DE2312649C3

DE2312649C3 - Heat and / or mass exchanger with direct contact with a liquid

Info

Publication number: DE2312649C3
Application number: DE2312649A
Authority: DE
Inventors: Pedro Perez Del Madrid Notario-Martinez De Maranon
Original assignee: Desco Sa Zamudio Vizcaya (spanien)
Current assignee: Desco Sa Zamudio Vizcaya (spanien)
Priority date: 1972-03-23
Filing date: 1973-03-14
Publication date: 1978-10-05
Also published as: GB1421187A; JPS4913744A; IT983577B; CA1003324A; ES401117A1; DE2312649B2; SU572222A3; AT327246B; CH569247A5; ATA233673A; DD104618A5; HU170550B; BR7302016D0; NL7303829A; BE796620A; FR2176702A1; DE2312649A1; JPS5326329B2; ZA732032B; SE415708B

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärme- und/oder Massenaustauscher mit unmittelbarem Kontakt einer Flüssigkeit und eines Gases, vorzugsweise Kühlturm, bestehend aus einem Gehäuse mit einem Kühleinbau, der senkrechte, acr.sparallele Durchgänge variablen Querschnitts aufweistThe invention relates to a heat and / or mass exchanger with direct contact Liquid and a gas, preferably a cooling tower, consisting of a housing with a cooling installation, the vertical, acr.parallel passages of variable cross-section

Aus der DE-AS 12 68 596 ist nin Kühleinbau bekannt, der aus einzelnen, prismatischen, in ^r Mitte einge- JS schnürten, in Strömungsrichtung offenen Hohlkörpern besteht Diese Hohlkörper sind, einander an den Ecken der oberen und unteren Kanten berührend, in mehreren Schichten übereinander in der Weise angeordnet und miteinander verbunden, daß jeweils ein Hohlkörper auf *o den von drei einander berührenden Hohlkörpern der darunterliegenden Schicht gebildeten Durchgang aufgesetzt ist. Es ist also jeder durch die Innenflächen der Hohlkörper gebildete »innere Durchgang« mit je einem darüber- und darunterliegenden »äußeren Durchgang« verbunden, wobei die äußeren Durchgänge der gleichen Schicht wegen der Einschnürung der Hohlkörper nicht völlig gegeneinander abgegrenzt sind.From DE-AS 12 68 596 nin cooling installation is known, which consists of individual, prismatic hollow bodies constricted in the middle, open in the direction of flow layers arranged above one another in the manner and connected to each other, that in each case a hollow body on the * o formed by three mutually touching hollow bodies of the underlying layer passage is placed. Each "inner passage" formed by the inner surfaces of the hollow bodies is therefore connected to an "outer passage" above and below, the outer passages of the same layer not being completely delimited from one another due to the constriction of the hollow bodies.

Sowohl die einzelnen Hohlkörper, als auch der Kühleinbau als Ganzes weisen somit Richtungsänderungen der Wandplatten und Querschnittsänderungen der Durchgänge auf, die die Verweilzeit des Wasserfilms bestimmen bzw. den Gasdurchgang beeinflussen.Both the individual hollow bodies and the cooling installation as a whole thus have changes in direction of the wall panels and changes in cross-section of the passages, which increase the residence time of the water film determine or influence the gas passage.

Der Umfang der Hohlkörper ändert sich mit dem Querschnitt und damit die Dicke des herabrieselnden Flussigkeitsfilms. Selbst wenn nach Passieren der Einschnürung dieser Film sich wieder voll auf der ganzen, sich erweiternden Fläche ausbreiten sollte, bleibt doch eine periodische Änderung der Filmdicke bestehen, verbunden mit einer periodischen Verminde- wi rung des Wärmeaustausches, Ferner sind die äußeren Durchgänge von den inneren nach Art und Wirkung verschieden, jedoch nicht veränderbar.The circumference of the hollow body changes with the cross section and thus the thickness of the trickling down Liquid films. Even if this film is fully back on the after passing the constriction entire, expanding area, there remains a periodic change in film thickness exist, combined with a periodic decrease wi tion of heat exchange, furthermore, the outer passages are different from the inner ones in nature and effect different, but not changeable.

Derlei äußere Durchgänge sind auch aus der DE-Patentanmeldung B 26 668 la/17e bekannt, nach der i<^r, jedoch die inneren Durchgänge kontinuierliche polygonale oder runde Rohrelemente sind, die keinerlei Richtungsänderungen aufweisen und fest miteinanderSuch outer passages are also known from DE patent application B 26 668 la / 17e, according to which i < ^r , however, the inner passages are continuous polygonal or round tubular elements which do not have any changes in direction and are fixed to one another

verbunden sind.are connected.

Gemäß DE-AS 12 87 096 werden identische Durchgänge durch einander im Winkel schneidende, gewellte und glatte Platten erzielt Querschnittsänderungen fehlen hier jedoch.According to DE-AS 12 87 096, identical passages are corrugated through each other at an angle and smooth plates achieved changes in cross-section are absent here.

Schließlich ist es bekannt, rohrförmige Durchgänge am unteren Ende schräg anzuschneiden.Finally, tubular passages are known cut diagonally at the lower end.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Kühleinbaus, bei dem die Vorteile des wechselnden Querschnitts unter Vermeidung der Nachteile einer veränderlichen Oberfläche erhalten bleiben. Ferner sollen die Elemente des Einbaus leicht auswechselbar sein. Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß die senkrechten, achsparallelen Durchgänge variablen Querschnitts durch voneinander unabhängige, einstückige, röhrenförmige Elemente gebildet sind, deren Querschnitt sich über die Länge mehrfach periodisch ändertThe object of the invention is to create a cooling installation in which the advantages of the changing Cross-section are retained while avoiding the disadvantages of a variable surface. Further the elements of the installation should be easily exchangeable. According to the invention this is achieved in that the vertical, axially parallel passages of variable cross-section through independent, one-piece, tubular elements are formed, the cross section of which extends repeatedly over the length periodically changes

Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Röhrenelemente im gegenseitigen Kontakt bündeiförmig angeordnetAccording to the preferred embodiment of the invention, the tubular elements are mutual Contact arranged in a bundle

Es wird ferner vorgeschlagen, daß die Röhrenelemente zur Einstellung des Querschnittsverhältnisses der inneren und äußeren Durchgänge in einer bestimmten Höhe der Querschnittsperiode geschnitten sind. Die unteren Enden der Röhrenelemente können hierbei schräg abgeschnitten sein.It is also proposed that the tube elements to adjust the aspect ratio of the inner and outer passages are cut at a certain height of the cross-sectional period. the lower ends of the tube elements can be cut off at an angle.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigtAn embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawings

F i g. 1 einen Kühlturm mit einem erfindungsgemäßen Kühleinbau, schematich im senkrechten Schnitt,F i g. 1 a cooling tower with a cooling installation according to the invention, schematich in vertical section,

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht des Teils eines Röhrenelementes zwischen zwei Querschnitten geringsten Durchgangs,F i g. 2 is a perspective view of the part of a tubular element between two smallest cross-sections Passage,

F i g. 3 eine Draufsicht der Röhre mit verschiedenen Querschnitten,F i g. 3 is a plan view of the tube with different cross-sections,

Fig.4 einen Längsschnitt nach der Achse X-X'der Fig.9, des in Fig.2 gezeigten Röhrenabschnittes, der einem halben Zyklus der Querschnittsänderung entspricht; 4 shows a longitudinal section along the axis X-X ' of FIG. 9, of the tube section shown in FIG. 2, which corresponds to half a cycle of the change in cross section;

F i g. 5 und 6 eine Vorder- und Seitenansicht eines Röhrenelementes mit schrägem unteren Ende,F i g. 5 and 6 a front and side view of a tubular element with an inclined lower end,

F i g. 7 eine perspektivische Ansicht eines Röhrenbündels. F i g. 7 is a perspective view of a tube bundle.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besteht der Kühlturm aus dem Gehäuse 1, in dem der Kühleinbau 2 untergebracht ist, auf dessen Oberfläche das Wasser gleichmäßig von oben durch den Verteiler 3 gegeben wird. Den unteren Teil 4 des Gehäuses 1 .bildet ein Sammelbecken, in dem das gekühlte Wasser zur Wiederverwendung aufgefangen wird. Ein Ventilator 5 läßt Luft von den Eintrittsöffnungen 6 über den Kühleinbau 2 zu den Austrittsöffnungen 7 strömen. Bei anderen Ausführungsformen kann der Ventilator 5 am unteren Teil angeordnet sein.As can be seen from Fig. 1, the cooling tower consists of the housing 1, in which the cooling unit 2 is housed, on the surface of which the water flows evenly is given above through the distributor 3. The lower part 4 of the housing 1. Forms a reservoir in which the chilled water is collected for reuse. A fan 5 lets air from the Inlet openings 6 flow via the cooling installation 2 to the outlet openings 7. In other embodiments the fan 5 can be arranged on the lower part.

Der Kühleinbau 2 besteht aus einander berührenden, röhrenförmigen Elementen deren Querschnitt auf deren Länge unterschiedlich ist. F i g. 2 zeigt einen Teil oder Abschnitt eines Röhrenelementes zwischen zwei kleinsten Durchgangsquerschnitten 8 und 9. Wie sich aus Fig,2 erkennen laut, verändert sich der Querschnitt ständig und wiederholt sich in regelmäßigem Zyklus über die gesamte Länge des Röhrenelements.The cooling installation 2 consists of mutually contacting, tubular elements whose cross-section on their Length is different. F i g. Figure 2 shows a part or section of a tubular element between two smallest ones Passage cross-sections 8 and 9. As can be seen from FIG. 2, the cross-section changes constantly and repeats itself in a regular cycle over the entire length of the tubular element.

Die halbe Zykluslänge in Fig. 2 hat einen runden Zwischenquerschnitt 10. Auch wenn diese Querschnittsform vorzuziehen ist, kann jedoch auch eine andere Form, z. B. eine polygonale, elliptische usw., verwendet werden, da sie ja dem Übergangs- und Durchgangsquer-Half the cycle length in FIG. 2 has a round intermediate cross-section 10. Even if this cross-sectional shape is preferable, but some other shape, e.g. B. a polygonal, elliptical, etc. is used because they are in line with the transitional and transverse

schnitt des ersten Viertels zum folgenden Teil des Zyklus entspricht.cut of the first quarter corresponds to the following part of the cycle.

Die Draufsicht in F i g, 3 zeigt einen Viertelzyklus der Querschnittsänderung eines Röhrenelements, d. h, das Stück, das zwischen den Querschnitten 8 und 10 der F i g. 2 liegtThe top view in F i g, 3 shows a quarter cycle of the Change in cross-section of a tubular element, d. h, the piece that is between cross-sections 8 and 10 of the F i g. 2 lies

Diese Figur zeigt verschiedene Zwischenquerschnitte zwischen dem Mindest- und dem Maximalquerschnitt 8 bzw. 10, die durch die Buchstaben A, B, C, D und E bezeichnet sind. I οThis figure shows various intermediate cross-sections between the minimum and maximum cross-sections 8 and 10, which are denoted by the letters A, B, C, D and E. I ο

Die obere Hälfte der Fi g. 4 zeigt im Axialschnitt des Röhrenelements die · Lage der in F i g. 3 gezeigten Querschnitte vom kleinsten 8 bis zum größten 10. Ferner wird in der unteren Hälfte des Röhrenelementes die Lage der Querschnitte gezeigt, die denen in der oberen Hälfte gezeigten, jedoch um 90° gedreht, entsprechen und die mit den Buchstaben A', B', C, D' und E' bezeichnet sind, um die Entsprechung dieser Querschnitte sowie des Querschnitts 9, der in der oberen Hälfte dem Querschnitt 8 entspricht, aufzuzeigen.The upper half of Fi g. 4 shows in an axial section of the tubular element the position of the elements shown in FIG. 3 shown cross-sections from the smallest 8 to the largest 10. Furthermore, the position of the cross-sections is shown in the lower half of the tubular element, which correspond to those shown in the upper half, but rotated by 90 °, and those with the letters A ', B' , C, D ' and E' are designated in order to show the correspondence of these cross-sections as well as the cross-section 9, which corresponds to the cross-section 8 in the upper half.

Bei dem beschriebenen Beispiel ist der Querschnitt 10 kreisförmig. Er kann jedoch, je nach konkretem Verwendungszweck verändert werden. Die kleinsten Durchgangsquerschnitte 8 und 9 sind im Bezug zueinander um 90° gedreht, aber dieser Winkel kann sich innerhalb sehr weit gesteckter Grenzen ändern.In the example described, the cross section is 10 circular. However, it can be changed depending on the specific purpose. The smallest Passage cross-sections 8 and 9 are rotated by 90 ° with respect to one another, but this angle can change within very wide limits.

Die Querschnittsfläche an den Enden der Röhrenelemente kann sich je nach Anordnung der Röhren ändern, wobei es jedoch vorzuziehen ist, daß der Querschnitt für den Luftdurchgang innerhalb und außerhalb der Röhren gleich ist, um eine gute Verteilung von Luft und Wasser zu erreichen. Die Querschnittsflächen können verändert werden, indem man die Röhren an einer anderen Stelle zwischen dem Minimal- und dem Maximalquerschnitt 8, resp. 10 schneidet J5The cross-sectional area at the ends of the tube elements can change depending on the arrangement of the tubes, however, it is preferred that the cross-section for air passage inside and outside the tubes is the same in order to achieve a good distribution of air and water. The cross-sectional areas can be changed by placing the tubes at a different point between the minimum and maximum cross-section 8, resp. 10 intersects J5

Die unteren Enden der Röhren können, wie in den F i g. 5 und 6 gezeigt ist, schräg geformt sein, wodurch die ganze Flüssigkeit, die jedes Rohr befeuchtet, sich an der Spitze der Schrägkante sammelt So wird ein Verschluß des Inneren des Rohres durch einen Film oder Schleier der Flüssigkeit, die die Oberfläche hinabfließt, vermieden.The lower ends of the tubes can, as shown in FIGS. 5 and 6 is shown to be obliquely shaped, whereby all the liquid that wets each tube collects at the top of the bevel so becomes a Sealing of the inside of the tube by a film or veil of liquid covering the surface flowing down, avoided.

F i g. 7 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Teil des Kühleinbaus, den man erhält indem man die vorher beschriebenen Röhrenelemente in gegenseitigem Kontakt anordnet Für den Kühleinbau können solche Röhrenelemente mehr oder minder eng zusammengedrängt werden, je nachdem ob sie schachbrettartig versetzt sind oder nicht Da obendrein jedes Röhrenelement beweglich und unabhängig ist, kann die Querschnittsform des gesamten Kühleinbaus kreisförmig, viereckig, polygonal usw. sein. Da sich die Röhrenelemente in dem Kühleinbau an einigen Punkten berühren, dienen diese Kontaktstellen dazu, die Flüssigkeit von einem Rohr auf da? andere zu leiten und erleichtern somit ein Verteilen der Flüssigkeit auf die Gesamtober fläche.F i g. Fig. 7 shows, in perspective view, part of the cooling installation obtained by making the above described tubular elements arranged in mutual contact For the cooling installation such Tubular elements are more or less crowded together, depending on whether they are like a checkerboard are offset or not. In addition, since each tubular member is movable and independent, the cross-sectional shape of the entire cooling installation be circular, square, polygonal, etc. As the tubular elements touch at some points in the cooling installation, these contact points serve to remove the liquid from a pipe on there? to guide others and thus make it easier to distribute the liquid over the entire surface area.

In Fig.7 zeigt der Pfeil K die Gasströmung an, wohingegen die Pfeile 12 die Richtung der Flüssigkeitsströmung angeben miIn Fig. 7 the arrow K indicates the gas flow, whereas the arrows 12 indicate the direction of liquid flow specify mi

Bei dem erfindungsgemäßen Kühleinbau fließt die Flüssigkeit an den Innen- und Außenoberflächen der Röhren hinunter, und das Gas steigt im Inneren der Röhren und im Raum, der zwischen den Außenoberflächen der Röhren liegt, auf, so daß die gesamte ir, Oberfläche für den Gas-Flüssigkeitskontakt genutzt wird.With the cooling installation according to the invention, the liquid flows on the inner and outer surfaces of the Down tubes, and the gas rises inside the tubes and in the space between the outer surfaces of the tubes lies on, so that the entire ir, Surface is used for gas-liquid contact.

Cause the cross-sectional changes in the tubes

sowohl innen als auch außen Veränderungen dos Querschnitts des Luftdurchganges, wodurch leichte Verdichtungen und Verdünnungen des Gases entstehen, die die Turbulenz erhöhen.both inside and outside changes in the cross-section of the air passage, making it easy The gas is compressed and diluted, which increases the turbulence.

Auf ihrem Fallweg beschleunigt und verlangsamt die Flüssigkeit wegen der Röhrenform in regelmäßigen Abständen die Geschwindigkeit, wodurch sich die Flüssigkeit leichter mischt und länger im Kühleinbau bleibt. Das wird bei einem geringem Last- oder Widerstandsverlust beim Durchgang des Gases erreicht, weshalb diese Art Kühleinbau beim Betrieb gute Leistungen bringt.On its way of falling, the liquid accelerates and decelerates regularly because of the tubular shape Intervals the speed, whereby the liquid mixes more easily and longer in the cooling installation remain. This is achieved with a slight loss of load or resistance when the gas passes through, which is why this type of cooling installation performs well during operation.

Die Röhrenoberflächen weisen keine eckigen Ausbeulungen auf, so daß die Flüssigkeit auf ihrem Fallweg die gesamte Oberfläche des Kühleinbaus befeuchtet, und diese ganz als Übertragungsfläche genutzt wird.The tube surfaces have no angular bulges, so that the liquid on its way down the entire surface of the cooling installation is moistened, and this is used entirely as a transfer surface.

Die Größe des mittleren Querschnitts der Röhrenelemente kann innerhalb weit gesteckter Grenzen schwanken, z. B. zwischen 1 cm und 20 cm Durchmesser und vorzugsweise zwischen 3 cm und 10 cm. Für jeden konkreten Verwendungszweck könt.^i in jedem Fall Durchmesser, Zykluslänge und Länge des Röhrenelementes ausgewählt werden.The size of the mean cross section of the tube elements can be within wide limits fluctuate, e.g. B. between 1 cm and 20 cm in diameter and preferably between 3 cm and 10 cm. For each specific intended use. ^ i in any case Diameter, cycle length and length of the tubular element can be selected.

Die Bündel können kürzer als der Kühleinbau sein, so daß der Kühleinbau sich aus zwei oder mehreren Bündelsrhichten zusammensetztThe bundles can be shorter than the cooling installation, so that the cooling installation consists of two or more Bundle compositions composed

Wenn beim erfindungsgemäßen Einbau die röhrenförmigen Elemente an einer bestimmten Stelle geschnitten werden, so kann die Summe der Querschnitte gleich der Hälfte des Gesamtquerschnitts des Bündels sein. Selbstverständlich ist hierbei die Wandstärke der Elemente entsprechend zu berücksichtigen. Es ist hier jedoch durch Verschieben der Schnittstellen möglich, das Verhältnis der Summe der Querschnitte der inneren Durchgänge zu der der äußeren Durchgänge falls erforderlich in einem Bereich von etwa 1 :13 bis 1 :0,7 zu variieren.If when installing the invention the tubular Elements are cut at a certain point, so the sum of the cross-sections can be the same be half the total cross-section of the bundle. Of course, the wall thickness is the Elements to be considered accordingly. However, by moving the interfaces, it is possible here to the ratio of the sum of the cross-sections of the inner passages to that of the outer passages if required in a range of about 1: 13 to 1: 0.7 to vary.

Die Bündelung der röhrenförmigen Elemente ist einfach, d.h. diese können einander berühren und dadurch in einer vorgegebenen Lage gehalten werden, ohne daß zusätzliche Befestigungselemente, Abstandshalter oder dgl. notwendig wären. Die einfachste Art der Befestigung ist die der Abstützung auf einem Sieb mit geeigneter Maschengröße. Dadurch wird es möglich, einzelne der röhrenförmigen Elemenie während des Betriebs des Kühlturms auszuwechseln oder einen Teil dieser Elemente zum Zweck der Reinigung zeitweilig zu entfernen. Die Erfahrungen haben gezeigt, daß bei niedrigen Außentemperaturen bis zu 25% der Elemente ohne wesentliche Beeinträchtigung der Arbeit eines Kühlturms zu diesem Zweck entnommen werden können.The bundling of the tubular elements is simple, i.e. they can touch each other and thereby be held in a predetermined position without the need for additional fasteners, spacers or the like. Would be necessary. The simplest type of attachment is to support it on a sieve suitable mesh size. This makes it possible to use individual tubular elements during the Replace the operation of the cooling tower or temporarily use part of these elements for the purpose of cleaning remove. Experience has shown that at low outside temperatures up to 25% of the elements can be removed for this purpose without significantly affecting the work of a cooling tower can.

Es kann ferner durch Entnahme oder Zusatz von röhreriö-rmigen Elementen eine sehr genaue Korrektur des Wärmeaustauscheffekts in einer Größenordnung von bis zu 10% der Gesamtleistung der Anlage erzielt werden.A very precise correction can also be made by removing or adding tubular elements the heat exchange effect achieved in an order of magnitude of up to 10% of the total output of the system will.

Ein nicht zu unterschätzender Vorteil ist die Einfachheit des Herstellungsverfahrens solcher Elemente. Sie können z. B. als Kunststoffrohr extrudiert und anschließend in geeigneter Weise verformt und geschnitten werden.An advantage that should not be underestimated is the simplicity of the manufacturing process for such elements. You can e.g. B. extruded as a plastic tube and then suitably shaped and get cut.

Auch die an sich bekannte Abschrägung der unteren Kanten ergibt hier einen zusätzlichen Vorteil, da aufgrund der fehlenden radialen Orientierung der einzelnen Elemente sich lediglich statistisch gleichmäßig verteilte, nicht jedoch nach einem exakten Muster auftretende Tropfstellen ergeben.The beveling of the lower edges, which is known per se, also results in an additional advantage here due to the lack of radial orientation of the individual elements, they are only statistically uniform distributed, but not occurring according to an exact pattern of dripping points.

In addition 5 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Heat and / or mass exchanger with direct contact of a liquid and a gas, preferably a cooling tower consisting of a Housing with a cooling installation, the vertical, axially parallel passages of variable cross-section has, characterized in that the vertical, axially parallel passages variab- to len cross-section are formed by independent, one-piece, tubular elements, whose cross-section changes periodically several times over its length

2. Exchanger according to claim 1, characterized is indicates that the tubular elements are arranged in a collet in mutual contact.

3. Exchanger according to claim I or 2, characterized in that the tubular elements for adjustment the aspect ratio of the inner and outer passages at a certain height the cross-sectional period are cut.

4. Exchanger according to claim 1-3, characterized in that the lower ends of the tubular elements are cut off at an angle.