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Offener Wärmeaustauscher Die Erfindung betrifft einen offenen Wärmeaustauscher
für eine Flüssigkeit und ein schnell strömendes Gas oder Dampf mit einem nach unten
offenen Gehäuse, unter dem ein im Querschnitt größeres Sammelbecken für die Flüssigkeit
angeordnet ist, dessen oberer Rand über den unteren Gehäuserand hinweggreift, so
daß ein Luftspalt zwischen beiden entsteht, und einer Verteilvorrichtung für die
Flüssigkeit innerhalb des Gehäuses.
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Es ist ein Kühlturm bekannt mit natürlichem Zug, also mit einer Luftströmung
von unten nach oben, und den üblichen Einbauten für die Wasserverteilung. Seine
Rieselkammer ist in einem gewissen Abstand von einem Windschirm umgeben, der über
den unteren Rand des Kamins hinweggreift, so daß ein Luftspalt entsteht. Am Fuß
des Windschirmes befinden sich öffnungen für den Lufteintritt. Dieser Windschirm
dient dazu, im Kühlturm unerwünschte, durch den Wind verursachte Luftströmungen
zu verhindern, welche dem Kühlturmzug entgegenwirken. Der Kühlturm mit natürlichem
Zug hat, auf den Querschnitt bezogen, einen geringen Luftdurchsatz und infolgedessen
auch einen geringen Wärmeumsatz. Ferner benötigt er zur Erzeugung des Zuges einen
Kamin. Er ist also außerordentlich voluminös und hat dementsprechend hohe Anlagekosten.
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Neben dem Kühlturm mit natürlichem Zug hat sich ein anderes System
durchgesetzt, das zur Erzeugung des Zuges einen oder mehrere Ventilatoren benutzt.
Eine bekanntgewordene Bauart von Kühltürmen mit künstlicher Belüftung, sogenannten
Ventilatorkühltürmen, besitzt ähnliche Vorrichtungen zur Verteilung des zu kühlenden
Wassers wie ein Kühlturm mit natürlichem Zug. An dem oberen Ende des Kamins bzw.
in der Decke des Gehäuses ist ein verhältnismäßig langsam laufender Ventilator großen
Durchmessers angeordnet, welcher die Luft im Gegenstrom zu dem nach unten rieselnden
Wasser von unten nach oben durch den Kühlturm fördert. Die Luftgeschwindigkeit wird
so niedrig gehalten, daß keine Wassertropfen mitgerissen werden. Auch bei dieser
Einrichtung ist Luft- und Wärmedurchsatz, bezogen auf den Querschnitt, verhältnismäßig
gering, so daß große und aufwändige Bauwerke notwendig sind.
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Es sind auch andere Ventilatorkühltürme bekannt, bei welchen sich
Wasser und Luft im Querstrom bewegen. Für diese gilt, sofern sie mit geringem Luftdurchsatz
arbeiten, bezüglich der Belastbarkeit und Bauaufwand das gleiche, was zu dem Gegenstromkühlturm
gesagt wurde.
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Weiterhin ist ein Ventilatorkühlturm bekannt, bei dem die Luft mit
großer Geschwindigkeit von unten nach oben strömt. Die von der Luft mitgerissenen
Wassertropfen werden von auf der Luftaustrittsseite angeordneten Wasserabscheidern
zurückgehalten. Es ist auch bekannt, die Rippen eines im Kühlturm angeordneten Kondensators
für Kältemaschinen als Prallflächen auszubilden. Ferner ist bekannt, solche Kühlrohre
eines Verdunstungskondensators spiralförmig um einen durchbrochenen zylindrischen
Innenkörper anzuordnen, durch den die Ventilatorluft hindurchgeführt wird oder den
sie umströmt. Diese Abscheider haben je nach Ausführung mehr oder weniger große
Strömungswiderstände, die von den Ventilatoren überwunden werden müssen. Der Strömungswiderstand
wächst zudem noch mit dem Quadrat der Luftgeschwindigkeit. Den geringeren Anlagekosten
stehen demnach erhöhte Betriebskosten gegenüber.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, beispielsweise in einem
Wasserrückkühlwerk mit Zwangsbelüftung das Kühlwasser mit geringem Energieaufwand
und unter Inanspruchnahme kleinen Bauvolumens von einer gegebenen Anfangstemperatur
auf eine möglichst niedere Endtemperatur abzukühlen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einem offenen Wärmeaustauscher
aus für eine Flüssigkeit und ein schnell strömendes Gas oder Dampf mit einem nach
unten offenen Gehäuse, unter dem ein im Querschnitt größeres Sammelbecken für die
Flüssigkeit angeordnet ist, dessen oberer Rand über den unteren Gehäuserand hinweggreift,
so daß ein Luftspalt
zwischen beiden entsteht, und einer Verteilvorrichtung
für die Flüssigkeit innerhalb des Gehäuses. Die Erfindung besteht darin, daß das
Gas oder der Dampf in an sich bekannter Weise von oben nach unten durch das Gehäuse
strömt, so daß das Gas oder der Dampf nach dem Austritt aus diesem mindestens zweimal
um etwa 90° umgelenkt wird, und daß ferner eine siebartige Leitvorrichtung, z. B.
aus Maschendraht, für das Gas oder den Dampf eine Fortsetzung des Gehäuses nach
unten bildet und in die im Sammelbecken befindliche Flüssigkeit hineinragt.
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Gemäß einer weiteren Ausbildung dieses Erfindungsgegenstandes wird
die die Unterkante des Gehäuses überragende seitliche Begrenzungswand des Sammelbeckens
gleich oder größer ausgebildet als der Spalt zwischen Gehäuse und Sammelbeckenwand.
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Außerdem wird erfindungsgemäß die Querschnittsfläche des Ringspaltes
zwischen Gehäuse und Sammelbeckenwand etwa gleich oder größer als das 1,2fache des
Gehäusequerschnittes ausgeführt.
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Eine weitere Ausbildung der Erfindung besteht darin, im Gehäuse in
an sich bekannter Weise zusätzlich Rohre eines Verdunstungskondensators anzuordnen.
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Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung wird mit sehr einfachen Mitteln
und mit erheblich geringerem Energieaufwand als bei den üblichen Abscheidern eine
Güte der Tropfenabscheidung erreicht, die dem mit üblichen Abscheidern erzielbaren
Wirkungsgrad nicht nachsteht. Die Kombination von siebartiger Leitvorrichtung und
Umlenkung ergibt, wie Versuche gezeigt haben, eine besonders günstige Wasserabscheidung,
wobei der Widerstand nur ein Bruchteil desjenigen bekannter Wasserabscheider beträgt.
Durch die damit verbundene Nutzung eines großen Teiles der bisher für die Tropfenabscheidung
aufzuwendenden Ventilatorleistung - Prallblechabscheider verzehren bis zur Hälfte
des Förderdruckes des Ventilators - für Kühlzwecke (z. B. für die Vergrößerung der
Kühlluftmengen) wird mit dem erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher eine größere Kühlleistung
bei gleichem Bauvolumen bzw. ein kleineres Bauvolumen bei gleicher Kühlleistung
erzielt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß unter Beibehaltung
der Kühlleistung und des Bauvolumens der Leistungsaufwand für den Ventilator, d.
h. die Betriebskosten gegenüber den bisherigen Ausführungen, gesenkt werden kann.
Der Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung ist besonders einfach und gestattet
eine zusätzliche Senkung der Anlagekosten.
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Die Zeichnung zeigt eine beispielsweise Ausführungsform eines offenen
Wärmeaustauschers nach der Erfindung.
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Das Gehäuse 1 dessen Querschnitt an sich beliebig sein kann, ist in
der Abbildung mit rundem Querschnitt vom Durchmesser d dargestellt; es ist mit einer
Deckplatte 2 abgedeckt, in welcher ein Schraubenlüfter 3 eingebaut ist. Das Gehäuse
1 steht mit seinen Füßen 4 in einem Sammelbecken 5, dessen Wände so weit hochgezogen
sind, daß ihr oberer Rand um das Maß a über den unteren Rand des Gehäuses 1 hinausragt,
so daß sie als Luftführung dienen können. Analog zu der Querschnittsform des Gehäuses
1 ist der Querschnitt des Sammelbeckens 5 als Kreisfläche mit dem Durchmesser D
i d dargestellt. Bei anderen Gehäusequerschnittsformen kann der Querschnitt des
Sammelbeckens der Gehäusequerschnittsform so angepaßt werden, daß der Spalt zwischen
Gehäuse und Beckenwand eine konstante oder nahezu konstante Breite hat. Der Spalt
zwischen dem Wasserspiegel 6 im Sammelbecken 5 und dem unteren Rand des Gehäuses
1 ist mit einem beispielsweise zylinderförmigen Maschinensieb 7 abgedeckt, das unter
den Wasserspiegel ragt und nach unten offen sein kann. Vom Ventilator 3 wird die
Luft in Richtung des Pfeiles 8 von oben nach unten durch das Gehäuse 1 gefördert.
Durch die Düsen 9, die auf der Wasserleitung 10 angeordnet sind, wird das zu kühlende
Wasser gegen den Luftstrom gespritzt. Das in kleine Tröpfchen zersprühte Wasser
steigt zunächst im Gehäuse hoch und wird dann von dem Luftstrom nach unten in das
Sammelbecken gedrückt, wo die Tröpfchen von dem darin befindlichen Wasservorrat
aufgenommen werden. Wie in der Abbildung dargestellt ist, wird die Luft zweimal
um 90° gemäß den Pfeilen 11 und 12 umgelenkt.
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Versuche haben gezeigt, daß die siebartige Leitvorrichtung 7 großen
Einfluß auf die Qualität der Flüssigkeitsabscheidung hat. Weiterhin haben die Untersuchungen
ergeben, daß zur Erzielung einer guten Abscheidung folgende geometrische Beziehungen
erfüllt werden müssen:
Dz-dz -1,2d2 Diese Angaben gelten sinngemäß auch für Gehäuse und Sammelbeckenquerschnitte
von beliebiger Form. Außer bei Kühltürmen kann die Erfindung auch z. B. bei Verdunstungskondensatoren
Verwendung finden. Dies sind bekanntlich Apparate, bei denen die Kondensation des
Dampfs in Rohren erfolgt, die von Kühlwasser berieselt werden, wobei die Erwärmung
und Rückkühlung des Kühlwassers gleichzeitig in einem Gehäuse stattfinden.