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In Wärmekraftwerken ist es notwendig, einen grossen Teil der anfallenden Wärmemenge an die Umgebung abzugeben. Wenn nicht genügend Wasser zur Aufnahme der Prozesswärme zur Verfügung steht, muss eine unmittelbare Abgabe der anfallenden Prozesswärme an Luft erfolgen. Hier gibt es die Nasskühleinrichtung, bei der das zu kühlende Wasser tropfenförmig versprüht wird und unmittelbar mit der aufzuwärmenden Luft in Berührung kommt, und sogenannte trockene Kühleinrichtungen, bei denen das abzukühlende Wasser oder der zu kondensierende Dampf in Wärmetauscherrohren strömt, an denen die aufzuwärmende Luft aussen vorbeigeführt wird.
Die zuletzt beschriebene Kühleinrichtung besitzt dabei den Vorteil, dass das Wasser abgekühlt wird, ohne dass es zur Verdampfung kommt. Man benötigt also kein Zusatzwasser und vermeidet Nebelbildung durch aufsteigenden Wasserdampf.
Der Nachteil einer trockenen Kühleinrichtung besteht im wesentlichen im höheren Aufwand, der vor allem durch den schlechten Wärmeübergang von den Wärmetauscherrohren an Luft und die dadurch notwendige grosse Wärmetauscherfläche bedingt ist. Ein schlechter Wärmeübergang macht die Wahl eines höheren Turbinenabdampfdruckes mit der damit verbundenen geringeren Turbinenleistung erforderlich.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer trockenen Kühleinrichtung durch Verbesserung des Wärmeüberganges von Metall an Luft eine bessere Kühlung bzw. Einsparungen an wärmetauschender Fläche zu erzielen.
Dies wird bei einer Kühleinrichtung zur verdampfungsfreien Abgabe von Prozesswärme an Luft, bei der das zu kühlende Arbeitsmittel (Wasser, Dampf) von dem wärmeaufnehmenden Kühlluftstrom durch Rohre getrennt ist, erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass in Strömungsrichtung der Luft gesehen vor den Rohren oder einem Teil derselben Sprühelektroden zur Erzeugung einen lonenstromes angeordnet sind. Dabei können zweckmässigerweise mit einer elektrischen Spannungsquelle verbundene positive und negative Sprühelektroden den Rohren vorgelagert sein. Vorteilhafterweise können weiters die Rohre die Gegenelektroden zu den netzartig dazwischenliegenden Sprühelektroden bilden.
Eine Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühelektroden hinter Einlassöffnungen eines Kühlturmes angeordnet sind, während sich die Rohre in an sich bekannter Weise im Innern des Kühlturmes befinden.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Sprühelektroden, die sich-in Strömungsrichtung der Luft gesehen-vor einem Teil der Rohre, aber hinter andern Rohren befinden, stift- oder schneidenförmig ausgebildet und so angeordnet sind, dass die scharfkantige Seite jeder Sprühelektrode die-in Strömungsrichtung der Luft gesehen-hintere Seite der Sprühelektrode bildet.
Gemäss einer andern Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Kühlluft in Rohren des Wärmetauschers strömt, die aussen vom zu kühlenden Medium umspült werden, und dass die Sprühelektrode als zentraler, die Rohre durchdringender Draht ausgebildet ist.
Die Fig. 1 und 2 zeigen zwei mögliche Ausführungsformen von trockenen Kühleinrichtungen mit Naturzugkühltürmen --1--, an deren Fuss die wärmetauschenden Rohre--2--angeordnet sind. Diese wärmetauschenden Rohre--2--verlaufen in Fig. l senkrecht und sind am Umfang des Kühlturmes--l-- verteilt, so dass die entsprechend den pfeilen --3-- in den Kühlturm eintretende Luft zunächst an den Rohren --2-- vorbeiströmen muss.
In Fig. 2 liegen die Rohre--2--waagrecht und schliessen den Querschnitt des Kühlturmes--l--ab.
In den Fig. 3a, 3b und 3c sind die Rohre-2-in einem Schnitt quer zur Längsachse als Kreise erkennbar.
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--2-- in Fig. 3c sind--3-- wirken lassen und so durch die Gebläsewirkung eine Beschleunigung des Kühlluftstromes und damit eine Verbesserung des Wärmeüberganges bewirken. Falls die Rohre--2--aus konstruktiven Gründen für die Anbringung von Sprühelektroden --4-- zu eng liegen, kann man sich darauf beschränken, etwa wie in Fig. 3c nach jeder n-ten Rohrreihe Sprühelektroden in das Rohrbündel einzubauen.
Die Sprühelektroden --4-- sind untereinander durch elektrische Leitungen--5--verbunden, können aber sektionsweise zusammengefasst werden, wie in Fig. 3c dargestellt, um z. B. Regelungsvorgänge von Luftströmungen innerhalb des Kühlturmes oder Reparaturen während des Betriebes durch Abschalten einzelner Kühlsektoren zu ermöglichen.
Die Spannungsquelle --6-- ist einerseits an die Sprühelektrode --4--, anderseits an die Rohre-2des Wärmetauschers angeschlossen.
Fig. 4b zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig. 3c. Es besteht der Unterschied, dass Wärmetauscherrohre mit besonders grossen Kühlblechen--7--verwendet werden, wie sie bei Luftkondensationsanlagen heute üblich sind.
Die Spannungsquelle --6-- kann sowohl eine Gleichspannungs- als auch eine Wechselspannungs- oder Impulsspannungsquelle sein. Sie besitzt eine Spannung von mehreren Kilovolt, so dass zwischen den Rohren
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schneidenförmig oder stiftförmig ausgebildet sein können, ein elektrostatisches Feld entsteht. Zwischen den Sprühelektroden --4-- und den als Gegenelektroden dienenden Rohren--2-bzw. Kühlblechen--7-- bildet sich die scharfkantige Seite der stift- oder schneidenförmigen Sprühelektrode --4-- an der in Strömungsrichtung der Luft gesehen hinteren Seite befindet-so gerichtet, dass der Luftstrom durch den lonenstrom unterstützt wird.
Die Ionen werden anfangs vom Luftstrom mitgerissen und gelangen dann unter dem Einfluss der Feldkräfte bis an die Oberfläche der Rohre --2-- bzw. der Kühlbleche--7--, wo sich der Grossteil entladen wird. Dabei unterbrechen sie die unmittelbar an der Oberfläche entstehende Temperatur- und Strömungsgrenzschicht, so dass der Wärmeübergang zwischen der Oberfläche und der vorbeiströmenden Kühlluft wesentlich verbessert wird.
Die dritte Komponente für die Verbesserung des Wärmeüberganges, neben Ionenwind und Grenzschichtbeeinflussung, entsteht durch die Turbulenz der Aussenströmung infolge der sich kreuzenden Stromlinien der Kühlluft (Pfeile 3) und den entlang der elektrischen Feldlinien wandernden Ionen.
Wenn man eine derartige Anordnung von Rohren und vorgelagerten Sprühelektroden bei dem Kühlturm nach Fig. l vorsieht, kann man auch die aussen angeordneten Sprühelektroden --4-- oder andere entsprechend scharfkantige Gebilde auf Erdpotential legen, so dass die nicht zugänglichen, dahinter liegenden wärmetauschenden Rohre--2--auf die Spannung der Spannungsquelle--6--aufgeladen sind. Bei einem Kühlturm nach Fig. 2 ist es auch möglich, weder die Sprühelektroden noch die wärmetauschenden Rohre-2mit Erde zu verbinden.
Eine Ausführungsform der Erfindung mit besonderem Gewicht auf letzterem Effekt ist in Fig. 4a dargestellt. Hier wird den wärmetauschenden Rohren--2-bzw. Kühlrippen-7--eine Turbulenzzone vorgeschaltet, die aus Sprühelektroden--9--und Gegenelektroden--8--besteht.
Diese Lösung würde allerdings auf einen Teil des wärmeübergangsverbessernden Effektes verzichten.
Fig. 3d zeigt schliesslich einen Wärmetauscher, wobei die Luft innerhalb eines Rohres--2--unter Einwirkung des Ionenwindes strömt, wobei sich das an der Aussenseite des Rohres --2-- strömende Medium - -10-- (z. B. Dampf oder Wasser) abkühlt.
Fig. 3e zeigt eine ähnliche Anordnung, bei der die Sprühelektrode --4-- als zentral im Rohr--2-- verlaufender Draht ausgebildet ist.
Zur optimalen Einstellung der Spannung der Spannungsquelle--6-lässt sich auch eine bei Elektrofiltern bekannte Regelung der Spannung verwenden. Hiebei wird die Spannung so lange gesteigert, bis ein Durchbruch zwischen den Elektroden erfolgt. Nach Löschung des Lichtbogens wird, ausgehend von einem etwas niedrigeren Wert der Spannung, wieder die Spannung bis zum nächsten Durchbruch gesteigert. Da sich ein lonenstrom jedoch vor dem Beginn von Sprühentladungen an einer Elektrode einstellt, ist es auch möglich, die Spannung zwischen den Elektroden so zu regeln, dass ein vorgegebener Strom fliesst. Da dieser Strom im elektrostatischen Feld äusserst gering ist, erreicht man bei dieser Anordnung mit einem Minimum an elektrischer Energie eine wesentliche Erhöhung der Wärmetauchfähigkeit bei einer verdampfungsfreien Kühleinrichtung.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kühleinrichtung zur verdampfungsfreien Abgabe von Prozesswärme an Luft, bei der das zu kühlende Arbeitsmittel (Wasser, Dampf) von dem wärmeaufnehmenden Kühlluftstrom durch Rohre getrennt ist, d, a durch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung (3) der Luft gesehen vor den Rohren (2) oder einem Teil derselben Sprühelektroden (4) zur Erzeugung eines lonenstromes angeordnet sind.
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