DE2414172B1

DE2414172B1 -

Info

Publication number: DE2414172B1
Application number: DE2414172A
Authority: DE
Inventors: Edmund Baer; Hans Dipl.- Ing. Dittrich; Guenter Prof. Dr.-Ing. Ernst; Wilhelm Dipl.-Ing. 7500 Karlsruhe Roller; Dieter1 Dr.-Ing. Pfinztal Wurz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-03-23
Filing date: 1974-03-23
Publication date: 1975-08-21
Also published as: US4541968A; AU7938175A; FR2264945A1; NL174383B; NL7503364A; ZA751343B; CH588056A5; IT1030325B; NL174383C; BE826963A; ATA114875A; JPS50128849A; CA1049924A; GB1493177A; GB1493176A; AU472558B2; ES435880A1; FR2264945B1; JPS5817400B2; BR7501530A

Description

Die Erfindung betrifft einen Naturzug-Kühlturm. Ein Kühlturm hat den Zweck, dem aufgewärmten Kühlwasser eines Wärmekraftwerkes oder eines Fabrikationsprozesses die Wärme wieder zu entziehen. Das Kühlwasser gibt dabei seine Wärme an die in dem Kühlturm von unten nach oben geführte Umgebungsluft ab. Die Luftströmung in dem Kühlturm kann durch den natürlichen Auftrieb (Naturzug-Kühlturm) der sich im Kühlturm erwärmenden Umgebungsluft oder künstlich durch einen Ventilator erzeugt werden.

Bisher hat man den Mantel von Naturzug-Kühltürmen hauptsächlich im Hinblick auf den gewünschten Auftrieb, auf baustatische Gesichtspunkte und nicht zuletzt auf die ästhetische Wirkung hin gestaltet. Bei der heute weithin üblichen Naturzug-Kühlturmform erweitert sich der Mantel hyperbolisch zur Krone und zum oberen Öffnungsrand des Kühlturmes hin. Unter der »Krone« ist dabei der Bereich des oberen Kühlturmendes zu verstehen, der eine im Vergleich zur Gesamthöhe des Kühlturmes kleine Höhe hat.

Es ist bereits ein Kühlturm bekannt (DT-PS 42 261), bei dem der äußere Mantel zur Steigerung des Zuges im Bereich der Krone unterbrochen ist und die Wandung in einen konisch verjüngten Innenmantel übergeht, derart, daß von Außen- und Innenmantel nach oben sich erweiternde Strömungskanäle gebildet werden. Mit dieser Gestaltung sollte der Seitenwind nach oben umgelenkt und durch Erzeugung eines Soges um den oberen Öffnungsrand herum zur Zugverstärkung herangezogen werden. Dieser Vorschlag zur Gestaltung der Kühlturmkrone hat in der Praxis keinen Eingang gefunden, weil die Fachwelt bald zu der noch heute vertretenen Auffassung kam, daß bei den immer größer werdenden Kühltürmen Beschleunigungen der großen Luftmassen vermieden werden sollten (vgl.z.B. Aufsatz vonDr. Berliner, »Die gegenwärtige Kühlturmtechnik«, Zeitschrift »Wärme«, Band 80, Heft 3, 1974, S. 26). Eine Einschnürung eines Strömungskanals führt aber stets zu einer mit einem Energieverlust verbundenen Beschleunigung des strömenden Mediums.

Es sind auch schon Kühltürme bekannt, bei denen der Mantel gänzlich oder über einen bedeutenden Bereich der Gesamthöhe sich nach oben konisch verjüngend ausgebildet ist (DT-PS 10 71728, Aufsatz »Projektierung von in Gleitbautechnik errichteten Kühltürmen«, Zeitschrift »Bauplanung — Bautechnik«, 16. Jahrgang, Heft 12, Dezember 1962).

Untersuchungen der Erfinder haben gezeigt, daß bei kleinen Windgeschwindigkeiten die bekannten Kühlturmformen Einbrüche von Kaltluft begünstigen. Dadurch kann die für den Auftrieb wirksame Höhe um bis zu 25% und mehr verringert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kühlturm, insbesondere einen Naturzug-Kühlturm, so zu gestalten, daß sein Wirkungsgrad vor allem bei ruhiger oder wenig bewegter Umgebungsluft verbessert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß der Mantel des Kühlturms zur Vermeidung von Kaltlufteinbrüchen im Bereich der Krone zum oberen Öffnungsrand hin verjüngt ist.

Der neue Kühlturm ist so gestaltet, daß jedenfalls bei ruhiger Luft bzw. bei kleinen Windgeschwindigkeiten die Druckgradienten im verjüngten Bereich der Kühlturmkrone sich innerhalb und außerhalb des Kühlturms wie folgt zueinander verhalten:

Dabei bedeuten ρ—Druck, i—innen, a—außen, ζ—vertikal nach unten weisende Koordinate.

In dem verjüngten Bereich wird eine Sperrschicht erzeugt, die Kaltlufteinbrüche deshalb verhindert, weil die Summe aus spezifischem Gewicht des Schwadens und volumenbezogenen Trägheitskräften größer als das ,spezifische Gewicht der Außenluft ist. Bewußt wird dabei der mit der Beschleunigung des Schwadens in dem verjüngten Bereich verbundene Energie- oder Auftriebsverlust in Kaiuf genommen, weil diesen Verlust nach den Untersuchungen der Erfinder der Gewinn an Kühlleistung bei weitem überwiegt, der durch die Vermeidung von Kaltlufteinbrüchen erzielt wird.

Ein wichtiger zusätzlicher Vorteil ist, daß der verjüngte Bereich den Kühlturmmantel versteift, so daß der bei den konventioneilen Kühltürmen übliche, die Krone umgebende Versteifungsring eingespart werden kann.

Bei der praktischen Gestaltung sind außerdem die unterschiedlichen Temperaturen, Gaskonstanten und Dichten der Medien innerhalb und außerhalb des Kühlturms zu berücksichtigen. Die Höhe H des verjüngten Bereiches wird abgeschätzt. Das Verhältnis zwischen Höhe H und größtem Durchmesser D des am oberen Öffnungsrand endenden verjüngten Bereiches kann dabei größer als V12 und kleiner oder gleich V3 sein. Ein zweckmäßiges Höhen-Durchmesserverhältnis liegt in der Größenordnung H/D = 1/7.

Bei diesem Verhältnis H/D wäre zur Erzielung der gewünschten Druckgradienten für einen Kühlturm mit D ä: 40 m ein Verhältnis F₂ZF₁ der größten Querschnittsfiäche F₁ zur kleinsten Querschnittsfläche F₂ des verjüngten Bereiches F₂ZF₁ «j 4/5 zweckmäßig. Mit den Verhältnissen H/D und F₂ZF₁ liegt auch der durchschnittliche Neigungswinkel des verjüngten Bereiches fest.

Eine besonders einfache Konstruktion ergibt sich, wenn der verjüngte Bereich konisch mit geraden Mantellinien gestaltet ist. Diese Konstruktion läßt sich billig und einfach z. B. auch in Blechkonstruktion verwirklichen. Die übliche Betonkonstruktion kann jedoch auch angewendet werden. Der verjüngte Bereich kann dabei auch eine kontinuierlich gewölbte Kontur oder eine aus geraden Stücken mit unterschiedlicher Neigung zusammengesetzte Kontur haben.

Die Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele an schematißchen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Kühlturms gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine im Maßstab vergrößerte, teilweise geschnittene Seitenansicht durch die Krone eines weiteren, gemäß der Erfindung gestalteten Kühlturmes,

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Kühlturm nach Fig. 2,

F i g. 4 einen im Maßstab nochmals vergrößerten Teilschnitt durch eine Einzelheit der Kühlturmkrone nach F i g. 2,

F i g. 5 einen Schnitt durch die Krone eines anders gestalteten Kühlturmes gemäß der Erfindung,

F i g. 6 eine teilweise geschnittene Teilansicht ähnlich F i g. 2 durch eine weiter abgewandelte Kühlturmkrone gemäß der Erfindung und

F i g. 7 eine Draufsicht auf F i g. 6.

F i g. 1 zeigt einen Naturzug-Kühlturm, der im unteren Bereich ebenso aufgebaut ist, wie ein konventioneller Kühlturm. Das Fundament des Kühlturmes ist von einem Auffangbecken 1 für das gekühlte Wasser gebildet. Auf dem Boden dieses Auffangbeckens 1 ruhen Stützen 2, die den Kühlturmmantel 3 mit den nicht gezeigten Rieseleinbauten tragen. Diesen Rieseleinbauten wird das aufgewärmte, z. B. aus einem Wärmekraftwerk kommende Wasser über einen Kanal 4 zugeführt. Das Wasser tropft von den Rieseleinbauten nach unten in das Auffangbekken 1 und wird dabei von der zwischen den Stützen 2 eindringenden Umgebungsluft gekühlt. Dabei erwärmt sich die Umgebungsluft, so daß sie im Kühlturm eine geringere Dichte annimmt und nach oben steigt. Der »Schwaden« tritt aus der Öffnung an der Krone des Kühlturms aus. Das gekühlte Wasser wird über den Kanal 6 aus dem Auffangbecken 1 zu dem Wärmekraftwerk zurückgeleitet. Der Mantel 3 des Kühlturmes ist im unteren Bereich konisch gestaltet. An den konischen Bereich schließt sich ein zylindrischer Bereich 10 an, der über einen den Umfang umgebenden, versteifend wirkenden Knick in einen zum oberen Öffnungsrand 11 hin konisch verjüngten Bereich 12 übergeht. Das Verhältnis der Höhe H zum größten Durchmesser D dieses verjüngten Bereiches 12 beträgt etwa H/D = 1/6 und das Verhältnis der kleinsten Querschnittsfläche F₂, die gleichzeitig den Austrittsquerschnitt des Kühlturmes darstellt, zur größten Querschnittsfläche F₁ des verjüngten Bereiches 12 F₂ZF₁ Äi 4/5 bei einem mittleren Durchmesser des Kühlturms D m 40 m. Nach den Feststellungen der Erfinder sollte das Verhältnis F₂ZF₁ bei abnehmendem absolutem Durchmesser D größer werden, wenn bei ungefähr konstantem Kühlluftstrom die absoluten Geschwindigkeiten größer werden.

Die Verjüngung im Bereich 12 sorgt dafür, daß die Druckgradienten -^- in Richtung ζ innerhalb des Kühlturms größer sind als außen. Dies verhindert Kaltlufteinbrüche in die öffnung 11 bei ruhiger Luft oder kleinen Windgeschwindigkeiten.

In Fig. 2 ist nur die Kühlturmkrone dargestellt, und zwar in der rechten Hälfte geschnitten. Ein Teil dieser geschnittenen Hälfte ist in vergrößertem Maßstab in F i g. 4 gezeigt. Die Krone umfaßt ebenso wie der Kühlturm nach Fig. 1 einen an einen zylindrischen Bereich anschließenden verjüngten Bereich 12, dessen kleinster Querschnitt von der durch den Öffnungsrand 11 eingeschlossenen Fläche F₂ gebildet wird. Der zylindrische Bereich 10 und der verjüngte Bereich 12 gehen über eine Abrundung 13 ineinander über. Auf der Außenseite des verjüngten Bereiches 11 sind koaxial mit dem Kühlturm zwei Leitschaufelringe 14, 15 mit Leitschaufeln angeordnet, die durch radiale Wände 16, 17 getrennt sind. Als innere Begrenzung des inneren Leitschaufelringes 14 ist nicht die geneigte Außenseite des verjüngten Bereiches 12 ausgenutzt, sondern es ist eine darauf aufgesetzte ringförmige Wand 18 hierzu vorhanden, deren oberer Endbereich vertikal ausgerichtet ist. Bei der gezeigten Blechkonstruktion entsteht dann ein Hohlraum 19 zwischen dem verjüngten Bereich 12 und der Ringwand 18. Diese Konstruktion mit zwei Wänden, ergänzt durch einen oben abschließenden Ring 18', ist bautechnisch günstig.

Bei der Ausführung nach Fig. 5 dient der verjüngte Bereich 12 gleichzeitig als Windleitfläche. Seine Windleitwirkung wird dabei noch durch eine untere ringförmige Verlängerung 30 erhöht, die auf ihrer Unterseite durch eine in den Kühlturmmantel sanft einlaufende Wand 31 unterstützt ist.

Die Fig. 6 und 7 zeigen eine Konstruktion, bei der der Kühlturmmantel an einem zentralen, vertikalen Mast 40 über Seile 41 aufgehämgt ist. Die Seile 41 sind am Übergang des verjüngten Bereiches 12 in den Kühlturmmantel bei 46 befestigt. Die stärker geneigten Seile 42 sind zwischen der Mastspitze und dem Umfang des Mantels bei 46 über einen Tragring 44 gespannt. Dieser Tragring 44 ist am unteren Ende eines konischen Windleitringes 45 vorgesehen, dessen konische Mantelfläche dem Verlauf der Seile 42 folgt.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Naturzug-Kühlturm, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (3) des Kühlturms zur Vermeidung von Kaltlufiteinbrüchen im Bereich (12) der Krone zum oberen Öffnungsrand (11) hin verjüngt ist.

2. Kühlturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen Höhe (H) und größtem Durchmesser (D) des am oberen Öffinungsrand (11) endenden verjüngten Bereiches (12) größer als V₁₂ und kleiner oder gleich ^lh ist und das Flächenverhältnis (F₂ZFJ zwischen der kleinsten und der größten Querschnittsfläche des verjüngten Bereiches nicht kleiner als ¹Is ist.

3. Kühlturm nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen Höhe (H) und größtem Durchmesser (D) des verjüngten Bereiches (12) etwa ¹A ist.

4. Kühlturm nach Anspruch 3, mit einem Durchmesser D in der Größenordnung von 40 m, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächenverhältnis zwischen ,der kleinsten Querschnittsfläche (F₂) auf dem Niveau des oberen Öffnungsrandes (11) und der größten Querschnittsfläche (F₁) des verjüngten Bereiches (12) etwa Vs beträgt.

5. Kühlturm nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der verjüngte Bereich (12) konisch mit Geraden als Mantellinien gestaltet ist.

6. Kühlturm nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der verjüngte Bereich (12) in Blechkonstruktion ausgeführt ist.

7. Kühlturm nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der verjüngte Bereich (12) in Betonkonstruktion ausgeführt ist.

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