DE2302374B2 - Wärmetauscheranlage zur Rückkühlung von Kühlwasser mit Hilfe von Umgebungsluft - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Wärmetauscheranlage zur Rückkühlung von Kühlwasser mit Hilfe von Umgebungsluft, mit parallelgeschalteten Wärmetauschern, die jeweils vertikale mit Rippen versehene Steig- und Fallrohre, eine untere Einlaßkammer sowie eine untere Auslaßkammer und eine obere Umlenkkammer aufweisen und bei denen die Steig- und Fallrohre in den Boden der oberen Umlenkkammer münden.

Eine derartige Wärmetauscheranlage ist aus der GB-PS 10 45 595 bekannt. Bei dieser Anlage, die eine Vielzahl von Wärmetauschern aufweist, füllen sich einige dieser Wärmetauscher schneller mit Wasser als andere, und zwar aufgrund der relativen Entfernung zwischen der gemeinsamen Wasser-Versorgungsquelle und den einzelnen Wärmetauschern, durch Differenzen fts des statischen Widerstands der Wasserströmung zu jedem Wärmetauscher durch Änderungen in den dynamischen Eigenschaften der Einlaßströmung für jeden Wärmetauscher und auf Grund von Änderungen des Rückdruckes in den verschiedenen Wärmetauschern, die dem Wasserstrom Widerstand leisten. Infolgedessen kann eine Siphonwirkung in einem oder mehreren Wärmetauschern erzeugt werden, bevor die Siphonwirkung in den verbleibenden Wärmetauschern auftritt, was zu einem stark vergrößerten Wasserdurchsatz durch die Wärmetauscher in denen die Siphonwirkung erreicht wurde, und einem Abreißen der Strömung in den verbleibenden Wärmetauschern führt. Diese ungeeignete Aufteilung der Versorgungsströmung zu den verschiedenen Wärmetauschern verhindert stark den Kühlwirkungsgrad des Turmes, da sich im Effekt eine Verminderung des Gebietes des Wärmeaustausches zwischen dem Wasser und der Umgebungsluft ergibt, wobei das Wasser konzentriert wird, um nur durch die Wärmeaustauscherbereiche zu fließen, die mit den Wärmetauschern verbunden sind, indenen die Siphonwirkung vorzeitig auftritt.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die bekannte Wärmetauscheranlage dahingehend zu verbessern, daß die Strömung in allen Wärmetauschern im wesentlichen gleichzeitig aufgebaut wird und ein Abreißen der Strömung des zu kühlenden Wassers in irgendeinem der Wärmetauscher ausgeschlossen ist, um die gesamte zur Verfügung stehende Kühlfläche vollständig auszunutzen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die obei-en, gegen die Atmosphäre abschließbaren Umlenkkammern über eine gemeinsame Druckausgleichsleitung miteinander verbunden sind, die oberhalb eines sich einstellenden Flüssigkeitsniveaus einmünden und daß die Auslaßkammer über einen Überlauf mit der freien Atmosphäre in Verbindung steht.

Aus der DE-PS 11 89 571 ist zwar eine Entlüftungsleitung an einer oberen Umlenkkammer bekannt, mil dieser Entlüftungsleitung ist jedoch in Anordnung und Funktion die Druckausgleichsleitung nach der Erfindung nicht zu vergleichen, da jene nach dem Stand der Technik ■einerseits nicht mehrere Wärmetauscher untereinander verbindet und andererseits nur teilsweise geöffnet ist.

Die Erfindung ist anhand der Darstellung eines Ausführungsbeispiels in der folgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Vorderansicht eines Teiles der Wärmetauscheranlage,

Fi g. 2 eine Vorderansicht von drei Wärmetauschern der in Fig. 1 illustrierten Bauart, wobei die Umlenkkammern eines jeden Wärmetauschers im Querschnitt gezeigt sind, wobei nur ein einzelnes Steigrohr vorgesehen ist,

Fig.3 eine Ansicht ähnlich Fig.2, wobei aber ein Zustand dargestellt ist, in dem die Siphonwirkung in allen Umlenkkammern erzeugt wurde,

Fig.4 eine Querschnittansicht einer anderen Form der Umlenkkammer.

In F i g. 1 ist ein Wärmetauscher 10 gezeigt, der in einem Querfluß-Flüssigkeitskühlturm mit Naß-Trocken-Kombination verwendet wird. Der Kühlturm erhält heißes Wasser, daß z. B. von einem Kondensator abgeleitet wird, der Teil eines Kraftwerkes oder dergleichen ist, und der Turm pumpt das Wasser in die Versorgungsrohre 12 zur Sammlung innerhalb der Einlaßkammer 14.

Der Wärmetauscher 10 umfaßt eine Serie von mit Kühlrippen versehenen Steigrohren 16 und Fallrohren 22, die sich zwischen crner unteren Einlaßkammer 14

und einer geschlossenen oberen Umlenkkammer 18 erstrecken, öffnungen 20 im Boden der oberen Umlenkkammer 18 öffnen sich in die vertikal angeordneten Fallrohre 22, die sich parallel zu den Steigrohren 16 erstrecken. Die unteren Enden der Fallrohre 22 öffnen sich in eine darunterliegende Auslaßkammer 24, die einen Überlauf 26 und eine öffnung 28 in ihrem Soden aufweist. Die Auslaßkammer 24 ist angrenzend an die Einlaßkammer 14 angeordnet, wobei eine Seitenwand gemeinsam ist. Die Einlaßkammer 14 besitzt eine öffnung 28 im Boden, so daß Flüssigkeit, die innerhalb der Auslaßkammer 24 und der Einlaßkammer 14 gesammelt wird, direkt in ein darunterliegendes Verteilungsbassin 30 abfließen kann, das gegenüber der Atmosphäre offen ist und eine Vielzahl von Verteileröf fnungen 32 aufweist.

Unterhalb des Verteilungsbassins 30 befindet sich eine Verdampferanordnung (nicht gezeigt) von herkömmlicher Art, so daß Wasser, das aus Verteileröffnungen 32 ausfließt wirksam gekühlt wird. Der Flüssigkeitskühllurm umfaßt ferner- eine Einrichtung (wie z. B. eine Ventilatoranordnung, die nicht gezeigt ist) vor herkömmlicher Art, um einen Umgebungsluftstrom horizontal über den Bereich 38 strömen zu lassen, in dem die Steigrohre 16 und die Fallrohre 22 angeordnet sind, wie auch einen parallelen Luftfluß quer über den darunterliegenden Verdampfer. Entsprechend bilden die Steigrohre 16 und die Fallrohre 22 jeweils getrennte Wege zum Transport des heißen Wassers in indirektem Wärmeaustausch zur Umgebungsluft, die im allgemeinen horizontal durch den Bereich 38 strömt, während der Verdampfer die Flüssigkeit in direktem Wärmeaustausch in Kontakt mit der Umgebungskühlluft bringt.

Wie aus F i g. 2 und 3 hervorgeht, umfaßt die Wärmetauscheranlage eine Vielzahl von Wärmetauschern 10 gleicher Konstruktion, die auf ungefähr der gleichen Höhe angeordnet sind. Es ist eine zugehörige, untere Auslaßkammer 24, eine Einlaßkammer 14, ein Verteilungsbassin 30 zu jedem der Wärmetauscher 10 in der F i g. 1 dargestellten Weise, und ein Verdampfer der beschriebenen Art in Verbindung mit jedem Wärmetauscher 10 vorgesehen. Die Wärmetauscher 10 können seitlich aneinandergrenzend angeordnet werden, so daß ihre Bereiche 38, die sonst getrennt sind, so daß die einströmende Umgebungsluft in parallelen getrennten Wegen durch die Bereiche 38 strömt, eine große Wärmeaustauschfläche für wirksames Kühlen des Wassers bieten. In jedem Falle wird das zu kühlende Wasser nur zu ausgewählten Wärmetauschern 10 geliefert, wenn es gewünscht wird, in Abhängigkeit von veränderlichen, äußeren Wetterbedingungen, wie auch, um die wirksamste Verteilung des Wassers über die Bereiche 38 für unterschiedliche Durchflußraten zu erzeugen. Den Steigrohren 16 eines jeden Wä-metauschers 10 wird heißes Wasser von einer gemeinsamen v-, Wasserversorgung geliefert, die mit dem Kühlturm verbunden ist. Eine gemeinsame Druckausgleichsleitung 34 ist an jeder der Umlenkkammern 18 über die öffnungen 36 angeschlossen, die oberhalb des normalen Pegels 35 des Wassers an der Innenseite der wi Umlenkkammer 18 angeordnet sind, wie in Fig. 3 gezeigt ist.

Während des Anlaufens und des Füllens des Wärmetauschers wird Luft in die Druckausgleichsleitung 34 mittels eines aufwärts gerichteten Luftflusses in t>"> den Fallrohren 22 von mindestens einem Wärmetauscher (siehe F i g. 2) induziert, bevor eine Siphonwirkung erzeugt wird. Nach der Auslösung der Siphonwirkung wird die Druckausgleichsleitung 34 von der Atmosphäre getrennt, da sie nur über die Umlenkkammer 18 verbunden ist wodurch ein Teilvakuum eintritt, ähnlich dem, das innerhalb der Druckausgieichsleitung 34 existiert, wodurch ein weiterer Druckausgleich geliefert wird, der eine gleichmäßige Wasserflußverteilung zu den Umlenkkammern 18 während des laufenden Betriebes der Wärmetauscheranlage aufrechterhält.

Im Betrieb wird heißes Wasser von einer gemeinsamen Versorgung zugeführt, um parallel zu der Versorgungsleitung 12 zur Einlaßkammer 14 und zu den Steigrohren 16 eines jeden Wärmetauschers 10 zu fließen. Eine Pumpeneinrichtung zwingt das heiße Wasser nach oben durch die Steigrohre 16 in die zugehörigen oberen Umlenkkammern 18, in denen das Wasser für ein nachfolgendes Herabfließen durch die Fallrohre 22 in die darunterliegende Auslaßkammer 24 gesammelt wird.

Wasser kann sich in jeder der Umienkkammem 18 bis zu einer Höhe ansammeln, die ein Abdichten des Inneren der Umlenkkammer gegenüber der Atmosphäre durch die zugehörigen Fallrohre 22 hindurch bewirkt. Wenn jede einzelne Umlenkkammer 18 vollständig von der Atmosphäre abgetrennt ist, erzeugt ein fortlaufender Durchfluß von Wasser durch die Umlenkkammer 18 ein Teilvakuum, das den inneren Luftdruck vermindert, um eine Siphonwirkung zu erzeugen, die das Ziehen des Wassers durch die Steigrohre 16 in das Innere der Umlenkkammer 18 unterstützt. Diese Siphonwirkung wird verwendet, um die Leistung zum Anheben des heißen Wassers in die Umlenkkammer 18 drastisch zu reduzieren.

Der Durchfluß von Heißwasser von der gemeinsamen Versorgung zu den zahlreichen Steigrohren 16 trifft auf unterschiedliche Widerstände beim Durchfließen zu jedem der Steigrohre 16. Zum Beispiel gibt es einen wesentlich geringeren Durchflußwiderstand für die Wärmetauscher 10, die näher an der gemeinsamen Wasserversorgungseinrichtung angeordnet sind, was diesen ermöglicht, sich schneller mit heißem Wasser zu füllen, als die verbleibenden Wärmetauscher 10. Dieser Zustand ist in F i g. 2 illustriert, in der der linke und der mittlere Wärmetauscher 10 bereits mit Wasser gefüllt sind, bis zu einem Pegel, der die öffnungen 20 von der Atmosphäre abtrennt, während das Wasser den rechten Wärmetauscher 10 noch füllen muß. Wie vorauszusehen, wird dieser Zustand während des Füllverfahrens der Umlenkkammern 18 beim Anlaufen der Anlage auftreten, und wird stärker, sobald die Menge des der Anlage zugeführten Wassers wesentlich geringer ist als die Aufnahmefähigkeit der Wärmetauscher 10.

Um eine vorzeitige Bildung der Siphonwirkung im linken und im mittleren Wärmetauscher 10 auszuschließen, gleicht die Druckausgleichsleitung 34 Luftdruck innerhalb des Inneren der Umlenkkammern 18 von allen Wärmetauschern 10 aus. Entsprechend kann vor einer Flüssigkeitsabdichtung der öffnungen 20 im rechten Wärmetauscher 10 ein Luftfluß durch die Fallrohre 22 von mindestens dem rechten Wärmetauscher 10 hindurchgezogen werden, für einen nachfolgenden Durchfluß zum Inneren der äußeren Umienkkammem 18. Bei vielen Anwendungen kann die Wärmetauscheranlage 40, 50 oder mehr getrennte Wärmetauscher 10 umfassen. Somit ist das Innere einer jeden Umlenkkammer 18 immer dem vollen Atmosphärendruck ausgesetzt, und eine volle Siphonwirkung kann nicht im linken Wärmetauscher 10 und im mittleren Wärmetauscher 10 zu dieser Zeit erzeugt werden, obwohl ihre Umlenk-

kammern 18 von einer Verbindung mit der Atmosphäre durch ihre zugehörigen Fallrohre 22 hindurch abgedichtet sind. Eine Luft-Wasser-Mischung fließt durch die Fallrohre 22 der mittleren Umlenkkammer 18 und der linken Umlenkkammer 18, während sich das Füllen der rechten Steigrohre 16 fortsetzt, während Luft durch die Ausgleichsleitung 34, in der Umlenkkammer 18 und den Fallrohren 22 von mindestens dem rechten Wärmetauscher 10 zugeführt wird.

Während das Wasser weiterhin von der gemeinsamen Versorgung in die Umlaufkammern 18 der zahlreichen Wärmetauscher 10 geliefert wird, füllen sich schließlich alle Umlenkkammern 18 mit Flüssigkeit bis zu Höhen, die die öffnungen 20 abdichten, wie dies in F i g. 3 illustriert ist.

Beim Abdichten der öffnungen 20 der letzten Umlenkkammer 18, die noch gefüllt werden muß, werden alle Umlenkkammern 18 gleichzeitig von einer Verbindung mit der Atmosphäre abgedichtet. Entsprechend wird eine Siphonwirkung gleichzeitig in allen Umlenkkammern 18 erzeugt, so daß richtige Flüssigkeitswassermengen durch die Umlenkkammern 18 eines jeden Wärmetauschers durchgezogen werden. Die Verwendung der Druckausgleichsleitung 34 stellt daher sicher, daß keine Siphonwirkung in irgendeiner der Umlenkkammern 18 erzeugt wird, bis nicht alle öffnungen 20 von allen Umlenkkammern 18 abgedichtet sind. Vor dem Abdichten aller Umlenkkammern 18 fließt weiterhin Luft zum Inneren aller Umlenkkammern durch die gemeinsame Druckausgleichsleitung 34, um eine Verminderung des Luftdruckes und nachfolgende Bildung der Siphonwirkung in irgendeinem der Wärmetauscher 10 zu verhindern. Zum Beispiel wird im Zustand, der in F i g. 2 illustriert ist, Luft fortlaufend durch die öffnungen 20 der rechten Umlenkkammer 18 und in die linke und in die mittlere Umlenkkammer 18 eingezogen, so daß eine Luft-Wasser-Mischung durch die Fallrohre 22 der mittleren Umlenkkammer 18 hindurchläuft. Nur beim Füllen aller Umlenkkammern 18 zu dem in Fig.3 dargestellten Zustand kann die Siphonwirkung irgendeiner der Umlenkkammern 18 bewirkt werden, und entsprechend wird die Siphonwirkung im wesentlichen gleichzeitig in allen Umlenkkammern 18 erzeugt, um das Einziehen von heißem Wasser durch sie hindurch zu unterstützen.

Nach Durchströmen der Fallrohre 22 eines jeden Wärmetauschers 10 sammelt sich das Wasser in jeder der zugehörigen darunterliegenden Auslaßkammern 24, um nachfolgend über den Überlauf 26 in das Verteilungsbassin 30 und von dort auf einen darunterliegenden Verdampfer kaskadenartig herabzufallen, um das Wasser weiter in direktem Verdampfungswärmeaustausch mit dem kühlenden Luftfluß zu kühlen.

Eine andere Ausführungsform der Umlenkkammer ist in F i g. 4 dargestellt, in der eine geschlossene Umlenkkammer 118 einen Teil eines Wärmetauschers 110 bildet, die dem Wärmetauscher 10 entspricht. Die Umlenkkammer 118 besitzt eine Vielzahl von öffnungen 120 im Boden und daran befestigte Fallrohre 122. Ein Steigrohr 116 ist zentral in der Umlenkkammer 118 angeordnet und erstreckt sich nach oben in diesen hinein. Eine perforierte Prallplatte 140 ist mit ihrer untersten Kante um den oberen Rand des Steigrohres 116 befestigt und erstreckt sich transversal durch das Innere der Umlenkkammer 118, der an der vertikalen Wand davon befestigt ist. Die Prallplatte 140 teilt das Innere der Umlenkkammer 118 in einen oberen Raum 142 und in einen unteren 144, wobei die Verteileröffnungen 146 in der Prallplatte 140 eine Flüssigkeitsverbindung herstellen. Eine Druckausgleichsleitung 134, die eine Vielzahl von Wärmetauschern 110 verbindet, steht mit dem unteren Raum 144 durch öffnungen 136 in der Umlenkkammer 118 in Verbindung.

Im Betrieb wird das Wasser, das durch das Steigrohr 116 in den oberen Raum 142 geführt wird, durch die Umlenkkammer 118 hindurch mittels der Prallplatte 14Ü vorverteilt und in einen verhältnismäßig ruhigen Zustand gebracht, bevor es durch die Verteileröffnungen 146 in den unteren Raum 144 herabfällt. Die Anordnung der Prallplatte 140 zusammen mit der Größe und Anordnung der Verteileröffnungen 146 stelll eine gleichförmige Verteilung und Sammlung des Wassers innerhalb des unteren Raumes 144 sicher, se daß sich gleicher Wasserdurchfluß durch die zahlreicher Fallrohre 122 ergibt.

Beim Verschließen der Fallrohre 122 mit Wasser wird ein Zustand erzeugt, der eine Siphonwirkung innerhalb der Umlenkkammer 118 in der gleichen Weise erzeugt wie es vorstehend mit Bezug auf die Umlenkkammerr 18 beschrieben wurde. Die gemeinsame Druckausgleichsleitung 134, die in der gleichen Weise arbeitet wie die Druckausgleichsleitung 34, verhindert eine vorzeitige Bildung einer Siphonwirkung in den Umlenkkammern 118 und stellt damit sicher, daß die Siphonwirkunf gleichzeitig in allen Umlenkkammern 118 erzeugt wird die mittels der gemeinsamen Druckausgleichsleitung 134 verbunden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Wärmetauscheranlage zur Rückkühlung von Kühlwasser mit Hilfe von Umgebungsluft, mit parallelgeschalteten Wärmetauschern, die jeweils vertikale mit Rippen versehene Steig- und Fallrohre, eine untere Einlaßkammer sowie eine untere Auslaßkammer und eine obere Umlenkkammer aufweisen und bei denen die Steig- und Fallrohre in den Boden der oberen Umlenkkammer münden, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen, gegen die Atmosphäre abschließbaren Umlenkkammern (18; 118) über eine gemeinsame Druckausgleichsleitung (34; 134) miteinander verbunden sind, die oberhalb eines sich einstellenden Flüssigkeitsniveaus einmünden und daß die Auslaßkammer (24) über einen Überlauf (26) mit der ireien Atmosphäre in Verbindung steht.

2. Wärmetauscheranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der oberen Umlenkkammer (118) eine Prallplatte (140) mit Verteileröffnungen (146) angeordnet ist, welches die Umlenkkammer (118) in einen oberen und einen unteren Raum unterteilt, der obere Raum (142) mit dem Steigrohr (116) und der untere Raum (144) mit dem Fallrohr (122) verbunden sind und daß die Druckausgleichsleitung (134) in den oberen Teil des unteren Raumes (144) einmünde:.

3. Wärmetauscheranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkkammer (118) eine Vielzahl von im Abstand angeordneten, im wesentlichen parallelen, vertikalen Fallrohren (122) aufweist und die Umlenkkammer (118) so ausgebildet und angeordnet ist, daß die oberen Enden der zugehörigen Fallrohre (122) durch die in der Umlenkkammer (118) befindliche Flüssigkeit abgedichtet werden, um eine offene Verbindung der Umlenkkammer (118) mit der Atmosphäre durch die zugehörigen Fellrohre (122) hindurch zu vermeiden.

4. Wärmetauscheranlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßkammer (24) jedes Wärmetauschers unterhalb der Fallrohre (22) liegt und so ausgebildet ist, daß die unteren Enden der Fallrohre (22) in die Flüssigkeit eintauchen, um diese gegenüber der Atmosphäre abzudichten.