DE2830266C2 - Vorrichtung zur Verhinderung von Einbrüchen insbesondere kalter Luft in die im wesentlichen senkrecht nach oben abströmende Warmluftmasse von Kühltürmen - Google Patents
Vorrichtung zur Verhinderung von Einbrüchen insbesondere kalter Luft in die im wesentlichen senkrecht nach oben abströmende Warmluftmasse von KühltürmenInfo
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Description
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verhinderung von Einbrüchen insbesondere kalter Luft in die im
wesentlichen senkrecht nach oben abströmende Warmluftmasse von Kühltürmen mit natürlichem Zug
und/oder zwangsweiser Belüftung.
Beim Betrieb von Kühltürmen unterliegt die Auftriebsleistung unabhängig davon, ob es sich um
natürliche oder zwangsweise Belüftung handelt, in erheblichem Maße Umgebungseinflüssen der freien
Atmosphäre. Neben Einflüssen des Seitenwindes sowohl auf den Lufteintritt am Boden als auch auf den
Austritt der Warmluftmasse aus der Mündung spielt die Schichtung der Umgebungsluft sowie die Ausbreitung
der abströmenden Warmluftmasse eine wesentliche Rolle.
Um die für die Leistung der Kühltürme nachteiligen Umgebungseinflüsse d^r freien Atmosphäre herabzusetzen,
sind verschiedene Vorschläge gemacht worden. Hierzu zählt einmal eine Verengung des Austrittsquerschnius,
durch welche die Austrittsgeschwindigkeit der abströmenden Warmluftmasse vergrößert wird. Der
Zweck dieser Vergrößerung der Austrittsgeschwindigkeit liegt einerseits in der Stabilisierung der aus der ti
Kühlturmmündung austretenden Strömung und andererseits in einer Verlegung der Mischzone zwischen
der abströmenden Warmluftmasse und der kalten Umgebungslufl in größere Höhen. Die Verengung des
Austrittsquerschnitts wird deshalb insbesondere bei ruhender oder nur wenig bewegter Umgebungsluft
wirksam. Für mittleren bis stärkeren Seitenwind wird deshalb zusätzlich vorgeschlagen, diesen Seitenwind im
Btreich der aus dem Bauwerk abströmenden Warmluftmasse nach oben abzulenken, um einerseits seitliche
Verlagerungen der abströmenden Warmluftmasse zu vermeiden und andererseits den nach oben abgelenkten
Seitenwind zur Zugverstärkung heranzuziehen. In diesem Zusammenhang wurde vorgeschlagen, den die
Querschnittsverminderung bewirkenden konischen Bereich am Kühlturmaustritt mit einer ringförmigen
Windleitvorrichtung derart zu umgeben, daß sich ein düsenartiger Strömungsquerschnitt für den nach oben
umgelenkten Seitenwind ergibt.
Diese aus der Literatur für Kühltürme seit langem bekannten und zumindest bei Rauchgaskaminen mit
einem großen Höhen-Durchmesser-Verhältnis angewandten Maßnahmen lassen insgesamt unberücksichtigt,
daß es sich sowohl beim Seitenwind als auch bei der aus dem Gebäude abströmenden Warmluftmasse um
ebene Strömungen handelt, die sich leicht miteinander mischen. Aus diesem Grunde können die bekannten
Vorschläge auch bei großem technischen Aufwand nur geringe Verbesserungen der Auftriebsleistung zur Folge
haben.
Der Frfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Verhinderung von Einbrüchen insbesondere
kalter Luft in die im wesentlichen senkrecht nach oben abströmende Warmluftmasse von Kühltürmen
mit natürlichem Zug und/oder zwangsweiser Belüftung zu schaffen, die mit geringem technischen und
baulichen Aufwand die für die Auftriebsleistung des Kühlturms schädlichen Einflüsse der Umgebungsluft
sowohl bei ruhender als auch bei leicht bis kräftig bewegter Luft erheblich vermindert und gleichzeitig
eine Verbesserung der Auftriebsleistung erzielt, so daß bei der Erstellung neuer Kühltürme deren Höhe
verringert und bei vorhandenen Kühltürmen mit gegebener Höhe deren Leistung auch bei extrem
ungünstigen Witterungsverhältnisäen erheblich gesteigert werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß im Kühlturm
oberhalb der Kühlturmeinbauten ein sich um die senkrechte Längsmittelachse des Kühlturms drehender,
angetriebener Rotor angeordnet ist, wodurch die axial im Kühlturm verlaufende Vertikalströmung mit einer
Potentialströmung (drehungsfreien Umlaufströmung) überlagert wird.
Durch die erfindungsgemäße Überlagerung der axial im Bauwerk verlaufenden Vertikalströmung mit einer
Potentialströmung, bei welcher das Produkt aus Umfangsgeschwindigkeit und Radius für jede Querschnittsebene
konstant ist, ergibt sich physikalisch gesehen eine Wirbelsenke, die um einen festen Kern
rotiert. Ein derartiger sogenannter Potentialwirbel besitzt eine große Stabilität gegen äußere Einflüsse und
insbesondere die Eigenschaft, sich nicht mit einer ebenen Luftströmung zu vermischen, die seitlich auf den
Potentialwirbel auftrifft.
Für diese größere Stabilität des Potentialwirbels und seine Eigenschaft, sich im Bereich des Kühlturmaustrittes
nur in vernachlässigbar kleinem Umfang mit der Umgebungsluft zu vermischen, gibt es zwei Gründe, die
sich beide aus dem Gesetz von Bernoulli ableiten lassen, wonach der Gesamtdruck gleich der Summe aus
statischem Druck und dynamischem Druck ist. Hieraus resultiert, daß im Gegensatz zu einer reinen Vertikalströmung,
bei der das Druckprofil in Achsrichtung des Kühlturms über den Querschnitt annähernd konstant ist,
beim Potentialwirbel ein Gefälle des statischen Druckes von außen nach innen besteht, da bei gleichem
Gesamtdruck über den Querschnitt der dynamische Druckanteil im Kern des Wirbels sehr viel größer ist als
außen. Durch dieses horizontale Druckprofil des statischen Druckanteils mit Höchstwerten am Rende
des Potemialwirbels ergibt sich einerseits eine große Stabilität der drehungsfreien Umlaufströmung und
andererseits ein Schutz des Wirbels gegen Auflösung und Vermischung mit der Umgebungsluft. Diese Effekte
werden andererseits durch das horizontale Geschwindigkeitsfeld unterstützt. Während wegen der fehlenden
Horizontalkomponente der Geschwindigkeit bei einer reinen Vertikalströmung der Seitenwind leicht in die aus
dem Kühlturm austretende Warmluftmasse eindringen und diese zu der vom Wind abgewandten Seite
abdrängen kann, wodurch auf der dem Wind zugewandten Seite ein Unterdruck mit zwangsläufigem Einströmen
von Luft entsteht, wird dies beim Potentialwirbel durch die zum Wirbelkern hin größer werdende
Horizontalkomponente der Umlaufströmung verhindert, die einen abstoßenden Effekt auf seitliche
Anströmung durch Umgebungsluft ausübt und einer Vermischung der aus dem Gebäude austretenden
Warmluftmasse mit der Umgebungsluft entgegenwirkt.
Eine gewisse an den Berührungsflächen zwischen dem Potentialwirbel und der Umgebungsluft stattfindende
Vermischung ist unschädlich, weil die Umlaufströmung erhalten bleibt. Diese geringfügige Vermischung
vergrößert lediglich den Durchmesser des Potemialwirbels, ohne die im Wirbel enthaltene
Zirkulation zu verändern. Auch eine unter dem Einfluß von Seitenwind erfolgende leichte Abknickung des
Potentialwirbels in Richtung der Resultierenden aus Umlaufgeschwindigkeit und Windrichtung ist ohne
großen Einfluß auf die saugende Wirkung des Potentialwirbels, da diese nur vom Dichteunterschied
zwischen der Warniluftmasse und der Umgebungsluft abhängt. Auch bei Seitenwind besitz! die Potentialströmung
deshalb einen effektiven Auftrieb, welcher die gegenständliche Höhe des Kühlturms übersteigt, weil
der Potentialwirbel ohne Vermischung mit der Umgebungsluft bis zu einem gewissen Abstand oberhalb der
Ausströmöffnung des Kühlturms erhalten bleibt. Neben der stabilisierenden Wirkung des Potentialv/irbels, die
Einbrüche der ruhenden oder seitlich anströmenden Umgebungsluft verhindert, hat die Überlagerung der
Vertikalströmung durch eine Potentialströmung somit den Vorteil, daß bei vorhandenen Kühltürmen die
Auftriebsleistung verbessert bzw. bei neu zu errichtenden Kühltürmen dieselbe Auftriebsleistung mit einer
niedt igeren Kühlturmhöhe erzielt werden kann.
Aus der DE-PS 6 85 964 ist es zwar bekannt, mittels eines Ventilators eine Erhöhung der Zugwirkung eines
Kaminkühlers zu erzielen. Hierbei handelt es sich jedoch um eine Verstärkung der senkrecht nach oben
verlaufenden Strömung und nicht um die Erzeugung einer die axial im Kühlturm verlaufenden Vertikalströmung
überlagernden Potentialströmung. Auch die bei Rauchgaskaminen bekannten Maßnahmen zur Stabilisierung
der Rauchgasströmung dienen nicht der Verhinderung von Kaltlufteinbrüchen, sondern der
Zugverstärkung der Rauchgaskamine.
Der sich gemäß dem erfindungsgemäßen Vorschlag
um die senkrechte Längsmittelathse des Kühlturms drehende Rotor hat im Verhältnis zum Durchmesser des
Kühlturms einen geringen Durchmesser und eine kleine Antriebsleistung, da ausreichend Zeit zur Verfügung
steht, die Potentialströmung über den gesamten Kühlturmdurchmesser zu erzeugen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt der Rotor einen zylindrischen Grundkörper
mit auf dessen Oberfläche angeordneten Schaufeln. Diese Schaufeln können in axialer Richtung des Rotors
entweder geradlinig oder gekrümmt verlaufen, wobei die Krümmung in axialer Richtung von der Unterkante
zur Oberkante des Rotors zunehmen kann.
Bei einer anderen Ausbildung besitzt der Rotor einen )5 zylindrischen Grundkörper, dessen Oberfläche mit
gleichmäßig über den Umfang verteilten Erhebungen und/oder Vertiefungen, beispielsweise in Form einer
aufgebrachten Streckmetallauflage, versehen ist. Diese im Verhältnis zum Durchmesser des Rotors und
insbesondere des Kühlturms flachen Erhebungen oder Vertiefungen reichen aus, um nach einer ausreichenden
Anlaufzeit einen über die gesamte Querschnittsfläche des Kühlturms wirksamen Potentialwirbel zu erzeugen.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind unterhalb und/oder innerhalb der Kühlturmeinbauten
Leitvorrichtungen zum Umlenken der einströmenden Kühlluft in Umfangsrichtung angeordnet, um die
Strömungsenergie der in radialer Richtung in den Kühlturm einströmenden Luft mindestens teilweise zur
„, Erzeugung der Poientialströmung auszunutzen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden
näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch einen j5 Kühlturm, dessen Verlikalströmung mit einer Potentialströmung
überlagert ist,
Fig. 2 einen Teilschnilt durch den Kühlturm gemäß
F i g. 1 mit eingezeichneter Druckverteilung,
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Kühl-4D
turms,
F i g. 4 eine Draufsicht auf drei Zellenkühltürme,
F i g. 5 einen senkrechten Schnitt gemäß der Schnittlinie V-V in Fig. 4,
Fig.6 eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels
eine? Rotors,
F i g. 7 eine Draufsicht auf den Rotor nach F i g. 6.
Fig.8 eine perspektivische Ansicht eines zweiten
Ausführungsbeispiels eines Rotors und
F i g. 9 eine dritte Ausführungsmöglichkeit für den mit einem Mantel umgebenen Rotor.
In Fig. 1 ist schematisch anhand eines senkrechten
Schnittes durch einen Kühlturm 1 die Überlagerung der Vertikalströmung V im Kühlturm 1 durch eine
Potentialströmung P dargestellt. Bei dem Kühlturm 1 handelt es sich um einen Kühlturm mit natürlichem Zug,
bei welchem oberhalb der Kühlturmeinbauten 2 ein Rotor 3 zur Erzeugung der drehungsfreien Umlaufströmung
angeordnet ist. Die Kühlturmeinbauten 2 können entweder als Rieseleinbauten für einen unmittelbaren
Wärmeaustausch zwischen dem herabrieselnden Wasser und der am Fuß des Kühlturms 1 eintretenden Zuluft
Z oder als Wärmeaustauscher für einen mittelbaren Wärmeaustausch ausgebildet sein, bei denen das
Kühlmedium im geschlossenen Kreislauf zur Erzielung ei eine, sogenannten Trockenkühlung umläuft.
Wie die Zeichnung gemäß F i g. 1 erkennen läßt, reichen geringe Abmessungen des Rotors 3 aus, um eine
über die gesamte Querschnittsfläche des Kühlturms 1
reichende Potentialströmung P zu erzeugen. Diese der Vertikalströmung V überlagerte Potentialströmung P
besitzt eine große Stabilität auch gegen Anströmung durch Seitenwind S, so daß selbst bei kräftigem
Seitenwind 5 nur eine geringfügige seitliche Verlagerung des Potentialwirbels stattfindet und sich dieser
Potentialwirbel erst in größeren Höhen oberhalb des Kühlturmes 1 auflöst.
In F i g. 2 ist die Druckverteilung in einem bestimmten Strömungsquerschnitt des Kühlturms 1 bei mit einer
Potentialströmung P überlagerter Vertikalströmung V dargestellt. Die Darstellung zeigt, daß bei einem über
die gesamte Strömungsfläche gleich großen Gesamtdruck peey der statische Druckanteil pslJl von der Mitte
zu den Rändern des Potentialwirbels hin zunimmt, weil der dynamische Druckanteil pjyn, im Kern der Potentialströmung
am größten ist. Dies ergibt sich aus der drehungsfreien Umlaufströmung, die der Bedingung
unterliegt, daß das Produkt aus Umfangsgeschwindigkeit und Radius konstant ist.
Während in Fig. 1 ein Kühlturm 1 mit natürlichem
Zug dargestellt ist, zeigt das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 einen Kühlturm 1, dem die Zuluft über
Ventilatoren 4 zugeführt wird. Diese Ventilatoren üind beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig.3 unterhalb der
Kühlturmeinbauten 2 gleichmäßig verteilt über den kreisförmigen Umfang des Kühlturmes 1 angeordnet.
Beim dritten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 und 5 sind drei Kühltürme 1 unmittelbar in einem
aneinandergebaut, und zwar zu sogenannten Zellenkühltürmen. Auch bei diesen Kühltürmen 1 wird die
Zuluft durch Ventilatoren 4 zugeführt, die allerdings wegen des quadratischen Grundrisses der Kühltürme 1
nur auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind.
Bei allen drei Ausführungsbeispielen ist oberhalb der Kühlturmeinbauten 2 im Kühlturm 1 ein Rotor 3 zur
Erzeugung der Potentialströmung Pangeordnet.
Die Fig. 6 bis 9 zeigen schließlich verschiedene
Ausführungsmöglichkeiten für den Rotor 3.
Bei der ersten Ausführungsform nach den Fi g. 6 und 7 besteht der Rotor 3 aus einem zylindrischen
Grundkörper 3a, auf welchem in Längsrichtung verlaufende Schaufeln ib angeordnet sind. Der Rotor 3
besitzt weiterhin eine Achse 3c, die auf der Längsmittelachse des Kühlturms 1 angeordnet ist. Der Antrieb des
Rotors 3 erfolgt vorzugsweise durch einen auf der Zeichnung nicht dargestellten Elektromotor. Durch die
Drehung des zylindrischen Grundkörpers 3a mit den Schaufeln 3b wird beginnend vom Kern her mindestens
ein Teil der in axialer Richtung durch den Kühlturm 1 strömenden Warmluftmasse in Umfangsrichtung mitgenommen.
Nach einer gewissen Zeit stellt sich eine drehungsfreie Umlaufströmung über den gesamten
Strömungsquerschnitt des Kühlturms 1 ein.
Bei der zweiten Ausführungsform des Rotors nach Fig. 8 besitzt der mit der Achse 3c versehene
Grundkörper 3d eine Streckmetallauflage 3e, die auf der
Oberfläche des Grundkörpers 3d gleichmäßig über den Umfang verteilte Erhebungen und Vertiefungen bildet.
Diese verhältnismäßig flachen Erhebungen und Vertiefungen reichen aus. nach einer gewissen Anlaufzeit die
gesamte Warmluftmasse in Umdrehung zu versetzen, um die gewünschte Potentialströmung zu erzeugen.
Während bei den beiden voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen die Rotoren 3 unmittelbar zur
Erzeugung der Potentialströmung herangezogen werden, ist beim letzten Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 9
der Grundkörper 3f des Rotors mit einer in axialer Richtung gekrümmten Schaufel 3g versehen, deren
Krümmung vom Fuß zur Spitze des Grundkörpers 3/ zunimmt. Diese Schaufel 3^ ist von einem rohrförmigen
Mantel 6 umgeben, so daß bei einem Antrieb des Grundkörpers 3/ eine rotierende Luftsäule aus der
oberen öffnung des Mantels 6 austritt, die ihrerseits die umgebende Warmluftmasse in Rotation versetzt. Bei
der Ausführungsform nach Fig. 9 liegt somit ein mittelbarer Antrieb der Warmluftmacse durch den
Rotor 3 vor.
Eine derartige rotierende Luftsäule zur Erzeugung der Potentialströmung kann auch durch Anblasen eines
feststehenden Dralleinsatzes mit Druckluft erzeugt werden. In Übereinstimmung mit der in Fig.9
gezeichneten Ausführungsform wäre es lediglich erforderlich, den dortigen Grundkörper 3/"nicht anzutreiben,
sondern feststehend auszuführen. Durch Einblasen von Druckluft von unten in den Mantel 6 wird diese infolge
der zunehmenden Krümmung der als Leitspirale dienenden Schaufeln 3g in zunehmende Rotation
versetzt und tritt als rotierende Luftsäule oben aus dem Mantel 6 aus. Sie dient somit wie ein Rotor als Initiator
für die Potentialströmung.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Vorrichtung zur Verhinderung von Einbrüchen insbesondere kalter Luft in die im wesentlichen
senkrecht nach oben abströmende Warmlufimasse von Kühltürmen mit natürlichem Zug und/oder
zwangsweiser Belüftung, dadurch gekennzeichnet,
daß im Kühlturm (1) oberhalb der Kühlturmeinbauten (2) ein sich um die senkrechte
Längsmittelachse des Kühlturms (1) drehender, ,0
angetriebener Rotor (3) angeordnet ist, wodurch die axial im Kühlturm verlaufende Vertikalströmung mit
eimer Potentialströmung überlagert wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (3) einen zylindrischen |5
Grundkörper (3a, 3f) mit auf dessen Oberfläche angeordneten Schaufeln (3b, 3g/besitzt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (3b) in axialer Richtung
des Rotors (3) geradlinig verlaufen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (3g) in axialer Richtung
des Rotors (3) gekrümmt verlaufen, wobei die Krümmung der Schaufeln (3g) in axialer Richtung
von der Unterkante zur Oberkante des Rotors (3) zunimmt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (3) einen zylindrischen
Grundkörper (3d) besitzt, dessen Oberfläche mit gleichmäßig über den Umfang verteilten Erhebungen
und/oder Vertiefungen, beispielsweise in Form einer aufgebrachten Streckmetallauflage (3e), versehen
ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb und/oder innerhalb der J5
Kühlturmeinbauten (2) Leitvorrichtungen zum Umlenken der einströmenden Kühlluft in Umfangsrichtung
angeordnet sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2830266A DE2830266C2 (de) | 1978-07-10 | 1978-07-10 | Vorrichtung zur Verhinderung von Einbrüchen insbesondere kalter Luft in die im wesentlichen senkrecht nach oben abströmende Warmluftmasse von Kühltürmen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2830266A DE2830266C2 (de) | 1978-07-10 | 1978-07-10 | Vorrichtung zur Verhinderung von Einbrüchen insbesondere kalter Luft in die im wesentlichen senkrecht nach oben abströmende Warmluftmasse von Kühltürmen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2830266A1 DE2830266A1 (de) | 1980-01-24 |
DE2830266C2 true DE2830266C2 (de) | 1983-04-14 |
Family
ID=6043992
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2830266A Expired DE2830266C2 (de) | 1978-07-10 | 1978-07-10 | Vorrichtung zur Verhinderung von Einbrüchen insbesondere kalter Luft in die im wesentlichen senkrecht nach oben abströmende Warmluftmasse von Kühltürmen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2830266C2 (de) |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE685964C (de) * | 1938-04-27 | 1939-12-30 | Paul H Mueller Dr Ing | Kaminkuehler fuer die Rueckkuehlung von Wasser mit zur zeitweiligen Unterstuetzung der Zugwirkung fuer die aufsteigende Kuehlluft vorgesehenem Schraubenluefter |
DE1551895A1 (de) * | 1960-03-04 | 1970-04-16 | Siemens Ag | Einrichtung zum Stabilisieren der aus einem Schornstein ausstroemenden Rauchgase |
DE1255840B (de) * | 1960-03-04 | 1967-12-07 | Siemens Ag | Einrichtung zum Stabilisieren der aus einem Schornstein ausstroemenden Rauchgase |
DE1282220B (de) * | 1967-06-02 | 1968-11-07 | Siemens Ag | Einrichtung zum Stabilisieren der aus einem Schornstein ausstroemenden Rauchgase |
-
1978
- 1978-07-10 DE DE2830266A patent/DE2830266C2/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2830266A1 (de) | 1980-01-24 |
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