DE2462852C2

DE2462852C2 - Kühlturm

Info

Publication number: DE2462852C2
Application number: DE19742462852
Authority: DE
Inventors: Edmund Dipl.-Ing. Bear; Hans Dipl.-Ing. Dittrich; Günter Prof. Dr.-Ing. Ernst; Wilhelm Dipl.-Ing. 7500 Karlsruhe Roller; Dieter Dr.-Ing. 7501 Söllingen Wurz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-03-23
Filing date: 1974-03-23
Publication date: 1982-06-09

Description

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Die Erfindung betrifft einen Kühlturm gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Kühlturm hat den Zweck, dem aufgewärmten Kühlwasser eines Wärmekraftwerkes oder eines Fabrikationsprozesses die Wärme wieder zu entziehen. Das Kühlwasser gibt dabei seine Wärme an die in dem Kühlturm von unten nach oben geführte Umgebungsluft ab.

Die Luftströmung in dem Kühlturm kann durch den natürlichen Auftrieb der sich im Kühlturm erwärmenden Umgebungsluft oder künstlich durch einen Ventilator erzeugt werden.

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

Es ist bereits ein Kühlturm bekannt (DT-PS 5 42 261), bei dem der äußere Mantel zur Steigerung des Zuges im Bereich der Krone unterbrochen ist und die Wandung in einen konisch verjüngten Innenmantel übergeht, derart, daß von Außen- und Innenmantel nach oben sich erweiternde Strömungskanäle nach Art eines Leitschaufelringes gebildet werden. Mit dieser Gestaltung soll der Seitenwind nach oben umgelenkt und durch Erzeugung eines Soges um den oberen Öffnungsrand herum zur Zugverstärkung herangezogen werden. Aufgrund der Erweiterung der Strömungskanäle des Leitschaufelringes nach oben kann der Seitenwind nur in geringem Maße an einem Zusetzen des Kühlturmaustrittes gehindert werden, denn die in der Windleitvorrichtung umgelenkte Strömung wird in den sich erweiternden Strömungskanälen verzögert, so daß sich kein sehr wirksamer, vor dem Seitenwind schützender Strömungsmantel bilden kann. Die bekannte Konstruktion ist wegen der Zweiteilung des Mantels im Bereich der Krone aufwendig.

Der bekannte Vorschlag hat aber vor allem wohl deshalb in der Praxis keinen Eingang gefunden, weil die Fachwelt bald zu der noch heute vertretenen Auffassung kam, daß bei den immer größer werdenden Kühltürmen Beschleunigungen der großen Luftmassen vermieden werden sollten (vergleiche z. B. Aufsatz von Dr. Berliner, »Die gegenwärtige Kühlturmtechnik«, Zeitschrift »Wärme«, Band 80, Heft 3, 1974, S. 26). Eine Einschnürung eines Strömungskanals führt aber stets zu einer mit einem Energieverlust verbundenen Beschleu

nigung des austretenden Schwadens.

Es sind auch schon Kühltürme bekannt, bei denen der Mantel gänzlich oder über einen bedeutenden Bereich der Gesamthöhe sich nach oben konisch verjüngend ausgebildet ist (DE-PS 10 71 728, Aufsatz »Projektierung von in Gleitbautechnik errichteten Kühltürmen«, Zeitschrift »Bauplanung—Bautechnik«, 16. Jahrgang, Heft 12, Dezember 1962). Die Konizität ist hierbei jedoch so gering, daß sie zu keiner merklichen Windleitwirkung führt.

Es ist ferner bei sogenannten Kaminkühlern eine Windhaube bekannt, die derart an der Mündung des Kamins angeordnet ist, daß schräg von oben einfallende Windstöße in einer für den Kaminzug unschädlichen Weise abgeleitet werden und ferner längs der Außenwände des Kamins aus dem Kühlvorbau aufsteigende Wasserdämpfe und warme Luft abgefangen und zur Zugverstärkung herangezogen werden. Die Haube hat an ihrem unteren Eintritt eine Erweiterung nach unten mit einem öffnungswinkel gemessen zur Vertikalen, der kleiner als 45° ist. Der Eintrittsquerschnitt der Haube liegt horizontal. Die Haube ist über horizontale Ringbänder und Pfosten an der Mündung des Kamins befestigt. Da keine radialen Trennwände vorgesehen sind, ergibt sich ein durchgehender Ringkanal (AT-PS 95 290).

Wenn unter diesen Bedingungen übeihaupt Seitenwind zwischen die Haube und die Außenwand des Kamins eindringt, so kann solcher Seitenwind in Umfangsrichtung um den Außenmantel des Kamins herurrtstrcmen. Hierbei wird der Seitenwind beschleunigt, wobei er seine größte Geschwindigkeit in den beiden um 90° zur Staulinie versetzten Mantellinien erreichen wird. Dies führt zu einer Saugwirkung an den genannten Stellen. Allenfalls ein kleiner Bruchteil des anströmenden Seitenwindes kann im Bereich der Staulinie nach oben strömen. Der Seitenwind kann aus diesen Gründen bei der bekannten »Windhaube« nicht zu Zugverslärkung führen.

Davon abgesehen ist das Anbringen einer gesonderten Windhaube, eines Windleitringes oder dergleichen außen an der Krone aufwendig und würde bei den heutigen Kühltürmen zu einer wirtschaftlich kaum tragbaren Verteuerung führen.

Die Erfinder haben festgestellt, daß der Wind die Funktion des Kühlturms wesentlich beeinflussen kann. Bei großen Windgeschwindigkeiten erzeugt der in der Regel seitlich anströmende Wind in dem Kühlturmaustritt ein Totwassergebiet in Form einer Strömungswalze, das den Kühlturmaustritt teilweise zusetzt und z. B. bei einer Windgeschwindigkeit von 20 m/s die effektive Auftriebshöhe des Kühlturms um etwa 30% verringern kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kühlturm der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß auf einfachste Weise die schädlichen Einflüsse des anströmenden Seitenwindes ausgeschaltet werden und daß dieser vielmehr zur Zugverstärkung herangezogen wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Anspruchs 1.

Bei dem Kühlturm nach der Erfindung schafft der nach oben umgelenkte Seitenwind einen wirkungsvoll schützenden Strömungsmantel um den Bereich des austretenden Schwadens. Dieser Strömungsmantel verhindert die Ausbildung von die Kühlturmöffnung mindestens teilweise zusetzenden Strömungswalzen und verstärkt den Zug des Kühlturmkamins. Dies wird

allein mit der Leitfläche erreicht; zusatzliche Windleitringe oder dergleichen sind eingespart.

Die im Patent 24 14 172 des Anmelders unter Schutz gestellte konische Verjüngung der Krone ist dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Höhe und größtem Durchmesser des verjüngten Bereichs größer als Vi 2 und kleiner oder gleich '/3 ist und daß das Flächenverhältnis (F₂/Fi) zwischen der kleinsten und der größten Querschnittsfläche des verjüngten Bereichs nicht kleiner als '/2 ist und mit sich änderndem absolutem Durchmesser variiert, derart, daß die Druckgradienten innerhalb und außerhalb des verjüngten Bereichs sich wie folgt zueinander verhalten:

dz)_t~ \ Bz )_a

worin ρ der Druck, i innen, a außen und ζ die vertikal nach unten weisende Koordinate bedeutet

Diese Verjüngung dient dazu, bei ruhiger Luft oder kleinen Windgeschwindigkeiten Kaltlufknnbriiche zu verhindern.

Es liegt auf der Hand, daß die Maßnahme nach der Erfindung besonders zweckmäßig und nur mit geringem Mehraufwand in Verbindung mit der speziellen Verjüngung nach Patent 24 14 172 realisierbar ist. In diesem Fall wird nämlich durch die sehr einfachen einheitlichen Maßnahmen einer Verjüngung des Mantels im Kronenbereich mit den obengenannten Eigenschaften und eine Ausbildung der Außenfläche dieser Verjüngung als Windleitfläche für alle Witterungsbedingungen, d. h. auch ruhige Luft bzw. kleine Windgeschwindigkeiten, eine Wirkungsgraderhöhung erreicht

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

Die einzige Figur zeigt den oberen Teil eines Kühlturms gemäß der Erfindung im Schnitt.

Der gezeigte Naturzug-Kühlturm ist im unteren nicht gezeigten Bereich ebenso aufgebaut wie ein konventioneller Kühlturm.

In üblicher Weise in den Kühhurm eingeführtes, zu kühlendes Kühlwasser tropft von den in dem unteren, nicht gezeigten Bereich eingebauten Rieseleinbauten nach unten. Das Wasser wird dabei von der unten in den Kühlturm eindringenden und nach oben strömenden Umgebungsluft gekühlt. Dabei erwärmt sich die Umgebungsluft, so daß sie im Kühlturm eine geringere Dichte annimmt und nach oben steigt Der Schwaden tritt aus der Öffnung 11 an der Krone des Kühlturms in Richtung des Pfeils A aus. Der Mantel 3 des Kühlturms ist im unteren Bereich konisch gestaltet An den konischen Bereich schließt ein zylindrischer Bereich 10 an, der über einen den Umfang umgebenden, versteifend wirkenden Wulst 20 in einen zum oberen Öffnungsrand 11 hin konisch verjüngten Bereich 12 übergeht Das Verhältnis der Höhe H zum größten Durchmesser D dieses verjüngten Bereichs 12 liegt vorzugsweise zwischen /-//D='/3 und H/D=U\2 und beträgt im gezeigten Beispiel etwa ¹Ze. Das Verhältnis der kleinsten

Querschnittsfläche F₂, die gleichzeitig den Austrittsquerschnitt des Kühlturms darstellt, zur größten Querschnittsfläche F, des verjüngten Bereichs 12 ist vorzugsweise nicht kleiner als V2 und beträgt im gezeigten Beispiel etwa ⁹/io.

Die Außenseite des verjüngten Bereichs ist weiter nach unten gezogen und bildet eine einfache ringförmige konkav gekrümmte Windleitfläche 30. Diese Windleitfläche läuft in ihrem oberen Ende etwa vertikal aus, so daß sie den seitlich anströmenden Wind in

Richtung der Pfeile Bablenkt und ihm am Öffnungsrand 11 des Kühlturms eine vertikale Komponente verleiht, die das Bilden einer horizontalen Strömungswalze bei starkem Seitenwind behindert. Der die Windleitfläche 30 bildende Wulst 20 wird auf seiner Unterseite durch eine vom Kühlturmmantel 3 vorspringende, sanft in diesen einlaufende Wand 31 unterstützt.

Der Wulst 20 hat eine versteifende Wirkung auf den Kühlturmmantel 3 und ist insofern auch baustatisch günstig.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Kühlturm mit einem Mantel, dessen Innenseite im Bereich der Kühlturm-Krone zum oberen Öffnungsrand hin verjüngt ist,dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (3) des Kühlturms an seiner Außenseite unterhalb des verjüngten Bereichs (12) eine wulstartige Verdickung (20) aufweist, deren oberer Bereich zusammen mit der Mantelaußenseite im verjüngten Bereich (12) eine nach oben weisende, konkav gekrümmte Leitfläche (30) bildet.