DE102016008778A1

DE102016008778A1 - Tropfenabscheider mit schwenkbaren Lamellen

Info

Publication number: DE102016008778A1
Application number: DE102016008778.1A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-07-22
Filing date: 2016-07-22
Publication date: 2018-01-25

Abstract

Die Erfindung betrifft technische Einrichtungen, die Umgebungsluft ansaugen, diese durch ein Berieselungs- oder Beregnungsgebiet leiten und anschließend wieder in die Umgebung einleiten. Zu nennen sind hier z. B. Nasskühltürme oder Waschtürme für die Abluft aus der Intensivtierhaltung. Bei derartigen Einrichtungen stellt die Emission von Tropfen sowie von Mikroorganismen, die in diesen Tropfen enthalten sein können, ein Umweltrisiko dar. Zur Verringerung einer Emission von Tropfen und Mikroorganismen sind diese Einrichtungen mit Tropfenabscheidern ausgerüstet. Bei geeigneter Geometrie der Tropfenabscheiderlamellen kann der Tropfenabscheider als Lamellenklappe bei Anlagenstillstand eingesetzt werden. Ferner begünstigt die Schwenkbarkeit der Lamellen die Reinigung mit Hilfe von Sprühdüsen während des regulären Kühlturmbetriebes.

Description

Einleitung
Nach epidemieartigen Ausbrüchen der sogenannten Legionärskrankheit z. B. in New York, aber auch in einigen europäischen Städten, die durch eine Infektion mit Legionella pneumophila ausgelöst wird, wird aktuell die Emission von Krankheitserregern aus technischen Einrichtungen intensiv diskutiert, in denen Wasser im Kontakt mit durchströmender Luft verrieselt wird. Als derartige technische Einrichtungen sind beispielhaft Nasskühltürme oder Waschtürme zur Reinigung der Abluft aus der Intensivtierhaltung zu nennen. Die besorgniserregende Situation, die sich durch das Auftreten von Infektionskrankheiten im Umfeld derartiger technischer Einrichtungen ergibt, gab Anlass zu Überlegungen des Erfinders, die Emission von Tröpfchen aus derartigen Einrichtungen weiter zu verringern, als es nach dem Stand der Technik möglich ist; denn diese Tröpfchen dienen zweifelsfrei als Vehikel für die mikrobielle Emission und somit für potentielle Krankheitserreger.
Vor einer detaillierten Beschreibung der Erfindung sollen die hier relevanten Konfigurationen kurz anhand der Figuren vorgestellt werden.
Figuren:
1: Nasskühlturm mit offenem Kontakt von Kühlwasser und Kühlluft.
2: Lamellen-Tropfenabscheider nach dem Stand der Technik mit starr montierten Lamellen; Querschnitt durch die Lamellen.
3: Lamellen-Tropfenabscheider mit um ihre Längsachse schwenkbar montierten Lamellen in regulärer Position für die Tropfenabscheidung.
4: Lamellen-Tropfenabscheider mit um ihre Längsachse schwenkbar montierten Lamellen; Seitenansicht der Lamellen.
5: Lamellen-Tropfenabscheider mit um ihre Längsachse schwenkbar montierten Lamellen; Position mit engen Passagen für die Online-Reinigung.
6: Lamellen-Tropfenabscheider mit um ihre Längsachse schwenkbar montierten Lamellen; Schließposition.
Kurze Beschreibung der Figuren:
1 zeigt einen Nasskühlturm 1 mit offenem Kontakt von Kühlwasser und Kühlluft nach dem Stand der Technik. Das Kühlwasser tritt bei 2 in die Kühlwasserverteilung 3 ein und wird über Düsen 4 über die Rieseleinbauten 5 verteilt. Von dort tropft es, das Regengebiet 6 bildend, in das Kaltwasserbecken 7 ab. Die aus der Umgebung mit einem Radialgebläse 8 angesaugte Luft tritt bei 9 in das Regengebiet ein. Sie steigt durch das Regengebiet 6, die Rieseleinbauten 5 und die Kühlwasserverteilung 4 nach oben. Dabei trägt die erwärmte und in der Regel mit Wasserdampf gesättigte Luft kleine Tröpfchen mit sich. Da diese Tröpfchen mit Mikroorganismen beladen sein können und auch zur Vereisung von Verkehrsflächen führen könnten, ist ein Tropfenabscheider 10 eingebaut. In der deutschen Patentanmeldung mit dem AZ 10 2016 005 146.9 wird eine verfahrbare Reinigungsbedüsung 11 für den Tropfenabscheider vorgeschlagen. Anschließend verlässt der Kühlturmschwaden mit einer stark verringerten Tropfenbeladung den Kühlturm bei 12.
2 zeigt einen Lamellen-Tropfenabscheider 13 im Querschnitt, bestehend aus gekrümmten und profilierten Tropfenabscheider-Lamellen 14, wie sie bereits im Deutschen Patent 340 64 25 C2 desselben Erfinders beschrieben sind. Bei diesem Lamellen-Tropfenabscheider 13 nach dem Stand der Technik sind die Lamellen 14 dadurch positioniert, dass sie durch die Fenster 15 von Distanzhaltern 16 gesteckt werden. Somit liegt hier eine weitgehend starre Konfiguration vor. Die Ziffer 17 kennzeichnet den Strömungsvektor, mit welchem sich die mit kleinen Tropfen 18 beladene Luftströmung auf den Tropfenabscheider zubewegt. Die Anströmseite des Tropfenabscheiders wird mit der Ziffer 19 und die Abströmseite mit Ziffer 20 gekennzeichnet. Ferner sind die Flüssigkeitsfilme 21 dargestellt, die sich aus den abgeschiedenen Tropfen auf den Lamellen bilden und die im Gegenstrom zur Luftströmung 17 unter der Schwerkraftwirkung zur Lamellennase 22 fließen und dort als größere Tropfen 23 entgegen der Strömungsrichtung der Gasphase nach unten abtropfen.
3 zeigt einen Lamellen-Tropfenabscheider 13 im Querschnitt, bestehend aus gekrümmten und profilierten Lamellen 14. Bei diesem Lamellen-Tropfenabscheider gemäß der Erfindung sind die Lamellen 14 an ihren Enden über Bolzen 25 drehbar mit einem Untergurt 26 bzw. mit einem Obergurt 27 verbunden. In der Regel wird der Untergurt fest auf einer hier nicht gezeigten Unterstützungskonstruktion im Kühlturm montiert sein, während der Obergurt derart beweglich ausgeführt ist, dass die Lamellen in eine unterschiedliche Winkellage α gedreht werden können.
4 zeigt den Lamellen-Tropfenabscheider 13 gemäß der Erfindung in Seitenansicht mit einer Tropfenabscheider-Lamelle 14, die mit Bolzen 25 mit Untergurt 26 und Obergurt 27 verbunden ist.
5 zeigt den Lamellen-Tropfenabscheider 13 gemäß der Erfindung im Querschnitt in einer Position, die sehr enge Passagen 28, Breite s, zwischen den Lamellen 14 bewirkt. Eine derartige Position ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das in der deutschen Patentanmeldung (AZ: 10 2016 005 146.9) beschriebene Online-Reinigungsverfahren für Tropfenabscheider zum Einsatz kommen soll. In diesen engen Passagen werden dann während der Reinigungsbedüsung von der Austrittsseite her hohe Geschwindigkeiten der mit dem Düsenrechen 11 (1) erzeugten Zweiphasenströmung erreicht, sodass ein besonders hoher Reinigungseffekt in Zonen erzielt wird, die nicht direkt mit einem Reinigungsstrahl erreicht werden können. Ein weiterer Vorteil dieser Konfiguration liegt darin, dass durch die Drosselwirkung der engen Passagen während des ca. 5 Minuten dauernden Reinigungsprozesses der Luftdurchsatz des Kühlturms um ca. 30% gedrosselt wird. Der Vorteil dieses Betriebszustandes liegt darin, dass die bei der Reinigung erzeugten Tropfen mit den aufgenommenen und meist mikrobiell belasteten Belägen zuverlässig nach unten transportiert werden.
6 zeigt den Lamellen-Tropfenabscheider 13 gemäß der Erfindung im Querschnitt in einer Schließ-Position 29. Mit der entwickelten Geometrie wird erreicht, dass sich die benachbarten Lamellen zuerst auf der Abströmseite 20 berühren. Dies ist auch dann noch der Fall, wenn die Teilung t (3) verringert wird, um auch noch kleinere Tropfen abscheiden zu können. Wenn man die Tropfenabscheider-Lamellen um ein in 6 mit gestrichelter Kontur dargestelltes Endprofil 30 erweitert, wird erreicht, dass der Schließvorgang nicht nur durch eine Linienberührung 29, sondern durch eine Flächenberührung 31 erzielt wird. Ferner entsteht hiermit eine weitgehend glatte Oberfläche auf der Austrittsseite 20 des Lamellen-Tropfenabscheiders in Schließposition.
Problemstellung
Auf das Grundproblem einer Emission potentieller Krankheitserreger aus Nasskühltürmen ist bereits einleitend hingewiesen worden. Aktuell wird unter Hygienefachleuten das Paradoxon diskutiert, dass die Emission von Mikroorganismen aus Kühltürmen kaum von der Keimbeladung des Kühlturmkreislaufwassers abzuhängen scheint. Der Erfinder hat sich seit Jahren intensiv mit der Emission von Tropfen und Mikroorganismen aus Kühltürmen befasst und ist davon überzeugt, dass folgender Mechanismus als Erklärung für besagtes Paradoxon in Frage kommt: Die mikrobielle Emission eines Nasskühlturms wird nicht durch Tropfen bedingt, die ohne Wandkontakt aus dem Regengebiet vom Kühlturmschwaden mitgenommen werden und den Tropfenabscheider passieren konnten. Vielmehr ist die Emission von Mikroorganismen hauptsächlich durch Sekundärtröpfchen bedingt, die sich von der Oberfläche nasser Biofilme im Austrittsbereich des Nasskühlturms, z. B. von den Tropfenabscheidern ablösen. Der Tropfenabscheider bietet eine sehr große Fläche für die Vermehrung der Mikroorganismen an. Und bei Temperaturen von ca. 30–45°C sowie bei wasserdampfgesättigtem Schwaden bestehen insbesondere dann sehr gute Vermehrungsbedingungen, wenn zusätzlich ein hohes Nährstoffangebot existiert. Nährstoffe können natürlich mit den Kühlwassertropfen auf den Tropfenabscheider gelangen, der in aller Regel mit einem Biofilm bedeckt ist. Ferner können aber sowohl Mikroorganismen als auch Nährstoffe von der Schwadenaustrittsseite her auf die Tropfenabscheider gelangen. Dies trifft insbesondere auf die häufig eingesetzte Kühlturmvariante zu, die in 1 dargestellt ist. Hier sind die Strömungsgeschwindigkeiten des Schwadens mit ca. 2–3,5 m/s so gering, dass es gelegentlich sogar zu einem Pflanzenbewuchs kommt. Ferner ist zu beobachten, dass sich gelegentlich sogar Vögel auf dem Tropfenabscheider niederlassen. Für Vögel, die Fluggeschwindigkeiten von ca. 20–30 m/s erreichen, haben die Schwadenaustrittsgeschwindigkeiten keine verscheuchende Wirkung. Somit ist hier auch mit der Belastung durch Vogelkot zu rechnen. Sekundärtropfen aus diesem Bereich können daher eine um Faktoren von 10³–10⁶ höhere Keimbeladung aufweisen, die aus kritisch einzustufenden Mikroorganismen bestehen kann. Kritisch sind nach den Beobachtungen des Erfinders auch Stillstandsphasen des Kühlturms. Insbesondere in diesen Phasen ist mit häufigeren Vogelbesuchen, insbesondere von Möven, Tauben und Krähen zu rechnen. Kleinere Singvögel können sogar durch den Tropfenabscheider hindurch schlüpfen und im Inneren des still stehenden Kühlturms nisten. Kritisch ist auch, dass in Stillstandsphasen des Kühlturms Laub und andere Organika zwischen die Tropfenabscheiderlamellen gelangen können und bei nachfolgendem Betrieb des Nasskühlturms ein großes Nährstoffangebot für die Vermehrung der Mikroorganismen darstellen. Somit muss ein starkes Interesse daran bestehen, den Tropfenabscheider frei von Nährstoffen zu halten. Dies kann durch regelmäßige Reinigung des Tropfenabscheiders erreicht werden. Der Erfinder hat eine Patentanmeldung (AZ: 10 2016 005 146.9 ) zur Online-Reinigung der Tropfenabscheider eingereicht. Aktuelle Untersuchungen des Erfinders geben jedoch Anlass zu einer ergänzenden Patentanmeldung mit völlig neuen Lösungsansätzen.
Stand der Technik
Wir können hier nicht den Stand der Technik in der Großfamilie der Nasskühltürme diskutieren und beschränken uns daher auf die in 1 dargestellte Konfiguration mit eintrittsseitig/drückend angeordnetem Ventilator sowie mit austrittsseitigem Tropfenabscheider. Entscheidend ist, dass man bei derartigen Kühltürmen bisher keinen dichten Abschluss des Austritts während einer Stillstandsphase vornehmen kann. Gelegentlich werden stromab des Tropfenabscheiders Netze aufgespannt, die sich bei Schwadenströmung bewegen und im gewissen Sinne als Vogelscheuchen wirken. Der entscheidende Nachteil einer derartigen Lösung ist jedoch nach den Messungen des Erfinders, dass diese Netze selbst wieder Quellen für Sekundärtropfen darstellen. An den Netzfäden werden kleine Tropfen abgeschieden, die durch nachfolgendes Einfangen von Tropfen immer weiter anwachsen. Schließlich sind die Tropfen so groß, dass sie sich vom Netz ablösen und bei dem hier diskutierten Kühlturmtyp mit kleinen Austrittsgeschwindigkeiten auf den Tropfenabscheider zurückfallen. Dort können sie zerplatzen, oder sie schlagen kleine Tropfen aus dem Biofilm auf dem Tropfenabscheider heraus, die mit dem Schwaden ausgetragen werden und in der Umgebung sedimentieren können. Dieser insbesondere bei einer Emission von Krankheitserregern sehr kritische Effekt soll mit der Erfindung behoben werden. Kennzeichnend für den Stand der Technik sind somit Lamellentropfenabscheider, die starr mit Distanzhaltern verbunden sind, wie in 2 dargestellt ist.
Lösungsvorschläge gemäß der Erfindung
Entscheidend für eine Lösung der Aufgabe gemäß der Erfindung ist eine schwenkbare Verbindung der Tropfenabscheiderlamellen 13 mit Untergurt 26 und Obergurt 27 des Distanzhalters 16.1, wie den 3–6 zu entnehmen ist. 2 zeigt eine Schwenkposition, charakterisiert durch den Winkel α bzw. durch die Spaltweite s₁, wie sie im regulären Betrieb bei der gewählten Teilung t vorteilhaft ist. Auf die Wiedergabe der bereits in 2 dargestellten Flüssigkeitsfilme haben wir hier verzichtet. 5 zeigt eine Schwenkposition, die für die Online-Reinigung von Vorteil ist. Bekanntlich wird die Online-Reinigung von der Abströmseite her vorgenommen, wie in 1 dargestellt ist, bzw. wie der deutschen Patentanmeldung mit dem AZ 10 2016 005 146.9 zu entnehmen ist. Dabei erfolgt die Reinigung mittels eines Wasserstrahls, der als Strahlpumpe wirkt. Durch die Flachstellung der Lamellen wird die Spaltbreite s₂ zwischen den Lamellen erheblich reduziert, bevorzugt auf s₂ = (0,1 bis 0,4) s₁. Somit strömt das Zweiphasengemisch aus Reinigungsflüssigkeit und mitgeführter Luft mit hoher Geschwindigkeit durch diese Engstelle. Somit wird ein sehr guter Reinigungseffekt auch in jenen Abschnitten der Lamellen erzielt, die bei einer Regelbetriebsstellung gemäß 3 nicht direkt mit der Reinigungsflüssigkeit beaufschlagt werden kann. 6 zeigt eine weitere Ausgestaltung gemäß der Erfindung. Hier werden die Lamellen bis zu einer Schließstellung geschwenkt. In diesem Falle dient der Tropfenabscheider gleichzeitig als Lamellenklappe am Austritt des Kühlturms und verhindert somit das Eindringen von Vögeln während einer Stillstandsphase. Auch ein Eindringen von Laub oder von Pollen, die ebenfalls zum Nährstoffangebot für die Vermehrung des mikrobiellen Inventars dienen, kann hiemit weitgehend unterbunden werden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass ein Kühlturm, der nicht mit einer weitgehend dicht schließenden Klappe ausgestattet ist, auch dann Umgebungsluft ansaugt und durchsetzt, wenn das Gebläse ausgeschaltet ist. Dies ist durch die Druckverteilung bedingt, die sich bei Wind an einem derartigen Kühlturm ausbildet. Da bei derartigen großtechnischen Anlagen nur mit einer begrenzten Herstellungsgenauigkeit der Komponenten gerechnet werden darf, ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, wie sie ebenfalls in 6 dargestellt ist. Hier ist der Austrittsabschnitt um einen Formkörper 30 ergänzt, sodass anstelle eines Linienkontakts benachbarter Lamellen ein Flächenkontakt 31 erzielt wird. Hiermit wird eine weitgehend ebene Austrittsfläche erzeugt, die nach einem längeren Stillstand auf einfache Weise von Schmutz gereinigt werden kann, bevor man den Kühlturm wieder anfährt. Das hier gewählte Prinzip der schwenkbaren Verbindung der Lamellen mit Hilfe von Bolzen mit einer Gleitpassung stellt nur eine von mehreren Möglichkeiten dar. So könnte man beispielsweise die Nasen und die Endabschnitte der Lamellen in Nuten stellen, die an Untergurt und Obergurt ausgespart wurden. Und selbstverständlich kommt auch eine andere Lamellengeometrie in Frage. Die hier dargestellte Geometrie ist allerdings bereits sehr weitgehend optimiert.
Neben der Anwendung in Kühltürmen und Waschtürmen kommt ein Einsatz dieser Tropfenabscheider auch an den Motorgehäusen großer Windenergieanlagen in Frage. Hier ist von Vorteil, dass dieser Tropfenabscheider durch Schwenken der Lamellen auf einen unterschiedlichen Drosselzustand eingestellt werden kann in Anpassung an die herrschende Windgeschwindigkeit. Ferner kann es vorteilhaft sein, die profilierten Lamellen im Inneren mit Heizdrähten auszustatten, mit deren Hilfe eine Vereisung der Tropfenabscheider bei tiefen Umgebungstemperaturen bzw. bei Schneefall verhindert werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102016005146 [0009, 0013, 0015, 0017]
DE 3406425 C2 [0010]

Claims

Tropfenabscheider für Nasskühltürme oder für Luftwaschtürme bei der Intensivtierhaltung mit drückend oder saugend angeordneten Ventilatoren oder mit einem Naturzugkamin zur Förderung der Kühlluft durch denselben, mit einer Verteilung des zu kühlenden Warmwassers über die Rieseleinbauten, mit Tropfenabscheidern oberhalb der Wasserverteilung, dadurch gekennzeichnet, dass die Tropfenabscheider-Lamellen schwenkbar eingebaut sind.
Tropfenabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tropfenabscheider-Lamellen mit Hilfe von Bolzen schwenkbar an einem Untergurt bzw. an einem Obergurt befestigt sind.
Tropfenabscheider nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lamellen-Tropfenabscheider durch Schwenken der Lamellen wie eine Lamellenklappe zu schließen ist.
Tropfenabscheider nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen benachbarten Tropfenabscheider-Lamellen durch Schwenken auf 0%–10% der Teilung t reduziert wird.