DE2816293A1

DE2816293A1 - Kuehlturm

Info

Publication number: DE2816293A1
Application number: DE19782816293
Authority: DE
Inventors: Geerard J Kosten
Original assignee: Lummus Co
Current assignee: CB&I Technology Inc
Priority date: 1977-04-18
Filing date: 1978-04-14
Publication date: 1978-10-19
Also published as: HU184162B; BR7802262A; NL7802825A; JPS53131551A; FI65377C; ZA781028B; JPS5624189B2; CA1075025A; IT7848445A0; IT1104110B; FR2388235B1; FR2388235A1; GB1600521A; DE2816293C2; FI780630A; FI65377B

Description

281R293

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kühlturm für dampfförmige oder flüssige Medien, dessen Mantelwandung im unteren Bereich Eintrittsöffnungen für Kühlluft und der eine obere stirnseitige Abströmöffnung für die Kühlluft aufweist, wobei in dem unteren Bereich innerhalb der Mantelwandung innenseitig von dem zu kühlenden Medium beaufschlagte Rippen- oder Glattrohre aufweisende Wärmeaustauschelemente angeordnet sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem derartigen Kühlturm eine gleichmäßigere Beaufschlagung aller Wärmeaustauschelemente mit Kühlluft zu erzielen und dadurch den Wirkungsgrad zu verbessern.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei dem eingangs näher erläuterten Kühlturm erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Wärmeaustauschelemente zur Bildung mindestens eines Ringes ringförmig angeordnet sind, wobei die Oberflächen der Wärmeaustauschelemente eine Ringwandung bilden, und daß Luftleitelemente vorgesehen sind, die die durch die Eintrittsöffnungen in den Kühlturm eintretende Kühlluft durch die Wärmeaustauschelemente lenken.

Die aus Wärmeautauschelementen bestehenden Ringe sind unter Abstand voneinander und von der Mantelwandung des Kühlturms angeordnet. Vorteilhafterweise sind mindestens zwei Ringe unter radialem Abstand voneinander vorgesehen. Die aus Wärmeaustauschelementen gebildeten Ringe sind vorzugsweise so angeordnet, daß die Oberflächen der Wärmeaustauschelemente konzentrische zylindrische Wandungen bilden. Auf diese Weise werden alle Wärmeaustauschelemente von der eintretenden Kühlluft hinsichtlich Strömungsgeschwindigkeit und Luftvolumen gleichmäßig beaufschlagt, so daß sich eine gegenüber den bekannten Anordnungen gesteigerte Kühlleistung

8Ü9842/1057

ergibt. Zu diesem Zweckkönnen auch der Abstand zwischen den Ringen und/oder die Höhe der Wärmeaustauschelemente derart aufeinander abgestimmt werden, daß ein gewünschtes optimales Verhältnis zwischen den Wärmeaustauschflächen und dem Strömungsquerschnitt gewährleistet ist und ein genügend großer Querschnitt für die Luftströmung zu den Wärmeaustauschflächen zur Verfügung steht.

Den Wärmeaustauschelementen sind geeignete Luftleitelemente zugeordnet, die den durch die Eintrittsöffnungen in den Kühlturm eintretenden Kühlluftstrom durch die Wärmeaustauschelemente lenken. Die Luftleitelemente bestehen im wesentlichen aus zahlreichen Platten, die zwischen benachbarten Ringen von Wärmeaustauschelementen angeordnet sind, wobei die Platten von dem Kühlturmumfang aus zur zentralen Achse des Kühlturms hin nach oben geneigt sind. Die Luftleitplatten erstrecken sich von dem unteren Ende der Wärmeaustauschelemente eines Ringes zu dem oberen Ende der Wärmeaustauschelemente des nach innen benachbarten Ringes. Die Wärmeaustauschelemente und die Platten sind derart angeordnet, daß die Neigung der Luftleitplatten im wesentlichen tangential zu der an der jeweiligen Stelle im Durchschnitt vorliegenden Strömungsrichtung durch den Kühlturm verläuft, so daß Strömungsverluste, insbesondere durch Sekundärwirbel, reduziert werden.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben, die anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden. Es zeigt:

809842/1057

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des Kühlturms im Querschnitt,

Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt des Kühlturms gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt gemäß Linie 3-3 in Fig. 1,

Fig. 4 einen Detailschnitt gemäß Linie 4-4 in Fig. 2,

Fig. 5A, 5B

und 5C verschiedene Ausführungsbeispiele für die Anordnung der aus Wärmeaustauschelementen bestehenden Ringe und

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel für die Luftleitelemente.

Das Ausführungsbeispiel zeigt einen hohlen Kühlturm 10 für natürlichen Zug mit einer hyperbolischen Mantelwandung und Eintrittsöffnungen 11 für Kühlluft, die durch den natürlichen Zug von der Umgebung angesaugt wird. Der Kühlturm kann auch für eine zwangsweise Luftbewegung ausgelegt sein oder im Falle von natürlichem Zug eine andere als die hyperbolische Form, wie beispielsweise eine zylindrische oder sich erweiternde Form, haben.

9842/1057

Im unteren Bereich des Kühlturms 10 sind zahlreiche Wärmeaustauschelemente 21 vorgesehen. Jedes Wärmeaustauschelement hat eine Wärmeaustauschfläche 22 in Form eines Rohrbühdels, das aus zahlreichen Rohren 23 besteht. Die Rohre 23 können horizontal oder vertikal angeordnet sein und sind - wie besonders gezeigt - horizontal. Die Rohre 23 eines Jeden Wärmeaustauschelements 21 sind in geeigneter an sich bekannter Weise derart angeordnet» daß die Luft durch die Wärmeaustauschelemente strömen kann, wobei das durch die Rohre 23 strömende Medium durch die Kühlluft gekühlt wird.

Die Wärmeaustauschelemente 21 sind ringförmig angeordnet und bilden Ringe 24a, 24b, 24c, 24d und 24e, die einen radialen Abstand voneinander haben, wobei die Oberflächen 22 der Wänneaustauschelemente 21 im wesentlichen vertikale Ringwandungen bilden. Wie besonders hervorgehoben, sind die Oberflächen bzw. Bündel 22 der Wärmeaustauschelemente 21 entlang Tangentialebenen vertikaler konzentrischer Zylinder angeordnet und bilden so konzentrische, im wesentlichen vertikale Wärmeübergangswände.

Luftleitelemente in Form zahlreicher flacher Platten 26 sind für Jeden Ring 24a bis 24e von Wärmeaustauschelementen 21 vorgesehen, die verhindern, daß die Luft nach oben durch die Zwischenräume zwischen den aus Wärmeaustauschelementen gebildeten Ringen strömt, und so die Luft durch die Wärmeaustauschelemente 21 eines Jeden Ringes 24a bis 24e leiten. Die Platten 26 eines Jeden Ringes haben eine von unten nach oben abnehmende Breite und sind um den Ring herum derart angeordnet, daß sie sich in der gleichen Richtung wie die Oberflächen der Wärmeaustauschelemente des Ringes erstrecken. Die Platten 26 verbinden benachbarte Ringe von Wärmeaustauschelementen und sind von dem oberen Rand der Wärmeaustauschelemente eines Ringes zu dem unteren Rand der

8U38A2/1Ü57

Wärmeaustauschelemente des nach außen "benachbarten Ringes geneigt. Jedes Wärmeaustauschelement eines Ringes ist zweckmäßigerweise gesondert mit einer Luftleitplatte 26 versehen, obgleich die Möglichkeit besteht, mehrere gesonderte Luftleitplatten 26 vorzusehen, die mit mindestens zwei Wärmeaustauschelementen eines Ringes zusammenarbeiten oder es können für jedes Wärmeaustauschelement eines Ringes mehrere Luftleitplatten vorgesehen werden. Die Luftleitplatten 26 des äußeren Ringes 24e erstrecken sich von dem oberen Rand seiner Wärmeaustauschelemente nach unten zu der Mantelwandung des Kühlturms.

Die Luftleitplatten 26 sind unter einem Winkel angeordnet, der im wesentlichen der Strömungsrichtung der Luft entspricht, die sich an den jeweiligen Stellen des Kühlturms 10 einstellt, wodurch die Umlenkverluste reduziert werden. Die geeignete Neigung der Platten 26 verläuft im wesentlichen tangential zu der durchschnittlichen Strömungsrichtung der Luft, die sich innerhalb des Kühlturms 10 in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren ergibt, nämlich eine geeignete Auslegung des Anstiegs der zylindrischen Wandungen aus Wärmeaustauschelementen gegenüber einander, die Durchmesser der Ringe von Wärmeaustauschelementen und/oder die Höhe der Wärmeaustauschelemente. Die Luftleitplatten 26 des äußeren Ringes 24e von Wärmeaustauschelementen verhindern eine tote Zone an der Innenseite der Mantelwandung oberhalb der Eintrittsöffnungen 11, indem die Luft, die sich gewöhnlich an dem Sturz der Mantelwandung ablöst, durch den äußersten Ring 24e von Wärmeaustauschelementen geleitet wird.

Die Wärmeaustauschelemente 21 sind im wesentlichen in Form von hochkant-stehenden Quadern angeordnet, d.h. die Höhe jedes Wärmeaustauschelementes 21 ist größer als seine Breite. Obgleich es sich hierbei um eine bevorzugte Ausführungsform handelt, können die Abmessungen auch anders gewählt werden.

809842/1057

Die Gesamtanordnung der konzentrischen zylindrischen Oberflächen der Wärmeaustauschelemente ist variabel. So können die aus Wärmeaustauschelementen gebildeten konzentrischen Ringe nach außen gemäß Fig. 5A hyperbolisch ansteigen. Auch ein parabolischer Anstieg gemäß Fig. 5B ist möglich. Andererseits können die Bündel auch gemäß Fig. 5C auf der gleichen Ebene angeordnet sein. Andere geometrische Anordnungen sind ebenfalls möglich.

Es kann eine wirtschaftlich und fertigungstechnisch günstige Bündelhöhe gewählt werden, und anschließend werden die Anzahl der Ringe und die Abstände zwischen den Ringen entsprechend angepaßt, um die erforderliche gesamte Wärmeübergangsfläche für einen bestimmten Turmdurchmesser zu erhalten.

In gleicher Weise kann das geforderte Verhältnis von Bündeloberfläche zu Strömungsquerschnitt über den gesamten Kühlturmquerschnitt dadurch aufrechterhalten werden, daß der Abstand zwischen den aus Wärmeaustauschelementen gebildeten Ringen zur zentralen Achse des Turms hin vergrößert wird, während die Höhe der einzelnen Bündel konstant gehalten wird, oder durch Reduzierung der Bündelhöhe in Richtung der zentralen Achse des Turms, während der Abstand zwischen den Ringen konstant gehalten wird.

Die Wärmeaustauschelemente eines jeden Ringes 24a, 24b, 24c etc. sind zweckmäßigerweise innerhalb des Kühlturms 10 auf ringförmig umlaufenden Balken 31 angeordnet, die auf Stützen 32 ruhen, die auf dem Umfang unter bestimmten Abständen angeordnet sind_o

Das zu kühlende oder zu kondensierende Medium wird den Wärmeaustauschelementen 21 eines jeden Ringes zweckmäßigerweise über einen ringförmig angeordneten Verteiler 41 zugeführt, der für jeden Ring 24a bis 24e vorgesehen ist und an

9842/1057

_: 2815293

- v\ -.'■■"■■■■■

vertikale Eintrittsverteiler 42 für jedes Wärmeaustauschelement 21 eines Ringes angeschlossen ist» In gleicher Weise kann das gekühlte Medium von jedem Wärmeaustauschelement 21 eines Ringes 24a "bis 24e mittels eines ringförmigen Sammlers 45"abgezogen werden, der an Austrittssammler 44 eines jeden Wärmeaustauschelementes angeschlossen ist.

Eine Speiseleitung 45 für das dampfförmige oder flüssige Medium ist über eine YerMndungsleitung 56 mit jedem ringförmigen Verteiler 41 verbunden, wobei in der Leitung 56 ein geeignetes Ventil 4? vorgesehen ist,wodurch einer oder mehrere Ringe außer Betrieb gesetzt werden können, während eine symmetrische Luftströmung durch die übrigen Ringe von Wärmeaustauschelementen aufrechterhalten wird. Eine geeignete nicht dargestellte Ablaufleitung und ebenfalls nicht dargestellte Verbindungsleitungen sind vorgesehen, um das Medium aus dem Sammler 43 abzuziehen.

Me Luftströmung durch die Ringe von Wärmeaustauschelemen— ten kann dadurch gesteuert werden, daß die Luftleitplatten bewegbar ausgebildet sind, so daß sie zwischen einer Stellung, in der sie den Luftstrom durch die Wärmeaustauschelemente leiten, in eine Stellung schwenkbar sind_r in der sie eine Luftströmung durch die Wärmeaustauschelemente hindurch verhindern. Ein Ausführungsbeispiel für diese Anordnung ist in Fig. 6 gezeigt. Eine Luftleitplatte 51 ist in einen feststehenden oberen Abschnitt 52 und einen bewegbaren unteren Abschnitt 53 unterteilt, wobei der untere Abschnitt eine Länge aufweist, die ausreicht, um den Abstand zwischen zwei Ringen von Wärmeaustauschelementen zu überbrücken bzwo abzudecken. Der untere Abschnitt 53 ist an den Ringbalken 31 scharnierartig angelenkt und kann durch ein Stellglied 54 im Bereich des Scharniers bewegt werden, das hydraulisch, pneumatisch oder elektromechanisch arbeitet. In der unteren Stellung des unteren Abschnitts 53 des

8 U 9 8A 2 / 1 Ü 5 7

2 8 1 R 2 9

Luftleitelements 51 ist die Luftzufuhr zu dem zugeordneten Wärmeaustauschelement 21 unterbrochen. In der oberen Stellung wird die Luft durch das zugeordnete Wärmeaustauschelement 21 gelenkt.

Die bewegbaren Luftleitelemente 51 können dazu verwendet werden, einen oder mehrere Ringe von Wärmeaustauschelementen oder einen oder mehrere Wärmeaustauschelemente eines Ringes außer Betrieb zu setzen, indem die Luftzufuhr unterbrochen wird. Zusätzlich können die Luftleitplatten 51 verwendet werden, um die Luftzufuhr bei Frost zu steuern. So kann die Luftbeaufschlagung von Wärmeaustauschelementen eines Ringes dadurch unterbrochen werden, daß die unteren Abschnitte 53 der Luftleitplatten 51 des entsprechenden Ringes nach unten geschwenkt werden, wodurch die Wärmeaustauschelemente dieses Ringes sich auf der Warmluftseite des Kühlturms befinden und das heiße Medium in den Rohren keine Wärme abgibt und damit nicht gefriert.

Obgleich eine ringförmige Anordnung der Wärmeaustauschelemente in Form/Zylindern als bevorzugte Ausführungsform beschrieben worden ist, können die Ringwandungen auch eine andere Gestalt haben. So können die Ringwandungen auch im wesentlichen konisch sein, wobei die Wandungen von der Mantelwandung des Turms zu der zentralen Achse des Kühlturms hin nach unten geneigt sind.

Obgleich die Rohre der Wärmeaustauschelemente als U-Rohre dargestellt sind, können gerade Rohre Anwendung finden. Die Rohre können auch eher vertikal als horizontal ausgerichtet sein.

8U98A2/10 57

28 I R?S>3

Als in den Wärmeaustauschelementen zu kühlendes oder zu kondensierendes Medium kann ein Gas, wie beispielsv/eise Dampf, Anwendung finden, der beim Durchströmen der Wärmeaustauschrohre kondensiert wird oder eine Flüssigkeit, wie Wasser, das in den Rohren gekühlt wird. Für Dampfkondensation sind zweckmäßigerweise horizontale Rohre vorgesehen, die zwischen vertikalen Eintrittsverteilern und Austrittssammlern angeordnet sind. Die Wasserkühlung erfolgt zweckmäßigerweise in vertikalen Rohren.

Die Wärmeaustauschelemente sind vorteilhafterweise in der zuvor beschriebenen Weise angeordnet, so daß die Wärmeübergangsfläche von dem Zentrum des Kühlturms aus zu dessen Umfang hin zunimmt, wobei eine Vergrößerung der Luftströmung von der zentralen Achse des Kühlturms her zu der außen liegenden Mantelwandung hin stattfindet. Eine derartige Vergrößerung der Fläche kann auch durch Vergrößerung der Höhe der Wärmeaustauschelemente oder durch Änderung der Abstände zwischen den Ringen von Wärmeaustauschelementen erreicht werden«, Der Kühlturm gewährleistet stabilisierte Betriebsbedingungen auch bei Teillast, veränderlichen Windeinflüssen und sich ändernden Lastbedingungen. Die Windempfindlichkeit hinsichtlich wechselnder Stärken und Richtungen ist erheblich reduziert.

809842/1057

eerseite

Claims

R. SPLANEMANN dr. B. REITZNER J.RICHTER F. WERDERMANN

DIPL.-ING. DIPL.-CHEM. DIPL.-ING. DIPL.-ING.

MÜNCHEN

HAMBURG

The Lummus Company

Bloomfield, N.J. USA

aoooMüNCH_{EN2 i4>}

Telefon (089j 220207/220209

Telegramme: Inventius München

UnsereAkto: 3106-1-10.190

Ihr Zeichen:

Patentanmeldung

Kühlturm

Patentansprüche

Kühlturm für dampfförmige oder flüssige Medien, dessen Mantelwandung im unteren Bereich Eintrittsöffnungen für Kühlluft und der eine obere stirnseitige Abströmöffnung für die Kühlluft aufweist, wobei in dem unteren Bereich innerhalb der Mantelwandung innenseitig von dem zu kühlenden Medium beaufschlagte Rippen- oder Glattrohre aufweisende Wärmeaustauschelemente angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauschelemente (21) zur Bildung mindestens eines Ringes (24a bis 24e) ringförmig angeordnet sind, wobei die Oberflächen (22) der Wärmeaustauschelemente (21) eine Ringwandung bilden, und daß Luftleitelemente (26) vorgesehen sind, die die durch die Eintrittsöffnungen (11) in den Kühlturm (10) eintretende Kühlluft durch die Wärmeaustauschelemente (21) lenken.

809842/1057

ORIGINAL iNöP£CTED

2H !R233

2. Kühlturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauschelemente (21) in Form von mindestens zwei einen radialen Abstand voneinander aufweisenden Ringen (24a bis 24e) angeordnet sind.

3. Kühlturm nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauschelemente (21) mit ihren Oberflächen (22) konzentrische, zylindrische Ringwandungen bilden.

4o Kühlturm nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitelemente (26) aus flachen, die Luft leitenden Platten bestehen, die jedem Ring (24a bis 24e) aus Wärmeaustauschelementen (21) zugeordnet und von der zentralen Achse des Kühlturms (10) nach unten geneigt sind sowie sich zwischen benachbarten Ringen (24a bis 24e) erstrecken, wobei die Platten des äußeren Ringes (24e) zu der Mantelwandung des Kühlturms (10) führen.

5. Kühlturm nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,daß die die Luft leitenden Platten (26) unter einem Winkel geneigt sind, der angenähert dem der natürlichen Luftströmung durch den Kühlturm (10) entspricht.

6. Kühlturm nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauschelemente (21) eine größere Höhe als Tiefe haben.

7ο Kühlturm nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ringe (24a bis 24e) von Wärmeaustauschelementen (21) vorgesehen sind, die in unterschiedlicher Höhe angeordnet sind und von einem inneren Ring (24a) zu einem äußeren Ring (24e) ansteigen.

8098A2/1057

28 ί 6?93

8. Kühlturm nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Oberfläche (22) aus zahlreichen Rohren von Wärmeaustauschelementen (21) gebildet ist.

9. Kühlturm nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der Rohre vertikal verläuft_o

10. Kühlturm nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der Rohre horizontal verläuft.

11. Kühlturm nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauschelemente (21) in Tangentialebenen von konzentrischen vertikalen Zylindern angeordnet sind und so die zylindrischen Wandungen bilden.

12. Kühlturm nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der die Luft leitenden Platten (26) von unten nach oben abnimmt.

13. Kühlturm nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die die luft leitenden Platten (26, 51) aus einem feststehenden oberen Abschnitt (52) und einem bewegbaren unteren Abschnitt (53) bestehen, der untere Abschnitt (53) eine Länge aufweist, die ausreicht, um den Abstand zwischen zwei benachbarten Ringen (24a bis 24e) von Wärmeaustauschelementen (21) zu überbrücken, und der bewegbare untere Abschnitt (53) zwischen einer geöffneten Stellung, in der die Luft durch die Wärmeaustauschelemente (21) gelenkt wird, und einer geschlossenen Stellung verschwenkbar ist, in der die Luftströmung durch die Wärmeaustauschelemente (21) unterbrochen ist (Fig. 6).

8 0 9 8 A Ί Ι Ί 0 5 7

_ Z₄- -

14. Kühlturm nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13» dadurch gekennzeichnet _t daß er mit natürlichem Zug arbeitet.

15. Kühlturm nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere einen Abstand voneinander aufweisende Ringe (24a bis 24e) von Wärmeaustauschelementen (21) vorgesehen sind, wobei der Abstand zwischen den Ringen (24a bis 24e) in Richtung der zentralen Achse des Kühlturms (10) zunimmt.

16. Kühlturm nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15» dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ringe (24a bis 24e) von Wärmeaustauschelementen (21) vorgesehen sind, wobei die Höhe jedes Ringes (24a bis 24e) in Richtung der zentralen Achse des Kühlturms (10) abnimmt.

8Ü9842/1Ü57