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Offener Rieselkühler Die Erfindung betrifft einen offenen Rieselkühler
für den Wärmeaustausch zwischen einem flüssigen und einem gasförmigen Medium, bestehend
aus einem Gehäuse und einem darin angeordneten Füllkörper mit dicht nebeneinander
verlaufenden, beiderseits offenen Rohrkanälen, in denen das Gas mit der herabrieselnden
Flüssigkeit in Berührung gebracht wird, und besteht im wesentlichen darin, daß die
Wandungen der Rohrkanäle aus durch Imprägnierung feuchtigkeitsbeständig gemachtem
Papier oder Asbestpapier bestehen, das jedoch von dem Imprägnierungsmittel, z. B.
Phenol- oder Melamin-oder Carbaminharz, nur so viel aufgenommen hat, daß sein Flüssigkeitsaufsaugevermögen
erhalten bleibt.
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In der Praxis sind die Rohrkanäle in ihrem Querschnitt im Verhältnis
zu ihrer Länge so eng ausgebildet, daß die Gefahr besteht, daß sie durch Kapillarwirkung
der Flüssigkeit verschlossen werden. Da aber die Oberflächenberührung zwischen aufsteigender
Luft und herabfließendem Wasser in jedem Fall gewährleistet sein muß, sind in weiterer
Ausgestaltung der Erfindung die Rohrkanäle am Austrittsende der Flüssigkeit schräg
abgeschnitten, so daß eine Ablauföffnung von solcher Größe entsteht, daß der Kanalquerschnitt
nicht vollständig mit Flüssigkeit ausgefüllt werden kann.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung reicht die schräge
Schnittfläche über mehrere benachbarte Reihen von Rohrkanälen, so daß mehrere übereinanderliegende
Reihen von Ablauföffnungen entstehen (Fig. 3).
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Der Füllkörper kann auch in an sich bekannter Weise aus einem Paket
von abwechselnd ebenen und gewellten Lagen bestehen.. Dabei sind die Schrägschnitte
am Flüssigkeitsaustrittsende der Kanäle senkrecht zu den Ebenen der Wellpapierlagen
geführt.
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Es ist bereits ein Wärmeaustauscherelement für Verdampfungs-, Kondensations-
und Destillationszwecke bekannt, das aus einer Vielzahl von aufrechtstehenden Blechen
besteht. die in einem solchen Abstand zueinander stehen, daß ihre Adhäsionskraft
ausreicht, um die Zwischenräume in einer gewissen Höhe mit der in Wechselwirkung
mit den zu behandelnden Gasen oder Dämpfen tretenden Flüssigkeit vollzusaugen. Dieses
bekannte Element besteht einerseits aus Blech, wodurch sich überhaupt keine ansaugfähige
Oberfläche ergibt. Zum anderen aber sollen in diesem Element gerade die in engem
Abstand stehenden Bleche mit Flüssigkeit vollgesaugte Körper bilden, während die
Erfindung die Freihaltung des Kanalquerschnittes von Flüssigkeit bezweckt; denn
nur von Flüssigkeit nicht behinderte Kanäle können die erwünschte große Oberflächenkühlung
hervorbringen.
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Es sind ferner Füllungen für Fraktioniersäulen bekannt, die aus kapillarem
Material bestehen, und zwar aus Gewebestoff, Asbest, Glas- oder Schlackenwolle oder
plastischen oder ähnlichen Materialien, die eine Dochtwirkung hervorrufen. Diese
Einrichtungen bestehen aber weder aus rohrförmigen Kanälen noch aus durch Imprägnierung
feuchtigkeitsbeständig gemachtem Papier.
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Je enger die geschlossen nebeneinanderliegenden Kanäle eines Rieseleinbaues
sind, um so schwieriger ist es, das Hängenbleiben von Flüssigkeitstropfen in den
Kanälen zu verhindern. Dieses Problem ist besonders wichtig bei Kanälen, welche
als Rohrkanäle ausgebildet sind, worunter nur oben und unten offene Kanäle zu verstehen
sind mit einem Querschnitt, dessen lichte Weite wesentlich kleiner ist als ihre
Länge.
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Bei diesen Rohrkanälen kommt es darauf an, daß ihre von Luft durchstrichenen
Innenwandungen gleichmäßig mit Flüssigkeit bedeckt sind. Das ist aber nur dann möglich,
wenn die Saugfähigkeit des Papiers oder des Asbestpapiers, das gemäß der Erfindung
für die Herstellung der Rohrkanäle dient, seine Saugfähigkeit behält.
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Sind die Rohrkanäle so eng, daß die Gefahr des Verstopfens infolge
der Kapillarwirkung besteht, so kann dieser Gefahr durch entsprechende Ausbildung
der Austrittskanten entgegengewirkt werden. Hierdurch
wird es ermöglicht,
den Füllkörper in einfachster Weise und aus billigstem Werkstoff herzustellen und
die Leistungsfähigkeit des Kühlers bei gegebenem Rauminhalt wesentlich zu erhöhen.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigt Fig. I einen Längsschnitt durch einen gemäß der Erfindung ausgeführten
Kühlturm, Fig.2 eine schaubildliche Darstellung eines Füllkörpers, Fig. 3 eine schaubildliche
Darstellung eines Teiles des Füllkörpers, schräg von unten gesehen.
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Fig. 4 eine schaubildliche Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform
der Erfindung.
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In Fig. 1 bezeichnet 10 das Gehäuse des Rieselkühlers, der den mit
12 bezeichneten Füllkörper aufnimmt. Dieser hat bei der Ausführungsform gemäß den
Fig. 1 bis 3 kreisrunden Querschnitt und umfaßt eine Nabe 14, um welche ein Streifen
oder eine Bahn aus Wellpappe spiralförmig gewickelt ist. Die Wellpappe besteht aus
einer ebenen Papierschicht 16 und einer gewellten Papierschicht 1.8, die
miteinander längs der Kämme 20 der Wellungen (Fig. 3) mit Hilfe eines wasserunlöslichen
Bindemittels verbunden sind. Die Wellungen weisen zweckmäßig Sinusform auf und haben
eine Wellenlänge, die in bekannter Weise etwas mehr als das Doppelte der Wellenhöhe
sein kann. Es ist vorteilhaft, auch die einzelnen Wicklungen der Wellpappenbahn
an den Berührungsstellen der ebenen und der gewellten Schichten miteinander zu verleimen.
Die zwischen den Schichten gebildeten rohrförmigen Kanäle 22 (Fig. 3) stehen im
Gehäuse 10 lotrecht. Das Paket aus Wellpapp; ist von einer zylindrischen
Metallhülle 24 umschlossen, die auf der Außenseite mit einem rechtwinklig abstehenden
Flansch 26 versehen sein kann, mit welchem der Füllkörper an einem ähnlichen Flansch
28 auf der Innenseite des Gehäuses 10
anliegt. Diese Flansche dienen gleichzeitig
als Dichtung, so daß Luft zwischen ihnen nicht hindurchstreichen kann. Um die erforderliche
Festigkeit zu erhalten, können Speichen 30 radial durch das Wellpappenpaket hindurchgehen
und mit ihren inneren Enden in die Nabe 14 eingeschraubt oder eingepreßt
sein. Die Speichen sind an der Außenseite der Hülle 24 mit Hilfe von Muttern 32
verankert. Die Speichen können sich von dem Gehäuse 24 schräg aufwärts zur Nabe
14 erstrecken, wodurch ihr versteifendes Vermögen in der günstigsten Weise ausgenutzt
wird.
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Die die Rohrkanäle 22 bildenden Schichten sind aus einem Werkstoff
gefertigt, der Wasser aufzusaugen bzw. von diesem benutzt zu werden imstande ist.
Er ist daher von faseriger Beschaffenheit. Der billigste Werkstoff ist Papier, das
ein oder einige zehntel Millimeter dünn sein kann, weil die Wellpappenstruktur an
sich eine höhere Festigkeit gibt. Da das Papier in unmittelbare Berührung mit der
Flüssigkeit - bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Wasser - kommt, ist es wichtig,
daß es einen gewissen Grad von Feuchtebeständigkeit hat. Das Papier ist daher vorteilhaft
mit einem hierfür förderlichen Stoff imprägniert, etwa mit Kunstharz, wie z. B.
Melamin-, Karbamid- oder Phenolharz. Hierbei ist es von Bedeutung, daß das Papier
nicht so viel von dem Imprägnierungsmittel aufnehmen darf, daß dadurch sein flüssigkeitsaufsaugendes
Vermögen zu gering wird. Die Gewichtsmenge des Harzes kann 4 bis 20 oder 30°/o des
Papiergewichtes betragen. Der Abstand zwischen den ebenen Schichten ist vorzugsweise
3 bis 4 mm, was eine hohe übertragungszahl zwischen den in den Rohrkanälen einander
begegnenden Mitteln, im vorliegenden Fall Luft und Wasser, sicherstellt.
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Das Wasser wird dem Austauscherkörper von oben durch eine Leitung
34 zugeführt, in deren Endteilen 36 in bekannter Weise eine Spritzvorrichtung
38
drehbar gelagert ist. Die Spritzvorrichtung hat Arme, die mit kleinen Ausströmlöchern
40 entlang einer Linie so versehen sind, daß dem am äußeren Teil der Arme ausströmenden
Wasser eine ungefähr waagerechte Richtung erteilt wird, während die Wasserstrahlen
zur Nabe der Spritzvorrichtung hin mehr und mehr nach unten gerichtet sind, so daß
die Flüssigkeit gleichmäßig über die obere Vorderfläche des Füllkörpers verteilt
wird. Die Spritzvorrichtung wird durch die Reaktionskraft des ausströmenden Wassers
in Umdrehung versetzt. Von dem geschlossenen unteren Teil des Gehäuses
10 geht eine Leitung 42 für das gekühlte Wasser ab. Das verbrauchte Wasser
wird durch eine Einlaßleitung 44 ersetzt, die mit einem Ventil 46 versehen
ist, das mit einem Schwimmer 48 in der Weise zusammenarbeitet, daß der Wasserspiegel
in dem Gehäuse ungefähr unverändert gehalten wird. Ein durch einen Motor
50 angetriebener Lüfter 52 im Oberteil des Apparates saugt Außenluft durch
den Austauscherkörper, die durch unterhalb des Austauscherkörpers gelegene Einlässe
54 in den Apparat eintritt. Zwischen der Spritzvorrichtung 38 und dem Lüfter
52 kann ein aus senkrecht abgebogenen Schienen gebildeter Wasserabscheider 55 vorgesehen
sein.
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Gemäß der Erfindung sind die Wellpappeschichten an ihrer unteren Kante
schräg zu Zipfeln 56 abgeschnitten, und zwar entlang Linien 58 (Fig. 2),
die sich vorzugsweise über eine Mehrzahl, wie vier bis sechs Rohrkanäle 22 zwischen
jedem aus einer ebenen und einer gewellten Schicht gebildeten Schichtenpaar erstrecken.
Die Schnittlinien 58 bewirken, daß die einen Rohrkanal 22 begrenzenden Wände, die
im vorliegenden Beispiel von der ebenen Schicht 16 und einer Wellung in der
Schicht 18 gebildet werden, eine schrägverlaufende untere Kante haben. Diese
Kante erhält damit eine Ausdehnung in lotrechter Richtung zwischen den Linien
60 und 62 der Fig. 3, die mindestens ebenso groß und vorzugsweise
größer ist als die Höhe, bis zu welcher das Wasser in einem Kanal mit demselben
Querschnitt und mit waagerecht abgeschnittener unterer Kante hochgesaugt wird.
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Die Fig.3 veranschaulicht den Teil eines Zipfels 56, der sich zwischen
seiner Basis und einer senkrechten Linie durch die Zipfelspitze befindet.
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Bei dem beschriebenen Beispiel mit einem Abstand zwischen den ebenen
Schichten 16 von 4 mm ist die Neigung der Linie 58 zur Lotlinie vorzugsweise 15
bis 25°, um ein gutes Abrinnen der Flüssigkeit sicherzustellen. Der Neigungswinkel
kann um so größer gewählt werden, je leichter das Wasser in dem Werkstoff der Schicht
selbst abgeleitet wird. Nachdem die Flüssigkeit, in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
das Wasser, durch die Rohrkanäle 22 abwärts geflossen ist, folgt es der schräggeschnittenen
unteren Kante zur Spitze des Zipfels 56.
Hierdurch wird erzielt, daß die Ausfiußöffnungen
ständig so weit frei von Flüssigkeit gehalten werden, daß die von unten aufwärts
drängende Luft in die Kanäle hineindringen kann. Dadurch, daß das Wasser
die
Kanalwände benetzt, bildet es innen in den Kanälen auf deren Wänden einen dünnen
Film. Das von einem höher gelegenen Kanalausfiuß ausströmende Wasser folgt den Schichten
16, 18 entlang deren unteren Kanten zu der Zipfelspitze, ohne den oder die
unterhalb gelegenen Kanalauslässe zu verstopfen.
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Die Leitungen 34 und 42 sind zum Anschluß an z. B. den (nicht gezeigten)
Kondensator einer Klimaanlage od. dgl. bestimmt. Das in diesem erwärmte Wasser gelangt
durch die Leitung 34 zu der Spritzvorrichtung 38, die es über den Füllkörper 12
verteilt. Während seines Durchganges durch die Rohrkanäle 22 begegnet das
Wasser der Luft, in welche ein kleinerer Teil des Wassers verdampft, wobei der absolute
Feuchtigkeitsgehalt der Luft in entsprechendem Grade zunimmt. Durch die Verdampfung
wird Wärme gebunden und das Wasser gekühlt.
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Je kleiner der Querschnitt der Kanäle 22, desto größer wird die Wärmeaustauschfiäche
zwischen den beiden Mitteln. Gleichzeitig aber muß die schräggeschnittene Ablaufkante
eine größere Ausdehnung in der lotrechten Richtung erhalten, was praktisch eine
untere Grenze für den Abstand zwischen den ebenen Schichten des Austauscherkörpers
setzt. Als obere Grenze gilt letztlich der Kanalquerschnitt, bei welchem die Flüssigkeitstropfen
den Kanalauslaß nicht mehr sperren; mit Hinblick auf die angestrebte hohe Leistungsfähigkeit
des Füllkörpers ist es jedoch vorteilhaft, sich weitestmöglich unter dieser Grenze
zu halten. Die lotrechte Ausdehnung der Rohrkanäle 22, die durch das Vorhandensein
der Zipfel 56 wechselt, wird mit gebührender Rücksicht auf die gewünschte Temperatursenkung
des Kühlwassers, die Mengen der strömenden Mittel und das Druckgefälle in der Luft
bemessen. Die Durchschnittslänge der Kanäle kann bei einem Abstand von 4 mm zwischen
den ebenen Schichten 150 bis 400 oder 500 mm betragen.
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Das röhrenförmige Kanalsystem bringt in Verbindung mit dem wassersaugenden
Faserstoff, aus dem es aufgebaut ist, einen anderen wertvollen Vorteil mit sich.
Die die Spritzvorrichtung verlassenden Wasserstrahlen begegnen dem durch die Kanäle
aufwärts streichenden Luftstrom, wobei es von Bedeutung ist, daß die Wassertropfen
in größtmöglichem Umfang von den Kanalwänden aufgefangen werden. Es zeigt sich somit,
daß in dem Fall, wo der Austauscherkörper aus parallelen, wasserabweisenden Schichten
aufgebaut ist, eine große Anzahl kleiner Wassertropfen, die bereits in die Kanäle
eingetreten sind, zurückgeworfen wird und dem Luftstrom zum Wasserabscheider hinauf
mitfolgt. Der gemäß der Erfindung gestaltete Füllkörper vermag in wirksamer Weise
die Wassertropfen an die Wände zu führen, weswegen nur eine kleinere Menge Wasser
von dem Luftstrom mitgerissen wird. Ferner erhält man eine gute Zwangsführung sowohl
des flüssigen als auch des gasförmigen Mittels. Ein Flüssigkeitstropfen, der einmal
in einen Rohrkanal hineingekommen ist, muß diesem Kanal bis zum Auslaß folgen, und
irgendwelche Ansammlungen von Flüssigkeit, die Teile des Füllkörpers mehr oder weniger
betriebsuntauglich machen und den Gasstrom zu Umwegen zwingen würden, werden weitgehend
vermieden. Eine Verlängerung der Gasstromwege bedeutete eine Vergrößerung des Druckgefälles.
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Der Rieseleinbau gemäß der Erfindung hat den außerordentlichen Vorteil,
daß er durch Kesselsteinablagerungen nicht mehr verstopft werden kann, da das Wasser
an sämtlichen Wandungen der Rohrkanäle infolge ihres Netzvermögens ständig zum Durchlaufen
gebracht wird.
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Die Ausführungsform gemäß Fig.4 unterscheidet sich von der vorhergehenden
hauptsächlich dadurch, daß der Füllkörper viereckig ist, wobei die Wellpappschichten
16, 18 planparallel zueinander verlaufen. Das zu kühlende Wasser wird durch eine
Leitung 34 zugeführt, die sich in zwei Zweigleitungen 64 teilt, welche ihrerseits
zu zwei an einander gegenüberliegenden Seit--n angebrachten Spritzvorrichtungen
66 führen. Diese Spritzvorrichtungen sind bei der Ausführungsform der Fig.4 unbeweglich
und sind mit einer Anzahl Leitschienen 68 versehen, die sich unter verschiedenen
Neigungswinkeln zum Wellpappepaket hin erstrecken und zwischen denen Reihen von
Ausströmlöchern 69 vorgesehen sind. Nur eines dieser Löcher 69 ist in Fig. 4 sichtbar.
Während die Zipfel 56 bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 3 zweckmäßig
vor der Aufwickelung der Wellpappebahn zur Rollenform ausgestanzt wurden, werden
sie bei der Ausführungsform nach Fig. 4 erst ausgesägt, nachdem das Wellpappepaket
fertiggestellt ist. Man erhält auf diese Weise zueinander parallele Reihen von Zipfeln,
die senkrecht zur Oberflächenerstreckung der Wellpappeschichten stehen.
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Die Hülle 24 kann auf der Oberseite ein Deckblech 70 haben, das als
Anschlag und Abdichtung für das Wellpappepaket um seine Kante herum dient. Um es
in der Hülle 24 festzuhalten, können sich Bolzen 72 von zwei einander gegenüberliegenden
Seiten der Hülle 24 durch das Paket erstrecken.
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Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele
beschränkt, sondern im weitesten Sinne innerhalb des Rahmens des ihr zugrunde liegenden
Leitgedankens abwandelbar. Der Füllkörper kann aus Trennwänden zusammengesetzt sein,
die jeweils aus mehreren Schichten bestehen, von denen eine der Versteifung dienen
kann, während eine oder mehrere andere Schichten die Fähigkeit haben, die Flüssigkeit
anzusaugen bzw. von ihr benetzt zu werden. Als Werkstoff für die Schichten des Füllkörpers
können Asbest- oder Glaswollepapier in Betracht kommen. Das Kanalsystem im Füllkörper
kann die Struktur von Honig- oder Wachskuchenzellen haben, wobei sämtliche Schichten
gefaltet sind.
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Statt die Schichten bzw. das Paket senkrecht zur Oberflächenerstreckung
der Schichten zu schneiden, können die Schnittflächen von vorn durch die Wellungen
hindurchgehen, und zwar unter einem schrägen Winkel, so daß also die Schnittebene
die ebene Wellpappeschicht bei lotrechtem Einbau des Paketes entlang einer waagerechten
Linie trifft. Der Austauscherkörper kann in gewissen Fällen drehbar sein, wobei
das flüssige Mittel ihn in radialer Richtung von der Welle her nach außen durchströmt.