Die Erfindung betrifft eine luftbetriebene Untertagekühleinrichtung mit natürlichem Auftrieb.
Wie bekannt, wird bei der Ausführung moderner technologischer Aufgaben, insbesondere bei der Erzeugung von elektrischer Energie mittels atomkraft- oder feuerungsbetriebener Kraftwerke eine hohe Menge an Wärme frei, die in die Umgebung abgeführt werden muss.
Diese Wärmemenge wird in der Regel durch Erwärmung von stehendem oder fliessendem Gewässer abgeführt, obwohl wegen beschleunigter Erschöpfung der diesbezüglichen Möglichkeiten jüngstens immer mehr eine Rückkühlung des Wassers mittels geeigneter Einrichtungen bevorzugt wird. Die Wasserrückkühlanlagen geben die abzuführende Wassermenge an die Umgebungsluft ab. Zwei Arten von Wasserrückkühl- anlagen sind die sogenannten Nasskühler und Oberflächenkühler. Eine dritte Gruppe bilden die direkten Kühler, welche ohne Wasservermittlung arbeiten, wobei die am technologischen Vorgang teilnehmenden Arbeitsmittel unmittelbar durch Luft gekühlt werden.
Bei Nasskühlanlagen wird im Kraftwerk oder in den technologischen Einrichtungen erwärmtes Kühlwasser unmittelbar mit atmosphärischer Luft in Berührung gebracht, wodurch ein Teil des Kühlwassers verdampft und dadurch abgekühlt wird. Dabei wird die aufgenommene Wärmemenge durch das Wasser zum Teil durch Konvektion und zum überwiegenden Teil durch Verdampfung an die Umgebungsluft abgegeben. Das abgekühlte Wasser kann dann von neuem verwendet werden.
Bei den Oberflächenkühlern gelangt das erwärmte Kühlwasser in keine unmittelbare Berührung mit der Luft. Anstatt dessen fliesst es über einen Kühler oder Wärmetauscher, dessen Oberfläche zur Wärmeübergabe an die Umgebungsluft dient, wobei das Kühlwasser abgekühlt wird und von neuem verwendet werden kann.
Bei direkter Kühlung wird das abzukühlende Arbeitsmittel, z. B. bei Kraftwerken meistens Wasserdampf, ebenfalls einem Kühler oder Wärmetauscher zugeführt, dessen Oberfläche durch die Umgebungsluft beaufschlagt wird.
Bei jeder der oben beschriebenen Kühlungsarten ist die Umwälzung von beträchtlichen Luftmengen unvermeidlich.
Diese Umwälzung wird in zweierlei Weise entweder durch mittels elektrischer Motoren betriebene Ventilatoren oder durch Türme bzw. durch Essen oder Schlote bewirkt, welche die natürliche Auftriebskraft der warmen Luft ausnützen.
Bei grossen zeitgemässen Industrieanlagen, insbesondere bei Atom- und Wärmekraftwerken gewinnen Türme mit natürlichem Auftrieb immer mehr an Bedeutung, weil die ausserordentlich grossen Luftmengen wirtschaftlich nur auf diese Weise umgewälzt werden können. Wie bekannt, sind jüngstens Nasskühltürme von einer Höhe von 100 bis 150 m und von einem Durchmesser von 100 bis 120 m gebaut worden.
Auch Troclierlkühltürme nach System Heller, die mit Kondensation mittels Luft ( Luftkondensation ) in Oberflächenkühlern oder -wärmetauschern arbeiten, sind mit ähnlichen bemessungen gebaut worden.
Es kommt sehr oft vor, dass derartige technologische Anlagen oder ihre Kühleinrichtungen von verschiedenen Erwägungen ausgehend, z. B. wegen Landschaftsschutz oder Kriegsschädenvorbeugung, untertags angebracht werden sollen.
Die Erfindung bezweckt eine vorteilhafte Ausbildung von mtertags angeordneten luftbetriebenen Kühleinrichtungen nit natürlichem Auftrieb, wobei ihre Aufgabe in der wirtschaftlichen Umwälzung von grossen Luftmengen besteht.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass in einem unterirdischen Kanal zwischen zwei Ausmündungen in die Umgebung ein Kühler angeordnet ist, wobei ein Teil des Kanals stromabwärts vom Kühler als ein aufwärtsgerichteter Abführungsschacht ausgebildet ist.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.
Fig. 1 ist dabei ein Querschnitt eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Fig. 2 bis 5 zeigen ähnliche Darstellungen von anderen Ausführungsbeispielen.
In der Zeichnung weisen gleiche Bezugszeichen auf ähnliche Einzelheiten hin.
Ein Zuführungskanal 1 in Form eines aufrechten Schachtes mit einer Lufteintrittsöffnung 2 geht in einen als liegender Verbindungskanal 3 ausgebildeten Kanalabschnitt über, an dessen Ende ein Kühler oder Wärmetauscher 4 angebracht ist. Der Kühler 4 kann ein Oberflächenkühler oder -wärmetauscher sein, der von Wasser oder einem anderen Strömungsmittel durchflossen wird. Es wäre aber auch möglich, einen Nasskühler zu verwenden.
An den Kühler 4 schliesst sich ein Abführungsschacht 5 an, dessen Höhe bzw. Tiefe dem Zugbedürfnis des Kühlers 4 entspricht. Der Abführungsschacht 5 mündet über eine Luftaustrittsöffnung 6 in die Umgebung. Wie ersichtlich, liegt der Kühler 4 zur Gänze innerhalb des Abführungsschachtes 5. Es wäre aber auch möglich, den Kühler 4 zum Teil ausserhalb des Abführungsschachtes 5 zu unterbringen.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Kühleinrichtung arbeitet wie folgt:
Die zur Kühlung erforderliche Luft tritt über die Öffnung 2 in Richtung der Pfeile ein und gelangt in den Zuführungskanal 1. Sie wird durch den Verbindungskanal 3 hindurch dem Kühler 4 zugeführt, wo sie die abzuführende Wärme durch Erwärmung übernimmt und von wo sie selbst erwärmt in den Abführungsschacht 5 entweicht. Da dieser Schacht 5 dem Zugbedarf des Kühlers 4 entsprechend tief ausgebildet ist, entsteht in ihm ein Auftrieb, durch den die im Kühler 4 erwärmte Luft aus dem Schacht 5 über die Luftaustrittsöffnung 6 in Richtung der Pfeile in die Umgebung getrieben wird.
Auf diese Weise entsteht eine kontinuierliche Strömung der Kühlluft, ohne dass hierzu besondere energieverbrauchende Anordnungen erforderlich wären.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterscheidet sich vom vorherigen insofern, dass der Zuführungskanal 1 mit dem waagerechten Verbindungskanal 3 zusammenfällt, d. h.
die frische Luft über einen waagerechten Gang 1, 3 zuströmt. Diese Art der Anordnung kann vorteilhaft auf gebirgigem Gelände zur Anwendung gelangen, wo über die Luft eintrittsöffnung 2 am Bergfuss eine ziemlich kalte Luft zuströmen wird, während die erwärmte Luft über die Luftaustrittsöffnung 6 an einem höher liegenden Abschnitt des Bergprofils entweicht.
Fig. 3 stellt ein Ausführungsbeispiel dar, bei welchem die zur Verfügung stehende Bauhöhe zur Ausbildung des Abführungsschachtes 5 zu gering ist, um die nötige Auftriebskraft zu gewährleisten. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, kann in diesem Fall in vorteilhafter Weise eine zusätzliche Esse 15 verwendet werden, durch die der Abführungsschacht 5 entsprechend verlängert wird.
Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4 zeigt eine vorteilhafte Ausbildung der erfindungsgemässen Kühleinrichtung bei Anwendung von Nasskühlung. Eine Warmwasserleitung 7 führt zu einer Berieselungsanlage 9, die der Benetzungsfläche eines Nasskühlers 10 zugeordnet ist. Unterhalb des Nasskühlers 10 ist ein Kühlmittelsammelbecken 11 angeordnet, aus welchem eine Kaltwasserleitung 8 mit einer Förderpumpe 12 ausgeht.
Das warme Wasser fliesst über die Warmwasserleitung 7 zu und wird durch die Berieselungsanlage 9 mit dem Nass kühler 10 in Berührung gebracht, wobei das herabrieselnde Wasser abgekühlt wird. Das abgekühlte kalte Wasser sammelt sich im Kühimittelsammelbecken 11 an, von wo es mittels der Förderpumpe 12 in die Kaltwasserleitung 8 befördert wird.
Fig. 5 stellt eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung dar, bei welcher die der Kühleinrichtung zugeordnete technologische Einrichtung, z. B. ein Kraftwerk 13 selbst untertags angeordnet ist. Im vorliegenden Fall liegt das Kraftwerk 13 im aus dem Zuführungskanal 1 und dem Verbindungskanal 3 gebildeten Gang 1, 3, wobei Geländeverhältnisse wie beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 vorausgesetzt sind. Der Schornstein 14 des Kraftwerkes 13 reicht durch den Kühler 4 hindurch bis in den Abführungsschacht 5. Es wäre aber auch möglich, den Schornstein 14 in nicht dargestellter Weise unter Umgehung des Kühlers 4 oberhalb desselben in den Abführungsschacht 5 einmünden zu lassen.
Die Zuführung, Abkühlung und Abführung der Luft erfolgt wie beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2. Die Verbrennungs- bzw. Abfallprodukte wie radioaktive Gase oder dergleichen des Kraftwerkes 13 werden über den Schornstein 14 unmittelbar dem Abführungsschacht 5 zugeführt, von wo sie in die Umgebung entweichen.
The invention relates to an air-operated underground cooling device with natural buoyancy.
As is known, when carrying out modern technological tasks, in particular when generating electrical energy by means of nuclear or furnace-operated power plants, a large amount of heat is released which has to be dissipated into the environment.
This amount of heat is usually dissipated by heating stagnant or flowing water, although recooling of the water by means of suitable devices has recently become more and more preferred due to the accelerated exhaustion of the possibilities in this regard. The water recooling systems release the amount of water to be discharged into the ambient air. Two types of water recooling systems are the so-called wet coolers and surface coolers. A third group is made up of direct coolers, which work without the use of water, whereby the working materials involved in the technological process are cooled directly by air.
In wet cooling systems, heated cooling water is brought into direct contact with atmospheric air in the power plant or in the technological facilities, whereby part of the cooling water is evaporated and thereby cooled. The amount of heat absorbed by the water is released into the ambient air partly by convection and mainly by evaporation. The cooled water can then be used again.
With the surface coolers, the heated cooling water does not come into direct contact with the air. Instead, it flows through a cooler or heat exchanger, the surface of which is used to transfer heat to the ambient air, whereby the cooling water is cooled and can be used again.
With direct cooling, the working fluid to be cooled, e.g. B. in power plants mostly water vapor, also fed to a cooler or heat exchanger, the surface of which is acted upon by the ambient air.
With any of the types of cooling described above, the circulation of considerable amounts of air is inevitable.
This circulation is caused in two ways, either by fans driven by electric motors or by towers or by food or chimneys, which use the natural buoyancy of the warm air.
In large contemporary industrial plants, especially in nuclear and thermal power plants, towers with natural buoyancy are becoming more and more important because the extraordinarily large amounts of air can only be circulated economically in this way. As is known, wet cooling towers with a height of 100 to 150 m and a diameter of 100 to 120 m have recently been built.
Drying cooling towers based on the Heller system, which work with condensation by means of air (air condensation) in surface coolers or heat exchangers, have also been built with similar dimensions.
It very often happens that such technological systems or their cooling devices are based on various considerations, e.g. B. because of landscape protection or war damage prevention, should be attached during the day.
The invention aims to provide an advantageous design of air-operated cooling devices with natural buoyancy, which are arranged during the daytime, and their task is the economical circulation of large amounts of air.
The essence of the invention is that a cooler is arranged in an underground channel between two outlets into the environment, part of the channel being designed as an upward discharge shaft downstream from the cooler.
Further details of the invention are explained, for example, with reference to the drawing.
Fig. 1 is a cross section of an embodiment of the invention.
FIGS. 2 through 5 show similar illustrations of other exemplary embodiments.
In the drawing, the same reference numbers indicate similar details.
A supply channel 1 in the form of an upright shaft with an air inlet opening 2 merges into a channel section designed as a horizontal connecting channel 3, at the end of which a cooler or heat exchanger 4 is attached. The cooler 4 can be a surface cooler or heat exchanger through which water or another fluid flows. But it would also be possible to use a wet cooler.
A discharge duct 5 connects to the cooler 4, the height or depth of which corresponds to the draft requirement of the cooler 4. The discharge duct 5 opens into the environment via an air outlet opening 6. As can be seen, the cooler 4 lies entirely within the discharge shaft 5. However, it would also be possible to accommodate the cooler 4 partially outside the discharge shaft 5.
The illustrated embodiment of the cooling device according to the invention works as follows:
The air required for cooling enters via the opening 2 in the direction of the arrows and enters the supply duct 1. It is supplied through the connecting duct 3 to the cooler 4, where it takes over the heat to be dissipated by heating and from where it is heated into the Discharge shaft 5 escapes. Since this shaft 5 is designed deeply to match the draft requirement of the cooler 4, it creates a lift through which the air heated in the cooler 4 is driven out of the shaft 5 through the air outlet opening 6 in the direction of the arrows.
This creates a continuous flow of cooling air without the need for special energy-consuming arrangements.
The embodiment according to FIG. 2 differs from the previous one in that the feed channel 1 coincides with the horizontal connecting channel 3, i.e. H.
the fresh air flows in via a horizontal corridor 1, 3. This type of arrangement can advantageously be used on mountainous terrain, where rather cold air will flow in via the air inlet opening 2 at the foot of the mountain, while the heated air escapes via the air outlet opening 6 at a higher section of the mountain profile.
Fig. 3 shows an embodiment in which the available height for the formation of the discharge shaft 5 is too small to ensure the necessary buoyancy. As can be seen from the drawing, an additional chimney 15 can be used in this case in an advantageous manner, by means of which the discharge shaft 5 is extended accordingly.
The embodiment according to FIG. 4 shows an advantageous design of the cooling device according to the invention when using wet cooling. A hot water pipe 7 leads to a sprinkler system 9 which is assigned to the wetting surface of a wet cooler 10. A coolant collecting basin 11, from which a cold water line 8 with a feed pump 12 emerges, is arranged below the wet cooler 10.
The warm water flows in via the hot water line 7 and is brought into contact by the sprinkler system 9 with the wet cooler 10, the trickling water being cooled. The cooled, cold water collects in the coolant collecting basin 11, from where it is conveyed into the cold water line 8 by means of the feed pump 12.
FIG. 5 shows an exemplary embodiment of the invention in which the technological device associated with the cooling device, e.g. B. a power plant 13 is arranged even during the day. In the present case, the power plant 13 is located in the corridor 1, 3 formed from the supply channel 1 and the connecting channel 3, terrain conditions as in the exemplary embodiment according to FIG. 2 being assumed. The chimney 14 of the power station 13 extends through the cooler 4 into the discharge shaft 5. However, it would also be possible to let the chimney 14 open into the discharge shaft 5 above it, bypassing the cooler 4, in a manner not shown.
The air is supplied, cooled and discharged as in the exemplary embodiment according to FIG. 2. The combustion or waste products such as radioactive gases or the like of the power plant 13 are fed via the chimney 14 directly to the discharge shaft 5, from where they escape into the environment.