DE2816293C2 - Kühlturm - Google Patents

Description

angepaßt sind, so daß die Luftleiteiemente die Kühlluft relativ gleichmäßig durch die Wärmeaustauschelemente hindurchleiten, ohne die Kühlluft umzulenken. Die Kühlluft strömt so im wesentlichen in gedachten Radialebenen, die von der Kühlturmachse ausgehen. ■) Die Wärmeaustauschelemente und die Luftleitelemente sind derart «(!geordnet, daß die Neigung der Luftleitelemente im wesentlichen tangential zu der an der jeweiligen Stelle im Durchschnitt vorliegenden Strömungsrichtung durch den Kühlturm ist, ta daß Strömungsverluste, insbesondere durch Sekundärwirbel, reduziert werden. Die Luftleitelemente unterstützen damit die Umlenkung der Kühlluftströmung im unteren Bereich des Kühlturms, so daß die hinter den Eintrittsöffnungen einsetzende Umlenkung optimal zur Beaufschlagung der Wärmeaustauschelemeiite ausgenutzt wird, die auf diese Weise in ganzer Fläche besonders gleichmäßig beaufschlagt werden und zwar unabhängig davon, ob der jeweils betrachtete Ring einen größeren oder kleineren Durchmesser hat. Durch die gleichmäßige Beaufschlagung aller Wärmeaustauschelemenie wird der Wirkungsgrad des Kühlturms erheblich gesteigert Der Kühlturm ist wenigü? seitenwindempfindlich. Die Wärmeaustauschelemente sind durch die Art und Anordnung der Luftleitelemente besonders günstig in den Strömungsverlauf gebracht, so daß sich an den Wärmeaustauschelementen ein relativ geringer Strömungswiderstand ergibt Da die Wärmeaustauschelemente gegenüber den Eintrittsöffnungen für die Kühlluft nach innen versetzt sind, kann die höhere Luftgeschwindigkeit besser ausgenutzt werden. Eine gesteigerte Kühlleistung ergibt sich auch dadurch, daß die Wärmeaustauschelemente sowohl hinsichtlich der Strömungsgeschwindigkeit als auch hinsichtlich des Luftvolumens gleichmäßig beaufschlagt werden und zu diesem Zweck auch der Abstand zwischen den Ringen und/oder die Höhe der Wärmeaustauschelemente derart aufeinander abgestimmt werden kann, 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 Die Wärmeaustauschelemente haben einen geringen Platzbedarf, da sie dichter angeordnet werden können.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unterarräprüchen unter Schutz gestellt.

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

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des Kühlturms im Querschnitt,

Fig.2 eindn ve-größerten Teilschnitt des Kühlturms gemäß F ig. 1,

F i g. 3 einen Schnitt gemäß Linie 3-3 in F i g. 1, F i g. 4 einen Detailschnitt gemäß Linie 4-4 in F i g. 2,

Fig.5A, 5B und 5C verschiedene Ausführungsbeispiele für die Anordnung der aus Wärmeaustauschelementen bestehenden Ringe und

F i g. 6 ein Ausführungsbeispiel für die Luftleitelemen- eo te.

Das Ausführungsbeispiei zeigt einen hohlen Kühlturm 10 für natürlichen Zug mit einem hyperbolischen Mantel 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 a :Jere als die hyperbolische Form, wie beispielweise eine zylindrische oder sich erweiternde Form, haben.

Im unteren Bereich des Kühlturms 10 sind /ahlreiche Wärmeaustauschelemente 21 vorgesehen. Jedes Wärmeaustauschelement hat eine Wärmeaustauschfläche 22 in Form eines Rohrbündels, das aus zahlreichen Rohren 23 besteht Die Rohre 23 sind im Ausführungsbeispiel horizontal angeordnet Sie können aber auch vertikal angeordnet sein. Die Rohre 23 eines jeden Wärmeaustauschelements 21 sind in geeigneter, an sich bekannter Weise derart angeordnet, daß die Luft durch die Wärmeaustauschelemente 21 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, 246,24c, 24t/ und 24e die einen radialen Abstand voneinander haben, wobei die Oberflächen 22 der Wärmeaustauschelemente 21 im wesentlichen vertikale Ringwandungen bilden. Wie besonders hervorgehoben, sind die Oberflächen 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 24evon Wärmeaustauschelementen 21 vorgesehen, die verhindern, daß die Luft nach oben durch die Zwischenräume zwischen den aus Wärmeaustauschelementen 21 gebildeten Ringen 24a bis 24e hindurch strömt und so die Luft durch die Wärmeaustauschelemente 21 eines jeden Ringes 24a bis 24e leiten. Die Platten 26 eines jeden Ringes 24a bis 24e haben eine von unten nach oben abnehmende Breite und sind um den jeweiligen Ring 24a bis 24e herum derart angeordnet daß sie benachbarte Ringe 24a bis 24e von Wärmeaustauschelementen 21 verbinden und von dem oberen Rand der Wärmeaustauschelemente 21 eines Ringes 24a bis 24t/ zu dem unteren Rand der Wärmeaustauschelemente 21 des nach außen benachbarten Ringes 246 bis 24e geneigt sind. Jedes Wärmeaustauschelement 21 eines Ringes 24a bis 24e ist zweikmäßigerweise gesondert mit einer Luftleitplatte 26 versehen, obgleich die Möglichkeil besteht, mehrere gesonderte Luftleitplatten 26 vorzusehen, die mit mindestens zwei Wärmeaustauschelementen 21 eines Ringes 24a bis 24e zusammenarbeiten, oder es können für jedes Wärmeaustauschelement 21 eines Ringes 24a bis 24e mehrere Luftleitplatten 26 vorgesehen werden. Die Luftleitplatten 26 des äußeren Ringes 24e erstrecken sich von dem oberen Rand seiner Wärmeaustauschelemente nach unten zum Mantel des Kühlturms 10.

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 Umlreikverluste reduziert werden. Die geeignete Neigung der Platten 26 verläuft im wesentlichen tangential zu der durchschnittlichen Strömungsrichtung der Luft, die sich innerhalb des Kühlturms 10 Vl Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren ergibt, nämlich einer geeigneten Auslegung des Anstiegs der zylindrischen Wandungen aus Wärmeaustauschelementen 21, den Durchmessen¹: der Ringe 24a bis 24e von Wärmeaustauschelementen 21 und der Höhe der Wärmeaustauschelemente 21. Die Luftleitplatten 26 des äußere·: Ringss 24e von Wärmeaustauschelementen verhindern eine tote Zone an der Innenseite der Mantelwandung oberhalb der Eintritt-

söffnungen II. indem die Luft, die sich gewöhnlich an dem Sturz der Mantelwandung ablöst, durch den äußersten Ring 24c 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 Ausführungsfnrm handelt, können die Abmessungen auch anders gewählt werden, n·

Die Gesamtanordnung der konzentrischen, zylindrischen Oberflächen 22 der Wärmeaustauschelemente 21 ist variabel. So können die aus Wärmeaustauschelementen 21 gebildeten, konzentrischen Ringe 24a bis 24e 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 24a bis 24e und die Abstände zwischen den Ringen 24a bis 24e entsprechend angepaßt, um die erforderliche gesamte Wärme- ?> Übergangsfläche für einen bestimmten Turmdurchmesser zu erhalten.

In gleicher Weise kann das geforderte Verhältnis von Bündeloberflächen 22 zu Strömungsquerschnitt über den gesamten Kühiturmquerschnitt dadurch aufrechter- in halten werden, daß der Abstand zwischen den aus Wärmeaustauschelementen 21 gebildeten Ringen 24a bis 24c zur zentralen Achse des Turins hin vergrößert wird, während die Höhe der einzelnen Bündel konstant gehalten wird, oder durch Reduzierung der Bündelhöhe ü in Richtung der zentralen Achse des Turms, während der Abstand zwischen den Ringen 24a bis 24c konstant gehalten wird.

Die Wärmeaustauschelemente 21 eines jeden Ringes 24a. 24i>. 24c etc. sind zweckmäßigerweise innerhalb des ■=" Kühlturms 10 auf lingförmig umlaufenden Balken 31 angeordnet, die auf Stützen 32 ruhen, die auf dem Unfang unter bestimmten Abständen angeordnet sind. Das zu kühlende oder zu kondensierende Medium wird den Wärmeaustauschelementen 21 eines jeden ^J"> Ringes zweckmäßigerweise über einen ringförmig angeordneten Verteiler 41 zugeführt, der für jeden Ring 24a bis 24e vorgesehen ist und an vertikale Eintrittsverteiler 42 für jedes Wärmeaustauschelement 21 eines Ringes 24a bis 24e angeschlossen ist. In gleicher Weise ν kann das gekühlte Medium von jedem Wärmeaustauschelement 21 eines Ringes 24a bis 24e mittels eines ringförmigen Sammlers 43 abgezogen werden, der an Austrittssammler 44 eines jeden Wärmeaustauschelementes angeschlossen ist. '->=,

Eine Speiseleitung 45 für das dampfförmige oder flüssige Medium ist über eine Verbindungsleitung 56 mit jedem ringförmigen Verteiler 41 verbunden, wobei in der Leitung 56 ein geeignetes Ventil 47 vorgesehen ist, wodurch einer oder mehrere Ringe 24a bis 24e außer *■■« Betrieb gesetzt werden können, während eine symmetrische Luftströmung durch die übrigen Ringe 24a bis 24e von Wärmeaustauschelementen 21 aufrechterhalten wird. Eine geeignete nicht dargestellte Ablaufleitung und ebenfalls nicht dargestellte Verbindungsleitungen sind vorgesehen, um das Medium aus deir. Sammler 43 abzuziehen.

Die Luftströmung durch die Ringe 24a bis 24e von Wärmeaustauschelenienten 21 kann dadurch gesteuert werden, daß die Luftleitplatten 26, 51 bewegbar ausgebildet sind, so daß sie zwischen einer Stellung, in der sie den Luftstrom du^rch die Wärtneaustausehelemente 21 leiten, in eine Stellung schwenkbar sind, in der sie eine Luftströmung durch die Wärmeaustauschelemente 21 hindurch verhindern. Ein Ausführungsbeispiel für diese Anordnung ist in F i g. 6 gezeigt. Eine Luftleitplaüf 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 24a bis .'Ie von Wärmeaustauschelenienten 21 zu überbrücken bzw. 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 Luftleitelements 5i lsi uitf i-uit/.uiuMi /.u ucitr /.ugeuiuiieieii vr'äiTncäüS-tauschelement 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 24a bis 24e von Wärmeaustauschelementen 21 oder einen oder mehrere Wärmeaustauschelemente 21 eines Ringes 24a bis 24e außer Betrieb zu setzen, indem die Luftzufuhr unter!-lochen wird. Zusätzlich können die Luftleitplatten 51 verwendet werden, um die Luftzufuhr bei Frost zu steuern. So kann die Luftbeaufschlagung von Wärmeaustauschilementen 21 .ines Ringes 24a bis 24e dadurch unterbrochen werden, daß die unteren Abschnitte 53 der Luftleitplatten 51 des entsprechenden Ringes 24a bis 24c nach unten geschwenkt werden, wodurch die Wärmeaustauschelemente 21 dieses Ringes 24a bis 24c sich auf der Warmluftseite des Kühlturms 10 befinden und das heiße Medium in den Rohren 23 keine Wärme abgibt und damit nicht gefriert. Obgleich eine ringförmige Anordnung der Wärmeaustauschelemente 21 in Form von 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 sie vom Mantel des Kühlturms 10 zu der zentralen Achse des Kühlturms 10 hin nach unten geneigt sind.

Obgleich die Rohre 23 der Wärmeaustauschelemente 21 als U-Rohre dargestellt sind, können auch gerade Rohre Anwendung finden.

Als in den Wärmeaustauschelementen zu kühlendes oder zu kondensierendes Medium kann ein Gas, wie beispielsweise 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 Kühkurms her zu der außen liegenden Mantelwandung hin stattfindet. Eine derartige Vergrößerung der Räche kann auch durch Vergrößerung der

Höhe der Wärmeaiisiauschelemente oder durch Änderung der Abstände /wischenden 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.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

1. Patentansprüche:

   \, Kühlturm für dampfförmige oder flüssige Medien mit Eintrittsöffnungen für Kühlluft im unteren Bereich des Mantels und einer oberen, stirnseitigen Abströmöffnung für die Kühlluft, in dessen unterem Bereich innerhalb des Mantels von dem zu kühlenden Medium innenseitig beaufschlagte Rippen- oder Glattrohre aufweisende, etwa vertikale Wände bildende Wärmeaustauschelemen- ι ο te in mindestens zwei konzentrischen Ringen angeordnet sowie Luftleitelemente vorgesehen sind, weiche die Kühlluft durch die Wärmeaustauschelemente leiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauschelemente (21) radial beabstandete Ringwände bilden.
2. 2. Kühlturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauschelemente (21) in Tangentialebenen von konzentrischen, vertikalen Zylindern angeordnet sind.
3. 3. Kühlturm nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (24a bis 24eJ von Wärmeaustauschelementen (21) in unterschiedlicher Höhe angeordnet sind und vom inneren Ring (24a) zum äußeren Ring (24e,l ansteigen.
4. 4. Kühlturm nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Ringen (24a bis 24e) is Richtung der zentralen Achse des Kühlturms (10) zunimmt.
5. 5. Kühlturm nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe jedes Ringes (24a bis 24e) in Richtung der zentralen Achse des Kühlturm» (10) abnimmt.
6. 6. Kühlturm nach, eineir der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauschelemente (21) eine größe-e Höhe als Breite aufweisen.
7. 7. Kühlturm nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitelemente sich jeweils als flache, nach außen abfallend geneigte Platten (26) zwischen benachbarten Ringen (24a bis 24eJ aus Wärmeaustauschelementen (21), bzw. zwischen dem äußeren Ring {24e) und dem Mantel des Kühlturms (10) erstrecken,
8. 8. Kühlturm nach Anspruch 7. dadurch gekenn* zeichnet, daß die luftleitenden Platten (26) unter einem Winkel geneigt sind, der angenähert dem der natürlichen Luftströmung durch den Kühlturm (10) entspricht.
9. 9. Kühlturm nach einem der Ansprüche 7 oder 8, so dadurch gekennzeichnet, daß die luftleitenden 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 24eJ von Wärmeaustauschelementen (21) zu überbrükken, 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 (F ig. 6).
10. 10. Kühlturm nach einem der Ansprüche 1 bis 9, *>5 dadurch gekennzeichnet, daß er mit natürlichem Zug arbeitet.

    Die Erfindung betrifft einen Kühlturm der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art,

    Bei einem derartigen Kühlturm für dampfförmige oder flüssige Medien (DE-OS 22 42 058, Fig. I bis 6) ist jedes Rippen- oder Glattrohre aufweisende Wärmeaustauschelement einem Luftleitelement zugeordnet, so daß eine dachartige Konstruktion entsteht, deren Stirnseiten durch Abdeckwände verschlossen sind, um die Kühlluft zum Durchtritt durch die Wärmeaustauschelemente zu zwingen. Die dachartigen Komruktionen sind innerhalb des Mantels des Kühlturms radial ausgerichtet und auf mehreren konzentrischen Ringen angeordnet. Bei einer Ausführungsform steht das Wärmeaustauschelement einer jeden dachartigen Konstruktion etwa vertikal, während das zugehörige, eine luftundurchlässige Trennwand bildende Luftleitelement schräg angeordnet ist Jedes Luftleitelement verläuft von der oberen Kante der dachartigen Konstruktion bis zum Fuß des benachbarten Wärmeaustauschelements und gleicht somit die sich durch die radiale Anordnung in der kreisförmigen Grundfläche ergebende Verbreiterung zum Rand des Kühlturms hin aus. Jedes Wärmeaustauschelement bildet dabei eine von der Kühlluft durchströmte Wand, die an der Lufteintrittsseite durch die Abdeckwände an den Stirnseiten der dachartigen Konstruktion begrenzt ist, wobei zwischen den Abdeckwänden benachbarter dachartiger Konstruktionen ein Zwischenraum vorgesehen ist. Da alle dachartigen Konstruktionen in radialer Richtung innerhalb des Mantels des Kühluirms angeordnet sind, wird die durch die Eintrittsöffnungen in radialer Richtung eintretende Kühlluft an den Luftleitelementen in eine Tagentialrichtung und in eine gedachte horizontale Ebene umgelenkt Innerhalb dieser Ebene tritt die Kühlluft durch die Wärmeaustauschelemente hindurch und wird dann an der Außenseite des Luftleitelements der benachbarten, dachartigen Konstruktion erneut in eine vertikale Richtung bzw. in Richtung der Abströmöffnung umgelenkt, wobei die Tangentialkomponente der vCühiluft-Strömung wieder mindestens teilweise abgebaut wird. Dadurch ergibt sich ein erheblicher Zugwiderstand und insbesondere ein ungleichmäßige Beaufschlagung der Wärmeaustauschelemente mit Kühlluft, zumal die Stau- und Umlenkeinflüsse an den Innenseiten und Außenseiten der Luftleitelemente sowie in deren unteren und oberen Bereichen unterschiedlich sind. Dies führt zu unkontrollierbaren Wirbelbildungen, was noch durch unterschiedliche Lastbedingungen und wechselnde Windverhältnisse der eintretenden Kühlluft überlagert wird, so daß die Kühlleistung gemindert und von äußeren Einflüssen zu stark abhängig ist. Dies is! auch dadurch bedingt, daß das einzelne Wärmeaustauschelement — über seine gesamte Eintrittsfläche betrachtet — nicht gleichmäßig mit Kühlluft beaufschlagt wird und die Kühlluft innerhalb des Wärmeaustauschelements eine unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeit hat.

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

    Dieses wird bei dem im Oberbegriff angegebenen Kühlturm erfindungsgemäß durch das kennzeichnende Merkmal von Anspruch I erreicht.

    Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß sowohl die Luftleitelemente als auch die Wärmeaustauschelemente der Kühlluftströmung von den unteren Eintrittsöffnunsen zu der oberen Abströmöffnune weitgehend