Die hybriden Trockenkühler von Jäggi/Güntner stellen eine interessante Alternative zu anderen, geschlossenen Rückkühlsystemen dar, bei denen der Wärmeträger unter die Temperatur der Umgebungsluft abgekühlt werden muss. Beispielsweise können sie als Flüssigkeitskühler oder Kondensator für NH3 eingesetzt werden. Die Vorteile dieser Anlagen sind vielfältig: Sie arbeiten energiesparend und geräuscharm. Außerdem entstehen keine Dampfschwaden.
Dipl.-Ing. (FH) Gert Dierks
Prinzipiell sind hybride Trockenkühler wie herkömmliche Trockenrückkühler aufgebaut. Durch zusätzliche Spezialkomponenten entstehen dann die hybriden Anlagen. Bei den Hybridkühlern sind zwei gerippte Wärmetauscherelemente (Lamellenwärmeaustauscher) V-förmig in einem tragenden Stahlgestell angeordnet. In Abhängigkeit von der Anlagengröße und Baureihe sind oberhalb dieser V-förmigen Konstruktion ein bis vier Axialventilatoren (saugend) montiert. Am Boden des Trockenkühlers ist eine Wasserwanne angebracht. In dieser ist eine Pumpe für die äußere Benetzung der Wärmetauscherelemente untergebracht. Über den Wärmetauscherelementen befinden sich Wasserüberlaufkanäle, die mit Hilfe der Pumpe über ein Kunststoffrohrsystem mit Benetzungswasser gespeist werden. Werkstoffe und Korrosionsschutz sind auf eine lange Lebensdauer ausgerichtet.
Funktionsprinzip
Der Wärmeträger bzw. das zu kühlende Medium fließt durch die gerippten Rohre der Wärmetauscherelemente. Die Ventilatoren saugen die Kühlluft von der Außenseite durch die Wärmetauscher. Bei tiefen Umgebungstemperaturen beispielsweise bis 15 °C erfolgt die Abführung der Wärme ausschließlich konvektiv. Steigt die Lufttemperatur über die genannte Temperatur, wird die gerippte Oberfläche der Kühlelemente mit Wasser benetzt und die Wärme wird sowohl konvektiv als auch durch Verdunstung abgeführt. Mit steigender Lufttemperatur nimmt der Benetzungsgrad in der Anlage stetig zu. Ist der höchstmögliche Benetzungsgrad erreicht, arbeitet die Anlage ausschließlich als Verdunstungskühler. Die Benetzung der Wärmetauscher-elemente erfolgt mit Wasserüberschuss, wobei die Wanne unterhalb der Kühlelemente die überschüssige Wassermenge geräuscharm auffängt. Der Wasserüberschuss dient einerseits zur Sicherstellung einer vollkommenen Benetzung und andererseits zur Ausspülung möglicher Verschmutzungen aus der Luft. Das in der Wanne aufgefangene Wasser wird im Kreislauf geführt. Erst wenn ein bestimmter Verschmutzungs-und Aufsalzungs-grad erreicht ist – er wird über Leitfähigkeitsmessungen erfasst –, verlässt das Wasser automatisch die Anlage.
Werkstoffauswahl und Steuerung
Die freie Bewitterung sowie der Kontakt mit Luftsauerstoff und Wasser macht den Einsatz von korrosionsfesten, nichtrostenden Werkstoffen notwendig. Die berippten Wärmetauscherelemente sind am stärksten korrosionsgefährdet. Deshalb stattet man sie standardmäßig mit einer Einbrennlackierung (elektrophoretisch) aus. Diese dünne, absolut porenfreie Lackschicht behindert den Wärmeaustausch nur geringfügig, schützt aber die Lamellen und Rohre zuverlässig vor Korrosion. Fester Bestandteil der hybriden Trockenkühler ist eine Steuerung. Sie reguliert die Anlagenleistung und überwacht gleichzeitig die für die Benetzung notwendige Wassermenge. Die Regulierung der Kühlerleistung erfolgt normalerweise über die Drehzahl der Ventilatoren. Letztere wird über Frequenzumrichter an den Motoren eingestellt. Außerdem lässt sich die Kühlerleistung mit Hilfe von zu- oder abschaltbaren Benetzungspumpen steuern. Die Steuerung und Überwachung des Benetzungswasserhaushaltes basiert auf der Messung der Leitfähigkeit und des Füllstandes. In die Steuerung mit einbezogen sind die Wasserbehandlung, das Ausschleusen des verschmutzen Wassers, die Frischwasserzufuhr, der Trockenlaufschutz und gegebenenfalls eine Beckenheizung. Generell gilt: Die Anlagensteuerung ist auf Betriebssicherheit und sparsamen Wasser- und Stromverbrauch ausgerichtet.
Die Kombination aus konvektiver Kühlung und Verdunstungskühlung erfordert zwar weniger Zusatzwasser, allerdings muss der Anlagenbetreiber höhere Ansprüche an die Wasserqualität stellen. Die Kontrolle des Benetzungskreislaufs, in dem sich etwa 0,3 bis 0,9 m³ Wasser befinden, ist problemlos und einfach möglich.
Hybride Trockenkühler werden in der Prozessindustrie besonders im Bereich der Kältetechnik eingesetzt. Bei der kostenseitigen Betrachtung dieser Anlagen sollte man neben den durch den Rückkühler verursachten Wasser- und Stromkosten auch die Investitionskosten für Kältemaschinen und andere Komponenten einbeziehen. Mit der hybriden Trockenkühlung kann sehr wirtschaftlich eine Kaltwassertemperatur von 4 bis 5 °C oberhalb der Feuchtkugeltemperatur erreicht werden. Deshalb fallen im Vergleich zu herkömmlichen Trockenkühlern – hier liegen die Kaltwassertemperaturen üblicherweise zwischen 38 und 40 °C – die Investitions- und Stromkosten für die Kältemaschine deutlich geringer aus.
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