EP4067781A1 - Kälteregister zur kaltlufterzeugung mit enteisungseinrichtung - Google Patents
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- F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
- F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
- F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
- F28D1/05316—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators
Definitions
- the invention relates to a cold register for generating cold air, in particular for snow-making systems, according to the preamble of claim 1.
- snow production systems are used to produce artificial snow, which can be used, for example, for ski slopes.
- Snowmaking systems work by spraying water into a cold air stream, which cools the water droplets accordingly and turns them into snow or snow or ice crystals.
- Cold registers in the form of lamellar cold registers are known for cooling an air flow.
- Such lamellar refrigeration registers have a very large number of lamellae, which are greatly cooled by means of a suitable refrigerant, whereby a large cooling surface is created for the air flow passing by.
- Icing is a major problem in cold coils. As the amount of ice builds up, the efficiency of a cold coil is greatly reduced. This can lead to a complete functional failure of the cold register.
- this principle is associated with high costs and a large space requirement. For applications in which the air to be cooled has a high level of humidity, this principle cannot be used economically, since the refrigeration register would ice up too quickly. This is particularly true in snowmaking facilities where humidity is often between 65% and 100%.
- the invention is based on the object of creating a cold register for generating cold air, which is also particularly suitable for cooling air which has a high level of humidity, and which enables particularly effective de-icing.
- ice is used in the context of the invention in the broadest sense and is intended to include all types of frozen substances that are on the refrigerant guide tubes can deposit, especially snow.
- the cold register represents a smooth tube heat exchanger, i. H. a heat exchanger comprising a stack or bundle of parallel refrigerant-carrying tubes having a smooth surface with a constant outside diameter along their length.
- the scraping device enables a very effective, continuous scraping of ice forming on the refrigerant guide tubes during ongoing operation of the refrigeration register.
- the cold register can thus be used in a particularly economical and effective manner, in particular for cold air generation at high humidity, for example at a humidity of 60% to 100%, and thus in particular also in snowmaking systems and for snowmaking at relatively high temperatures.
- the scraping sleeves have two sleeve-shaped end sections protruding on opposite sides of the coupling section, the scraping sleeves are relatively thin-walled in the region of their outer ends, ie the two end faces of the scraping sleeves are narrow or have small surfaces.
- the scraper sleeves therefore push less ice in front of them. There is no accumulation of ice at the end of the stroke of the scraping device. In particular, it can be avoided that a large amount of scraped-off ice is pressed tightly between the scraping sleeves and a strip or end plate arranged at the end of the stroke path, through which the refrigerant guide tubes are passed, and collects there.
- the end sections preferably have outer ends delimiting the scraping sleeves, the end sections tapering conically towards the outer ends, so that the end sections are wedge-shaped in longitudinal section.
- the outer peripheral surface of the end sections preferably runs at an acute angle relative to the inner peripheral surface. This angle can be, for example, 2° to 20°, preferably 3° to 10°, particularly preferably 4° to 6°.
- the scraper sleeves preferably have a stepped inner diameter, the inner diameter being larger in the area between the end sections than in the area of the end sections. This reduces the friction between the scraper sleeves and the refrigerant guide tubes. The risk of the scraping sleeves jamming and the required power of the drive device are reduced.
- the end sections preferably each have a plurality of scraping edges, so that the scraping sleeves each have at least four scraping edges. This can do that scraping off the ice in a particularly effective way.
- the end sections comprise at least one scraping edge, preferably an inner and an outer scraping edge, and at least one further scraping edge which is arranged between the outer end and an inner peripheral edge of a contact surface of the end sections.
- the scraping effect of the scraping sleeves can be further improved.
- the further scraping edge is preferably formed by a boundary wall of a groove which extends obliquely or in an arc from the outer end to the inner peripheral edge of the respective end section.
- the scraper sleeves have an intermediate portion located between the end portion and the coupling portion with at least one wall opening adjacent the end portion.
- ice that is scraped off an inner peripheral scraping edge or another scraping edge of an end section can be discharged through the wall opening from the interior of the scraping sleeve to the outside.
- the scraping sleeves are preferably in driving engagement by means of a positive connection and without a rigid connection with driver elements, which can be moved back and forth by the drive device. This allows the scraping sleeves can be aligned in a simple and very precise manner on the refrigerant guide tubes alone, without twisting or jamming with the driver elements. Furthermore, the driver elements and outer contours of the scraping sleeves can be manufactured with greater tolerances and thus in a simpler and more economical manner.
- a gap-shaped intermediate space is preferably provided between the scraping sleeves and the driver elements.
- the clearance allows for free expansion and contraction of the scraper sleeves and tangs with changes in temperature. This is particularly important when scraping sleeves and driver elements are made of different materials with different expansion behavior.
- the coolant guide tubes are made of stainless steel
- the scraper sleeves are made of a material that is softer than the coolant guide tubes, in particular brass or a brass alloy
- the driver elements are made of a light aluminum material.
- the entrainment elements consist of entrainment strips located between adjacent scraper sleeves.
- the scraping sleeves on both sides of the driver elements preferably protrude past them in the longitudinal direction of the refrigerant guide tubes. As a result, a distance or free space is created between the ends of the scraping sleeves and the driver elements, via which the scraped-off ice can be carried along by the air flow without hindrance.
- the coupling section preferably has a coupling web which protrudes radially outwards and which engages in a form-fitting manner in a groove of the driver elements.
- a coupling web which protrudes radially outwards and which engages in a form-fitting manner in a groove of the driver elements.
- the coupling web is preferably arranged centrally, as seen in the longitudinal direction of the scraping sleeve.
- the cold register preferably has a plurality of rows of refrigerant guide tubes arranged parallel next to one another, arranged one above the other, one driver element being arranged between two adjacent rows and being in driving engagement with the scraping sleeves of both rows.
- a heating device for heating the driver elements is preferably provided on or in the driver elements.
- the heating device includes fluid guide lines for conducting a heated fluid, for example hot water.
- a heated fluid for example hot water.
- the defrosting process can be carried out in a simple and cost-effective manner.
- Other types of heaters are readily possible, such as an electric heater.
- the cold register preferably has a holding element on two opposite sides, which can be moved back and forth by the drive device and on which the driver elements are held in their end regions.
- the driver elements can be fastened in a simple and space-saving manner and moved by means of the drive device.
- the holding elements are advantageously located at the outermost edge of the flow channel, as a result of which turbulence in the air flowing through and impairment of the transfer of cold can be avoided or at least largely reduced.
- the coolant guide tubes are preferably mounted with radial play, i.e. floating, in end plates which are designed as perforated plates.
- the coolant guide tubes can expand or contract unhindered when the temperature changes, as a result of which material stresses and deformations of the coolant guide tubes and/or end plates can be avoided.
- the refrigerant guide tubes can advantageously also be fixed in a floating manner in the longitudinal direction.
- the end plates are preferably heated. This allows scraped ice pushed up from the scraper sleeves to the end plates to be easily melted and removed when needed.
- figure 1 shows an exemplary embodiment of a cold register 1 for generating cold air in snow-making systems.
- the cold register 1 essentially has a cube-shaped or cuboid-shaped outer contour, which is delimited by a housing frame 2 .
- the air inlet side is at the bottom and the air outlet side is at the top. The air to be cooled thus flows through the cold register 1 from bottom to top in the direction of the arrows 3.
- the cold register 1 comprises a multiplicity of straight refrigerant guide tubes 4 through which a refrigerant, for example a glycol-water mixture, can be passed.
- the refrigerant guide tubes 4 are connected at one end to an external refrigeration machine, not shown, which cools the refrigerant to a low temperature of -30° C., for example.
- the refrigerant correspondingly cools the refrigerant guide tubes 4, which then have a correspondingly cold surface.
- the refrigerant guide tubes 4 are arranged horizontally and in parallel at a predetermined distance from one another in such a way that they form a stack/bundle.
- the cold register 1 comprises a large number, for example 20 to 100, of such rows 5 of refrigerant guide tubes 4 arranged one above the other.
- the refrigeration register 1 can thus include a very large number, for example 100 to several thousand, of refrigerant guide tubes 4 .
- the number is variable to a large extent and is determined by the size of the cold register 1 and the desired refrigeration transfer capacity is determined.
- the coolant guide tubes 4 are preferably stainless steel tubes which have a very precise, constant outer diameter with only very small tolerance deviations over their entire length.
- the mutual spacing of the refrigerant guide tubes 4 in the vertical direction, i. H. the vertical distance between the individual horizontal rows is preferably the same and is advantageously 0.5-4 times, particularly preferably 0.8-2 times, in particular 0.9-1.2 times the outside diameter of the coolant guide tubes 4.
- the mutual spacing of the refrigerant guide tubes 4 in the horizontal direction can be the same as or different from their vertical spacing.
- the cold register 1 also has a mechanical de-icing device designed as a scraping device for scraping off ice that has formed on the refrigerant guide tubes 4 .
- This de-icing device is designed in such a way that it can work continuously and very effectively while the cold register 1 is in operation, with the cooling and the flow of the air through the cold register 1 being hindered as little as possible.
- FIG 7 shows two coolant guide tubes 4 and elements of the de-icing device that interact with them, wherein FIG a longitudinal section through the refrigerant guide tubes 4 is shown.
- the de-icing device For each refrigerant guide pipe 4, the de-icing device comprises a scraping sleeve 6 with opposite end sections 7, which closely enclose the associated refrigerant guide pipe 4, a coupling section 26, which is arranged essentially in the center of the scraping sleeve 6, and intermediate sections 9 arranged on both sides of the coupling section 26, which Connect end sections 7 to the coupling section 26 .
- the individual scraping sleeves 6 do not have a rigid connection relative to one another and can therefore be aligned solely on the coolant guide tube 4 .
- the scraping sleeves 6 each have an elongated, tubular shape.
- the length of the scraping sleeves 6 can vary widely and can preferably be 2 to 8 times, particularly preferably 4 to 7 times the outside diameter that the scraping sleeves 6 have in their intermediate section 9 .
- the length of the scraping sleeves 6 is approximately 5 times the outer diameter of the intermediate section and approximately 6 times the outer diameter of the refrigerant guide tubes 4.
- the wall thickness of the scraping sleeves 6 is small compared to their length, but can also vary widely.
- the wall thickness in the intermediate sections 28 and end sections 7 is preferably less than 10%, particularly preferably less than 5% of the total length of the scraping sleeve 6.
- the The wall thickness in the sleeve sections 28, 7 must be approximately the same as the wall thickness of the refrigerant guide tubes 4.
- each scraping sleeve 6 are sleeve-shaped and have front, outer ends 8 and a guide or contact surface 30 which rests on the refrigerant guide tube 4 and closely encloses it, ie with no or very little play.
- the contact surface 30 is delimited on the one hand by an outer scraping edge 25a and on the other hand by an inner peripheral edge 31 formed by a diametric step.
- the length of each contact surface 30 can be small compared to the overall length of the scraping sleeve 6 and can be, for example, 1 to 20%, preferably 3 to 10%, particularly preferably 4 to 8% of the overall length.
- the outer diameter of the scraping sleeves 6 decreases continuously towards the ends 8, so that the end sections 7 have a conical shape.
- the end faces of the scraping sleeves 6 therefore have a smaller area than the cross-sectional area of the coupling section 26.
- the wall thickness of the scraping sleeves 6 at the ends 8 can be smaller or just the same size as the wall thickness of the refrigerant guide tubes 4.
- the end sections 7 are preferably wedge-shaped in longitudinal section.
- the circumferential scraping edge 25a of the scraping sleeves 6 provided at the front ends 8 is designed as a sharp-edged scraping edge which frees the associated refrigerant guide tube 4 from play or with only a very small amount game surrounds.
- the scraping edge 25a scrapes off the ice that has formed or deposited on the associated coolant guide tube 4 .
- the intermediate sections 9 preferably have a constant outer diameter at least over the majority of their length.
- the coupling section 26 is formed by a coupling web 10 which protrudes radially beyond the outer contour of the intermediate sections 9 and end sections 7 .
- the coupling web 10 can be a web running around the circumference of the scraping sleeves 6 in a closed manner. It is also possible for the coupling web 10 to consist of two partial webs or projections which project diametrically opposite one another up and down over the outer contour of the intermediate sections 9 .
- the coupling webs 10 are used for the form-fitting connection of the scraping sleeves 6 with driver elements 11 which, in the exemplary embodiment shown, are designed as elongated driver strips 12 and run transversely to the coolant guide tubes 4 .
- the driver strips 12 serve to move the scraping sleeves 6 back and forth along the coolant guide tubes 4 .
- each row of scraping sleeves 6 arranged next to one another in a horizontal plane is positively coupled to two driver strips 12 , one driver strip 12 being arranged below a specific row of scraping sleeves 6 and another driver strip 12 being arranged above this row of scraping sleeves 6 is.
- a carrier strip 12 is provided in each case in the space between two vertically spaced rows of scraping sleeves 6, which cooperates with both a lower row and an upper row of scraping sleeves 6.
- the entrainment strips 12 form a vertical stack, with a horizontal row 5 of coolant guide tubes 4 or scraping sleeves 6 being arranged in the intermediate space between two vertically adjacent entrainment strips 12 in each case.
- the Figures 3 and 4 show the stack of entrainment strips 12, with a few scraping sleeves 6 being shown between the three lowest entrainment strips 12.
- the driver strips 12 in an end position of the displacement path.
- the driver strips 12 are flat strip elements with a relatively low height.
- the height of the entrainment strips 12 is less than the vertical distance between vertically adjacent scraping sleeves 6. This creates a gap or space 13 between the entrainment strips 12 and the adjacent scraping sleeves 6, which allows free expansion of the entrainment strips 12 and scraping sleeves 6 in the event of temperature fluctuations, including in the vertical direction allows.
- the entrainment strips 12 are in entrainment engagement with the scraping sleeves 6 exclusively in a form-fitting manner in such a way that they move in the longitudinal direction of the refrigerant guide tubes 4 move the scraping sleeves 6 accordingly, ie move them on the refrigerant guide tubes 4.
- the entrainment strips 12 have grooves 14 which extend in the longitudinal direction of the entrainment strips 12, ie transversely to the longitudinal direction of the refrigerant guide tubes 4, and are designed such that the coupling webs 10 of the scraping sleeves 6 can engage in the grooves 14.
- driver strips 12 that are arranged between vertically spaced rows of refrigerant guide tubes 4 or scraper sleeves 6 have a groove 14 both on their underside and on their upper side, with the lower and upper grooves 14 preferably being of the same design, however are open to opposite sides.
- a driver strip 12 can be coupled in a form-fitting manner both to the scraping sleeves 6 located below and to the scraping sleeves 6 located above it.
- the width of the entraining strips 12 is less than the length of the scraping sleeves 6 .
- the width of the entraining strips 12 is preferably dimensioned such that the end sections 7 of the scraping sleeves 6 protrude over the entraining strips 12 . This creates a distance or free space for receiving scraped ice between the ends 8 of the scraping sleeves 6 and the entrainment strips 12, via which the shaved ice can be taken along by the air flow without hindrance by the entrainment strips 12.
- the heating device comprises a fluid guide line 15 which is arranged inside or at the edge of each driver strip 12 .
- the fluid guide lines 15 preferably extend over the entire length of the driver strips 12. If required, a heated fluid, in particular hot water, can be conducted within the fluid guide lines 15, which transfers the heat to the driver strips 12. As a result, ice that has accumulated on or in the vicinity of the driver strips 12, in particular in the intermediate space 13, can be thawed in a simple manner.
- FIG. 13 shows the drive means for displacing the scraping sleeves 6 and the support structure for holding the entrainment bars 12, with the plurality of refrigerant guide tubes 4, scraping sleeves 6 and entrainment bars 12 being omitted for the sake of clarity.
- the cold register 1 has on two opposite sides a holding element 16 which can be moved back and forth by the drive device, ie in the longitudinal direction of the refrigerant guide tubes 4 and on which the driver strips 12 are held with their opposite end regions.
- the two holding elements 16 extend in the vertical direction and over the entire height of the stack of driver strips 12 and are located at the outermost edge of the air duct.
- the holding elements 16 are at their lower and upper end at a not shown Sliding guide of the housing frame 2 in the longitudinal direction of the refrigerant guide tubes 4 displaceable.
- the holding elements 16 comprise rake-like slit strips 17 with horizontal slits arranged one above the other, the end area of each driver strip 12 engaging in an associated horizontal slot and being positioned as a result.
- the slotted strip 17 associated with the rear holding element 16 is shown, while the slotted strip 17 associated with the front holding element 16 is omitted for the sake of clarity.
- the holding elements 16 and thus the driver strips 12 are displaced by means of a drive device 18 which comprises two motors 19 arranged on both sides of the cold register 1 .
- the motors 19 are stationarily fastened outside of the housing frame 2 to a fixed support structure (not shown).
- a fixed support structure not shown.
- vertical shafts 20 are set in rotation, the ends of which carry a drive pinion 21 fixed in a stationary manner.
- the drive pinions 21 mesh with horizontally guided toothed racks 22 which are displaced in their longitudinal direction by the rotational movement of the drive pinions 21 relative to the housing frame 2 .
- the racks 22 are connected to the holding elements 16 for the driver strips 12, so that the holding elements 16 are moved accordingly.
- the end regions of the refrigerant guide tubes 4 are through end plates 23 arranged bores 24 passed through, whereby the refrigerant guide tubes 4 are positioned radially.
- the end plates 23 are thus designed as perforated plates and also form the end of the displacement path for the scraping sleeves 6.
- the coolant guide tubes 4 are preferably mounted in a floating manner in the end plates 23 by means of an elastic O-ring 39, with the diameter of the bores 24 being larger than the outside diameter of the coolant guide tubes 4.
- the possibility of axial expansion of the coolant guide tubes 4 is achieved in that the coolant guide tubes 4 are loosely fixed on the outside of the end plates 23 by means of a washer 28 and two nuts 32, 33 which are countered against one another and are thus fixed on the coolant guide tubes 4 and which have a thread 34 on the end of the Refrigerant guide tubes 4 are screwed.
- figure 7 also shows fittings 35 and intermediate pieces 36, 37 for connecting the coolant guide tubes 4 to lines with which the coolant is fed to the coolant guide tubes 4 or removed from them.
- figure 8 shows a second embodiment of a scraping sleeve 6' according to the invention.
- the arrangement of this second embodiment within the cold register 1 and the elements surrounding the scraping sleeve 6' are the same as described in connection with the first embodiment. which in particular figure 7 is shown.
- the basic structure and functioning of the scraping sleeve 6' is very similar to that of the scraping sleeve 6, so that unless otherwise described below, reference is made to the description of the first embodiment.
- the same elements are provided with the same reference symbols. Corresponding but modified elements are denoted by the same reference numbers but with an additional prime.
- the intermediate sections 9' of the scraping sleeve 6' each have two diametrically opposed wall openings 29 which adjoin the sleeve-shaped end sections 7'.
- the wall openings 29 serve to ensure that scraped off ice that is inside the scraping sleeve 6' can reach the outside in order to be taken along by the air flow.
- the wall openings 29 extend in the longitudinal direction of the scraping sleeve 6', preferably at least over the majority of the length of the intermediate sections 9'. In the circumferential direction of the scraping sleeve 6', each wall opening 29 extends over an arc of a circle of, for example, 90° to 120°. The result of this is that the end sections 7' are connected to the coupling section 26 or a section 41 adjacent to the coupling section 26 of the Intermediate sections 9 'are connected.
- the number, size and arrangement of the wall openings 29 can be varied to a large extent.
- the inner one, i.e. H. the peripheral edge 31 of the contact surface 30′ of the sleeve-like end portions 7′ which is closer to the coupling portion 26 is formed in the same way as the peripheral scraping edge 25a as a circumferential scraping edge 25b.
- the contact surfaces 30' are therefore each delimited by two peripheral scraping edges 25a, 25b extending in the circumferential direction of the end sections 7', which are referred to here as outer scraping edges 25a and inner scraping edges 25b.
- each end section 7' can scrape off ice in both directions of movement of the scraping sleeves 6'. If the scraping sleeve 6 'of figure 8 shifted to the right, the outer scraping edge 25a of the right end section 7' and at the same time the inner scraping edge 25b of the left end section 7' scrape off the ice. If the scraping sleeve 6 'of figure 8 shifted to the left, the outer scraping edge 25a of the left end section 7' and at the same time the inner scraping edge 25b of the right end section 7' scrape off the ice.
- a further improvement in the scraping effect can be achieved by further scraping edges 38a, 38b which are arranged in the area of the contact surface 30' and extend from the outer end 8 of the scraping sleeve 6' to the inner peripheral edge 31 of the contact surface 30'.
- These further scraping edges 38a, 38b are formed by the boundary edges of a groove 27 which runs obliquely or in an arc along the contact surface 30' and both in the outer end 8 as well as in the inner peripheral edge 31 opens. Ice scraped off the scraping edges 38a, 38b can be discharged through the groove 27 either via the end face of the scraping sleeve 6' or via the wall openings 29 into the environment.
- Each end section 7' preferably has a plurality of grooves 27 which are arranged over the circumference of the contact surface 30' in such a way that the outer end of a groove 27 or scraping edge 38a, 38b engages with the inner end of an adjacent groove 27 or scraping edge 38a, 38b overlaps in the circumferential direction of the contact surface 30'.
- the drive device 18 is controlled by means of a precise control in such a way that the scraping sleeves 6, 6' are moved in one direction until they strike one of the end plates 23 with one end 8. When this end position is reached, the drive device 18 is reversed in order to move the scraping sleeves 6, 6' in the opposite direction until the opposite end position is reached.
- the end plates 23 can also be heated by means of a heater, not shown in detail, in such a way that ice that has been scraped off on or in the vicinity of the end plates 23 can be melted away.
- the cold register 1 according to the invention it is sufficient for the cold register 1 according to the invention to provide only a single scraping sleeve 6, 6' for the entire effective length of each refrigerant guide tube 4. All scraper sleeves 6, 6' and entrainment bars 12 form a single stack. Turbulence in the air flow flowing through the cold register 1 and the resulting cold transmission losses can be minimized as a result.
- the cold register 1 according to the invention operates with a high level of efficiency and can be operated without icing over a long period of time, in particular even at high humidity.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Kälteregister zur Kaltlufterzeugung, insbesondere für Schneeerzeugungsanlagen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Schneeerzeugungsanlagen dienen bekannterweise zur Erzeugung von Kunstschnee, der beispielsweise für Skipisten verwendet werden kann. Schneeerzeugungsanlagen arbeiten derart, dass Wasser in einen kalten Luftstrom eingesprüht wird, wodurch die Wassertröpfchen entsprechend abkühlen und in Schnee bzw. Schnee- oder Eiskristalle umgewandelt werden.
- Zum Abkühlen eines Luftstroms sind Kälteregister (Wärme- bzw. Kältetauscher) in der Form von Lamellenkälteregistern bekannt. Derartige Lamellenkälteregister weisen eine sehr große Anzahl von mittels eines geeigneten Kältemittels stark abgekühlter Lamellen auf, wodurch eine große kühlende Oberfläche für den vorbeiströmenden Luftstrom geschaffen wird.
- Bei Kälteregistern stellt die Vereisung ein großes Problem dar. Bei zunehmender Vereisung wird der Wirkungsgrad eines Kälteregisters stark herabgesetzt. Dabei kann es bis zu einem völligen Funktionsausfall des Kälteregisters kommen. Diesem Problem versucht man bei Lamellenkälteregistern beispielsweise dadurch zu begegnen, dass zwei derartige Kälteregister vorgesehen werden, von denen nur ein Kälteregister im laufenden Betrieb eingesetzt wird. Ist ein Kälteregister vereist, wird das zweite Kälteregister in Betrieb genommen, während das vereiste Kälteregister abgetaut wird. Dieses Prinzip ist jedoch mit hohen Kosten und einem hohen Platzbedarf verbunden. Für Anwendungen, bei denen die zu kühlende Luft eine hohe Luftfeuchtigkeit aufweist, ist dieses Prinzip nicht wirtschaftlich einsetzbar, da die Vereisung des Kälteregisters zu schnell eintreten würde. Dies trifft insbesondere auf Schneeerzeugungsanlagen zu, wo die Luftfeuchtigkeit häufig zwischen 65 % und 100 % liegt.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kälteregister zur Kaltlufterzeugung zu schaffen, das insbesondere auch zur Abkühlung von Luft geeignet ist, die eine hohe Luftfeuchtigkeit aufweist, und das eine besonders wirksame Enteisung ermöglicht.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kälteregister mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
- Das erfindungsgemäße Kälteregister weist folgende Merkmale auf:
- Das Kälteregister weist eine Vielzahl von in einem Abstand und parallel zueinander angeordneten Kältemittelführungsrohren auf, die ausgebildet sind, mittels eines innerhalb der Kältemittelführungsrohre strömenden Kältemittels gekühlt und von einem Luftstrom umströmt zu werden, um einen den Luftstrom kühlenden Wärmeaustausch zwischen den Kältemittelführungsrohren und dem Luftstrom zu ermöglichen,
- das Kälteregister weist eine mechanische, als Abschabeinrichtung ausgebildete Enteisungseinrichtung zum Abschaben von auf den Kältemittelrohren gebildetem Eis auf,
- die Abschabeinrichtung umfasst Abschabhülsen, welche die Kältemittelführungsrohre umgeben und von einer Antriebseinrichtung längs der Kältemittelführungsrohre hin und her bewegbar sind,
- die Abschabhülsen haben eine längliche Form und weisen zwei hülsenförmige Endabschnitte, an denen jeweils mindestens eine Schabkante ausgebildet ist, und einen zwischen den Endabschnitten angeordneten Kopplungsabschnitt auf, über den die Abschabhülsen mit der Antriebseinrichtung antriebsgekoppelt sind,
- wobei die Endabschnitte auf gegenüberliegenden Seiten des Kopplungsabschnitts angeordnet sind und über den Kopplungsabschnitt in Längsrichtung der Kältemittelführungsrohre vorstehen.
- Der Begriff "Eis" wird im Rahmen der Erfindung im weitesten Sinne gebraucht und soll alle Arten von gefrorenen Substanzen umfassen, die sich auf den Kältemittelführungsrohren ablagern können, insbesondere auch Schnee.
- Das erfindungsgemäße Kälteregister stellt einen Glattrohrwärmetauscher dar, d. h. einen Wärmetauscher, der einen Stapel oder ein Bündel paralleler Kältemittelführungsrohre aufweist, die eine glatte Oberfläche mit einem über ihre Länge gleichbleibenden Außendurchmesser haben. Die Abschabeinrichtung ermöglicht dabei ein sehr effektives, kontinuierliches Abschaben von sich auf den Kältemittelführungsrohren bildendem Eis während des laufenden Betriebs des Kälteregisters. Das Kälteregister kann damit auf besonders wirtschaftliche und effektive Weise insbesondere auch zur Kaltlufterzeugung bei hoher Luftfeuchtigkeit, beispielsweise bei einer Luftfeuchtigkeit von 60% bis 100%, und damit insbesondere auch bei Schneeerzeugungsanlagen und zur Schneeerzeugung bei relativ hohen Temperaturen, eingesetzt werden.
- Da die Abschabhülsen zwei hülsenförmige, auf gegenüberliegenden Seiten des Kopplungsabschnitts vorstehende Endabschnitte aufweisen, sind die Abschabhülsen im Bereich ihrer äußeren Enden relativ dünnwandig, d. h. die beiden Stirnflächen der Abschabhülsen sind schmal bzw. kleinflächig. Beim Abschaben schieben die Abschabhülsen somit weniger Eis vor sich her. Am Ende des Hubweges der Abschabeinrichtung entfallen Eisansammlungen. Insbesondere kann vermieden werden, dass zwischen den Abschabhülsen und einer am Ende des Hubweges angeordneten Leiste oder Endplatte, durch welche die Kältemittelführungsrohre hindurchgeführt sind, eine größere Menge abgeschabten Eises festgepresst wird und sich dort ansammelt. Dadurch, dass die hülsenförmigen Endabschnitte der Abschabhülsen über den Kopplungsabschnitt vorstehen, wird weiterhin ein großer Freiraum zwischen den Enden und dem Kopplungsabschnitt der Abschabhülsen geschaffen, der auch dort ein Ansammeln von abgeschabtem Eis verhindert und dessen Mitnahme durch den Luftstrom begünstigt. Aufgrund der Anordnung der Endabschnitte beidseits des Kopplungsabschnitts können diese vorteilhaften Wirkungen gleichermaßen in beiden Verfahrrichtungen der Abschabhülsen erzielt werden.
- Vorzugsweise weisen die Endabschnitte äußere, die Abschabhülsen begrenzende Enden auf, wobei sich die Endabschnitte zu den äußeren Enden hin konisch verjüngen, so dass die Endabschnitte im Längsschnitt keilförmig ausgebildet sind. Die Außenumfangsfläche der Endabschnitte verläuft dabei relativ zur Innenumfangsfläche vorzugsweise in einem spitzen Winkel. Dieser Winkel kann beispielsweise 2° bis 20°, vorzugsweise 3° bis 10°, besonders vorzugsweise 4° bis 6°, betragen.
- Vorzugsweise weisen die Abschabhülsen einen gestuften Innendurchmesser auf, wobei der Innendurchmesser im Bereich zwischen den Endabschnitten größer ist als im Bereich der Endabschnitte. Hierdurch wird die Reibung zwischen den Abschabhülsen und den Kältemittelführungsrohren verringert. Die Gefahr eines Verklemmens der Abschabhülsen sowie die benötigte Leistung der Antriebseinrichtung wird reduziert.
- Vorzugsweise weisen die Endabschnitte jeweils mehrere Schabkanten auf, so dass die Abschabhülsen jeweils mindestens vier Schabkanten aufweisen. Hierdurch kann das Abschaben des Eises auf besonders wirkungsvolle Weise erfolgen.
- Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Endabschnitte mindestens eine randseitige Schabkante, vorzugsweise eine innere und eine äußere randseitige Schabkante, und mindestens eine weitere Schabkante umfassen, die zwischen dem äußeren Ende und einem inneren Umfangsrand einer Kontaktfläche der Endabschnitte angeordnet ist. Hierdurch kann die abschabende Wirkung der Abschabhülsen nochmals verbessert werden.
- Vorzugsweise wird die weitere Schabkante durch eine Begrenzungswand einer Nut gebildet, die sich schräg oder bogenförmig vom äußeren Ende zum inneren Umfangsrand des jeweiligen Endabschnitts erstreckt. Hierdurch kann das von der weiteren Schabkante abgeschabte Eis über die Nut aus dem Zwischenraum zwischen dem Endabschnitt und dem Kältemittelführungsrohr abgeführt werden.
- Vorzugsweise weisen die Abschabhülsen einen zwischen dem Endabschnitt und dem Kopplungsabschnitt angeordneten Zwischenabschnitt mit mindestens einer Wandöffnung auf, die an den Endabschnitt angrenzt. Hierdurch kann Eis, das von einer inneren randseitigen Schabkante oder einer weiteren Schabkante eines Endabschnitts abgeschabt wird, durch die Wandöffnung hindurch aus dem Inneren der Abschabhülse nach außen abgeführt werden.
- Vorzugsweise sind die Abschabhülsen mittels einer Formschlussverbindung und ohne starre Verbindung mit Mitnehmerelementen in Mitnahmeeingriff, die von der Antriebseinrichtung hin und her bewegbar sind. Hierdurch können sich die Abschabhülsen auf einfache und sehr exakte Weise allein an den Kältemittelführungsrohren ausrichten, ohne mit den Mitnehmerelementen zu verspannen oder zu verkanten. Ferner können die Mitnehmerelemente und Außenkonturen der Abschabhülsen mit größeren Toleranzen und damit auf einfachere und wirtschaftlichere Weise gefertigt werden.
- Vorzugsweise ist zwischen den Abschabhülsen und den Mitnehmerelementen ein spaltförmiger Zwischenraum vorgesehen. Der Zwischenraum ermöglicht ein ungehindertes Ausdehnen und Zusammenziehen der Abschabhülsen und Mitnehmerelemente bei Temperaturänderungen. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn Abschabhülsen und Mitnehmerelemente aus unterschiedlichen Materialien mit einem unterschiedlichen Ausdehnungsverhalten bestehen. Beispielsweise ist es vorteilhaft, wenn die Kältemittelführungsrohre aus Edelstahl, die Abschabhülsen aus einem gegenüber den Kältemittelführungsrohren weicheren Material, insbesondere aus Messing oder einer Messinglegierung, und die Mitnehmerelemente aus einem leichten Aluminiumwerkstoff bestehen.
- Vorzugsweise bestehen die Mitnehmerelemente aus Mitnehmerleisten, die zwischen benachbarten Abschabhülsen angeordnet sind. Insbesondere ist es möglich, horizontal angeordnete Mitnehmerleisten vorzusehen, die zwischen vertikal benachbarten Reihen von Abschabhülsen angeordnet sind. Alternativ ist es auch möglich, vertikal angeordnete Mitnehmerleisten vorzusehen, die zwischen horizontal benachbarten Reihen von Abschabhülsen angeordnet sind.
- Vorzugsweise stehen die Abschabhülsen auf beiden Seiten der Mitnehmerelemente über diese in Längsrichtung der Kältemittelführungsrohre vor. Hierdurch wird zwischen den Enden der Abschabhülsen und den Mitnehmerelementen ein Abstand bzw. Freiraum geschaffen, über den das abgeschabte Eis behinderungsfrei vom Luftstrom mitgenommen werden kann.
- Vorzugsweise weist der Kopplungsabschnitt einen radial nach außen vorstehenden Kupplungssteg auf, der formschlüssig in eine Nut der Mitnehmerelemente eingreift. Hierdurch kann auf einfache Weise eine formschlüssige Verbindung zwischen den Mitnehmerelementen, insbesondere Mitnehmerleisten, und den Abschabhülsen geschaffen werden, ohne die Abschabhülsen starr mit den Mitnehmerelementen zu verbinden. Alternativ ist es auch möglich, den Kupplungssteg an den Mitnehmerelementen und die Nut an den Abschabhülsen vorzusehen.
- Vorzugsweise ist der Kupplungssteg in Längsrichtung der Abschabhülse gesehen mittig angeordnet. Hierdurch kann die Mitnahmekraft sowohl bei der Vorwärtsbewegung als auch bei der Rückwärtsbewegung mittig und damit gleichmäßig in die Abschabhülse eingeleitet werden.
- Vorzugsweise weist das Kälteregister mehrere übereinander angeordnete Reihen von parallel nebeneinander angeordneten Kältemittelführungsrohren auf, wobei jeweils ein Mitnehmerelement zwischen zwei benachbarten Reihen angeordnet und mit den Abschabhülsen beider Reihen in Mitnahmeeingriff ist. Hierdurch ist es möglich, dass die Abschabhülsen jeweils auf zwei gegenüberliegenden Seiten mit Mitnehmerelementen gekoppelt sind, wodurch die Schubkräfte gleichmäßig und ohne Kippmomente auf die Abschabhülsen übertragen werden und die Anzahl von Mitnehmerelementen so gering wie möglich gehalten werden kann.
- Vorzugsweise ist an oder in den Mitnehmerelementen eine Heizeinrichtung zum Erwärmen der Mitnehmerelemente vorgesehen. Hierdurch kann bei Bedarf Eis, das sich im Zwischenraum zwischen den Mitnehmerelementen und den Abschabhülsen angesammelt hat, schnell und einfach weggetaut werden.
- Vorzugsweise umfasst die Heizeinrichtung Fluidführungsleitungen zum Leiten eines erwärmten Fluids, beispielsweise Warmwasser. Hierdurch kann der Abtauvorgang auf einfache und kostengünstige Weise durchgeführt werden. Andere Arten von Heizeinrichtungen sind ohne weiteres möglich, beispielsweise eine elektrische Heizeinrichtung.
- Vorzugsweise weist das Kälteregister auf zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils ein von der Antriebseinrichtung hin und her bewegbares Halteelement auf, an dem die Mitnehmerelemente in ihren Endbereichen gehaltert sind. Hierdurch können die Mitnehmerelemente auf einfache und platzsparende Weise befestigt und mittels der Antriebseinrichtung verschoben werden. Die Halteelemente befinden sich dabei vorteilhafterweise am äußersten Rand des Strömungskanals, wodurch Verwirbelungen der durchströmenden Luft und eine Beeinträchtigung der Kälteübertragung vermieden oder zumindest weitgehend reduziert werden können.
- Vorzugsweise sind die Kältemittelführungsrohre mit radialem Spiel, d.h. schwimmend, in Endplatten gelagert, die als Lochplatten ausgebildet sind. Hierdurch können sich die Kältemittelführungsrohre bei Temperaturänderungen ungehindert ausdehnen bzw. zusammenziehen, wodurch Materialspannungen und Verformungen der Kältemittelführungsrohre und/oder Endplatten vermieden werden können. Die Kältemittelführungsrohre können zu diesem Zweck vorteilhafterweise auch in Längsrichtung schwimmend festgelegt sein.
- Vorzugsweise sind die Endplatten beheizt. Hierdurch kann abgeschabtes Eis, das von den Abschabhülsen bis zu den Endplatten geschoben wurde, bei Bedarf auf einfache Weise geschmolzen und entfernt werden.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- Figur 1:
- eine räumliche Darstellung eines erfindungsgemäßen Kälteregisters;
- Figur 2:
- eine vergrößerte Darstellung des vorderen unteren Eckenbereichs von
Figur 1 ; - Figur 3:
- einen Teil des Kälteregisters mit einer Darstellung der Mitnehmerleisten, wobei die Kältemittelführungsrohre und die meisten Abschabhülsen der Übersichtlichkeit halber weggelassen worden sind;
- Figur 4:
- ein vergrößerter unterer Teilbereich von
Figur 3 ; - Figur 5:
- eine Darstellung des Rahmens des Kälteregisters mit der Antriebseinrichtung zum Bewegen der Abschabhülsen, wobei nur drei bodenseitige, übereinander angeordnete Mitnehmerleisten dargestellt sind und die übrigen Mitnehmerleisten weggelassen wurden;
- Figur 6:
- einen unteren Teilbereich von
Figur 5 in vergrößerter Darstellung, wobei einige Elemente weggelassen sind; - Figur 7:
- einen Längsschnitt durch zwei übereinander angeordnete Kältemittelführungsrohre mit Abschabhülsen sowie drei Mitnehmerleisten, wobei die Abschabhülsen in einer Endstellung gezeigt sind; und
- Figur 8:
- eine räumliche Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Abschabhülse.
-
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Kälteregisters 1 zur Kaltlufterzeugung bei Schneeerzeugungsanlagen. - Das Kälteregister 1 hat im Wesentlichen eine würfel- oder quaderförmige Außenkontur, die durch einen Gehäuserahmen 2 begrenzt wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel liegt die Lufteintrittsseite unten und die Luftaustrittsseite oben. Die abzukühlende Luft durchströmt das Kälteregister 1 somit von unten nach oben in Richtung der Pfeile 3.
- Eine andere Ausrichtung des Kälteregisters 1, bei der der Luftstrom beispielsweise von oben nach unten oder in horizontaler Richtung durch das Kälteregister 1 hindurch strömt, ist im Rahmen der Erfindung ebenfalls denkbar.
- Das Kälteregister 1 umfasst eine Vielzahl von geraden Kältemittelführungsrohren 4, durch die ein Kältemittel, beispielsweise ein Glykol-Wasser-Gemisch, hindurchgeleitet werden kann. Die Kältemittelführungsrohre 4 sind an einem Ende an eine nicht dargestellte, externe Kältemaschine angeschlossen, die das Kältemittel auf eine tiefe Temperatur von beispielsweise -30°C abgekühlt. Das Kältemittel kühlt die Kältemittelführungsrohre 4 entsprechend ab, die dann eine entsprechend kalte Oberfläche aufweisen.
- Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Kältemittelführungsrohre 4 horizontal und parallel mit einem vorbestimmten Abstand derart zueinander angeordnet, dass sie einen Stapel/ein Bündel bilden. Eine bestimmte Anzahl von Kältemittelführungsrohren 4, beispielsweise 10 bis 100 Kältemittelführungsrohre 4, bilden dabei eine Reihe 5 horizontal nebeneinander angeordneter Kältemittelführungsrohre 4, die in einer bestimmten Horizontalebene liegen. Wie aus
Figur 1 ersichtlich, umfasst das Kälteregister 1 eine Vielzahl, beispielsweise 20 bis 100, von derartigen übereinander angeordneten Reihen 5 von Kältemittelführungsrohren 4. - Das Kälteregister 1 kann somit eine sehr große Anzahl, beispielsweise 100 bis mehrere Tausend, von Kältemittelführungsrohren 4, umfassen. Die Anzahl ist in großem Umfang variabel und wird durch die Größe des Kälteregisters 1 und die gewünschte Kälteübertragungsleistung bestimmt.
- Bei den Kältemittelführungsrohren 4 handelt es sich bevorzugt um Edelstahlrohre, die über ihre gesamte Länge einen sehr exakten, konstanten Außendurchmesser mit nur sehr kleinen Toleranzabweichungen aufweisen.
- Der gegenseitige Abstand der Kältemittelführungsrohre 4 in vertikaler Richtung, d. h. der vertikale Abstand zwischen den einzelnen horizontalen Reihen, ist bevorzugt gleich und beträgt vorteilhafterweise das 0,5 - 4-fache, besonders vorzugsweise das 0,8 - 2-fache, insbesondere das 0,9 - 1,2-fache des Außendurchmessers der Kältemittelführungsrohre 4.
- Der gegenseitige Abstand der Kältemittelführungsrohre 4 in horizontaler Richtung kann gleich oder verschieden zu ihrem vertikalen Abstand sein.
- Das Kälteregister 1 weist ferner eine mechanische, als Abschabeinrichtung ausgebildete Enteisungseinrichtung zum Abschaben von auf den Kältemittelführungsrohren 4 gebildetem Eis auf. Diese Enteisungseinrichtung ist derart ausgebildet, dass sie im laufenden Betrieb des Kälteregisters 1 permanent und sehr effektiv arbeiten kann, wobei das Abkühlen und das Hindurchströmen der Luft durch das Kälteregister 1 so wenig wie möglich behindert werden.
-
Figur 7 zeigt zwei Kältemittelführungsrohre 4 und damit zusammenwirkende Elemente der Enteisungseinrichtung, wobei ein Längsschnitt durch die Kältemittelführungsrohre 4 dargestellt ist. - Die Enteisungseinrichtung umfasst für jedes Kältemittelführungsrohr 4 eine Abschabhülse 6 mit gegenüberliegenden Endabschnitten 7, die das zugeordnete Kältemittelführungsrohr 4 eng umschließen, einem Kopplungsabschnitt 26, der im Wesentlichen in der Mitte der Abschabhülse 6 angeordnet ist, und beidseits des Kopplungsabschnitts 26 angeordneten Zwischenabschnitten 9, welche die Endabschnitte 7 mit dem Kopplungsabschnitt 26 verbinden.
- Die einzelnen Abschabhülsen 6 haben relativ zueinander keine starre Verbindung und können sich daher allein am Kältemittelführungsrohr 4 ausrichten.
- Die Abschabhülsen 6 haben jeweils eine längliche, rohrartige Form. Die Länge der Abschabhülsen 6 kann in weitem Umfang variieren und vorzugsweise das 2 - 8-fache, besonders vorzugsweise das 4 - 7-fache, desjenigen Außendurchmessers haben, den die Abschabhülsen 6 in ihrem Zwischenabschnitt 9 haben. Im gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt die Länge der Abschabhülsen 6 etwa das 5-fache des Zwischenabschnitt-Außendurchmessers und etwa das 6-fache des Außendurchmessers der Kältemittelführungsrohre 4.
- Die Wandstärke der Abschabhülsen 6 ist im Vergleich zu ihrer Länge gering, kann jedoch ebenfalls in weitem Umfang variieren. Vorzugsweise beträgt die Wandstärke in den Zwischenabschnitten 28 und Endabschnitten 7 weniger als 10 %, besonders vorzugsweise weniger als 5 % der Gesamtlänge der Abschabhülse 6. Insbesondere kann die Wandstärke in den Hülsenabschnitten 28, 7 etwa gleich sein wie die Wandstärke der Kältemittelführungsrohre 4.
- Wie weiterhin aus
Figur 7 ersichtlich, sind die zwei gegenüberliegenden Endabschnitte 7 jeder Abschabhülse 6 hülsenförmig und weisen stirnseitige, äußeren Enden 8 und eine Führungs- bzw. Kontaktfläche 30 auf, die am Kältemittelführungsrohr 4 anliegt und dieses eng, d. h. spielfrei oder mit nur sehr geringem Spiel, umschließt. Die Kontaktfläche 30 wird einerseits durch eine äußere Schabkante 25a und andererseits durch einen inneren Umfangsrand 31 begrenzt, der durch eine Durchmesserstufe gebildet wird. Die Länge einer jeden Kontaktfläche 30 kann gegenüber der Gesamtlänge der Abschabhülse 6 gering sein und beispielsweise 1 bis 20 %, vorzugsweise 3 bis 10 %, besonders vorzugsweise 4 bis 8 % der Gesamtlänge betragen. - Im Bereich der Endabschnitte 7 verringert sich der Außendurchmesser der Abschabhülsen 6 kontinuierlich zu den Enden 8 hin, so dass die Endabschnitte 7 eine konische Form haben. Die Stirnflächen der Abschabhülsen 6 haben daher eine kleinere Fläche als die Querschnittsfläche des Kopplungsabschnitts 26. Insbesondere kann die Wandstärke der Abschabhülsen 6 an den Enden 8 kleiner oder nur gleich groß sein wie die Wandstärke der Kältemittelführungsrohre 4. Die Endabschnitte 7 sind vorzugsweise im Längsschnitt keilförmig.
- Die an den stirnseitigen Enden 8 vorgesehene, umlaufende Schabkante 25a der Abschabhülsen 6 ist als scharfkantiger Abschabrand ausgebildet, der das zugeordnete Kältemittelführungsrohr 4 spielfrei oder mit nur sehr geringem Spiel umgibt. Beim Verschieben der Abschabhülsen 6 auf den Kältemittelführungsrohren 4 schabt die Abschabkante 25a das auf dem zugeordneten Kältemittelführungsrohr 4 gebildete bzw. abgesetzte Eis ab.
- Die Zwischenabschnitte 9 haben vorzugsweise zumindest über den überwiegenden Teil ihrer Länge einen konstanten Außendurchmesser.
- Der Kopplungsabschnitt 26 wird durch einen Kupplungsteg 10 gebildet, der radial über die Außenkontur der Zwischenabschnitte 9 und Endabschnitte 7 vorsteht. Beim Kupplungssteg 10 kann es sich um einen um den Umfang der Abschabhülsen 6 geschlossen umlaufenden Steg handeln. Es ist auch möglich, dass der Kupplungssteg 10 aus zwei Teilstegen oder Vorsprüngen besteht, die diametral gegenüberliegend nach oben und unten über die Außenkontur der Zwischenabschnitte 9 vorstehen.
- Die Kupplungstege 10 dienen zur formschlüssigen Verbindung der Abschabhülsen 6 mit Mitnehmerelementen 11, die im dargestellten Ausführungsbeispiel als längliche Mitnehmerleisten 12 ausgebildet sind und quer zu den Kältemittelführungsrohren 4 verlaufen. Die Mitnehmerleisten 12 dienen dazu, die Abschabhülsen 6 längs der Kältemittelführungsrohre 4 hin und her zu bewegen.
- Jede Reihe von in einer horizontalen Ebene nebeneinander angeordneten Abschabhülsen 6 ist hierzu mit zwei Mitnehmerleisten 12 formschlüssig gekoppelt, wobei jeweils eine Mitnehmerleiste 12 unterhalb einer bestimmten Reihe von Abschabhülsen 6 und eine weitere Mitnehmerleiste 12 oberhalb dieser Reihe von Abschabhülsen 6 angeordnet ist. Mit Ausnahme der untersten und obersten Reihe von Abschabhülsen 6 ist jeweils eine Mitnehmerleiste 12 im Zwischenraum zwischen zwei vertikal beabstandeten Reihen von Abschabhülsen 6 vorgesehen, die sowohl mit einer unteren Reihe als auch mit einer oberen Reihe von Abschabhülsen 6 zusammenwirkt.
- Die Mitnehmerleisten 12 bilden einen vertikalen Stapel, wobei im Zwischenraum zwischen jeweils zwei vertikal benachbarten Mitnehmerleisten 12 eine horizontale Reihe 5 von Kältemittelführungsrohren 4 bzw. Abschabhülsen 6 angeordnet ist.
- Die
Figuren 3 und 4 zeigen den Stapel von Mitnehmerleisten 12, wobei zwischen den drei untersten Mitnehmerleisten 12 einige wenige Abschabhülsen 6 dargestellt sind. In denFiguren 3 und 4 befinden sich die Mitnehmerleisten 12 in einer Endstellung des Verschiebewegs. - Wie insbesondere aus
Figur 7 ersichtlich, handelt es sich bei den Mitnehmerleisten 12 um flache Leistenelemente mit relativ geringer Höhe. Die Höhe der Mitnehmerleisten 12 ist geringer als der vertikale Abstand vertikal benachbarter Abschabhülsen 6. Hierdurch wird zwischen den Mitnehmerleisten 12 und den benachbarten Abschabhülsen 6 ein Spalt oder Zwischenraum 13 gebildet, der ein freies Ausdehnen der Mitnehmerleisten 12 und Abschabhülsen 6 bei Temperaturschwankungen auch in vertikaler Richtung ermöglicht. - Die Mitnehmerleisten 12 sind mit den Abschabhülsen 6 ausschließlich formschlüssig derart in Mitnahmeeingriff, dass sie bei einer Bewegung in Längsrichtung der Kältemittelführungsrohre 4 die Abschabhülsen 6 entsprechend mitbewegen, d. h. auf den Kältemittelführungsrohren 4 verschieben. Hierzu weisen die Mitnehmerleisten 12 Nuten 14 auf, die sich in Längsrichtung der Mitnehmerleisten 12, d. h. quer zur Längsrichtung der Kältemittelführungsrohre 4, erstrecken und derart ausgebildet sind, dass die Kupplungstege 10 der Abschabhülsen 6 in die Nuten 14 eingreifen können.
- Wie aus
Figur 7 ferner ersichtlich, weisen zumindest diejenigen Mitnehmerleisten 12, die zwischen vertikal beabstandeten Reihen von Kältemittelführungsrohren 4 bzw. Abschabhülsen 6 angeordnet sind, sowohl an ihrer Unterseite als auch an ihrer Oberseite eine Nut 14 auf, wobei die unteren und oberen Nuten 14 vorzugsweise gleich ausgebildet, jedoch zu entgegengesetzten Seiten hin geöffnet sind. Hierdurch kann eine Mitnehmerleiste 12 sowohl mit darunterliegenden als auch mit darüber liegenden Abschabhülsen 6 formschlüssig gekoppelt werden. - Die Breite der Mitnehmerleisten 12 ist geringer als die Länge der Abschabhülsen 6. Vorzugsweise ist die Breite der Mitnehmerleisten 12 so bemessen, dass die Endabschnitte 7 der Abschabhülsen 6 über die Mitnehmerleisten 12 vorstehen. Hierdurch wird zwischen den Enden 8 der Abschabhülsen 6 und den Mitnehmerleisten 12 ein Abstand bzw. Freiraum zur Aufnahme von abgeschabtem Eis geschaffen, über den das abgeschabte Eis ohne Behinderung durch die Mitnehmerleisten 12 vom Luftstrom mitgenommen werden kann.
- Innerhalb der Mitnehmerleisten 12 ist eine Heizeinrichtung zum Erwärmen der Mitnehmerleisten 12 für den Fall eines erforderlichen Abtauens vorgesehen. Die Heizeinrichtung umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Fluidführungsleitung 15, die innerhalb oder randseitig einer jeden Mitnehmerleiste 12 angeordnet ist. Die Fluidführungsleitungen 15 erstrecken sich vorzugsweise über die gesamte Länge der Mitnehmerleisten 12. Innerhalb der Fluidführungsleitungen 15 kann bei Bedarf ein erwärmtes Fluid, insbesondere heißes Wasser, geleitet werden, das die Wärme auf die Mitnehmerleisten 12 überträgt. Hierdurch kann Eis, das sich an oder in Nachbarschaft der Mitnehmerleisten 12, insbesondere im Zwischenraum 13, angesammelt hat, auf einfache Weise abgetaut werden.
- Die
Figuren 5 und 6 zeigen die Antriebseinrichtung zum Verschieben der Abschabhülsen 6 und die Haltestruktur zum Halten der Mitnehmerleisten 12, wobei der Übersichtlichkeit halber die Mehrzahl der Kältemittelführungsrohre 4, Abschabhülsen 6 und Mitnehmerleisten 12 weggelassen sind. - Wie ersichtlich, weist das Kälteregister 1 auf zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils ein von der Antriebseinrichtung hin und her bewegbares, d. h. in Längsrichtung der Kältemittelführungsrohre 4 verschiebbares Halteelement 16 auf, an dem die Mitnehmerleisten 12 mit ihren gegenüberliegenden Endbereichen gehaltert sind. Die beiden Halteelemente 16 erstrecken sich in vertikaler Richtung und über die gesamte Höhe des Stapels von Mitnehmerleisten 12 und befinden sich am äußersten Rand des Luftführungskanals. Die Halteelemente 16 sind an ihrem unteren und oberen Ende an einer nicht näher dargestellten Schiebeführung des Gehäuserahmens 2 in Längsrichtung der Kältemittelführungsrohre 4 verschiebbar.
- Die Halteelemente 16 umfassen rechenartige Schlitzleisten 17 mit übereinander angeordneten Horizontalschlitzen, wobei der Endbereich einer jeden Mitnehmerleiste 12 in einen zugeordneten Horizontalschlitz eingreift und dadurch positioniert ist. In den
Figuren 5 und 6 ist lediglich die dem hinteren Halteelement 16 zugeordnete Schlitzleiste 17 dargestellt, während die dem vorderen Halteelement 16 zugeordnete Schlitzleiste 17 der Übersichtlichkeit halber weggelassen ist. - Die Verschiebung der Halteelemente 16 und damit der Mitnehmerleisten 12 erfolgt mittels einer Antriebseinrichtung 18, die zwei beidseits des Kälteregisters 1 angeordnete Motore 19 umfasst. Die Motore 19 sind außerhalb des Gehäuserahmens 2 an einer feststehenden, nicht dargestellten Haltestruktur stationär befestigt. Über die Motore 19 werden Vertikalwellen 20 in Umdrehung versetzt, die endseitig ein stationär festgelegtes Antriebsritzel 21 tragen.
- Die Antriebsritzel 21 kämmen mit horizontal geführten Zahnstangen 22, die durch die Drehbewegung der Antriebsritzel 21 relativ zum Gehäuserahmen 2 in ihrer Längsrichtung verlagert werden. Die Zahnstangen 22 sind mit den Halteelementen 16 für die Mitnehmerleisten 12 verbunden, so dass die Halteelemente 16 entsprechend mitbewegt werden.
- Wie aus den
Figuren 6 und7 ersichtlich, sind die Endbereiche der Kältemittelführungsrohre 4 durch in Endplatten 23 angeordnete Bohrungen 24 hindurchgeführt, wodurch die Kältemittelführungsrohre 4 radial positioniert werden. Die Endplatten 23 sind somit als Lochplatten ausgebildet und bilden auch das Ende des Verschiebewegs für die Abschabhülsen 6. - Um eine radiale Ausdehnung der Kältemittelführungsrohre 4 bei Temperaturschwankungen zu ermöglichen, sind die Kältemittelführungsrohre 4 in den Endplatten 23 vorzugsweise mittels eines elastischen O-Rings 39 schwimmend gelagert, wobei der Durchmesser der Bohrungen 24 größer ist als der Außendurchmesser der Kältemittelführungsrohre 4.
- Eine axiale Ausdehnungsmöglichkeit der Kältemittelführungsrohre 4 wird dadurch erreicht, dass die Kältemittelführungsrohre 4 an der Außenseite der Endplatten 23 lose mittels einer Scheibe 28 und zwei gegenseitig gekonterten und dadurch auf den Kältemittelführungsrohren 4 fixierten Muttern 32, 33 festgelegt sind, die auf ein endseitiges Gewinde 34 der Kältemittelführungsrohre 4 aufgeschraubt sind.
-
Figur 7 zeigt ferner Fittinge 35 und Zwischenstücke 36, 37 zum Anschluss der Kältemittelführungsrohre 4 an Leitungen, mit denen das Kältemittel den Kältemittelführungsrohren 4 zugeführt bzw. von diesen abgeführt wird. -
Figur 8 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abschabhülse 6'. Die Anordnung dieser zweiten Ausführungsform innerhalb des Kälteregisters 1 und die die Abschabhülse 6' umgebenden Elemente sind gleich, wie im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben, die insbesondere inFigur 7 gezeigt ist. Weiterhin ist der grundsätzliche Aufbau und die Funktionsweise der Abschabhülse 6' ganz ähnlich wie derjenige/diejenige der Abschabhülse 6, so dass, soweit im Folgenden nichts anderes beschrieben wird, auf die Beschreibung der ersten Ausführungsform verwiesen wird. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Einander entsprechende, jedoch abgewandelte Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen, jedoch mit einem zusätzlichen Strich bezeichnet. - Bei dieser zweiten Ausführungsform weisen die Zwischenabschnitte 9' der Abschabhülse 6' jeweils zwei diametral gegenüberliegende Wandöffnungen 29 auf, die an die hülsenförmigen Endabschnitte 7' angrenzen. Die Wandöffnungen 29 dienen dazu, dass abgeschabtes Eis, das sich innerhalb der Abschabhülse 6' befindet, nach außen gelangen kann, um vom Luftstrom mitgenommen zu werden.
- Die Wandöffnungen 29 erstrecken sich in Längsrichtung der Abschabhülse 6' vorzugsweise zumindest über den überwiegenden Teil der Länge der Zwischenabschnitte 9'. In Umfangsrichtung der Abschabhülse 6' erstreckt sich jede Wandöffnung 29 über einen Kreisbogen von beispielsweise 90° bis 120°. Dies hat zur Folge, dass die Endabschnitte 7' nur durch relativ schmale Halteleisten 40, die sich in Längsrichtung der Abschabhülse 6' erstrecken und die Zwischenabschnitte 9' oder einen Teil davon bilden, mit dem Kopplungsabschnitt 26 oder einem zum Kopplungsabschnitt 26 benachbarten Abschnitt 41 der Zwischenabschnitte 9' verbunden sind.
- Anzahl, Größe und Anordnung der Wandöffnungen 29 sind in weitem Umfang variierbar.
- Der innere, d. h. der dem Kopplungsabschnitt 26 nähere Umfangsrand 31 der Kontaktfläche 30' der hülsenartigen Endabschnitte 7' ist in gleicher Weise wie die randseitige Schabkante 25a als umlaufende Schabkante 25b ausgebildet. Die Kontaktflächen 30' werden daher jeweils durch zwei sich in Umfangsrichtung der Endabschnitte 7' erstreckende randseitige Schabkanten 25a, 25b begrenzt, die hier als äußere Schabkanten 25a und innere Schabkanten 25b bezeichnet werden.
- Hierdurch kann jeder Endabschnitt 7' in beiden Bewegungsrichtungen der Abschabhülsen 6' Eis abschaben. Wird die Abschabhülse 6' von
Figur 8 nach rechts verschoben, schabt die äußere Schabkante 25a des rechten Endabschnitts 7' und gleichzeitig die innere Schabkante 25b des linken Endabschnitts 7' das Eis ab. Wird die Abschabhülse 6' vonFigur 8 nach links verschoben, schabt die äußere Schabkante 25a des linken Endabschnitts 7' und gleichzeitig die innere Schabkante 25b des rechten Endabschnitts 7' das Eis ab. - Eine weitere Verbesserung der Abschabwirkung kann durch weitere Schabkanten 38a, 38b erzielt werden, die im Bereich der Kontaktfläche 30' angeordnet sind und sich vom äußeren Ende 8 der Abschabhülse 6' bis zum inneren Umfangsrand 31 der Kontaktfläche 30' erstrecken.
- Diese weiteren Schabkanten 38a, 38b werden durch die Begrenzungskanten einer Nut 27 gebildet, die schräg oder bogenförmig längs der Kontaktfläche 30' verläuft und sowohl in das äußere Ende 8 als auch in den inneren Umfangsrand 31 mündet. Von den Schabkanten 38a, 38b abgeschabtes Eis kann durch die Nut 27 hindurch entweder über die Stirnseite der Abschabhülse 6' oder über die Wandöffnungen 29 in die Umgebung abgeführt werden.
- Jeder Endabschnitt 7' weist vorzugsweise mehrere Nuten 27 auf, die derart über den Umfang der Kontaktfläche 30' angeordnet sind, dass sich das äußere Ende einer Nut 27 bzw. Schabkante 38a, 38b mit dem inneren Ende einer benachbarten Nut 27 bzw. Schabkante 38a, 38b in Umfangsrichtung der Kontaktfläche 30' überschneidet. Hierdurch kann der komplette Umfang eines Kältemittelrohrs 4 von den Schabkanten 38a, 38b beaufschlagt werden, wenn die Abschabhülsen 6' hin und her bewegt werden.
- Für alle Ausführungsformen gilt, dass mittels einer genauen Steuerung die Antriebseinrichtung 18 derart gesteuert wird, dass die Abschabhülsen 6, 6' so lange in eine Richtung bewegt werden, bis sie mit einem Ende 8 an einer der Endplatten 23 anschlagen. Ist diese Endposition erreicht, wird die Antriebseinrichtung 18 umgeschaltet, um die Abschabhülsen 6, 6' in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen, bis die gegenüberliegende Endposition erreicht ist.
- Durch das Anschlagen der Abschabhülsen 6, 6' an den Endplatten 23 und die dünnwandige Ausführung der Enden 8 werden Eisanhäufungen an den Endplatten 23 abgequetscht, so dass auch im Bereich der Endplatten 23 Eisansammlungen verhindert werden können.
- Die Endplatten 23 sind ferner mittels einer nicht näher dargestellte Heizung derart erwärmbar, dass abgeschabtes Eis an den oder in Nachbarschaft der Endplatten 23 weggeschmolzen werden kann.
- Es ist erkennbar, dass es für das erfindungsgemäße Kälteregister 1 ausreichend ist, für die gesamte wirksame Länge eines jeden Kältemittelführungsrohrs 4 nur eine einzige Abschabhülse 6, 6' vorzusehen. Sämtliche Abschabhülsen 6, 6' und Mitnehmerleisten 12 bilden einen einzigen Stapel. Verwirbelungen des durch das Kälteregister 1 hindurchströmenden Luftstroms und dadurch bedingte Kälteübertragungsverluste können dadurch minimiert werden. Das erfindungsgemäße Kälteregister 1 arbeitet mit einem hohen Wirkungsgrad und kann insbesondere auch bei hoher Luftfeuchtigkeit über lange Zeit vereisungsfrei betrieben werden.
Claims (20)
- Kälteregister zur Kaltlufterzeugung mit folgenden Merkmalen:- das Kälteregister (1) weist eine Vielzahl von in einem Abstand und parallel zueinander angeordneten Kältemittelführungsrohren (4) auf, die ausgebildet sind, mittels eines innerhalb der Kältemittelführungsrohre (4) strömenden Kältemittels gekühlt und von einem Luftstrom umströmt zu werden, um einen den Luftstrom kühlenden Wärmeaustausch zwischen den Kältemittelführungsrohren (4) und dem Luftstrom zu ermöglichen,- das Kälteregister weist eine mechanische, als Abschabeinrichtung ausgebildete Enteisungseinrichtung zum Abschaben von auf den Kältemittelführungsrohren (4) gebildetem Eis auf,- die Abschabeinrichtung umfasst Abschabhülsen (6, 6'), welche die Kältemittelführungsrohre (4) umgeben und von einer Antriebseinrichtung (18) längs der Kältemittelführungsrohre (4) hin und her bewegbar sind,- die Abschabhülsen (6, 6') haben eine längliche Form und weisen zwei hülsenförmige Endabschnitte (7, 7'), an denen jeweils mindestens eine Schabkante (25a, 25b, 38a, 38b) ausgebildet ist, und einen zwischen den Endabschnitten (7, 7') angeordneten Kopplungsabschnitt (26) auf, über den die Abschabhülsen (6, 6') mit der Antriebseinrichtung antriebsgekoppelt sind,- wobei die beiden Endabschnitte (7, 7') auf gegenüberliegenden Seiten des Kopplungsabschnitts (26) angeordnet sind und über den Kopplungsabschnitt (26) in Längsrichtung der Kältemittelführungsrohre (4) vorstehen.
- Kälteregister nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Endabschnitte (7, 7') äußere, die Abschabhülsen (6, 6') begrenzende Enden (8) aufweisen und sich zu den äußeren Enden (8) hin konisch verjüngen, so dass die Endabschnitte (7, 7') im Längsschnitt keilförmig ausgebildet sind.
- Kälteregister nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschabhülsen (6, 6') einen gestuften Innendurchmesser aufweisen, wobei der Innendurchmesser im Bereich zwischen den Endabschnitten (7, 7') größer ist als im Bereich der Endabschnitte (7, 7').
- Kälteregister nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endabschnitte (7, 7') mehrere Schabkanten (25a, 25b, 38a, 38b) aufweisen, so dass die Abschabhülsen (6, 6') jeweils mindestens vier Schabkanten (25a, 25b, 38a, 38b) aufweisen.
- Kälteregister nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Endabschnitte (7') mindestens eine randseitige Schabkante (25a, 25b) und mindestens eine weitere Schabkante (38a, 38b) umfassen, die zwischen dem äußeren Ende (8) und einem inneren Umfangsrand (31) einer Kontaktfläche (30) der Endabschnitte (7') angeordnet ist.
- Kälteregister nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Schabkante (38a, 38b) durch eine Begrenzungswand einer Nut (27) gebildet wird, die sich schräg oder bogenförmig vom äußeren Ende (8) zum inneren Umfangsrand (31) des jeweiligen Endabschnitts (7') erstreckt.
- Kälteregister nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschabhülsen (6, 6') einen zwischen dem Endabschnitt (7, 7') und dem Kopplungsabschnitt (26) angeordneten Zwischenabschnitt (9, 9') mit mindestens einer Wandöffnung (29) aufweisen, die an den Endabschnitt (7, 7') angrenzt.
- Kälteregister nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschabhülsen (6, 6') mittels einer Formschlussverbindung und ohne starre Verbindung mit Mitnehmerelementen (11) in Mitnahmeeingriff sind, die von der Antriebseinrichtung (18) hin und her bewegbar sind.
- Kälteregister nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Abschabhülsen (6, 6') und den Mitnehmerelementen (11) ein spaltförmiger Zwischenraum (13) vorgesehen ist.
- Kälteregister nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmerelemente (11) aus Mitnehmerleisten (12) bestehen, die zwischen benachbarten Abschabhülsen (6, 6') angeordnet sind.
- Kälteregister nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschabhülsen (6, 6') auf beiden Seiten der Mitnehmerelemente (11) über diese in Längsrichtung der Kältemittelführungsrohre (4) vorstehen.
- Kälteregister nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungsabschnitt (26) einen radial nach außen vorstehenden Kupplungssteg (10) aufweist, der formschlüssig in eine Nut (14) der Mitnehmerelemente (11) eingreift.
- Kälteregister nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungssteg (10) in Längsrichtung der Abschabhülse (6, 6') gesehen mittig angeordnet ist.
- Kälteregister nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kälteregister (1) mehrere übereinander angeordnete Reihen (5) von parallel nebeneinander angeordneten Kältemittelführungsrohren (4) aufweist, wobei jeweils ein Mitnehmerelement (11) zwischen zwei benachbarten Reihen (5) angeordnet und mit den Abschabhülsen (6, 6') beider Reihen (5) in Mitnahmeeingriff ist.
- Kälteregister nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmerelemente (11) jeweils in Horizontalebenen und zwischen vertikal benachbarten Abschabhülsen (6, 6') angeordnet sind.
- Kälteregister nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass an oder in den Mitnehmerelementen (11) eine Heizeinrichtung zum Erwärmen der Mitnehmerelemente (11) vorgesehen ist.
- Kälteregister nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung Fluidführungsleitungen (15) zum Leiten eines erwärmten Fluids umfasst.
- Kälteregister nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Kälteregister (1) auf zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils ein von der Antriebseinrichtung (18) hin und her bewegbares Halteelement (16) aufweist, an dem die Mitnehmerelemente (11) in ihren Endbereichen gehaltert sind.
- Kälteregister nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemittelführungsrohre (4) mit radialem Spiel in Endplatten (23) gelagert sind, die als Lochplatten ausgebildet sind.
- Kälteregister nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endplatten (23) beheizt sind.
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| CN117184397A (zh) * | 2023-11-08 | 2023-12-08 | 江苏兆胜空调有限公司 | 一种船用无回霜节能空调系统 |
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2021
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