DE2658323A1

DE2658323A1 - Vorrichtung zur kuehlung durch zerstaeubung

Info

Publication number: DE2658323A1
Application number: DE19762658323
Authority: DE
Inventors: Donald Brooks Baker; William Edward Sparko
Original assignee: Bird Machine Co Inc
Current assignee: Bird Machine Co Inc
Priority date: 1975-12-22
Filing date: 1976-12-22
Publication date: 1977-06-30
Also published as: CA1069566A; GB1524279A; US4085171A; JPS5281639A

Description

9998-76 So/Ri

Bird Machine Comp. - _p „ _

USSN 64-3,337 - Patentanwälte ^ Q 0 O O Z J

filed 22.12.1975 Γ Dr. Dieter ν. Bezold

Dipl.-Ing. Peter Schütz

Dipl.-Ing. Wolfgang Heusler

8 München 86, Postfach 860668

Bird Machine Company, Inc. South Walpole, Massachusetts, USA

Vorrichtung zur Kühlung durch Zerstäubung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Kühlung großer Mengen von erhitztem Wasser, mit einer Röhrenanordnung, welche mit einer Mehrzahl von Zerstäubungseinrichtungen für den Austritt von Wasser, wie mit Abstand voneinander angeordneten Düsen, verbunden ist, Pumpeinrichtungen zum Pumpen von erhitztem Wasser von einer Wasserquelle durch die Röhrenanordnung zu den Zerstäubungseinrichtungen, einem Auffanggefäß zum Sammeln des zerstäubten Wassers und einem Auslaß für den Austritt des gekühlten Wassers aus dem Auffanggefäß. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Vorrichtungen zur Kühlung durch Zerstäubung für große Volumina von erhitztem Wasser.

Der Druck auf die Industrie, thermische Pollution durch Abgabe von erhitztem Industrieanlagenwasser an Flüsse, Seen oder Meere

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zu vermeiden, hat den Bedarf an wirksamen Wasserkühlanlagen hoher Kapazität stark vergrößert. Bei derartigen Anlagen kann beispielsweise gefordert sein, daß 1510000 bis 379OOOO l/min von aus den Kühlanlagen von Kraftwerken austretendem Wasser in ausreichender Weise gekühlt wird, damit es ohne Schaden für die Ökologie in die Umgebung abgelassen werden kann oder in das Kühlsystem der Anlage zurückgeführt werden kann. Bei bekannten Zerstäubungskühlvorrichtungen wird das erhitzte Wasser von einem Kanal, in welchem es zum Ablassen in die Umgebung oder zur Rückführung in die Anlage fließt, zu Düsen gepumpt, die an fest angeordneten Einrichtungen oder Schwimmkörpern montiert sind und das Wasser in den Kanal zurücksprühen. Dabei werden eine große Anzahl derartiger Düsen großer Kapazität von 1890 bis zu mehreren 1000 oder mehr l/min benötigt.

Derartige bekannte Zerstäubungskühlvorrichtungen hatten gedoch verschiedene Nachteile, die dazu führten, daß man derartige Vorrichtungen für den beschriebenen Verwendungszweck als unzureichend bezeichnen mußte. Ein besonderer Nachteil lag in der zu niedrigen Kühleffektivität bezogen auf die Anschaffungs- und Betriebskosten. Ein anderer Nachteil lag darin, daß die bekannten Einrichtungen einen überschüssigen Nebel entwickelten, welcher unter Windabtriftbedingungen zu einer öffentlichen Belästigung werden kann und welcher auch einen Verlust in der Kühlvorrichtung darstellt, welcher die Kühleffektivität herabsetzt. Es wurde festgestellt, daß eine Hauptursache für diese Nachteile im Fehlen wirklich geeigneter Zerstäubungseinrichtungen in den bekannten Vorrichtungen lag.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und wirksame Vorrichtung zur Kühlung von erhitztem Wasser zu schaffen, welche nicht die Nachteile der bekannten Vorrichtungen aufweist und insbesondere deren Effektivität gegenüber den bekannten Zerstäubungskühlvorrichtungen erhöht ist. Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung Düsen für die Zerstäubung zu schaffen, welche eine größere Kühlwirksamkeit haben. Ein anderes Erfindungsziel ist das Vorsehen von Einrichtungen zur Belüftung

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des Wassers vor dem Austritt aus diesen Düsen, um die Kühlwirksamkeit der hierdurch herbeigeführten Zerstäubung zu erhöhen. Ein nochmals weiteres Erfindungsziel ist das Vorsehen · von Düsenanordnungen in der erfindungsgemäßen Zerstäubungskühlvorrichtung, darch welche die Zerstäubung für eine Regulierung der Tropfengröße und zur "Vermeidung überschüssigen Nebels gesteuert werden kann. Diese Ziele sollen ohne Erhöhung der Kosten für die erforderlichen Einrichtungen erreicht werden.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung erfindungsgemäß durch die Kennzeichenmerkmale des Anspruchs Λ gelöst. Weitere Erfindungsmerkmale ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 15·

Demnach schafft die Erfindung insbesondere eine Vorrichtung zur Zerstäubungskühlung von großen Mengen von erhitztem Wasser mit verbesserten Zerstäubungseinrichtungen, welche mit Abstand voneinander angeordnete Gruppen von einander zugeordneten Düsen aufweist, die durch eine Rohrleitungsanordnung zu Pumpen miteinander verbunden sind, wobei die Düsen Auslässe haben, die derart ausgebildet und angeordnet sind, daß das Wasser in einem kohärenten Strahl aus ihnen austritt, welcher auf den durch jede andere zugeordnete Düse der Gruppe austretenden Strahl längs einer gemeinsamen Zone jenseits der Düse aufprallt mit einer Kraft, die die Strahlen in einen Sprühnebel von Tropfen zerbricht, welcher eine resultierende Flugbahn weg von den Düsen in ein Auffanggefäß hat. Das Wasser wird vorzugsweise vor seinem Austritt aus den Düsen belüftet, was auf wirksame Weise mittels Lufteinlässen zu einem Venturikanal in jeder Düse erreicht wird.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein Sprühnebel von größerer Kühlwirkung, als sie bisher in derartigen Zerstäubungskühlvorrichtungen erzielt wurde, als eine Resultierende des Aufpralls von kohärenten Wasserstrahlen des erhitzten Wassers aus einer Mehrzahl von Düsen, vorzugsweise zwei, die kurz nach dem Austritt aus den Düsen aufeinander auftreffen, erzeugt wird. Durch geeignete Abstimmung von Größe und Form des Wasserstrahls, Durchflußleistung und Auftreffwinkel des Strahls wurde

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geflinden, daß die kinetische Energie beim Aufprall den sin ergebenden Strom in einen Sprühnebel von Tropfen einer gewünschten Größe und im wesentlichen gleichmässig zerbricht.

Der Auftreffwinkel der Wasser strahlen ist derart, daß der zwischen ihnen eingeschlossene Winkel 15 bis 100 beträgt, wobei der bevorzugte Winkelwert zu einem gewissen Ausmaß von der Düsenform abhängt. Die Düsenausgänge können kreisförmig seinj wenn jedoch die erwünschte Strömung einen kreisförmigen Auslaß von mehr als 6,35 cm im Durchmesser erfordert, wird ein länglicher rechtwinkliger oder oval geformter Auslaß bevorzugt .Die Qugrschnittsflache des Düsenauslasses ist vorzugs-

weise wenigstens etwa 6,4516 cm bei einer bevorzugten minimalen Abmessung in einer Richtung von wenigstens 1,27 cm. Die Strahlen werden auf einem mehr oder weniger geradlinigen (nicht divergenten) Weg ausgestoßen, wobei ein fächerförmiger, weitwinkliger Strahl unerwünscht ist, und kreuzen sich auf gewünschte Weise in einer Entfernung von etwa 7,12 bis 45,72 cm vom Düsenauslaß, bevor sie sich merklich aufgespaltet haben. Die Düsen werden derart montiert und ausgerichtet, daß der sich ergebende Sprühnebel einer Flugbahn weg von der Quelle folgt, so daß im wesentlichen kein Rückfall von Sprühnebel in den nachfolgend gebildeten Sprühnebel erfolgt. Die sich kreuzenden Strahlen haben vorzugsweise etwa das gleiche Volumen, wobei ihr verbundenes Volumen 1890 bis 7570 l/min beträgt. Die Strahlen sollten bei einem Druck von nicht weniger als

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0,35 kg/cm , vorzugsweise 0,56 bis 0,7 kg/cm oder etwas höher, ausströmen und die Fallbahn des resultierenden Sprühnebels ist in gewünschter Weise wenigstens 609,6 cm lang, vorzugsweise 1219,2 cm oder länger, wobei er sich auf seinem Wege in eine Fächerform ausbreitet.

Die Kühlwirksamkeit oder der Wärmeübertragungs-Wirkungsgrad von warmem Wassersprühnebel ist abhängig von einer Anzahl von Faktoren, wie beispielsweise der Luftfeuchtigkeit und der Trockenthermometer-Temperatur, der anfänglichen Wassertemperatur, der Tropfengröße, der Geschwindigkeit und Verweilzeit in der Luft, wobei die letzten drei Faktoren wichtige steuerbare Variablen

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sind. Unter gegebenen anderen Umständen ist die Kühleffektivität umgekehrt proportional zur Tropfengröße und direktjproportional zur Verweilzeit an der Luft.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Tropfengröße wirksamer als bei den bekannten Vorrichtungen variiert und gesteuert werden, da sie allgemein umgekehrt proportional zum Auftreffwinkel der Strahlen und ihrer Geschwindigkeit bei dem Aufprall ist. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurde beobachtet, daß zwei Strahlen, welche sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 1066,8 cm/sec bewegen und in einem umschlossenen Winkel von etwa 60 für Düsen mit rundem Querschnitt oder etwa 4-0° für andere Querschnittsformen aufeinander auf treffen, mit großer Gleichförmigkeit in Tropfen von etwa 1,2? cm Durchmesser zerbrechen. Bei der gleichen Geschwindigkeit kann die Tropfengröße auf etwa 0,635 cm Durchmesser verringert werden durch Erhöhung des eingeschlossenen Winkels um etwa zwei Drittel. Jedoch machen eine verringerte Luftverweilzeit der kleineren Tropfen zuzüglich einer wesentlich größeren Neigung zur Erzeugung von Mikrotropfen oder Nebel die größeren Tropfen gewöhnlich erwünschter· Bei einer Tropfengröße von etwa 1,27 cm Durchmesser und einer Fallbahn, welche eine Tropfenverweilzeit an der Luft von etwa 2,5 Sekunden ergibt, hat der erfindungsgemäße Sprühnebel eine wesentlich größere Kühleffektivität als die Sprühnebel aus den bekannten Düsen, welche unter denselben Bedingungen getestet wurden. Die durch die Erfindung erzielte Kühlwirksamkeit ist auch größer als berichtete Kühlwirkungsgrade von Vorrichtungen im gewerblichen Gebrauch.

Es wurde ferner gefunden, daß die größere vergleichbare Kühlwirksamkeit der durch die erfindungsgemäße Düsenanordnung erzielten Zerstäubung noch weiter erhöht wird durch Belüftung des Wassers vor dessen Austritt aus den Düsen. Dies wird vorzugsweise derart durchgeführt, daß man die Wasserströme veranlaßt, Luft in sich hineinzusaugen, wenn sie in einer Venturiströmung an Lufteinlaßöffnungen in den Düsenkörpern stromauf der Düsenauslässe vorbeiströmen, wobei die Menge der angesaug-

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ten Luft wenigstens eine Volumeneinheit pro 4- Volumeneinheiten Wasser beträgt. Durch ein derartiges Einführen von Luft in das Wasser wurde die Kühlwirksamkeit der erfindungsgemäßen Sprühnebel wesentlich erhöht, insbesondere um 30$ oder mehr, was von Wetterbedingungen abhängt. Ein Injizieren von komprimierter Luft in das Wasser stromauf der Düsen erzeugt einen ähnlichen, jedoch nicht größeren Effekt, zumal eine Lufteinführung bei den Düsen ohne Kosten bevorzugt wird.

Die Düsen können einstellbar gemacht werden, um den Auftreffwinkel der Strahlen zu variieren. Da dies jedoch eine vergrößerte Komplexität und größere Kosten verursacht, wird es bevorzugt , austauschbare kurze Rohrabschnitte zu verwenden, welche Düsen von unterschiedlichen festen Winkelbeziehungen zueinander haben. Diese Rohrabschnitte sind mit Planschen ausgerüstet, durch welche sie an das angrenzende Rohr angeschlossen werden können, wobei die Düsen in gewünschter Weise unterschiedliche Winke!anordnungen um die Rohrachse haben können.

Die Erfindung wird nachstehend anhand verschiedener in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht eines Abschnitts eines Strömungskanals von erhitztem Wasser, welcher mit einer Zerstäubungskühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist,

Fig. 2 einen Schnitt 2-2 aus Fig. 1,

Fig. 3 einen teilweise geschnittenen Aufriß eines der Module aus Fig. 1,

Fig. 4- in vergrößerter Darstellung eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines T-förmigen Rohrabschnitts mit zwei Düsenpaaren entsprechend den vorstehenden Zeichnungsfiguren, wobei jedoch die Düsen mit Luftzuführeinrichtungen versehen sind,

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Pig. 5 einen teilweisen Längsschnitt einer der Düsen aus Fig. 4_t

Fig. 6 eine Draufsicht eines T-förmigen Rohrabschnitts ähnlich dem gemäß Pig. 4, welchem gegenüber die Düsen jedoch eine abgewandelte Form haben,

Fig. 7 einen teilweisen Längsschnitt durch eine Düse gemäß Pig. 6,

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung eines Paars von Düsen gemäß Fig. 6, welche an einem unterschiedlichen Rohrabschnitt montiert sind,

Pig. 9 eine fragmentarische perspektivische Ansicht einer Abwandlung einer Düse gemäß Fig. 6 und

Pig. 10 einen fragmentarischen Grundriß einer Abwandlung der Vorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 1 zeigt einen Teil einer beispielsweisen Anordnung einer Zerstäubungskühlvorrichtung längs eines Strömungskanals 10 für erhitztes Wasser, welches beispielsweise aus der Kühlanlage eines Kraftwerks austritt. Es sei angenommen, daß der Strömungskanal 10 etwa 3048 cm breit und 467,2 cm tief ist, wobei die Wassertiefe im Kanal etwas geringer ist und durch ein nicht dargestelltes Wehr gesteuert wird. Wie dargestellt, sind erfindungsgemäße Düsenpaare, allgemein mit 12 bezeichnet, in Einheiten oder Modulen, allgemein mit 14- bezeichnet, vorgesehen, wobei jeder Modul zwölf Düsenpaare 12 und eine allgemein mit 16 bezeichnete Pumpe aufweist. Die Pumpen 16 sind auf Steigrohren 18 (Fig. 3) montiert, welche am Kanalboden auf Zementabstützungen 20 abgestützt sind und am Boden eine T-Verbindung zur Röhrenanordnung 22 hat, welche sich von gegenüberliegenden Seiten der Standrohre 18 in Längsrichtung des Kanalbodens erstreckt und auf Zementabstützungen 24 abgestützt ist. Die Standrohre 18 sind mit Einlassen 26 für das Wasser aus dem Strom versehen und die Pumpen 16 haben Laufräder 28, welche unterhalb

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der Einlasse 26 angeordnet sind, um das Wasser aus diesen nach unten in die Röhrenanordnung 22 zu pumpen. Eine turbulenzhemmende Platte 30 umgibt das Standrohr 18 an der Strömungsoberfläche, um eine Wirbelbildung des Wassers um das Standrohr 18 zu verhindern und eine stetige Strömung zu den Einlassen 26 zu schaffen.

Die Düsenpaare 12 (Figuren 2 und 3) sind an Rohrabschnitten 32 montiert und stehen mit dem Innenraum dieser in Verbindung, Ein Ende der Rohrabschnitte 32 ist geschlossen und das andere Ende ist an ein T-Paßstück 34- oben auf Standrohren 36 angeschraubt, welche mit der Röhrenanordnung 22 verbunden sind, so daß die Achsen der Rohrabschnitte 32 sich in Längsrichtung des Strömungskanals 10 erstrecken. In jedem Modul 14 sind jeweils zwei Rohrabschnitte 32 und Düsenpaare 12 mit jedem der sechs Standrohre 36 verbunden. Jede Düse eines Düsenpaars 12 hat die Form eines Rohrs 38, welches sich von seinem Einlaßende aus, das mit dem Inneren des Rohrabschnitts 32 in offener "Verbindung steht, bis zu einem im wesentlichen geraden Abschnitt krümmt, der in einem Auslaß der Düse endet. Ohne Belüftung an der Düse können die Rohre 38 einen vollständig gleichmäßigen Querschnitt haben, wie in Fig. 2 gezeigt. Wie in Fig. 2 dargestellt, haben die Düsen 38 jedes Düsenpaars 12 einen runden Querschnitt, obgleich sie auch von anderer Gestalt sein können, sie sind an die Rohrabschnitte 32 an gegenüberliegenden Seiten von dessen Achse angeschlossen y und die Auslaßenden der Düsen 38 verlaufen in gleichen gegenüberliegenden Winkeln von etwa 30° zur Achse des Rohrabschnitts 32. Die Düsenstrahlen treffen in einem eingeschlossenen Winkel von etwa 60° aufeinander auf, so daß der resultierende Wasserspritzer oder Sprühnebel, durch Pfeillinien 40 in Fig. angedeutet, in einem Winkel von etwa 30° zur Achse jedes Düsenauslasses verläuft. Die Rohrabschnitte 32 sind an die Paßstücke 34 derart angeschlossen, daß eine der Düsen 38 vorzugsweise im wesentlichen vertikal verläuft, wobei der sich aus dem Aufprall ergebende Sprühnebel im wesentlichen in einem Winkel von 30° zur Vertikalen verläuft, so daß der Sprühnebel einer gewünschten Flugbahn weg von seiner Quelle folgt. Durch Verbinden der beiden Abschnitte 32 mit dem Paßstück 34 derart, daß die gegenüberliegenden Düsen 38 der beiden Düsenpaare 12 an gegenüberlie-

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genden Seiten der Achse des Abschnitts 32 vertikal angeordnet sind, werden die Wasserspritzer in gegenüberliegende Seiten zur Achse der Abschnitte 32 gerichtet, was ein Sprühnebelmuster gemäß I¹Xg. 1 ergibt.

Wie dargestellt, ist jeder Modul 14 zum größten Teil im Wasser eingetaucht, außer dem Pumpenmotor und den Düsenpaaren 12, den Abschnitten 32 und den Paßstücken 34·· Eine derartige Anordnung ist erwünscht, da eine Wasserumgebung weniger korrosiv für das in der Vorrichtung verwendete Metall ist als eine Sprühnebel- und Luftumgebung, insbesondere wenn Salzwasser verwendet wird, und da das unter Wasser abzustützende Gewicht wesentlich geringer als in der Luft ist. Die Anordnung der Düsenpaare 12 zum Richten der Sprühnebel in gegenüberliegende Seiten zur Längsachse der Module 14 in und gegen den vorherrschenden Wind, wie in Fig. 1 gezeigt, ist erwünscht für eine gute Luftzirkulation durch den Sprühnebel. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß die flachen, bogenförmigen und fächerartigen Wasserspritzer, welche durch die Düsenpaare 12 gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt werden, eine wesentlich bessere Luftzirkulation ermöglichen, als dies bei runden oder konischen Wasserspritzern erreicht werden kann, welche in erster Linie bei den bekannten Kühlvorrichtungen verwendet wurden. Es versteht sich jedoch, daß die Anordnung gemäß Fig. 1 einschließlich der Anzahl der Düsen pro Modul, deren Richtung und die Art der Modulabstützung (welche auf Schwimmkörpern oder an Land sein kann), nur beispielhaft sind und daß verschiedene andere Anordnungen geeignet sind, wie nachstehend weiter erörtert.

Die Röhrenanprdnung 22 zwischen der Pumpe 16 und den ersten Düsenpaaren 12 an beiden Seiten der Pumpe 16 kann beispielsweise 60,96 cm lang sein. Jenseits jedes Standrohrs 36 kann der Durchmesser der Röhrenanordnung 22 verringert werden, um den Druck an den weiteren Düsenpaaren 12 von der Pumpe 16 gleichzuhalten.

Die Figuren 4 und 5 zeigen ein Düsenpaar mit kreisförmigem Querschnitt entsprechend den Figuren 2 und 3, welches jedoch für

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eine Luftzufuhr ausgebildet ist· Die Rohrabschnitte 32 gleichen denen in den Figuren 2 und 3 und haben eine endständige ■Verschlußplatte 42 und am anderen Ende einen Befestigungsflansch 44 zum Anschrauben an einen entsprechenden Plansch des Paßstücks 34, wobei die Flanschen mit einer Anzahl von Schraublöchern versehen sind, um eine Mehrzahl von Einstellpositionen des Düsenpaars um die Achse der Rohrabschnitte 32 zu ermöglichen. Die Düsenrohre 38 sind derart abgewandelt, daß ihre äußeren Spitzen 46 (Fig. 5) im äußeren und inneren Querschnitt reduziert oder verjüngt sind. Eine Düsenkappe 48, welche an einem Ende rund um die Düsenspitze 46 angeschweißt ist, hat einen knolligen Abschnitt, welcher die Düsenspitze 46 umgibt und sich zu einem Düsenauslaß 50 verjüngt, welcher einen etwas größeren Querschnitt als der Auslaß der Düsenspitze 46 hat und mit ringförmig angeordneten Lufteinlaßöffnungen 52 rund um die Düsenspitze 46 stromauf von deren Ende versehen ist. Die Düsenkappe 48 bildet somit einen Venturikanal, in welchem die Wasserströmung von der Düsenspitze 46 zum Auslaß 50 einen merklichen negativen Druck an den Lufteinlaßöffnungen 52 erzeugt, der bewirkt, daß Luft durch die Öffnungen 52 in den Wasserstrom einströmt und diesen belüftet. Das Paßstück 34- besitzt einen Befestigungsflansch 54 entsprechend den Flanschen 44 zur Befestigung an einen entsprechenden Flansch am Standrohr 36 derart, daß die Achse der Abschnitte 34 rechtwinklig um die Achse des Standrohrs 36 einstellbar ist.

Die Figuren 6 und 7 stellen Düsenpaare von alternativer Ausbildung dar, welche für Mengendurchsätze bevorzugt werden, die einen Auslaß 50 der Ausführungsform gemäß Figuren 4 und 5 von mehr als 6,35 cm Durchmesser erfordern würden. In den Figuren 6 und 7 entsprechen die Rohrabschnitte 56 den Rohrabschnitten 32 des vorhergehenden Ausführungsbeispiels und haben entsprechende endständige Verschlußplatten 58 und einen Befestigungsflansch 60 zur einstellbaren Befestigung an entsprechenden Flanschen am Paßstück 34-· Die Düsenrohre 64 jedes Düsenpaars unterscheiden sich von den Düsenrohren 38 gemäß den Figuren 4 und 5iin der Weise, daß sie allgemein rechtwinklig in ihrem inneren und äußeren Querschnitt sind, in welchem sie eine größere Länge als

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Breite haben· Wenn eine Lufteinführung vorgesehen ist, wie in den Figuren 6 und 7 vorgenommen, sind die Düsenrohre 64 mit einer Spitze 66 (Fig. 7) versehen, welche in ihrem äußeren und inneren Querschnitt etwas reduziert ist und um welche Düsenkappen 68 an mit Abstand voneinander angeordneten Abstützungen 70 montiert sind, die an den Düsenrohren 64 befestigt sind und zwischen sich Lüfteinlaßkanäle bilden. Die Düsenkappen 68 haben abgesehen von ihrer allgemein rechtwinkligen inneren und äußeren Querschnittsform eine ähnliche Form und Funktion wie die Düsenkappen 48 gemäß den Figuren 4 und 5 und verjüngen sich von einem erweiterten Bereich um die Düsenspitze 66 herum bis zu einem Düsenauslaß 72, welcher etwas geringere innere Abmessungen hat als die Düsenspitze 66 und dessen inneres Ende mit Abstand jenseits der Düsenspitze 66 angeordnet ist, um das Einströmen der Luft zu ermöglichen. Die Luft wird in das Wasser durch diesen Zwischenraum und zwischen den Abstützungen 70 aufgrund eines Venturieffekts wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 4 und 5 eingeführt. Die sich ergebende Belüftung des Wassers erhöht den Kühleffekt der Zerstäubung wesentlich. Messungen haben ergeben, daß etwa ein Volumenteil Luft pro 3 Volumenteile Wasser durch die dargestellten Venturianordnungen eingesaugt werden kann und ein Verhältnis von wenigstens einem Volumenteil Luft zu 4 Volumenteilen Wasser bevorzugt wird. Die durch die Düsen gemäß den Figuren 6 und 7 ausgestoßene flache Strömung führt aufgrund der Aufprallkraft der beiden Ströme ein gleichförmigeres Zerbrechen des Stroms in Tropfen herbei als dies der Fall bei einem Strom gleich hohen Volumens mit allgemein kreisförmigem Querschnitt wäre.

Es ist zu erwähnen, daß die Rohre 64 nicht nur in gegenüberliegende Richtungen mit Bezug auf die Achse des Rohrabschnitts winklig angestellt sind, sondern daß auch die langen Achsen der Rohre 64 in einem spitzen Winkel zueinander angestellt sind, und zwar gemäß der zeichnerischen Darstellung um etwa 25°. Der Grund hierfür liegt darin, zu ermöglichen, daß der sich aus dem Zusammenprall der beiden Ströme ergebende Sprühnebel sich breiter und ebener ausfächert.

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Als Alternative zur langgestreckten Düse gemäß den Figuren 6 und 7 ist es möglich, eine dritte Düse von kreisförmigem Querschnitt zu verwenden, wobei die drei Düsen an den Ecken eines Dreiecks derart angeordnet sind, daß sich ihre Ströme in demselben umschlossenen Winkel längs einer gemeinsamen Zone schneiden. Die Verwendung von zwei Düsen wird jedoch bevorzugt und die Verwendung von mehr als drei Düsen, deren Ströme gegenseitig aufeinander aufprallen, ist gewöhnlich unerwünscht.

Fig. 8 zeigt ein Düsenpaar gemäß den Figuren 6 und 7» welches an einem Rohrabschnitt 7^ montiert ist, der gegenüber den Rohrabschnitten 32 und 56 der vorher beschriebenen Ausführungsformen in der Weise abgewandelt ist, daß er zwo. Endflanschen 76 und 78 hat, durch welche er direkt mit der Röhrenanordnung 22 gekoppelt werden kann in Fällen, in denen die Rohrenanordnung an der Oberfläche des Wasserstroms oder außerhalb dieser angeordnet ist, wie dies für die abgewandelte Anordnung gemäß Fig.10 nachstehend erörtert wird. Die Flanschen 76 und 78 sind mit Schraublöchern versehen derart, daß sie an entsprechenden Flanschen innerhalb der Rohrenanordnung in verschiedenen Stellungen der Düsen mit Bezug auf die Achse des Rohrabschnitts 7^ befestigt werden können. Düsen mit rundem Querschnitt gemäß den Figuren 1 bis 5 können ebenfalls an Rohrabschnitten von der Art des Rohrabschnitts 74 montiert werden.

Bei den Düsen gemäß den Figuren 6 bis 8 hat man festgestellt, daß bei einem umschlossenen Auftreffwinkel oberhalb 4-0° ein übermäßiges Rückfallen von Wasser aus dem Bereich des Zusammentreffens der Ströme stattfindet. Dieses Problem hat man bei runden Düsenquerschnitten nicht angetroffen und-es bewirkte eine unerwünschte Beschränkung des brauchbaren Bereichs der von den aufeinander auftreffenden Strahlen umschlossenen Winkel. Es wurde jedoch gefunden, daß diese Schwierigkeit durch eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß Fig. 9 gelöst werden kann, wobei diese Abwandlung ermöglicht, daß diese Düsenform ohne einen wesentlichen Wasserrückfall bei umschlossenen Winkeln von 50 bis 60° und mehr je nach Wunsch verwendet werden kann.

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In Fig· 9 ist das Auslaßende einer Düsenkappe 68 einer Düse gemäß den Figuren 6 bis 8 ersichtlich, welches einen Auslaß 72 hat. Es sei angenommen, daß die nicht dargestellte andere Düse des Düsenpaars rechts in der Fig. 9 angeordnet ist, so daß die rechte Fläche des aus der dargestellten Düse austretenden Stroms auf den Strom aus der anderen Düse auftrifft. Eine Platte 80 ist an der Düsenkappe 68 unterhalb von deren Auslaß durch daran angeschweißte Schraubbolzen 82 befestigt und Muttern 84- pressen die Platte 80 gegen die Schraubbolzen umgebende Abstandshalter 86. Eine Mehrzahl von Stiften 88, von denen in der Zeichnung sechs dargestellt sind, sind an der Platte 80 befestigt und erstrecken sich durch diese hindurch derart, daß sie nach innen in Richtung auf den Auslaß 72 in einem spitzen Außenwinkel zur Achse des Auslasses 72 verlaufen, welcher in der zeichnerischen Darstellung etwa 30° beträgt. Die Stifte 88 haben abgeschrägte zugespitzte Spitzen 90, welche sich in die benachbarte Fläche der aus dem Auslaß 72 austretenden Strömung hinein erstrecken und einzahnen.

Die Einzahnung braucht nicht groß zu sein und es wurde in der Praxis gefunden, daß eine Erstreckung der Spitzen 90 der Stifte 88 jenseits der inneren Kante des Auslasses 72 von 1,59 mm ausreicht, wobei die Stifte 88 einen maximalen Durchmesser von etwa 6,35 mm haben. Die Einzahnung durch die Stifte 88 erzeugt augenscheinlich Wellen in der Oberfläche der Strömung, welche fortdauern solange diese Fläche auf die Fläche des Wasserstroms von der gegenüberliegenden Düse auftrifft, und die sich ergebende Ungleichförmigkeit ermöglicht, daß die Ströme in einem resultierenden Sprühnebel verschmelzen ohne einen merklichen Rückfall von Wasser, welcher andererseits oberhalb des von den aufeinander auftreffenden Strahlen eingeschlossenen Winkel von 4-0 auftreten würde. Die Verwendung der den Wasserstrom einzahnenden Stifte 88 an einer Düse eines Düsenpaars ist gemäß den durchgeführten Experimenten ausreichend, obwohl die Stifte 88 an beiden Düsen jedes Düsenpaars verwendet werden können, falls gewünscht.

Fig. 10 zeigt eine von verschiedenen möglichen alternativen

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Zerstäubungsmodulanordnungen gegenüber der in Fig. 1 gezeigten, wobei in Fig. 10 für entsprechende Teile der vorangehenden Zeichnungsfiguren entsprechende Bezugsziffern, jedoch in eingestrichener Form, verwendet werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Module 14' am Boden an den Seiten des Kanals 10* abgestützt. Pumpen 16' sind oberhalb von zum Kanal 10' hin offenen Becken 92 abgestützt, in welchen ihre nicht dargestellten Flügelräder und Gehäuse angeordnet sind, wobei die Flügelräder das Wasser nach aufwärts in die Röhrenanordnung 22' pumpen, welche an Bodenabstutzungen 24* montiert sind. Düsenpaare 12' haben im dargestellten Ausführungsbeispiel die Form gemäß den Figuren 6 bis 8 und sind an Rohrabschnitten 74' angebracht derart, daß die sich aus dem Aufprall der Wasserströme ergebenden Sprühnebel eine Fallbahn über das kanalförmige Auffanggefäß haben und in diesem enden.

Die Anbringung der Module an Land gemäß Fig. 10 hat wesentliche Vorteile hinsichtlich einer leichten Montage und Wartung. Es ist zu beachten, daß konische Sprühnebel gemäß dem Stand der Technik nicht für eine Anbringung der Vorrichtung an Land geeignet sind, da die Sprühnebel nur gegen eine einzige Seite eines Moduls gerichtet werden müssen. Wenn der Kanal breit genug ist, können Düsenpaare 12', wie dargestellt,.einander gegenüberliegend angeordnet werden und Sprühnebel mit einer Flugbahn bilden, welche sich etwa bis zur halben Strecke quer zum Kanal 10' erstreckt. Alternativ können die Düsenpaare 12 an einer Seite des Kanals 10' zwischen denen an der anderen Seite des Kanals 10' angeordnet sein, um Sprühnebel mit einer Flugbahn zu bilden, die sich annähernd quer über den Kanal 10' erstreckt.

Andere alternative Modulanordnungen, welche jedoch in der Zeichnung nicht gezeigt sind, umfassen Module ähnlich den Modulen 14' aus Fig. 10, wobei jedoch zwei Rohrabschnitte 74' Ende an Ende miteinander verbunden sind an jeder Düsenanordnung, wobei deren Sprühnebel in gegenüberliegende Seiten der Röhrenanordnung 22' gerichtet sind, welche an oder oberhalb der Oberfläche des im Kanal 10' befindlichen Wasserstroms an feststehenden oder

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schwimmenden Abstützungen abgestützt ist und wobei die Pumpen
16' entweder an Land oder an festehenden oder schwimmenden
Abstützungen im Wasserstrom abgestützt sind.

ρ
Die Querschnittsfläche jeder Düse kann bis etwa 77»4192 cm

oder sogar größer sein bei einer bevorzugten minimalen Quer-

schnittsfläche von etwa 6,4-516 om und einer bevorzugten minimalen Abmessung von etwa 1,27 bis 2,54- cm. Während in der Zeichnung dargestellt ist, daß das erhitzte Wasser von einer Quelle gepumpt wird, die in üblicher Weise auch das Auffanggefäß ist, können die Quelle unddas Auffanggefäß separat vorgesehen sein
und das Auffanggefäß braucht nicht ein Kanal zu sein, obgleich dies gewöhnlich der Fall ist.

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Claims

Ansprüche

Vorrichtung zur Kühlung großer Mengen von erhitztem Wasser, mit einer Röhrenanordnung, welche mit einer Mehrzahl von Zerstäubungseinrichtungen für den Austritt von Wasser, wie mit Abstand voneinander angeordneten Düsen, verbunden ist, Pumpeinrichtungen zum Pumpen von erhitztem Wasser von einer Wasserquelle durch die Röhrenanordnung zu den Zerstäubungseinrichtungen, einem Auffanggefäß zum Sammeln des zerstäubten Wassers und einem Auslaß für den Austritt des gekühlten Wassers aus dem Auffanggefäß, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zerstäubungseinrichtung mit Abstand voneinander angeordnete Gruppen (12, 12') von einander zugeordneten Düsen (38, 64) aufweist, die an die Röhrenanordnung (22, 22') angeschlossen sind, wobei jede zugeordnete Düse (38, 64) derart ausgebildet und angeordnet ist, daß das Wasser aus ihr in einem kohärenten Strahl austritt, welcher auf den durch die andere zugeordnete Düse (38, 64) der Gruppe (12, 12') austretenden Strahl längs im wesentlichen einer gemeinsamen Zone jenseits der Düsen (38, 64) vor einer merklichen Aufspaltung des Strahls mit einer Kraft auftritt, welche die Strahlen in einen Sprühnebel von Tropfen zerbricht, der eine resultierende Flugbahn weg von den einander zugeordneten Düsen (38, 64) hat, die im Auffanggefäß (10, 10') endet,
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (38, 64) derart angeordnet sind, daß die Strahlen in einem von ihnen eingeschlossenen Winkel von 15 bis 100° aufeinander auftreffen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe (12, 12') von einander zugeordneten Düsen (38, 64) aus zwei Düsen (38, 64) besteht.

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4·. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß der eingeschlossene Winkel und die Geschwindigkeit der aufeinander auftreffenden Strahlen so groß sind, daß allge^ mein Tropfen von etwa 1,27 cm Durchmesser gebildet werden.
5« Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslässe (50) der Düsen (38) derart ausgebildet sind, daß Strahlen mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt austreten·
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der eingeschlossene Winkel etwa 60 ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4- oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslässe (72) der Düsen (64·) derart geformt sind, daß Strahlen von im wesentlichen rechtwinkligem Querschnitt mit größerer Länge als Breite austreten und die Strahlen längs ihrer größeren Querschnittsabmessung aufeinander auftreffen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4· oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß der eingeschlossene Winkel im Bereich von 35 bis 60° liegt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugeordneten Düsen (64·) mit Bezug zueinander derart entgegengerichtet gekippt sind, daß die austretenden Strahlen mit ihren größeren Querschnittsabmessungen in spitzen Winkeln zueinander aufeinander auftreffen.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch Einrichtungen (88) an der längeren Seite wenigstens einer Düse (64-) eines Paars (12') zur Bildung mit Abstand voneinander angeordneter Einzahnungen in der Oberfläche des aus der Düse (64·) austretenden Strahls, welche als erste auf den aus der anderen Düse (64·) des Paars (12') austretenden Strahl auftrifft.

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11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß jede Düsengruppe (12, 12') einen Rohrabschnitt (32, 56, 74) umfaßt, wobei die Düsen (38, 64) an dem Rohrabschnitt (32, 56, 7*0 angebracht sind, indem sie mit ihren Einlaßenden mit dem Inneren des Rohrabschnitts (32, 56, 74) in Verbindung stehen und mit ihren Auslaßenden (50, 72) außerhalb des Rohrabschnitts (32, 56, 74) in entgegengesetzten Winkeln zur Rohrabschnittachse gerichtet sind, und wobei der Rohrabschnitt (32, 56, 74) mit einem Endflansch (44, 60, 76, 78) versehen ist zur Verbindung mit einem entsprechenden Plansch (62) an der Röhrenanordnung (22, 22') in wahlweise unterschiedlichen Winkelstellungen der Düsen (38, 64) um die Achse des Rohrabschnitts (32, 56, 74).
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine Belüftungseinrichtung (48, 68) zur Belüftung des Wassers vor dem Austritt aus den Düsen (38» 64)·
13· Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftungseinrichtung (48, 68) einen in den Düsen (38, 64) vorgesehenen Venturiabschnitt umfaßt, welcher einen Einlaß (52) hat, durch welchen Luft in das durch den Venturiabschnitt strömende Wasser hineingezogen wird·
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftungseinrichtung (48, 68) eine Kapazität zur Belüftung des Wassers mit wenigstens einer Volumeneinheit Luft pro vier Volumeneinheiten Wasser hat·

15· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß jede Düse (38, 64) eine Querschnittsfläche

von wenigstens etwa 6,4516 cm und eine minimale Abmessung von wenigstens 1,27 cm hat.

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