DE2832162A1

DE2832162A1 - Kuehlverfahren und kuehlturm

Info

Publication number: DE2832162A1
Application number: DE19782832162
Authority: DE
Inventors: Jean Maurice; Raymond Quesnel
Original assignee: Renault Techniques Nouvelles Appliquees
Current assignee: Renault Techniques Nouvelles Appliquees
Priority date: 1977-07-22
Filing date: 1978-07-21
Publication date: 1979-02-08
Also published as: US4267883A; IT1108781B; FR2398276A1; BR7804730A; DE2832162C2; GB2001423A; FR2398276B1; GB2001423B; IT7868744A0

Description

-H-

RENAULT TECHNIQUES NOUVELLES Boulogne Billancourt
Frankreich

Kühlverfahren und Kühlturm

Die Erfindung bezieht sich auf die Luftkühlung zur Abfuhr von nicht in Elektrizität umgewandelter überschüssiger Wärme bei Kraftwerken aller Art, insbesondere thermischen und kerntechnischen. Die Erfindung betrifft insbesondere ein neuartiges Verfahren zur Kühlung auf trockenem Wege und mit natürlichem Durchzug sowie einen geeigneten Turm zur Durchführung des Verfahrens. Die Erfindung ist auch anwendbar auf feuchte Systeme oder auf Trocken-Feucht-Mischsysteme.

Es gibt Trocken-Luftkühler, bei denen die Kühlfluidkreise vollständig geschlossen sind,d. h. daß das Fluid in keiner direkten Berührung mit der Außenluft ist, wodurch es möglich ist, insbesondere Kühltürme an Stellen anzuordnen, an denen es an Wasserjmangelt oder bei denen die Entnahme und die Wiederzufuhr von Wasser in die natürliche Umgebung (Gewässer, Meere) vermieden werden soll.

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Derartige Türme bestehen im eillgemeinen aus einer Drehkörper-Schale großer Höhe, die an der Basis von einem Kranz schräger Pfosten getragen ist, die von einem kreisförmigen Sturz überbaut sind. Die Wärmetauscher, die in Gruppen ausgebildet durch einfache Rohrleitungen gebildet oder die mit Flügeln oder Rippen versehen sein können, sind über dem Boden nahe der Basis des Turms getragen durch ein Metall-Tragwerk in Gitterform, das seinerseits durch vertikale Pfosten getragen ist, die auf der Oberfläche der.Basis des Turms eingesetzt sind.

Die an der Basis des Turms zwischen den Tragpfosten ankommende Außenluft durchsetzt die Gruppe von Wärmetauschern,in denen im geschlossenen Kreis das zu kühlende Primärfluid strömt oder umläuft.

Im Pä'll eines einzigen Netzes in Höhe der Gruppe der Wärmetauscher versorgt der Kreis des zu kühlenden Fluids die gesamte Wärmetauschfläche. Die Einrichtung ist daher abhängig von diesem Netz berechnet, um die maximale Wärmeabfuhr sicherzustellen, abhängig von einer gegebenen Auftriebskraft der heißen Luft bei Berücksichtigung der geringsten Lastverluste für die Luft und damit der geringsten Höhe der Schale.

Im Fall mehrerer zu kühlender Primärfluid-Netze, die voneinander unabhängig sind und die getrennt versorgt sind, mit im Inneren des gleichen Turms angeordneten Wärmetauschflächen soll das der Erfindung zugrundeliegende Verfahren die Abfuhr der maximalen Wärmeströmungen sicherstellen, wenn die Versorgung eines der Fluid-Netze unterbrochen ist.

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Zu diesem Zweck gibt die Erfindung ein Verfahren zur Kühlung auf trockenem Wege und mit natürlichem Durchzug an j bei dem die Gruppe der Wärmetauscher, in mehrere unabhängige von einem zu kühlenden Fluid getrennt versorgte Netze unterteilt ist, das sich dadurch auszeichnet, daß die Auftriebskraft der heißen Luft zum Austritt oder Oberende des Turms beibehalten wird und damit die Nenn-Wärmeabfuhr des mindestens einen in Betrieb befindlichen Netzes durch Trennung der Luftströme im Inneren des Turms.

In seiner einfachsten und kleinsten Form zeichnet sich die erfinaungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des

Verfahrens im wesentlichen durch einen zumindest zweischaligen Trockenturm aus, bei dem die innere Schale im wesentlichen konzentrisch zur äußeren Schale ist und bei dem die Trennwände an der Basis die unabhängigen Netze voneinander trennen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die wind-widerstandsfähige äußere Schale wie üblich aus Beton und ist die innere Schale, die durch die äußere Schale geschützt ist, aus einer verspannten bzw. eingespannten Anordnung gebildet, die wesentlich leichter ist als die herkömmlichen Anordnungen, die dem Wind widerstehen können müssen, wobei die Anordnung durch geeignete Mittel eingespannt oder verspannt ist gegenüber dem Boden und gegenüber dem Kopfkranz der äußeren Schale.

Die Erfindungjgibt also ein Verfahren und einen Turm zum Kühlen auf trockenem Wege und mit natürlichem Durchzug an, bei denen die Gruppe von Wärmetauschern in mehrere unabhängige Netze geteilt ist, die getrennt von einem zu

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kühlenden Fluid versorgt sind und bei denen die Nenn-Wärmeabfuhr der in Betrieb befindlichen Netze durch Trennung der Luftströme im Inneren des Turms aufrechterhalten wird mittels einer geeigneten Trennwand oderr.Abtrennung insbesondere mittels einer zweischaligen Anordnung. Die Erfindung ist insbesondere auf die Abfuhr von in Elektrizitätswerken aller Arten, insbesondere thermischen und kerntechnischen,nicht umgesetzten Wärmemengen anwendbar.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. la bis ld· in Aufsicht einen Querschnitt durch den Turm für verschiedene Beispiele der geometrischen Verteilung der Netze an der Wärmetauschfläche;

Fig. 2 im Längsschnitt eine Ansicht eines zweischaligen Turms mit steifem Aufbau;

Fig. 3, Ί im Schnitt bzw. in Aufsicht einen zweischaligen Turm, bei dem nur die innere Schale eine von Zugstangen eingespannte Anordnung ist;

Fig. 5, 6 im Schnitt und in Aufsicht einen doppelschaligen Turm, bei dem beide Schalen durch um einen mittigen Mast eingespannte Anordnungen gebildet sind,

Gemäß der ■ Erfindung ergibt das Verfahren eine Aufteilung der Gruppe der Wärmetauscher in mehrere unabhängige Netze, die getrennt vom zu kühlenden Fluid versorgt sind, wodurch verschiedene Betriebszustände möglich sind.

Die Fig. la bis Id zeigen vier verschiedene Möglichkeiten der Aufteilung, die lediglich beispielhaft Und nicht einschränkend sind.

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Fig. 1 zeigt zwei durch einen Durchmesser voneinander getrennte Netze. Pig. Id zeigt ein Bündel von sich radial erstreckenden und diametral gegenüberliegenden acht Netzen. Gemäß Fig. Ib sind zumindest zwei Netze 1, konzentrisch zueinander angeordnet, wobei die Trennlinien der Anordnung als Strichlinien dargestellt sind, und zwar um die Symmetrieachse 3 des Turms. Fig.Ic zeigt eine Kombination der Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. la und Ib , bei dem vier Netze vorgesehen sind, die durch zwei jeweils durch einen Durchmesser getrennte konzentrische Flächen gebildet sind, wobei die Durchmesser zueinander senkrecht sind. Bei jedem Netz sind schematisch die Eintritts- bzw. Austritts-Leitungen 4¹, 5' des Fluids dargestellt.

Wenn die Wärmetauscher identisch sind und in gleicher Weise angeordnet sind, ändert sich nun das Verhältnis der Wärmetauschflächender Netze so wie die abzuführenden Leistungen.

Die folgende Beschreibung bezieht sich auf den einfachen Fall zweier konzentrischer Netze (Fig. Ib), wobei selbstverständlich das Prinzip auch auf komplexere bzw. kompliziertere Verteilungen anwendbar ist.

Bei einem trockenen Turm erwärmt sich die kalte Luft beim Durchtritt durch die Wärmetauscher und wird anschließend durch den Scheitel oder das Oberende des Turms abgegeben bzw. abgezogen. Die beiderseits der Wärmetauschfläche bestehende Temperaturdifferenz bestimmt die Auftriebskraft der Luft, die ausreichend sein muß, um die LastVerluste der folgenden Anordnung zu überwinden: Schale des Turms, Gruppe der Wärmetauscher, Gitter zum Tragen der Gruppe,

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— Q —

Tragpfosten, Verwindung der Basis des Turms.

Von dieser Auftriebskraft hängt der Luftdurchsatz durch die Wärmetauscher und damit der an die Atmosphäre auf trockenem Wege abgegebene Wärmefluß ab.

Wenn eines der beiden konzentrischen Netze nicht mehr vom zu kühlenden Fluid versorgt ist, wird eine Einführung von kalter . Luft durch das nicht versorgte Netz erzeugt, wobei die nichterwärmte Außenluft sich mit der vom versorgten Netz abgegebenen warmen Luft vermischt und wobei die mittlere Temperatur der Mischung aus heißer Luft und kalter Luft am Austritt der Gruppe geringer ist, als im vorhergehenden Fall.

Aus diesem Grund nimmt die vom Temperaturgradienten abhängige Auftriebskraft ab sowie der Luftdurchsatz. Folglich kann die Nenn-Wärmeabfuhr des verbleibend versorgten Netzes nicht mehr sichergestellt werden.

Gemäß einem wesentlichen Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Auftriebskraft der Luft und die Nenn-Wärmeabfuhr des in Betrieb befindlichen Netzes dadurch aufrechterhalten, daß die Luftströme,die jedem Netz im Inneren des Turms entsprechen·, getrennt werden.

Zu diesem Zweck wird ein Turm aus zwei konzentrischen Schalen gebildet, deren Trennwände oder Zwischenwände, an der Basis die unabhängigen Netze begrenzen.

Beispielsweise zeigen die Fig. 2 bis 6 drei Ausführungsbeispiele, bei denen die zwei Schalen durch hyperbolische

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Drehkörperstümpfe gebildet sind, deren Basisflächen von den Netzen 1, 2 der Gruppen der Wärmetauscher mit einer bestimmten Höhe gegenüber dem Boden β belegt oder besetzt sind.

Vertikale Pfosten 7 unterstützen in üblicher Weise die die Netze 1, 2 tragenden Metallgitter 8.

In Fig. 2 bestehen die beiden Schalen 4, 5 gleicher Höhe aus Beton und ruhen jeweils auf einem Kranz von schrägen oder schiefen Pfosten 9, 10 über einen kreisförmigen Sturz 11 bzw. 12. Die kalte Luft tritt gemäß den Pfeilen an der Basis des Turms ein zwischen den ·.serschiedenen Tragpfosten und wärmt sich beim Durchqueren der beiden konzentrischen Netze 1, 2 auf, um anschließend über das Oberende der Schalen 4, 5 abgezogen zu werden. Jeder heiße Luftstrom ist durch die durch die beiden Schalen h, gebildeten Trennwände oder Zwischenwände kanalisiert, wobei es dort keine Zwischenwirkung einer Strömung mit der anderen geben kann. Die Beibehaltung der Auftriebskraft der heißen Luft ist auf diese Weise sichergestellt.

Die Fig. 3 und 4 entsprechen dem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Turms zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,bei dem die äußere Schale H aus Beton besteht und wie beim vorhergehenden Fall auf einem Kranz von schrägen Pfosten 9 ruht, während die innere Schale 13 aus einer an der Basis und am Oberende mittels Seilen, Kabeln oder Zugstangen, die in Umfangsrichtung verteilt sind, eingespannten oder verspannten Anordnung gebildet ist.

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Die Zugstangen l4 der Basis sind im Boden fest verankert (Stelle 15)s und zwar in Verlängerung der Erzeugenden der Anordnung, wobei die Zugkraft mittels (nicht dargestellter) Spannglieder einstellbar ist.

Die Zugstangen 16 am Oberende verbinden zickzackartig (Fig. 4) die Kopfkränze 17/ 18 der beiden Schalen 4, 13 unter Bildung eines zum Oberende divergierenden Kegelstumpfes, da nämlich die eingespannte Anordnung der inneren Schale 13 geringere Höhe besitzt als die äußere Schale 4.

Es kann gesagt werden, daß die innere Schale im wesentlichen homothetisch zur äußeren Schale ist. Der Winkel °< , den die Zugstangen 16 am Oberende gegenüber einem rechtwinkligen Schnitt durch die Schale bilden, kann einstellbar sein vorzugsweise in der Größenordnung von 45 , um die Zugkräfte, die von der äußeren steifen Schale 4 aufgenommen werden, besser zu verteilen.

Um die Nennhöhe der inneren Schale 13 und damit die erforderliche Auftriebskraft zum Abführen des Nenn-Wärmestroms entsprechend den Netzen 1 oder 2 im Betrieb aufrechtzuerhalten, ist es empfehlenswert, das Oberende der eingespannten Anordnung mit einem zylindrischen oder zum Austrittsende divergierenden kegelstumpfförmigen Ring 19 zu versehen, dessen Höhe mit dem Oberende der äußeren Schale 4 abschließt.

Dieser Ring 19 kann aus Metall bestehen und durch sein Eigengewicht auf dem Kopfkranz 17 der inneren Schale 13 ruhen. oder kann auch selbst durch eine um einen Kranz von vertikalen Säulen 20 gespannte Anordnung bestehen, wobei die Säulen mit der inneren Schale 13 einstückig sind.

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Die verschiedenen eingespannten Anordnungen können aus jedem geeigneten Material bestehen, insbesondere aus einer Voll-Membran aus Gewebe, PVC₃ Teflon, Polyester, Glasfaser oder aus einer netzartigen Membran. In Bezug auf zwei im Raum voneinander getrennte Türme erweist sich die doppelschalige Lösung, bei der die Innenschale aus einer eingespannten Anordnung besteht, die leicht ist, als in wirtschaftlicher , insbesondere finanzieller Hinsicht vorteilhaft, wobei sich ergibt, daß die innere Schale viel gedrängter ausgebildet sein kann als die äußere Schale und nicht die Notwendigkeit besteht, eine derartige Widerstandskraft gegenüber äußeren Einwirkungen, gegenüber Witterungseinflüssen und insbesondere gegenüber der Wirkung des äußeren Windes auf_v weisen zu müssen, da sie nämlich durch die äußere Schale geschützt ist.

Die Fig. Fig· 5 und β zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel^ bei dem die konzentrischen Schalen 21, 22 gleicher flöhe durch zwei vollwandige oder netzartige eingespannte oder verspannte Anordnungen gebildet sind, die jeweils am Oberende durch einen mittleren Mast 23 getragen sind, mittels einer Reihe von Seilen oder Zugstangen 2k, die mit Kopfkränzen 25, 26 der beiden Anordnungen verbunden sind und die an der Basis mittels Zugstangen 27, 28 verspannt sind.

Falls eine Verteilung der Netze gewählt ist, die nicht konzentrisch ist, wird die Trennung der jedem Netz entsprechenden Luftströme durch eine geeignete innere Trennwand beibehalten, beispielsweise mittels ebener Anordnungen, die im Inneren der äußeren Schale oder zwischen den konzentrischen Schalen eingespannt oder verspannt sind.

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Claims

Ansprüche

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1.1 Verfahren zur Kühlung auf trockenem Wege mit natürlichem öug,bei dem die Luft durch eine Gruppe von Wärmetauschern zirkuliert, die in einem Querschnitt an der Basis eines Turms verteilt sind und die in mehrere unabhängige Netze aufgeteilt sind, die von einem Kühlfluid getrennt versorgt sind,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Auftriebskraft der heißen Luft zum Austritt des Turms und die Nenn-Wärmeabfuhr von dem mindestens einen Netz im Betrieb dadurch aufrechterhalten wird, daß die Luftströme im Inneren des Turms getrennt werden.
2. Kühlturm, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,

gekennzeichnet durch

eine durch einen zumindest zweischaligen Aufbau erreichte Trennung, wobei die innere Schale (5) im wesentlichen konzentrisch zur äußeren Schale (¹I) ist und deren Trennwände an der Basis die unabhängigen Netze (1, 2) begrenzen.
3. Turm nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß die Netze (1, 2) zur Symmetrieachse (3) des Turms konzentrisch sind.

57$-(77/22 596)-MeF

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ORIGINAL INSPECTED
4. Turm nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die Netze sektorartig verteilt sind, wobei die Sektoren durch innere Trennungen der Luftströme begrenzt sind gemäß mindestens einem Durchmesser des Querschnitts des Turms in Höhe der Wärmetauscher;.
5. Turm nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Netze in radialen Bündeln auf der Wärmetauschfläche verteilt sind.
6. Turm nach einem der Ansprüche 2 bis 5₃ dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schalen (4, 5) aus Beton bestehen und jeweils auf einem Kranz von Tragpfosten (9₃ 10) ruhen.
7. Turm nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schale (4) aus Beton besteht und auf einem Kranz von Pfosten (9) ruht, während die innere Schale (13) aus einer an ihrer Basis und ihrem Oberende mittels Seilen, Kabeln oder Zugstangen (14, 16), die in Umfangsrichtung verteilt sind, verspannten Anordnung besteht.
8. Turm nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

die innere verspannte oder eingespannte Anordnung (Schale 13) mit kleinerer Höhe als die der äußeren Schale (4) durch Zugstäbe (16) eingespannt ist, die die Kopfkränze (17, 18) der beiden Schalen (4, 13) verbinden, und daß sie möglicherweise an ihrem Oberende durch einen zylindrischen oder kegelstumpfartigen zum Oberende divergierenden Ring (19) überbaut ist, der in die gleiche Ebene zum Oberende der äußeren Schale (4) kommt.

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9. Turm nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (19) aus Metall besteht oder aus einer um einen Kranz von senkrechten Säulen (20) gespannter:Membran gebildet ist, die auf dem Kopfkranz (17) der inneren Schale (13) ruhen.
10. Turm nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schalen durch eine eingespannte doppelte Anordnung (21, 22) gebildet sind, die jeweils mit einem Kopfkranz (25, 26) versehen sind,, der von einem mittigen Mast (23) getragen ist.
11. Kühlturm, der mit zumindest einer eingespannten Anordnung nach Anspruch 7 oder 10 versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die eingespannten Anordnungen gebildet sein können insbesondere durch eine Voll-Membran aus Gewebe, PVC, Teflon, Polyester, Glasfaser oder durch eine netzartige Membran.