KÜHLVERFAHREN EINES MATERIALS

Abstract

 Das Verfahren zur Werkstoffkühlung besteht darin, dass der Wärmeaustausch des einen der abgetrennten Teile eines Aussenluftstroms mit dem zu kühlenden Werkstoff über eine zusätzliche Wärmeaustauschfläche erfolgt, an deren einer Seite der zu kühlende Werkstoff zugeleitet wird, während, deren andere Seite benetzt und sie entlang der abgetrennte Teil des Aussenluftstroms durchgelassen wird.

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf die Kühltechnik für verschiedene Werkstoffe und betrifft insbesondere Verfahren zur Kühlung von gasförmigen, flüssigen und festen Werkstoffen.

[0002] Die vorliegende Technologie kann mit Erfolg in Kühl-und Wärmmaschinen, zur Klimatisierung, zur Kühlung von fein verteilten Materialien, beispielsweise von Getreide, eingesetzt werden. Die genannte Technologie kann auch in der chemischen und metallurgischen Industrie angewendet werden.

Zugrundeliegender Stand der Technik

[0003] Gegenwärtig werden zur WerkstoffkÜhlung im wesentlichen Kühlmaschinen verwendet. Sie verbrauchen eine beträchtliche Energiemenge, sind konstruktiv kompliziert und unzuverlässig.

[0004] In manchen Fällen wird zur Wasser- oder Luftkühlung ein einfacheres KÜhlverfahren - eine Verdampfungskühlung - eingesetzt. Hier wird als Energiequelle zur Kälteerzeugung ein natürliches Ungleichgewicht der atmosphärischen Luft - eine psychrometrische Temperaturdifferenz Differenz von Temperaturen dem trockenen und dem feuchten Thermometer) - ausgenutzt.

[0005] Das Wesen der Verdampfungskühlung (von Luft oder Wasser) besteht darin, dass die durch die Wasserdämpfe ungesättigte Luft mit Wasser kontaktiert. Hierbei verdampft das Wasser zum Teil in diese Luft, wodurch die latente Umwandlungswärme entzogen wird. Dies hat eine Luft-oder WasserkÜhlung (je nach Zweck der Abkühlung) im Grenzfall bis auf die Temperatur des feuchten Thermometers dieser Luft zur Folge. Das Verfahren zur Verdampfungskühlung weist aber eine Reihe wesentlicher Mängel auf. Dazu gehört in erster Linie eine niedrige Kühlgrenze (Temperatur des feuchten Aussenluftthermometers). Darüber hinaus wird die Luft beispielsweise bei der Verdampfungskühlung befeuchtet, während sich ihr Wärmeinhalt nicht ändern. Das heisst, dass in diesem Prozess keine Kälte erzeugt wird, denn die explizite Wärme geht in eine latente über. Die derart befeuchtete und abgekühlte Luft besitzt praktisch keine nützlichen Eigenschaften, die sie in Klimaanlagen verwenden lassen könnten. Ihr KÜhlvermögen ist nicht gross, da sich die Enthalpie (Wärmeinhalt) der Luft während der Verdampfungskühlung nicht geändert hat.

[0006] Die Ausnutzung derartiger Luft ist in kleinen Klimazonen möglich, wo der äusserst niedrige Feuchtigkeitsgehalt und deren Befeuchtung im Vorgang der Verdampfungskühlung keine wesentliche Luftbefeuchtung hervorrufen werden, denn die letztere verschlechtert die Kühleigenschaften der Luft in den Klimaanlagen.

[0007] Ein wesentlicher Nachteil des Verfahrens zur Verdampfungskühlung ist der, dass bei der Realisierung des letzteren die anderen Werkstoffe ohne deren Befeuchtung nicht gekühlt werden können.

[0008] Es ist ein Verfahren zur indirekten Verdampfungskühlung bekannt, in dem ein Werkstoff, beispielsweise die Luft, bei einem Kontakt mit einer Wärmeaustauschfläche gekühlt wird. Die andere Seite dieser Fläche wird mit Wasser benetzt und von Aussenluft umspült, die durch die VerdampfungskÜhlung befeuchtet und im Grenzfall auf die Temperatur des feuchten Thermometers abgekühlt wird. Hierbei wird die Wärmeaustausohfläche gekühlt, von der die Feuchtigkeit in diese Luft verdampft, was seinerseits zur Abkühlung des Werkstoffes führt, der mit der anderen Seite dieser Fläche kontaktiert.

[0009] Das Verfahren zur indirekten Verdampfungskühlung macht auch vom natürlichen Ungleichgewicht der atmospherischen Luft - von der psychrometrischen Temperaturdifferenz - Gebrauch. Bei dessen Durchführung erscheint es als möglich, den Werkstoff ohne dessen Befeuchtung zu kühlen.

[0010] Nachteilig ist aber bei diesem eine hohe Temperatur der Kühlgrenze (Temperatur des feuchten Aussenluftthermometers). In Wirklichkeit liegt diese Temperatur wegen des Vorhandenseins eines Wärmewiderstandes der Wärmeaustauschfläche noch höher.

[0011] Es ist auch ein Verfahren zur regenerativen indirekten Verdampfungskühlung von einem Werkstoff, beispielsweise von Luft, (SU, A, 979796) im Grenzfall auf die Temperatur des Taupunktes der Aussenluft bekannt, das die Kühlung eines Aussenluftstroms auf der Warmeaustauschflache und dessen Trennung in zwei Teile beinhaltet, von denen der eine im Gegenlauf zum gesamten Aussenluftstrom entlang der vorher befeuchteten entgegengesetzten Seite der Wärmeaustauschfläche gerichtet und der zweite dem Verbraucher zugeführt wird.

[0012] Das bekannte Verfahren zur regenerativen indirekten Verdampfungskühlung ist aber unzureichend wirksam, weil die abzukühlende Aussenluft eine hohe Temperatur aufweist und für deren Abkühlung auf die Temperatur des Taupunktes beim Wärmeaustausch recht grosse Flächen fÜr einen Wärme-und Stoffaustausch benötigt werden. Ausserdem ist bei Verwendung des bekannten Verfahrens zur regenerativen indirekten Verdampfungskühlung ein Durchmischen der Luft im Volumen des Raumes mit der Aussenluft beim Abkühlen nicht zu vermeiden, die beispielsweise mit Staub, Feuchtigkeit, chemischen und radioaktiven Stoffen u.dgl.m. verunreinigt werden kann.

[0013] Das bekannte Verfahren zur regenerativen indirekten Verdampfungskühlung eines Werkstoffes, beispielsweise der Luft, gestattet es also nicht, eine wirksame Abkühlung derselben auf den Taupunkt der Aussenluft zu ermöglichen und eine Beeinflussung der Raumluft durch die Verunreinigungen der Aussenluft zu eliminieren.

[0014] Darüber hinaus ist das vorliegende Verfahren nicht geeignet, im Grenzfall auf die Temperatur des Taupunktes andere Werkstoffe ausser der Luft unmittelbar abzukühlen.

Offenbarung der Erfindung

[0015] Zweck der Erfindung ist es, die obengenannten Nachteile der bekannten Kühlverfahren zu überwinden.

[0016] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Werkstoffkühlung im Grenzfall auf die Temperatur des Taupunktes der Aussenluft durch einen Wärmeaustausch des Werkstoffes mit einer vorgekühlten Aussenluft zu schaffen.

[0017] Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in dem Verfahren zur Werkstoffkühlung, bei dem ein Aussenluftstrom zur VorkÜhlung an einer von der entgegengesetzten Seite benetzten Wärmeaustauschfläche entlang durchgelassen und dann in zwei Teile getrennt wird, von denen ein Teil nach seiner Durchlassung an der benetzten Seite der Wärmeaustauschfläche entlang in die Atmosphäre entweicht und der zweite Teil zum Wärmeaustausch mit dem zu kühlenden Werkstoff geleitet wird, gemäas der Erfindung der Wärmeaustausch des zweiten Teiles des Aussenluftstroms mit dem zu kühlenden Werkstoff über eine zusätzliche Wärmeaustauschfläche erfolgt, an deren einer Seite der zu kühlende Werkstoff zugeleitet wird, während deren andere Seite benetzt und sie entlang der zweite Teil des Aussenluftstroms gefördert wird.

[0018] Falls ein gasförmiger Werkstoff gekühlt wird, wird er längs der zusätzlichen Wärmeaustauschfläche entgegen der Förderrichtung des zweiten Teiles des Aussenluftstroms geleitet.

[0019] Es ist zweckmässig, dass bei einer Gleichheit der spezifischen Wärmekapazitäten des zu kühlenden Werkstoffes und der Aussenluft die Durchflussmenge des zu kühlenden Werkstoffes die des zweiten Teiles des Aussenluftstroms übertreffen soll.

[0020] In manchen Fällen ist es zweckmässig, dem zweiten Teil des Luftstroms vor dessen Wärmeaustausch mit dem zu kühlenden Werkstoff eine bestimmte Luftmenge zu entnehmen und sie auf den Werkstoff nach dessen Abkühlung direkt zu richten.

[0021] Derartige DurchfÜhrung des Verfahrens gestattet es, den längs der Wärmeaustauschfläche geförderten, jeweils benötigten Werkstoff unter gleichzeitigem Ausschluss von durch die Aussenluft mitgerissenen Verunreinigungen wirksam zu kühlen.

[0022] Das Wesen der vorliegenden Erfindung besteht in folgendem.

[0023] Der zweite Teil des Luftstroms, der im Grenzfall auf die Temperatur des Taupunktes der Aussenluft abgekühlt ist, wird nicht dem Verbraucher, sondern zum Kontakt mit einer zusätzlichen Wärmeaustauschfläche geleitet, die von dieser Seite benetzt wird. Von der anderen Seite dieser Wärmeaustauschfläche wird der zu kühlende Werkstoff durchgelassen. Hierbei wird die dem zu kühlenden Werkstoff entzogene Wärme über die Wärmeaustauschfläche an den Luftstrom abgegeben, weshalb dieser erhitzt wird. Ausserdem wird diese Luft durch Kontakt mit der benetzten Seite der Warmeaustauschflache auch noch befeuchtet. Die Luft wird also in diesem Fall zugleich befeuchtet und erwärmt. Da aber die Luft in Kontakt mit der befeuchteten Seite der Wärmeaustauschfläche bereits vorgekühlt kommt, so bewirkt die Verdämpfung der Feuchtigkeit von der Wärmeaustauschfläche in diese Luft eine Kühlung der ersteren, d.h. die Wärmeaustauschfläche kommt auf eine niedrigere Temperatur als bei einer Beteiligung der Aussenluft an diesem Prozess. Im Endergebnis führt dies dazu, dass der Werkstoff über die Wärmeaustauschfläche auf eine niedrigere Temperatur (niedriger als die Temperatur des feuchten Aussenluftthermometers) abgekühlt wird, als wenn als zweiter Teil des Luftstroms nicht die vorgekühlte Luft, sondern die Aussenluft aufgetreten wäre. Die Grenztemperatur, auf die ein Werkstoff abgekühlt werden kann, ist die Temperatur des Taupunktes der Aussenluft, wobei, um dies zu erreichen, der andere Teil des Luftstroms und der zu kühlende Werkstoff im Gegenlauf zueinander geleitet werden sollen, denn in jedem Querschnitt der die Warme austauschenden Ströme wird die Temperatur variabel sein. Und nur die gegenläufige Bewegung dieser Ströme ist in der Lage, eine maximale Annäherung der Austrittstemperatur des Werkstoffes an eine minimale Temperatur, nämlich an die Temperatur des Taupunktes der Aussenluft, herbeizuführen.

[0024] Es ist bemerkenswert, dass die spezifische Wärmemenge, die der zweite Teil des Luftstroms bei dessen Befeuchtung im Grenzfall auf einen Wert der relativen Feuchtigkeit von 100% und bei dessen Erwärmung auf die Temperatur des eintretenden zu kühlenden Werkstoffes zu entnehmen imstande ist, grösser als die spezifische Wärmemenge ist, die aufzuwenden ist, um den Werkstoff (wenn die spezifischen Wärmekapazitäten der Luft und des zu kühlenden Werkstoffes gleich sind) im Grenzfall auf die Temperatur des Taupunktes abzukühlen. Dies gestattet es, eine grössere Stoffmenge als die Menge des zweiten Luftteiles, der zum Wärmeaustausch mit dem Werkstoff geleitet wird, abzukühlen.

[0025] In manchen Fällen erscheint es als sinnvoll, dem zweiten Teil des Luftstroms vor dessen Wärmeaustausch mit dem zu kühlenden Werkstoff eine bestimmte Luftmenge zu entziehen und sie auf den Werkstoff nach dessen Abkühlung unmittelbar zu richten. Dies gestattet es beispielsweise bei der Luftkühlung, Hygienenormen gerecht zu werden, die neben der Aufrechterhaltung der erforderlichen Raumtemperatur auch das Vorhandensein einiger Menge frische Aussenluft verlangen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0026] Die anderen Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden konkreten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und aus einem Schema ersichtlich, in dem das gesamte Prinzip der Durchführung des KÜhlverfahrens für einen Werkstoff beliebigen Aggregatzustandes dargestellt ist.

Beste Ausführungsform der Erfindung

[0027] Der Aussenluftstrom 1 (s. das Schema) wird entlang einer Wärmeaustauschfläche 2 gerichtet, wo er im Grenzfall auf die Temperatur des Taupunktes abgekühlt wird, ohne dass sich sein Feuchtigkeitsgehalt ändert. Dann wird der Aussenluftstrom 1 in zwei Teile 3 und 4 getrennt. Der Teil 3 des Aussenluftstroms 1 wird entgegen dem gesamten Aussenluftstrom 1 längs der vorher befeuchteten entgegengesetzten Seite der Wärmeaustauschfläche 2 gerichtet. Der zweite Teil 4 des Aussenluftstroms 1 wird an der befeuchteten Seite einer zusätzlichen Wärmeaustauschfläche 5 entlang gefördert.

[0028] Der Auasenluftstrom 1 gibt seine Wärme über die Trenn-Wärmeaustauschfläche 2 an den Teil 3 des Aussenluftstroms 1 ab, der seinerseits auf eine Temperatur erwärmt wird, die nahe an der Temperatur der eintretenden Aussenluft liegt. Darüber hinaus wird der abzuführende Teil 3 des Aussenluftstroms 1 durch Feuchtigkeitsverdampfung von der befeuchteten Seite der Warmeaustauschfläche 2 in diesen auf einen Wert der relativen Feuchtigkeit von ca. 100% erhitzt, und in diesem Zustand entweicht er in die Atmosphäre.

[0029] Der abzukühlende Werkstoff 6 wird die Wärmeaustauschfläche 5 entlang im Gegenlauf zu dem zweiten Teil 4 des vorgekühlten Aussenluftstroms geleitet, der längs der befeuchteten Seite der Wärmeaustauschfläche 5 strömt.

[0030] Hier wird die Wärme dem Werkstoff 6 über die Wärmeaustauschfläche 5 durch den zweiten Teil 4 des vorgekühlten Aussenluftstroms entnommen. Hierbei wird der letztere erhitzt und durch Feuchtigkeitskondensation in diesem auf einen Wert der relativen Feuchtigkeit nahe 100% befeuchtet, worauf er in diesem Zustand, ohne mit dem zu kühlenden Werkstoff 6 unmittelbar in Berührung zu kommen, in die Atmosphäre entweicht. Der zu kühlende Werkstoff 6 wird, indem er die Wärmeaustauschfläche 5 entlang strömt, seinerseits im Grenzfall auf die Temperatur des Taupunktes der Aussenluft abgekühlt und in diesem Zustand dem Verbraucher zugeleitet.

[0031] Wird als zu kühlender Werkstoff beispielsweise Luft verwendet, so erscheint es als möglich, bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens eine Umluftkühlung im Raum zu realisieren.Da aber die Lufttemperatur in einem zu kühlenden Raum stets unterhalb der Aussenlufttemperatur liegt, wird der Änderungswert der Raumlufttemperatur im vorliegenden Kühlverfahren mit dem Luftumlauf ständig unterhalb des gleichen Wertes bei der Durchführung der bekannten Verfahren liegen, wo es gilt, die Temperatur der Zuführaussenluft auf die Raumtemperatur zu senken, was seinerseits eine Verringerung der Wärme- und Stoffaustauschfläche im erfindungsgemässen Kühlverfahren zur Folge hat.

[0032] Es ist zu betonen, dass die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Werkstoffkühlung, beispielsweise zur Raumluftkühlung, eine Reihe von Vorteilen bietet, die mit der Möglichkeit einer wirksamen Regelung der Raumlufttemperatur zusammenhängen. Hier wird dies recht einfach - durch Änderung der Durchflusamenge des zu kühlenden Werkstofffes, d.h. des Luftstroms - erreicht. Ausserdem erscheint es als möglich, in den Konstruktionen der nach dem erfindungsgemässen Verfahren zur Werkstoffkühlung arbeitenden Luftkühler einen grösseren Teil der Wärme- und Stoffaustauschfläche sowie einen leistungsfähigeren Lüfter draussen ausserhalb des Raumes anzuordnen. In dem zu kühlenden Raum selbst werden der kleinere Teil der Wärme- und Stoffaustauschfläche sowie ein kleiner Lüfter untergebracht, der lediglich dazu bestimmt ist, den Raumluftstrom umlaufen zu lassen.

[0033] Das vorliegende Verfahren zur Werkstoffkühlung gestattet es bei dessen Durchführung, beispielsweise zur Luftkühlung, die Raumluft im Grenzfall auf die Temperatur des Taupunktes nicht nur durch deren Umlauf, sondern auch durch eine teilweise Zuführung einer frischen Aussenluft zum Raum abzukühlen. Die Raumluft kann also durch eine Kombination von Zu- und Umluft gekühlt werden. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, dem zweiten Teil 4 des Luftstroms (s. das Schema) vor dessen Wärmeaustausch mit dem zu kühlenden Werkstoff 6, beispielsweise mit der Luft, einige Luftmenge 7 zu entnehmen und sie auf den Werkstoff 6 nach seiner Abkühlung unmittelbar zu richten.

[0034] Nachfolgend sind konkrete Ausführungsbeispiele des beschriebenen Verfahrens aufgeführt.

Beispiel 1

[0035] Als zu kühlender Werkstoff wird Luft ausgenutzt.

[0036] Ein Aussenluftstrom 1 wird bei 30,5°C nach dem trockenen Thermometer (15,8°C nach dem feuchten Thermometer) und bei einem Durchsatz von 200 m³/h zum Wärmeaustausch mit der trockenen Seite einer Wärmeaustauschfläche 2 geleitet, wo er ohne seinen Feuchtigkeitsgehalt zu ändern, auf eine Temperatur von 12,1°C nach dem trockenen Thermometer (8,2°C nach dem feuchten Thermometer) gekühlt wird. Im weiteren wird dieser Strom in zwei Teile 3 und 4 getrennt. Der Stromteil 3 wird bei einer Durchflussmenge von 110 m³/h im Gegenlauf zum Strom 1 längs der anderen Seite der Wäsmeaustauschfläche 2 geleitet, die benetzt wird. Dieser Stromteil wird befeuchtet und auf eine Temperatur von 21,6°C nach dem trockenen Thermometer (19,9°C nach dem feuchten Thermometer) erhitzt, und in diesem Zustand entweiat er in die Atmosphäre. Der Teil 4 des Luftstroms wird bei einer Durchflussmenge von 110 m³/h die befeuchtete Seite einer zusätzlichen Wärmeaustauschfläche 5 entlang gefördert. Entgegen diesem Stromteil wird längs der trockenen Seite der zusätzlichen Wärmeaustauschfläche 5 ein Luftstrom 6 bei einer Durchflussmenge von 220 m³/h durchgelassen, der im Raum umläuft. Die Temperatur des Luftstroms 6 beträgt vor der Kühlung 20°C und nach der Kühlung 10,8°C.

[0037] Der gesamte Elektroenergieaufwand für die Förderung sowohl der Aussen- als auch der Umluft im Raum beläuft sich auf 94 W.

[0038] In den Raum strömt also eine gekühlte Luft bei einer Durchflussmenge von 220 m³/h mit einer Temperatur von ₁0,8°C ein. Um die gleiche Menge der Aussenluft unter den gleichen Umgebungsverhältnissen bei der Durchführung der bekannten Kühlverfahren abzukühlen, werden 124 W benötigt, und die Temperatur der in den Raum einströmenden gekühlten Luft wird 12,1°C gleich sein.

[0039] Wie ersichtlich, liegen die Luftkühltemperatur und der Energieaufwand bei der Durchführung des erfindungsgemässen Kühlverfahrens gegenüber dem bekannten niedriger.

[0040] Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, dass der Sollwert der Temperaturänderung der zu kühlenden Luft bei deren Umlauf (△^t = 20° - 10,8° = 9,2°C) immer niedriger im Vergleich mit der Zuführung der Aussenluft ( △^t = ₃₀,_5° - ₁₂,1_° = ₁8,4°C) liegt. Im Sommer ist die Aussenlufttemperatur stets höher als die Raumtemperatur. Und schliesslich werden die aerodynamischen Verluste des Luftstroms immer höher bei einer grösseren Stärke des Luftstroms sein, der als Zusatzstrom um 180° gewendet werden muss.

Beispiel 2

[0041] Vergleichen wir das erdindungsgemässe mit dem bekannten Verfahren zur Luftkühlung bei einer Aussenlufttemperatur von 41°C nach dem trockenen Thermometer (19,2°C nach dem feuchten Thermometer).

[0042] Die Durchflussmengen der im Raum umlaufenden und in den Raum einströmenden gekühlten Luft bleiben dieselben wie im Beispiel 1 und betragen jeweils 220 m³/h.

[0043] Die Temperatur der bei deren Umlauf im Raum während der Durchführung des erfindungsgemässen Kühlverfahrens gekühlten Luft beträgt 13,9°C nach dem trockenen Thermometer (10,2°C nach dem feuchten Thermometer). Der Elektroenergieaufwand macht 78 W aus.

[0044] Die Temperatur der in den Raum bei der Durchführung des bekannten KÜhlverfahrens einströmenden gekühlten Luft beträgt 16,5°C und der Elektroenergieaufwand 114 W.

[0045] Wie aus den Beispielen zu ersehen ist, erscheint es also beim erfindungsgemässen Verfahren zur Werkstoffkühlung, beispielsweise zur Luftkühlung, als möglich, die Kühlwirkung durch Temperatursenkung der zu kühlenden Luft und durch Verringerung des Energieaufwands gegenüber dem bekannten Kühlverfahren zu steigern. Darüber hinaus gestattet es das erfindungsgemässe Verfahren, die Beeinflussung der Raumluft durch die Verunreinigungen der Aussenluft zu eliminieren. Bei der DurchfÜhrung des bekannten Verfahrens geht das nicht.

[0046] Das erfindungsgemässe Verfahren zur Werkstoffkühlung, beispielsweise zur Luftkühlung, gestattet es, wie bereits beschrieben, die Raumluft nicht nur durch deren Umlauf, sondern auch durch eine Kombination der Zuführung der Aussenluft mit dem Luftumlauf im Raum zu kühlen.

[0047] Dies kann am Beispiel 3 verdeutlicht werden.

Beispiel 3

[0048] Ein Aussenluftetrom 1 wird bei 30,5°C nach dem trockenen Thermometer (15,8°C nach dem feuchten Thermometer) und bei einer Durchflussmenge von 220 m³/h zum Wärmeaustausch mit der trockenen Seite einer Wärmeaustauschfläche 2 geleitet, wo er, ohne seinen Feuchtigkeitsgehalt zu ändern, auf eine Temperatur von 12,1°C nach dem trockenen Thermometer (8,2°C nach dem feuchten Thermometer) abgekühlt wird. Im weiteren wird dieser Strom in zwei Teile 3 und 4 getrennt. Der Stromteil 3 wird bei einer Durchflussmenge von 110 m³/h im Gegenlauf zum Strom 1 entlang der anderen Seite der Wärmeaustauschfläche 2 geleitet, die benetzt wird. Dieser Stromteil wird befeuchtet und auf eine Temperatur von 21,6°C nach dem trockenen Thermometer (19,9°C nach dem feuchten Thermometer erwärmt, und in diesem Zustand entweicht er in die Atmosphäre. Dem auf die Temperatur von 12,1°C gekühlten Teil 4 des Luftstroms wird eine der Durchflussmenge von 40 m³/h gleiche Luftmenge 7 entnommen und auf den Werkstoff 6 - Luft - nach seiner Abkühlung unmittelbar gerichtet, während der übriggebliebene Stromteil 4 bei einer Durchflussmenge von 110 m³/h entlang der befeuchteten Seite einer zusätzlichen Wärmeaustauschfläche 5 durchgelassen wird. Im Gegenlauf zu diesem Stromteil wird die trockene Seite der zusätzlichen Wärmeaustauschfläche 5 entlang der Luftstrom 6 bei einer Durchflussmenge von 180 m³/h gefördert, der im Raum umläuft. Die Temperatur des Luftstroms 6 beträgt vor der Kühlung 20°C und nach der KÜhlung 11,3°C.

[0049] Der gesamte Elektroenergieaufwand für die Förderung sowohl der Aussen- als auch der Umluft und der in den Raum einströmenden Luft beträgt 105 W.

[0050] In den Raum strömt also eine frische vorgekühlte Aussenluft bei einer Durchflussmenge von 40 m³/h mit einer Temperatur von 12,1°C ein, und ausserdem wird der Umluftstrom darin bei einer Durchflussmenge von 180 m³/h auf eine Temperatur von 11,3°C gekühlt. Um die gleiche Luftmenge (220 m³/h) im Raum unter den gleichen Umgebungsverhältnisse abzukühlen, werden bei der Durchführung nur der Umlaufluftkühlung nach dem erfindungs_Remässen Verfahren 94 W gefordert, und die Temperatur der in den Raum einströmenden gekühlten Luft wird gleich 10,8°C sein.

[0051] Bei einer kombinierten Raumluftkühlung durch Luftumlauf und -zuführung steigt also der Energieaufwand um einiges an, und die Temperatur der zu kühlenden Luft nimmt geringfügig zu. In diesem Fall erscheint es aber als möglich, die Hygienewerte der Raumluft durch teilweise Zuführung einer Frischluft von aussen zu verbessern.

[0052] Es ist zu betonen, dass das erfindungsgemässe Verfahren zur Werkstoffkühlung im Unterschied zum bekannten Verfahren es gestattet, nicht nur die Luft (Gas), sondern auch entlang der trockenen Seite der wärmeaustauschfläche geförderte beliebige flüssige und feste Werkstoffe im Grenzfall auf die Temperatur des Taupunktes abzukühlen.

[0053] Es ist selbstverständlich, dass die Menge von zu kühlendem Werkstoff gegenüber der Menge des zum Wärmeaustausch geleiteten zweiten Luftstromteiles durch die spezifische Wärmekapazität des zu kühlenden Werkstoffes und seine Kapazität definiert werden wird.

Beispiel 4

[0054] Betrachten wir den Vorgang einer Wasserkühlung unter Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens bei Parametern und einem Aussenlufdurchlauf, wie sie im Beispiel 1 gegeben sind. Ein Aussenluftstrom 1 wird 30,5°C nach dem trockenen Thermometer (15,8°C nach dem feuchten Thermometer) und bei einer Durchflussmenge von ₂2₀ m³/h zum Wärmeaustausch mit der trockenen Seite einer Wärmeaustauschfläche 2 geleitet, wo er, ohne seinen Feuchtigkeitsgehalt zu ändern, auf eine Temperatur von 12,1°C nach dem trockenen Thermometer (8,2°C nach dem feuchten Thermometer) abgekühlt wird. Ferner wird dieser Strom in zwei Teile 3 und 4 getrennt. Der Stromteil 3 wird bei einer Durchflussmenge von 110 m³/h im Gegenlauf zum Strom 1 an der anderen Seite der Wärmeaustauschfläche 2 entlang geleitet, die benetzt wird. Dieser Stromteil wird befeuchtet und auf eine Temperatur von 21,6°C nach dem trockenen Thermometer (19,9 nach dem feuchten Thermometer) erhitzt, und in diesem Zustand entweicht er in die Atmosphäre. Der andere Teil 4 des Luftstroms wird bei einer Durchflussmenge von 110 m³/h längs der befeuchteten Seite einer zusätzlichen Wärmeaustauschfläche 5 durchgelassen. Im Gegenlauf zu diesem Stromteil wird die trockene Seite der zusätzlichen Wärmeaustauschfläche 5 entlang ein Wasserstrom 6 bei einer Durchflussmenge von 55 m³/h geleitet. Die Wassertemperatur beträgt vor der Kühlung 20°C und nach der Kühlung 10,8°C.

[0055] Die Durchflussmenge von zu kühlendem Wasser ist also um das 4fache kleiner als die von Luft beim gleichen Kühlgrad. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die spezifische Wärmekapazität von Wasser die von Luft um das 4fache übertrifft. Ähnliche Beispiele können für die Kühlung von einem festen Werkstoff, beispielsweise von Getreide, aufgeführt werden.

[0056] Es muss also bemerkt werden, dass die Durchflussmenge des zu kühlenden Werkstoffes umgekehrt proportional seiner Wärmekapazität ist, d.h. um wieviel mal die Wärmekapazität des zu kühlenden Werkstoffes grösser als die Wärmekapazität der Luft ist, um soviel mal ist die Durchflussmenge des zu kühlenden Werkstoffes kleiner als die Durchflussmenge des zum Wärmeaustausch geleiteten zweiten Teiles der Aussenluft.

[0057] Ausgehend von den genannten Beispielen kann man auf folgende Vorteile des vorliegenden Verfahrens zur Werkstoffkühlung im Grenzfall auf die Temperatur des Taupunktes der Aussenluft gegenüber den bekannten Verfahren hinweisen:

1) Möglichkeit, nicht nur gasförmige, sondern auch flüssige und feste Werkstoffe zu kühlen;

₂) Erhöhung der Kühlwirkung, d.h. die Möglichkeit, die Warmeaustauschfläche zu verringern oder die Temperatur des zu kühlenden Werkstoffes zu senken;

3) Fähigkeit, den Vorgang der Kühlung des Werkstoffes durchzuführen, ohne ihn zu verunreinigen;

4) Möglichkeit, beispielsweise die Raumluft in einem kombinierten Kühlverfahren zu kühlen, was es gestattet, die erforderliche Temperaturführung im Raum energetisch effektiv aufrechtzuerhalten und darin gleichzeitig die Hygienenormen für die Luft einzuhalten;

5) bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Werkstoffkühlung erscheint es als möglich, ergonomische Kennwerte von Anlagen konstruktiv zu verbessern;

6) bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Werkstoffkühlung erscheint es als möglich, den Kühlvorgang für den Werkstoff sowie dessen Durchflussmenge wirksam zu regeln.

Gewerbliche Verwertbarkeit

[0058] Das erfindungsgemässe Verfahren zur Werkstoffkühlung kann sowohl in ortsfesten als auch in transportablen Klimatisierungsanlagen eingesetzt werden. Weiterhin kann es in Wärm- und Kühlmaschinen zur Kondensationswärmeabführung von Arbeitsmitteln verwendet werden.

[0059] Dieses Verfahren ist zweckmässigerweise zur Abkühlung von fein verteilten Materialien, beispielsweise von Getreide, anzuwenden.

[0060] Es kann in verschiedenen chemischen Produktionsprozessen Anwendung finden, wo verschiedene Werkstoffe zu kühlen sind.

[0061] Das vorliegende Kühlverfahren kann also in allen Gebieten der Wissenschaft und Technik Anwendung finden, wo es gilt, Werkstoffe auf eine Temperatur von +15°C, d.h. bis auf den Bereich der Kälte hoher Temperatur, abzukühlen.

Ansprüche

₁. Verfahren zur Werkstoffkühlung, bei dem ein Aussenluftstrom zur Vorkühlung an einer von der entgegengesetzten Seite benetzten Wärmeaustauschfläche entlang durchgelassen und dann in zwei Teile getrennt wird, von denen ein Teil nach seiner Durchlassung an der benetzten Seite der Wärmeaustauschfläche entlang in die Atmosphäre entweicht und der zweite Teil zum Wärmeaustausch mit dem zu kühlenden Werkstoff geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustausch des . zweiten Teiles (4) des Aussenluftstroms mit dem zu kühlenden Werkstoff über eine zusätzliche Wärmeaustauschflache erfolgt, an deren einer Seite der zu kühlende Werkstoff zugeleitet wird, während deren andere Seite benetzt und sie entlang der zweite Teil des Aussenluftstroms gefördert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Abkühlung eines gasförmigen Werkstoffes dieser längs der zusätzlichen Wärmeaustauschfläche entgegen der Förderrichtung des zweiten Teiles des Aussenluftstroms geleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Gleichheit der spezifischen Wärmekapazitäten des zu kühlenden Werkstoffes und der Aussenluft die Durchflussmenge des zu kühlenden Werkstoffes die des zweiten Teiles des Aussenluftstroms übertreffen soll.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftmenge von dem zum Wärmeaustausch geleiteten zweiten Teil des Aussenluftstroms auf den Werkstoff nach dessen Abkühlung direkt gerichtet wird.

Zeichnung