DE1083838B

DE1083838B - Evaporative coolers, especially coolers for liquids

Info

Publication number: DE1083838B
Application number: DEG15075A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Franz Schulenberg
Original assignee: GEA Luftkuehler GmbH
Current assignee: GEA Luftkuehler GmbH
Priority date: 1954-08-07
Filing date: 1954-08-07
Publication date: 1960-06-23

Description

Verdunstungskühler, insbesondere Kühler für Flüssigkeiten Das Hauptpatent betrifft einen Verdunstungskühler, insbesondere Verdunstungskondensator für Kältemaschinen, dessen aus etwa quer zum Kühlluftstrom angeordneten Rohrelementen bestehende Wärmeaustauschfläche in einen Vor- und Hauptkühler unterteilt ist und bei welchem der nur dem Hauptkühler zugeordneten Berieselungseinrichtung in Strömungsrichtung der Luft ein Wasserabscheider nachgeschaltet ist und welcher sich dadurch kennzeichnet, daß der den berieselten Kühlflächen im Hauptabzugsstrom der wassergesättigten Luft nachgeschaltete und aus Rippenrohrelementen bestehende Vorkühler durch Ausbildung seiner Rippen als Prallflächen zugleich den Wasserabscheider bildet. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, daß einerseits ein besonderer Wasserabscheider über den berieselten Kühlflächen entfallen kann, während andererseits durch die Unterteilung und Anordnung der beiden Kühlerflächen, bei welchen der Vorkühler gleichzeitig als Wasserabscheider wirkt, ein gegenüber vorbekannten Vorrichtungen wesentlich besserer Gesamtwirkungsgrad der Anlage erreicht wird, wobei dieser höhere Gesamtwirkungsgrad es ermöglicht, mit einer verhältnismäßig kleinen berieselten Oberfläche auszukommen. Diese Möglichkeit wird nicht nur infolge der Unterteilung und der Vorschaltung einer Vorkühlfläche vor dem berieselten Teil der Gesamtwärmeaustauscherfläche erreicht, sondern insbesondere auch dadurch, daß dieser Vorkühler gleichzeitig die aus dem Berieselungsteil aufsteigenden Wasserteilchen abfängt, die durch Verdampfung oder Verdunstung die Gesamtkühlwirkung in der Anlage verbessern. Der Vorkühler erfüllt somit den doppelten Zweck, nämlich einerseits die Wasserabscheidung und andererseits eine verbesserte Wärmeübertragung ohne unmittelbare Berieselung.Evaporative coolers, especially coolers for liquids. The main patent relates to an evaporative cooler, in particular an evaporative condenser for refrigeration machines, its heat exchange surface consisting of tubular elements arranged approximately transversely to the cooling air flow is divided into a pre-cooler and a main cooler and in which only the main cooler assigned sprinkling device in the flow direction of the air is a water separator is downstream and which is characterized by the fact that the sprinkled Cooling surfaces in the main exhaust flow downstream of the water-saturated air and off Ribbed tube elements existing pre-cooler by designing its ribs as baffles at the same time forms the water separator. This has the advantage that on the one hand a special water separator over the irrigated cooling surfaces can be omitted, while on the other hand through the subdivision and arrangement of the two cooling surfaces, in which the pre-cooler also acts as a water separator, one opposite previously known devices achieved significantly better overall efficiency of the system is, this higher overall efficiency makes it possible with a relatively small sprinkled surface to get along. This possibility is not only a consequence the subdivision and the upstream connection of a pre-cooling area in front of the sprinkled part the total heat exchanger surface achieved, but in particular also in that this pre-cooler simultaneously controls the water particles rising from the sprinkling section intercepts the overall cooling effect in the system through evaporation or evaporation to enhance. The pre-cooler thus fulfills the double purpose, namely on the one hand the water separation and on the other hand an improved heat transfer without immediate Sprinkling.

Der Vorschlag gemäß dem Hauptpatent macht es erforderlich, die Rippen der Vorkühlerelemente in besonderer Weise derart auszubilden, daß sie als Prallflächen für die vorbeiströmende wassergesättigte Luft dienen können. Zu diesem Zweck müssen die die Prallflächen bildenden Rippen zu den etwa- quer zum Luftstrom angeordneten Rohren geneigt angeordnet, gewellt ausgebildet oder gegebenenfalls mit zusätzlichen Flächen ausgerüstet sein.The proposal according to the main patent requires the ribs to train the precooler elements in a special way in such a way that they act as baffles can serve for the water-saturated air flowing past. To do this you need to the ribs that form the baffles and the ribs that are arranged approximately at right angles to the air flow Pipes arranged inclined, corrugated or optionally with additional Surfaces to be equipped.

Gemäß der Erfindung läßt sich - ausgehend von dem Grundgedanken gemäß dem Hauptpatent - insbesondere bei Kühlern für Flüssigkeiten dadurch eine Vereinfachung erzielen, daß mindestens die Rippenrohrelemente des Vorkühlers in an sich bekannter Weise zur Strömungsrichtung der Luft geneigt angeordnet sind. Auf diese Weise ist es möglich, mit Rippenrohrelementen normaler Ausführungsform auszukommen, wobei die Neigung der Rohrelemente zugleich eine Entgasung der Kühlflüssigkeit begünstigt. Der Grad der Wasserabscheidung kann durch Wahl eines entsprechenden Neigungswinkels der Rohrelemente zur Waagerechten sowie durch den Abstand zwischen den Rippen den jeweils erforderlichen Verhältnissen angepaßt werden. Es hat sich gezeigt, daß ein befriedigendes Abscheidungsergebnis bei normaler Rippenteilung bereits bei einer geringen Schräglage erreicht wird, so daß es hierbei nicht erforderlich ist, nennenswert größere Bauhöhen unter Zugrundelegung gleicher Kühlleistung in Kauf zu nehmen.According to the invention, proceeding from the basic idea according to the main patent - a simplification, especially for coolers for liquids achieve that at least the finned tube elements of the pre-cooler in per se known Way are arranged inclined to the direction of flow of the air. That way is it is possible to get by with finned tube elements of normal embodiment, wherein the inclination of the tube elements at the same time favors degassing of the cooling liquid. The degree of water separation can be determined by choosing an appropriate angle of inclination the pipe elements to the horizontal as well as the distance between the ribs adapted to the required conditions. It has been shown that a satisfactory deposition result with normal rib division already with one slight inclination is achieved, so that it is not necessary here, noteworthy to accept larger construction heights based on the same cooling capacity.

Verdunstungskühler sind bereits bekannt, und zwar sowohl in der Form, bei welcher die kippenrohrelemente geneigt zur Strömungsrichtung der Luft angeordnet sind, als auch in der Form, bei welcher ein Hauptkühler in senkrechter Richtung schlangenförmig angeordnete Rohre aufweist. Bei dem an erster Stelle behandelten bekannten Verdunstungskühler treten jedoch die Wirkungen und damit die Vorteile der Erfindung deswegen nicht ein, weil die Kühlerfläche nicht in einen Vor- und einen Hauptkühler unterteilt ist und dem Kühler auch kein im Hauptabzugsstrom der wassergesättigten Luft nachgeschalteter Wasserabscheider zugeordnet ist. Bei dem vorstehend an zweiter Stelle behandelten vorbekannten Verdunstungskühler ist zwar die aus etwa quer zum Kühlluftstrom angeordneten Rohrelementen bestehende Wärmeaustauschfläche in einen Vor- und einen Hauptkühler unterteilt, wobei auch der nur dem Hauptkühler zugeordneten Berieselungseinrichtung in Strömungsrichtung-der Luft ein Wasserabscheider nachgeschältet ist, doch liegt hierbei der Vorkühler außerhalb des Abzugs,stromes der wassergesättigten Luft, so daß oberhalb der Berieselungseinrichtung ein zusätzlicher Wasserabscheider vorgesehen werden muß. Hierbei treten mithin weder die Vorteile des Hauptpatentes noch diejenigen der vorliegenden Erfindung ein.Evaporative coolers are already known, both in the form in which the tilt tube elements are arranged inclined to the direction of flow of the air are, as well as in the form in which a main cooler in the vertical direction Has serpentine tubes. For the one treated in the first place known evaporative coolers occur, however, the effects and thus the advantages of the invention because the cooler surface is not in a front and a main cooler is subdivided and the cooler is also not in the main exhaust stream water-saturated air is assigned downstream water separator. In which The previously known evaporative cooler dealt with in the second place above is indeed the heat exchange surface consisting of tubular elements arranged approximately transversely to the cooling air flow in divided into a pre-cooler and a main cooler, which is also just the main cooler Associated sprinkling device in the direction of flow - the air, a water separator is downstream, but here the pre-cooler is outside of the fume cupboard flow the water-saturated air, so that above the sprinkler an additional Water separator must be provided. Neither the advantages arise here of the main patent still include those of the present invention.

Diesen vorbekannten Bauarten gegenüber liegt die Erfindung lediglich in der Ausnutzung der Schräglage der Rippen der geneigt angeordneten Rohrelemente des Vorkühlers als Wasserfänger bzw. Wasserabscheiders, wenn dieser im Sinne der Erfindung des Hauptpatentes dem Hauptkühler sowie der diesem zugeordneten Berieselungseinrichtung im Hauptabzugsstrom der wassergesättigten Luft nachgeschaltet ist.The invention merely lies in relation to these previously known types in the utilization of the inclined position of the ribs of the inclined tubular elements of the pre-cooler as a water catcher or water separator, if this is within the meaning of Invention of the main patent, the main cooler and the sprinkling device assigned to it is downstream in the main exhaust flow of the water-saturated air.

Ausgehend von der vorerwähnten bekannten Bauart, bei welcher die Rohrelemente des Verdunstungskühlers in senkrechter Ebene schlangenförmig hintereinandergeschaltet sind, besteht eine zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung darin, daß die in senkrechter Ebene untereinander angeordneten Lagen des Vor- und Hauptkühlers seitlich zueinander versetzt sind. Vorteilhaft sind hierbei außer den Vorkühlerelementen auch die Rohre des Hauptkühlers mit Rippen besetzt.Based on the aforementioned known type, in which the tubular elements of the evaporative cooler serpentine in a vertical plane are, is a useful embodiment of the invention is that the in vertical Layers of the pre-cooler and main cooler arranged one below the other laterally to one another are offset. In addition to the pre-cooler elements, the pipes are also advantageous here of the main cooler studded with fins.

Bei künstlicher Belüftung durch einen oder mehrere Ventilatoren ist es zweckmäßig, diese in bei Verdunstungskühlern an sich bekannter Weise im Bereich unterhalb der Kühlelemente so anzuordnen, daß sie innerhalb des angesaugten Kaltluftstromes liegen.In the case of artificial ventilation using one or more fans it is expedient to do this in a manner known per se in the case of evaporative coolers in the area to be arranged below the cooling elements in such a way that they are within the sucked-in cold air stream lie.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dargestellt.In the drawing, an embodiment of the invention is for example shown.

Die Zeichnung zeigt eine schematische Ansicht eines Verdunstungskühlers für Flüssigkeiten. Die zu kühlende Flüssigkeit tritt bei 1 in den zugleich als Wasserabscheider dienenden Vorkühler mit den beiden in wechselnder Richtung geneigt zueinander angeordneten Rohrelementen 2, 2 d ein und wird über das Umlenkrohr 3 in den schlangenförmig angeschlossenen und aus den beiden ebenfalls wieder wechselseitig geneigt zueinander angeordneten Rohrelementen 4, 4a bestehenden Hauptkühler übergeleitet, aus welchem es bei 5 im gekühlten Zustand wieder austritt. Die aus mehreren Berieselungsdüsen bestehende Berieselungseinrichtung 6 des Hauptkühlers erhält das Berieselungswasser über die Leitung 7. Bei dieser Anordnung Wird das Berieselungswasser nicht im Umlauf geführt. Im unteren Teil des Kühlers sind zwei im Kaltluftstrom angeordnete Ventilatoren 8, 8 a vorgesehen, die die Kühlluft an den Kühlelementen vorbei aufwärts fördern.The drawing shows a schematic view of an evaporative cooler for liquids. The liquid to be cooled enters at 1 at the same time as a water separator serving pre-cooler with the two arranged inclined to each other in alternating directions Tube elements 2, 2 d and is connected via the deflection tube 3 in the serpentine and from the two again arranged alternately inclined to one another Pipe elements 4, 4a existing main cooler, from which it is at 5 in cool state emerges again. The one consisting of several sprinkler nozzles Sprinkling device 6 of the main cooler receives the sprinkling water via the Line 7. With this arrangement, the sprinkling water is not circulated. In the lower part of the cooler there are two fans arranged in the cold air flow 8, 8 a provided, which promote the cooling air past the cooling elements upwards.

Die aus normalen Rippenrohrelementen bestehenden Kühlflächen sind schlangenförmig hintereinandergeschaltet, so daß die einzelnen Elemente nach jeweils wechselnder Richtung geneigt zum Kühlluftstrom angeordnet sind. Die Rippenrohrelemente des Vor- und Hauptkühlers 2, 2 a bzw. 4, 4 a bestehen jeweils aus mehreren senkrecht zur Zeichenebene nebeneinander angeordneten Rippenrohren, die an den Enden durch Sammelkammern verbunden und derart zu geschlossenen Bauelementen zusammengefügt sind, daß sie als Ganzes auswechselbar sind. In manchen Fällen empfiehlt es sich, die in der Ansicht untereinanderliegenden Rohrkästen des Vorkühlers 2, 2 ca bzw. des Hauptkühlers 4, 4 a in senkrechter Ebene derart versetzt zueinander anzuordnen, daß jeweils beide Rohrreihen dem Kühlluftstrom unmittelbar ausgesetzt sind. In gleicher Weise sind für diesen Fall die beiden Zubringerleitungen für die Sprengdüsen der Berieselungseinrichtung 6 seitlich so versetzt, daß sie die zueinander versetzten Rohrlagen des Hauptkühlers 4, 4a unmittelbar berieseln.The cooling surfaces consisting of normal finned tube elements are serpentine connected so that the individual elements after each are arranged inclined to the cooling air flow in alternating directions. The finned tube elements the pre-cooler and main cooler 2, 2 a and 4, 4 a each consist of several perpendicular finned tubes arranged next to one another to the plane of the drawing, which pass through at the ends Connected collecting chambers and joined together to form closed components are that they are interchangeable as a whole. In some cases it is advisable to the pipe boxes of the pre-cooler 2, 2 approx or of the main cooler 4, 4 a to be arranged offset to one another in the vertical plane in such a way that that both rows of tubes are directly exposed to the flow of cooling air. In the same Way are the two feeder lines for the spray nozzles in this case Sprinkler 6 laterally offset so that they offset each other Directly sprinkle the pipe layers of the main cooler 4, 4a.

In der Abbildung ist der vordere, aus einem U-Profil mit nach außen gerichteten Flanschen bestehende Seitenteil des oberen Rohrkastens bzw. -elementes 2 des Vorkühlers teilweise weggeschnitten, so daß die zwei übereinanderliegenden Reihen der Rippenrohre sowie die Anordnung der ebenflächigen Rippeng auf den Rohren erkennbar sind. Die Rippen9 sind in einer Ebene senkrecht zur Rohrachse fest angeordnet und in einem solchen Abstand voneinander vorgesehen, daß die durch die Neigung der Rohrelemente bedingte Projektionsfläche der Rippen in bezug auf den Luftstrom die Prallflächen für die Wasserabscheidung bilden. Auf diese Weise wird die über den Kühlflächen des Hauptkühlers aufsteigende, durch die Berieselungsdüsen wassergesättigte Luft beim Durchgung durch die Vorkühlerelemente entfeuchtet, wobei gleichzeitig auch innerhalb des Vorkühlers ein besserer Wärmeübergang ohne unmittelbare Berieselung erzielt wird.In the picture, the front one is made of a U-profile with outwards directed flanges existing side part of the upper pipe box or element 2 of the precooler partially cut away so that the two superimposed Rows of the finned tubes as well as the arrangement of the flat ribs on the tubes are recognizable. The ribs 9 are fixedly arranged in a plane perpendicular to the pipe axis and provided at such a distance from each other that the by the inclination of the The projected area of the ribs in relation to the air flow is caused by the tubular elements Form baffles for water separation. In this way, the Cooling surfaces of the main cooler rising up, saturated with water through the sprinkler nozzles Air is dehumidified as it passes through the pre-cooler elements, and at the same time even within the pre-cooler a better heat transfer without direct irrigation is achieved.

Die Anordnung der Ventilatoren im Kaltluftstrom hat den Vorteil einer besseren Motorkühlung, so daß deren Wirkungsgrad entsprechend höher ist.The arrangement of the fans in the cold air stream has the advantage of better engine cooling, so that their efficiency is correspondingly higher.

Neben dem im Rahmen der Erfindung ausgenutzten Vorteilen hat die Neigung der Rohrelemente, insbesondere auch der des Hauptkühlers, die bekannten und auch früher bereits ausgenutzten Vorteile, nämlich einerseits den Vorteil einer besseren Entgasung der zu kühlenden Flüssigkeit und andererseits den weiteren Vorteil, daß zufolge der Neigung der Rippen zum Kühlluftstrom das aus den Berieselungsdüsen austretende Kühlwasser länger auf den Rippen haftenbleibt und dort infolge Verdunstung die Kühlwirkung ausüben kann, bevor es durch den Kühlluftstrom mitgerissen und später ausgeschieden wird.In addition to the advantages exploited in the context of the invention, the tendency the pipe elements, in particular that of the main cooler, the known and also advantages already exploited earlier, namely on the one hand the advantage of a better one Degassing of the liquid to be cooled and, on the other hand, the further advantage that as a result of the inclination of the ribs towards the flow of cooling air, that which emerges from the sprinkler nozzles Cooling water adheres longer to the ribs and there the cooling effect due to evaporation can exercise before it is carried away by the flow of cooling air and later excreted will.

Der Kühler kann für beliebige zu kühlende Medien, z. B. Wasser, Methanol, Wasserstoffgemisch od. dgl., mit gleichem Vorteil verwendet werden. Abweichungen gegenüber der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform sind sowohl hinsichtlich des Aufbaus als auch hinsichtlich der Anordnung der Kühlelemente sowie auch in bezug auf die Anordnung der Ventilatoren möglich. Es kommt jedoch darauf an, daß mindestens die Rohrelemente des Vorkühlers aus Rippenrohren bestehen und im Abzugsstrom der wassergesättigten Luft derart zur Strömungsrichtung geneigt angeordnet sind, daß die Projektionsflächen der Rippen in bezug auf den Luftstrom die Prallflächen für die Wasserabscheidung bilden.The cooler can be used for any media to be cooled, e.g. B. water, methanol, Hydrogen mixture or the like, can be used with the same advantage. Deviations compared to the embodiment shown in the drawing are both in terms of the structure as well as in terms of the arrangement of the cooling elements as well as in relation possible on the arrangement of the fans. It is important, however, that at least the pipe elements of the precooler consist of finned tubes and in the exhaust flow of the water-saturated air are arranged inclined to the direction of flow that the projected areas of the ribs in relation to the air flow the baffles for form the water separation.

Claims

PATENT CLAIM: 1. Evaporative coolers, especially coolers for liquids, according to patent 972 293, its tubular elements arranged approximately transversely to the cooling air flow existing heat exchange surface is divided into a pre-cooler and main cooler and in which of the sprinkling device assigned to the main cooler only in the main exhaust flow the water-saturated air is followed by a water separator from which is formed from tubular elements with ribs as baffles existing pre-cooler, characterized in that at least the finned tube elements of the precooler (2) in on is inclined in a known manner to the direction of flow of the air are arranged.

2. Evaporative cooler according to claim 1, the tubular elements of which are serpentine in the vertical plane, characterized in that the layers of the pre-cooler and main cooler (2, 2a and 4, 4a) arranged one below the other in the vertical plane are laterally offset from one another. Documents considered: Swiss Patent No. 209 013; U.S. Patent Nos. 2,498,017, 2,278,242.