Vorrichtung zur großtechnischen Medienkonditionierung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Vorrichtungen zur großtechnischen Medienkonditionierung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein System aus mehreren solcher Vorrichtungen.
Dabei betrifft die vorliegende Erfindung auch Vorrichtungen zur Konditionierung von Verbrennungsluft, die Gasturbinen zugeführt wird. Die Verbrennungsluft von Gasturbinen wird in so genannten Filterhäusern von festen und flüssigen Partikeln gereinigt, um die Arbeitsmaschine mit möglichst sauberer Luft zu beaufschlagen. Dazu sind in einem solchen Luftfilter- haus Tropfenabscheider, Vogelschutzgitter und üblicherweise ein oder zwei Filterstufen installiert. Da die Filter als auch die Verdichter der Gasturbine bei gegebenen Außenluftbedingun- gen - hoher relativer Feuchte und Temperaturen um den Gefrierpunkt - zu Vereisung neigen, wird die Luft in dieser Jahreszeit zusätzlich vorgewärmt. Dazu werden in einem Filterhaus auch Wärmeübertrager, Infrarot-Strahler oder Heißluft- bzw. seltener Abgasverteiler installiert, die die Ansaugluft indirekt oder direkt vorwärmen. Eine solche Vorrichtung 1 ist rein schematisch in Fig. 1 dargestellt, wobei das Anti-Icing-System 2, das Wetterschutzgitter 3, das Gitter 4, die Vorfilterwand 5, die Feinfilterwand 6, das Schutzgitter 7, das Übergangsstück 8, der Kuhssenschalldämpfer 9 und der Zuluftkanal 10 sowie die Gasturbine 11 deutlich zu erkennen sind. Dabei ist wesentlich, dass Filterhäuser von Gasturbinen praktisch immer individuell an den jeweiligen Anwendungsfall und Aufstellungsort angepasst und einzeln oder nur in Kleinserie gefertigt werden. Dies ist verbunden mit einem hohen Konstruktionsaufwand und langen Lieferzeiten.
In der Folge wird kaum ein Optimum bzgl. Strömung und Druckverlust erreicht. Eine hohe Strömungsgeschwindigkeit bewirkt einen hohen Druckverlust. Ungleichmäßig angeströmte Luftfilter verschmutzen schneller. Eine geringe Anzahl an Luftfiltern führt ebenfalls zu einer schnelleren Verschmutzung und zu einem starken Anstieg des Druckverlustes. Em hoher Druckverlust im Filterhaus bewirkt entsprechende Leistungseinbußen der Gasturbine. Ggf. müssen die verschmutzten Filter während des Betriebes der Gasturbine unter ungünstigen Bedingungen ausgetauscht werden. Eine nur ein- oder zweistufige Luftfilterung führt dabei zu einem verstärkten Schmutzeintrag in den Verdichter der Gasturbine. Dieser Schmutz setzt sich auf den Verdichterschaufeln ab (Fouhng) und führt ebenfalls zu steigenden Leistungs- und Wirkungsgradeinbußen.
Deshalb ist es ebenfalls üblich, den Verdichter der Gasturbine im Betrieb (online) oder im abgestellten und abgekühlten Zustand (offline) zu waschen. Dazu wird mit speziellen Wascheinrichtungen unter Hochdruck geeignete Waschlösung in den Verdichter eingebracht und der angebackene Schmutz wieder abgewaschen und ausgespült. Bei Online-Wäschen muss meist
die Leistung der Gasturbine gesenkt werden. Bei Offline-Wäschen geht die Gasturbine für viele Stunden vollständig außer Betrieb. Beides senkt die Verfügbarkeit der Gasturbine als Antrieb eines Elektrogenerators oder eines Gasverdichters und somit den Ertrag des Betreibers. Mit steigender Ansauglufttemperatur fallen die Leistung und der Wirkungsgrad der Gasturbine. Um dies zu kompensieren, wird die Ansaugluft im Sommer gekühlt. Dazu verwendet man e- benfalls direkte oder indirekte Verfahren. Die direkte Kühlung ist durch die Verdunstung oder Eindüsung von Wasser in den Ansaugtrakt und den damit verbundenen adiabatischen Kühleffekt möglich. Indirekt kann die Ansaugluft mit Wärmeübertragern gekühlt werden, die mit natürlich oder künstlich gekühlten Wärmeträgermedien beaufschlagt werden. Zur Verbesserung der Luftfilterung ist es bekannt, die Verbrennungsluft für Gasturbinen in drei Stufen zu filtern. Dies führt jedoch bereits von Anfang an zu einem erhöhten Druckverlust mit den bereits beschriebenen Folgen. Die Filterelemente werden bei ihrem Wechsel unter erschwerten Bedingungen über Leitern oder mit Seilwinden transportiert.
Desweiteren ist es bekannt, die Verbrennungsluft für Gasturbinen hybrid zu konditionieren. Dazu wird mit einem Hybridkühler die Verbrennungsluft entweder trocken erwärmt, oder befeuchtet, oder gleichzeitig erwärmt und befeuchtet (DE 10 2004 050 182 Al). Es ist weiter bekannt, diese Verfahrensschritte in einem Filterhaus zu kombinieren. So kann die Verbrennungsluft der Gasturbinen zunächst in einer ersten Filterstufe grob gefiltert, dann in einem Hybridkühler konditioniert und anschließend in zwei weiteren Filterstufen fein und feinst gefiltert werden.
Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass sie aus zwei Filterhaushälften vor und nach dem Hybridkühler besteht. Dies führt zu enormem Montageaufwand auf der Baustelle, weil die Teile stets nur einzeln mit einem Kran bewegt werden können. Desweiteren werden Verbindungsflansche oder flexible Kompensatoren zwischen den einzelnen Bauteilen erforderlich. Auch sind die Teile durch die Wanne unter dem Hybridkühler von unterschiedlicher Höhe, so dass es Stufen im Fundament bzw. dem Auflager gibt. Zur Erzielung größerer Luftdurchsatzmengen sind mehrere Module erforderlich, die auf der Baustelle einzeln übereinander gestellt werden. Die Hybridkühler erfordern eine Spezial-Traverse zu ihrem Anheben, die gesondert angeliefert und wieder abtransportiert werden muss. Die Hybridkühler sind untereinander luftdicht zu verbinden, um unbehandelte Luftbypassströmungen zu vermeiden.
Die geringe Luftgeschwindigkeit, die die Hybridkühler erfordern, um einen Tropfenaustrag zu verhindern, führt zu einem geringen Druckverlust des hybriden Filterhauses trotz Kopplung mit einer dreistufigen Luftfilterung. Folge ist allerdings eine etwa doppelt so große Ansaugfläche und ein etwa dreifach so großes Filterhaus, wie herkömmlich üblich. Dies ist verbunden mit einem entsprechend höheren Gewicht, was Umrüstungen auf das neue Verfahren erschwert und entsprechende Unterkonstruktionen erfordert.
Bei größeren Gasturbinen wären mehr als 10 der angeführten Hybridkühler erforderlich. Es entstehen Schwierigkeiten, diese in einem Luftfilterhaus sinnvoll zu vereinen. So können maximal 3 Hybridkühler übereinander gestapelt werden, ohne die Statik des Kühlergehäuses zu verändern.
Ebenfalls bekannt sind Klimakompaktgeräte für die Klimatisierung von Luftströmen in Gebäuden. Auch hier wird Luft gefiltert, erwärmt oder gekühlt und be- oder entfeuchtet, je nach Klimasituation und Anforderungen der versorgten Räumlichkeiten (z.B. DE 44 07 806). Diese Geräte sind aber nicht weltweit normiert, nicht stapelbar oder für größere Luftmengen geeignet. Gasturbinen wiederum erfordern nicht die komplette Funktionalität von Klimakompaktgeräten.
Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht daher darin, eine Vorrichtung zur großtechnischen Me- dienkonditionierung bereitzustellen, die weitestgehend industriell vorgefertigt und leicht an verschiedene Anwendungsfälle und Aufstellungsorte angepasst werden kann. Dabei soll der Transport- und Montageaufwand gering gehalten sein. Die Vorrichtung soll dabei insbesondere besonders leicht zu einem System solcher Vorrichtungen koppelbar sein.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 und einem System nach Anspruch 26. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur großtechnischen Konditionierung, insbesondere Reinigung, Befeuchtung, Trocknung, Kühlung, Erwärmung und/oder Druckerhöhung von flüssigen und/oder gasförmigen Medien, weist zumindest eine Konditionierungseinrichtung (z.B. Filter, Befeuchter, Wärmeübertrager, Trockner etc.) auf und einen Behälter, der das Gehäuse der Vorrichtung und einen Strömungskanal für das Medium bildet, so dass ein Querschnitt des Behälters im Wesentlichen von dem Medium durchströmt wird, wobei der Behälter für die Lagerung, den Transport und/oder für die Funktion der Vorrichtung selbsttragend und stapelbar ausgebildet ist. Dadurch können diese Vorrichtungen zur großtechnischen Medienkonditionierung besonders einfach gelagert, transportiert und zu Systemen zusammengefasst werden, ohne dass es dazu besonderer Vorbereitungen, wie Traversen beim Transport oder bautechnischer Vorkehrungen bei der Lagerung bedarf. Dadurch werden auch die Nachteile bekannter Vorrichtung beseitigt, die aus mehreren einzelnen Modulen bestanden und erst am Aufbauort zusammengestellt werden mussten. Nunmehr kann die Vorrichtung aus standardisierten Segmenten werksseitig vorgefertigt, auf die Baustelle transportiert und dort in kürzester Zeit modular beliebig zusammengesetzt und angeordnet werden.
Die Vorrichtungen werden auf diese Art standardisierbar. Die Fertigung kann industriell erfolgen. Die Lieferzeiten verkürzen sich. Die Kosten verringern sich. Die Vorrichtungen haben stets identische Abmessungen und ein einheitliches ansprechendes Äußeres. Sie können in verschiedenen Platz sparenden Konstellationen angeordnet werden. Bei Bedarf können einzelne
Vorrichtungen auch schnell gegen neue ausgetauscht werden, so dass keine langen Stillstandszeiten entstehen.
Durch die Integration der einzelnen Elemente der Vorrichtung in ein einziges Gehäuse lassen sich im Übrigen auch nicht nur die Abmessungen der Vorrichtung reduzieren, sondern auch deren Gewicht.
Vorteilhaft ist dabei vorsehbar, dass der Behälter zumindest in einer Umfangsrichtung im Wesentlichen geschlossen ausgebildet ist. Dann bildet der Behälter einen in einer Richtung durchgehenden Strömungskanal für das Medium aus, stellt dem Medium also selbst wenig Strömungswiderstand entgegen. Allerdings kann alternativ auch vorgesehen sein, dass der Strömungskanal bewusst die Richtung ändert, beispielsweise durch zwei benachbarte Seiten eines rechteckigen Behälters geführt wird. Dies kann z.B. dann von Vorteil sein, wenn bei Aufstellung des Behälters bzw. der Anordnung vieler Vorrichtungen zu einem System der Medien- durchtritt in einer Richtung nicht möglich ist.
Besonders bevorzugt ist der Behälter in Bezug auf seine Länge, Breite und Höhe als ein Container, insbesondere nach der DIN ISO 668, ausgebildet. Solche Container sind seit vielen Jahren Standard und es existieren große Erfahrungen bei ihrem Transport, Lagerung und Stapelung. Insbesondere sind diese Container für große Lasten ausgelegt, die ein solcher Behälter zwangsläufig bei einer Vorrichtung zur großtechnischen Medienkonditionierung tragen muss. Zweckmäßig ist der Behälter in Bezug auf seine Eckbeschläge als ein Container, insbesondere nach DIN ISO 1161, ausgebildet.
Es war zwar schon die Verwendung von Aggregate-Containern bekannt, die die Vorteile der Container-Konstruktion nutzen, um Aggregate wie Pumpen, Verdichter, Blockheizkraftwerke, Wasseraufbereitungsanlagen usw. in massiven und gleichzeitig mobilen Einhausungen unterzubringen, sie werksseitig komplett vorzumontieren, zu testen, in einem Stück auf die Baustelle zu transportieren und abzustellen und sehr schnell in Betrieb zu nehmen, wobei der Container also gleichzeitig bzw. nacheinander als Verpackung, standardisiertes Transportbehältnis und mobile Einhausung dient. Allerdings handelte es sich dabei nicht um Vorrichtungen zur großtechnischen Medienkonditionierung und diese Container sind jeweils kein Behälter, der das Gehäuse der Vorrichtung und einen Strömungskanal für das Medium bildet, so dass ein Querschnitt des Containers von dem Medium durchströmt wird.
Es wurde nun überraschend gefunden, dass die Vorteile der Container vorteilhaft auch für die großtechnische Medienkonditionierung verwendet werden können, wobei die Stabilität des Containers trotz Bereitstellung eines Strömungskanals noch insoweit gegeben ist, dass eine selbsttragende und stapelbare Lagerung und Transport gewährleistet bleiben. Wenn in dem Behälter ein oder mehrere Versteifungselemente zum Schutz vor innerer und/oder äußerer Druckeinwirkung vorgesehen sind, lassen sich besonders viele Vorrichtungen über einander stapeln und auch beim Transport muss weniger sorgfältig mit den Vorrichtungen um-
gegangen werden. Bevorzugt werden die Versteifungselemente durch ein oder mehrere winkelförmige, insbesondere dreiecksähnlich auslaufende Elemente gebildet, wobei insbesondere eine Seite der Elemente an jeweils einer Seite des Behälters angeordnet ist und die Elemente benachbarter Seiten des Behälters aneinander grenzen. Dadurch lässt sich besonders einfach und kostengünstig eine besonders wirksame Versteifung erzielen.
Vorteilhaft ist zumindest ein Wärmeübertrager vorgesehen. Dann kann das Medium mit Wärme beaufschlagt oder ihm Wärme entzogen werden. Weiterhin vorteilhaft ist zumindest ein Sekun- därmedienübertrager vorgesehen. Dann kann beispielsweise die Wärme des Mediums an ein Sekundärmedium zur Weiterverwendung abgegeben werden. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass zumindest ein Wärmeübertrager und/oder ein Sekundärmedienübertrager, insbesondere vereinigt als Hybridwärmeübertrager ausgebildet sind. Dabei kann der Sekundärmedienübertrager gleichzeitig auch die Funktion des Wärmeübertragers übernehmen, indem das Sekundärmedium Wärme/Kälte/Energie überträgt, wofür es durch den Sekundärmedienübertrager zirkuliert und außerhalb ggf. ergänzt und erneut erwärmt und/oder gekühlt bzw. regeneriert wird. Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass das Sekundärmedium mit dem Hauptmedium im Stoffaustausch steht (z.B. selbst in das zu konditionierende Medium verdunstet/verdampft oder Feuchte oder Staub o.a. aus dem zu konditionierenden Medium aufnimmt). Dabei kann weiterhin zweckmäßig vorgesehen sein, dass ein Sekundärmedienübertrager oder ein Hybridwärmeübertrager mit einem Sekundärmedium betreibbar sind, wofür ein Sekundärmedienkreislauf ausgebildet ist, wobei bevorzugt in einem Sekundärmedienkreislauf eine oder mehrere Sekundär- medienaufgabe- und/oder -aufnahmeeinrichtungen, sowie insbesondere weiterhin zumindest eine Sekundärmedienpumpe und ein Wärmeübertrager, ein Ablass- und/oder ein Nachspeiseventil angeordnet sind. Dadurch kann der Sekundärmedienkreislauf besonders einfach gewartet werden. Vorteilhaft ist eine Sekundärmedienaufnahmeeinrichtung als Auffangwanne ausgebildet und insbesondere mit einer begehbaren Abdeckung versehen, insbesondere mit einem Gitterrost. Dann lässt sich dieses Element des Sekundärmedienkreislaufs besonders Platz sparend in die Vorrichtung integrieren.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass im Sekundärmedienkreislauf zumindest ein Mischventil oder dgl., vorteilhaft ein Dreiwegeventil angeordnet ist, bevorzugt zwei, insbesondere drei Dreiwegeventile, und/oder dass zur Umschaltung zwischen Gegenstrom und Gleichstrom zwischen Sekundärmedienkreislauf und Luftstrom einer Luftkonditioniereinrichtung ein Strömungsumschalter in dem Sekundärmedienkreislauf und/oder ein Umschalter des Luftstroms vorgesehen ist. Mittels eines Mischventils kann für den Sekundärmedienkreislauf zusätzlich im Betrieb auf innere Rekuperation umgestellt werden. Mittels zweier Dreiwegeventile kann eine Umschaltung zwischen Gleichstrom - und Gegenstrombetrieb zwischen Sekundärmedienkreislauf und Luftströmung bereitgestellt werden. Und durch drei Dreiwegeventile wird sowohl die Umschaltung als auch die innere Rekuperation ermöglicht. Alternativ oder zusätzlich zu den Dreiwege-
ventilen können auch reine Strömungsumschalter bereitgestellt werden. Beispielsweise im Se- kundärmedienstrom durch eine umschaltbare Pumpe. Oder für den Luftstrom durch schaltbare Luftleiteinrichtungen, die die Durchströmungsrichtung der Konditioniereinrichtung ändern. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Konditioniereinrichtung zur inneren Rekupe- ration zumindest eine Rohrreihe aufweist, die mit dem Benetzungsmedienkreislauf der Konditioniereinrichtung verbunden ist und/oder zumindest eine Rohrreihe aufweist, die mit einem Bypass in dem Sekun- därmedienkreislauf verbunden ist, und/oder einen gesonderten Rekuperationskreislauf aufweist. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Konditioniereinrichtung zur inneren Rekuperation mit dem Sekundärmedienkreislauf eines Wärmeübertragers verbunden ist, dessen Primärmedienkreislauf mit dem Benetzungsmedienkreislauf der Konditioniereinrichtung verbunden ist.
Besonders bevorzugt sind eintrittsseitig in der Vorrichtung eine oder mehrere Grobschutzeinrichtungen, insbesondere zum Schutz vor größeren Verunreinigungen vorgesehen, die beispielsweise Schutz vor Treibholz und/oder Vögeln bieten und/oder auch vor speziellen Witterungseinflüssen, wie Regen, Schnee oder Hagel.
In einer vorteilhaften Weiterbildung sind mindestens eine Filtervorrichtung, insbesondere zwei oder drei in Durchströmungsrichtung des Mediums in Reihe angeordnete Filterstufen insbesondere einheitlicher oder unterschiedlicher Filterverfahren (z.B. eine Kombination aus Oberflächenfilter und Adsorptionsfilter oder Absorptionsfilter allein etc.) vorgesehen. Bevorzugt ist die Filtervorrichtung in einer der in Strömungsrichtung liegenden Umfassungswände des Behälters oder in den Strömungsweg vollständig abschließenden Wänden innerhalb des Behälters angeordnet. Zweckmäßig sind die Filter der jeweiligen Filtereinrichtungen in einer oder mehreren, insbesondere in vier Reihen übereinander angeordnet.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind eine oder mehrere den Druck des strömenden Mediums erhöhende Einrichtungen in der Vorrichtung angeordnet, und zwar insbesondere in einer der in Strömungsrichtung liegenden Umfassungswände des Behälters oder in den Strömungsweg vollständig abschließenden Wänden innerhalb des Behälters. Solche den Druck des strömenden Mediums erhöhende Einrichtungen können beispielsweise Ventilatoren, Verdichter und/oder Pumpen sein. Statt einer Einrichtung können auch eine Vielzahl vorgesehen sein, also z.B. statt eines großen Ventilators mehrere kleine.
Zweckmäßig ist außerdem eine Einrichtung zur Vereisungsverhinderung vorgesehen. Besonders vorteilhaft sind die Konditionierungseinrichtungen, insbesondere die Filter der Filtereinrichtungen, die Wärmeübertrager, die Sekundärmedienübertrager und/oder die Hybridwärmeübertrager bzw. Vereisungsverhinderungs- oder die Druck erhöhenden Einrichtungen in jeweiligen Aufnahmen angeordnet, die insbesondere so ausgebildet sind, dass sie den Behälter zusätzlich versteifen. Das verbessert ebenfalls die Bedingungen hinsichtlich Lagerung und Transport. Gleichzeitig kann aber auch die Anforderung an den Behälter hinsichtlich dessen
Steifigkeit reduziert werden. D.h. in anderen Worten, dass der Behälter der Vorrichtung entweder aus sich heraus selbsttragend und stapelbar ausgebildet sein kann oder diese Eigenschaften erst im Zusammenspiel mit den weiteren Einrichtungen der Vorrichtung zur großtechnischen Medienkonditionierung, wie. z.B. der oder den Konditionierungseinrichtungen, erlangen kann. Wesentlich ist also, dass der Behälter der vorliegenden erfindungsgemäßen Vorrichtung also nicht schon selbst selbsttragend und stapelbar ausgebildet sein muss.
Insbesondere für Wartungszwecke kann der Behälter zumindest einen seitlich angeordneten Vorraum, in dem keine Medienkonditionierung erfolgt, aufweisen, der über zumindest einen dicht verschließbaren Durchbruch zu einem Raum, in dem die Medienkonditionierung erfolgt, verbunden ist. Durch die Verschließbarkeit ist sichergestellt, dass die Medienkonditionierung nicht gestört wird. Dieser Vorraum wird dann nicht von dem Medium durchströmt, so dass dieser Teil des Querschnitts des Behälters keinen Strömungskanal bildet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Behälter der Vorrichtung und/oder zumindest ein Vorraum zumindest einen insbesondere schließbaren Durchbruch in der Decke und/oder dem Fußboden und/oder insbesondere in zumindest einer anderen Wand auf. Dadurch können die Räume von zwei oder mehreren Vorrichtungen miteinander verbunden werden. Vorzugsweise weist zumindest ein Vorraum zumindest eine Steigleiter auf. Dadurch lassen sich die Vorräume von gestapelten Vorrichtungen leicht erreichen. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass in einem Vorraum zumindest ein Aufzug, bevorzugt an einer Steigleiter angeordnet ist, der insbesondere ausgelegt ist, mehrere Filterelemente, insbesondere entsprechend der Anzahl der in den Filtereinrichtungen über- oder hintereinander angeordneten Filterreihen aufzunehmen. Dadurch lassen sich die Vorrichtungen besonders komfortabel warten. Anstatt der Filterelemente können mit dem Aufzug natürlich auch andere Elemente der Vorrichtung und ihrer Einrichtungen einfach transportiert werden.
Besonders zweckmäßig sind die Vorrichtung, ein Wärmeübertrager, eine Sekundärmedienauf- gabeeinrichtung oder ein Hybridwärmeübertrager und/oder eine Vereisungsverhinderungsein- richtung mit Frostschutzmittel beaufschlagbar. Für die Vorrichtung als solche ist dies vor allem dann sinnvoll, wenn durch die Vorrichtung ein flüssiges Medium geführt wird. Bevorzugt sind Einrichtungen zur Messung der Feuchte und/oder der Temperatur und/oder des Druckes sowie des Füllstandes oder der Leitfähigkeit und/oder anderer einzustellender Qualitätsparameter des zu konditionierenden gasförmigen und/oder flüssigen Mediums und/oder eines Sekundärmediums vor, an und/oder nach den einzelnen Konditionierungsstufen vorgesehen. Und insbesondere ist zumindest eine Steuerungs- bzw. Regelungs- und/oder Überwachungseinrichtung, insbesondere für die Reinigung, Befeuchtung, Trocknung, Kühlung und/oder Erwärmung bzw. Vereisungsverhinderung und/oder die Druckerhöhung des zu konditionierenden gasförmigen und/oder flüssigen Mediums oder eines Sekundärmediums vorgesehen. Dann lässt sich die Medienkonditionierung besonders einfach regeln und überwachen.
Unabhängiger Schutz wird beansprucht für ein System aus mehreren erfindungsgemäßen Vorrichtungen, wobei mehrere Vorrichtungen übereinander und/oder nebeneinander angeordnet sind, die bevorzugt untereinander an den Trennstellen abgedichtet sind, wobei insbesondere zwei bis neun Vorrichtungen turmartig übereinander gestapelt sind. Durch die Abdichtung kann kein bereits konditioniertes Medium aus dem System entweichen oder nicht konditioniertes Medium in das System gelangen.
Vorzugsweise sind die Vorrichtungen zumindest mechanisch miteinander verbunden. Alternativ kann es auch ausreichen, dass die Vorrichtungen aufgrund ihres Eigengewichts gegenseitig in ihrer Lage fixiert werden.
Besonders vorteilhaft bilden mehrere bevorzugt nebeneinander angeordnete Vorrichtungen, insbesondere turmartige Stapel mit Vorrichtungen, bevorzugt ergänzt mit entsprechenden unteren und/oder oberen Abdeckungen bzw. seitlichen Wänden, einen geschlossenen Bereich um eine Zu- und/oder Abströmöffnung. Dann lässt sich besonders einfach eine gemeinsame Me- dienkonditionierung über alle Vorrichtungen gemeinsam bewerkstelligen.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung sind die Rohrleitungen insbesondere zur Nachspeisung und/oder Entleerung der Sekundärmedienübertrager und/oder Hybridwärmeübertrager der einzelnen Vorrichtungen über Sammler hydraulisch miteinander verbunden. Auf diese Weise lässt sich die Führung der Sekundärmedien einheitlich und damit gemeinsam steuerbar gestalten. Bevorzugt sind die Vorlauf- und Rücklaufsammler insbesondere der Wärmeübertrager und/oder Hybridwärmeübertrager der einzelnen Vorrichtungen vorzugsweise im Tichelmann-System hydraulisch miteinander verbunden. Beim Tichelmann-System werden die Rohre vom Wärmeerzeuger zum Wärmeverbraucher und zurück in Ringverlegung so geführt, dass die Summe der Längen von Vorlaufleitung und Rücklaufleitung bei jedem Wärmeverbraucher etwa gleich ist. Wärmeverbraucher mit kurzem Vorlauf haben eine lange Rücklaufleitung und umgekehrt. Der Sinn dabei ist, dass alle Wärmeverbraucher etwa gleichen Druckverlusten ausgesetzt sind und sich damit gleiche Volumenströme, d.h. gleiche Wärmeströme in den Wärmeverbrauchern einstellen, auch wenn keine Regelventile verwendet werden. Dies bewirkt ein gleichmäßiges Erwärmen auch von weiter entfernt gelegenen Wärmeverbrauchern.
Zweckmäßig sind die Steuerungs- bzw. Regelungs- und/oder Überwachungseinrichtungen der einzelnen Vorrichtungen mit elektrischen Strom, Licht oder Medien leitenden Kabeln, vorzugsweise mit Bus-Systemen, insbesondere elektrisch, optisch oder hydraulisch miteinander verbunden.
Vorzugsweise sind Vorrichtungen eines Systems, insbesondere eine oder mehrere, zum Beispiel turmartige Stapel bildende Vorrichtungen auf der Medienseite über einen Sammler, einen Trichter und/oder einen Kanal zumindest mit einer jeweils vor- und/oder nachgeordneten Vorrichtung verbunden. Alternativ oder zusätzlich können auch eine oder mehrere Vorrichtungen mit einer vor- und/oder nachgeordneten Einrichtung, wie Gasturbinen, Gebäuden und derglei-
chen, verbunden sein.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die erfindungsgemäße Vorrichtung und/oder das erfindungsgemäße System zumindest einer Gasturbine, einem Ventilator, einem Luftverdichter, einem Gebäude oder ähnlichen Aggregaten oder Einrichtungen vor- und/oder nachgeschaltet und die Wärmeträgermedien der Wärmeübertrager, Hybridwärmeübertrager und/oder der Einrichtungen zur Vereisungsverhinderung sind mit Energie, insbesondere mit (Ab)wärme oder -kälte oder elektrischer Energie aus diesem Aggregat oder dieser Einrichtung oder dessen Umgebung beaufschlagbar bzw. führen Energie, insbesondere (Ab)wärme oder - kälte aus dem zu konditionierenden Medienstrom in dieses Aggregat oder diese Einrichtung oder dessen Umgebung zurück.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die erfindungsgemäße Vorrichtung und/oder das erfindungsgemäße System zumindest einer Gasturbine, einem Ventilator, einem Luftverdichter, einem Gebäude oder ähnlichen Aggregaten oder Einrichtungen vor- und/oder nachgeschaltet und die Sekundärmedienkreisläufe der Sekundärmedienübertrager, Hybridwärmeübertrager und/oder der Einrichtungen zur Vereisungsverhinderung oder anderer Konditio- nierungseinπchtungen sind mit Stoffen/Medien bzw. Energie aus diesem Aggregat oder dieser Einrichtung oder dessen Umgebung beaufschlagbar bzw. führen Stoffe/Medien bzw. Energie aus dem zu konditionierenden Medienstrom in dieses Aggregat oder diese Einrichtung oder dessen Umgebung zurück, unter anderem zu dessen Wiederaufarbeitung.
Selbständiger Schutz wird auch für Luftleitemπchtungen beansprucht, die bevorzugt mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und/oder dem erfindungsgemäßen System einsetzbar sind. Diese Luftleiteinπchtungen weisen einen als Container ausgebildeten Behälter und zumindest zwei von der Luft zumindest teilweise durchströmbare Seitenwände auf. Zusätzlich können im Inneren des Behälters auch noch Luftleitbleche oder dgl. vorgesehen werden, um Turbulenzen zu vermeiden in den Eckbereichen des Behälters.
Unabhängiger Schutz wird beansprucht für ein Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei der Sekundärmedienkreislauf der Luftkonditioniereinπchtung zumindest zeitweilig im Gleichstrom zum durch die Luftkonditionieremπchtung geführten Luftstrom betrieben wird.
Vorteilhaft ist es dann, wenn zur inneren Rekuperation dem warmen Sekundärmedieneintπtt der Konditioniereinπchtung bereits abgekühltes Sekundärmedium vom Sekundärmedienaustπtt der Konditionlereinrichtung zugeführt wird oder dem kalten Sekundärmedienaustπtt der Kon- ditioniereinπchtung warmes Sekundärmedium vom Sekundärmedieneintπtt der Konditiomer- einπchtung zugeführt wird, so dass diese Ausgestaltung auch vorteilhaft bei einem Gegen- strombetπeb Verwendung finden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass durch die Konditioniereinπchtung zur inneren Rekuperation in zumindest einer Rohrreihe durch die Konditioniereinπchtung ein Benetzungs-
medium gefuhrt wird, und/oder dass in zumindest einer Rohrreihe dem Sekundärmedienkreislauf über einen Bypass entnommenes Sekundärmedium geführt wird, und/oder in einem separaten Rekuperations- medienkreislauf gesondertes Sekundärmedium geführt wird, und/oder ein Sekundärmedium gefuhrt wird, das einem Wärmeübertrager entnommen wird, dessen Primärkreislauf mit dem Benetzungsmedium der Konditioniereinrichtung als Primärmedium betrieben wird. Diese bevorzugte Ausgestaltung kann auch vorteilhaft bei einem Gegenstrombetrieb eingesetzt werden.
Es hat sich gezeigt, dass es günstiger ist, Hybridkühler im hybriden Kühlbetrieb im Gleichstrom zu betreiben. Dabei wird eine höhere relative Luftfeuchte am Austritt erreicht - nahe 99 % rF, und eine niedrigere Kühlwasseraustrittstemperatur, im Vergleich mit einem im Gegenstrom durchströmten Hybridkühler.
Wo sich also eine nahezu gesättigte Luft am Austritt nicht negativ auswirkt, und eine möglichst niedrige Kühlwassertemperatur im Vordergrund steht, sollte ein Hybridkühler im hybriden Kühlbetrieb im Gleichstrom, d.h. korrekt im Kreuz-Gleichstrom durchströmt werden. Da es jedoch ein Vorteil von Hybridkühlern ist, dass sie unterhalb einer gewissen Außenlufttemperatur trocken betrieben werden können, was gegenüber Nasskühltürmen bedeutende Mengen an Kühlwasser spart, und dies bei Gegenstrom, d.h. korrekt bei Kreuz-Gegenstrom weiterhin effektiver ist, kann es von Vorteil sein, eine Umschaltmöglichkeit der Strömungsrichtung auf der Wasserseite und/oder auf der Luftseite vorzusehen. Dies kann jedoch überflüssig sein, wenn in der Übergangszeit und im Winter bis zu ca. 3 Kelvin höhere Kühlwasseraustrittstemperaturen erforderlich oder tolerierbar sind.
Insbesondere bei Hybridkühlern, bei denen neben der Kühlwasserkühlung auch die Nutzung der feuchten Luft erfolgt, also z.B. bei der Hybriden Verbrennungsluftkonditionierung an Gasturbinen bietet sich die hybride Gleichstromfahrweise (Kreuz-/Gleichstromfahrweise) an, da neben der höheren Luftfeuchte adiabatisch bedingt auch niedrigere Luftaustrittstemperaturen am Hybridkühler erzielt werden. Dies bedingt in diesem Fall niedrigere Lufteintrittstemperaturen an der Gasturbine und in der Folge höhere Gasturbinenleistungen.
Desweiteren kann es von Vorteil sein, an Hybridkühlern unabhängig von der Strömungsführung innere Rekuperation zu betreiben. Dazu wird dem warmen Kühlwassereintritt des Hybridkühlers bereits abgekühltes Kühlwasser vom Kühlwasseraustritt des Hybridkühlers beigemischt. Ziel ist, das Temperaturniveau im Wärmeübertrager sowohl auf der Kühlwasser- wie auf der Luftseite und in der Folge die Kühlwasser- wie die Luftaustrittstemperatur gegenüber einem einfach durchströmten Hybridkühler abzusenken.
Die innere Rekuperation wirkt auch in einem nicht zur Kühlwasserkühlung genutzten hybriden Luftbefeuchter. Wird also im Hybridkühlerbündel Kühlwasser im Gleichstrom (Kreuz- /Gleichstrom) vom warmen Lufteintritt zum kalten Luftaustritt zirkuliert, so wird die einströmende warme Umgebungsluft konvektiv vorgekühlt. Dadurch sinken das Temperaturniveau im Wärmeübertrager sowohl auf der Luft- wie auf der Kühlwasser- und Benetzungswasserseite
und in der Folge die Luft- wie die Kühlwasseraustrittstemperatur gegenüber einem einfach durchströmten Hybridkühler-Luftbefeuchter. Dies steigert die Leistung der Gasturbine zusätzlich gegenüber einer Anlage mit einfach adiabatisch befeuchteter Ansaugluft. Wird hingegen im Hybridkühlerbündel Kühlwasser im Gegenstrom (Kreuz-/Gegenstrom) vom kalten Luftaustritt zum warmen Lufteintritt zirkuliert, so wird die ausströmende kalte Umgebungsluft konvektiv nachgewärmt. Dadurch steigen das Temperaturniveau im Wärmeübertrager sowohl auf der Luft- wie auf der Kühlwasserseite und in der Folge die Luft- wie die Kühlwasseraustrittstemperatur gegenüber einem einfach durchströmten Hybridkühler-Luftbefeuchter. Insbesondere sinkt aber die relative Luftfeuchte am Hybridkühleraustritt, was ein wünschenswertes Kriterium auf der diese Luft nutzenden Seite sein kann, sofern die Luftfeuchte nicht durch andere Kriterien einfacher beeinflusst werden kann.
Da das Becken- bzw. Benetzungswasser eines Hybridkühlers-Luftbefeuchters stets nahe der Feuchtkugeltemperatur und damit noch kälter, als das Kühlwasser im Hybridkühlerbündel ist, kann es sinnvoll sein, das Benetzungswasser in die innere Rekuperation einzubeziehen. So wird das Benetzungswasser zumindest durch eine der Rohrreihen des Hybridkühlers geführt, um z.B. die eintretende warme Umgebungsluft spürbar vorzukühlen. Dadurch sinken das Temperaturniveau im Wärmeübertrager sowohl auf der Luft- wie auf der Kühlwasserseite und in der Folge die Luft- wie die Kühlwasseraustrittstemperatur gegenüber einem einfach durchströmten Hybridkühler. Anschließend wird das Benetzungswasser zur Benetzung des Hybridkühlerbündels von außen genutzt. Durch die adiabatische Kühlung wird sehr schnell die Feuchtkugeltemperatur im Benetzungswasser erreicht, so dass sich die innere Rekuperation insgesamt Temperatur absenkend auswirkt.
Da das Benetzungswasser auf der Außenseite des Hybridkühlerbündels aber mit Luft verschmutzenden Partikeln beladen ist, kann es sinnvoller sein, das Benetzungswasser alternativ durch einen einfach zu reinigenden Wärmeübertrager Benetzungswasser-Kühlwasser zu leiten, und nicht direkt durch das Hybridkühlerbündel, um das eintretende warme Kühlwasser spürbar vorzukühlen. Bei Verschmutzung des externen Wärmeübertragers lässt sich dieser dann einfacher reinigen, als der Hybridkühler.
Desweiteren kann es sinnvoll sein, Rohrreihen des Hybridkühlerbündels, insbesondere am luft- seitigen Ein- und/oder am Austritt für die innere Rekuperation mit Kühlwasser und/oder Sekundärmedium eines gesonderten Rekuperationsmedienkreislaufs zu reservieren, und die hybride Kühlung durch die übrigen dazwischen liegenden Rohrreihen zu realisieren. Dadurch lässt sich die Rekuperationstemperatur von der Kühlwassertemperatur abkoppeln und ein höherer Rekuperationsgrad erzielen.
Da die Luftkühlung nicht nur über eine Kombination von Nass- und Trockenkühlung erfolgen kann, sondern auch jeweils ausschließlich über Nass- oder Trockenkühlung wird im Rahmen
dieser Erfindung auch auf Luftkonditioniereinπchtungen Bezug genommen und nicht nur auf
Hybπdkühler.
Die Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden aus der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung deutlich werden. Dabei zeigen:
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Frontalansicht,
Fig. 3 die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Fig. 2 in einer ersten Seitenansicht auf den Schnitt entlang der Achse A-A,
Fig. 4 die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Fig. 2 in einer zweiten Seitenansicht auf den Schnitt entlang der Achse B-B, Fig. 5a, b ein erfindungsgemäßes System aus erfindungsgemäßen Vorrichtungen nach Fig. 2 in einer ersten Ausführungsform, Fig. 6a, b ein erfindungsgemäßes System aus erfindungsgemäßen Vorrichtungen nach Fig. 2 in einer zweiten Ausführungsform, Fig. 7a, b ein erfindungsgemäßes System aus erfmdungsgemäßen Vorrichtungen nach Fig. 2 in einer dritten Ausführungsform, Fig. 8a, b ein erfmdungsgemäßes System aus erfindungsgemäßen Vorrichtungen nach Fig. 2 in einer vierten Ausführungsform, Fig. 9a, b ein erfindungsgemäßes System aus erfindungsgemäßen Vorrichtungen nach Fig. 2 in einer fünften Ausführungsform, Fig. 10 ein erfindungsgemäßes System aus erfindungsgemäßen Vorrichtungen nach Fig. 2 in einer sechsten Ausführungsform,
Fig. 1 Ia bis 1 I g die Luftkonditioniereinπchtung in einer ersten bevorzugten Ausführungsform für die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Fig. 2,
Fig. 12a bis 12e die Luftkonditioniereinπchtung in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform für die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Fig. 2,
Fig. 13a bis 13d die Luftkonditioniereinπchtung in einer dritten bevorzugten Ausführungsform für die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Fig. 2,
Fig. 14a bis 14d die Luftkonditioniereinπchtung in einer vierten bevorzugten Ausführungsform für die erfmdungsgemäße Vorrichtung nach Fig. 2,
Fig. 15 eine Übersichtsgrafik hinsichtlich der Temperaturverläufe für die Ausführung nach Fig. 12d und
Fig. 16 eine Übersichtsgrafik hinsichtlich der Temperaturverläufe für die Ausführung nach Fig. 12c.
In den Fig. 2 bis 4 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 20 rein schematisch in einer bevorzugten Ausgestaltung frontal und in zwei Seitenansichten dargestellt. Bei dieser Vorrichtung 20 handelt es sich um eine großtechnische Vorrichtung 20 zur Konditionierung der Verbren-
nungsluft von Gasturbinen (nicht gezeigt, ähnlich wie in Fig. 1). Die Vorrichtung 20 weist einen Behälter 21 auf, wobei der Behälter 21 entlang seiner Länge in Umfangsrichtung mit geschlossenen Seitenwänden 22, 23, 24, 25 ausgebildet ist. Der Behälter 21 ist als 40'-Container 21 ausgebildet, d.h. er weist die wesentlichen konstruktiven Details eines solchen Containers auf und damit auch dessen Ausmaße (Höhe 2591 mm, Breite 2438 mm, Länge 12192 mm). Die beiden Seitenwände 26, 27 entlang der Länge des Behälters 21 sind dagegen im Wesentlichen dahingehend offen ausgebildet, dass sie für die Verbrennungsluft (mit Pfeilen ist in allen Fig. die Richtung der Strömung der Verbrennungsluft gekennzeichnet) einen Strömungskanal 28 bildet, wodurch der Längsquerschnitt des Behälters 21 im Wesentlich von der Verbrennungsluft durchströmt wird. Der einzige Teil des Querschnitts des Behälters 21, der nicht durchströmt wird, ist der Vorraum 29, der seitlich hinter der Seitenwand 25 angeordnet ist und gegenüber dem eigentlichen Konditionierungsraum 30 zwei dicht verschließbare Durchbrüche in Form von Türen (nur schematisch mit jeweils einem Kreuz angedeutet) aufweist. Im Gegensatz beispielsweise zu herkömmlichen Gebäudeklimavorrichtungen, wo diese Vorrichtungen in Längsrichtung durchströmt werden, wird die Vorrichtung 20 in einer Querrichtung durchströmt, wodurch die Filterfläche vorteilhaft vergrößert und damit der Strömungswiderstand und die Anzahl der erforderlichen Vorrichtungen 20 vermindert sind.
Die Vorrichtung 20 weist weiterhin drei Filterreihen 31, 32, 33, und einen Wärmeübertrager 34 auf, der als Hybridwärmeübertrager 34 ausgebildet und zwischen der ersten 31 und zweiten Filterreihe 32 angeordnet ist. Vor der ersten Filterreihe 31 ist ein Regenabweiser mit Vogelschutzgitter 35 angeordnet. Im Fußboden 24 des Behälters 20 ist eine Wanne 36 angeordnet, die mit einem begehbaren Gitterrost 37 abgedeckt ist. Die Filterreihen 31, 32, 33 weisen eine Vielzahl Filterelemente 38 auf, die in geeigneten Halteeinrichtungen 39 in den Filterreihen matrixartig (vorliegend 17 x 4 Filterelemente 38) angeordnet sind. Durch Anpassung dieser Halteeinrichtungen 39 können auch unterschiedliche Filterfabrikate eingesetzt bzw. je nach Wunsch jederzeit nachgerüstet werden.
Der Hybridwärmeübertrager 34 wird zur Kühlung (oder auch Vorwärmung) eingesetzt, weist einen Vorlauf 34a und einen Rücklauf 34b auf und wird gespeist mit einem Wärmeträgermedium (Kühlmedium im Fall der vorliegenden Kühlung) und Benetzungswasser als Sekundärmedien, wobei das Benetzungswasser über den Hybridwärmeübertrager 34 wie bei einem Gradierwerk läuft, wozu entsprechende Wasserführungen (nicht gezeigt) vorgesehen sind. Zur Kühlung oder Vorwärmung wird das Wärmeträgermedium durch im Wesentlichen horizontal entlang der Länge des Behälters 21 verlaufende berippte Röhrchen 40 geführt, die miteinander hydraulisch in Verbindung stehen. Diese berippten Röhrchen 40 werden vom Verbrennungsluftstrom angeströmt und entziehen der Verbrennungsluft Wärme oder wärmen diese auf. Über das Benetzungswasser wir die Verbrennungsluft zugleich befeuchtet und zusätzlich oder zeitversetzt adiabatisch abgekühlt. Das Benetzungswasser wird in der Wanne 36 aufgefangen und
von dort mittels einer Süffelpumpe 41 in einer Nachspeisungsleitung 42 zurückbefördert und über Wasserverteilrinnen (nicht gezeigt) auf dem Hybridwärmeübertrager 34 erneut verteilt. In der Nachspeisungsleitung 42 sind weiterhin ein Leitfähigkeitsmesser 43, ein Abschlämmventil 44 und ein Nachspeiseventil 45 vorgesehen, wobei verbrauchtes Benetzungswasser über das Abschlämmventil 44 abgeschlämmt und Frischwasser über das Nachspeiseventil 45 nachgefüllt wird, wenn die Leitfähigkeit des Benetzungswassers über einen vorbestimmten Wert ansteigt und damit dessen zu starke Verschmutzung anzeigt. Die Nachspeisung erfolgt auch, wenn der Pegel in der Wasserauffangwanne 36 durch Verdunstung abgesunken ist. Bei Frostgefahr erfolgt auf die gleiche Weise eine Entleerung der Wasserauffangwanne 36. Bei mehreren übereinander gestapelten Vorrichtungen 20 sind die Rohrleitungen (nicht gezeigt) zur Entleerung und Nachspeisung der einzelnen Vorrichtungen 20 über Sammler (nicht gezeigt) untereinander verbunden.
Weiterhin weist die Vorrichtung 20 einen durchgehenden Bedientritt 46 auf, um dem Bedienpersonal die Wartung zu ermöglichen, und der Vorraum 29 weist auf Höhe der ersten 31 Filterreihe jeweils Türen 47 (Etagensicherungstüren) im Boden 24 und im Dach 22 auf, wodurch die Vorräume 29 übereinander gestapelter Vorrichtungen 20 gemeinsam zugänglich sind. Zusätzlich ist in dem Vorraum 29 eine Steigleiter 48 vorgesehen, an der auch ein Lift (nicht gezeigt) angeordnet werden kann. Die Steigleitern 48 übereinander gestapelter Vorrichtungen 20 dienen dem Personal zum Erklimmen der jeweiligen Ebene. Durch die Etagensicherungstüren 47 oder lukenartigen Deckel in den Gitterrosten sind die erforderlichen Durchbrüche in den Dächern 22 bzw. Fußböden 24 der Vorräume 29 gegen Absturz gesichert. Der Lift kann so ausgebildet werden, dass er über die Steigleitern 48 übereinander gestapelter Vorrichtungen 20 übergreifend bewegbar ist. Mit dem Lift können mehrere frische Filterelemente 38 gleichzeitig bequem und mit großer Geschwindigkeit zu ihrer Bestimmungsebene nach oben, oder verschmutzte Filterelemente 38 zur Entsorgung nach unten transportiert werden. Aus dem Vorraum 29 führen luftdichte Türen (nur schematisch mit jeweils einem Kreuz angedeutet) zu den jeweiligen Filterreihen 31 , 32, 33 vor und nach dem Hybridwärmeübertrager 34. Der Tausch der Filterelemente 38 erfolgt, indem die verschmutzten Elemente 38 von vorn nach hinten ausgebaut und anschließend die neuen Elemente 38 von hinten nach vorn wieder eingebaut werden. Im ausgebauten Zustand der ersten Filterreihe 31 lässt sich der Hybrid Wärmeübertrager 34 von der Vorderseite her reinigen. Im ausgebauten Zustand eines Filterelements 38 der zweiten Filterreihe 32 lässt sich der Raum hinter dem Hybridwärmeübertrager 34 erreichen, um ggf. über den durchgehenden Bedientritt 46 die Wasserverteilung des Benetzungswassers auf der Rückseite zu reinigen oder einzustellen.
Schließlich sind im Vorraum 29 ein Rücklauf Sammler 49 und ein Vorlaufsammler (nicht gezeigt) mit den entsprechenden Ein- und Austrittsstutzen für das Wärmeträgermedium angeordnet. Bei mehreren übereinander gestapelten Vorrichtungen 20 werden die Sammler 49 aller
Vorrichtungen 20 im Vorlauf 34a und im Rücklauf 34b untereinander verbunden. Über den
Vorlaufstutzen der unteren Vorrichtung 20 werden alle Hybridwärmeübertrager 34 für das An- ti-Icing mit einem Frostschutzmittel haltigen Wärmeträgermedium beaufschlagt. Als Wärmequelle für das Anti-Icing wird bevorzugt Abwärme der Gasturbine, zum Beispiel die des Schmieröls genutzt. Der Rücklauf 34b der oberen Vorrichtung 20 wird über einen gesonderten Sammler wieder rückgeführt. Dies erlaubt eine gleichmäßige Beaufschlagung aller Vorrichtungen 20 im Tichelmann-System (aus der Heizungstechnik bekannte Regel, alle Verbraucher über Vor- und Rückläufe mit gleicher Länge anzuschließen) und eine vollständige Entlüftung aller Elemente der Hybridwärmeübertrager 34.
Der Hybridwärmeübertrager 34 erfüllt zusätzlich die Funktion eines Tropfenabscheiders und Coalescers. Allerdings können diese Konditionierungseinrichtungen zur weiteren Verbesserung der Abscheidefunktion von Nebel und Tropfen auch selbst körperlich in Durchtrittsrichtung der Verbrennungsluft nach dem Hybridwärmeübertrager 34 nachgerüstet werden, was in den meisten Fällen jedoch nicht erforderlich sein wird, da Hybridwärmeübertrager 34 nachweislich schwadenfrei arbeiten.
Für die Steuerung der Benetzungsfunktionen besitzt die Vorrichtung 20 einen Schaltkasten 50. Für die Messung des Differenzdruckes der einzelnen Filterreihen 31, 32, 33 und ggf. auch des Hybridwärmeübertragers 34 sind Differenzdruckmessgeräte (nicht gezeigt) installiert. Aus den Differenzdruck-Messwerten kann auf den Verschmutzungsgrad geschlossen und bei starkem Anstieg können Maßnahmen zum Tausch der Filterelemente 38 geplant werden. Zur Messung der Lufttemperatur und der relativen Feuchte vor und nach dem Hybridwärmeübertrager 34 sind ebenfalls entsprechende Messgeräte (nicht gezeigt) installiert. Sinkt die Lufttemperatur vor der Gasturbine unter 5 0C, geht die Befeuchtung der Verbrennungsluft außer Betrieb, oberhalb von ca. 7,5 0C wieder in Betrieb.
Die Vorrichtung 20 konditioniert nun großtechnisch Verbrennungsluft für eine Gasturbine, wobei die Luft durch den Regenabweiser und das Vogelschutzgitter 35 tritt und über die erste Filterreihe 31 gereinigt wird. Danach durchströmt sie den Hybridwärmeübertrager 34, der der Luft mittels des Kühlkreislaufs 37 Wärme zuführt oder diese über das Benetzungswasser anfeuchtet und zusätzlich oder zeitversetzt kühlt. Die so konditionierte Verbrennungsluft wird nochmals in den zwei aufeinander folgenden Filterreihen 32, 33 gereinigt und auf geeignete Weise der Gasturbine zugeführt.
Der Behälter 21 der Vorrichtung 20 ist so ausgelegt, dass bis zu 9 Vorrichtungen 20 sowohl beim Transport per Schiff als auch im Lager im Hafen oder am Aufstellungsort übereinander stapelbar sind. Der Transport kann dabei mit genormten Transportmitteln ohne zusätzliche Verpackung auch nach Übersee preiswert erfolgen. Dass der Behälter 21 selbsttragend und stapelbar ist, kann entweder dadurch erreicht werden, dass der Behälter selbst so ausgebildet wird, wozu auch noch besondere Versteifungselemente vorgesehen werden können. Beispiels-
weise bieten sich hier dreieckige Versteifungsbleche an, die fast rechtwinklig sind und jeweils eine Kathete aufweisen, die sich parallel der Behälterseiten 23, 25 erstreckt und mit einer Behälterseite verbunden ist. Die wesentlich kürzere Kathete ist mit der langen Kathete des nächsten Versteifungselements verbunden, so dass sich eine rahmenförmige Versteifung ergibt, die sehr einfach herstellbar ist. Alternativ kann es sich auch um rechtwinklige Dreiecke handeln, wobei die Katheten zweier Dreiecke sich jeweils überlappen. Alternativ kann der Behälter 21 seine Steifigkeit auch erst dadurch erreichen, dass die Halteeinrichtungen 39 für die Filterelemente 38, ggf. im Zusammenspiel mit den Filterelementen 38, diesen zusätzlich versteifen. Für die Montage der Vorrichtungen 20 wird die Anzahl notwendiger Kranhübe von vier auf zwei reduziert, wobei die Vorrichtungen 20 selbst tragend ausgebildet sind und daher nicht wie die Hybridkühler bisher eine Spezial-Traverse zum eigenen Anheben erfordern. Im Resultat ergeben sich eine Reduzierung der äußeren Abmessungen des Filterbehälters 21 in der Tiefe mit ca. 2,4 m und eine Reduzierung der Masse bei einem 4O'-Behälter mit ca. 8,2 t auf jeweils etwa die Hälfte gegenüber einer getrennten Lösung, wie sie bisher bekannt ist. Darüber hinaus werden solche Filterbehälter 21 auf diese Art standardisierbar. Die Fertigung kann industriell erfolgen. Die Lieferzeiten verkürzen sich. Die Kosten verringern sich. Die Vorrichtungen 20 haben stets identische Abmessungen und ein einheitliches ansprechendes Äußeres. Sie können in verschiedenen Platz sparenden Konstellationen angeordnet werden. Bei Bedarf können einzelne Vorrichtungen 20 auch schnell gegen neue ausgetauscht werden, so dass keine langen Stillstandszeiten entstehen.
Um den Platzbedarf in der Vertikalern beim Transport der Vorrichtung 20 weiter zu verringern kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass im Boden 24 des Behälters 21 ein Goosenecktunnel (nicht gezeigt) angeordnet ist. Der Behälter 21 liegt als Container mit dem Goosenecktunnel auf dem LKW auf und steht damit tiefer. Der Hybridwärmeübertrager 34 steht dann in der Mitte auf dem Goosenecktunnel, der etwa 3,15 m der Containerlänge und ca. 1,05 m der Breite einnimmt und eine Höhe von beispielsweise 17 cm aufweist. Es können wegen der beengten Platzverhältnisse durch den Goosenecktunnel ggf. auch 2 Wannen (nicht gezeigt) vor und hinter dem Hybridwärmeübertrager 34 angeordnet werden, anstatt einer Wanne 36. Die beiden Wannen werden vor und hinter dem Goosenecktunnel in die Querprofile eingelassen und kommunizieren über Querverbindungen. Die Süffelpumpe 41 sitzt in einer der Wannen oder der Querverbindung zwischen ihnen. Beide Wannen und das Auflager des Kühlers in der Mitte bilden eine wasserdichte Einheit aus gekantetem dünnem (Edelstahl-)Blech, die in die Containerquerträger (aus Stahl) eingelegt ist, und damit nicht mehr tragend und preiswerter ist. Anhand der Fig. 5 bis 10 werden nun verschiedene Aspekte im Hinblick auf das erfindungsgemäße System aus erfindungsgemäßen Vorrichtungen 20 erläutert, dabei zeigen die Fig. 5 bis 9 rein schematisch jeweils in einer besonderen Anordnung aufgestellte Vorrichtungen, und zwar in einer Draufsicht (mit „a" bezeichnet) und einer Seitenansicht (mit „b" bezeichnet). Die Pfei-
Ie verdeutlichen wiederum die Luftströmung. In allen Figuren sind gleiche oder ähnliche Elemente mit denselben oder ähnlichen Bezugszeichen versehen und auf ihre Funktion und ihr Zusammenwirken wird nicht noch einmal näher eingegangen.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 100 ist in Fig. 5a und Fig. 5b rein schematisch als eine Anordnung von drei Stapeln 101, 102, 103 aufgezeigt, wobei die Stapel 101 , 102, 103 jeweils drei Vorrichtungen 20 umfassen. Diese Stapel 101, 102, 103 sind hufeinsenförmig um eine Wand 104 angeordnet, die eine Durchtrittsöffnung 105 für die konditionierte Verbrennungsluft zu einer Gasturbine (nicht gezeigt) aufweist. Damit die Anströmstrecke zu der Durchtrittsöffnung 105 von allen Vorrichtungen 20 im Wesentlichen gleich ist, ist weiterhin ein Ansaugstutzen 106 für die Verbrennungsluft vorgesehen, dessen eine Öffnung 107 abgedichtet in der Durchtrittsöffnung 105 mündet und dessen andere Öffnung 108 sich etwa in der Mitte des von dem Hufeisen umschlossenen Raumes befindet, wie der eingezeichnete Kreis andeutet. Zusätzlich ist der Ansaugstutzen 106 auf Höhe der mittleren Ebene der Vorrichtungen 20 angeordnet, wie sich aus Fig. 5b ergibt. Der Raum zwischen den Vorrichtungen 20 ist nach oben hin von einem Blech oder dgl. (nicht gezeigt) und nach unten hin vom Boden 109 luftdicht begrenzt. Zu erkennen ist im Übrigen, dass die Vorrichtungen 20 mit ihren Vorräumen 29 übereinander liegend und gleichsinnig angeordnet sind. Mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen 20 weist dieses System 100 eine Stellfläche von ca. 250 m2 und eine seitliche perspektivische Ausdehungsfläche von ca. 116 m2 auf.
Die Luftdichtheit der Vorrichtungen 20 untereinander ist leicht herstellbar beispielsweise durch Zwischenlage eines Dichtstreifens (nicht gezeigt) beim Übereinanderstapeln. Ein solcher Dichtstreifen sorgt auch für die Luftdichtheit zum Boden 109 und der Wand 104 hin sowie zu dem Deckelblech. Die einzelnen Vorrichtungen 20 können untereinander und gegenüber der Umgebung mittels Spanngurten verzurrt sein. Individuell anzupassen ist in Abhängigkeit von der Aufstellungsanordnung lediglich der Luftkanal an der Rückseite der Vorrichtungen 20 bis zum Ansaugstutzen 106 der Gasturbine. Die Vorrichtungen 20 sind komplett vormontiert und können nach wenigen Handgriffen zur Verbindung untereinander in Betrieb genommen werden. Weder Leitern noch Bedienbühnen sind vor Ort nachzurüsten.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 110 ist in Fig. 6a und Fig. 6b rein schematisch als eine erste schildförmige Anordnung von drei Stapeln 101, 102, 103 aufgezeigt, wobei die Stapel 101, 102, 103 wiederum jeweils drei Vorrichtungen 20 umfassen. In diesem Fall umschließt die Anordnung einen im Wesentlichen halbkreisförmigen Raum, so dass der Ansaugstutzen 106 mit der Durchtrittsöffnung 105 der Wand 104 abschließen kann. Mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen 20 weist dieses System 1 10 eine Stellfläche von ca. 375 m2 und eine seitliche perspektivische Ausdehungsfläche von ca. 107 m2 auf. Eine dritte bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 120 ist in Fig. 7a und Fig. 7b rein schematisch als eine zweite schildförmige Anordnung von drei Stapeln 101, 102,
103 aufgezeigt, wobei die Stapel 101, 102, 103 wiederum jeweils drei Vorrichtungen 20 umfassen. In diesem Fall umschließt die Anordnung ebenfalls einen im Wesentlichen halbkreisförmigen Raum, wobei der mittlere Stapel 103 allerdings nach innen versetzt angeordnet ist. Mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen 20 weist dieses System 120 daher eine Stellfläche von ca. 293 m2 und eine seitliche perspektivische Ausdehungsfläche von ca. 98 m2 auf. Eine vierte bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 130 ist in Fig. 8a und Fig. 8b rein schematisch als keilförmige Anordnung von zwei Stapeln 101 ', 103' aufgezeigt, wobei die Stapel 101 ', 103 ' jeweils vier Vorrichtungen 20 umfassen, um den fehlenden mittleren Stapel etwa zu kompensieren. In diesem Fall umschließt die Anordnung ebenfalls einen im Wesentlichen halbkreisförmigen Raum. Mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen 20 weist dieses System 130 eine Stellfläche von ca. 214 m2 und eine seitliche perspektivische Ausdehungsfläche von ca. 82 m2 auf.
Schließlich ist eine fünfte bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 140 in Fig. 9a und Fig. 9b rein schematisch als trichterförmige Anordnung mit einem Stapel 102" aufgezeigt, wobei der Stapel 102" acht Vorrichtungen 20 umfasst, um die fehlenden seitlichen Stapel fast zu kompensieren. Zusätzlich sind vier Trichterflächen 141, 142 vorgesehen, die aus einem dünnen Blech mit Versteifungsrippen gebildet sind und sich abdichtend von der vorderen Öffnung 108 des Ansaugstutzens 106 zu den Seitenflächen des Stapels 102" erstrecken, wobei aber die Vorräume 29 nicht mit von dem sich ausbildenden Trichter 143 eingeschlossen werden. In diesem Fall umschließt die Anordnung ebenfalls einen im Wesentlichen halbkreisförmigen Raum. Mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen 20 weist dieses System 140 eine Stellfläche von ca. 96 m2 und eine seitliche perspektivische Ausdehungsfläche von ca. 164 m2 auf.
Bei etwa gleichen Strömungsverhältnissen können mit diesen unterschiedlichen Systemen 100, 110, 120, 130, 140 somit Anlagen zur Verbrennungsluftkonditionierung bereitgestellt werden, die an unterschiedliche Platzverhältnisse am Aufstellungsort besonders angepasst sind. Hierbei sind natürlich noch zahlreiche weitere Varianten möglich.
In einer alternativen Ausgestaltung könnte bei der Vorrichtung 20 anstelle einer der Filterreihen 31 , 32, 33, bevorzugt anstelle der dritten Filterreihe 33, eine Ventilatorenwand aus vielen kleineren einzelnen Ventilatoren (nicht gezeigt) vorgesehen werden, die dann beispielsweise in den Filterelementaufnahmen 39 angeordnet sind. Durch die Ventilatoren kann die Verbrennungsluft zusätzlich komprimiert werden, so dass auch eine Druckerhöhung stattfindet. Bei dieser Ausgestaltung könnte auch grundsätzlich auf Filterreihen 31, 32, 33 verzichtet werden, wobei man bevorzugt zumindest die erste Filterreihe 31 als Vorfilter beibehalten wird. Die so entstehende Vorrichtung kann auch anstatt als Verbrennungsluftkonditionierer gezielt als Kon- ditionierer für das Wärmeträgermedium des Hybridwärmeübertragers 34 eingesetzt werden. Eine oder bevorzugt mehrere solcher Vorrichtungen mit solchen Ventilatoren im Stapel zu ei-
nem System angeordnet ähnlich wie in den Abbildungen 5 bis 9 dargestellt würden somit eine sehr wirkungsvolle Kühlanlage bzw. einen Kühlturm für das Wärmeträgermedium bilden können.
Die Systeme 100, 1 10, 120, 130, 140 können weiterhin vorteilhaft mit Luftleiteinrichtungen 150, 151 versehen werden, die wie in Fig. 10 rein schematisch dargestellt ist. Zu erkennen ist, dass die Vorrichtungen 20 in Luftströmungsrichtung nachgelagerte Luftleiteinrichtungen 150, 151 aufweisen. Diese Luftleiteinrichtungen 150, 151 sind ebenfalls als 40'-Container ausgebildet und weisen eine rahmenartige Struktur mit umlaufenden Flanschen 152 auf, wobei nur dort Wände 153 vorgesehen sind, wo keine Luft ein- oder austreten soll. Über die fehlenden Wände sind Öffnungen 154 gebildet, über die die Luftleiteinrichtungen 150, 151 untereinander in Verbindung stehen. Bei den abschließenden Luftleiteinrichtungen 151 sind ein oder mehrere Luftaustrittsöffnungen 155 vorgesehen, durch die die Luft (angedeutet durch die Pfeile) einer Gasturbine (nicht gezeigt) zugeführt wird. Zusätzlich können im Inneren der Luftleiteinrichtungen 150, 151 Mittel (nicht gezeigt) zur Glättung der Luftströmung vorgesehen sein, damit sich beispielsweise in Eckbereichen keine Luftstauung ergeben kann. Diese Mittel können beispielsweise durch gebogene Bleche realisiert werden. Die Luftleiteinrichtungen 150, 151 sind aufgrund ihres Containerbehälters ebenfalls selbsttragend und stapelbar ausgebildet. Durch die umlaufenden Flansche 152, die im übrigen auch an den Vorrichtungen 20 vorgesehen sein können, sind die Luftleiteinrichtungen 150, 151 besonders einfach untereinander, mit den Vorrichtungen 20 und mit weiteren Einrichtungen, wie Kanälen und Wetterhutzen, koppelbar, wobei wiederum Abdichtungsmittel zwischengeordnet werden können. Zusätzlich können in einer oder mehreren Luftleiteinrichtungen 150, 151 Schalldämpfer in der Luftführung vorgesehen sein, wobei diese Schalldämpfer vorteilhaft auch direkt in oder an der Vorrichtung 20 vorgesehen werden können.
In den Fig. I Ia bis 11g, 12a bis 12e, 13a bis 13d und 14a bis 14d sind vier verschiedene bevorzugte Ausgestaltungen von Luftkonditioniereinrichtungen 200, 220, 240, 260 rein schematisch in verschiedenen Betriebsmodi dargestellt, die alle vorteilhaft in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 20 eingesetzt werden können. In diesen Figuren werden jeweils die selben Elemente mit den selben Bezugszeichen bezeichnet und es wird deren Funktion nachfolgend einheitlich erläutert.
Die Luftkonditioniereinrichtung 200, 200' gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 1 Ia bis 1 Ie weist einen Hybridkühler 201 und einen Wärmeübertrager 202 auf, wobei durch den Hybridkühler 201 ein Luftstrom 203 geleitet wird, der konditioniert werden soll. Dazu ist der Wärmeübertrager 202 mit einem Primärmedienkreislauf 204 verbunden und der Sekundärmedienkreislauf 205 zirkuliert zwischen Hybridkühler 201 und Wärmeübertrager 202. Schließlich ist noch ein Benetzungsmittelkreislauf 206 beim Hybridkühler 201 vorgesehen, wobei der Sekundärmedienkreislauf 205 über die Pumpe 207 und der Benetzungsmedienkreis-
lauf 206 über die Pumpe 208 betreibbar sind. Der Luftstrom 203 kann somit sowohl über den
Sekundärmedienkreislauf 205 einer Trockenkühlung/Trockenvorwärmung als auch über den Benetzungsmedienkreislauf 206 einer Nasskühlung unterzogen werden.
In dem ersten Betriebsmodus nach Fig. I Ia wird die Luftkonditioniereinrichtung 200 im hybriden Kühlbetrieb (kombinierte Nass- und Trockenkühlung) im Gegenstrom zwischen Sekundärmedienkreislauf 205 und Luftströmung 203 gefahren.
In dem zweiten Betriebsmodus nach Fig. I Ib wird die Luftkonditioniereinrichtung 200 im hybriden Kühlbetrieb (kombinierte Nass- und Trockenkühlung) im Gleichstrom zwischen Sekundärmedienkreislauf 205 und Luftströmung 203 gefahren. Hierzu ist die Pumpe 207 des Sekundärmittelkreislaufs 205 in Bezug auf den Hybridkühler 201 gegenläufig angeordnet. In dem dritte Betriebsmodus nach Fig. 11c wird die Luftkonditioniereinrichtung 200 im trockenen Kühlbetrieb (ausschließlich Trockenkühlung ohne Nasskühlung) im Gegenstrom zwischen Sekundärmedienkreislauf 205 und Luftströmung 203 gefahren. Dazu ist die Pumpe 208 des Benetzungsmedienkreislaufs 206 außer Betrieb.
In dem vierten Betriebsmodus nach Fig. Hd wird die Luftkonditioniereinrichtung 200 im Be- netzungsbetrieb (ausschließliche Nasskühlung) gefahren. Dazu ist die Pumpe 207 des Sekun- därmedienkreislaufs außer Betrieb und auch der Primärkreislauf des Wärmeübertragers 202 ist nicht in Betrieb.
In dem fünften Betriebsmodus nach Fig. He wird die Luftkonditioniereinrichtung 200' wie im zweiten Betriebsmodus nach Fig. I Ib im hybriden Kühlbetrieb im Gleichstrom zwischen Sekundärmedienkreislauf 205 und Luftströmung 203 gefahren. Zusätzlich ist ein unabhängiger Rekuperationskreislauf 209 vorgesehen, der mittels der Pumpe 210 betrieben wird. Dadurch wird die Leistung weiter erhöht. Hier sind also die Rohrreihen des Rekeperationsmedienkreis- laufs 209 getrennt von den übrigen Rohrreihen des Hybridkühlers 201 ausgeführt. In dem sechsten Betriebsmodus nach Fig. Hf wird die Luftkonditioniereinrichtung 200" wie im zweiten Betriebsmodus nach Fig. I Ib im hybriden Kühlbetrieb im Gleichstrom zwischen Sekundärmedienkreislauf 205 und Luftströmung 203 gefahren. Zusätzlich ist vorgesehen, dass das Benetzungsmittel aus dem Benetzungsmittelkreislauf 206 bevor es zur Benetzung verwendet wird über die Rohrreihen 21 1 geführt wird, die getrennt sind von den übrigen Rohrreihen des Sekundärmedienkreislaufs 205.
In dem siebenten Betriebsmodus nach Fig. 1 1g wird die Luftkonditioniereinrichtung 200' " wie im zweiten Betriebsmodus nach Fig. I Ib im hybriden Kühlbetrieb im Gleichstrom zwischen Sekundärmedienkreislauf 205 und Luftströmung 203 gefahren. Zusätzlich ist vorgesehen, dass das Benetzungsmittel aus dem Benetzungsmittelkreislauf 206 bevor es zur Benetzung verwendet wird durch einen weiteren Wärmeübertrager 212 geführt wird und dort seine Wärme an das Sekundärmedium des Sekundärmedienkreislaufs 205 im Gegenstrom abgibt.
Die Luftkonditioniereinrichtung 220, 220' gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 12a bis 12e weist zusätzlich ein Dreiwegeventil 221 auf, das im Sekundärmedien- kreislauf 205 einen Bypass für eine Bypassströmung 222 bereitstellt.
In dem ersten Betriebsmodus nach Fig. 12a wird die Luftkonditioniereinrichtung 220 im hybriden Kühlbetrieb im Gegenstrom zwischen Sekundärmedienkreislauf 205 und Luftströmung 203 gefahren. Zusätzlich wird ausgekühltes Sekundärmedium 222 dem Hybridkühler 201 über den Bypass zur inneren Rekuperation zugeführt.
In dem zweiten Betriebsmodus nach Fig. 12b wird die Luftkonditioniereinrichtung 220 im hybriden Kühlbetrieb im Gleichstrom zwischen Sekundärmedienkreislauf 205 und Luftströmung 203 gefahren. Zusätzlich wird ausgekühltes Sekundärmedium 222 dem Hybridkühler 201 über den Bypass zur inneren Rekuperation zugeführt.
In dem dritten Betriebsmodus nach Fig. 12c wird die Luftkonditioniereinrichtung 220 im Be- netzungsbetrieb gefahren. Zusätzlich wird Sekundärmedium 222 in dem Hybridkühler 201 über den Bypass im Gegenstrom zur Luftströmung 203 zur inneren Rekuperation zirkuliert. Bei Fig. 12c und auch im Folgenden sind Leitungen ohne Strömung in dem jeweiligen Betriebsmodus strichliert dargestellt.
In dem vierten Betriebsmodus nach Fig. 12d wird die Luftkonditioniereinrichtung 220 im Be- netzungsbetrieb gefahren. Zusätzlich wird Sekundärmedium 222 in dem Hybridkühler 201 über den Bypass im Gleichstrom zur Luftströmung 203 zur inneren Rekuperation zirkuliert. In dem fünften Betriebsmodus nach Fig. 12e wird die Luftkonditioniereinrichtung 220' wie im zweiten Betriebsmodus nach Fig. 12b im hybriden Kühlbetrieb im Gleichstrom zwischen Sekundärmedienkreislauf 205 und Luftströmung 203 gefahren. Zusätzlich wird ausgekühltes Sekundärmedium 222 dem Hybridkühler 201 über den Bypass zur inneren Rekuperation zugeführt, wobei das ausgekühlte Sekundärmedium über zwei Rohrreihen 223 in der Luftkonditioniereinrichtung separat geführt wird und dann mit dem eigentlichen Sekundärmedienkreislauf 205 vermischt wird. Dadurch wird die Leistung zusätzlich erhöht. Hier sind also die Rohrreihen 223 des Rekuperationsmedienkreislaufs nicht getrennt von den anderen Rohrreihen des Hybridkühlers 201 ausgeführt.
Die Luftkonditioniereinrichtung 240 gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 13a bis 13d weist zusätzlich ein weiteres Dreiwegeventil 241 auf, das im Sekundärmedienkreislauf 205 einen weiteren Bypass bereitstellt. Zusätzlich ist die Pumpe 207 des Sekun- därmedienkreislaufs zwischen Wärmeübertrager 202 und Dreiwegeventil 221 angeordnet. In dem ersten Betriebsmodus nach Fig. 13a wird die Luftkonditioniereinrichtung 240 im trockenen Kühlbetrieb im Gegenstrom zwischen Sekundärmedienkreislauf 205 und Luftströmung 203 gefahren. Dazu sind die beiden Dreiwegeventile 221 , 241 auf Durchfluss geschaltet. In dem zweiten Betriebsmodus nach Fig. 13b wird die Luftkonditioniereinrichtung 240 im hybriden Kühlbetrieb im Gleichstrom zwischen Sekundärmedienkreislauf 205 und Luftströmung
203 gefahren. Dazu wirken die beiden Dreiwegeventile 221, 241 als Umschalter für den Se- kundärmedienkreislauf.
In dem dritten Betriebsmodus nach Fig. 13c wird die Luftkonditioniereinrichtung 240 im Be- netzungsbetrieb gefahren. Zusätzlich wird Sekundärmedium 205 im Gegenstrom zur Luftströmung 203 in dem Hybridkühler 201 über den Wärmeübertrager 202 zur inneren Rekuperation zirkuliert, wobei der Primärmedienkreislauf des Wärmeübertragers 202 außer Betrieb ist. In dem vierten Betriebsmodus nach Fig. 13d wird die Luftkonditioniereinrichtung 240 im Be- netzungsbetrieb gefahren. Zusätzlich wird Sekundärmedium mittels der als Umschalter wirkenden Dreiwegeventile 221, 241 im Gleichstrom zur Luftströmung 203 in dem Hybridkühler 201 über den Wärmeübertrager 202 zur inneren Rekuperation zirkuliert, wobei der Primärmedienkreislauf außer Betrieb ist.
Die Luftkonditioniereinrichtung 260 gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 14a bis 14d weist zusätzlich ein drittes Dreiwegeventil 261 auf, das im Sekundärmedien- kreislauf 205 einen weiteren Bypass bereitstellt. Die Pumpe 207 des Sekundärmedienkreislaufs zwischen Wärmeübertrager 202 und Dreiwegeventil 221 angeordnet und der über das dritte Dreiwegeventil 261 bereitgestellte Bypass weist einen Anschluss zwischen Pumpe 207 und Wärmeübertrager 202 auf.
In dem ersten Betriebsmodus nach Fig. 14a wird die Luftkonditioniereinrichtung 260 im hybriden Kühlbetrieb im Gegenstrom zwischen Sekundärmedienkreislauf 205 und Luftströmung 203 gefahren. Dazu sind die beiden Dreiwegeventile 221 , 241 auf Durchfluss geschaltet. Zusätzlich wird Sekundärmedium 262 in dem Hybridkühler 201 über den bereitgestellten Bypass zur inneren Rekuperation zirkuliert.
In dem zweiten Betriebsmodus nach Fig. 14b wird die Luftkonditioniereinrichtung 260 im hybriden Kühlbetrieb mittels der als Umschalter wirkenden Dreiwegeventile 221, 241 im Gleichstrom zwischen Sekundärmedienkreislauf 205 und Luftströmung 203 gefahren. Zusätzlich wird Sekundärmedium 262 in dem Hybridkühler 201 über den mittels des dritten Dreiwegeventils 261 bereitgestellten Bypass zur inneren Rekuperation zirkuliert.
In dem dritten Betriebsmodus nach Fig. 14c wird die Luftkonditioniereinrichtung 260 im Be- netzungsbetrieb gefahren. Zusätzlich wird Sekundärmedium 262 im Gegenstrom zur Luftströmung 203 in dem Hybridkühler 201 über den mittels des dritten Dreiwegeventils 261 bereitgestellten Bypass zur inneren Rekuperation zirkuliert.
In dem vierten Betriebsmodus nach Fig. 14d wird die Luftkonditioniereinrichtung 260 im Be- netzungsbetrieb gefahren. Zusätzlich wird Sekundärmedium 262 mittels der als Umschalter wirkenden Dreiwegeventile 221, 241 im Gleichstrom zur Luftströmung 203 in dem Hybridkühler 201 über den mittels des dritten Dreiwegeventils 261 bereitgestellten Bypass zur inneren Rekuperation zirkuliert.
Anhand der Fig. 15 und Fig. 16 sollen die thermischen Auswirkungen bei den unterschiedlichen Betriebsmodi hinsichtlich der Anwendung von Gleich- und Gegenstrom verdeutlicht werden.
In Fig. 15 ist der Temperaturverlauf dargestellt, wenn die Luftkonditioniereinrichtung 220 entsprechend Fig. 12d im Gleichstrom betrieben wird. Die Luft des in den Hybridkühler 201 eintretenden Luftstromes 203 weist eine Temperatur von ca. 33,3 0C auf. Das aus dem Hybridkühler 201 austretende Sekundärmedium weist eine Temperatur von ca. 18,4 °C auf. Wenn dieses Sekundärmedium (bspw. Kühlwasser) mittels des Dreiwegeventils 221 wieder dem Hybridkühler 201 zugeführt wird, dann liegt eingangsseitig am Hybridkühler 201 ebenfalls Sekundärmedium mit ca. 18,4 0C an (vgl. untere strichlierte gerade Kurve in Fig. 15). Das im Hybridkühler 201 strömende Sekundärmedium wärmt sich anfangs unter dem Einfluss des gleichströmenden Luftstroms 203 leicht auf, um dann unter dem Einfluss der durch adiabatische Abkühlung mittels der Benetzung 206 wiederum abzukühlen auf 18,4 0C (obere strichlierte gebogene Kurve in Fig. 15). Dadurch kann die Temperatur des Luftstroms von 33,3 0C auf ca. 17,2 0C abgekühlt werden (durchgezogene Linie in Fig. 15). Wenn dagegen keine innere Rekuperation vorgenommen wird, also ein Verfahren nach Fig. 1 Id eingesetzt wird, kann die Temperatur des Luftstroms 203 über die adiabatische Abkühlung im Benetzungsbetrieb nur auf ca. 18,9 0C abgekühlt werden. Mittels der inneren Rekuperation kann bspw. einer Gasturbine eine ca. 1,7 0K kühlere Luft zugeführt werden. Diese Luft ist zwar nahezu gesättigt, jedoch spielt dies bspw. für Gasturbinen keine Rolle.
In Fig. 16 ist der Temperaturverlauf dargestellt, wenn die Luftkonditioniereinrichtung 220 entsprechend Fig. 12c im Gegenstrom betrieben wird. Die Luft des in den Hybridkühler 201 eintretenden Luftstromes 203 weist wiederum eine Temperatur von ca. 33,3 0C auf. Das aus dem Hybridkühler 201 austretende Sekundärmedium weist eine Temperatur von ca. 20,6 0C auf. Wenn dieses Sekundärmedium (bspw. Kühlwasser) mittels des Dreiwegeventils 221 wieder dem Hybridkühler 201 zugeführt wird, dann liegt am eingangsseitig am Hybridkühler ebenfalls Sekundärmedium mit ca. 20,6 0C an (vgl. obere strichlierte gerade Kurve in Fig. 16). Das im Hybridkühler 201 strömende Sekundärmedium kühlt sich anfangs unter dem Einfluss des gegenströmenden Luftstroms 203 leicht ab, um sich dann unter dem Einfluss des einströmenden warmen Luftstroms 203 wieder aufzuwärmen auf ca. 20,6 0C (untere strichlierte gebogene Kurve in Fig. 16). Dadurch kann die Temperatur des Luftstroms von 33,3 0C auf ca. 19,4 0C abgekühlt werden (durchgezogene Linie in Fig. 16). Wenn dagegen keine innere Rekuperation vorgenommen wird, also ein Verfahren nach Fig. 1 Id eingesetzt wird, kann die Temperatur des Luftstroms 203 über die adiabatische Abkühlung im Benetzungsbetrieb auf ca. 18,9 0C abgekühlt werden. Mittels der inneren Rekuperation ist die Temperatur des Luftstroms 203 um ca. 0,5 0K wärmer, aber dadurch auch trockner. Diese Luft 203 kann vorteilhaft für Klimatisierung
und dgl. eingesetzt werden, wenn hohe Luftfeuchten und damit mögliche Schwadenbildung unerwünscht sind.
Als Medium aller Kreisläufe 204, 205, 206, 209 kommt bevorzugt Wasser zum Einsatz, dass ggf. mit Hilfsmitteln, wie Frostschutzmittel, Antikorrosionsmittel und dgl. versehen ist. Es ist ersichtlich, dass die erfindungsgemäße Luftkonditioniereinrichtung 200, 220, 240, 260 in vielfältigster Art und Weise betreibbar ist, wodurch sie optimal an gegebene Anforderungen anpassbar ist.
Auch soll nicht unerwähnt bleiben, dass der Transport des Sekundärmediums 222; 262 auch mittels anderer bereits bekannter Mittel, zum Beispiel mit insbesondere geregelten Strahlpumpen oder gesonderten insbesondere geregelten Beimischpumpen erfolgen kann (beide nicht gesondert dargestellt). Auch können anstelle von Hybridkühlern zum Beispiel auch anderweitig benetzte Wärmeübertrager, auch Rippenrohrwärmeüb ertrager genutzt werden, vor, in oder nach denen beispielsweise mit Düsen oder perforierten/porösen Schläuchen oder Flächen Benet- zungsmedium ausgebracht wird.
Aus den voranstehenden Ausführungen ist deutlich geworden, dass mit der vorliegenden Erfindung Vorrichtungen 20 zur großtechnischen Medienkonditionierung und Verfahren zu deren Betrieb bereit gestellt werden, deren Elemente optimal in einem Block vereinigt sind, der wei- testgehend industriell vorgefertigt und leicht an die verschiedenen Anwendungsfälle und Aufstellungsorte angepasst werden können. Auch wenn die Erfindung im Wesentlichen anhand der Konditionierung von Verbrennungsluft für Gasturbinen beschrieben wurde, ist doch klar, dass sie sich für jede Art von Konditionierung, also auch zur Sekundärmedienkühlung allein vorteilhaft einsetzen lässt.
Bezugszeichenliste
20 - Vorrichtung 32 - Filterreihe 2
21 - Behälter 33 - Filterreihe 3
22 - geschlossene Seitenwand (Dach) 34 - Hybridwärmeübertrager
23 - geschlossene Seitenwand (Stirnseite) 34a - Vorlauf
24 - geschlossene Seitenwand (Fußboden) 34b - Rücklauf
25 - geschlossene Seitenwand (Stirnseite) 35 - Regenabweiser mit Vogelschutzgitter
26 - offene Seitenwand 36 - Wasserauffangwanne
27 - offene Seitenwand 37 - Gitterrost
28 - Strömungskanal 38 - Filterelemente
29 - Vorraum 39 - Halteeinrichtung
30 - Konditionierungsraum 40 - berippte Röhrchen
31 - Filterreihe 1 41 - Süffelpumpe
- Nachspeiseleitung 151 - Luftleiteinrichtung - Leitfähigkeitsmesser 152 - Flansche - Abschlämmventil 153 - Wände - Nachspeiseventil 154 - Öffnungen - Bedientritt 155 - Luftaustrittsöffnungen - Etagensicherungstüren 200 - Luftkonditioniereinrichtung - Steigleiter 200' - Luftkonditioniereinrichtung - Rücklaufsammler 200" - Luftkonditioniereinrichtung - Schaltkasten 200'"- Luftkonditioniereinrichtung - System aus drei Vorrichtungen 201 - Hybridkühler - Stapel aus drei Vorrichtungen 202 - Wärmeüb ertrager - Stapel aus vier Vorrichtungen 203 - Luftstrom - Stapel aus drei Vorrichtungen 204 - Primärmedienkreislauf " - Stapel aus acht Vorrichtungen 205 - Sekundärmedienkreislauf - Stapel aus drei Vorrichtungen 206 - Benetzungsmedienkreislauf ' - Stapel aus vier Vorrichtungen 207 - Medienpumpe - Wand 208 - Medienpumpe - Durchtrittsöffnung 209 - Rekuperationsmedienkreislauf - Ansaugstutzen für die Verbrennungs210 - Medienpumpe luft der Gasturbine 211 - Rohrreihen - Öffnung 212 - Wärmeübertrager - vordere Öffnung 220 - Luftkonditioniereinrichtung - Boden 220' - Luftkonditioniereinrichtung - System 221 - Dreiwegeventil - System 222 - Bypasskreislauf - System 223 - Rohrreihen - System 240 - Luftkonditioniereinrichtung - Trichterfläche 241 - Dreiwegeventil - Trichterfläche 260 - Luftkonditioniereinrichtung - Trichter 261 - Dreiwegeventil - Luftleiteinrichtung 262 - Bypasskreislauf.