zum Betreiben einer Kühlanlage

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Umlaufwasser-Aufbereitungsanlage, eine Kühlanlage, insbesondere Rückkühlanlage, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Kühlanlage, insbe sondere zum Betreiben einer Rückkühlanlage.

Rückkühlanlagen dienen zum Kühlen eines Temperier-Mediums, das über einen Wärmetau scher gekühlt wird, indem ein Luftstrom, dem Wasser zugesetzt ist, auf eine Oberfläche des Wärmetauschers geleitet wird. Mit dem Wasser wird die Oberfläche des Wärmetauschers be netzt, so dass der Oberfläche durch das Wasser Wärme entzogen wird. Ein Teil des Wassers verdunstet und führt zu einem weiteren Kühleffekt. Der andere Teil des Wassers wird ge sammelt und in einem Kreislauf zirkuliert.

Rückkühlanlagen sind seit langem bekannt (z.B. DE 2 322 037 A).

Weitere Rückkühlanlagen gehen bspw. aus der DE 103 16 045 Al bzw. DE 100 19 528 B4 hervor.

Den Rückkühlanlagen liegt das Problem zugrunde, dass das aus dem Luftstrom zugesetzte Wasser am Wärmetauscher erwärmt wird und in intensivem Kontakt mit der Luft steht, so dass sich darin Keime ansammeln und vermehren können. Durch das Verdunsten des Was sers werden auch sonstige Partikel, wie Pollen und Ruß mit dem im Kreislauf verbleibenden Wasser konzentriert. Um darin befindliche Keime, insbesondere Bakterien, abzutöten, wird dem sich im Kreislauf befindlichen Wasser regelmäßig Biozid hinzugesetzt. Die Zugabe von Bioziden führt zu einer Versalzung des Wassers. Das Wasser ist daher regelmäßig auszutau schen. Es hatte einmal einen Unfall gegeben, bei dem mit Legionellen verseuchte Aerosole ausge treten sind und viele Menschen in der Umgebung krank geworden sind. Seit dem achtet man strengstens darauf, dass regelmäßig und ausreichend Biozid hinzugesetzt wird.

Membranfilter, beispielsweise in Form von Flohlfasern sind seit langem bekannt (z.B. EP 0 554 567 Al oder DE 31 49 423 Al).

Weitere Membranfilter gehen beispielsweise aus der DE 102 20 916 Al oder DE 10 2016 108 202 Al hervor.

In der DE 10 2009 040 110 Al ist eine Kondensat-Reinigungsanlage eines Kraftwerkes be schrieben, bei welcher Filterelemente aus keramischen Membranen zum Reinigen des Kon densators eingesetzt werden.

Membrane können jedoch auch für anderen Anwendungen, wie z.B. zum Eintrag von Sauer stoff in Wasser eingesetzt werden (siehe z.B. DE 199 50 457 Al).

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Umlaufwasser-Aufbereitungsan lage für Kühlwerke, eine Kühlanlage mit einer solchen Umlaufwasser-Aufbereitungsanlage sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Kühlanlage zu schaffen, mit welchem das im Kreislauf geführte Wasser mit einem wesentlich geringeren Einsatz an Biozid und mit we sentlich längeren Verweilzeiten als im Vergleich zu herkömmlichen Kühlwerken betrieben werden kann. Somit kann auch mit geringen Mengen an Biozid sicher eine übermäßige Keim belastung, insbesondere Legionellenbelastung, im Wasser verhindert werden.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteil hafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.

Eine erfindungsgemäße Umlaufwasser-Aufbereitungsanlage umfasst ein Umlaufwasser-Re servoir und eine Filtereinrichtung, welche in einem Kreislauf geschaltet sind sowie eine Filtra tionspumpe zum Umwälzen von Rückkühlwasser in dem Kreislauf.

Das Rückkühlwasser wird somit gefiltert, um die Konzentration von Keimen und sonstigen Partikeln zu reduzieren.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass durch das Filtern des Wassers der Bedarf an Bioziden zumindest auf ein Zehntel des üblichen Bedarfes reduziert werden kann. In herkömmlichen Rückkühlanlagen werden pro Tag etwa 5 I Biozid dem Was ser zugesetzt. Alleine in Deutschland gibt es mehr als 100.000 Rückkühlanlagen. Würden all diese Rückkühlanlagen mit einer erfindungsgemäßen Umlaufwasser-Aufbereitungsanlage ausgerüstet werden, dann könnten mehr als 100.000 t Biozid pro Jahr eingespart werden.

Mit der Filtereinrichtung der Umlaufwasser-Aufbereitungsanlage werden die Keime nicht ge tötet. Die Erfinder haben jedoch erkannt, dass die Keime zum Großteil zuverlässig herausge filtert werden können und die Filtereinrichtung, wie es unten näher erläutert wird, in regel mäßigen Abständen gereinigt werden kann, so dass eine mit Keimen und Partikeln kon zentrierte Flüssigkeit umweltgerecht entsorgt werden kann.

Als Filtereinrichtung eignet sich besonders ein Membranfilter, wie er beispielsweise in der DE 102 20 916 Al beschrieben ist. Solche Membranfilter können bei kleinen Filtervolumen eine große Oberfläche aufweisen.

Die Filtereinrichtung weist vorzugsweise einen Filter mit einer Porengrößen von maximal 1 pm, insbesondere maximal 0,5 pm und besonders bevorzugt maximal 0,1 pm auf. Die maxi male Porengröße kann auch 0,05 pm bzw. 0,02 pm oder sogar lediglich 0,01 pm betragen. Bei derart kleinen Poren werden Keime und sonstige Partikel zuverlässig aus dem Wasser ge filtert.

Es kann eine Spüleinrichtung vorgesehen sein, mit welcher Wasser und/oder Luft in Strö mungsrichtung der Filtereinrichtung oder entgegen der Strömungsrichtung der Filtereinrich tung gespült werden kann. Dies dient zum Reinigen der Filtereinrichtung. Das Spülen kann in Strömungsrichtung oder entgegen der Strömungsrichtung erfolgen. Sehr effizient ist ein Spü len entgegen der Strömungsrichtung, ein sogenanntes Rückspülen mit einem Wasser-/Luft- Gemisch. Zusätzlich kann eine Reinigungschemikalie gleichzeitig oder unabhängig vom Spül vorgang zugesetzt werden. Die Reinigungschemikalie kann ein Biozid oder auch ein Oxidati onsmittel, eine Säure oder eine Base sein.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Kühlanlage, insbesondere Rückkühlan lage, vorgesehen, welche einen Wärmetauscher aufweist, dessen Oberfläche mit einem Luft strom, dem Wasser zugesetzt ist, gekühlt wird. Ein Sammelbecken ist zum Sammeln des Wassers und ein Wasserkreislauf zum Rückführen des Wassers in den Luftstrom vorgesehen. Diese Kühlanlage zeichnet sich dadurch aus, dass der Wasserkreislauf mit einer oben erläu terten Umlaufwasser-Aufbereitungsanlage verbunden ist. Mit der Umlauf-Aufbereitungsanlage wird das Wasser gefiltert und von Keimen und Partikeln gereinigt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Kühlan lage vorgesehen, insbesondere einer Rückkühlanlage, bei welchem eine Oberfläche eines Wärmetauschers durch Benetzen mit Wasser gekühlt wird und das Wasser in einem Sammel behälter gesammelt und mit einem Wasserkreislauf zum erneuten Benetzen der Oberfläche des Wärmetauschers zurückgeführt wir. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Wasser mittels eines Filters gereinigt wird. Flierdurch kann der Einsatz von Bioziden im Vergleich zu herkömmlichen Rückkühlanlagen erheblich reduziert werden.

Vorzugsweise wird bei dem Verfahren eine oben erläuterte Rückkühlanlage eingesetzt.

Das Wasser kann mit einem Membranfilter gereinigt werden.

Die Filtereinrichtung kann regelmäßig mit Wasser oder Luft oder einem Wasser-/Luftgemisch gespült werden. Das Spülen kann entgegen zur oder in Strömungsrichtung beim Filterbetrieb ausgeführt wird. Vorzugsweise wird ein sogenanntes Rückspülen durchgeführt, das heißt, dass die Strömungsrichtung entgegen der Richtung beim Filterbetrieb ist. Dies ist insbeson dere mit einem Wasser-Luft-Gemisch bei Membranfiltern wirksam.

Beim Spülen kann eine Reinigungschemikalie zugesetzt werden.

Das Wasser kann in einem Umlauf-Reservoir zwischengespeichert werden und in einem Rei nigungskreislauf, in dem die Filtereinrichtung angeordnet ist, zum Reinigen des Wasser um gewälzt werden. Es wird somit zum Wasserkreislauf der Rückkühlanlage ein zweiter Kreis lauf, der Reinigungskreislauf vorgesehen, in dem das Wasser unabhängig vom Betrieb der Rückkühlanlage zirkuliert werden kann.

Dem Wasser kann als Biozid Chlordioxid mit einer Wirkstoffkonzentration von 3000 ppm oder Natriumhypochlorit mit einer Wirkstoffkonzentration von 1600 ppm in einer Menge von nicht mehr als 0,3 mg/l Wasser und Stunde, insbesondere nicht mehr als 0,2 mg/l Wasser und Stunde bzw. nicht mehr als 0,1 mg/l Wasser und Stunde zugegeben wird.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft näher anhand der Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen zeigen schematisch in:

Fig. 1 einen Reinigungskreislauf in einem Blockschalbild, und Fig. 2 einen Wärmetauscher einer Rückkühlanlage mit einem Wasserkreislauf in einem Blockschaltbild.

Eine erfindungsgemäße Rückkühlanlage 20 weist einen Wärmetauscher 21 mit einem Ein gang 22 zum Zuführen eines Temperier-Mediums und einen Ausgang 23 zum Abführen des Temperier-Mediums auf. Der Wärmetauscher 21 ist mit mehreren Lamellen 24 versehen, die vom Temperier-Medium durchströmt werden.

Eine Gebläseeinrichtung 25 erzeugt einen Luftstrom 26, welcher auf die Lamellen 24 gerich tet ist, um diese zu kühlen. Mit einer Düse 27 wird Kühlwasser in den Luftstrom 26 einge spritzt, das die Lamellen 24 benetzt. Die Lamellen 24 werden von dem Wasser gekühlt. Ein Teil des Wassers verdunstet und erzeugt hierdurch einen zusätzlichen Kühleffekt. Das restli che Wasser tropft ab und wird in einem Sammelbecken 28 gesammelt. Vom Sammelbecken 28 wird das Wasser mittels einer Leitung 29 zu einer Umlaufwasser-Aufbereitungsanlage 30 geleitet, welche in Figur 1 genauer dargestellt ist und unten näher beschrieben wird. In der Umlaufwasser-Aufbereitungsanlage 30 wird das Wasser gereinigt und dann über die Leitung 31 mittels einer Pumpe 32 zur Düse 27 gefördert und erneut dem Luftstrom 26 zugeführt. Hierdurch wird das Wasser in einem Reinigungskreislauf zirkuliert.

Wie es eingangs erläutert ist, ist das im Sammelbecken 28 gesammelte Wasser aufgrund des intensiven Luftkontaktes mit Keimen oder sonstigen Partikeln kontaminiert. Diese kontami nierte Wasser 8 wird einem Umlaufwasser-Reservoir 6 zugeführt und dort zwischengespei chert. Das im Umlaufwasser-Reservoir 6 befindliche Wasser kann, wie es nachfolgend erläu tert wird, gereinigt werden und als gereinigtes Kühlwasser 9 dem Reinigungskreislauf wieder zugeführt werden.

Mit einer Filtrationspumpe 7 kann aus dem Umlaufwasser-Reservoir 6 Wasser abgezogen und einer Filtereinrichtung 2 zugeführt werden. Die Filtereinrichtung 2 ist als Membranfilter ausgebildet. Vorzugsweise werden eine oder mehrere Filterkartuschen mit einer Hohlfaser membrananordnung vorgesehen, wie sie in der DE 102 20 916 Al beschrieben sind.

Das gereinigte Wasser 1 (Permeat) wird über eine Leitung zurück zum Umlaufwasser-Reser voir 6 geführt. Das Wasser des Umlaufwasser-Reservoirs 6 kann mehrfach zirkuliert werden, bevor es dem Wasserkreislauf der Rückkühlanlage 20 wieder zugeführt wird.

An die Filtereinrichtung 2 ist eine Gebläsegasspülung 4 angeschlossen, mit welcher Gas zum Reinigen der Filtereinrichtung zugeführt werden kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Gebläsegasspülung 4 auf der Eingangsseite der Filteranordnung 2 angeordnet, so dass das Reinigungsgas, das in der Regel Luft ist, der Filtereinrichtung auf der selben Seite wie das Wasser (Filtrat) zugeführt wird. Im Rahmen der Erfindung ist es selbstverständlich auch möglich, die Gebläsegasspülung 4 am Ausgang der Filtereinrichtung oder eine zusätzliche Gebläsegasspülung hier vorzusehen.

An der Ausgangsseite der Filtereinrichtung 2 ist eine Wasserrückspüleinrichtung 3 angeord net, welche in der Regel ein Anschluss an eine Frischwasserleitung ist. Mit dem Frischwasser kann die Filtereinrichtung entgegen der Strömungsrichtung beim Filterbetrieb rückgespült werden. An die Wasserrückspüleinrichtung 3 kann eine Chemikaliendosierung 5 gekoppelt sein, mit welcher Reinigungschemikalien dem Frischwasser zum Rückspülen der Filtereinrich tung 2 zugeführt werden kann.

Mit einer solchen Rückkühlanlage wurden folgende Versuche durchgeführt:

Versuch 1

Als Biozid wurde Natriumhypochlorit (Wirkstoffkonzentration im Produkt 1600 ppm entspricht 1600 mg/l) verwendet. Mit einem standardisierten Messverfahren wurde in regelmäßigen Ab ständen ermittelt, ob die vorgeschriebenen Grenzwerte für Legionellen eingehalten werden. Als Filtereinrichtungen wurde jeweils vier C-MEM Kartuschen, erhältlich von SFC der Umwelt- technik GmbH, Salzburg, Österreich, verwendet, welche zusammen eine Filterfläche von ins gesamt 24 qm aufweisen. Die maximale Porengröße betrug 0,02 pm.

Ohne Filtration war eine Dosierung von zumindest 1 mg/l Umlaufwasser und Stunde notwen dig. Das entspricht 0,625 I Biozid pro 1000 I und Stunde bzw. 15 I pro 1000 I Umlaufwasser und Tag.

Mit der Filtration hat eine Dosierung von nicht mehr als 0,1 mg/l Umlaufwasser und Stunde genügt, um auf Dauer die Grenzwerte einzuhalten. Dies entspricht weniger als 10% wie es ohne Filtration notwendig ist bzw. weniger als 1,5 I pro 1000 I und Tag.

Versuch 2

Als Biozid wurde Chlordioxid (Wirkstoffkonzentration im Produkt 3000 ppm entspricht 3000 mg/l) verwendet. Im übrigen wurde der gleiche Versuch wie oben durchgeführt.

Ohne Filtration war eine Dosierung von mehr als 1 mg/l Umlaufwasser und Stunde notwen dig. Dies entspricht 0,333 I Biozid pro 10001 und Stunde bzw. 8 I pro 1000 I Umlaufwasser und Tag. Mit der Filtration genügte eine Dosierung von nicht mehr als 0,1 mg/l Umlaufwasser und Stunde, um die Grenzwerte auf Dauer einzuhalten. Dies entspricht weniger als 10% der ohne Filtration notwendigen Menge bzw. 0,8 I pro 1000 I und Tag.

Durch das Vorsehen des Umlaufwasser-Reservoirs 6 ist der Betrieb des Wasserkreislaufs der Rückkühlanlage 20 vom Filterbetrieb der Umlaufwasser-Aufbereitungsanlage entkoppelt. In beiden Kreisläufen kann unabhängig voneinander Wasser zirkuliert werden. Diese beiden Kreisläufe können gleichzeitig oder auch alternierend betrieben werden.

Im Betrieb ist es oftmals so, dass zunächst der Wasserkreislauf in Betrieb genommen wird.

Ab einer gewissen Betriebsdauer ist davon auszugehen, dass das Wasser eine gewisse Kon tamination aufweist. Dies beruht auf Erfahrungswerten und hängt stark von der Keim- und Partikelbelastung der Umgebungsluft und der Umgebungstemperatur ab. Flierzu gibt es gesi cherte Erfahrungswerte. Spätestens wenn eine vorbestimmte Keim- oder Partikelbelastung vorliegt, wird die Umlaufwasser-Aufbereitungsanlage 30 in Betrieb genommen und Wasser über die Filtereinrichtung 2 zirkuliert und gereinigt. Dieser Reinigungsbetrieb kann fortge setzt werden, selbst wenn die Kühlanlage nicht mehr in Betrieb ist und deren Wasserkreislauf still steht.

Durch diese Entkopplung ist es möglich, selbst bei einer relativ kleinen, kompakten Filterein richtung eine große Menge an Kühlwasser auf Dauer im Wesentlichen kontaminationsfrei zu halten und den Bedarf an Bioziden im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen erheblich zu re duzieren.

Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, anstelle eines Umlaufwasser-Reservoirs 6 zwei Wasser-Reservoire für das an der Umlaufwasser-Aufbereitungsanlage eingehende, kon taminierte Wassser und das von der Ummlaufwasser-Aufbereitungsanlage 30 ausgehende, nicht kontaminierte Wasser vorzusehen. Diese beiden Reservoire können getrennt voneinan der ausgebildet sein. Vorzugsweise sind sie jedoch über eine Leitung miteinander verbun den, in welcher zumindest ein Steuerventil und insbesondere auch eine Förderpumpe ange ordnet sind, so dass auch hier eine mehrfache Rezirkulation des Wassers möglich ist und ge zielt angesteuert werden kann.

Nachfolgend sind Beispiele der Erfindung angegeben:

1. Beispiel: Umlaufwasser-Aufbereitungsanlage von hybriden Rückkühlwerken oder sonsti gen Kühlwerken, dadurch gekennzeichnet,

dass die Umlaufwasser-Aufbereitungsanlage derart ausgebildet ist, dass eine zyklische oder permanente Zirkulation des kontaminierten Rückkühlwassers durch die Umlaufwasser-Aufbe reitungsanlage und damit eine teilweise oder vollständige Entfernung von Mikroorganismen und anderen partikulären Schmutzstoffen aus dem Umlaufwasser erfolgt.

2. Beispiel: Umlaufwasser-Aufbereitungsanlage nach dem 1. Beispiel,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Umlaufwasser-Aufbereitungsanlage derart ausgebildet ist, dass das Reinigen des Umlaufwassers physikalisch durch eine Filtration nach dem Prinzip des Größenausschluss für partikuläre Stoffe > 0,1 pm durchgeführt wird.

3. Beispiel: Umlaufwasser-Aufbereitungsanlage nach dem 1. oder 2. Beispiel,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Filtrationsleistung wahlweise durch eine zyklische Wasserspülung des Filters und/o der wahlweise durch eine zyklische Gasspülung des Filters und/oder wahlweise durch eine zyklische chemische Reinigung des Filters über Einbringung von oxidativen und/oder wahl weise alkalischen und/oder wahlweise sauren Reinigungschemikalien über eine Rückspülung konstant gehalten werden kann.

4. Beispiel: Umlaufwasser-Aufbereitungsanlage nach einem der 1. bis 3. Beispiele, dadurch gekennzeichnet,

dass die Umlaufwasser-Aufbereitungsanlage ein Umlaufwasserreservoir (6) und eine Filter einrichtung (2) aufweist, welche in einem Kreislauf geschaltet sind und einer Filtrations pumpe (7) zum Umwälzen von Rückkühlwasser in dem Kreislauf.

5. Beispiel: Umlaufwasser-Aufbereitungsanlage nach dem 4. Beispiel,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Umlaufwasser-Aufbereitungsanlage weiterhin umfasst

eine Wasserrückspülung (3) für die Filtereinrichtung (2), und/oder

eine Gebläsegasspülung (4) für die Filtereinrichtung (2), und/oder

eine Chemikaliendosierung (5) für eine chemische Reinigung der Filtereinrichtung (2). Bezugszeichenliste

1 Gereinigtes Permeat als Rezirkulat

2 Filtereinrichtung

3 Wasserrückspülung

4 Gebläsegasspülung

5 Chemikaliendosierung für chemische Reinigung

6 Umlaufwasserreservoir

7 Filtrationspumpe

8 Kontaminiertes Kühlwasser

9 Gereinigtes Kühlwasser

10 Nachspeisung Frischwasser

11 Konzentratableitung 20 Rückkühlanlage

21 Wärmetauscher

22 Eingang

23 Ausgang

24 Lamelle

25 Gebläseeinrichtung

26 Luftstrom

27 Düse

28 Sammelbecken

29 Leitung

30 Umlaufwasser-Aufbereitungsanlage

31 Leitung

32 Pumpe