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Verdunstungskühlturm mit Frostschutz system
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Verdunstungskühlturm mit einem
vor Frost schützenden bezienungsweise die Temperatur des gekühlten Wassers regelnden
System und mit einem Ramin, in oder unter dem Kamin angeordneten Kühlflächen oder
Wärmeaustauschern und einem das zu kühlende Wasser in die Kühlflächen oder Wärmeaustauscher
führenden Wasserverteilungssystem.
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Es ist bekannt, daß der Betrieb von Kühitürmen
im
Winter mit erhöhten Proehtgefahr verbunden ist. Das Einfrieren, aber auch bereits
eine partielle Eisbildung können eine teilweise oder völlige Schädigung der Kühlkonstruktion
zur 1'olgo. haben. Sowohl wegen der Reparatur kosten wie auch wegen des infolge
der Verschlechterung der Kühlleistung eintretenden Produktionsausfalles ist es von
großer wichtigkeit, das Schadhafterwerden der Kühlkonstruktion zu vermeiden. Deshalb
wird überall großes Gewicht auf die Vermeidung von Frosstschäden gelegt. Nach einer
bekannten Methode wird die durch den Kühlturm strömende Luftmenge durch Drosselung
in dem erforderlichen Maß vermindert, währemnd eine andere Methode darin besteht,
den Kühlturm zu Uberlasten.
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Die Verringerung der durch den Turm strömenden Luftinenge kann durch
Vergrösserung des Luftwiderstandes des Kühlturmes erreicht werden,und zwar durch
Verwenduntg von Frostschutztafeln, mit denen die Luftansaugöffnungen teilweise oder
ganz verschlossen werden.
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Der Luftwiderstand kann ferner auch dadurch erhöht werden, daß vor
der Luftansaugöffnung ein Draht netz angebracht und dieses mit Wasser besprüht wirdt
wenn das Wasser gefriert, wirkt das Netz wie eine geschlossene Eistafel.
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Eine bekannte LÖsung zur Erhöhung der Belastung des Kühlturmes besteht
darin, daß ein Teil der Kühlturmeinheiten ausgeschaltet und die Belastung des außer
Betrieb gesetzten Teiles auf die anderen, arbeitenden Teile übergeben wird, d. h.
diese überlastet werden. Eine andere Methode besteht darin, innerhalb der Einheit
des Verdunstungskühlturmes eine asymmetrische Belastung zu erzeugeu, und zwar in
der Weise, daß die am meisten gefähderte äußere Zone stärker belastet
wird
und die Belastung nach innen zu abnimmt.
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Eine weitere bekannte Methode ist das Anbringen einer Warmwasserringleitung
um die Luftansaugöffnungen. Bei Frostgefahr wird in der Luftansaugöffnung durch
diese Leitung ein Wasservorhang gebildet, der die Menge der einströmenden Luft vermindert
und die Luft in einem gewissen Grade vorwärmt.
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Mit den beschriebenen Lösungen kann jedoch ein betriebssicherer und
vollständiger Frostschutz für Kühltürme nicht vollständig erreicht werden. Ihre
Anwendung ist kostspielig und trotzdem erleiden die Kühltürme noch beträchtliche
Frostschäden.
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Die auf der Erhöhung des Luftwiderstandes der kühltürme beruhendes
Lösung, bei der Frostschutztefeln verwendet werden, ist außerordentlich arbeitsaufwendig,
schwerfällig und kann den äußeren meteorologischen Veränderungen nicht immer genau
angepasst werden. Die Frostschutztafeln werden zu Beginn des Winters abgebracht
und bleiben dann bis zum Frühling an ihrem Ort. Sowohl die Tafeln wie auch ihre
Trägerkonstruktionen sind sehr teuer und in der Instandhaltung aufwendig.
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Das in der Luftansaugöffnung angebrachte Drahtnetz hat den Vorteil,
sich den meteorologischen Verhältnissen gut anzupassen, jedoch den Nachteil, nur
prinzipiell selbstregelnd zu sein, aber zur Überregelung zu neigen.
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Das Drahtnetz verschließt die Luftansaugöffnung auch dann beinahe
völlig, wenn dazu noch gar keine Notwendigkeit besteht. Die sich infolge der verbleibenden
engen Lufteingangsöffnung ergebende gesteigerte Luftgeschwindigkeit verursacht lokal
schwere Frostschäden.
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Die Vergrößereung der Belastung des Kühlturmes durch Ausschalten
einzelner Kühlturmeinheiten ist nur im
Falle einer größeren Anzahl
von Kühlturmeinheiten realisierbar. Die asymmetriosche Belastung ist nur bis zu
einem gewissen Grade betriebssicher, darüber hinaus - aber noch innerhalb der Dimensionierungsgrenzen
-ist die Methode nicht geeignet, den Schutz des Kühlturmes zu gewährleisten.
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Die Anwendung der entlang der Luftansaugöffnung der Verdunstungskühlturmes
angeordneten Warmwasserringleitung ist nicht betriebssicher, da die Erzeugung eines
gleichmässigen Wasservorganges schon an sich schwierig ist, die einströmende Luft
jedoch den Vorhang doch zerreißt und Frostschäden verursachen kann.
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Bei künstlich belüfteten Kühltürmen ist es üblich, den Ventilator
in Abhängigkeit von der Temperatur aus- und einzuschalten. Auch hier kommt jedoch
wegen des natürlichen Zuges des Kühlturmes noch immer ein Einfrieren vor.
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Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der aufgeführten Mängel und
die Schaffung eines Kühlturmes beziehungsweise vor Frost schützenden Systems, welches
den äußeren Temperaturen folgend immer vollkommenen Schutz gegen Einfrieren bietet.
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Die Erfindung beruht auf der Grundlage, daß die bisher bekannten
Methoden in ihren prinzipiellen Grundlagen verfehlt sind: der Grund des Einfrierens
liegt letzten Endes in dem während des winterlichen Betriebzustansdes erhöhten Zug,
der die Menge der durch den Kühlturm strömenden Luft erhöht und auf diese weise
zum Einfrieren führt. Bei den meisten der gegenwärtige üblichen Methoden wird die
Luftmenge durch Drosselung geregelt, wodurch der Zug des Turmes, d.h. der tatsächlich
Grund des Einfrierens
noch verstärkt wird.
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Bei der Ausarbeitung der Erfindung wurde davon ausgegangen, dass
der Zug, d.h. der tatsächliche Grund des Einfrierens vermindert werden muß was real
durch die Voränderung der Luftdichtverhältnisse, durch Verminderung der Unterschiede
im spezifischen Gewicht der durch den Turm strömenden Luft erreicht werden kann.
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Erfindungsgemäß wird dies realisiert, indem ein Teil der Kühlluft
als Sekundärluft in geregelter Menge unter Umgehung eines Teiles der mit Wasser
überströmten Kühlflächen beziehungsweise neben diesen in den Kamin in die bereits
erwärmte Kühlluft geführt, dort durch diese zurückgekühlt und dadurch ihr spezifisches
Gewicht beziehungsweise ihre Dichte vergrössert wird.
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Dies kann dadurch realisiert werden, dass im Kamin über den Kühlflächen
eine oder mehrere Öffnungen ausgebildet sind. In diese Öffnungen ist zweckmässig
ein Schließorgan und eventuell ein Ventilator angeordnet. Eine andere Möglichkeit
zur Verwirklichung des Erfindungsgedankens betseht darin, daß in dem die Kühlflächen
mit Kühlwasser überflutenden System Schließorgane angebracht werden, wodurch ein
Teil der Kühlflächen unüberströmt bleibt und neben ihnen die kühlluft unerwärmt
in den Kamin strömt, wo sie sich mit der bereits erwärmten Kühlluft vermischt.
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Da durch das Zumischen von Kaltluft die Dichte der Kühlluft größer
ist als die Dichte der erwärmten Kühlluft, ist die Dichteänderung geringer, was
die natürliche. Folge hat, daß auch der Zug und di6 infolge des Zuges durch den
Kamin gesaugte Luftmenge geringer sind. Auf diese Weise kann das gestellte Ziel
erreicht
und die Frostgefahr durch eine sehr einfache Methode völlig
vermeiden werden.
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Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe der
Zeichnung näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt schematisch den Querschnitt durch einen erfindungsgemässen
Verdunstungskühlturm mit Gegenstrom, Fig. 2 den schematischen Schnitt durch einen
erfindungsgemässen Luftkondensationskühlturm mit Querstrom, während Fig. 3 eine
weitere Ausführungsform des Gegenstrom-Kühlturmes darstellt.
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Im Kamin 1 des in Fig. 1 gezeigten Kühlturmes sind in der üblichen
Weise Kühlflächen 3 angeordnet.
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Über den Kühlflächen befindet sich ein ebenfalls bekanntes Wasserverteilungssystem
4. Erfindungsgemäß sind im Mantel des Kamins 1 eine oder mehrere Öffnungs 2 ausgebildet,
welche den obereb teil des Kühlturmes mit dem äußeren Luftraum verbinden. In den
Öffnungen 2 sind zweckmäßig ein Schließorgan 9 und gegebenenfalls, wie aus der Zeichnung
ersichtlich, ein Ventilator 10 angebracht.
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Wenn die äußere Temperatur in einem Grade absinkt, daß die Gefahr
des Einfrierens besteht, wird des Schliessorgan 9 geöffnet. Nit der Luft 7, die
durch die unten befindlichen Lufteintrittsöffnungen 5 eingetreten und dann über
die Kühlflächen 3 geströmt ist und sich dabei erwärmt hat, wodurch ihre Dichte abgenommen
hat, vermischt sich nun die durch die Öffnungen 2 eintretende luft 7, die Außentemperatur
aufmeist, wodurch die Luftdichte erneut ansteigt. Dadurch wird der Dichtunterschied
zwischen der Luft im oberen und der im unteren Teil des Kühlturmes geringer, der
Zug nimmt ab. Falls
zur Vermeidung der Frostgefahr eine größere
Menge Kaltluft zugsmischt werden muss, wird der Ventilator 10 eingeschaltet.
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Die in Fig. 3 dargestellte Lösung stimmt im wesentlichen mit dem
in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel überein. Der Unterschied besteht darin,
daß in Fig. 2 ein Luftkondensationskühlturm mit Querstrom gezeigt ist. Auch hier
besteht das Wessh darin, daß in der Wand des Kamins über oder unter den Kühlflächen
Öffnungen 2 ausgebildet sind, in welche Schließorgan 9 und Ventilatoren 10 eingebaut
sind. Die Gefahr des Einfrierens wird auch hier beseitigt, indem bei kaltem Wetter
die durch die Öffnungen 2 einströmende Luft 7 mit der von unten kommenden, an den
Kühlflächen bereits erwärmten Luft 6 vermischt und diese zurückkühlt, d.h.
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ihre Dichte erhöht. Dadurch sinkt der Unterschied in der Luftdichte
zwischen dem unteren und dem oberen Teil des Kühlturmes und infolgedessen auch der
Zug.
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Bei der in Fig. 3 gezeigten ausführungsform wird die Zuführung kalter
Luft in den über der Kühlflache liegenden teil des kamins dadurch gelöst, daß das
die Kühlfläche (n)3 mit Wasser versorgende Wasserverteilungssystem 4 derart unterteilt
ist, daß in einzelnen Teilen 4a den Wasserverteilungssystems das Wasser abgestellt
werden kann. Dies erfolgt zweckmässig mittels Schließorganen.
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Bei kaltem Wetter wird zum Beispiel in die Teile 4a des Wasserverteilungssystems
kein Wasser geleitet, was bedeutet, daß auch die Kühlflächen 3a trocken bleiben
und die über diese strömende Luft 7 uner@ärmt in den Kamin gelangt, die über die
Kühlflächen 3 strömende und erwärmte Luft zurückkühlt und so deren
Dichte
erhöht. Die Wirkung ist dabei die gleiche wie in den vorhergenden Fällen: Der Luftdichteunterschied
zwischen dem unteren und dem oberen Teil des Kamins und damit der Zug werden geringer.
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Um den Übergang von Wasser zwischen den einzelnen Kühlflächenteile
zu vermeiden, ist es zweckmässig, eine tropfenabschliessende Luftleitkonstruktion
13 einzubauen.