DE2414172C2

DE2414172C2 - Naturzug-Kühlturm

Info

Publication number: DE2414172C2
Application number: DE2414172A
Authority: DE
Inventors: Edmund Baer; Hans Dipl.- Ing. Dittrich; Guenter Prof. Dr.-Ing. Ernst; Wilhelm Dipl.-Ing. 7500 Karlsruhe Roller; Dieter Dr.-Ing. 7507 Pfinztal Wurz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-03-23
Filing date: 1974-03-23
Publication date: 1978-12-07
Also published as: NL174383B; AU472558B2; GB1493176A; BR7501530A; GB1493177A; NL7503364A; FR2264945A1; IT1030325B; FR2264945B1; ES435880A1; CH588056A5; NL174383C; ZA751343B; JPS50128849A; US4541968A; CA1049924A; BE826963A; ATA114875A; DE2414172B1; AU7938175A

Description

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worin ρ der Druck, i innen, α außen und 2 die vertikal nach unten weisende Koordinate bedeutet.

2. Kühlturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen Höhe (H) und größtem Durchmesser (D) des verjüngten Bereichs (12) etwa ¹J₁ ist.

3. Kühlturm nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem größten Durchmesser (D) des verjüngten Bereiches in der Größenordnung von 40 m das Flächenverhältnis zwischen der kleinsten Querschnittsfläche (F₂) auf dem Niveau des oberen Dffhungsrandes (11) und der größten Querschnittsfläche (F₁) des verjüngten Bereiches (12) etwa % beträgt.

4. Kühlturm nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der verjüngte Bereich (12) konisch mit Geraden als Mantellinien gestaltet ist.

5. Kühlturm nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der verjüngte Bereich (12) in Blechkonstruktion ausgeführt ist.

6. Kühlturm nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der verjüngte Bereich (12) in Betonkonstruktion ausgeführt ist.

Die Erfindung betrifft einen Naturzug-Kühlturm mit einem Mantel, der ohne eine außen am Kronenbereich des Mantels angebrachte, gesonderte Windleitvorrichtung gestaltet ist.

Ein Kühlturm hat den Zweck, dem aufgewärmtem 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 wird bei einem Naturzug-Kühlturm durch den natürlichen Auftrieb der sich im Kühlturm erwärmenden Umgebungsluft erzeugt.

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 (DE-PS 5 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 führende Strömungskanäle gebildet werden. Mit dieser Gestaltung soll der Seitenwind nach oben umgelenkt und durch Erzeugung eines Soges um den oberen öfihungsrand 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 von Dr. Berliner, »Die gegenwärtige Kühlturmtechnik«, Zeitschrift »Wärme«, Bd. 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 (DE-PS 10 71 728, 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 Naturzug-Kühlturm so zu gestalten, daß bei ruhiger oder wenig bewegter Umgebungsluft sein Wirkungsgrad durch Vermeidung von Kaltlufteinbrüchen verbessert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Naturzug-Kühlturm der eingangs angegebenen Art vorgeschlagen, daß der Mantel des Kühlturms im Bereich der Krone zum oberen öfThungsrand hin verjüngt ist, daß das Verhältnis zwischen Höhe und größtem

Durchmesser des verjüngten Bereiches größer als V12 und kleiner als oder gleich '/3 ist und daß das Flächenverhältnis [F₂IFi) zwischen der kleinsten und der größten Querschnittsfläche des verjüngten Bereiches nicht kleiner als ¹J₂ ist und mit sich änderndem absoluten Durchmesser variiert, derart, daß die Druckgradienten innerhalb und außerhalb des verjüngten Bereiches sich wie folgt zueinander verhalten

worin in ρ der Druck, ι innen, α außen und ζ die vertikal nach unten weisende Koordinate bedeutet.

In dem verjüngten Bereich wird bei ruhiger Luft bzw. kleinen Windgeschwindigkeiten eine Sperrschicht erzeugt, die Kaltlufteinbrüche deshalb verhindert, weil die Summe aus spezifischem Gewicht des Schwadens und volumenbe^ogenen 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 Kauf 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 konventionellen 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.

Ein zweckmäßiges Höhen-Durchmesser-Verhältnis liegt in der Größenordnung HjD = ¹J₁.

Bei diesem Verhältnis H/D wäre zur Erzielung der gewünschten Druckgradienten für einen Kühlturm mit D * 40 m ein Verhältnis F₂IF₁ der kleinsten Querschnittsfläche F₂ zur größten Querschnittsfläche Fi des verjüngten Bereiches F₂IF_x % ⁴/_s zweckmäßig. Mit den Verhältnissen W/D und F₂IF₁ 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.

Die Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten an Hand eines Ausfuhrungsbeispiels näher erläutert.

Die Figur zeigt eine Seitenansicht eines Kühlturms gemäß der Erfindung. Der gezeigte Naturzug-Kühlturm ist im unteren Bereich ebenso aufgebaut wie ein konventioneller Kühlturm. Das Fundament des Kühlturms 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 Rieselein bauten tragen. Diesen Rieselein bauten 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 Auffangbecken 1 und

ίο 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 = ¹I₆ und das Verhältnis der kleinsten Querschnittsfläche F₂, die gleichzeitig den Austrittsquerschnitt des Kühlturmes darstellt, zur größten Querschnittsfläche F₁ des verjüngten Bereiches 12 F₂/Fj * */₅ bei einem größten Durchmesser des verjungten Bereichs D % 40 m. Das Verhältnis F₂IF₁ sollte bei abnehmendem Durchmesser D größer werden, wenn bei ungefähr konstantem Kühlluftstrom die absoluten Geschwindigkeiten größer werden.

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

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Naturzug-Kühlturm mit einem Mantel, der ohne eine außen am Kronenbereich des Mantels angebrachte, gesonderte Windleitvorrichtung gestaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (3) des Kühlturms im Bereich (12) der Krone zum oberen Öffnungsrand (11) hin verjüngt ist, daß das Verhältnis zwischen Höhe (H) und größtem Durchmesser (D) des verjüngten Bereiches (12) größer als Vu und kleiner als oder gleich ¹Ii ist und daß das Flächenverhältnis [F₁JF₁) zwischen der kleinsten und größten Querschnittsfläche des verjüngten Bereiches nicht kleiner als '/2 ist, derart, daß die Druckgradienten innerhalb und außerhalb des verjüngten Bereiches sich wie folgt zueinander verhalten