DE1913355U

DE1913355U - Stoff und waermeaustauschkoerper fuer kuehltuerme, insbesondere fuer kreuzstrom-kuehltuerme.

Info

Publication number: DE1913355U
Application number: DET18666U
Authority: DE
Inventors: Heinz Thumm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1965-02-03
Filing date: 1965-02-03
Publication date: 1965-04-08

Description

.057131-3.2.65

Heinz Thumm VDI
4o4 Neuss/Eh., Ubierstrasse 15

Stoff- und Wärmeaustauschkörper für Kühltürme, insbesondere für Kreuzs tromkühltürme

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stoff- und Wärmeaustauschkörper für Kühl türme, insbesondere für Kreuzstromkühltürme, bestehend aus mit Abstand zueinander angeordneten und Erhöhungen aufweisenden Platten oder dergleichen.

Es sind zahlreiche Stoff- und Wärmetauschkörper bekannt, die für Kreuz oder G-egenstrom konstruiert sind und als Riselaufbauten für Kühltürme Verwendung finden. Die bekannten Stoff- und Wärmeaustauschkörper bestehen aus flächen- oder fadenförmigen Bauelementen, die aneinander angereiht oder übereinander geschichtet aus verschieden Werkstoffen wie Holz, Metall, Porzellan oder Asbest_äPapier oder Plastik hergestellt sind.

Die bekannten Stoff und Wärmetauschkörper haben die verschiedensten Oberflächenformen zur Vergrösserung der Übertragungsleistung sowie zur Führung und Verteilung des Gas- und ITlüssigkeitsstromes. Diese Oberflächenformen entstehen durch Erhebungen an Platten oder Wellungen von Platten usw.

Gegenstrom- Stoff- und Wärmeaustauschkörper werden von oben mit Flüssigkeit besprüht, so dass

die Bauelemente sich mit einem Flüssigkeitsfilm überziehen oder die herabfallende Flüssigkeit zu immer neuer Tropfenbildung gezwungen wird. Im Gegenstrom hierzu befindet sich ein meist turbulenter Gasstrom, der mit der herabfallenden Flüssigkeit in Stoff- und Wärmetausch steht. Die bekannten, für Gegenstrom konstruierten, Kühlturmeinbauten erfordern immer ein Luftführungsgehäuse, das um die Stoff und Wärmetauschkörper angeordnet wird.

Kreuzstrom-Stoff- und Wärmetauschkörper werden aus Matten oder Batten, die in Abständen zueinander angeordnet sind, hergestellt. 'Durch die Plattenabstände entstehen längliche horizontale Kanäle, die von Gas turbulent durchströmt werden. Der Kreuzstrom-Stoff- und Wärmeaustauschkörper wird von oben mit Flüssigkeit besprüht, so dass die Platten in ihrer ganzen Länge benetzt werden und die Flüssigkeit gekühlt wird.

Die bekannten Kreuzstrom-Kühlturmeinbauten erfordern immer ein Luftführungsgehäuse, das um den Stoff- und Wärmetauschkörper angeordnet wird. Die bekannten Stoff- und Wärmetauschkörper für Gegenstrom haben, folgende Nachteile beim Einbau in die Kühltürme:

Die Vergrösserung der Übertragungsleistung durch verschiedene Oberflächenformen wird durch die Vergrösserung der Flüssigkeitsoberfläche erreicht. Alle bekannten Körper vergrössern die am Stoff- und Wärmeaustausch teilnehmende Flüssigkeitsfläche. Jedoch ist die genaue Bestimmung dieser Fläche äusserst schwierig und meist nicht durchführbar.

Die an der unteren G-rundflache des Körpers eintretende luft erfährt eine Umlenkung aus der horizontalen inidie Tertikaie Strömungsrichtung. Diese Umlenkung verhindert die Durchströmung der äusseren Randzonen des Stoff- und Wärmeaustauschkörpers. Es entstehen hierdurch tote am Wärmeaustausch nicht teilnehmende Flüssigkeitsflachen, da keine Luft zum Austausch vorhanden ist. Dies ist ein bekannter Nachteil der G-egenst romkühl türme. Pur die Gegenstromkühltürme müssen zur wirtschaftlichen Ausnützung der eingebauten Stoff-und Wärmetauschkörper grosse Luftmengen umgewälzt werden. Hierdurch sind die bekannten Gegenstromkörper zur Kühlung kleiner Wassermengen mit hoher Anfangstemperatur nicht wirtschaftlich. Durch Mischen mit kühlerem Umlaufwasser (Vergrösserung der Wassermenge) muss der wirtschaftliche Betrieb erzwungen werden. Die bekannten Stoff- und Wärmeaustauschkörper für Kreuzstrom haben den Nachteil, dass die aneinandergereihten flächenförmigen Elemente durch ihre Höhe, Dimension und Anordnung einen grossen hydraulischen Radius besitzen. Die dadurch gebildete turbulente, horizontale Gasströmung ist für den Stoffaustausch schlecht. Durch grosse Körpertiefe wird jedoch bisher das Gesamtergebnis ausgeglichen, aber die dadurch auftretende Widerstandserhöhung für den Gasstrom in Kauf genommen.

Die notwendige grosse Körpertiefe bei Kreuzstrom vergrössert gleichzeitig die thermodynamischen Machteile, die dem Kreuzstrom bisher eigen sind. In den unteren Zonen des Kreuzstromkörpers, welche keine grosse Enthalpiedifferenz zwischen eintretendem Kühlgas und schon teilweise abgekühlter

-4-

-4-

Flüssigkeit aufweisen, wird die wirtschaftliche Ausnützung verhindert, da ein erheblicher Teil de eingebauten Fläche nicht mehr am Stoffaustausch teilnimmt.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die vorerwähnten Nachteile der bekannten Gegenstrom sowie Kreuzstrom-Stoff- und Wärmeaustauschkörper auf einfache Art zu beseitigen.

Dies geschieht erfindungsgemäss in vorteilhafter Weise dadurch, dass die Platten mit einer Vielzahl von Nadel od. dergl. versehen sind, die sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung versetzt zueinander angeordnet sind, und dass eine Anzahl derartig ausgebildeter Platten über- und nebeneinander vorgesehen und so zu einem in drei Dimensionen baukastenmässig erweiterungsfähigen und in horizontaler sowie vertikaler Richtung durchlässigen Stoff- und Wärmeaustauschkörper zusammengesetzt sind, wobei mindestens die übereinander angeordneten Fadelplatten versetzt zueinander angeordnet sind. Auch dadurch, dass die Länge der Nadeln ein Vielfaches der Dicke der Platten beträgt und die Nadelplatte]! aus Kunststoff bestehen, sowie die Uadelplatten zwecks besserer Benetzungsfähigkeit aufgerauht sind. Auch können die unteren Enden der Nadelplatte*! Abtropfkanten aufweisen.

-5-

Die Platten erhalten zweckmässxgerweise leicht konische Nadeln, die in Form, Dimension und Anordnung eine maximal erreichbare Vergrösserung der Oberfläche, bezogen, auf den Gesamtrauminhalt der Nadelplatte ergeben. Erfindungsgemäss bilden die vertikalen Abstände und die Länge der Nadeln horizontale Gaskanäle, welche in Abbildung 5 im Grundriss und in Abb. 4- in der Anseicht dargestellt sind. Zweckmässigerweise sind die Nadeln in horizontaler Richtung versetzt oder fluchtend angeordnet und besitzen zueinander einen von der herabrieselnden Flüssigkeit und ihrer Yiskosität bestimmbaren Achsenabstand. Es wird dadurch erreicht, dass sich vertikale zusammenhängende Flüssigkeitsfäden herausbilden, welche eine gleichmässige Benetzung der Austauschfläche erzwingen. Gleichzeitig erhält der Körper eine wesentliche Vergrösserung der Austauschfläche, da diese Flüssigkeitsfäden wie weitere Wandflächen zwischen den aneinandergereihten Platten wirken . siehe Abb. 4 und 5.

Durch die erfindungsgemässe Ausbildung der Nadelplatte entstehen senkrechte zusammenhängende, durch ihren länglichen Querschnitt nicht zur Verschmutzung neigende Kanäle für die Flüssigkeit. Hierdurch kann der Körper mit einer erheblich grösseren Sprühdichte kg/m Körperfläche, als bei bisher bekannten Kreuz- und Gegenstromkörpern beaufschlagt werden. Das hat zur Folge, dass auch die

-6-

Körpertiefe klein gehalten werden kann. Zweckmässigerweise v/erden die Nadelplatten in horizontaler Richtung versetzt gegeneinander angeordnet, um die Tropfenfadenbildung über die ganze Körperhöhe aufrecht zu erhalten. Durch diese Anordnung wird von Plattenreihe zu Plattenreihe eine gleichmässige Flüssigkeitsverteilung und eine Neubildung von Flüssigkeitsfäden erreicht. Abb.3· Zusätzliche Abtropfkanten können angeordnet werden.

Durch die vorbeschriebene erfindungsgemässe Ausbildung der Nadelplatten ergeben sich günstige Strömungsverhältnisse innerhalb der aus l\Tadelplatten zusammengefügten Körper für vertikale Flüssigkeit und horizontale Gasströmung. Diese günstigen Strömungsverhältnisse ergeben geringe Packungstiefen bei günstigen thermodynamischen Bedingungen.

Die geringe Körpertiefe ermöglicht die wirtschaftliche Ausnützung dieses erfindungsgemässen Stoff- und Wärmeaustauschkörpers bei Kreuzstrom bei einem kleineren Aufwand an Kühlgasmenge Indem die Nadelplatten kleinstmögliche Dicke und die Nadeln kleinstmöglichen Durchmesser erhalten, bekommt der neue Körper in horizontaler Richtung seine grösstmögliche Durchlässigkeit, die zusammen mit seiner geringen Körpertiefe für den Gasstrom einen geringen Widerstand ergibt.

Nadel

Indem die -platten aus Thermoplast-Kunststoff mit geringer Wasseraufnähme im Spritzverfahren hergestellt werden, erhält man leichte Konstruktionselemente des Stoff- und Wärmeaustauschkörpers sowie der notwendigen Funktionsteile .

-7-

Durch Verwendung von Kunststoff mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit und guter Oberflächenbenetzung (Rauhigkeit), werden die Stoff- und Wärmeaustauschvorgänge im Körper zusätzlich verbessert.

Es ist auch möglich, mehrere erfindungsgemässe Stoff- und Wärmeaustauschkörper in kaskadenförmiger Anordnung oder überhaupt übereinander angeordnet vorzusehen. Auch kann ein mit dem erfindungsgemässen Körper versehener Kühlturm, im Querschnitt dreieckförmig ausgebildet sein, wobei zwei benachbarte Kühlturmwände, beispielsweise bei einem gleichschenkligen Grundriss die Kathetenseiten mit Körpern versehen sind, während die Hypothenusenseite einen horizontal^ugenden Axialventilator aufweist.

Oa die Wärme- und Stoffaustauschvorgange bei klimatechnischen Anlagen, denen eines Kühlturmes ähnlich sind, kann der erfindungsgemässe Stoff- und Wärmeaustauschkörper auch in Klimaanlagen zur Befeuchtung, Hassluftkühlung und Entfeuchtung vorteilhaft angewandt werden.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand an einem Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar zeigt:

Abb. 1 einen neuen Kühlturm in perspektivischer Ansicht mit vier Stoff- und Wärmeaus tauschkörperwänden

Abb. 2 einen Querschnitt zu Abb. 1

Abb. 3 einen Ausschnitt aus dem Stoff- und Wärmeaustauschkörper in perspektivischer Ansicht mit der versetzten Anordnung der

-8-

einzelnen Eadelplatten

Abb. 4 den Strömungsverlauf von Gas und Flüssigkeit in dem Stoff- und Wärmeaustauschkörper
Abb. 5 eine Draufsicht zu Abb. 4 und Abb. 6 einen Ausschnitt gesehen von vorn auf die platte mit einigen Flüssigkeitsfäden

Darin ist mit 7 das Traggerüst des Kühlturmes bezeichnet, dass in seinem oberen Teil mit einem Axialventilator 8 versehen ist. Dieser Ventilator saugt Luft im Kreuzstrom durch die Wände des Kühlturms, die im wesentlichen aus Stoff- und Wärmeaustauschkörpern 9 gebildet sind. Die Körper sind aus nadeiförmigen ITadelplatten 10 nach Art eines Baukastensystems zusammengesetzt. Wie aus Abb. 2 ersichtlich, besteht der Körper dieser Wand aus 10 Nadelplattenreihen. In Abb. 3 ist gezeigt, dass die Uadelplatten in horizontaler Richtung versetzt zueinander angeordnet sind. Die iiadeln 11 sind ebenfalls versetzt zueinander angeordnet, siehe Abb. 6. Die Abb. 4 verdeutlicht den Strömungsverlauf von Gas und Flüssigkeit. Hierbei ist ersichtlich, dass die Flüssigkeitsfäden jeden Gaskanal des Körpers in zwei kleinere Kanäle unterteilen und eine laminare Strömung der Luft erzwingen. Durch die Vielzahl der Nadeln 11 bilden sich viele Flüssigkeitsfäden. Einige davon sind in Abb. 6 von vorn auf die !Tadeln 11 gesehenfdarge stellt.

Die Berieselung der erfindungsgemässen Körper 9

-9-

(Abb.2) erfolgt durch ein Sprührohr 12 (Abb.2). Die rückgekühlte Flüssigkeit wird in Schalen 15 aufgefangen, die miteinander durch Rohrleitungen in Verbindung stehen.

Wie bereits erwähnt, ist die dargestellte und beschriebene Ausführungsform nur ein Bespiel zur Verw-irklichung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind noch mancherlei andere Ausführungen möglich. Wichtig dabei ist, dass der Stoff-und Wärmeaustauschkörper durch ladelplatten gebildet ist. Die Formgebung, Abmessung und Anordnung der Nadeln kann gemäss der in den Ansprüchen beschriebenen Ausbildung vom Ausbildungsbeispiel abweichen und unterschiedlich ausgebildet sein.

Claims

Ρ.Α.05Π31*-3.2.65 -1ο- Schutzansprüche

1.) Stoff- und Wärmeaustauschkörper für Kühltürme, insbesondere für Kreuzstromkühltürme, bestehend aus mit Abstand zueinander angeordneten und Erhöhungen aufweisenden Platten od. dergl. dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (10) mit einer Vielzahl von Nadeln od. dgl. (11) versehen sind, die sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung versetzt zueinander angeordnet sind, und dass ein Anzahl derartig ausgebildeter Platten (10) über- und nebeneinander vorgesehen und so zu einem in drei Dimensionen baukastenmässig erweiterungsfähigen und in horizontaler sowie in vertikaler Richtung durchlässigen Stoff- und Wärmeaustauschkörper (9) zusammengesetzt sind, wobei mindestens die übereinander angeordneten Nadelplatten (1 ο) versetzt zueinander angeordnet sind.

2.) Stoff- und Wärmeaustauschkörper nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der !Tadeln (11) ein Vielfaches der Dicke der Platten (io) beträgt.

3·) Stoff- und Wärmeaustauschkörper nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die TTadelplatten (1o) aus Kunststoff bestehen.

4.) Stoff- und Wärmeaustauschkörper nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch,gekennzeichnet,dass die Nadelplatten (1o) zwecks besserer Benetzungsfähigkeit aufgerauht sind.

-11-

5.) Stoff- und Wärmeaustauscnkörper nach den Ansprüchen 1-4 dadurch gekennzeichnet, dass die unteren Enden der Uadelplatten (1o) Abtropfkanten aufweisen.