DE2452123B2

DE2452123B2 - Kombinierter Naß-/Trockenkühlturm

Info

Publication number: DE2452123B2
Application number: DE2452123A
Authority: DE
Inventors: Vladimir Dipl.-Ing. 4630 Bochum Vodicka
Original assignee: Balcke Duerr AG
Current assignee: Balcke Duerr AG
Priority date: 1974-11-02
Filing date: 1974-11-02
Publication date: 1979-04-19
Also published as: ZA753598B; NL7507966A; CH589832A5; FR2289868A1; BE830531A; JPS5153650A; GB1488569A; HU174413B; FR2289868B1; DE2452123A1; US4003970A; IT1039936B; ES438021A1

Description

35

Die Erfindung bezieht sich auf einen 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.

Ein derartiger Kühlturm ist aus der DE-OS 22 42 058 bekannt, die einen Trockenkühlturm betrifft, bei dem zusätzliche Rieseleinbauten für die Naßkühlung vorgesehen sind. In ähnlicher Weise wie bei dem aus dem US-PS 36 35 042 bekannten Kühlturm sind dabei sowohl Elemente für die reine Naßkühlung als auch Elemente für die reine Trockenkühlung vorhanden, wobei die einen oder anderen Elemente mehr oder weniger zugeschaltet werden können.

Bei anderen, beispielsweise aus der DE-AS 19 39 174 bekannten Kühltürmen dieser Art werden die Wärmeaustauschflächen des Trockenteils ausschließlich trokken und die Wärmeaustauschflächen des Naßteils ausschließlich naß betrieben. Die Austauschflächen müssen dabei so dimensioniert werden, daß die &o 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 Außenlufttemperaturen die Wärmeleistung dieser Flächen zu steigern (DD-PS 1 05 884). Dabei wird das zu kühlende Medium durch die Wärmeaustauschelemente geführt Das Besprühen der Elemente kann mit Fremdwasser 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 (vgl. DE-OS 22 20167 und 22 51 709, sowie US-Patente 21 57 070 und 18 90 864).

Für die konvektive Wärmeübertragung zwischen Luft und einem zu kühlenden Medium werden im allgemeinen Rippenrohr-Wärmeaustauscher eingesetzt, deren Rohre 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 Wärmeaustauschelementen 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 Naß-ZTrockenkühlturm 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 bekannten Anlagen und den Einsatz von Wärmeaustauschelementen aus Kunststoff ermöglichen, ohne daß sich der höhere Wärmewiderstand dieser Elemente nachteilig auswirkt.

Bei einem Kühlturm der eingangs beschriebenen Art besteht die Lösung gemäß der Erfindung darin, daß die Elemente für die konvektive Wärmeübertragung durch Regelorgane je nach Bedarf so schaltbar sind, daß sie entweder ausschließlich für die konvektive Wärmeübertragung, bei der das zu kühlende Medium nur durch die Elemente für die konvektive Wärmeübertragung strömt, oder ausschließlich für die Verdunstungskühlung verwendbar sind, bei der das zu kühlende Medium nur über die Elemente für die konvektive Wärmeübertragung fließt.

Erfindungsgemäß sind die Elemente für die konvektive Wärmeübertragung als plattenförmige Hohlkörper, vorzugsweise aus Kunststoff, ausgebildet. Die Erfindung sieht ferner vor, daß der plattenförmige Hohlkörper in an sich bekannter Weise aus Hohlplatten mit waagerecht verlaufenden Hohlräumen besteht, die auf beiden Stirnseiten mit Wasserkammern versehen sind.

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

In den Austauschelementen, die sowohl für die konvektive Wärmeübertragung als auch für die Verdunstungskühlung verwendbar sind, und die im folgenden als NTB-Elemente bezeichnet \ierden, 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 21 57 070 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 Rieselfilmes 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. «

Beim Betrieb des Kühlturmes besteht die Möglichkeit, einen Teil des zu kühlenden Wassers über die als reine Rieselflächen ausgebildeten Wärme^.ustauschflächen zu leiten, während das restliche Wasser durch die Elemente für die konvektive Wärmeübertragung gekühlt wird, wobei das diesen Elementen zugeführte Wasser entweder ganz oder teilweise durch die Hohlräume geleitet wird oder durch die Berieselungsaggregate über die Elemente versprüht wird. Es besteht auch die Möglichkeit, einen Teil des den Elementen zugeführten Wassers durch einen Teil dieser Elemente zu leiten, während das restliche Wasser durch die Berieselungsaggregate über die nicht durchflossenen Elemente versprüht wird oder das gesamte zu kühlende Wasser zunächst durch die Hohlräume der Elemente zu leiten und dann einerseits auf die reinen Rieselflächen und andererseits auf die Oberfläche der naß betriebenen Elemente aufzugeben.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt Es zeigt

F i g. 1 einen Kühlturm in schematischer Darstellung,

Fig.2 die Schaltung der NTB-Elemente und der Besprühungsanlage,

F i g. 3 eine perspektivische Darstellung der NTB-Elemente neben den Rieselplatten des Naßteils mit der dazugehörigen Wasserverteilung,

F i g. 4 einen Teilschnitt durch ein NTB-Element und

F i g. 5 eine perspektivische Darstellung eines Teiles eines NTB-Elementes in vergrößerter Darstellung.

Der in Fig. 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, den Elementen fü/ die konvektive Wärmeübertragung 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 Berieselungsaggregat 16, das oberhalb der Naßeinbauten 3 angeordnet ist und andererseits über Regelorgane 6 zu den NTB-Elementen 4. Je nach der Stellung der Regelorgane 6 wird das Wasser entweder durch die NTB-Elemente 4 geleitet (Trockenbetrieb) oder durch die oberhalb der Elemente 4 angeordneten Berieselungsaggregate 9 auf die Oberfläche der NTB-Elcmentc 4 verteilt (Naßbetrieb). Im Bereich der Rieseleinbauten 3 wird das zu kühlende Wasser bei allen Stellungen der Regelorgane 6 auf die Naßeinbauten versprüht.

Nach der Abkühlung gelangt das Wasser sowohl aus den NTB-Elementen 4 als auch aus den Naßeinbauten 3 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 Regelorgane 6 von Naßbetrieb auf Trockenbetrieb umgeschaltet oder umgekehrt, um die Kühlzonenbreite oder das Temperaturniveau des Kühlwassers dem jeweiligen Außenluftzustand anzupassen.

In Fig.2 ist eine Schaltung für ein NTB-Element 4 dargestellt. Das zu kühlende Wasser kommt über die Leitung 10 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 4, wird hier hauptsächlich durch Verdunstung gekühlt und fließt dann ebenfalls in das Sammelbecken 7.

In F i g. 3 ist ein Ausschnitt aus dem Kühlturm an der Stelle perspektivisch dargestellt, an der die Rieselplatten, also der Naßteil 3, an die NTB-Elemente 4 anscnließen. Sowohl die NTB-Elemente 4 als auch die Rieselplatten des Naßteils 3 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 4 und die Rohre 20, über die die Rieselplatten beaufschlagt werden, sind mit Spritzaggregaten 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 4 zugeführt, wobei es wie in Fig.3 dargestellt, möglich ist, mehrere NTB-Elemente 4 in Serie zu schalten. Die Rohre 18 und 19 sind an die Regelorgane 6 angeschlossen, die in F i g. 3 nicht dargestellt sind, so daß das zu kühlende Wasser je nach der Stellung dieser Regelorgane 6 entweder in die Leitung 18 oder in die Leitung 19 eingespeist wird. Hierdurch erreicht man. daß die NTB-Elemente 4 entweder trocken oder naß gefahren werden.

Der Aufbau eines NTB-Elementes 4 ist in Fig.4 perspektivisch dargestellt, wobei die Wandung einer der Wasserkammern 12 weggeschnitten wurde. Das NTB-Element 4 besteht aus den eigentlichen Wärmeaustauschflächen 11, die z.B. in Form von Hohlplatten ausgebildet werden können, wie sie in F i g. 5 vergrößert dargestellt sind und aus den Wasserkammern 12, die aul

ίο den beiden Stirnseiten des Elementes 4 angebracht sind. Sie bilden zusammen mit den Wärmeaustauschflächen 11, den Zwischenleisten 13 und den Distanzhaltern 14 eine kompakte Einheit, die eine leichte Montage ermöglicht.

Hierzu 3 BIaU Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kühlturm, der sowohl Elemente mit konvektiver Wärmeübertragung als auch Rieselflächen für Verdunstungskühlung enthält und bei dem die s 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 die Elemente (4) für die honvektive Wärmeübertragung durch Regelorgane (6) je nach Bedarf so schaltbar sind, daß sie entweder ausschließlich für die konvektive Wärmeübertragung, bei der das zu kühlende Medium nur durch die Elemente (4) für die konvektive Wärmeübertragung strömt, oder ausschließlich für die Verdunstungskühlung verwendbar sind, bei der das zu kühlende Medium nur über die Elemente (4) für die konvektive Wärmeübertragung fließt.

2. Kühlturm nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (4) für die konvektive Wärmeübertragung als plattenförmige Hohlkörper, vorzugsweise aus Kunststoff, ausgebildet sind.

3. Kühlturm nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der plattenförmige Hohlkörper in an sich bekannter Weise aus Hohlplatten mit v/aagerecht verlaufenden Hohlräumen besteht, die -30 auf beiden Stirnseiten mit Wasserkammern (12) versehen sind.