DE1244116B

DE1244116B - Fuellkoerper fuer eine Vorrichtung zum gekoppelten Waerme- und Stoffaustausch zwischen einem Gas und einer Fluessigkeit

Info

Publication number: DE1244116B
Application number: DEE23521A
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Klaus Ros Dipl-Chem; Dipl-Ing Hanno Goos
Original assignee: Escher Wyss GmbH
Current assignee: Sulzer Escher Wyss GmbH
Priority date: 1962-09-13
Filing date: 1962-09-13
Publication date: 1967-07-13

Description

Füllkörper für eine Vorrichtung zum gekoppelten Wärme- und Stoffaustausch zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit Die Erfindung betrifft einen mit Kanälen ausgestatteten Füllkörper für eine Vorrichtung zum gekoppelten Wärme- und Stoffaustausch zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit. Die Kanäle werden von den beiden Medien im Gegenstrom durchströmt.
Füllkörper dieser Art werden insbesondere in Wasserrückidihltürmen verwendet, die dazu dienen, warmes Betriebswasser dadurch wieder abzukühlen, daß das Wasser mit Kühlluft in unmittelbare Berührung gebracht wird und hierbei seine Wärme teilweise abgibt, zum Teil aber auch verdampft und dadurch seinen Wärmeinhalt verringert.
Die mit dem Gas im Wärme- und Stoffaustausch stehende Flüssigkeit bildet auf den Kanalwänden einen Film, über den das im Innern der Kanäle strömende Gas hinwegstreicht.
In der deutschen Auslegeschrift 1082 236 ist ein solcher Füllkörper beschrieben, bei dem zur Schaffung einer möglichst großen Austauschfläche zwischen den beiden miteinander im Wärme- und Stoffaustausch stehenden Medien sehr enge durchgehende Kanäle vorhanden sind. In diesen Kanälen tritt zwangläufig Kapillarwirkung auf. Um diese aufzuheben, sind an den Ablaufkanten des bekannten Füllkörpers sägeblattartige Zacken oder ähnliche Glieder angeordnet. Würden die Kanäle so groß ausgebildet, daß keine Kapillarwirkung mehr auftreten könnte, so würde die Austauschfläche des Flüssigkeitsfilms zu stark verkleinert.
Beim praktischen Gebrauch der bekannten Füllkörper hat sich nun gezeigt, daß die zur Aufhebung der Kapillarwirkung erforderlichen Glieder, beispielsweise der erwähnten Zacken, mechanisch sehr empfindlich sind und daß diese leicht beschädigt werden können. Es stellt sich daher die Aufgabe, einen Füllkörper für Vorrichtungen zum gekoppelten Wärme-und Stoffaustausch zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit zu schaffen, der zwar die Vorteile der bekannten Vorrichtung hinsichtlich der großen Kanaloberfläche aufweist, nicht jedoch den Nachteil, daß an den Ablaufkanten des Füllkörpers besondere Glieder vorhanden sein müssen, die die im Innern des Füllkörpers entstehende Kapillarwirkung aufheben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise zwei oder mehrere Füllkörper aufeinandergeschichtet werden, wobei die Weite der Kanäle der einzelnen Schichten, in Strömungsrichtung der Flüssigkeit gesehen, von Schicht zu Schicht zunimmt. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Kanalweite einer Schicht jeweils das 1,06- bis 1,26fache der Kanalweite der benachbarten, früher vom flüssigen Medium durchströmten Schicht beträgt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Füllkörper wird aber nicht nur die Ausbildung von Kapillarkräften im Innern der Kanäle verhindert, sondern es tritt auch eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der dem Film entgegenströmenden Kühlluft durch Kanalverengung ein. Hierdurch wird eine Intensivierung der Kühlwirkung erreicht, und der geringfügige Verlust an Kühlfläche, der durch die Vergrößerung der Kanalquerschnitte nach unten entsteht, wird mehr als ausgeglichen.
F i g. 1 zeigt einen Vertikalschnitt durch einen Füllkörper und Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 11-11 in Fig. 1.
Der Füllkörper wird von der gleichmäßig auf seinem ganzen Querschnitt verteilten Flüssigkeit von oben nach unten durchrieselt, während das Gas im Gegenstrom dazu von unten nach oben durch den Füllkörper strömt.
Der Füllkörper ist in vier aufeinanderfolgende Schichten 1, 2, 3, 4 unterschiedlicher Kanalweite unterteilt. Dabei ist die Kanalweite einer Schicht jeweils größer als die Kanalweite der benachbarten, früher von der Flüssigkeit durchrieselten Schicht. Die Kanalweite der Schicht 1 ist größer als diejenige der Schicht 2, die Kanalweite der Schicht 2 ist größer als diejenige der Schicht 3, und die Kanalweite der Schicht 3 ist größer als diejenige der Schicht 4.
Zweckmäßigerweise werden die Kanalweiten so gewählt, daß die Kanalweite- einer Schicht zwischen dem 1,06- und dem 1,26fachen der Kanalweite der benachbarten, früher von der Flüssigkeit durchrieselten Schicht liegt.
Dabei wird das »kleinste gemeinsame Vielfache« der Kanalweitenteilungen zweier benachbarter Schichten mit Vorteil möglichst groß gewählt, damit ein Aufeinandertreffen von Wand auf Wand möglichst selten stattfindet, so daß die Kanalwände von Schicht zu Schicht praktisch überall gegeneinander versetzt sind.
Durch die fortschreitende Vergrößerung der Kanalquerschnitte in Durchflußrichtung des flüssigen Mediums ist sichergestellt, daß an keiner Stelle des Füllkörpers ein Kapillareffekt auftritt.
Die unterschiedlichen Kanalweiten bewirken andererseits, daß den Medien im oberen Teil des Füllkörpers im gesamten ein ideinerer Durchtrittsquerschnitt zur Verfügung steht als im unteren Teil.
Der Durchtrittsquerschnitt für die Gasströmung wird außer durch die Wandquerschnitt auch noch durch den Querschnitt des auf den Wänden befindlichen Hüssigkeitsfilms eingeengt. Durch die Verengung des Durchtrittsquerschnitts erfährt das Gas beim Durchströmen des Füllkörpers eine Geschwindigkeitserhöhung. Will man diese noch weiter steigern, können unterschiedliche, d. h. größere Wandstärken in den oberen Schichten gewählt werden.
Außer der zwangläufigen Geschwindigkeitserhöhung der Gasströmung besitzt der erfindungsgemäße Füllkörper den Vorteil, daß an den Übergangsstellen von Schicht zu Schicht durch die gegenseitige Versetzung der Kanalwände sowohl auf der Flüssigkeits- als auch auf der Gasseite ständig neue Anlaufströmungen geschaffen werden.
Die ständige Beschleunigung der Gasströmung und die erzwungenen Anlaufströmungen verbessern die Wärmeübertragung vom flüssigen zum gasförmigen Medium so sehr, daß die durch die Vergrößerung der Kanaiweiten verursachte Verkleinerung der Oberfläche des Flüssigkeitsfilms mehr als aufgewogen wird.
Durch die Unterteilung in Schichten und den Umstand, daß die unterste Schicht größere Kanalweiten aufweist, ist es möglich, die unterste, d. h. die zuletzt vom flüssigen Medium durchrieselte Schicht aus einem Material höherer Festigkeit herzustellen, so daß diese Schicht als Tragrost für den ganzen Füllkörper dienen kann. Die einzelnen Schichten können, gemessen in der Durchflußrichtung, verschieden große Höhen aufweisen.
Die Füllkörperschichten können beispielsweise aus imprägniertem Fasermaterial, aus Kunststoff oder Metall bestehen. Die Querschnittsform der von den beiden Medien durchströmten Kanäle kann ebenfalls beliebig gewählt werden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Kanäle die Form regelmäßiger Sechsecke auf.

Claims

Patentansprüche: 1. Füllkörper für eine Vorrichtung zum gekoppelten Wärme- und Stoffaustausch zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit, mit Kanälen, welche von den beiden Medien im Gegenstrom durchströmt werden, wobei der Füllkörper aus zwei oder mehr in Strömungsrichtung der Medien aufeinanderfolgenden Schichten unterschiedlicher Kanalweite besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Weite der Kanäle der einzelnen Schichten (1; 2; 3; 4), in Strömungsrichtung der Flüssigkeit gesehen, von Schicht zu Schicht zunimmt.
2. Füllkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalweite einer Schicht (1) jeweils das 1,06- bis 1,26fach der Kanalweite der benachbarten, früher vom flüssigen Medium durchströmten Schicht (2) beträgt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 218 779, 253 078, 623 227, 874 899; Patentschrift Nr. 20 918 des Amtes für Erfindungs-und Patentwesen in der sowjetischen Besatzungszone Deutschlands; USA.-Patentschrift Nr. 2 210 059.