein Mitreißen von Tröpfchen von wärmeabsorbierender Flüssigkeit in der Luft vermieden wird. ,

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Einrichtung eine Steuereinrichtung enthält, um einen Durchstrom von wärmabsorbierender Flüssigkeit in indirekter Wärmeübertragungsbeziehung mit dem zu kühlenden Fluid verhindern, wenn

ORIGINAL INSPECTED

die Lufttemperatur und/oder die Wärmebelastung ausreichend niedrig ist, um ein Abkühlen des zu kühlenden Fluids zu bewirken.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Einrichtung eine Vielzahl von ersten länglichen hohlen Teilen umfaßt und daß die zweite Einrichtung eine Vielzahl von zweiten länglichen hohlen Teilen umfaßt und daß jedes zweite längliche hohle Teil teleskopartig in einem ersten länglichen hohlen Teil angeordnet ist und dazwischen ein Fluidstromweg für das zu kühlende Fluid gebildet ist.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten länglichen hohlen Teile polygonalen Querschnitt besitzen und eine Vielzahl von mit Abstand voneinander versehenen parallelen Durchlässen umfaßt und daß in jedem mit Abstand versehenen Durchlaß teleskopartig ein zweites längliches Hohlteil eingelegt ist.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich von den entgegengesetzt liegenden Oberflächen der ersten länglichen Hohlteile vergrößerte Oberflächenelemente weg erstrecken.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vergrößerten Oberflächenelemente aus der Masse der ersten länglichen Hohlelemente gebildet sind.

130611/668*

8. Wärmeaustauscher, dadurch gekennzeichnet ,

a) daß eine Vielzahl von voneinander mit Abstand versehenen ersten länglichen Hohlteilen vorgesehen ist,

b) daß jedes erste längliche Hohlteil vergrößerte Oberflächenelemente besitzt, die zumindest von einem Teil seiner Außenfläche abstehen,

c) daß eine Vielzahl von zweiten länglichen Hohlteilen vorgesehen ist, die jeweils einem ersten länglichen Hohlteil zugeordnet und in einem zugeordneten ersten

-Hohlteil angeordnet sind,um dazwischen einen ersten Fluiddurchstromweg zu bestimmen,

d) daß jedes zweite längliche Hohlteil einen zweiten Fluiddurchstromweg bestimmt, I

e) daß eine erste Einlaßanschlußeinrichtung so angeschlossen ist, daß sie das zu|kühlende Fluid von einer Fluidquelle empfängt und mit den ersten Fluiddurchstromwegen zur Leitung von zu kühlendem Fluid verbunden ist, um es diesen zuzuleiten,

f) daß eine zweite Einlaßanschlußeinrichtung so angeschlossen ist, daß sie eine Wärmeabsorptionsflüssigkeit von einer Quelle kühler Wärmeabsorptionsflüssigkeit empfängt und diese in alle zweiten Durchstromwege so leitet, daß die kühle Wärmabsorptionsflüssigkeit in indirekter Wärmeaustauschbeziehung zum Abkühlen mit dem zu kühlenden Fluid strömt,

g) daß eine erste Auslaß anschlußeinrichtung so angeschlossen ist, daß sie von jedem ersten Fluidstromdurchlaßweg gekühltes zu kühlendes Fluid aufnimmt

ORIGINAL .INSPECTED

und so angeschlossen ist, daß das gekühlte zu kühlende Fluid zu einem Verwendungs- oder Vorratsplatz geliefert wird,

h) daß eine zweite Auslaßanschlußeinrichtung mit jedem zweiten Fluidstromweg verbunden ist,

i) daß eine Einrichtung zum Leiten von Luft quer zu den ersten länglichen Hohlteilen zur Aufnahme von Wärme von diesen vorgesehen ist, und

j) daß eine Sprüheinrichtung mit der zweiten Auslaßanschlußeinrichtung verbunden ist, um die erwärmte Wärmeabsorptionsflüssigkeit zu empfangen und sie in den Luftstrom vor dessen Durchtritt quer zu den ersten länglichen Hohlteilen zu sprühen, so daß die Wärmeabsorptionsflüssigkeit durch Verdampfen eines Anteils gekühlt wird und zu der zweiten Einlaßanschlußeinrichtung wieder in Umlauf gebracht wird.

9. Wärmeaustauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß eine Ventileinrichtung vorgesehen ist, um den Durchstrom von Wärmeabsorptionsflüssigkeit zu der Sprüheinrichtung anzuhalten, wenn die Lufttemperatur so ist, daß genügend Wärmeentzug von den ersten länglichen Hohlteilen stattfindet, um das zu kühlende Fluid auf einen vorbestimmten Wert abzukühlen.

ΊΟ. Wärmeaustauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß jedes erste längliche Hohlteil im wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt und eine Vielzahl von voneinander mit Abstand versehenen parallelen Durchlässen aufweist und daß jeweils ein zweites längliches Teil aus der Vielzahl von Hohlteilen so angeordnet

ist, daß dazwischen die zweiten Fluiddurchstromwege bestimmt sind.

11. Wärmeaustauscher nach Anspruch 10, dadurch g e k e η η zeichnet , daß Abstandseinrichtungen vorgesehen sind, um jedes zweite längliche Hohlteil in Abstandsbeziehung zu den Wänden des zugeordneten Durchlasses des ersten länglichen Hohlteils zu halten.

12. Wärmeaustauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die vergrößerten Oberflächenelemente integral mit den ersten länglichen Hohlteilen ausgebildete Rippen sind.

130311/3133

INSPECTED