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Die Erfindung betrifft einen Kühlturm mit leichten gitterförmigen Einbauten.
Die bekannte Wirkungsweise der auf dem Verdampfungsprinzip arbeitenden sogenannten Nasskühltürme besteht im wesentlichen darin, dass das Wasser über eine möglichst grosse Kontaktfläche mit der durch den Turm strömenden Luft in Berührung kommt, wobei der Luftstrom entweder durch natürlichen Zug entsteht oder mit
Ventilatoren erzeugt wird, und als Ergebnis des Wärmeaustausches durch Konvektion und überwiegend durch . Verdampfung, das Wasser abgekühlt wird. Um eine möglichst grosse Kontaktfläche zwischen Wasser und Luft zu erzielen, verwendet man sogenannte Einbauten, auf welchen das Wasser in Filmform fliesst, oder mit Hilfe von
Spritzeinrichtungen zu winzigen Tropfen zerfällt, so dass dann die Tropfenoberflächen den grössten Teil der
Kühlfläche ausmachen.
Je nach der Richtung des Luftstromes zum abrieselnden Wasser kann die Berührung zwischen Wasser und Luft in Gleichstrom, Gegenstrom oder Kreuzstrom, bzw. in einer Kombination dieser erfolgen.
Ein grundsätzliches Problem der Kühlturmkonstruktion ist die richtige Wahl der zur Bildung der genügend grossen Wasserfläche dienenden Einbauten, wobei gute Wärmeübertragung, kleiner Luftwiderstand und geringe
Kosten die wichtigsten Forderungen sind.
Im Anfang wurden ausschliesslich teure Holzeinbauten verwendet, und erst später ist der Einsatz billigerer
Stoffe in den Vordergrund gerückt. Aus Holz liessen sich nur verhältnismässig dicke und in aerodynamischer
Hinsicht ungünstige Gerüste herstellen, die nach einer Zeit doch verfaulten und ausgetauscht werden mussten. Die zum Ersatz der Holzfüllungen angewandten Asbestzementplatten wiesen zwar etwas längere Lebensdauer auf, aber die durch den starren Stoff bedingten erhöhten Plattendicke führten zu schweren und teueren
Konstruktionen, und die hohen Gewichte erforderten entsprechend stärkere Tragwerke.
Der Einsatz von Kunststoffen hat der Herstellung haltbarer und leichter Kühlturmeinbauten den Weg bereitet, doch Kunststoffe sind zur Zeit noch ziemlich kostspielig. In diesem Zusammenhang ist ein Kühlturm bekanntgeworden, dessen Einbauten aus grossflächigen Kunststoff-Folien bestehen, die auf Rahmen aufgespannt bzw. an Stäben aufgehängt und beschwert sind, um ein Flattern der Folien zu verhindern. Die Folien sind an den Stäben der Rahmen stets nur vertikal gehalten und können dadurch weder in der Profilierung noch in ihrer
Anordnung der Richtung der durch den Kühlturm strömenden Kühlluft angepasst werden, soferne diese Richtung nicht genau vertikal ist. Darüber hinaus vermögen diese bekannten Einbauten auch keine schwingenden
Bewegungen auszuführen, denn sie sind fest eingespannt.
Eine Vielzahl übereinander angeordneter Gitter lässt sich aus den eingespannten Folien auch nicht herstellen.
Es gibt nun zweierlei Wege, um die Wirksamkeit von Kühltürmen zu erhöhen, u. zw. die einfache
Vergrösserung der Kühlflächen und die Verbesserung des Wärmeübergangskoeffizienten für den nassen
Wärmeaustausch. Mit Rücksicht auf den hohen Preis der Kunststoffe sieht sich der Konstrukteur gezwungen, die letztgenannte Lösung zu wählen. Leichtwiegende, also billige, aber wirksame Einbauten und Spritzeinrichtungen sollen verwendet werden, welche eine sehr gute Wasserzerstäubung bewirken, so dass die Tropfenoberflächen einen überwiegend hohen Anteil an der Gesamtkühlfläche haben.
Der Wärmeübergangskoeffizient für den nassen Wärmeaustausch-ähnlich wie der des konvektiven Wärmeaustausches-ist um so günstiger, je kürzer die Anströmflächen bei der Berührung zwischen Wasser und
Luft sind. Wenn die aufwärts strömende Luft mit von einer langen, ebenen Fläche herabrieselndem Wasser in
Berührung kommt, dann ergibt sich keine günstige Wärmeübertragung. Der Wärmeaustausch ist mit kürzeren
Anströmflächen am günstigsten, d. h. im Falle, wo die Berührung zwischen kleinen Wassertröpfchen und Luft erfolgt. Wenn einmal die Tropfenerzeugung gelöst ist, so kann man eine erhebliche Kühlflächenvergrösserung erreichen, ohne dass dabei zusätzliche Anlagekosten aufgewandt werden müssen.
Neben dem zufriedenstellenden
Wärmeübergang ist jedoch zu beachten, dass der luftseitige Widerstand der Einbauten nicht ansteigen darf, da sonst entweder die Leistung des Ventilators oder die Höhe des Turmes erhöht werden muss.
Gute Kühleinbauten besorgen ferner eine gleichmässige Verteilung des zu kühlenden Wassers. Die gleichmässige Verteilung ist sowohl im Hinblick auf den Wärmeaustausch wie auch auf die Eisbildung wichtig.
Die Kühlflächen nämlich, die wegen ungleichmässiger Verteilung kein Wasser aufnehmen, beteiligen sich nicht am Wärmeaustauschvorgang, und dadurch vermindert sich der Kühleffekt. An solchen Stellen, wo geringer
Wasserstrom und zugleich starker Luftstrom vorhanden sind, besteht die Gefahr der Eisbildung, weil unter diesen Umständen die Wassertemperatur sich der am feuchten Thermometer gemessenen Lufttemperatur nähern kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Kühlturmeinbauten so auszubilden, dass sie sehr günstigen
Wärmeübertragungskoeffizienten für den nassen Wärmeübergang und zugleich geringen aerodynamischen
Widerstand bieten. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die erwähnten Forderungen erfüllt werden können, wenn die Einbauten derart ausgestaltet sind, dass die Elemente unter dem Einfluss des anfallenden
Wassers in schwingende Bewegung kommen, wodurch die Wasserzerstäubung noch weiter gefördert wird, und ausserdem die Gestaltung der Einbauten der Luftstromrichtung angepasst ist, so dass der aerodynamische Widerstand klein gehalten wird.
Dies wird gemäss der Erfindung bei einem Kühlturm der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass die Elemente der Einbauten in ihrem Querschnitt der Richtung der durch den Kühlturm strömenden Kühlluft entsprechend abgerundet bzw. stromlinienförmig ausgebildet und/oder geneigt angeordnet sind, und dass die Einbauten federn an der Turmkonstruktion befestigt sind.
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Durch die federnde Aufhängung der Elemente wird somit eine erhöhte Wasserzerstäubung erreicht, und die dabei erzeugten Tropfen weisen nur einen geringen Luftwiderstand auf. Die durch den Zerstäubungseffekt der federnden Aufhängung entstehenden Tropfen kleineren Durchmessers führen zur Vergrösserung der effektiven Kühlfläche.
Die erfindungsgemäss ausgebildeten Elemente begünstigen auch die Wasserverteilung. Die schwingende Bewegung der Einbauten verhindert die örtliche Eiszapfenbildung im Winter ; kleine Eiszapfen können nicht anwachsen, weil die Wassermenge durch die schwingende Bewegung von Reihe zu Reihe immer wieder gleichmässig über die Grundfläche verteilt wird.
Es ist vorteilhaft, wenn die Elemente der Richtung der Kühlluft entsprechend bereichsweise teils vertikal teils schräg verlaufend angeordnet sind. Damit ist es möglich, die Kühlturmkonstruktion bedeutend zu vereinfachen. Tragwerke kleinerer Belastungsfähigkeit sind erforderlich, und die Höhe des Turmes kann herabgesetzt werden, weil die Einlagen im unteren Eintrittsquerschnitt angebracht werden können.
Die Wasserzerstäubung wird weiter verbessert, wenn die unteren Kanten der Elemente im wesentlichen schräg verlaufend und zur Tropfenableitung mit konkaven Wölbungen ausgebildet sind.
Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen, mit Bezug auf die Zeichnungen, in näheren Einzelheiten erläutert. Es zeigen Fig. 1 den Querschnitt eines Elementes der erfindungsgemässen Kühlturmes, Fig. 2a und 2b weitere Ausführungsbeispiele dieses Elementes im Querschnitt, Fig. 3 das aus den Einbauten zusammengestellte Gitterwerk im Schnitt, Fig. 4 dasselbe in Aufsicht, die Fig. 5a, 5b, 5c, 5d, 5e einige Beispiele für die federnde Aufhängung der Elemente im Kühlturm, Fig. 6 einen Schnitt durch einen Kühlturm gemäss der
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im Schnitt und Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Kühlturmes im Schnitt.
Das in Fig. 1 gezeigte Element --13-- ist für senkrechte Anströmung ausgebildet und zweckmässigerweise aus Kunststoff hergestellt. Ein ähnliches Element--13--gemäss Fig. 2a ist für eine gekrümmte Luftströmung gedacht, und dementsprechend mit gewölbter Profilierung ausgestaltet. Fig. 2b zeigt die Anordnung des
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verdreht und der Weise angebracht, dass die Tropfen von der unteren gewölbten Kante der oberen Reihe auf die Mittellinie der unten liegenden Einbauten, in die in der Fig. gezeigte Rinne fallen. Die in den Fig. 3 und 4 gezeigten Kunststoff-Einbauten kommen bei senkrechter Luftanströmung in Einsatz.
Für die federnde Aufhängung der Elemente--13--, wodurch ihre schwingende Bewegung ermöglicht ist, werden in den Fig. 5a bis 5e folgende Ausführungsbeispiele dargestellt : Befestigung der Elemente --13-- am Turmmantel mit Blattfedern-17- (Fig. 5a), mit Spiralfedern-18- (Fig. 5b und 5c), mit Hilfe einer elastischen Kunststoffschnur--19-- (Fig. 5d, 5e).
Bei dem in Fig. 6 gezeigten Kühlturm-10-fällt das Wasser aus einem Verteilerkanal --11-- über Spritzteller-12-auf die aus aufgehängten Elementen --13-- bestehenden gitterförmigen Einbauten Hiebei sind drei untereinander angebrachte Elementreihen dargestellt, es ist jedoch möglich, nach Bedarf mehrere Reihen anzuordnen. Das Wasser bewegt sich von oben nach unten, und das abgekühlte Wasser wird in einem Becken --14-- aufgefangen.
Fig. 7 zeigt ein Beispiel für die Anwendung der Elemente in einem Ventilatorkühlturm --10--. Hiebei sind wieder der Wasserverteiler --11--, die Spritzteller--12--, die Elemente--13--, das Wasserbecken --14-- und ein Tropfenabschneider--15--vorgesehen. Man ersieht aus der Zeichnung, dass die Elemente der gitterfärmigen Einbauten --16-- in der Richtung der Luftströmung angebracht sind und wie
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zu bauen, und ausserdem wird dadurch der Luftstrom gleichmässiger.
Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 8 sind die den Luftstrom erzeugenden Ventilatoren in horizontaler Achsenanordnung im Unterteil des Kühlturmes - -10-- angebracht. Mit Rücksicht darauf, dass in diesem Fall die Ventilatoren nicht vom Turmmantel getragen werden-er nimmt nunmehr nur das Gewicht der leichten Kunststoffeinbauten-16-auf.
PATENTANSPRÜCHE :
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Elemente (13) der Einbauten (16) in ihrem Querschnitt der Richtung der durch den Kühlturm (10) strömenden Kühlluft entsprechend abgerundet bzw. stromlinienförmig ausgebildet und/oder geneigt angeordnet sind, und dass die Einbauten federnd an der Turmkonstruktion befestigt sind.
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