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Wärmetauschelement, insbesondere Wärmetauschelement
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für Trockenkühl türme Die Erfindung bezieht sich auf ein von einem
Wärmeübertragungsmittel, insbesondere Wasser, mit im Vergleich zu Luft relativ hohem
Wärmeübergangskoeffizienten durchflossenes Wärmetauschelement einer Wärmetauschvorrichtung,
wobei das Wärmeübertragungsmittel mittels Luft im indirekten Wärmeaustausch steht,
insbesondere Wärmetauschelement einer einen geschlossenen Kreislauf für das Wärmeübertragungsmittel
aufweisenden Wärmetauschvorrichtung für Trockenkühl türme.
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Es ist bekannt, rückzukühlendes Wasser durch KUhlrohrbUndel zu schicken,
deren Rohre von Luft zwecks Kühlung quer angeströmt werden. Die luftseitige Fläche
der Rohre wird im allgemeinen durch Rippen oder Lamellen vergrößert, um dadurch
das Produkt aus Wärmeübergangskoeffizienten und zugehöriger, für die Wärmeübertragung
maßgeblicher Fläche auf der Luftseite dem entsprechenden Produkt auf der Wasserseite
etwas anzugleichen. Die Höhe der Rippen und auch deren Abstand gegeneinander können
jedoch nicht beliebig gewählt werden, da der zulässige luftseitige-Widerstand Grenzen
setzt.
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Um gleiche Wärmemengen übertragen zu können, ergeben sich z.B. für
Trockenkühltürme größere Abmessungen als für Naßkühltürme. Diese Abmessungen konnten
zwar durch die vorgenannte Oberflächenvergrößerung auf der Luftseite verringert
werden, jedoch sind die Abmessungen noch immer erheblich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach herzustellendes
Wärmetauschelement zu schaffen, das einerseits im Verbund mit weiteren Wärmetauschelementen
einen möglichst geringen luftseitigen Widerstand mit sich bringt und andererseits
die Möglichkeit bietet, ein möglichst günstiges Verhältnis AWU n( Wtt zu erreichen.
(AWtt und AL bedeuten AL .
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die Wärmeübertragungsflächen auf der Wärmeübertragungsmittel- und
der Luftseite; α WÜ und dL die zugeordneten WärmeUbergangskoeffizienten.)
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Jedes Wärmetauschelement
zwei parallele, Ubereinanderliegende Platten mit Öffnungen und zugeordnete Seitenwände
sowie durch die Öffnungen hindurchgeführte und im Durchtrittsbereich durch die Platten
abgedichtete Rohre zur Führung der Luft aufweist.
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Das erfindungsgemäße Wärmetauschelement bietet die Möglichkeit, bei
einer bestimmten vorgegebenentabzufUhrenden Wärmemenge den Flächenbedarf für die
Wärmetauschvorrichtung bei kleinem luftseitigen Widerstand möglichst gering zu halten,
Die Anwendung von hinsichtlich des Verhältnisses AWU d 0< WÜ optimierten Wärmetauschelementen
in Trocken-AL .α L kühl türmen führt daher - im Vergleich zu bisher ausgefUhrten
Trockenkühltürmen - zu geringeren Turmdurchmessern bzw.
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Turmabmessungen.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung durchstoßen
die Längsachsen der beiden Platten eine gedachte Horizontalebene. Die geneigte Anordnung
der Wärmetauschelemente bringt eine bessere Entleerung (Entwässerung) der Wärmetauschelemente
und einen geringeren Platzbedarf mit sich.
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Um eine für die Wärmeubertragung günstige Strömung in den Wärmetauschelementen
zu erzeugen, sind gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung entweder innerhalb jedes
kanalartigen Wärmetauschelementes zu den Platten parallele, mit Offnungen für die
durchgeführten Rohre versehene Zwischenbleche vorgesehen, oder es sind mehrere,
bezüglich des Wä.rmeübertragungsmittelflusses hintereinandergeschaltete Wärmetauschelemente
mit relativ geringem Plattenabstand in verschiedenen Ebenen übereinanderliegend
angeordnet.
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Um bei einem gegebenen Durchmesser der Luftführungsrohre die Wärmeübertragungsfläche
zu vergrößern, sind gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die der Luftführung
dienenden Rohre innenberippt Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß,
vorausgesetzt, mehrere Wärmetauschelemente bilden die Wärmetauschvorrichtung, die
der Luftführung dienenden Rohre von der Längsmittelachse der Wärmetauschvorrichtung
nach außen zu in ihrer Länge zunehmen und daß die äußersten Rohre den Mantel oder
einen Teil des Mantels der Wärmetauschvorrichtung (z.B. TrockenkUhlturm) bilden.
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In der Zeichnung ist die Erfindung teilweise im Zusammenhang mit einem
Trockenkühlturm zum Ableiten der Kondensationswärme großer Dampfkraftwerke in mehreren
Ausführungsbeispielen schematisch dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1
eine Draufsicht auf einen Trockenkhlturm samt eingebauter Wärmetauschanlage, Fig.
2 eines der Wärmetauschelemente im Querschnitt gemäß der Linie I-I in Fig. t, jedoch
in einem größeren Maßstab, Fig. 3 einen Ausschnitt eines Längsschnitts durch ein
Wärmetauschelement, Fig. 4 eine Draufsicht auf den Wärmetauschelement-Teil gemäß
Fig. 3, Fig. 5 einen Ausschnitt eines Längsschnittes durch ein gegenüber Fig. 3
vartiertes Wärmetauschelement, Fig, 6 einen Längsschnitt durch einen Trockenkühlturm
und Fig. 7 einen Längsschnitt durch einen Trockenkühlturm mit gegenüber Fig. 6 abweichenderBerohrungsanordnung
für die Luft.
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Ein Trockenkühlturm 1 zur Ableitung der Kondensationswärme großer
Dampfkraftwerke weist - aus Gründen der Transportierbarkeit und der Handhabung der
Wärmetauschelemente - im Turminneren eine größere Zahl von an eine Zuflußleitung
und eine Abflußleitung angeschlossenen Wärmetauschelementen 2 auf. Die Wärmetauschelemente
2 haben alle die gleichen Bestandteile; im folgenden ist daher nur eines der Wärmetauschelemente
ausführlich beschrieben.
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Jedes Wärmetauschelement 2 weist zwei Platten 3 auf, die im Abstand
zueinander und übereinander angeordnet sind. Die Platten 3 können waagrecht liegen
oder geneigt sein. Die beiden Platten 3 bilden mit Seitenwänden 4 einen Kanal, durch
den das vorzugsweise rückzukühlende WärmeUbertragungsmittel mit gegenüber Luft hohem
WärmeUbergangskoeffizienten, vorzugsweise Wasser, geführt wird. Das Wärme-Ubertr.agungsmittel
tritt an einer der Stirnseiten in den Kanal ein und verläßt ihn an der anderen Stirnseite.
Die Platten 3 sind mit Öffnungen versehen, durch die senkrechte
Rohre
5 aus einem die Wärme gut leitenden Material, z.B.
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Aluminium, durch die Luft von unten nach oben geleitet wird, hindurchgeführt
sind. Die eine glatte Außenfläche aufweisenden Rohre 5 und die Öffnungen in den
Platten 3 berühren sich und bilden dort eine dichte Verbindung, so daß kein Wärmeübertragungsmittel
nach außen dringen kann. Die Rohre 5 ragen über die obere und die untere Platte
3 hinaus. Die für das Verhältnis AwU A .o( günstigste Entfernung des aus Plat-AL
y L ten 3 und Seitenwänden 4 bestehenden Kanals vom Lufteintritt in die Rohre 5
ergibt sich aus einfachen Optimierungsrechnungen; die günstigste Entfernung ist
dabei bei unterschiedlichen Werkstoffen für die Rohre 5 verschieden.
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Die Innenfläche der Rohre 5 kann in an sich bekannter Weise zur Flächenvergrößerung
mit einem Profil, z.B. mit vielen Längsrippen, versehen sein. Als Profile kommen
diejenigen in Frage, die einen möglichst geringen Widerstand für die durchströmende
Luft mit sich bringen.
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Zwischen den Platten 3 können zu diesen parallele, der Führung des
Wärmeübertragungsmittels dienende Zwischenbleche 6 vorgesehen sein. Gemäß Fig. 3
sind drei Zwischenbleche 6 vorgesehen, die so angeordnet sind, daß vier gleiche'Quer.
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schnitte für das durchströmende Wärmeübertragungsmittel entstehen.
Das Wärmeübertragungsmittel tritt bei 7 in den oberen Kanal ein, wird dann innerhalb
des Wärmetauschelementes an den Kanal enden jeweils umgelenkt, wobei es wie in einer
Kühl schlange geführt wird, und verläßt den unteren Kanal bei 8.
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Anstatt wie in Fig. 3 einen Kanal größerer Höhe durch Zwischenbleche
6 in mehrere Kanäle kleinerer Höhe aufzuteilen, kann man auch, wie das in Fig. 5
dargestellt ist, mehrere
getrennte (zwischenblechlose) Kanäle geringerer
Höhe mit Abstand übereinander anordnen. Gemäß Fig. 5 sind drei Kanäle übereinander
angeordnet. Das Wärmeübertragungsmittel strömt bei 9 in den oberen Kanal ein, wird
am Ende dieses Kanals umgelenkt und tritt bei 10 in den mittleren Kanal ein, wird
am Ende dieses Kanals nochmals umgelenkt, strömt bei 11 in den unteren Kanal ein
und verläßt bei 13 den unteren Kanal.
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Die Wärmeübertragung vom Wärmeübertragungsmittel an die Rohre 5 erfolgt
über den zwischen den Platten 3 liegendenTeil der Rohre, und von der gesamten Rohrinnenfläche
an die Luft. Dabei ist die Abstimmung so getroffen, daß das Verhältnis AWÜ . α
WÜ dem Wert 1 möglichst nahe kommt.
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AL . α L (Es bedeuten AWU die maßgebliche Wärmeübertragungsfläche
zwischen dem Wärmeübertragungsmittel und den Rohren und AL die Wärmeübertragungsfläche
zwischen den Rohren und der Luft; d WÜ und α L sind die Wärmeübergangskoeffizienten
von Wärmeübertragungsmittel und Luft).
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Die Wärmeübertragungsfläche pro Kanalelement auf der Wärmeübertragungsmittelseite
beträgt: AWu = da r. >. b . z mit da = Rohraußendurchmesser b = Plattenabstand
Z = Anzahl der Rohre 1-1 = ),14159.
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Die Wärmeübertragungsfläche pro Kanalelement auf der Luftseite beträgt
bei Rohren ohne Innenberippung: AL= di . t'. 1 . z mit di = Rohrinnendurchmesser
1 = Rohrlänge z = Anzahl der Rohre # = 3,14159.
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Eine Aufwandsverringerung ergibt sich, wenn man gemäß Fig. 7 den über
den Wärmetauschelementen liegenden Teil der Rohre 5 vom Turminneren nach außen zu
so ansteigen läßt, daß jeweils die äußerste Rohrreihe Teil des Mantels des Kühlturms
ist. Die äußersten Rohre werden entweder gegenseitig zur Berührung gebracht oder
sind mit Abstand zueinander angeordnet und die Zwischenräume, aus Gründen der Dichtheit
und der Festigkeit, mit geeigneten Mitteln überbrückt. Die Rohrreihen stützen sich
gegenseitig, da diese allmählich von innen nach außen in der Höhe zunehmen.
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Um für die Luft bessere Einströmverhältnisse zu schaffen, nimmt die
Entfernung Rohrunterkante - Kühlturmboden mit zunehmender Entfernung von der Turmmitte
zu (vgl. Fig. 6 und 7).
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Weist der Kühlturm beispielsweise einen quadratischen Querschnitt
auf und sind - in Längsrichtung der Wärmetauschelemente gesehen - jeweils vier Wärmetauschelemente
2a, 2b, 2c, 2d hintereinander angeordnet, dann erfolgt die Zuführung des zu kühlenden
Wärmeübertragungsmittels beispielsweise über zwei Leitungen 14a, 14b, die senkrecht.
zu den Längsachsen der Wärmetauschelemente verlaufen. Die beiden Leitungen 14a,
14b verlaufen jeweils zwischen zwei gegenüberliegenden Stirnseiten und speisen sämtliche
Elemente der vier Reihen AJ B, C, D. Die Leitung 14a -speist die beiden Reihen A
und B; die Leitung 14b die Reihen C und D. Das Abführen des Wärmeübertragungsmittels
aus den Wärmetauschelementen erfolgt über Leitungen l5a, 15b> 15c und 15d, die
ebenfalls quer zu den Längsachsen der Wärmetauschelemente, jedoch an den der Eintrittsseite
abgewandten Stirnseiten verlaufen. Die Leitungen 15a bis 15d sind mit den Austrittsöffnungen
sämtlicher Wärmetauschelemente 2 verbunden.