CS199108B1

CS199108B1 - Spatial element for heat exchange on the basis of direct liquid/gas contact

Info

Publication number: CS199108B1
Application number: CS853777A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Suchitra; Stanislav Fiser; Jaroslav Libal; Karel Fiala; Jan Husa
Original assignee: Zdenek Suchitra; Stanislav Fiser; Jaroslav Libal; Karel Fiala; Jan Husa
Priority date: 1977-12-19
Filing date: 1977-12-19
Publication date: 1980-07-31

Description

Vynález se týká prostorových útvarů pro výměnu tepla používaných ve výparných chladičích s přímým stykem kapaliny s plynem, například ve chladicích věžích. Výparné chladiče slouží k intenzivnímu chlazení kapaliny v různých oborech průmyslové výroby a v energetice. Přiváděná kapalina, která má být chlazena, se ve výparných chladičích uvádí do styku s proudícím plynem, přiváděným v protiproudu, příčně, nebo oběma směry vzhledem k postupující chlazené kapalině. Přitom dochází k ochlazování kapaliny jednak přímým přestupem tepla mezi kapalinou a plynem, jednak odpařováním kapaliny, při kterém se teplota kapaliny snižuje úměrně množství odpařené kapaliny a jejímu výparnému teplu. Ochlazená kapalina se shromažďuje v dolní části chladiče, odkud se odvádí k dalšímu použití, zatímco chladicí plyn se odvádí z horní části chladiče. Účinné ochlazování kapaliny vyžaduje stejnoměrné rozdělování kapaliny a chladicího plynu uvnitř výparného chladiče. Kapalina určená k chlazení prochází výparaým chladičem ve formě kapek, nebo častěji ve formě tenkého filmu stékajícího po vhodně upravených plochách. Podstatou posléze uvedených výparných chladičů je soustava cest, respektive prostorů a ploch, kde se setkává kapalina s chladicím plynem. Zatímco u chladičů, kde dochází k ochlazování kapaliny ve formě kapek, je chladič představován v podstatě soustavou roštů, u výparných chladičů, v niohž se ochlazuje film kapaliny tvoří podstatu chladiče soustava desek nebo folií, po jejichž povrchu kapalina stéká, a na nichž je chlazena proudícím plynem. Výparný chladič je opatřen pláštěm, jehožThe present invention relates to heat exchange spatial formations used in liquid-to-gas evaporative coolers, for example in cooling towers. Evaporative coolers are used for intensive cooling of liquid in various branches of industrial production and in power engineering. The feed liquid to be cooled in the evaporator coolers is contacted with the flowing gas supplied in countercurrent, transversely, or both, with respect to the cooled liquid. The liquid is cooled by direct heat transfer between the liquid and the gas and by evaporation of the liquid, in which the temperature of the liquid decreases in proportion to the amount of liquid evaporated and its evaporative heat. The cooled liquid collects at the bottom of the cooler from where it is discharged for further use, while the cooling gas is discharged from the top of the cooler. Effective cooling of the liquid requires an even distribution of the liquid and cooling gas within the evaporator. The liquid to be cooled passes through the evaporative condenser in the form of drops, or more often in the form of a thin film flowing over suitably treated surfaces. The essence of the aforementioned evaporative coolers is a system of paths, or spaces and areas, where the liquid meets the cooling gas. While in coolers where the liquid is cooled in the form of drops, the cooler is essentially a set of gratings, in evaporative coolers in which the liquid film cools the essence of the cooler is a set of plates or foils over which liquid flows and on which it is cooled flowing gas. The evaporative cooler is provided with a jacket whose

199 108 materiál i provedení se liší podle provozních podmínek a velikosti chladiče. Chladicí plyn, nejčastěji atmosférický vzduch, proudí chladičem působením přirozeného nebo umělého toku, přičemž umělý tok se vyvozuje ventilátory umístěnými nejčastěji ve spodní nebo v horní části chladiče, Z anglického patentu č, 1241.080 je například známá chladicí věž, ve které se chlazená kapalina vede po spirálovitě uspořádaných plochách kolem středu věže, zatímco chladíoí vzduch vstupuje do věže radiálně mezi závity spirály, kde ochlazuje stékající kapalinu, načež je veden vzhůru střední částí věže, nad níž je umístěn ventilátor, k vytváření a vedení filmu kapaliny se používá různých konstrukcí výplní. Cílem těchto konstrukcí je vytvořit co největší povrch pro stékající kapalinu a umožnit 00 nejrovnoměrnější stékání kapaliny bez proudů a odstřikování, ale také bez hluchých míst, kde nedochází ke styku kapaliny s plynem. Z anglických patentů č. 1.203,704 a 1.336.787 je například známo používat k tomu účelu zvlněných folií respektive desek. Je dále známo uspořádat vlny na těchto materiálech horizontálně nebo v podstatě vertikálně, popřípadě takovým způsobem, že se vlny na dvou sousedících plochách kříží. Rovněž jsou známé například z NSR patentu č. 2,122.537, chladíoí systémy vytvářené v podstatě ze šestihrannýoh buněk spojených v konstrukci ve formě plástve tak, že v místech spojů vznikají dvojité stěny. Uvnitř jednotlivých buněk jsou upravena vodítka způsobující šroubovitý pohyb kapaliny a plynu chladičem. Jiné podobné útvary jsou tvořeny dvěma proti sobě stojícími úseky sinusoidy od 0 do 1C. Používá se též soustavy trubek kruhového průřezu navzájem spojenýoh do formy plástve. Pokud se týká materiálu, nejčastěji se používá ke zhotovení zmíněných fólií a prostorových útvarů termoplastických materiálů. Známé je rovněž používat pro tyto účely osinkooementových desek a rovněž, například podle US patentu 3,798.057, i impregnovaného papíru. Pro správnou funkci chladicí soustavy uvedeného typu je důležité vhodně uspořádat rozvod kapaliny určené k chlazení. Rozvod je obvykle přizpůsoben vlastní konstrukcí chladiče a společným problémům chladící soustavy. Tak například k zabránění důsledků ucpávání rozvodu se používá systému žlabů a přepadů, nebo se používá, například podle anglického patentu 1,370.570, pružného spojení krytu rozváděči soustavy, které umožňuje při ucpávání nečistotami zvětšení průtočných průřezů rozvodu. Všechny známé typy výparných chladičů určené k chlazení kapaliny při jejím stékání ve foímě tenkého filmu vykazují určité nedostatky. Chladioí systémy tvořené soustavou fólií z termoplastického materiálu, opatřených popřípadě zvlněním, jsou nesmáčivé a kromě toho vyžadují vyztužení konců fólií, popřípadě použití vyztužovacích rámů nebo konstrukoí. Známé systémy ve formě pláství složených z buněk šestiúhelníkového průřezu mají nasýhodu ve zdvojených stěnáoh, které vznikají při spojování trubek nebo vhodně tvarovaných desek. Útvary vzniklé spojováním trubek kruhového průřezu mají na vnějším povrchu trubek hluchá místa, kde nedochází ke styku kapaliny s plypem. Hluché místa, která se zahlcují vodou, vznikají též v ostrých úhlech, které vytvářejí spojení stěn buněk. Je to například u buněk se základnou ve tvaru dvou proti sobě stojících úseků sinusoidy.199 108 material and design vary depending on operating conditions and size of the radiator. Cooling gas, most often atmospheric air, flows through the cooler by the action of natural or artificial flow, the artificial flow being derived by fans located most often in the lower or upper part of the cooler. For example, a cooling tower is known from English Patent No. 1241,080. spirally arranged areas around the center of the tower, while cooling air enters the tower radially between the coils of the spiral where it cools the flowing liquid, and is led upward through the central part of the tower above which the fan is positioned. The aim of these constructions is to create as large a surface as possible for the run-off liquid and to allow the most even run-off of the liquid without jets and sprays, but also without dead spots where the liquid does not come into contact with gas. For example, it is known from English Patent Nos. 1,203,704 and 1,336,787 to use corrugated films or sheets for this purpose. It is further known to arrange the waves horizontally or substantially vertically on these materials, or in such a way that the waves on two adjacent surfaces cross. Also known, for example, from German Patent No. 2,122,537, cooling systems formed essentially of hexagonal cells joined in a honeycomb structure such that double walls are formed at the junctions. Inside the cells are provided guides causing helical movement of liquid and gas through the condenser. Other similar formations consist of two opposing sections of sine wave from 0 to 1C. A system of tubes of circular cross-section connected to each other in the form of a honeycomb is also used. As far as the material is concerned, it is most often used to produce said films and spatial formations of thermoplastic materials. It is also known to use impregnated paper for these purposes as well as, for example, according to U.S. Pat. No. 3,798,057. For the proper functioning of the cooling system of this type it is important to properly arrange the distribution of the liquid to be cooled. The distribution is usually adapted to the design of the radiator and the common problems of the cooling system. For example, to prevent the consequences of a blockage of the manifold, a system of gutters and weirs is used, or, for example, according to the English patent 1,370,570, a flexible connection of the switchgear casing which allows the flow cross-sections of the manifold to be increased. All known types of evaporator coolers intended to cool a liquid when it flows down in a thin film exhibit some drawbacks. Cooling systems formed by a plurality of sheets of thermoplastic material, optionally provided with corrugations, are non-wettable and additionally require reinforcement of the ends of the sheets or the use of reinforcing frames or constructions. Known honeycomb systems composed of hexagonal cross-section cells have the advantage of doubling the walls that arise when joining pipes or suitably shaped plates. Joints formed by joining pipes of circular cross-section have deaf points on the outer surface of the pipes, where the liquid does not come into contact with the trap. Deaf places, which are flooded with water, also arise at acute angles that create a connection of cell walls. This is the case, for example, in cells with a base in the form of two opposing sections of sinusoids.

Uvedené nedostatky odstraňuje tento vynález.Předmětem vynálezu je prostorový útvar pro výměnu tepla s přímým stykem kapaliny s plynem vytvořený z pravoúhlých buněk tak, že celý jeho povrch je tvořen jednoduchou stěnou z materiálu, který je vyroben «plstěním organických vláken ze suspenze obsahující dále 2 až 14 hmot. dílů fenoplastu chemicky v suspenzi vysráženého a 0,6 až 129 hmot. dílů fenoplastu, umístěného výrazně povrchově na jednoduchých stěnách buněk, přičemž působením tepla doělo k vzájemnému propojení skeletové i povrchové části fenoplastu kovalentními vazbami a úhel smáčení vodou při použití tohoto útvaru činí maximálně 90°.The present invention is directed to a liquid-to-gas heat exchange spatial formation formed from rectangular cells such that the entire surface thereof is formed by a simple wall of a material which is produced by felting organic fibers from a slurry further comprising 2 to 4. 14 wt. parts of phenoplast chemically in suspension precipitated and 0.6 to 129 wt. parts of the phenoplast, placed significantly on the surface of the simple cell walls, the heat effect of the skeleton and the surface part of the phenoplast was interconnected by covalent bonds, and the angle of wetting with this structure is maximum 90 °.

Předmětem vynálezu je dále výše popsaný prostorový útvar pro výměnu tepla s přímým stykem kapaliny s plynem, výše popisovaný, přičemž jednoduché stěny buněk - jejich povrch je upraven, mechanicky ražením pro další zvětšení funkční plochy.The subject of the invention is furthermore the above-described direct liquid-to-gas heat exchange spatial formation as described above, wherein the simple cell walls - their surface is treated by mechanical punching to further increase the functional area.

Prostorový útvar podle vynálezu je možné zhotovit z materiálu o vhodné tlouštce jako například lepenky a podobně. Útvar, respektive jeho buňky, je možno vytvářet z desek, úhelníků nebo vhodně tvarovaných stavebnicových dílců tak, že obě základny buňky zůstávají otevřené.The spatial formation according to the invention can be made of a material of suitable thickness, such as cardboard and the like. The shape or its cells can be formed from plates, angles or suitably shaped building blocks so that both cell bases remain open.

Výhodou prostorového útvaru z materiálu podle vynálezu je zejména to, že pravoúhlé buňky popsaného typu nemají nevýhody buněk s ostrými úhly, a mají zároveň vzhledem ke své jednoduché stěně i větší funkční povrch při stejné volné ploše pro průchod vzduchu. Prostorový útvar z materiálu podle vynálezu má dále výhodu v tom, že značná část fenoplastu je do materiálu dopravena chemickým srážením v suspenzi, což jednak příznivě ovlivňuje výrobní náklady, ale zejména dovoluje rovnoměrně rozložit fenoplast ve hmotě materiálu bez nebezpečí migrace při vzájemném propojení řetězců. V kombinaci s následnou Impregnací je pak dosaženo vhodného rozložení fenoplastu ve hmotě i na povrchu prostorového útvaru, oož má příznivý vliv na odolnost vůči působení stékající vody.The advantage of the spatial formation of the material according to the invention is, in particular, that the rectangular cells of the type described do not have the disadvantages of acute angular cells and, at the same time, have a larger functional surface with the same free air passage area. The spatial formation of the material according to the invention further has the advantage that a significant part of the phenoplast is conveyed into the material by chemical precipitation in suspension, which both positively affects the production costs, but in particular permits even distribution of the phenoplast in the material mass without risk of migration. In combination with the subsequent impregnation, a suitable distribution of phenoplast in the mass and on the surface of the spatial formation is achieved, which has a favorable effect on the resistance to the effect of running water.

Uspořádání buněk z materiálu podle vynálezu je dále výhodné i proto, že při něm je aerodynamický odpor nižší nežli např. u systémů tvořených příčně zvlněnými fóliemi, což při stejném chladícím účinku představuje značné snížení elektrického příkonu ventilátorů, tj. energetických nároků.The arrangement of the cells of the material according to the invention is also advantageous because the aerodynamic resistance is lower than, for example, in systems comprising transverse corrugated foils, which, with the same cooling effect, represents a considerable reduction in the electrical input of the fans, i.e. energy requirements.

Vynález je blíže vysvětlen na příkladech provedení, znázorněných na připojených výkresech, přičemž těmito příklady se rozsah vynálezu nevyčerpává. Na výkresech obr. 1 představuje axonometrlcký pohled na prostorový útvar z materiálu podle vynálezu a obr.The invention is explained in more detail by means of the examples shown in the accompanying drawings, which are not intended to be exhaustive. In the drawings, Fig. 1 is an axonometric view of a spatial formation of a material according to the invention;

2a, 2b, 2c představují v pohledu stěnu buňky s provedeným ražením a případnými otvory pro průchod vzduohu.2a, 2b, 2c show the wall of the cell with the embossing carried out and any openings for the air passage.

Příklad 1Example 1

Prostorový útvar podle vynálezu byl zhotoven z přířezů lepenky, při jejíž výrobě bylo do vlákenné suspenze přimíšeno 7 hmot. dílů vodorozpustné fenolformaldehydové pryskyřice, která byla následně vysrážena změnou pH suspenze. Přířezy lepenky byly spojeny slepováním tak, že vytvořily soustavu pravoúhlých buněk £ čtvercového průřezu o stěně 2, cm a výšce 30 cm. Horní základna £ a dolní základna £ buněk £ zůstala otevřená. Soustava pravoúhlých buněk £ byla potom impregnována fenolickou pryskyřicí v množství 55 hmot. dílů na hmotnost soustavy, která se samovolně vytvrdila. Rozvodným potrubím byla nad prostorový útvar přiváděna voda k chlazení a byla rozstřikována plochými tryskami. Rozvod vody ani t.rysxy nejsou v připojených výkresech znázorněny. Voda vstupovala do prostorového útvaru otevřenými horními základnami 2 buněk 1_, zatímco chladící vzduch byl přiváděn do buněk 1_ otevřenými dolními základnami J. Na stěnách 2 buněk J se vytvářel rovnoměrný stejnoměrně stékající film vody, která se protiproudně proudícím vzduchem intenzivně ochlazovala.The spatial formation according to the invention was made of cardboard blanks, during which 7 wt. parts of a water-soluble phenol-formaldehyde resin, which was subsequently precipitated by changing the pH of the suspension. The cardboard blanks were joined by gluing to form a set of rectangular cells ového of square cross-section with a wall of 2 cm and a height of 30 cm. The upper base a and the lower base buněk of the cells otevřená remained open. The rectangular cell array 6 was then impregnated with 55 wt.% Phenolic resin. parts per mass of the system that has self-cured. Water for cooling was fed through the manifold over the spatial formation and was sprayed with flat nozzles. Neither the water distribution nor the trysx are shown in the attached drawings. The water entered the spatial formation through the open upper bases 2 of the cells 7, while cooling air was fed into the cells 7 through the open lower bases J. A uniform uniformly flowing film of water was formed on the walls 2 of the cells and cooled intensively with the counter-flowing air.

Příklad 2Example 2

Prostorový útvar obdobný jako v příkladu 1, avšak buňky 1_ jsou na průřezu obdélníkového tvaru a stěny 2 buněk 1_ jsou opatřeny ražením 2·Spatial formation similar to Example 1, however, the cells 7 are of rectangular cross-section and the walls 2 of the cells 7 are provided with embossing 2.

Příklad 3Example 3

Prostorový útvar obdobný jako v příkladu 1, avšak namísto dodatečné impegnaoe prostorového útvaru jsou impregnovány přířezy fenolickou pryskyřicí, vytvrzení se provádí tepelným zpracováním impregnovaných přířezů.The spatial formation similar to Example 1, but instead of the additional impegnao of the spatial formation are impregnated with blanks of phenolic resin, curing is carried out by heat treatment of the impregnated blanks.

Příklad 4Example 4

Prostorový útvar zhotovený z lepenky tak, že vznikl systém buněk J vyznačujících se čtvercovým průřezem o stěně 2 3 om. Výška buněk J činila 15 cm. Buňky 1_ měly otevřenou horní základnu 2 i dolní základnu 4. Stěny 2 buněk 1. probíhající ve směru jedné horizontální osy prostorového útvaru byly opatřeny obdélníkovými otvory 6 umožňujícími příčné proudění vzduohu vyvozované neznázorněnými ventilátory.A spatial formation made of cardboard to form a system of cells J characterized by a square cross-section with a wall of 2 3 om. The height of J cells was 15 cm. The cells 7 had an open upper base 2 and a lower base 4. The walls 2 of the cells 1 running in the direction of one horizontal axis of the spatial formation were provided with rectangular openings 6 allowing transverse air flow generated by the fans (not shown).

Claims

A liquid-to-gas heat exchange spatial formation, characterized in that it consists of rectangular cells (1) such that its entire functional surface is formed by a single wall (2), the spatial formation being made of a material made by felting % of organic fibers from the suspension further comprising 2 to 14 wt. parts of phenoplast chemically precipitated in suspension and 0.6 to 129 wt. parts of the phenoplast placed on the surface of simple cell walls, whereby the skeletal and surface parts of the phenoplast are interconnected by covalent bonding under the influence of heat and the angle of wetting with this material is maximum 90 °.

2. The liquid-to-gas heat exchange spatial formation according to claim 1, characterized in that the walls (2) of the cells (1) are provided with punching (5) in at least one direction.