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Kühlturm, inspes. für thermische Kraftwerke Bekanntlich dienen Kühltürme,
insbes. bei Kraftwerksanlagen, dazu, die Abwärme des Prozesses in die umge@ende
Atmosphäre abzufünren.
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Bei den außerordentlich großen Leistungen moderner thermischer Kraftwerke
- und in noch verstärktem Maße bei Kernkraftwerken -ergeben sich Abwärmemengen,
die Kühltürme bisher nicht bekannten Ausmaßes erfordern. Besonders große Kühlturmeinheiten
sind bei Anwendung aes Naturzugprinzips und dabei in nech verstärktem Maße bei der
sogenannten Trockenkühlung notwendig, die - wegen deren Unabhängigkeit von Wasser
- in @ukunft immer größere Bedeutung erlangen wird.
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Mit der zwangsläufigen Steigerung Qer ubsoluten Größe dieser aufwendigen
Bauwerke gehen Versuche und Bestrebungen nach neuen technischen Lösungen einher.
So werden neben den bekannten "hyperbolischen" Kühltürmen aus Stahlbeton oder Ganzstahlausfüzhrungen
neuerdings auch Seilnetz-Konstruktionen ebut, bei denen ein zentraler Pyon ein Gitterwerk
von Seilsenaren trägt, die, mit Tafeln - bsplsw. aus profiliertem QAluminiumblech
- ausgefüllt, den für die Wärme abfuhr notwendigen Naminmantel bilden.
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Die genannten Konstruktionen waben - besonders als Größtausführungen
- aie folgenden Nachteile: Sie sind in der Herstellung und im Materialverbrauch
extrem aufwendig, sie erfordern eine ungewöhnlich kostspielige Fundamentierung,
sie sind anfällig gegen Erdsetzungen, Organe und Erdbeben, sie beaürfen z. T. erheblicher
Wartung und sind iEn Falle notwendiger Schadenbeseitigung wenig reparaturfreundlich,
sie tragen durch ihre Größe und Form zur optischen Umweltschädigung bei.
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Hinsichtlich ihrer funktionellen Wirksankeit erweist si;h als nachteili:
Die Wärmeübergangsverhältnisse werden durch Winströmungen zur oder wenier beeinträchtigt;
es werden beträchtliche Aufwendungen zur Verhinderung des Einfrierens der eingebauten
Wärmetauscher bei niedrigen Außentemperaturen erforderlich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kühlturmmantel zu
schaffen, der nicht mehr als klassisches Bauwerk aus Stahl, Stahbeten oder Nichteinsenmetallen
ausgeführt ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch einen in der Art
einer Traglufthalle bzw. eines 1?esselballons ausgeführten, mindestens einen von
unten nach oben durchlaufenden Strömungskanal bildenden Kaminmantelkörper, der -
vorzugsweise an Randfesselngegenüber den stationär in der Einströmöffnungsangeordneten
Wärmetauschern verschiebbar und/oder neigbar sowie gegebenenfalls in seiner Höhe
verstellbar ist.
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Ein solener, gegenüber den klassischen Bauwerken um Größenordnungen
leichterer Kaminmatelkörper braucht sicht nicht auf den Untergrund abzustützen bzw.
muß nicht durch starre Bauelemente sein Eingengewicht abfangen, sondern er kann
durch Füllung mit einem Gas, das leichter ist als die umgebende Luft, in aer Schwebe
gehalten werden. Das leichtere Gas kann bsplsw. Helium, es kann ?.ber auch Warmluft
sein, die in dem Energieerzeugsprozeß mehrfach sowie in großen Mengen anfällt.
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Über die Vorteile hinaus, die mit der extrem leichten Bauart verknüpft
sind, verriag die Erfindung eine bedeutende Verbesserung funktioneiler Art gegenüber
den bekannten Kähltürmen zu realisieren: die Flexibilität des Kaminmatelkörpers
und sein geringes Gewicht erlauben eine praktisch trägheitslose Anpassung an atmosphärische
Luftbewegungen. Die dabeiauftretenden Windkräfte können in der Weise genutzt werden,
daß sie den Kamin leicht neien.' Dabei wird selbsttätig im Einströmteil am Kaminfuß
die dem Wina abgewandte 1ee-eite abgesperrt, so daß der gesamte den Anströmquerschnitt
ausfüllende Luftstrom den Kaminschacht passieren :nu'3. Zusätzlich wird dabei am
Karainaustritt die Wind-Sogwirkung infolge der horizontalen Komponente der geneigten
Strömungskanalachse verstärkt.
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Die flexible Ausführung des Kamis erlaubt ferner eine Veränderung
seiner Höhe in Anspassung an jeweilige Wetter-und Betriebsbedingungen. Durch Einholen
des Seilwerks, das bei der Werbundstruktur gleichzeitig als zusammenhangendes Skelett
wirkt, ohne jeoch starre Bauelemente aufzuweisen, kann der Kühlturm bis auf eine
geringe Resthöhe zusammenschrumpfen, beispielsweise im Winterbetrieb,oder bei Sturm,
wobei die Kühlung dann fast ausschließlich durch die entsprechend starke Wind-Luftbewegung
erfolgt.
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Die Steuerung der Neigung sowie die Höheneinstellung des Kaminmantelkörpers
kann mit bekannten, zum Teil sehr einfachen technischen Mitteln vollautomatish erfolgen.
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Die in jeaer Hinsicht flexible Konstruktion des Leichtbauwerks erlaußt,
schließlich eine weitgehende Freizügigkeit in der äußeren Pormgebung des Kaminmatelkörpers.
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Obgleich der Rauminhalt des Kaminkörpers im-vollausgefahrenen
Zustand
rechnerisch größer ist als der eines herkömmlichen Vergleichsturms, kann eine etwa
kuppelförmige Gestaltung mit nahezu transparentem Hüllenwerkstoff - bei Dunkelheit
u.
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U. mit gedämpfter Innenbeleuchtung - einen optisch angenehmeren, weniger
erdrückende Eindruck vermitteln als ein starres, überdimension.l schweres Technik-Bauwerk.
Dabei ist zusätzlich zu berück:sic1ltigen, daß zeitweise, z. B. während der Frostperioden,
die Höhenerstreckung auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung beziehen sich in der folgenden
Beschreibung auf die Stelleinrichtungen für die Kaninneigung und -höheneinstellung,
auf die flexible Verbindung zwischen Kamin und Fundament, auf die partielle Abdeckung
des Luftanströmquerschnitts, auf Maßnahmen zur Verhinderung größerer Verformungen
des Kaminquerschnitts, hervorgerufen durch den dynamischen Unterdruck infolge der
Luft-tewegung, auf eine systematische Soll-Paltengebung der Kaminhaut beim Einholen
sowie auf eine gleitende- Verankerungseinrichtung.
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Die Erfindung wird durch die schematischen Oder perspektivischen Skizzen
der Fig. 1 bis 7 näher erläutert, die sich auf eine von vielen möglichen Ausführungsformen
beziehen.
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Fig. 1 zeigt den aufblasbaren ringförmigen Kaminmatelkörper in ausgefahrenem
Zustand ohne Wind, Fig. 2 denselben bei mäßiger Windströmung von rechts, Fig. 3
denselben bei starkem Wind von rechts, Fig. 4 denselben bei tiefen Temperaturen,
Fig. 5 zeigt Einzelheiten der Gleitschluß-Verbindung zwischen Fundament und Kaminmantelkörper,
Fixe. 6 gibt eine Ausführungsform für das Stabilisierungs- und Einholsystem wieder,
Fig. 7 zeigt eine Zusatz-Verankerungseinrictung.
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Es bedeuten im einzelnen: 1 (in Fig. 1 links in geschnittenel; Zustand)
nen ringförmigen aufblasbaren Kaminmantelkörper, 2 einen (nicht unbedingt erforderlichen)
ringförmigen, mit Leichtgas gefüllten Hilfsauftriebsschlauch, 3 eine von mehreren
Fundamentsäulen, 4 einen von mehreren Gleitanschlüssen, 5 ein Traggestell für die
Kaminmatelhaut, 6 mehrere einander überlappende, am unteren Kaminraud hängende Abschirmschürzen,
7 eine ringförmige Versenkungsrinhe zur Aufnahme cier abgesenkten Abschirmschürzen,
8 die Wärmetauscher als Luftkühlelemente, 9 einen um den Fußpunkt schwenkbaren Seileinholer;
Als Bestandteile der Gleitschluß-Verbindung (Fig. 5) bedeuten: 10 (je zwei) Umlenkrollen
am oberen Ende der Schrägen Fundamentsäule 3, 11 (je vier) Tragseile, verbunden
mit dem segmentförmigen Trag gestell 5, an dem die flexible Hout des Kaminmantelkörpers
1 befestigt ist, 12 ein Ausgleichsgewicht, 18 ein Anschlag zur Bewegungsbegrenzung.
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Beim Stabilisierungs- und Einziehsystem (Fig. 6 a, b) sind: 13 (waagerechte)
Versteifungsseile, 14 ein Einholseil, 17 rohrförmige, mit Ösen versehene, auf dem
Einholseil längsverschiebliche Distanzstücke.
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15 außen an der SIiille des ringförmigen Kaminmatelkörpers verlaufende
Bewehrungsseile, 16 eine Umlenkeinrichtung.
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Bei der gleit -Verankerung (Fig. 7 as b! bezeichnen 19 Basisrollen,
20 ein Verankerungsseil.
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Beschreibung,und Wirkungsweise Der (durch einen zeichnerisch nicht
dargestellten Verdichter -vorzugsweise rit warmer Luft) aufblasbare Kaminmantelkörper
1 umschließt in seinem obersten Ringraumteil einen mit Leichtgas gefüllten Hilfsauftriebsschlauch
2. Am unteren Ende ist der Kaminmantelkörper 1 fest mit dem segmentförmigen Traggestell
5 verbunden. Dieses besteht aus gegeneinander verschiebbaren, rinnenähnlichen geranden
oder gekrümmten Segmenten, die - mit hinreichend großem Spiel - die geneigt angeordneten
Fundamentsäulen 7 so umschließen, daß sie gleitend in der Höhe - bis zum Anschlagstück
18 - verschiebbar sind. Der beziehen Übersichtlichkeit halber sind hier bei nicht
zeichnerisch dargestellt: gleitende Verbindungselemente, bsplsw. Bolzen nit Lansrlöchern,
an aen überlappenden Stoßstellen der einzelnen Segmente des Traggestells 5 sowie
bekannte flexible Abdichtorgane zwischein Fundamentsiulen 5 und Traggestell 5.
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Am oberen Ende der Fundamentsäulen 3 befinden sichje zwei Umlenkrollen
10 zur Führung der Trageseile 11, die am einen Ende mit dem Traggestell 5, am anderen
Ende mit einem Ausgleichsgewicht 12 verbunden sind. Unter des Traggestell 5, mit
diesem an der Oberkante scharnierartig verbunden, hängen einander seitlich überlappende
Abschirmschürzen 6, bsplsw. steife Platten, die zur Windumleitung dienen. Diese
tauchen bei Schräglage des Kaminmatelkörpers 1 aur einem Teil des Umfangs in die
ringförmige Verrenkungsrinne 7 ein.
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Zur Formhaltung des ringförmigen Kaminmatelkörpers 1 dient ein zusammenhängendes
Netzwerk von Versteifungsseilen, von denen lediglich einige waagerecht innerhalb
des Mantelkörpers verlaufende zeichnerisch Gardestellt sind. iese Vereteifungsseile
13 haben unter anderem-den Zweck, formändernde Auswirkungen des infolge der Kühllftströmung
im Kaminkernralm entstehenden Unterdrucks zu vermeiden. ;Jn die Oberfläche der inneren
Wand des Kaminmantelraums kleiner ist als die äußere, überwiegen insgesamt die nach
außen gerichteten Druckkräfte.
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Durch die den Außen- mit dem Innenmantel verbindenden Versteifungsseile
13 werden größere Deformationen der Innenwand weitgehend verhindert Sonit wird ein
von der Kreisform kaum abweichender Vieleck-Innenquerschnitt gewährleistet.
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Innerhalb des freien Kernraums (nicht gezeichnete) radial oder/und
diagonal verlaufende Versteifungsseile verhindern u.
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a. das Unrundwerden des Kaminmantelkörpers 1, insbes. bei seitlichen
Windanströmungen. Die Versteifungsseile bilden ferner ein zusammenhängendes Netzwerk9
das die Skelettfunktion des flexiblen Bauwerks übernimmt und bei extremen Belastungen
größere Hautäblösungen verhindert, -Die waagerecht verlaufenden Versteifungsseile
13 zwischen Außen- und Innenwand des ringförmigen Kaminmatelkörpers 1 können zusätzlich
als Bestandteile einer Kamineinholeinrichtung dienen: -Wie in- Fig. -6 angedeutet,-
kann die flexible Haut des Kaminmantelkörpers 1 Soll-Falstellen erhalten, die durch
entsprechende Anordnung von Bewehrungsseilen 15 sowie durch kegelmantelförmigen
Zuschnitt tier Hüllenelemente vorgebbar sind.
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Werden die waagerecht verlaufenden Versteifungsseile 13 in ihrer wirksamen
Länge reduziert, so wird hier örtlich eine Faltenausbildung der zusammengezogenen
Mantelwände hervorgerufen, was selbstverständllch nur mit- einer gleichzeitigen
Verminderung der Kaminhöhe einhergehen kann. Eine effektive Verkürzung des Abstandes
zwischen den Verknüpfungsstellen an den Mantelwänden mit den waagerechten Versteifungsseilen
13 kann dadurch erreicht werden-, daß letztere durch Zug mit dem Einholseil 14 abgeknickt
werden.
Durch die rohrabschnittförmigen, mit Ösen versehenen Distanzstücke 17 wird der senkrechte
Abstand zwischen aen einzelnen Knickstellen - und damit tien Hautfaltungen - vorgegeben,
während gleichzeitig. infolge Umlenkung des Einholseils 14 mit der Umlenkeinrichtung
16 der Kaminmantelkörper von oben nach unten zusammengedrückt wird. Das System gewährleistet
somit beim Einholen des Kaminmantelkörpers 1, daß dieser ihrer mir unten, im Bereich
des als zus#ätzlicher Windschutz wirkenden Traggestells 5 , in Falten gelegt wird.
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Die einzelnen Einholseile 14 werden nach ihrer jeweiligen Umlenkung
(16) an oberen Ende des am Fußpunkt schwenkbaren Seileinholers 9 zusammengefaßt
und können mittels einer - zeichnerisch nicht dargestellten - Aufwickelvorrichtung,
bsplsw.
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am Fuìpunktgelenk des Seileinholers gelegene Elektrowinde,-als ei
einziger strang eingezogen werden.
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Eine Gleit- Verankerung mit Neigungsausgleich des dreidimensional
bewegbaren Systems kann zur weiteren Stabilisierung und Bewegungsbegrenzung des
großvclunigen Bauwerks beitragen: gleichrangig mit den Einholseilen 14 werden mit
dem schwenkbaren Seileinnoler 9 zusätzliche Verankerungsseile 20 ein- und ausgefahren,
die zum Ausgleich der Kaminneigungen als in sich geschlossenes bzw. zusammengeführtes
Band über je zwei Basisrollen 19 geführt werden, die ihrerseits fest im Untergrund
verankert sind.
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Aus Gründen der klareren Darstellung sind noch notwendige flexible,
bsplsw. membranartige Abdichtelemente zwischen dem Kaminmantelkörper 1 und den Kühlelementen
8 , die eine Bypaß-Strömung um die Kühlelemente herum verhindern, nicht eingezeichnet.
Nicht zeichnerisch dargestellt ist ferner das für Aufblasen und Dnickhalten notwendige
Gebläse - u. U. in Zweifachausführung nach den beiden Teilaufgaben getrennt - sowie
ein Wärnespeicher, bsplsw. ein mit Speicherteilchen gefüllter Durchströmungsbehälter,
der insbes. zum Anfahren die wünschenswerte Wärme zur Füllufttemperierung aus der
zuvor aufgewärmten Speichermasse bezieht.
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Zum Betrieb der Kühleinrichtung wirci der aminntelkörper 1 aufgeblasen,
gegebenenfalls mit Luft, die einen zuvor aufgeheizten Wärmespeicher quarchströmt
hat. Dabei wirken der leichtgasgefüllte Hilfsauftriebsschlauch 2, die geringe Wichte
der erwärmten Luft sowie der Überdruck -infolge Verdientung durch das Gebläse zusammen
als Auftrieb und zur Formebung.
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Bei Windstille stellt sich aus Gleichgewi@htsgründen eine lotrechte
Lage des Kamins ein. Wird cer Kaminmantelkörper jedoch seitlich angeblasen, so neigt
er sich infolge des durch Wind kraft ausgeübt'en Momentes. Dabei verschieben sich
die mit dem unteren Kaminrand verbundenen segmentförmigen Traggestellabschnitte
5 gleitend auf den schräg angeordneten Fundamentsäulen 3. Durch die Ausgleichgewichte
12 wird dabei einerseits eine Kompensation der Rest-Gewichtskraft des Kamins erreicht,
andererseits bewirken die Reibungskräfte zwischen den Ausgleichgewichten 1 2 und
den schrägen Innenwänden der Fundamentsäulen f eine Schwingungsdämpfung des Systems.
- Im geneigten Zustand des Kamins tauchen die Auschirmschürzen 6 partiell in die
ringförmige Versenkungsrinne 7 ein. Dadurch wird an der Leeseite der waagerechte
Windstrom gestaut bzw. nach oben abgelenkt. Gleichzeitig wird die Sogwirkung am
(oberen) Kaminaustritt verstärkt.
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Entsprechena den betrieblichen wie witerungsbedingten Anforderungen
kann durch teilweises oder totales Einholen des Kanins aessen Zugwirkung gesteuert
werden. So ist bei Sturm auch mit dem - bsplsw. aus Sicherheitsgründen - weitgehend
eingeholten Kananeine ausreichende Durchströmung der Kühlelemente sichergestellt;
bei Winterbetrieb kann durch totales Einholen des Kamins die Kühlwirkung so weit
herabgesetzt werden, daß auch ohne Teilabschaltung einzelner Kühelemente eine Einfriergefahr
ausgeschlossen wird.
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Mit bekannten .Steuer- und Regeleinrichtungen kann die optimale Ausfahrstellung
des Kamins in Anpassung an alle Wetter- und Betriebszustände, bsplsw. durch Erfassung
der Winddruck-, der Kühlwasser- sowie der Luftein- und -austrittstemperaturwerte
und
Eingabe in einen Rechnner selbsttätig eingestellt werden, so
dai3 auch 'ie esamte Kühleinrichtung - wartungsfrei - in ein vollautomatisches Fahrprogramm
der Kraftwerksanlage einbezogen werden kann.
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EirAe - @eichnerisch nicht dargestellte - Innenbeleuchtung bekannter
Art ermöglicht neben günstigen optischen Effekten eine bequeme Inspektion des Außenhautzustands.
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Die vorstende Beschreibung bezieht sich, wie erwähnt, nur auf eine
von vielen möglichen Ausführungsformen. - So können seibstredend auch starre Bauelemente
in das im wesentlichen nur auf Zug beanspruchte Bauwerk einbezogen werden, Es ist
außerdem eine Anfteilulig des Kaminmantelkörpers in mehrere von einander unabhängige,
gegebenenfalls leicht austauschbare Einzelemente möglich, die - bsplsw. ringförmig
- in horizontalen Senichten oder/und in sektorförmiger Anordnung in das Gesamtsystem
eingeorunet werden.
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Es körulen ferner in den Kaminmatelkörper von außen nach innen schräg
aufwärts weisende Hilfs-Durchströmungskanäle vorgesehen sein, die einerseits die
Kaminwirkung unterstützen, andererseits die Staudruckbelastung durch den Wind herabsetzen.
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Schließlich können Aufreiß-Mechanismen bekannter Art bei plötzlich
auftretenden Überbeanspruchungen ein beschleunigtes Zusammenfallen des Kaminmatelkörpers
bewirken und damit größeren Zerstörungen entgegenwirken.