DE2431851A1

DE2431851A1 - Trockener querstrom-kuehlturm

Info

Publication number: DE2431851A1
Application number: DE2431851A
Authority: DE
Inventors: Homer Edmund Fordyce
Original assignee: Marley Co LLC
Current assignee: Marley Co LLC
Priority date: 1973-07-02
Filing date: 1974-07-02
Publication date: 1975-01-23
Also published as: JPS5821194B2; JPS5070948A; AU7071574A; FR2236155A1; IN143009B; ZA744252B

Description

6 Frankfurt am Main 70 _{2 Jnl±}

The Marley Company, Mission, Kansas / USA

Trockener Querstrom-Kühlturm

Die Erfindung feetrifft Flüssigkeitskühltürme und insbesondere einen kreisförmigen Kühlturm der Ventilatorbauart, dessen Betriebseigenschaften unabhängig von der Windrichtung sein sollen, wobei die Rückführung heißer Luft möglichst gering sein soll, ohne daß hohe Ventilatorschächte oder Naturzugschächte nötig sind, so daß die Kosten des Turms auf ein Minimum gesenkt werden können.

Naturzug- oder selbstventilierende Flüssigkeitskühltürme werden seit langer Zeit in den USA und anderen Ländern verwendet, um Luft aus der umgebenden Atmosphäre entweder durch einen trockenen Oberfläehenaustausrcher oder durch Rieseleinbauten zu führen, wo die kühle Luft zum Wärmeaustausch mit heißem Wasser gebracht wird, das in den Einbauten unter Schwerkrafteinfluß nach unten fließt. Obwohl Naturzug-Kühltürme mit einem verhältnismäßig hohen Schacht zur Erzielung einer ausreichenden Kaminwirkung wirtschaftlich und wirksam sind und keine Antriebsleistung zum Betrieb von Ventilatoren benötigen, sind jedoch die Anfangskosten eines derartigen Naturzug-Kühlturms verhältnismäßig hoch. Naturzug-Kühltürme mit hohem Schacht haben außerdem den Vorteil, daß der trockene

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Oberflächenaustauscher bzw. die Einbauten um den gesamten Umfang der Basis des Turms angeordnet werden können, so daß ihr Betrieb verhältnismäßig unabhängig von der Windrichtung ist. Eine Begleiterscheinung davon ist, daß die Rückführung von aus einem Natürzugkühlturm austretender heißer Luft zurück in den trockenen Oberflächen—Wärmeaustauscher oder in die Einbauten an der Basis des Schachtes minimal ist, weil die feuchte heiße Luft in größerer Höhe in die umgebende Atmosphäre abgegeben wird.

Natürzugschächte müssen verhältnismäßig hoch sein, um eine ausreichende Kaminwirkung zu erzielen, damit eine Luftströmung durch den trockenen Austauseher bzw. die Einbauten des Turmes auch bei schwierigsten Bedingungen hinsichtlich Umgebungstemperatur und Belastung sichergestellt ist, die für einen bestimmten Anwendungsfall auftreten.können. Es hat sieh daher als sehr zweckmäßig erwiesen, die Schächte in dreidimensionaler hyperbolischer Form auszuführen, um eine ausreichende Formsteifigkeit und Festigkeit zu erreichen. Im allgemeinen wird Beton für die Herstellung der Schächte verwendet, weil seine Festigkeit groß ist und er leicht in die komplexe gekrümmte Form gebracht werden kann, die eine hyperbolische Turmeinheit hat. Es ist bekannt, daß hyperbolische Naturzug-Fluidum- oder Flüssigkeitskühltürme teuer in der Herstellung sind und daß ihre Anwendung vom wirtschaftlichen Standpunkt her nur in solchen Fällen gerechtfertigt ist, wo hohe thermische Belastungen auftreten und die räumlichen und Standort-Gegebenheiten für den Bau und Betrieb eines derartigen Kühltürmes vorliegen. Hyperbolische Natürzug-Kühltürme heutiger Bauart sind weit mehr als 100 Meter (mehrere iOO Fuß) hoch und haben einen entspre-

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chend großen Basisdurchmesser.

Ventilatorkühltürme für Fluide oder Flüssigkeiten, bei denen motorgetriebene Ventilatoren verwendet werden, um eine Luftströmung durch den trockenen Oberflächenaustauscher oder durch die Einbauten zu erzeugen, haben weite Verbreitung aufgrund mehrerer richtiger Faktoren gefunden, unter denen die annehmbaren Kosten in Bezug auf die Betriebseigenschaften besonders bedeutsam sind. Ventiletorkühltürme können so bemessen werden, daß eine bestimmte thermische Belastung mit geringsten Kosten aufgenommen wird. Außerdem können sie so gebaut werden, daß sie bestimmten Raumerfordernissen gentigen.

Bei Wasserkühltürmen des Verdampfer- oder Verdunstungstyps hat es sich seit Jahren gezeigt, daß VentilatorkUhltürme der Querstrom-Bauart viele Vorteile gegenüber anderen Bauarten von Ventilatorkühltürmen aufweisen, weil sie ideale Strömungsbedingungen und geringen Druckverlust mit großen Kühlflächen kombinieren. Um den wirtschaftlichsten Betrieb eines Ventilatorkühlturms der Querstrombauart oder Gegenstrombauart zu erreichen, muß die Rückführung von heißer feuchter Luft, die vom Turm abgegeben wird, zurück in die Einbauten auf ein Minimum gebracht werden. Dies gilt besonders für den unteren Teil der Einbauten, wo eine Berührung der umgebenden Luft mit dem kältesten Wasser die abschließende Kühlwirkung bringt. Wenn die heiße feuchte Luft, die aus dem Turm abgegeben wird, im Kreislauf zurückgeführt wird, muß der Turm größer bemessen werden, als es anderenfalls erforderlich wäre, um die Kaltwassertemperatur zu erreichen, für die der Turm ausgelegt ist. Das Problem der Rückführung der heißen feuchten Luft

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wird oft noch durch die Schwierigkeiten verstärkt, die sich aus der Richtung der Windströme in der Umgehung ergehen, die gegen eine Fläche des Turmes hlasen. Beispielsweise sind die meisten jetzt üblichen Ventilatorkühltürme der Querstrombauart im wesentlichen rechteckig, wobei Lufteinlasse auf den gegenüberliegenden Hauptflächen des Turmes liegen und mehrere Ventilatoren nach oben über den oberen Teil des Turmgehäuses hervorspringen, die in Verbindung mit der Sammelkammer für die feuchte Luft des Turmes stehen und die Luft von der umgebenden Atmosphäre ansaugen und durch die Einbauten auf gegenüberliegenden Seiten des Turmes im Querstrom zu dem unter Schwerkrafteinfluß nach unten in den Einbauten rieselnden Wasser führen und dann die heiße feuchte Luft vertikal aus dem Turm durch jeweils einen die Geschwindigkeit wieder erhöhenden Zylinder abgeben, der jeden der angetriebenen, horizontal angeordneten Ventilatoren umgibt. Um die Rückführung von heißer feuchter Luft, die von dem Turm durch die Ventilatorzylinder abgegeben wird, möglichst gering zu halten, sind die Zylinder üblicherweise so hoch wie möglich, um die heiße feuchte Luft in möglichst großer Entfernung von den Einlassen des Turmes wieder in die Atmosphäre zu leiten. Kosten- und Konstruktionsgründe stehen jedoch der Verwendung von sehr hohen Ventilatorzylindern entgegen. Wenn nicht sehr hohe Zylinder auf einem rechteckigen Wasserkühlturm verwendet werden, wird die Rückführung heißer feuchter Luft nicht mit Sicherheit wesentlich herabgesetzt, weil die gegen den Turm beim normalen Betrieb blasenden Windströme einen Sogbereich erzeugen, der durch große ansaugende Wirbel und eine intensive turbulente Mischung auf der Leeseite des Turmes gekennzeichnet ist, verursacht durch Zonen verringerten Drucks an den Kanten des Turmgehäuses auf dieser Leeseite. Diese Turbulenzbereiche

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treten nicht nur an den aufrechten Seitenkanten des Turmes auf dessen Leeseite auf, sondern auch längs der oberen horizontalen Kante des Turmes. Die Zonen verringerten Drucks auf der Leeseite des Turmes versuchen natürlich, ausströmendes Medium aus der schrägen Austrittsfahne in den Sogbereich zu ziehen, so daß es zu einer Rückführung von heißer feuchter Luft durch den Turm hindurch unmittelbar nach dem Austritt der Luft aus den Ventilatorzylindern des Kühlturms kommt. Es ist verständlich, daß die Gefahr einer Rückführung von heißer feuchter Luft zurück in die Ansaugwirbelzone auf der Leeseite des Turms noch dadurch verstärkt wird, daß der Umgebungswind die Austrittsfahne nach unten über die turbulente Zone auf der Leeseite des Turmes beugt.

In hohem Ausmaß gelten die gleichen einschränkenden Faktoren auch für rechteckige luftgekühlte trockene Oberflächenkühltürme für Flüssigkeiten oder Fluide, bei denen die Rezirkulation von heißer Luft, die von dem Turm zurück in die Einlasse des Wärmeaustauschers gegeben wird, in starkem Maße die Wirksamkeit bzw. den Wirkungsgrad der Einheiten beschränkt.

Außerdem sind sehr hohe Ventilatorzylinder an Ventilatorktihltürmen teuer in der Herstellung, führen zu Bauproblemen hinsichtlich der Anbringung der Zylinder auf dem oberen Teil eines Ventilatorkühlturms, sind einer hohen Windbelastung ausgesetzt und müssen häufig verspannt oder in anderer Weise durch sternförmige Einbauten oder dergleichen gestützt werden, um die Starrheit bzw. Festigkeit der Zylinder zu erhöhen und eine unerwünschte Verformung unter hohen Windlasten zu vermeiden.

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Ein wesentliches Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine praktische und wirtschaftliche Lösung vieler dieser Probleme durch die Schaffung eines kreisförmigen Ventilator-Fluidumkühlturms der QuerStrombauart mit trockener Oberfläche zu erreichen, der mit hoher Wirtschaftlichkeit unabhängig von der Windrichtung betrieben werden kann und bei dem eine minimale Rückführung von heißer Luft dadurch erzielt wird, daß eine große Anzahl von Ventilatoren gruppenartig angeordnet werden, die sich jeweils in einem Zylinder zur Erhöhung der Luftgeschwindigkeit drehen und die heiße feuchte Luft von dem Turm in einer konzentrierten Säule abgeben, so daß die Windströme zuerst den luvseitigen Teil der Säule berühren und verformen, wobei sie jedoch nicht den leeseitigen Teil der Säule beugen, so daß die Gefahr einer Rückführung der heißen Luft zu dem Lufteinlaß des Turmes wesentlich verringert oder vollständig beseitigt ist.

Ein weiteres wichtiges Ziel der Erfindung besteht darin, einen kreisförmigen Ventilator-Pluidumkühlturm zu schaffen, der sich insbesondere zum Kühlen von Pluiden eignet, bei denen eine Temperatursteuerung innerhalb geringer Toleranzen wichtig oder wünschenswert ist, indem die Anzahl der in Betrieb befindlichen Ventilatoren sukzessiv verringert wird, wenn die Umgebungstemperatur oder die Wärmebelastung abnehmen, ohne daß eine unerwünschte Rezirkulation heißer Luft zurück zum Wärmeaustauscher entweder am Umfang des Kühlturmes oder durch die Ventilatorzylinder der nicht in Betrieb befindlichen Ventilatoren erfolgt. In ähnlicher Weise ermöglicht die Vielzahl der Ventilatoren, daß gewisse Ventilatoren entweder mit voller Drehzahl oder halber Drehzahl betrieben oder vollständig abge-

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schaltet werden, wie es für eine wirkungsvollere Temperatursteuerung des zu kühlenden Fluides erforderlich ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen trockenen kreisförmigen Ventilator-Fluidumkühlturm zu schaffen, bei dem durch Anordnung der Wärmeaustauscher in zylindrischer Konfiguration ein schneller Ablauf bzw. Abfluß erreicht wird, so daß bei Verwendung des Kühlturms zum Kühlen einer Flüssigkeit, wie z.B. Wasser, die Flüssigkeit leicht und schnell von dem System abgeleitet bzw. abgeführt werden kann, wie es bei abnorm niedrigen Temperaturbedingungen oder bei Kaltwetterbetrieb in Verbindung mit Verringerung der Wärmebelastung des Kühlturms erforderlich ist.

Ein weiteres wichtiges Ziel der Erfindung besteht darin, einen trockenen kreisförmigen Ventilator-FluidumkUhlturm zu schaffen, bei dem durch die Anordnung der trockenen Wärmeaustauscher in einer Anordnung von im wesentlichen zylindrischer Form (die durch eine Reihe flacher Wärmeaustauschereinheiten gebildet wird, die im Betrieb eine vieleckige Anordnung bilden, die näherungsweise einer zylindrischen Konfiguration entspricht) sowohl die Größe des Turmes als auch die der Komponenten der Turmstruktur auf ein Minimum reduziert werden, da Gehäuse- und Umhüllungswände und dergleichen in Wegfall kommen, wie auch viele andere Teile, die normalerweise für einen üblichen rechteckigen Kühlturm erforderlich sind.

Ein damit im Zusammenhang stehendes Ziel der Erfindung ist es, einen trockenen kreisförmigen Ventilator-FluidumkUhlturm der Querstrombauart so auszubilden, daß die Anordnung der

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Ventilatoren und der zugehörigen Zylinder in einem Gruppenmuster innerhalb des Umfangs der ringförmigen trockenen Oberflächenwärmeaustauscherstruktur die Verwendung von verhältnismäßig niedrigen Ventilatorzylindern ermöglicht, was aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und der Verringerung der Windablenkprobleme angestrebt wird, um einen Turm zu schaffen, bei dem der geringe Grad der Heißluftrückftinning sich demjenigen von Türmen nähert, die wesentlich höhere Ventilatorzylinder oder Schächte haben.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen trockenen Querstrom-Fluidumkühlturm der genannten Art zu schaffen, bei dem die Rückführung von heißer Luft unabhängig von der Windrichtung und der Windgeschwindigkeit minimal ist. Die thermische Belastbarkeit eines solchen Turmes ist daher nur durch Faktoren beschränkt, wie der zur Verfügung stehende Raum oder durch den Wunsch des Abnehmers auferlegte Kostenbegrenzungen, da der Turm so groß ausgeführt werden kann, wie es für eine bestimmte Anwendung erforderlich ist, wobei die Anzahl der verwendeten Ventilatoren einfach proportional mit der Zunahme des Turmdurchmessers erhöht wird.

Ein weiteres wichtiges Ziel der Erfindung liegt darin, Kühlturmeinheiten der genannten Art zu schaffen, die eine geringe Rückführung von heißer Luft aufweisen und die geeignet sind zur Verwendung in Ktihlturm-"Farmen^M, die aus einer Anzahl nebeneinanderstehender Türme bestehen. Dies wird dadurch erreicht, daß der kreisförmige Turm weniger durch Umgebungsluftströme beeinflußt wird als rechteckige Türme. Es ist nicht

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notwendig, die Wirkung von normalerweise vorherrschenden Windströmungen in diesem geographischen Bereich zu berücksichtigen, die üblicherweise während bestimmter Jahreszeiten aus bestimmten Richtungen wehen. Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, einen trockenen Fluidum-Ktihlturm der Ventilator-Querstrombauart zu schaffen, bei dem die kreisförmige Gestalt des Turms zu einer glatten stromlinienförmigen Strömung vorherrschender Winde um den Turm herum beiträgt, so daß die Bildung von Sogwirbeln und turbulenten Bereichen verringerten Drucks auf der Leeseite des Turms auf ein Minimum herabgesetzt wird, wodurch die Neigung verringert wird, daß heiße feuchte Luft, die aus dem Turm austritt, zurück in den Lufteinlaß des Turms im Kreislauf geführt wird.

Ein zusätzliches wichtiges Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen trockenen kreisförmigen Fluidum-Ktihlturm der Ventilator-Querstrombauart zu schaffen, der eine Gruppenanordnung von Ventilatren aufweist, wobei die Ventilatoren und ihre zugehörigen, die Geschwindigkeit erhöhenden Zylinder in konzentrischen konzentrierten Gruppen um die Mittelachse des Turmes herum angeordnet sind, um die Energie der aus den Zylindern austretenden Luft auf ein optimal mögliches Maß zu konzentrieren, wenn praktische Begrenzungen hinsichtlich des Raumes, der Kosten und der Kühlkapazität berücksichtigt werden. In dieser Hinsicht ist es ein wesentliches Ziel der Erfindung, die Ventilatoren und ihre Zylinder in mehreren hexagonalen konzentrischen Reihen zu gruppieren, die den Hauptteil der Fläche des Ventilatordecks des Turmes einnehmen, wenn die erwähnten Begrenzungen eine derartige Anordnung erlauben und die Ventilatoren und Zylinder in konzentrischen

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kreisförmigen Reihen anzuordnen, falls Herstellungsbeschränkungen die hexagonale Anordnung verhindern.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen kreisförmigen Ventile tor-Fluidumkühltürme sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine im wesentlichen schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform eines kreisförmigen Ventilator-Querstrom-Wasserkühlturms gemäß der Erfindung,

Fig. 2-4 schematische Draufsichten auf andere erfindungsgemäße Ausführungsformen,

Fig. 5 eine Seitenansicht des Kühlturmes nach Fig. 4,

Fig. 6 einen vergrößerten vertikalen Teilschnitt längs der Linie 6-6 in Fig. 5 mit Blick in Richtung der Pfeile,

Fig. 7 eine vergrößerte Teildraufsicht auf einen Abschnitt eines Kühlturms gemäß Fig. 4, wobei Teile zur besseren Darstellung der darunterliegenden Bauteile weggebrochen sind,

Fig. δ eine Teilseitenansicht des Querstrom-Wasserkühlturms, wobei dessen äußerer Teil dargestellt ist, entsprechend der Pfeile 8-8 in Fig. 6,

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Fig. 9 eine vergrößerte perspektivische Teilansicht einer Ausführungsform der Rieselkörper, die in den Rieseleinbauten der erfindungsgemäßen Türme verwendet werden können, wobei eine bevorzugte Rieselkörperaufhängung gezeigt ist,

Fig. iO eine schematische Seitenansicht einer beliebigen der vier AusfUhrungsformen, jedoch in kleinerem Maßstab, wobei schematisch gezeigt ist, wie die Rückführung der heißen feuchten Luft zurück in den Lufteinlaß des Turmes durch das säulenförmige Muster der Luft auf ein Minimum verringert wird, die aus den gruppierten zusammenwirkenden Ventilatoren und deren die Luftgeschwindigkeit erhöhenden Zylindern austritt, wobei zu erkennen ist, daß der leeseitige Teil der Säule von austretender heißer Luft sich infolge der Abschirmung durch den luvseitigen Teil der Säule im wesentlichen vertikal nach oben bewegt, wodurch die Rückführung von heißer Luft auf ein Minimum beschränkt wird,

Fig. Ii eine schematische Darstellung des Turmes nach Fig. 1 in verkleinertem Maßstab, wobei der Wind über den kreisförmigen Turm von links nach rechts wie dargestellt strömt und ein im wesentlichen kontinuierliches Strömungsbild mit minimaler Wirbelbildung auf der Leeseite des Turmes zeigt, so daß Bereiche von verringertem Druck auf der Leeseite des Turmes vermieden werden, ua die Rückführung von heißer Luft auf ein Minimum herabzusetzen,

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Fig. 12 eine im wesentlichen schematische Draufsicht auf eine Ausftihrungsform eines kreisförmigen Fluidum-Trockenkühlturms der Ventllator-Querstrombauart mit einer Einrichtung zur Zuführung heißen Wassers zu der ringförmigen Wärmeaustauscherstruktur und zur Ableitung des gekühlten Fluides von der Wärmeaustauscherstruktur,

Fig. 13 einen im wesentlichen schematischen Seitenaufriß des Fluidum-Trockenkühlturms nach Fig. 12,

Fig. 14 einen vergrößerten vertikalen Teilquerschnitt im wesentlichen entlang der rechten Linie 14-14 nach Fig. 12,

Fig. 15 eine schematische Draufsicht auf einen kreisförmigen Fluidum-Trockenkühlturm der Ventilator-Querstrombauart ähnlich dem Kühlturm nach Fig. 12, jedoch mit einer Kühleinheit, die eine geringere Anzahl separat betätigbarer Ventilatoren aufweist,

Fig. 16 einen im wesentlichen schematischen Seitenaufriß des Kühlturmes nach Fig. 15,

Fig. 17 eine graphische Darstellung der Ergebnisse von Vergleichsversuchen, in der die Kennwerte der Heißluftrückführung eines rechteckigen Trockenkühlturms im Vergleich zu einem kreisförmigen Kühlturm gemäß der Erfindung aufgetragen sind,

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Fig. 18 eine graphische Darstellung der Ventilatorwirkung eines sieben Ventilatoren aufweisenden kreisförmigen Fluidum-Trockenktthlturms, wie er in den Fig. 15 und l6 dargestellt ist, und

Fig. 19 eine graphische Darstellung der Anzahl von Ventilatoren, die bei Absinken der Trockentemperatur abgeschaltet werden können, während weiterhin die volle Wärmebelastung von einer Flüssigkeit, wie z.B. Wasser, abgeführt wird.

In den Fig. 1 bis 4 sind vier Ausführungsformen 10, 12, 14 bzw. l6 der kreisförmigen Querstrom-Wasserktihltürme mit mechanischem Zug gemäß der Erfindung dargestellt. Die Türme 12 bis sind im wesentlichen identisch und arbeiten in der gleichen Weise, mit der Ausnahme, daß die Gesamtabmessungen der Türme variieren können und daß jeder Turm ein unterschiedliches Muster gruppierter Einheiten von Ventilator und Zylinder hat. Daher wird nur die Ausführungsform gemäß Fig. 4 in allen Einzelheiten beschrieben. Es versteht sich, daß gleiche Bauteile bei den Ausführungsfornen gemäß Fig. 1 bis 3 mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, wie bei der Ausführungsform nach Fig. 4.

Ein oben offenes, verhältnismäßig schmales ringförmiges Kaltwasser-Sammelbecken 18 weist eine kreisförmige Bodenwand 20 auf, die mit einer aufrechten inneren Wand 22 von zylindrischer Gestalt verbunden ist, die sich zum oberen Teil des Turmes erstreckt, während eine verhältnismäßig niedrige zylindrische

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äußere Wand 2k den äußeren Rand der Wand 20 bildet. Wie beim Bau von verhältnismäßig großen industriellen Wasserkühltürmen üblich, ist das Kaltwasserbecken 18 vorzugsweise aus armiertem Beton hergestellt.

Geeignete Betonstützen sind für das Becken 18 vorgesehen, so daß dieses eine kreisringförmige Rahmeneinheit 26 aus armierten Betonrahmenteilen 28 tragen kann, die sich nach oben von der Bodenwand 20 erstrecken und eine Anzahl von einzelnen Fächern für die Rieseleinbauten bilden und eine kreisringförmige Tragkonstruktion aufweisen, die sich um den gesamten Umfang des kreisförmigen Turms 16 erstreckt. Wie aus Fig. 6 zu erkennen ist, weist die Rahmeneinheit 26 mehrere vertikale Rahmenbauteile 28a bis 28d auf, die sich zwischen horizontalen Rahmenbauteilen 28e erstrecken, sowie äußere geneigte Rahmenbauteile 28f, die nach außen über die Wand 24 des Beckens 18 bei Annäherung an den obersten Teil der Rahmeneinheit 26 vorspringen. Rieseleinbauten 30, die von der Rahmeneinheit in deren einzelnen Fächern getragen werden, können jede beliebige Anzahl unterschiedlicher Bauteile zur Vergrößerung der Oberfläche des zu kühlenden heißen Wassers aufweisen, wenn dieses Wasser unter Schwerkrafteinfluß nach unten durch die Rieseleinbauten 30 fließt. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, wie sie in Fig. 9 dargestellt ist, weist eine Reihe von Gittern 32 aus Draht oder glasfaserverstärktem Kunststoff auf, beispielsweise Polyester, mit vertikalen Stangenabschnitten 32a, die durch horizontale, die Rieselkörper tragende Stäbe 32e mit vertikalem Abstand verbunden sind. Die Gitter 32 sind in den Fächern für die Einbauten so

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angeordnet, daß sie von entsprechenden horizontalen Rahmenbauteilen der Rahmeneinheit 26 herabhängen. Die Rieselkörper 34, die von den horizontalen Stangenabschnitten 32b der vertikal angeordneten, horizontal im Abstand befindlichen Gitter 32 getragen werden, weisen vorzugsweise gewellte Streifen mit mehreren Wellen auf und eine Reihe von Öffnungen 34a, die sich durch die Wellen 34b jedes Bauteils 34 erstrecken. Wie Fig. 6 zu entnehmen ist, sind bei einer bevorzugten Anordnung von Gittern 32 und Rieselkörpern 34 vertikale Reihen der Bauteile vorgesehen, wobei jedes nachfolgende Stockwerk der Rieseleinheiten zum Inneren des Turmes hin versetzt ist bei Annäherung an das Kaltwasserbecken 18, um das Bestreben des durch die Rieseleinbauten 30 nach unten strömenden Wassers auszugleichen, in Richtung zur inneren Windkammer 36 des Turmes 18 gezogen zu werden. Die vertikale Reihe von Füllkörpern ist ebenfalls vertikal von der nächsten benachbarten vertikalen Reihe versetzt.

Längliche, verhältnismäßig breite EinlaßJalousien 38 aus armiertem Beton sind an der äußeren Fläche der Rahmeneinheit 26 vorgesehen, wobei sie deren einzelne Fächer überspannen, wie in den Fig. 6, 7 und 8 dargestellt, um das Wasser in den Einbauten 30 zu halten und einen wesentlichen Spritzverlust von Wasser aus dem Turminneren zu verhindern. Stangen 40 verbinden die geneigten Rahmenbauteile 28f und die entsprechenden äußeren Endabschnitte der Jalousien 38 und halten diese in entsprechender geneigter Anordnung von ungefähr 45° in Bezug auf die Horizontale, wobei die unteren Kanten jeder Jalousie 38 auf einem Rahmenbauteil 28e aufliegen, wie in Fig. 6 dargestellt. Durch die verhältnismäßig breite Ausführung der Jalousien 38 können diese in verhältnismäßig

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großem vertikalen Abstand angeordnet werden, um den Druckverlust der Luft auf ein Minimum herabzusetzen, die in den Turm zur Querströmung durch die Rieseleinbatiten 30 eintritt. Wie in den Fig. 6 und 7 dargestellt, überlappen die Einlaßjalousien 38 einander vertikal und sind geneigt gestaffelt angeordnet, so daß Wasser, das von dem unteren Rand einer Jalousie herabfällt, auf die darunter befindliche Jalousie fällt, wobei die unterste Einlaßjalousie 38a über dem Kaltwasserbecken 18 innerhalb der Wand 24 liegt, so daß das Wasser, das von der Bodenkante der. Jalousie 38a herabfließt, in das Sammelbecken 18 zurückgeführt wird.

Übliche Auffangleisten 42 sind quer über den vertikalen Rahmenbauteilen 28a (Fig. 6) angeordnet, um Wassertröpfchen zu entfernen, die von der Luft mitgerissen werden, die die Rieseleinbauten 30verläßt und in die ringförmige Windkammer oder Sammelkammer 36 eintritt. Die in Längsrichtung geneigten Auffangleisten 42 sind von L-förmiger Gestalt, so daß die aus den Einbauten austretende Luft ihre Strömungsrichtung ändern muß, bevor sie in die Kammer 36 eintritt. Demzufolge berühren die von der feuchten Luft mitgerissenen Wassertröpfchen die Leisten 42 und werden aus dem Luftstrom entfernt. Die Leisten 42 sind in senkrechter Anordnung gezeigt, können aber auch zur Anpassung an den Winkel der Wasserablenkung in den Rieseleinbauten 30 geneigt angeordnet sein, wenn dies erwünscht ist.

Obere horizontale Rahmenbauteile 28g, die sich radial zu dem Turm erstrecken und durch Rahmenbauteile 28a bis 28f getragen werden, tragen einen ringförmigen Heißwasserverteiler 44. Wie aus den Fig. 4, 6 und 7 zu erkennen ist, ist auch der Verteiler 44 vorzugsweise aus armiertem Beton hergestellt und weist

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eine Reihe tortenförmiger Bodensegmente 46 auf, die nebeneinander Seite an Seite angeordnet sind und direkt von den Rahmenbauteilen 28g getragen werden. Aufrechte Verstärkungsabschnitte 48, die einstückig mit den Bodensegmenten 46 ausgebildet sind, überspannen die Rahmenbauteile 28g und sind im wesentlichen parallel angeordnet, um im wesentlichen ringförmige Elemente zu bilden, die sich um den Umfang des Verteilers 44 erstrecken und mit Annäherung an den Mittelpunkt des Turmes 16 sich im Durchmesser verringern. Im Querschnitt L-förmige Endwände 50 und 52, die jeweils mit dem äußeren und inneren Rand der entsprechenden Bodensegmente 46 verbunden sind, springen von dort nach oben vor und bilden die äußeren und inneren Enden des Verteilers 44. Auf diese Weise wirken die Bodensegmente 46 mit den miteinander verbundenen Endwänden 50 und 52 zusammen und bilden ein oben offenes verhältnismäßig flaches ringförmiges Heißwasserverteilerbecken 44, wobei die Endwand 52 über dem Kaltwasserbecken 18 liegt, während sich die Endwand 50 außerhalb der äußeren Beckenwand 24 befindet und mit den oberen Enden der benachbarten Rahmenbauteile 28f fluchtet.

In der Zeichnung ist nicht in Einzelheiten dargestellt, daß die Bodensegmente 46 des Verteilers 44 eine Reihe Öffnungen 54 aufweisen, die in einem im wesentlichen rechtwinkligen Muster angeordnet sind, um eine gleichförmige Wasserzufuhr auf die Rieseleinbauten 30 darunter zu bewirken, wenn das ringförmige Verteilerbecken 44 in bestimmter Tiefe mit heißem, zu kühlenden Wasser gefüllt ist. Diffusions- und Verteilerdüsen können in jeder Öffnung 54 vorgesehen werden, um eine noch gleichförmigere Zufuhr von Wasser auf die ebene Fläche der

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Rieseleinbauten 30 darunter zu erreichen, falls dies gewünscht ist.

Ein ringförmiges Deck 56, das die Ventilatoren und Zylinder trägt, wird durch die oberen Ränder der berührenden Endwände 42 gestützt, sowie vom oberen Ende der inneren zylindrischen Wand 22, wobei diese überspannt werden, wie in den Fig. 4, 6 und 7 dargestellt ist. Auch hier ist zu beachten, daß die Bauteile des Verteilers 44 wie auch die innere Wand 22 und das Deck 56 aus verschiedenen Materialien hergestellt sein können. Bei der in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird jedoch armierter Beton verwendet, der sich auch sehr zufriedenstellend hinsichtlich Festigkeit und Nichtentflammbarkeit erwiesen hat. Eine Reihe von aufrechten, kreisförmig im Abstand angeordneten, sich radial erstreckenden Trennwänden 57 unterhalb des Decks 56 stützen dieses und dienen auch dazu, die Windkammer 36 in eine Reihe aus Seite an Seite angeordneten einzelnen Kammern zu unterteilen, da die Trennwände 57 mit der Wand 22 verbunden sind. Die kreisförmigen Wasserktihltürme gemäß der Erfindung finden wirkungsvolle Anwendung bei hohen thermischen Belastungsfällen, bei denen viele tausend Liter Wasser pro Minute durchgesetzt werden müssen. Demzufolge weisen die Türme verglichen mit hyperbolischen Naturzug-Querstrom-Kühltürmen vergleichbarer Kapazität verhältnismäßig große Durchmesser auf (z.B. 6l Meter bis 122 Meter bei Turm i6 und 122 Meter bis 183 Meter bei den Türmen 10, 12 und 14). Eine große Anzahl von in Gruppen angeordneten Ventilatoreinheiten 58 (üblicherweise 10 bis 18 Ventilatoreinheiten bei Turm l6 und bis zu 60 Ventilatoren bei den Türmen iO, 12 und 14) sind erforderlich, um genügend Luft aus der Atmosphäre durch die Einlaßfläche der Rieselein-

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bauten 60 einzusaugen, um das Wasser wirksam zu kühlen, das durch die Einbauten vom Verteilerbeeken 42 zum Kaltwassersammelbecken 18 fließt. Im Turm l6 hat der Heißwasserverteiler 44 üblicherweise einen Außendurchmesser von 98 Metern, wobei der Durchmesser der zylindrischen Bahn 22 ungefähr 55 Meter beträgt. In diesem Falle werden 18 Ventilatoren von etwa 8,5 Meter verwendet, um eine ausreichende Zufuhr von Umgebungsluft zu den Rieseleinbauten 30 für eine wirksame Kühlung des hindurchfließenden heißen Wassers sicherzustellen.

Jede Ventilatoreinheit 58 weist einen Antriebsmotor 60 auf, der von dem Deck 56 getragen wird und über eine Antriebswelle 62 mit einem Untersetzungsgetriebe 64 verbunden ist, das einen horizontal drehbaren mehrflügeligen Ventilator 66 trägt. Jeder Ventilator 66 ist drehbar innerhalb eines senkrechten oben und unten offenen, die Geschwindigkeit erhöhenden Zylinders 68 angeordnet, der von dem Deck 56 getragen wird und eine zugeordnete kreisförmige Öffnung 70 in diesem umgibt, die jede Einheit 58 mit einem zugeordneten Abteil der Kammer 36 darunter verbindet. Die Zylinder 68 sind jeweils vorzugsweise so gestaltet, daß sie zur Erhöhung der Saugwirkung der zugehörigen Ventilatoren 66 eine Venturi-DUse bilden, indem die Fläche, in der jeder Ventilator wirkt, zu einem Kanal verringert wird, der nur etwas größer ist als der Durchmesser jedes Ventilators 66.

Bei den Türmen 10 und 16 werden unterschiedliche Gruppenanordnungen für die Ventilatoreinheiten 58 verwendet. Daher erstreckt sich das Deck 56 des Turmes 10 wesentlich weiter nach innen zur zentralen senkrechten Achse des Turmes 10, als dies beim

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Deck 56 des Turmes l6 der Fall ist und trägt die gebündelten Einheiten 58 in mindestens zwei konzentrischen hexagonal en Reihen, die sich um diese Achse erstrecken. Wenn zusätzliche Ventilatoreinheiten erforderlich sind, um die Kapazität des Turmes 10 zu erhöhen, können zusätzliche hexagonale Reihen um die schon bestehenden in dem erforderliehen Ausmaß herumgelegt werden. Bei dieser Anordnung ist zu beachten, daß der Abstand von der zentralen Achse zu der ersten hexagonalen Reihe wesentlich geringer ist als der verbleibende Abstand zu der Außenseite der äußeren hexagonalen Reihe, wodurch sichergestellt wird, daß der Hauptteil der verfügbaren Fläche im Inneren des ringförmigen Beckens hk zur Verfügung steht, um eine Säule aus abgegebener heißer feuchter Luft aus den Einheiten 58 zu bilden.

Die Trennwände 57 des Turmes 10 sind im Gegensatz zu denen des Turmes l6 nicht radial angeordnet. Während benachbarte Trennwände 57 zusammenwirken, um Abteile in der Kammer 36 zu bilden, ist es nicht erforderlich, eine gesonderte zylindrische Wand 22 wie beim Turm l6 vorzusehen, weil die nicht radialen Trennwände 57 einander an Stellen schneiden, die im Abstand um die zentrale Achse und zueinander angeordnet sind. Somit bilden die inneren Enden der Trennwände 57 zusammen eine aufrechte hexagonale Wand, die an die Stelle einer gesonderten Wand 22 tritt. Bei der beim Turm 10 gezeigten besonderen Anordnung bildet jeder Satz Trennwände 57 einen im wesentlichen dreieckigen, tortenstüclcförmigen Keil, der jeweils drei Einheiten 58 aufnimmt, wobei jede Trennwand sich im wesentlichen tangential zu mindestens zwei Einheiten 58 in dem entsprechenden Keil erstreckt.

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Die gruppierte Anordnung im Turm l6, in dem 18 Einheiten 58 in einer einzigen kreisförmigen Reihe angeordnet sind, stellt die grundlegende Anordnung für Türme dieses Durchmessers dar, bei denen ein einziger Kreis verwendet wird. Aus Gründen der Kosten, des Raumbedarfs, der Kapazität und des Betriebs sollte ein Turm von größerem Durchmesser als der Turm 16 vorzugsweise mehrere konzentrische Gruppierungsreihen oder polygonale Gruppenanordnungen aufweisen, anstatt daß der nicht besetzte Bereich, der von den Einheiten umgeben ist, noch weiter vergrößert wird, indem zusätzliche Einheiten 58 in den einzigen Kreis eingefügt werden. Die Türme 12 und 14 in den Fig. 2 und 3 zeigen bevorzugte Alternativausführungen der Gruppenanordnung, wobei die Türme ungefähr 183 Meter Durchmesser haben. Türme dieser Größe können 60 zusammengefaßte Ventilatoren erfordern, wie bereits erwähnt wurde, um die Kühlanforderungen der Anlage wirksam zu erfüllen. Es hat sich gezeigt, daß drei konzentrische Kreise von jeweils 20 Ventilatoren oder zwei konzentrische Kreise von jeweils 30 Ventilatoren verwendet werden können, um sowohl die erforderliche Kühlkapazität als auch die Energiekonzentration zu erreichen, die erforderlich ist, um eine im wesentlichen stabile austretende Säule zu erzielen. Während eine hexagonale Gruppierung bei den Türmen 12 und 14 verwendet werden könnte, die von der Mittelachse nach außen ausgeht, anstatt von dem Becken 44 nach innen, muß jedoch der große Raumbedarf für diese Anordnung mit den damit verbundenen Kosten und Gewichtsproblemen berücksichtigt werden.

Im Betrieb wird das zu kühlende Wasser in den ringförmigen Verteiler 44 eingeführt, und der Wasserstand wird derart über den verstärkenden Abschnitten gehalten, daß eine freie

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Strömung des Wassers über den gesamten Umfang des Heißwasser-Verteilerbeckens erfolgt. Einzelne Wasserströme gelangen unter Schwerkrafteinfluß vom Boden des Verteilers 44 durch die zugehörigen Öffnungen 54 und berühren die ebene Fläche der Rieseleinbauten 30, die unter dem Heißwasser-Verteilerbecken 44 liegen. Die quergewellten Rieselkörper 34 zerteilen die Wasserströme, um deren Oberfläche zu vergrößern. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Wassertröpfchen zerspritzen und auseinandergerissen werden, wenn sie auf die darunter angeordneten Rieselkörper 34 auftreffen und weiter darauf, daß es zu einer Filmflächenkühlung kommt, wenn sich das Wasser über die Oberfläche der jeweiligen Rieselkörper 34 verteilt und außerdem darauf, daß das Wasser in kleinere Ströme und Tröpfchen aufgeteilt wird, wenn es durch die Öffnungen 34a in den Wellen 34b der Rieselkörper 34 strömt. Die Ventilatoreinheiten 58 arbeiten derart, daß sie Luft vertikal abgeben, wodurch kühle Umgebungsluft durch die ringförmige geneigte Einlaßfläche der Rieseleinbauten 30 angesaugt wird und sich dann im Querstrom zu dem Wasser bewegt, das unter Schwerkrafteinfluß nach unten durch die Einbauten 30 zu dem Kaltwasser-Sammelbecken 18 fließt. Wie erwähnt, versucht die einströmende Luft, das Wasser von dem ringförmigen Einlaß des Turmes zurückzuziehen. Aus diesem Grunde sind die Rieseleinbauten 30 vorzugsweise geneigt, um dieses Zurückziehen des Wassers auszugleichen und dadurch den zusätzlichen Aufwand zu vermeiden, daß ein zusätzlicher Teil von Rieseleinbauten am äußeren Umfang des Turmes vorgesehen werden müßte, der nicht wirksam benetzt würde, selbst wenn er vorgesehen wäre. Wassertröpfchen, die von der feuchten Luft mitgenommen werden, die aus den Rieseleinbauten 30 austritt, werden durch die Auffangleisten 42 entfernt, und die feuchte heiße Luft wird in die Windkammer 36 geführt und dann nach

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often durch die Wirkung der Ventilatoreinheit 58 abgegeben.

Wie in Fig. 10 schematisch dargestellt ist, haben die heißen feuchten Luftströme, die von jedem der hier beschriebenen Türme abgegeben werden, das Bestreben, zu einer einzigen abgegebenen Säule 72 über den gebündelten Ventilatoreinheiten 58 zusammenzufließen. Dies gilt insbesondere für den Turm 10, trifft jedoch auch auf die Türme 12 bis 16 zu, bei denen die gebündelten Einheiten 58 in größerem Abstand von der zentralen Achse angeordnet sein können als bei dem Turm 10. Weil die Einzelenergien der jeweiligen abgegebenen Ströme jetzt zu einer im wesentlichen einzigen abgegebenen Säule konzentriert sind, hat es sich in jedem Falle gezeigt, daß diese Säule höher aufsteigt und stabiler ist als dies bisher der Fall war.

Wird beispielsweise angenommen, daß die Windrichtung in Fig. von links nach rechts verläuft, so ist zu erkennen, daß die Windströmung versucht, den luvseitigen Teil der Säule 72 zu verlagern, während der leeseitige Teil der Säule 72 vor einer spürbaren Verlagerung durch den luvseitigen Teil geschützt ist, wodurch bewirkt wird, daß der leeseitige Teil der Säule 72 fast senkrecht vom Boden aufsteigt. Daher tritt im wesentlichen das Problem einer Rückführung von heißer feuchter Luft zurück in die Rieseleinbauten 30 von irgendeiner Seite der Säule 72 nicht auf. Da die Säule 72 sehr hoch reicht, wird außerdem eine Diffusion der feuchten abgegebenen Luft in die Umgebungsluft in größerer Entfernung vom Boden sichergestellt, so daß Probleme der Luftverunreinigung verringert werden, die manchmal bei benachbarten Wohnhäusern und anderen Gebäuden wegen des hohen Feuchtigkeitsgehaltes der umgebenden Luft auftreten.

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Eine Maßnahme zur Erhöhung der Stabilität der aus den Einheiten 58 austretenden heißen feuchten Luft besteht darin, deren Austrittsgeschwindigkeit relativ zu der Geschwindigkeit der Umgebungsiuftströmungen zu erhöhen. Man bezeichnet das Verhältnis der Ausströnrangsgeschwindigkeit zur Umgebungsluftgeschwindigkeit als ^WK"-Faktor. Je größer der Wert für "K^M ist, desto größer ist der Widerstand der austretenden Strömung gegen die Umgebungswände. Daher sinkt die Wahrscheinlichkeit einer Rückführung der ausströmenden Luft, wenn der Wert für ^WK^M steigt.

Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Gruppierung der Ventilatorzylinder eine wirksame Konzentration der Gesamtenergie der aus den Ventilatorzylindern austretenden Ströme in einer ausreichend kleinen Fläche zur Folge hat, so daß die einzelnen austretenden Ströme in ähnlicher Weise wirken wie die aus einem einzelnen Schacht austretende Strömung, wie sie üblicherweise bei großen hyperbolischen Naturzugtürmen erhalten wird. Die Impulsströmungsdichte (momentum flux density) der gesamten austretenden Strömungssäule kann aus der Gleichung MFD = 2Σ

ft

berechnet werden, wobei

"π"-Masse der ausströmenden Säule,

ⁿv^M - ihre Austrittsgeschwindigkeit, "a^w - Querschnittsfläche der gesamten ausströmenden Säule bezeichnen. Die Auftriebsströmungsdichte (buoyancy flux density) kann nach der Gleichung BFD = d . m bestimmt werden, wobei

"d,.-." - Differenz der Dichte der ausströmenden und der Umgebungsluft,

ⁿmⁿ - Masse der austretenden Säule,

"a" - ihre Querschnittsfläche bezeichnen. Hieraus ist zu ersehen, daß sich bei einem Ansteigen der Austrittsgeschwin-

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digkeit "v" notwendigerweise die Impulsströmungsdichte der Säule erhöht, wobei angenommen wird, daß die anderen Parameter konstant bleiben, wodurch sich wiederum die gesamte Energiekonzentration der Säule erhöht.

Aus wirtschaftlichen Gründen ist es üblicherweise unerwünscht, einfach zusätzliche Ventilatorenergie zur Erhöhung der Austrittsgeschwindigkeit der Strömung zu verwenden. Es ist jedoch zu erkennen, daß durch die Gruppierung der Ventilatoreinheiten 58 der Wert "a", die gesamte QuerschnittsfMche der austretenden Säule, dargestellt durch die Reihen von einzelnen heißen feuchten austretenden Luftströmen, gegenüber einer nicht gruppierten Anordnung verringert wird, wodurch die Impulsströmungsdichte der Säule und ihre gesamte Energiekonzentration erhöht wird. Dadurch wird der Widerstand der austretenden Säule gegenüber einer Ablenkung durch Umgebungsluftströme wesentlich erhöht, was zu einer geringeren Rückführung der austretenden Luft führt.

Aus der schematischen Darstellung in Fig. 11 ergibt sich, daß die aerodynamische Gestaltung des kreisförmigen Turmes zu einer erheblich verringerten Trennungszone auf der Leeseite des Turmes führt. Versuche haben gezeigt, daß nur ungefähr ein Viertel oder weniger des Turmumfangs dieser Trennungszone ausgesetzt ist, so daß nur ein entsprechend geringer Anteil der durch die Rieseleinbauten fließenden Strömung ihren Ursprung in dem Strömungssog hat. Außerdem ist für kreisförmige Türme die Konzentration der austretenden Strömung in dem Sogbereich dadurch etwas verringert, daß die Sogzone besser belüftet wird, die kontinuierlich durch die Strömung um die Seiten des Turmes abgeschwächt wird, und zwar wirksamer

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als dies bei der Sogzone eines rechteckigen Turmes der Fall ist.

Die aerodynamische Gestaltung des ringförmigen Turmes trägt auch dazu bei, daß die Rückführung von heißer feuchter Luft zurück in die Lufteinlaßfläche der Türme auf deren Leeseite vermieden wird. Wie schematisch in Fig. ii dargestellt, ist die sich von links nach rechts bewegende Umgebungsluft bestrebt, um den kreisförmigen Turm im wesentlichen stromlinienförmig zu fließen. Daher besteht nur eine geringe Neigung, daß die feuchte Luft zurück in den Turm unter der Wirkung von Ansaugwirbeln auf der Leeseite des Turmes gesaugt wird oder aufgrund von Zonen geringeren Luftdrucks, die sich aus einer Strömung von Umgebungsluft an rechteckigen Bauteilen ergeben, wie bereits erläutert.

Ein besonders wichtiger Vorteil des kreisförmigen Querstrom-Wasserkühlturms der Ventilatorbauart, wie er beschrieben und dargestellt wurde, besteht darin, daß sein Betrieb im wesentlichen unabhängig von der Windrichtung ist, weil eine Rückführung von heißer feuchter Luft unabhängig von der Richtung, aus der der Wind jeweils bläst, vermieden wird.

Es hat sich gezeigt, daß eine ins Gewicht fallende Rückführung von heißer feuchter Luft, die aus den Ventilatorzylindern 68 austritt, zurück in die Turmeinbauten vermieden werden kann, wenn die Höhe der Zylinder drei Viertel des Durchmessers des darin untergebrachten Ventilators beträgt. Dies führt zu erheblichen Kosteneinsparungen, ohne daß die Betriebswirtschaftlichkeit des Turmes nachteilig beeinflußt wird. Vorzugsweise werden die Zylinder 68 in allen Fällen auf einer Höhe gehalten, die geringer als der Durchmesser des darin verwendeten Ventilators ist.^

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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 12 his 16 in weitgehend schematischer Form dargestellt. In Fig. 12 weist ein Kühlturm 1OÖ 19 einzelne Ventilatoren auf, wobei diese Anordnung gebräuchlicher als die sieben Ventilatoren aufweisende Ventilatorkonfiguration des Turves 200 in Fig. 15 ist.

Der Turm 100 weist eine große Anzahl aufrechter, Seite an Seite angeordneter Wärmeaustauscheinheiten 102 auf, die aus einer Reihe innerer, vertikaler Endrohre 104 gebildet werden, die relativ zu entsprechenden äußeren Reihen vertikal gerippter oder lamellierter Rohre 106 (Fig. 14) ausgerichtet oder gestaffelt sind. Ein Kopfstück oder Sammler 108 verbindet die oberen Enden entsprechender ausgerichteter oder gestaffelter Paare von Rohren 104 und 106 mit einer Tragstruktur 110, die einen Teil des Turmrahmens bildet und die oberen Ausläufer der einzelnen Einheiten 102 stabilisieren soll. Es 1st daher ersichtlich, daß die Rohre 106 eine äußere Reihe oder Bank von Wärmeaustauschflächen bilden, während die Rohre 104 eine innere Reihe oder Bank aus Wärmeaustauscheinheiten bilden. Eine mit den unteren Enden der Rohre 104 und 106 verbundene Sammleranordnung 112 weist einen Abschnitt 114 auf, der mit den unteren Enden der sich nach oben erstreckenden gerippten Rohre 104 in Verbindung steht, während ein Sammlerabschnitt il6 in ähnlicher Weise verbunden ist und mit den oberen Enden entsprechender Rohre 106 einer jeden Einheit 102 in Verbindung steht. Wie den Fig. 12 und 13 zu entnehmen ist, sind die Einheiten 102 in einer polygonalen Gruppierung angeordnet und bilden eine rohrartige Wärmeaustauscherstruktur von im wesentlichen zylindrischer Konfiguration, um eine Wind- oder Luftkammer 118 zu bilden. Der

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obere Teil der aus den Wärmeaustauschereinheiten iO2 bestehenden rohrartigen Wärmeaustauscherstruktur 120 wird am oberen Ende durch eine perforierte Ventilatordeck-Wand 122 abgeschlossen, die mittels eines die Tragestruktur 110 einschließenden Rahmens in horizontaler Stellung gehalten wird. Ein heißes Fluidum (in den meisten Fällen heißes Wasser, z.B., falls der Turm 100 als indirekter Kondensator für Dampf in einer Energieerzeugungsstation verwendet wird) wird dem Turm 100 über eine Leitung 124 zugeführt, die mit dem Sammlerabschnitt 114 über eine Verteilerleitung 126 verbunden ist, die an das innere Sammlerrohr 128 angeschlossen ist, das mit einer Reihe radialer Verteiler 130 versehen ist, die direkt an den Sammlerabschnitt 114 einer jeden Einheit 102 angeflanscht sind. Ein Drosselklappenventil 132 ist in dem Verteiler 126 angeordnet und kann manuell betätigt werden, ist jedoch normalerweise mit einer motorbetriebenen Steuerung 134 ausgestattet. In ähnlicher Weise führt eine Fluidum-Rückführungsleitung 136 mit einer daran angeschlossenen Rückführungsleitung 138 von dem· äußeren Sammlerrohr 140 hinweg, das sich um den Umfang der Wärmeaustauscherstruktur 120 erstreckt. Radiale Rückführungsrohre 120, die den Sammlerabschnitt 116 einer jeden Einheit 102 mit dem Sammlerrohr 140 verbinden, gestatten die Rückführung eines gekühlten Fluides von den lameliierten Rohren I06 zur Leitung 136. Ein weiteres in der Rtickführungsleitung 138 angeordnetes Drosselklappenventil 144 ist wiederum entweder manuell betätigbar oder wird vorzugsweise von einer motorbetriebenen Steuerung 146 betätigt.

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Wie in den Fig. 12 und 14 dargestellt, dient ein unter der Verteilungsleitung 126 und der Leitung 138 befindliches Betonbecken 148 zur Sammlung von Flüssigkeit, die von den Einheiten 102 durch Öffnen von Ventilen 150 und 152 in Leitungen 154 und 156 ausgetreten ist, die vom Verteiler 126 bzw. der Leitung 138 abwärts führen.

Eine große Anzahl gruppierter Ventilatoreinheiten 158 (z.B. 19 in Fig. 12, während in dem Turm 200 sieben Ventilatoreinheiten 258 gezeigt sind) erstrecken sich vom Ventilatordeck 122 nach oben durch entsprechende Öffnungen in der horizontalen Wand des Decks, um Luft aus der Umgebungsatmosphäre durch die Wärmeaustauschereinheiten 102 anzusaugen und dann heiße Luft in vertikal zum Kühlturm verlaufende Einzelströme zu zwingen, die zusammen eine hoch aufsteigende Säule aus heißer Luft bilden, die beständig gegenüber einer Rückführung in die zylindrische Fläche des Trocken-Kühlturms unabhängig von der in der Umgebung vorherrschenden Windrichtung ist. Bei einem Kühlturm, wie dem Kühlturm 100 mit 19 Ventilatoren, beträgt der Durchmesser der von den Modulen 102 gebildeten Struktur 120 üblicherweise ungefähr 6l Meter, und die Höhe liegt in der Größenordnung von ungefähr 18,3 Metern. Somit weist jede Ventilatoreinheit 158 üblicherweise einen Durehmesser von ungefähr 8,5 Metern auf.

Jede Ventilatoreinheit 158 weist einen Antriebsmotor i60 auf, der von dem Ventilatordeck 122 getragen wird und über eine Antriebswelle l62 mit einem Untersetzungsgetriebe und einer Ventilatornabeneinrichtung i64 verbunden ist, die einen ent-

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sprechenden horizontal drehbaren, mehrflügeligen Ventilator 166 trägt. Jeder Ventilator 166 ist drehbar innerhalb eines senkrechten, oben und unten offenen, geschwindigkeitserhaltenden Schachtes oder Zylinders 168 (mit einer Höhe von z.B. ungefähr 5,5 Metern bei der Ausführungsform nach den Fig. 12 und 13) angeordnet, der jede Ventilatoreinheit 158 mit der Wind- oder Luftkammer 118 darunter verbindet. Die Schächte i68 sind jeweils vorzugsweise derart gestaltet, daß sie einen Venturi-Kanal zur Erhöhung der Saugwirkung der zugehörigen Ventilatoren 166 bilden, indem die Fläche, in der jeder Ventilator wirkt, zu einem Kanal verringert wird, der nur etwas größer als der Durchmesser jedes Ventilators 166 ist. Aus Fig. 12 ist zu ersehen, daß der Abstand auf dem Ventilatordeck zwischen zwei benachbarten Ventilatoreinheiten 158 geringer als der effektive Durchmesser eines jeden Schachtes 168 an dessen minimaler Querschnittsfläche ist, und daß die Ventilatoren 158 einen wesentlichen Teil der Kreisfläche des VentHatordecks 122 einnehmen.

Bei den Motoren 160 handelt es sich vorzugsweise um einen Typ, der entweder mit voller Drehzahl oder vollständig abgeschaltet betrieben wird. Für eine genauere Steuerung können alternativ auch Motoren verwendet werden, die selektiv mit halber Drehzahl betätigbar sind. Mittels einer hier nicht im einzelnen beschriebenen Steuereinrichtung sollten die einzelnen Ventilatoreinheiten 158 entweder mit voller Drehzahl, halber Drehzahl oder vollständig abgeschaltet betrieben werden können, (in gewissen Fällen können für die Ventilator-Antriebsanordnungen Bremsen vorgesehen werden, um eine Eigendrehung der Ventilatoren 166 zu verhindern, wenn der entsprechende Antriebsmotor abgeschaltet ist.)

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Der in Fig. 15 dargestellte Turm 200 ist identisch zu dem in Fig. 12 dargestellten Turm, mit der Ausnahme, daß lediglich sieben Ventilatoreinheiten 258 in einer gruppierten Anordnung innerhalb des Umfangs der Wärmeaustauscherstruktur 220 gezeigt sind. Daher brauchen die einzelnen Komponenten des Turms 200 nicht im einzelnen beschrieben werden, da sie die gleichen sind,die im Zusammenhang mit dem Turm 100 dargestellt und beschrieben worden sind.

In der Annahme, daß der Turm 100 zur Kühlung einer Flüssigkeit, wie z.B. heißes Wasser, als indirekter Dampfkondensator im Rahmen eines Kraftwerkes oder dergleichen verwendet wird, wird im Betrieb heißes Wasser vom Kondensator auf das innere Sammlerrohr 128 gerichtet, um das heiße Wasser auf die innere Reihe lamellierter bzw. gerippter Rohre 104 einer jeden Einheit 102 zu verteilen. Das heiße Wasser fließt nach oben in die Rohre 104 und wird dann nach unten über entsprechende gerippte Rohre 106 zurückgeführt. Während des Aufwärts- und AbwärtsfHeßens der Flüssigkeit in jeder der Einheiten 102 wird Luft aus der umgebenden Atmosphäre durch die zylindrische Fläche einer jeden Wärmeaustauscherstruktur 120 mittels der Ventilatoreinheiten 158 angesaugt, wobei die Zahl der in Betrieb befindlichen Ventilatoren eine Funktion der Wärmebelastung des Turmes 100 und der Temperatur der umgebenden Luft ist. Wird zunächst angenommen, daß die Wärmebelastung verglichen mit der Umgebungstemperatur der Luft ausreichend hoch ist, so daß der Einsatz aller 19 Ventilatoreinheiten 158 erforderlich ist, wird heiße Luft von der Wind- oder Luftkammer 118 in Form einzelner Ströme nach oben getrieben, die von den entsprechenden Schächten 168 abgegeben werden, wobei die Luft-

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ströme vereint eine vertikal aufsteigende Säule heißer Luft bilden, die gewährleistet, daß eine Verteilung der erwärmten Luft in vom Boden entfernte Umgebungsbereiche erfolgt, wodurch die Tendenz der heißen Luft, wieder in die zylindrische Einlaßöffnung der Wärmeaustauscherstruktur 120 zurückzuströmen, beträchtlich verringert wird. Wie voraufgehend bereits detailliert ausgeführt ist, bewirkt die Gruppierung der Ventilatoreinheiten 158 eine wirksame Konzentration der Gesamtenergie der Ventilatorzylinder-Auslaßströme auf eine ausreichend kleine Fläche, so daß die Funktion der einzelnen Auslaßströmungen ähnlich der eines einzelnen Schachtauslasses ist, wie er üblicherweise bei großen hyperbolischen Naturzug-Kühltürmen erhalten wird. Die voraufgehend mit Bezug auf die kreisförmigen Vasserkühltürme nach den Fig. 1 bis 11 erläuterten mathematischen Betrachtungen sind ebenfalls auf die kreisförmigen Trockenktihltürme 100 und 200 anwendbar.

Wenn z.B. die Wärmebelastung des Turmes 100 abnimmt oder die Umgebungstemperatür der Luft sinkt, können ein oder mehrere der Ventilatoren 158 entweder auf halbe Drehzahl heruntergeschaltet oder vollständig abgeschaltet werden, um die richtige Temperatur des vom Turm über die Leitung 136 abgeführten Wassers aufrechtzuerhalten. Obwohl die kreisförmigen Trocken-Kühltürme 100 und 200 zum Kühlen verschiedener Arten von Fluiden, einschließlich Dampf, Gase und Flüssigkeiten, wie z.B. Wasser, verwendet werden können, besteht die universellste potentielle Anwendungsmöglichkeit derartiger Türme im Kühlen von Wasser, das zur Kondensation von Dampf in einem Kraftwerk verwendet worden ist. Bei einem derartigen indirekten Kühlzyklus unter Verwendung eines Oberflächenkondensators, wird Dampf in einem geschlossenen rohrartigen Oberflächen-

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kondensator kondensiert. Die Kühltürme 100 oder 200 werden zur Kühlung von Wasser verwendet, das über den Oberflächenkondensator zurückgeführt wird. Beim Betrieb eines Kraftwerkes ist es üblich, jede erforderliehe Einheit auf eine Weise zu betreiben, die die Erzeugung von Elektrizität unter den derzeitigen Bedingungen Bit möglichst niedrigen Einheitskosten gestattet. Die Temperatur, bei der der Dampf kondensiert, bestimmt den Gegendruck der Dampfturbine. Hierdurch wiederum ist die von der Turbine benötigte Dampfmenge und damit die von dem mit der Turbine mechanisch gekuppelten Generator erzeugte elektrische Leistung bestimmt. Die Kondensationstemperatur wird durch Steuerung der Temperatur und Menge des Kühlwassers geregelt.

Bei der Planung des Baues einer Kraftwerkanlage ist es erforderlich, bestimmte Betriebsbedingungen vorzugeben. Diese Betriebs- und damit Konstruktionsspezifikationen werden im wesentlichen derart festgelegt, daß sie die zu erwartenden Betriebsbedingungen während eines Jahres an einer bestimmten geographischen Lage wiedergeben. Es liegt auf der Hand, daß das Kondensator-Kühlwasser bei extrem heißem Wetter nicht auf eine derartig niedrige Temperatur gekühlt wird, wie sie konstruktionsmäßig vorgegeben ist, so daß die Kondensationstemperatur ansteigt. Die Dampferzeugung steigt dadurch ebenfalls an, und die Energieerzeugung nimmt ab.

Bei kaltem Wetter würde das kalte Wasser ohne Verwendung einer entsprechenden Steuerung auf Werte unterhalb der konstruktionsmäßig vorgegebenen Temperatur abgekühlt werden, und der Turbinengegendruck würde ebenfalls unterhalb der geplanten Werte liegen. Bis zu einem gewissen Punkt kann dies durchaus ein

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ökonomischer Vorteil sein, es können jedoch unter Umständen weitaus mehr Kosten eingespart werden, indem einige Ventilatoren der Kühltürme oder einige zirkulierende Wasserpumpen abgeschaltet werden. Der ökonomische Wert der dadurch eingesparten Energie bzw. Leistung kann den Wert der gestiegenen Energieerzeugung und des reduzierten Dampfverbrauchs Übersteigen. Außerdem sind die Kennwerte der Turbine meist derart, daß bei einem gewissen Gegendruck keine weitere Steigerung der Energieerzeugung bzw. des Generatorwirkungsgrades oder eine Verminderung der Dampferzeugung bzw. des Dampfdruckes eintritt. Tatsächlich können sogar Verluste bei weiterer Abnahme des Gegendruckes auftreten.

Ein weiterer Grund für die Steuerung der Minimaltemperatur des kalten Wassers besteht darin, daß in kälteren Klimata Trockenkühlturm-Wärmeaustauscher tatsächlich ein Einfrieren der Flüssigkeit innerhalb der lameliierten Rohre bewirkt, und zwar besonders dann, wenn die Wärmebelastung nicht den vollen Wert erreicht. Bisher wurde versucht, dieses Problem durch Verringerung der Luftströmung durch den Kühlturm durch Verwendung von Drosselklappen sowie von Antriebsmotoren mit mehreren Drehzahlbereichen, Antriebseinheiten mit variabler Drehzahl und Ventilatoren mit variabler Blattsteigung zu vermeiden. Die einfachste Form der Steuerung besteht darin, daß alle Ventilatoren eines Kühlturms mit vielen Ventilatoren selektiv entweder ein- oder abgeschaltet werden. Am häufigsten sind Motoren mit zwei Drehzahlbereichen, die einen Betrieb bei halber Drehzahl ermöglichen, der schwierigste Faktor, der jedoch normalerweise leicht an die Betriebsweise eines Kühlturms angepaßt werden kann, der zur Kompensation der Wärmebelastung und der Temperaturänderungen geregelt werden soll.

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Es bestehen gewisse Einschränkungen bezüglich der Verwendung von lediglich ein- und ausschaltbaren Ventilator-Antriebsmotoren für Trocken-Kühltürme der konventionellen "Zellen"-Bauart (also für diejenigen, die auf der Luftseite unterteilt sind, so daß jeder Abschnitt des Wärmeaustauschers mit Kühlluft von seinem eigenen Ventilator versorgt wird). Bei sogenannten Zellen-Trockenkühltürmen wird das durch die eingeschalteten Ventilatoren zugehörigen Abschnitte des Wärmeaustauschers hindurchtretende Wasser der vollen Kühlluftmenge ausgesetzt. Der Rest des Wassers wird entweder ohne Kühlung abgeleitet oder den ausgeschalteten Ventilatoren zugehörigen Abschnitten des Wärmeaustauschers zugeführt. In letzterem Falle würde eine Kühlwirkung durch eine geringe Luftbewegung aufgrund des Naturzuges entstehen. Bei einer gewissen niedrigen Umgebungstemperatur kann diese Steuerungsart ein Einfrieren des Wassers in denjenigen Abschnitten des Wärmeaustauschers bewirken, bei denen die Ventilatoren eingeschaltet sind. Es liegt auf der Hand, daß somit zusätzliche Steuermittel erforderlich sind, um derartige TrockenkühltUrme für Klimata verwenden zu können, die kalt genug sind, um ein Einfrieren der Flüssigkeit in den lamellierten Rohren zu bewirken. Bei der vorliegenden Erfindung sind diese Einschränkungen des Standes der Technik dadurch überwunden worden, daß die einzelnen Ventilatoreinheiten in Gruppen angeordnet sind und mit einer gemeinsamen Wind- oder Luftkammer in Verbindung stehen, die von einer rohrartigen Wärmeaustauscherstruktur umgeben ist. Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Luftströmung zu allen Abschnitten der Wärmeaustauschereinheiten sichergestellt, wenn alle Ventilatoren bzw. eine verringerte

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Anzahl von Ventilatoren eingeschaltet sind. Da alle Ventilatoren einen Zugang zu der gemeinsamen Wind- oder Luftkammer aufweisen, ist der gesamte Druckabfall entlang des Luftströmungsweges durch jedes Segment des Wärmeaustauschers zu jedem Ventilator der gleiche wie der entlang eines jeden anderen Luftströmungsweges, wobei die Strömungsgeschwindigkeit der Luft durch den Wärmeaustauscher in allen Fällen die gleiche ist.

Die kreisförmigen Trockenkühltürme der Ventilatorbauart 100 und 200 erfüllen die erwähnten Kriterien und Erfordernisse. Um das richtige Verhältnis zwischen der Wärmeaustauscheroberfläche und den einzeln betätigbaren Ventilatoreinheiten 158 sicherzustellen, sollte das Verhältnis der mit h bezeichneten Turmhöhe (am Wärmeaustauscher) zum mit r bezeichneten Turmradius (am Wärmeaustauscherring) vorzugsweise r i Ii = τ sein. Werden die Parameter dieses mathematischen Verhältnisses erfüllt, so werden Einschränkungen, Geschwindigkeits- oder Richtungsänderungen vermieden, die beträchtliche steigende Abfälle des Luftdrucks verursachen können, die zu denjenigen hinzuaddiert werden müßten, die im Wärmeaustauscher erfolgen.

Ein rechteckiger Trocken-Kühlturm der Ventilatorbauart würde eine weit größere Wind- oder Luftkammer erfordern als es üblich oder aus ökonomischen Gründen tragbar ist, um ein derartiges Optimum zu erreichen, wie es bei einem kreisförmigen Kühlturm möglich ist. Das Rückführungsverhältnis eines rechteckigen Trocken-Kühlturms der Ventilatorbauart verglichen mit einem Kühlturm der Ventilatorbauart runder Konfiguration ist in Fig. 17 in graphischer Form aufgetragen, wobei die X-Achse

4 0 9 8 8 /₊ / 0 L 8 2

das Geschwindigkeitsverhältnis als Konstante K und die Y-Aehse das Rtickführungsverhältnis R, ausgedrückt in %, bezeichnen.

Sowohl für einen runden wie auch für einen rechteckigen Turm hängt der Betrag der Rückführung von zwei grundsätzlichen dimensionslosen Verhältnissen ah. Dies ist einmal das Geschwindigkeitsverhältnis :

wobei V die Ausstrtimgeschwindigkeit und Y die Ungebungs-

6 el

oder Windgeschwindigkeit sind. Das andere Verhältnis ist eine densimetrische Froude-Zahl

g . D

wobei g die Gravitationskonstante, D der Schachtdurchmesser, S die Dichte der Umgebungsluft und Λ Ϋ der Dichte-Unterschied zwischen der Umgebungsluft und der ausströmenden Luft ist. Bei den Versuchsstudien, die graphisch in Fig. 17 aufgetragen sind, wurden die Werte von K und F_D derart gewählt, daß sie repräsentativ für einen weiten Bereich von Betriebsbedingungen sind. Durch Verwendung von Testverfahren, in denen diese beiden fundamentalen Verhältnisse für beide Turmkonfigurationen gleich gehalten wurden, wurde der Betrag der Rückführung für rechteckige Turmausführungen gegenüber runden Turmausführungen bestimmt, und die Ergebnisse sind in graphischer Form in Fig. 17 aufgetragen.

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Aus den Fig. 17 entnehmbaren Daten ist leicht zu erkennen, daß bei einer runden Turmausführung für jede Betriebsbedingung der Betrag der Rückführung beträchtlich geringer ist als bei eines rechteckigen Turm gleicher Kapazität. Versuche, die die Strömung sichtbar nachten, zeigten deutlich an, warum die Rückführung bei einem runden Turm geringer als bei einem rechteckigen Turm ist. Im Falle eines rechteckigen Turms, der senkrecht zu dem auftreffenden Wind orientiert ist, wird sofort windabwärts von dem Turm eine große Turbulenzzone gebildet. Wie bereits erwähnt, ist diese Turbulenzregion durch große, ansaugende Wirbel und starke Turbulenzen gekennzeichnet, die Luftströmungen erzeugen, die kontinuierlich zurück in den Einlaß des Turmes gezogen werden. Die dem Wind abgewandte Fläche des rechteckigen Turmes entnimmt ihre Luft der Trennungszone zwischen der Schachtsäule und der unteren Umgebungsluft. Auf diese Weise wird Luft aus der Turbulenzzone mitgerissen. Auf der anderen Seite ist bei dem runden Turm die Größe der stromabwärts gerichteten Turbulenzzone weitgehend durch die bessere aerodynamische Form des Turms reduziert. Da lediglich ungefähr ein Viertel oder weniger des Umfangs des Turmes der Trennungszone ausgesetzt ist, findet ein entsprechend geringerer Betrag der säulenartigen Ausströmung seinen Weg zurück in den Turm. Außerdem ist die Konzentration der Schachtausströmung in dem Ventilatorauslaß ein wenig durch höhere "Entlüftung" reduziert, die sich als kontinuierliche Schwächung der Strömung um die Selten des Kühlturmes ergibt. Diese "Entlüftung" ist bei einem runden Turm viel wirksamer als bei einem rechteckigen Turm.

Obwohl zunächst angenommen wurde, daß eine an eine gemeinsame Wind- oder Luftkammer angeschlossene Anzahl von Ventilatoren

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ohne Drosselklappen, die eine Rückströmung durch nicht in Betrieb befindliche Ventilatoren verhindern, nicht erfolgreich verwendet werden könnten, hat sich ergehen, daß, obwohl ein begrenzter Rückstrom auftritt, ein nicht in Betrieb befindlicher Ventilator die Luftströmung verringert und somit als teilweise geschlossene Drosselklappe wirkt. Venn jeder Ventilator abgeschaltet ist, so ist die von den restlichen in Betrieb befindlichen Ventilatoren abgegebene Luft diejenige, die zurück durch die nicht in Betrieb befindlichen Ventilatoren strömt. Der verbleibende Luftstrom wird jedoch gleichmäßig über alle Wärmeaustauscherflächen verteilt, und der gesamte Luftstrom pro in Betrieb befindlichem Ventilator steigt mit der Anzahl der abgeschalteten Ventilatoren an. Es wird angenommen, daß dies darauf beruht, daß die Druckabfall-Charakteristik des Gesamtsystems, die von den verbleibenden in Betrieb befindlichen Ventilatoren abhängt, jeweils niedriger wird, wenn ein weiterer Ventilator abgeschaltet wird. In Fig. 18 ist eine Ventilatorkennlinie dargestellt, die den Luftstrom als Funktion des statischen Druckes veranschaulicht. In diesem Falle basieren zwecks Vereinfachung der Darstellung die Kennlinien auf dem sieben Ventilatoren aufweisenden Turm 200, der in Fig. 15 dargestellt ist. Gegentiber der Ventilatorkurve sind die Kennlinien für den Turm bezogen auf einen einzigen in Betrieb befindlichen Ventilator aufgetragen. Bei Abschaltung eines der Ventilatoren entsteht jeweils eine neue Kennlinie für den Turm. Der graphischen Darstellung nach Fig. 18, bei der auf der X-Achse Kubikmeter pro Minute χ 0,0283 * 10 (Kubikfuß pro Minute χ 10~ ) und auf der Y-Achse der statische Druckverlust des

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Systems in Zentimeter Wassersäule (Zoll Wassersäule) aufgetragen sind, ist zu entnehmen, daß jeweils dann, wenn ein weiterer Ventilator abgeschaltet wird, die Luftströmung durch jeden in Betrieb befindlichen Ventilator ansteigt, was durch den Schnittpunkt der Ventilatorkennlinie mit der Turmkennlinie angegeben wird.

Fig. 19 veranschaulicht die Steuerstufen, die bei Betrieb mit voller Wärmebelastung des sieben Ventilatoren aufweisen Turmes 200 über einen Bereich von trockenen Gefäßtemperaturen erzielbar sind. Wird beispielhaft angenommen, daß die geplante Temperatur der Kaltwasserrückführung 26,67⁰C beträgt, so werden alle Ventilatoren bis herab zu einer Temperatur von 24,44°C benötigt, während unterhalb einer Temperatur von -16,67⁰C keine Ventilatoren erforderlich sind. Die Darstellung nach Fig. 19 zeigt deutlich, daß das Verhältnis der trockenen Gefäßtemperatur zur Zahl der Ventilatoren, die erforderlich sind, um die geplante Wassertemperatur einzuhalten, eine nicht lineare Funktion ist. In dem Falle, in dem Ventilator-Antriebsmotoren verwendet werden, die mit voller und halber Drehzahl betrieben werden können, ist eine genauere Steuerung des Turmbetriebs möglich. Wenn es erforderlich wird, die Kühlkapazität zu verringern, können die Ventilatoren progressiv mit halber Drehzahl betrieben werden. Der erste mit halber Drehzahl betriebene Ventilator wird hauptsächlich als rotierende Drosselklappe, die einen Rückstrom verhindert und es ermöglicht, daß die mit voller Drehzahl laufenden Ventilatoren in vollem Umfang mit Luft versorgt werden, die durch den Wärmeaustauscher strömt. Je mehr Ventilatoren auf halbe Drehzahl geschaltet werden, umso mehr nimmt der Druckabfall des Systems ab, so daß

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diese Ventilatoren progressiv mehr Luft abgehen.

Obwohl die Turmstruktur 120 hier als eine im wesentlichen kreisförmige Querschnittskonfiguration aufweisende Anordnung beschrieben wurde, ist zu beachten, daß der Turm in den meisten Fällen ein viele Seiten aufweisendes Polygon bildet. Jede Wärmeaustauschereinheit 102, die üblicherweise etwa 3,66 m breit ist, bildet zum Umfang des Turmes eine ebene Stirnfläche. Aufgrund der vorteilhaften aerodynamischen Charakteristika des kreisförmigen Turmes, wie sie durch die in Fig. 17 veranschaulichten Versuchsergebnisse demonstriert werden können, ist es wünschenswert, eine relativ große Anzahl derartiger ebener Oberflächen (zumindest 16 oder mehr) vorzusehen, um die Vorteile der kreisförmigen Ausführung optimal nutzen zu können.

Es wurde ein Trocken-Fluidumkühlturm kreisförmiger Konfiguration mit aufrechten rohrartigen Wärmeaustauschern, die eine gemeinsame Luft- oder Windkammer bilden, beschrieben, der mit einer großen Anzahl nach oben gerichteter Ventilatoren versehen ist, die sich in einem über dem Oberteil des Wärmeaustauschers angeordneten Ventilatordeck befinden und Umgebungsluft durch die Wärmetauscherstruktur ansaugen und dann die Luft als schnell aufsteigende Säule abgeben, die eine Rückführung der heißen Luft zurück zur Wärmeaustauscheranordnung verhindert. Die Ventilatoren sind jeweils selektiv steuerbar zwischen einer eingeschalteten und einer ausgeschalteten Betriebsart und können auch vorzugsweise mit halber Drehzahl betrieben werden. Die Wärmeaustauschervorrichtung weist eine Vielzahl aufrecht angeordneter mit

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Lamellen versehener Rohre auf, die innere und äußere Reihen oder Bänke bilden, wobei das zu kühlende Fluidum auf die unteren Enden der Rohre der äußeren Reihe gerichtet wird, ua darin aufwärts zu strömen, anschließend zu den Rohren der inneren Reihe geführt zu werden, um abwärts zu strömen und schließlich von den unteren Enden der Rohre der inneren Reihe abgegeben zu werden. Vird der Kühlturm zur Kühlung einer Flüssigkeit, wie z.B. Wasser, verwendet, ist eine Ventil-Steuereinrichtung vorgesehen, um eine selektive schnelle Abführung der Flüssigkeit gleichzeitig von den inneren und äußeren Reihen zu gestatten, falls dies erforderlich ist, um ein Einfrieren der Flüssigkeit darin zu verhindern.

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Claims

Patentansprüche

1.J Verfahren zum Kühlen eines Fluidums durch indirekten Wärmeaustausch mit der Umgebungsatmosphäre, gekennzeichnet durch Leiten des zu kühlenden Fluidums durch eine aufrechte, rohrartige Wärmeaustauschzone, die eine Luftoder Windkammer bildet, Verhindern einer Luftströmung durch alle Flächen mit Ausnahme ausgewählter Flächen über dem Oberteil der Luft- oder Windkammer, und Ansaugen von Luft aus der Umgebungsatmosphäre durch die Wärmeaustauschzone zum indirekten Wärmeaustausch mit der dadurch verlaufenden Strömung des Fluidums, Mischen der Luft in der Luft- oder Windkammer und Abgeben der Luft aus der Windkammer über die Flächen in Form einer Reihe gruppenartig angeordneter, separater, vertikal angeordneter Luftströmungen, die nach oben aus der Wärmeaustauschzone verlaufen und eine aufsteigende Luftsäule bilden, die einer Rückführung zurück in die Wärmeaustauschzone widersteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der aus der Luft- oder Windkammer durch entsprechende darüberIiegende Flächen abgegebenen Luft verändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgabe von Luft aus der Luft- oder Windkammer durch entsprechende Flächen oberhalb der Luft- oder Windkammer selektiv gesteuert wird.

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4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgabe von Luft aus der Luft- oder Windkammer durch dartiberliegende nachfolgende Flächen entsprechend einem Abfall der Temperatur der Umgebungsluft unterbrochen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest sieben separate Luftabgabeflächen oberhalb der Luft- oder Windkammer vorgesehen sind.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu kühlende Fluidum entlang einer aufwärtsgerichteten und dann entlang einer abwärtsgerichteten Bewegungsbahn durch die Wärneaustauschzone geführt wird.

7. Verfahren zum Kühlen einer Flüssigkeit nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit schnell aus der Wärmeaustauschzone abgeleitet wird, wenn die Temperatur der durch die Wärmeaustauschzone strömenden Luft im Verhältnis zur Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit ausreichend niedrig ist, um ein Einfrieren der Flüssigkeit in der Wärmeaustauschzone zu erlauben.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine im wesentlichen zylindrische Wärmeaustauschzone vorgesehen ist, und daß die Umgebungsluft entlang des gesamten Umfangs dieser Wärmeaustauschzone strömen kann.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wärmeaustauschzone von im wesentlichen größerem Durchmesser als der Durchmesser jeder der Flächen vorgesehen ist.

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10. Trocken-Fluidumkühlturm zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine aufrechte rohrartige Struktur, die eine zentrale Luftoder Windkammer bildet und mit einer Wärmeaustauschvorrichtung versehen ist, um das zu kühlende Fluidum aufzunehmen und es in indirektem thermischen Austausch mit Luft aus der Umgebungsatmosphäre zu bringen, durch eine Wandeinrichtung über dem oberen Teil der Struktur zur Verhinderung einer Luftströmung hierdurch, durch eine Gruppierung aufrechter, rohrartiger, ein offenes Bodenteil und ein offenes Oberteil aufweisender Ventilatorschächte, die sich durch die Wandeinrichtung in die direkte Bahn der Umgebungswindströme erstrecken und gemeinsam mit der Luft- oder Windkammer in Verbindung stehen, und durch einen Ventilator in jedem Zylinder, der um eine entsprechende aufrechte Achse drehbar und betätigbar ist, um Luft aus der Umgebungsatmosphäre durch die Wärmeaustauschereinrichtung anzusaugen und dann diese Luft vertikal durch entsprechende Schächte abzugeben, wobei die Schächte in dieser Gruppierung derart angeordnet sind, daß die Energie der von den Sehächten abgegebenen Luft in ausreichendem Maße konzentriert wird, um eine Ausströmsäule zu erzeugen, die in der Lage ist, einer Rückführung der abgegebenen Luft in die rohrartige Struktur zu widerstehen.

11. Kühlturm nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Antriebseinrichtung zur Drehung eines jeden Ventilators unabhängig von den übrigen Ventilatoren.

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12. Kühlturm nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Antriebseinrichtung zur Drehung jedes Ventilators mit einer variablen Drehzahl bezogen auf die übrigen Ventilatoren.

13. Kühlturm nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine selektiv abschaltbare Antriebseinrichtung für jeden Ventilator vorgesehen ist, die mit einer Einstellung für volle Drehzahl oder halbe Drehzahl betätigbar ist.

lh. Kühlturm nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schächte im Abstand zueinander enger angeordnet sind als der Durchmesser eines jeden benachbarten Schachtpaares beträgt.

15. Kühlturm nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schacht den gleichen effektiven minimalen Durchmesser aufweist.

16. Kühlturm nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur eine im wesentlichen zylindrische Konfiguration aufweist, und daß die Wändeinriehtung angrenzend zu ihrem Oberteil angeordnet ist.

17. Kühlturm nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur eine polygonale Quersehnittskonfiguration aufweist und mit einer ausreichenden Anzahl von Seiten versehen ist, um der Struktur eine im wesentlichen zylindrische Gesamtform zu verleihen.

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18. Kühlturm nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur eine Reihe vertikal angeordneter fluidum-1eitender Wärmeaustauschrohre aufweist.

19. Kühlturm nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit den oberen und unteren Endteilen der Rohre verbundene Sammlereinrichtung vorgesehen ist, um ein zu kühlendes Fluidum einem Endteil bestimmter Rohre zuzuführen, um teilweise gekühltes Fluidum durch andere Rohre zurückzuführen und um das gekühlte Fluidum aus der Struktur abzuleiten.

20. Kühlturm nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur eine Reihe Wärmeaustausch-Rohreinheiten aufweist, die die Wärmeaustauscheinrichtung bilden sowie eine Sammlereinrichtung zur Zuführung des zu kühlenden Fluidums zu entsprechenden Einheiten und Abführen des gekühlten Fluidums von diesen Einheiten.

21. Kühlturm nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventileinrichtung vorgesehen ist, die in Verbindung mit der Sammlereinrichtung betätigbar ist, um eine selektive Steuerung der Zuführung von zu kühlendem Fluidum zu entsprechenden Wärmeaustauecheinheiten zu ermöglichen.

22. Kühlturm nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur wirkungsvollen schnellen Ableitung von in der Wärmeauetauschereinrlchtung enthaltenem Fluidum vorgesehen 1st.

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23. Kühlturm nach Anspruch iO, dadurch gekennzeichnet, daß die mit h bezeichnete effektive Höhe der Wärmeaustauschereinrichtung und der mit r bezeichnete maximale Radius der Struktur in einer horizontalen Ebene im wesentlichen die Gleichung r i h=r erfüllen.

24. Kühlturm nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe eines jeden Schachtes im wesentlichen geringer als die effektive Höhe der Wärmeaustauscherstruktur ist.

25. Kühlturm nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schacht derart ausgestaltet ist, daß er einen aufrechten venturiartigen Durchlaß bildet.

26. Kühlturm nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest sieben Schächte und zugehörige Ventilatoren in der Wandeinrichtung oberhalb der Luft- oder Windkammer ausgebildet sind.

27. Kühlturm nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schächte jeweils eine im wesentlichen geringere Höhe aufweisen als die effektive Höhe der Wärmeaustauschereinrichtung, und daß die Schächte alle im wesentlichen die gleiche Höhe und den gleichen minimalen Durchmesser aufweisen.

28. Kühlturm nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauschereinrichtung eine Reihe aufrechter Wärmeaustauschereinheiten aufweist, die jeweils mit einer Reihe aufrechter lamellierter Rohre versehen sind, wobei

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eine äußere Reihe und eine innere Reihe von Rohren angrenzend zur Wind- oder Luftkammer in jeder Einheit gebildet sind, sowie eine Sammlereinrichtung, die mit den Reihen von Rohren verbunden ist, um zu kühlendes Fluidum den unteren Endteilen der Rohre der inneren Reihe zuzuführen, um teilweise gekühltes Fluidum den oberen Endteilen der äußeren Rohrreihen zuzuführen und um das gekühlte Fluidum von den unteren Endteilen der äußeren Rohrreihen abzuleiten.

29. Kühlturm nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammlereinrichtung allen Einheiten gemeinsam ist.

30. Kühlturm nach Anspruch 29., dadurch gekennzeichnet, daß die Sammlereinrichtung angrenzend zum unteren Umfang der Wärmeaustauschstruktur angeordnet ist, daß eine Auffangeinrichtung in der Nähe der Sammlereinrichtung angeordnet ist, und daß mit der Sammlereinrichtung verbundene Ventile betätigbar sind, um Fluidum selektiv aus den Wärmeaustauschereinheiten in die Auffangeinrichtung ableiten zu können.

31. Trocken-Fluidumkühlturm zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 9* gekennzeichnet durch eine aufrechte rohrartige Struktur, die eine zentrale Luftoder Windkammer bildet und mit einer Wärmeaustauschereinrichtung versehen ist, um das zu kühlende Fluidum aufzunehmen und in indirekte thermische Wechselwirkung mit Luft aus der Umgebungsatmosphäre zu bringen, durch eine Wandeinrichtung über dem oberen Teil der Struktur

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zur Verhinderung einer Luftströmung hierdurch, durch eine Gruppierung aufrechter, rohrartiger, offene Bodenteile und offene Oberteile aufweisender Ventilatorschächte, die sieh durch die Wandeinriehtung in die direkte Bahn der Umgebungswindströme erstrecken und gemeinsam mit der Luft- oder Yindkammer in Verbindung stehen, durch einen Ventilator in Jedem Zylinder, der drehbar um eine entsprechende aufrechte Achse und betätigter ist, um Luft durch die Wärmeaustauschereinrichtung aus der Umgebung sat Biosphäre anzusaugen und dann diese Luft vertikal durch entsprechende Schächte abzugeben, und durch eine Antriebseinrichtung, die betätigbar mit jedem der Ventilatoren verbunden ist, us diese zu drehen, wobei jede Antriebseinrichtung unabhängig betätigbar ist, um einen entsprechenden Ventilator mit einer ausgewählten Drehzahl zu drehen und um selektiv abgeschaltet zn werden, um die angetriebene Drehung des entsprechenden Ventilators zu unterbrechen, wobei die Schächte in der Gruppierung derart angeordnet sind, daß sie die Energie der von den Schächten abgegebenen Luft in ausreichendem Maße konzentrieren, um eine Ausströmsäule zu erzeugen, die in der Lage ist, einer Rückführung der ausströmenden Luft zurück in die Struktur zu widerstehen.

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L e e rs e i t e