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Verfahren und Vorrichtung für das Verbessern des
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Zugs in Kühltürmen, insbesondere mit natürlichem Zug Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbessern des Zugs in einem
trockenen Kühlturm mit natürlichem Zug, in dem eine Batterie von Wärmetauschern
in einem Querschnitt des Turmes in einer gewissen Höhe vom Boden angeordnet ist.
Derartige durch Luft gekühlte Kühltürme werden vor allem zum Abführen eines Überschusses
von Wärme benutzt, der nicht in Elektrizität umgewandelt wurde, insbesondere in
thermischen und Kernkraftwerken.
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Ein Kühlturm, beispielsweise des Typs des trockenen Kühlturmes, besteht
im wesentlichen aus einer Rotationskörperhülle von großer Höhe, die als Kamin wirkt
und an ihrem Boden durch einen Kranz von (schräggestellten) Pfosten gehalten wird,
oberhalb derer sich ein ringförmiger Schwellenzug erstreckt. Die Wärmetauscher,
in denen im geschlossenen Kreislauf die zu kühlenden Fluide umlaufen, können in
Batterien vereinigt sein oder aus einfachen Rohren bzw. Rohren mit Rippen oder Kühlblechen
bestehen.
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In dem hier interessierenden Fall sind die Wärmetauscherbatterien
auf einem geraden Querschnitt der Hülle des Turmes in der Nähe von deren Unterteil
angeordnet, d.h.
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in einer im allgemeinen horizontalen Ebene in einer gewissen Höhe
über dem Boden.
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Die Wärmetauscher ruhen auf einem metallischen Gitterwerk, das von
vertikalen Pfosten gestützt wird, die auf der Oberfläche der Basis des Turmes eingebaut
sind.
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Bei dieser Anordnung durchquert die kalte Luft oder der äußere Wind,
der durch die Basis des Turmes zwischen den verschiedenen Stützpfosten eintritt,
vertikal die Wärmetauscher, um nach der Spitze des Turmes zu entweichen, wobei er
die Wärme an die Atmosphäre überträgt.
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Der Turm wird berechnet und konstruiert, um die Ableitung des Wärme-Nennflusses
zu sichern, wie dies insbesondere für das Verfahren und den Turm gilt, der von dem
Anmelder in einer anderen französischen Anmeldung beschrieben worden ist.
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Bei starken und sehr starken Winden durchqueren diese die Basis des
Turmes horizontal mit einer derartigen Geschwindigkeit, daß der vertikale Durchsatz
der Luft durch die Batterie von Wärmetauschern ungenügend wird. Dieses Phänomen
entspricht einer scheinbaren schnellen Vergrößerung der Druckverluste in dem Turm,
die soweit wie möglich verringert werden müssen, um den nominalen Luftdurchsatz
wieder zu erreichen und die Ableitung des Nenn-Wärmeflusses sicherzustellen. Dies
ist der Zweck, der mit der vorliegenden Erfindung erreicht werden soll.
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Um die aufsteigende Kraft zu vergrößern, die zum Abführen der warmen
Luft notwendig ist, bestände eine Lösung darin, die Höhe des Turmes merklich zu
vergrößern, was jedoch aus wirtschaftlichen Gründen nicht vertretbar ist.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht darin, den dynamischen
Druck des Windes oder der Luft, welche die Base des Turmes umgibt, zu brechen und
durch geeignete Mittel den Wind in Richtung auf die Wärmetauscher zu lenken, um
die Abfuhr des Nenn-Wärmeflusses des Turmes sicherzustellen.
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Für das Durchführen des Verfahrens bietet die Erfindung mehrere Vorrichtungen
an, die im wesentlichen durch den Einbau einer Reihe von festen oder beweglichen
Ablenkschirmen unterschiedlicher Art, von Richtschaufeln oder Flügeln zur Korrektur
der Windrichtung gekennzeichnet sind, die getrennt oder in Kombination verwendet
werden können.
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Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten
Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen: Fig. 1a und 1b schematisch in
der Ansicht bzw. halber Aufsicht die Basis eines Kühlturmes, der mit Ablenkschirmen
rechteckiger oder dreieckiger Form besetzt ist, die sternförmig angeordnet sind,
Fig. 2 und 3 Ablenkschirme von trapezförmigem Profil, die vertikal und horizontal
abgeschnitten worden sind, Fig. 4 einen kreisförmig gebogenen durchgehenden Schirm
außerhalb des Umfangs des Kühlturmes, Fig. 5a und 5b die Ansicht bzw. Aufsicht auf
einen Schirm in Form eines beweglichen Kreissektors und Fig. 6a und 6b eine Aufsicht
bzw. einen Halbschnitt der Leitschaufeln oder der einstellbaren Flügel, die jeweils
entweder zwischen den schrägen Stützpfosten der Turmhülle oder zwischen den vertikalen
Pfosten, welche die Wärmetauscher abstützen, oder in einem Kranz von außerhalb des
Turmes stehenden Pfosten angeordnet sind.
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In der Fig. 1a erkennt man die Basis eines Kühlturmes, der ganz allgemein
eine Hülle 1 hat, die an ihrem Grund durch einen Kranz von schrägen Stützpfosten
2 gehalten wird, auf denen eine kreisförmige Schwelle 3 ruht, welche
die
Turmhülle abstützt.
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Die Wärmetauscher 4, die in einer im allgemeinen horizontalen Ebene
in einem gewissen Abstand vom Boden 5 angeordnet sind, werden durch eine Reihe von
vertikalen Stützpfosten 6 gestützt, wie sie in Fig. 6b sichtbar sind.
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Gemäß einer ersten Reihe von Ausführungsvarianten der Erfindung wird
der Wind, der horizontal in Richtung des Pfeiles F1 ankommt, gebrochen und durch
die Wärmetauscher 4 (Pfeil F2) mit Hilfe einer Mehrzahl von radialen Schirmen 7,
die vertikal in der Basis des Turmes angeordnet sind, auf die Symmetrieachse 8 des
Turmes hin zusammenlaufen und in eine Fläche einbeschrieben sind, die im wesentlichen
der Projektion 9 der Oberfläche der Wärmetauscher auf den Boden entspricht, gelenkt.
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Jeder Arm des auf diese Weise gebildeten Sternes (Fig. 1b) kann unterschiedliche
Formen annehmen, insbesondere rechteckig sein (Fig. 1a), dreieckig (gestrichelt
17, Fig. 1a), vorzugsweise trapezförmig und entweder vertikal (Fig. 2) oder horizontal
(Fig. 3) abgeschnitten oder schließlich entsprechend einer Kombination der vorher
erwähnten Formen mit einer veränderlichen Höhe ausgebildet sein, welche die untere
Fläche 10 der Batterie von Wärmetauschern erreichen kann.
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Der dargestellte Stern hat acht Arme, aber es dürfte klar sein, daß
die Anzahl der Arme beliebig, vorzugsweise von 4 bis 12, symmetrisch oder unsymmetrisch
sein kann.
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Diese Ablenkschirme können auf jeden Fall voll oder entsprechend
einer variablen Durchlässigkeit gegenüber den Winden durchlöchert sein. So kann
man sie aus Beton, aus Blech oder mit Hilfe gestreckter Strukturen errichten. Ein
gezogenes Netzbleck mit großen Maschen macht es insbesondere möglich, den Zugang
zu den Wärmetauschern, beispielsweise für deren Pflege, zu erleichtern.
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Die befriedigenden Ergebnisse, die mit dieser Anordnung der Schirme
erreicht werden konnten, lassen sich durch das folgenden Zahlenbeispiel nachweisen,
das insbesondere für die dreieckigen oder trapezförmigen Schirme gültig ist: Für
einen Betrieb mit relativ starkem Wind, nämlich bei einem Verhältnis von 4,5 zwischen
der Windgeschwindigkeit am untersten Ende des Turmes (horizontal in der Größenordnung
von 75 km/h) und der der Luft am Austritt aus dem Turm (vertikal), gestattet es,
die Korrekturvorrichtung gemäß der Erfindung, die Vergrößerung des Druckverlustes
durch den Wind gegenüber einem Betrieb ohne Wind in dem näherungsweisen Verhältnis
von 4,7 zu 2 zu verringern.
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Analoge Ergebnisse können durch andere Varianten der erfindungsgemäßen
Lösung erzielt werden.
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Die Lösung der Fig. 4 stellt einen kreisförmigen durchgehenden Schirm
dar, der an dem äußeren Umfang des Turmes 1 mit einer in bezug auf die Entfernung
D von der Basis des Turmes genügenden Höhe errichtet worden ist, um den Wind zu
brechen.
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Dieser Rundschirm 11 kann wirtschaftlich durch eine oder mehrere
Reihen von Bäumen oder durch eine metallische oder Betonwand erhalten werden; diese
Beispiele sind jedoch nicht begrenzend.
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Die Fig. 5a und 5b zeigen einen Schirm 12 in Form eines Kreissektors,
der je nach dem verwendeten Material mehr oder weniger durchlässig für den Wind
ist. Dieser Schirm ist auf einer Schiene 13 verfahrbar und wird jeweils entsprechend
der Richtung des einfallendes Windes auf dieser Schiene verfahren. Er kann aus einem
oder mehreren motorisierten Elementen bestehen und wird vorzugsweise unmittelbar
an dem Umfang des Turmes und in ausreichend großer Höhe erstellt.
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Die Fig. 6a und 6b zeigen unterschiedliche Varianten, welche Umlenkschaufeln
14, fest oder einstellbar, umfassen, welche den Wind in die Richtung der Wärmetauscher
4 umlenken. Diese Schaufeln können entweder zwischen den schrägen Stützpfosten 2,
welche die Hülle 1 des Turmes (Fig. 6a) stützen oder in einem inneren Kranz (Fig.
6b) zwischen den vertikalen Stützpfosten 6, welche die Wärmetauscher halten, oder
schließlich in einem äußeren Kranz 15 an der Basis des Turmes angebracht werden,
wobei man weiß, daß dieser letztere Fall das Erstellen einer Verbindung 16 mit der
kreisförmigen Schwelle 3 der Turmhülle (Fig. 6b) bedingt. Unterschiedliche Verbindungen
der vorstehenden Varianten sind erlaubt.
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Indem man die Anordnungen der Fig. 6a und 6b übernimmt,
ist
es möglich, die Umlenkschaufeln 14 durch bewegliche Korrekturflügel für die Ausrichtung
des Windes zu ersetzen, die von Hand oder automatisch betätigt werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele begrenzt, die
beschrieben wurden, sondern umfaßt auch sämtliche technischen Äquivalente, die dem
angestrebten Zweck entsprechen.