DE2452123A1

DE2452123A1 - Kombinierter nass-/trockenkuehlturm

Info

Publication number: DE2452123A1
Application number: DE19742452123
Authority: DE
Inventors: Vladimir Dipl Ing Vodicka
Original assignee: Balcke Duerr AG
Current assignee: Balcke Duerr AG
Priority date: 1974-11-02
Filing date: 1974-11-02
Publication date: 1976-05-13
Also published as: US4003970A; ES438021A1; FR2289868A1; BE830531A; HU174413B; ZA753598B; IT1039936B; CH589832A5; FR2289868B1; GB1488569A; NL7507966A; DE2452123B2; JPS5153650A

Description

Dr. W. P. Radt
Dipl.-Ing. E. E. Finkener

Dipl.-Ing. W. Ernesti τ, -ι τ -η.··

^F ρ _t ^ö _t .._lt Balcke-Durr

⁶TI Aktiengesellschaft

Heinridi-König-Straße 12

Fernspredier 415 SO, 4 23 27 4Ό5Ο

Telegrammadresse: Radtpatent Bochum

74- 128 '

EEF/US

Kombiniert er Naß-/Trockenkühlturm

Die Erfindung bezieht sich, auf einen Kühlturm, der sowohl Wärmeaustauschflächen mit konvektiver Wärmeübertragung (Trockenteil), als auch Rieselflächen für Verdunstungskühlung (Naßteil) enthält.

Bei den beispielsweise aus der DAS 1 939 174· bekannten Kühltürmen dieser Art werden die Wärmeaustauschflächen des Trockenteils ausschließlich trocken und die Wärmeaustauschflächen des Naßteils ausschließlich naß betrieben. Die Austauschflächen müssen dabei so dimensioniert werden, daß die erforderliche Kühlleistung und die Schwadenfreiheit auch in der kalten Jahreszeit erreicht werden. Die Schwadenbildung wird bekanntlich dadurch vermieden, daß die aus dem Naßteil austretende feuchte Luft mit warmer trockener Luft vermischt wird, die aus dem Trockenteil des Kühlturms stammt, d.h. die Elemente für den konvektiven Wärmeaustausch durchströmt hat. Die Größe des Trockenteils wird bei den bekannten Anlagen durch die Dimensionierung für den schwadenfreien Betrieb im Winter bestimmt, während die Größe des Naßteils im wesentlichen durch die Kühlleistungsvorgabe im Auslegungspunkt gegeben ist. Aus diesen Gründen müssen die bekannten Anlagen sehr große Abmessungen haben und weisen eine steilere Charakteristik auf, als ein reiner Naßkühlturm.

Es ist ebenfalls bekannt, die ausschließlich für die konvektive Wärmeübertragung bestimmten Flächen eines Kühlturms zu besprühen oder zu berieseln, um bei höheren

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Außenlufttemperaturen die Wärmeleistung dieser Flachen zu steigern. Dabei wird das zu kühlende Medium durch die Wärmeaustauschelemente geführt. Das Besprühen der Elemente kann mit iremdwasser oder auch mit dem Kreislaufwasser erfolgen. Bei einem anderen bekannten Vorschlag wird das Wasser im Kreislaufbetrieb mittels einer Pumpe aus einem Sammelbehälter angesaugt und auf die Elemente versprüht (vergl. DOS 2 220 167 und 2 251 709, sowie US-Patente 2 157 070 und 1 890 864).

Für die konvektive Wärmeübertragung zwischen Luft und einem zu kühlenden Medium werden im allgemeinen Rippenrohr-Wärmeaustauscher eingesetzt, deren ßohre aus einem Material hergestellt sind, das eine gute Wärmeleitfähigkeit hat. Diese Materialien sind entweder nicht korrosionsbeständig oder aber sehr teuer. Aus diesem Grunde ist man in der letzten Zeit immer häufiger dazu übergegangen, Wärmeaustauschelemente aus Kunststoff einzusetzen. Kunststoff hat Jedoch bekanntlich eine sehr schlechte Wärmeleitfähigkeit und sehr niedrige Festigkeitswerte, so daß bei Wärmeaustauschern aus Kunststoff eine Mindestwandstärke erforderlich ist, die wiederum einen nicht vernachläßigbaren Wärmewiderstand in der Wandung zur Folge hat. "Verglichen mit üblichen Warmeaustauschelementen aus Metall ist der Wärmewiderstand von Wärmeaustauschern aus Kunststoff um etwa 2 bis 3 Potenzen größer, so daß die Wärmedurchgangszahlen, von deren Größe die Festlegung der Wärmeaustauschfläche abhängig ist, entsprechend niedriger sind.

Die Aufgabe, die der Erfindung zugrundeliegt, besteht darin, einen kombinierten ITafi-ZTrockenkuhlturm so auszubilden, daß die Nachteile der bekannten Anlagen soweit wie möglich vermieden werden» Insbesondere soll der Kühlturm auch bei tiefen Außenlufttemperaturen schwadenfrei arbeiten und eine flachere Kühlcharakteristik aufweisen als die

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bekannten Anlagen und den Einsatz von Wärmeaustauschelementen aus Kunststoff ermöglichen, ohne daß sich der höhere Wärmewiderstand dieser Elemente nachteilig auswirkt.

Bei einem lTaß-/^Trockenkühlturm, der sowohl Elemente mit konvektiver Wärmeübertragung als auch Eieseiflächen für Verdunstungskühlung enthält und bei dem die Wärmeaustauschelemente oberhalb des Bodens des Kühlturms angeordnet sind und praktisch den gesamten Querschnitt ausfüllen, wobei die Kühlluft radial zwischen dem Boden und den Wärmeaustauschelementen eintritt und diese von unten nach oben durchströmt, besteht die Erfindung darin, daß ein Teil der Wärmeaustauschflächen reine Eieselflächen sind, während die restlichen Wärmeaustauschflächen als Austauschflächen ausgebildet sind, die je nach Bedarf ganz oder teilweise sowohl für die konvektive Wärmeübertragung als auch als Austauschflächen für Verdunstungskühlung verwendbar sind und aus rohrartigen Hohlkörpern, vorzugsweise aus Kunststoff, bestehen.

Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß mit einer derartigen Plächenaufteilung der Kühlflächen versehene Haß -/Trockenkühltürme sich mit Abmessungen bauen lassen, die nur wenig von denen eines normalen Naßkühlturms abweichen. Der Naß -/Trockenkühlturm gemäß vorliegender Erfindung wird so gefahren, daß das Verhältnis der nassen Austauschflächen zu den trockenen Austauschflächen mit der Änderung der Außenlufttemperatur variiert wird, um einen schwadenfreien Betrieb bei allen Außenluftzuständen zu erreichen und Leistungsänderungen oder Änderungen der Zusatzwassermenge zu ermöglichen. Beim Einsatz des Kühlturms als schwadenfreie Rückkühlanlage ergibt sich eine flachere Kühlcharakteristik als bei den bisher bekannten sogenannten kombinierten Kühltürmen.

In den Austauschelementen, die sowohl für die konvektive

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Wärmeübertragung als auch für die Verdunstungskühlung verwendbar sind, und die im folgenden als NTB-Elemente bezeichnet werden, wird das zu kühlende Medium für den Trockenbetrieb durch die Elemente geleitet oder für den Naßbetrieb auf die Oberfläche der Kühlelemente aufgegeben und durch Verdunstung abgekühlt. Die Erfindung sieht vor, die Luft den naß und trocken arbeitenden Abschnitten des Kühlturms parallel zuzuführen, wobei die zu kühlende Flüssigkeit die naß und trocken arbeitenden Abschnitte entweder parallel oder in Serie durchfließen kann.

Bei einem beispielsweise aus dem US-Patent 2 157 070 bekannten Vorschlag ist vorgesehen, einen Teil der zu kühlenden Flüssigkeit durch Verdunstung und den anderen mittels Wärmetransport zu der durch Verdunstung abgekühlten Flüssigkeit durch die Elementwand zu kühlen. Im Gegensatz dazu wird bei der Rückkühlanlage gemäß vorliegender Erfindung, wenn die NTB-Elemente auf Naßbetrieb umgeschaltet werden, die volle vorher durch die Elemente fließende Wassermenge auf die Oberfläche der Elemente verteilt. Bei der wasserseitigen Parallelschaltung findet also bei Naßbetrieb der NTB-Elemente kein Durchfluß durch die Elemente statt. Bei der wasserseitigen Serienschaltung sieht die Erfindung vor, das Wasser zunächst durch die NTB-Elemente zu leiten und dann einerseits auf die reinen Rieselflächen und andererseits auf die Oberfläche der NTB-Elemente aufzugeben, die naß betrieben werden sollen. Dabei findet die eigentliche Wasserabkühlung an der Oberfläche des Rieselfilms statt. Dies ist vor allem bei NTB-Elementen aus Kunststoff von großer Bedeutung, da bei Naßbetrieb der NTB-Elemente nicht der relativ große Wärmewiderstand der NTB-Elementwand zu überwinden ist. Dadurch werden wesentlich höhere Leistungsdaten als bei den bisher bekannten Fahrweisen mit Besprühung der Austauschflächen erreicht, bei denen die Wärme ständig durch die Wand der Austauschelemente transportiert wird.

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Weitere Merlanale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Auf der Zeichnung ist ein Ausfiihrungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Figur 1 einen Kühlturm gemäß vorliegender Erfindung in schematischer Darstellung,

Figur 2 die Schaltung der NTB-Elemente und der Besprühungsanlage _r

Figur 3 eine andere Ausführungsform für die Schaltung der NTB-Elemente und der Besprühungsanlage,

Figur 4- eine perspektivische Darstellung der NTB-Einbauten neben den Eieselplatten des Haßteils mit der dazugehörigen Wasserverteilung,

Figur 5 einen Teilschnitt durch ein NTB-Element und

Figur 6 eine perspektivische Darstellung eines Teiles eines HTB-Elementes in vergrößerter Darstellung.

Der auf Figur 1 dargestellte Kühlturm besteht aus einem Mantel 1, der im unteren Bereich oberhalb des Bodens zur Bildung von Lufteintrittsöffnungen unterbrochen ist, durch die die Luft in Richtung der Pfeile eintritt und die dann die Wärmeaustauschelemente, die praktisch den gesamten Querschnitt des Kühlturmes bedecken, von unten nach oben durchströmt. Sie tritt durch eine obere Abströmöffnung aus dem Kühlturm aus. Die Wärmeaustauschelemente bestehen aus den Naßeinbauten 3 "und den NTB-Einbauten 4-. Das zu kühlende Wasser wird dem Kühlturm durch die Hauptrohrleitung 5 zugeführt und tritt in die Wasserverteilung ein. Von da strömt es einerseits zu dem Berieselungs-

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aggregat 16, das oberhalb der Naßeinbauten angeordnet ist und andererseits über Regelorgane 6 zu den NTB-Elementen. Je nach der Stellung der Regelorgane 6 wird das Wasser entweder durch, die HiDB-Elemente geleitet (Trockenbetrieb) oder durch die oberhalb der Elemente angeordneten Berieselungsaggregate 9 auf die Oberfläche der NTB-Elemente verteilt (Naßbetrieb). Im Bereich der Rieseleinbauten J wird, das zu kühlende Wasser bei allen Stellungen der Regelorgane auf die Haßeinbauten -versprüht.

Nach der Abkühlung gelangt das Wasser sowohl aus den NTB-Elementen als.auch aus den Naßeinbauten in das Sammelbecken 7» vermischt sich und wird durch die leitung 8 abgeführt. Wenn sich die Außenlufttemperatur oder die Leistung verändern, wird eine entsprechende Anzahl der Kegel— organe 6 von Naßbetrieb auf Trockenbetrieb umgeschaltet oder umgekehrt, um die Kühlzonenbreite oder das Temperaturniveau des Kühlwassers dem jeweiligen Außenluftzustand anzupassen. ......

In Figur 2 ist eine Schaltung für ein NTB-Element 4.dar-, gestellt. Das zu kühlende Wasser kommt über die Leitung aus der. Wasserverteilung und fließt je nach Stellung des Regelorgans 6 entweder durch die Hohlräume-des NTB-Elementes 4 und nach der. Abkühlung durch die Kühlluft 2 in das Sammelbecken 7 oder das.Wasser strömt, in das .Besprühungssystem 9) gelangt von dort auf die Oberfläche der NTB-Elemente, wird hier hauptsächlich durch Verdunstung, ge-: ., kühlt und fließt dann ebenfalls in das- Sammelbecken 7,- .;.

Figur 3 zeigt eine andere. Möglichkeit für die .Schaltung, der NTB-Elemente und des.Besprühungssystems. Danach wird das zu kühlende Wasser zunächst durch die Hohlräume ,.des NTB-Elementes 4 geleitet und .gelangt von dort in das Be- ,·,, sprühungssystem 9· Die Wasserverteilung des Besprühungssystems ist abgestuft in unterschiedlichen Höhen ange-

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ordnet. Durch diese Abstufung ist es in Verbindung mit dem Regelorgan 6 möglich, je nach Bedarf einen Teil des NTB-Elementes als Naßteil und den übrigen Teil als Trockenteil zu fahren, je nachdem "bis zu welcher Stufe das Wasser in dem Verteilungssystem steht.

In Figur 4 ist ein Ausschnitt aus dem Kühlturm an der Stelle perspektivisch dargestellt, an der die Eieselplatten, also der Naßteil 3, an die NTB-Elemente anschließen. Sowohl die NTB-Elemente 4- als auch die Rieselplatten 3 des Naßteils sind auf Tragbalken 15 aufgestellt. Oberhalb der Einbauten befindet sich die gesamte Wasserverteilung, die aus den Rohren 18, 19 und 20 besteht. Auch die Wasserverteilung liegt auf einem Tragrost 21 auf. Die Rohre 18 für die NTB-Elemente und die Rohre 20, über die die Rieselplatten beaufschlagt werden, sind mit Spritζaggregaten 22 versehen, durch die das zu kühlende Wasser auf die Oberfläche des entsprechenden Kühleinbaus verteilt wird. Aus dem Rohr 19 wird das zu kühlende Wasser den Hohlräumen der NTB-Elemente zugeführt, wobei es wie in Figur 4- dargestellt, möglich ist, mehrere NTB-Elemente in Serie zu schalten. Die Rohre 18 und 19 sind an die Regelorgane 6 angeschlossen, die in Figur 4 nicht dargestellt sind, so daß das zu kühlende Wasser je nach der Stellung dieser Regelorgane entweder in die Leitung 18 oder in die Leitung 19 eingespeist wird. Hierdurch erreicht man, daß die NTB-Elemente entweder trocken oder naß gefahren werden.

Der Aufbau eines NTB-Elementes ist in Figur 5 perspektivisch dargestellt, wobei die Wandung einer der Wasserkammern 12 weggeschnitten wurde. Das NTB-Element besteht aus den eigentlichen Wärmeaustauschflächen 11, die z.B. in Form von Hohlplatten ausgebildet werden können, wie sie in Figur- 6 vergrößert dargestellt sind und aus den Wasserkammern 12, die auf den beiden Stirnseiten des EIe-

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mentes angebracht sind. Sie bilden zusammen mit den Wärmeaustauschflächen 11, den Zwischenleisten 13 und den Distanzhaltern 14 eine kompakte Einheit, die eine leichte Montage ermöglicht.

Pat entansprüche

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Claims

- 9 - Pat ent ansprüche

ΪΊ.; Kühlturm, der sowohl Elemente mit konvektiver Wärmeübertragung als auch. Rieselflächen für Verdunstungskühlung enthält und "bei dem die Wärmeaustauschelemente oberhalb des Bodens des Kühlturms angeordnet sind und praktisch den gesamten Querschnitt ausfüllen, wobei die Kühlluft radial zwischen dem Boden und den Wärmeaustauschelementen eintritt und diese von unten nach oben durchströmt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Wärmeaustauschflächen reine Rieselflächen (3) sind, während die restlichen Wärmeaustauschflächen (4) als Austauschelemente (NTB-Elemente) ausgebildet sind, die ge nach Bedarf ganz oder teilweise sowohl für die konvektive Wärmeübertragung als auch für Verdunstungskühlung verwendbar sind und aus rohrartigen Hohlkörpern, vorzugsweise aus Kunststoff, bestehen.
2. Kühlturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die naß und die trocken arbeitenden Wärmeaustauschflächen luftseitig parallel geschaltet sind.
3. Kühlturm nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die naß und die trocken arbeitenden Wärmeaustauschflächen wasserseitig in Reihe oder parallel geschaltet sind.
4-. Kühlturm nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die NTB-Elemente aus Hohlplatten mit waagerecht verlaufenden Hohlräumen bestehen, die auf beiden Stirnseiten mit Wasserkammern (12) versehen sind.
5· Verfahren zum Betrieb eines Kühlturms nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des zu kühlenden Wassers über die als reine Rieselflächen ausgebildeten Wärmeaustauschflächen geleitet wird, wäh-

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- ίο -

rend das restliche Wasser durch die NTB-Elemente gekühlt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das den NTB-Elementen zugeführte Wasser ganz oder teilweise durch die Hohlräume der NTB-Elemente geleitet wird.
7. "Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das den NTB-Elementen zugeführte Wasser ganz oder teilweise durch die Berieselungsaggregate über die NTB-EIemente versprüht wird.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des den NTB-Elementen zugeführten Wassers durch einen Teil dieser Elemente geleitet wird, während das restliche Wasser durch die Berieselungsaggregate über die nicht durchflossenen NTB-Elemente versprüht wird.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 7₅ dadurch gekennzeichnet, daß das den NTB-Elementen zugeführte Wasser zunächst durch die Hohlräume der Elemente geleitet und dann durch die oder durch einen Teil der über den Elementen angeordneten Besprühungsaggregate über die zugehörigen NTB-Elemente oder einen Abschnitt der Elemente versprüht wird.
10. Verfahren zum Betrieb eines Kühlturms nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte zu kühlende Wasser zunächst durch die Hohlräume der NTB-Elemente geleitet und dann einerseits auf die reinen Rieselflächen und andererseits auf die Oberfläche der naß betriebenen NTB-Elemente aufgegeben wird.

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