DE2938432A1 - Luftstromregelvorrichtung zum kontaktieren eines fluids mit atmosphaerischer luft - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftstromregelvorrichtung für Anlagen zur Kontaktierung eines Fluids mit atmoshärischer Luft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verhalten bzw. die Leistung beim Kontaktieren eines Fluids mit atmosphärischer Luft für die verschiedenen atmosphärischen Bedingungen, unter denen die Anlage arbeiten soll, insbesondere im Falle von Wind zu verbessern. Die Erfindung ist besonders anwendbar auf feuchte oder trockene atm-osphärische Kühler, sei es, daß diese mit Naturzug oder mit Ventilatoren arbeiten und im letztgenannten Fall, mit saugenden oder drückenden Ventilatoren, wobei der Kontakt zwischen Fluid und Luft im Falle feuchter Wärmeaustauscher im Gegenstrom oder Kreuzstrom erfolgt.

Hierzu geht die Erfindung aus von einer Luftstromregelvorrichtung für Anlagen zur Kontaktierung eines Fluids mit atmosphärischer Luft und zeichnet sich aus durch eine offene, mehrzellige Struktur, die in der oder jeder Lufteintrittsöffnung der Anlage angeordnet ist, wobei diese Struktur eine Vielzahl von horizontalen Luftleitungen bildet, welche im wesentlichen senkrecht zur Lufteintrittsöffnung, in der diese Struktur gelagert ist, orientiert sind.

Durch die Maßnahme nach der Erfindung wird es möglich, daß die Luft in die Anlage senkrecht zu den Lufteintrittsöffnungen völlig entlang diesen und unabhängig von der Geschwindigkeit und Orientierung des Windes eingeführt wird.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigen in

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Fig. 1 eine schematische Darstellung in der Ansicht eines atmosphärischen Kühlers mit Naturzug, der mit einer Regelvorrichtung nach der Erfindung ausgestattet ist,

Fig. 2a bis 2g

Teildarstellungen verschiedener Ausführungsformen der Regelvorrichtung und

Fig. 3 ein Diagramm, das den günstigen Einfluß der Regelvorrichtung nach der Erfindung deutlich macht.

In Fig. 1 der Zeichnungen ist die dargestellte Anlage ein atmosphärischer Küher mit Naturzug mit einem kaminbildenden Turm 1, der an seiner Basis mit einer Luftumfangseintrittsöffnung 2 versehen ist, in welcher eine Luftstromregelvorrichtung 3 angeordnet ist. Diese Kühlerbauart ist an sich bekannt; darum werden die verschiednen innen vorgesehenen Einrichtungen, die der direkten oder indirekten Kontaktierung des zu kühlenden Fluids mit der atmosphärischen Luft bestimmt sind und die an sich bekannt sind, hier nicht genauer beschrieben.

Die Anwendung der Regelvorrichtung nach der Erfindung auf einen atmosphärischen Kühler mit Naturzug wird nur beispielsweise geaeben; die Vorrichtung kann auf jeden feuchten oder trockenen atmosphärischen Kühler, d.h. bei direktem oder indirektem Kontakt des zu kühlenden Fluids mit der atmosphärischen Luft unabhängig ob mit Naturzug oder mit Ventilator, und in d iesem Fall mit saugendem Ventilator oder drückendem Ventilator angeordnet werden. Allgemein gesprochen soll die Luftstromregelvorrichtung anwendbar sein auf jede Art von Anlage zur Kontaktierung eines Fluids mit atmosphärischer Luft.

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Wie qenauer in den Fiq. 2a bis 2g dargestellt, besteht die Regelvorrichtunq 3 aus einer mehrzelliqen offenen Struktur, die eine Vielzahl horizontaler Luftleitungen bildet, die im wesentlichen senkrecht zur I.uf teintrittsöf fnung, in der die Struktur 3 qelaqert ist, orientiert sind.

Nach den Beispielen der Fiq. 2a bis 2c haben die Leitunqen einen quadratischen Querschnitt. Als Variante kann dieser Querschnitt auch rechteckiqe Gestalt, Rautenqestallt oder eine andere vierseitiqe Gestalt aufweisen. In Fiq.2a ist die Struktur 3 qebildet durch vertikale Platten qroßer Länqe 5, die zu je zweien Reihen von Leitunqen 4 bilden und zwischen denen Trennwände bildende kleinere Platten G anqeordnet sind. Beim Beispiel der Fiq. 2b sind die Platten 5 qroßer Abmessungen horizontal anqeordnet und die Trennwände bildenden Platten 6 vertikal orientiert. Beim Beispiel der Fiq. 2c schließlich sind die Platten 5 schräq anqeordnet; insbesondere sind sie unter 4 5° qegen die Vertikale qeneiqt, während die Trennwände 6 senkrecht zu den Platten 5 anqeordnet und somit ebenfalls unter 45° qegen die Vertikale geneiqt sind.

Bei den Beispielen der Fiq. 2d und 2e sind die Leitungen 4 gebildet durch aneinander angrenzende Zellen 7 hexagonaler Gestalt. Diese Zellen können zwei einander gegenüberliegende parallele Seiten mit einer Länge größer als die Seiten des Hexagons aufweisen und diese großen Seiten können vertikal wie in Fig. 2d oder horizontal wie in Fig. 2e gezeigt, orientiert sein. Selbstverständlich kann auch eine unterschiedliche Orientierung vorgenommen werden; allgemeiner gesagt: Die Zellen 7 können eine beliebige eeignete polygonale Kontur aufweisen.

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Schließlich haben nach den Beispielen d-er Fig. 2f und 2g die Leitungen 4 im Querschnitt Kreisgestalt; die mehrzellige Struktur 3 ist hierbei durch einen Stapel v-on Rohren 8 gebildet. Diese Rohre können versetzt bzw. schachbrettartig wie in diesen Figuren dargestellt angeordnet sein oder sie können in Zeilen und senkrechten Reihen ausgebildet sein.

In dem einen oder anderen Fall sind die Zwischenräume 9 zwischen den Rohren frei, wie Fig. 2f zeigt, gelassen oder sie können beispielsweise durch eine Substanz 10, die eine Dichtung oder einen Träger oder eine Versteifung oder ein Zwischenstück, wie Fig. 2g zeigt, bildet, zugesetzt sein.

Die mehrzellige Struktur 3 kann beispielsweise aus Beton, Asbestzement, Holz, Metallblech, organischem Polymer oder irgend einem anderen geeigneten Material hergestellt sein.

Vorzugsweise ist die Länge der Leitungen 4 mehrfach größer als ihre größte Querabmessung. Insbesondere kann die Länge der Leitungen 4 in der Größenordnung von etlichen Zentimetern bis mehreren Metern betragen; ihre größte Querabmessung kann jeweils in der Größenordnung von Zentimetern bis mehreren Dezimetern liegen. Schließlich haben sämtliche Leitungen 4 ein- und dergleichen Struktur vorzugsweise die gleichen Abmessungen. Die Wahl der Abmessungen hängt entsprechend jeder Art von Regelvorrichtung von einem Kompromiß zwischen den Kosten, zunehmend mit den Abmessungen, sowie den Druckverlusten ab, d ie mit der Zunahme der Abmessungen (für ein und das gleic he Verhältnis von Leitungslänge zur größten Querabmessung) abnehmen. Vorzugsweise ist für die größten kreisförmigen Kühler die mehrzellige Struktur gebildet durch die Nebeneinanderanordnung polygonaler Zellen mit großer Anzahl von Seiten zur Annäherung an die Kreisgestalt. Der Öffnungsgrad

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des Frontalquerschnittes der mehrzelligen Struktur wird so groß wie möglich, damit der reine Luftdurchlaßquerschnitt so nahe wie möglich am Lufteintrittsquerschnitt 2 liegt, d.h., daß die Wandungen der Zellen so dünn wie die Kohäsion der Struktur sind und die Herstellungskosten es erlauben. Da die Länge der Leitungen 4 mehrfach größer als ihre größte Querabmessung ist, wird die hier eindringende Luft gezwungen, eine horizontale Bewegung senkrecht zur Eintrittsöffnung 2 zu nehmen. Hieraus resultiert ein Anstieg in der Kühlerleistung, der sich als niedrigere Temperatur des gekühlten Fluids oder eine größtabzuziehende therm-ische Leistung darstellt, d.h. eine Verbesserung der Kühlqualität oder im Falle von Kühlern mit Ventilatoren, als eine Verminderung der Betriebskosten bezogen auf die Höhe der Ventilationsleistüng aufgrund der geringeren Druckverluste oder auch als eine Verminderung der Investitionskosten aufgrund der Tatsache, daß Dank dieser geringeren Druckverluste Ventilatoren oder ein Kamin geringerer Abmessung verwendet werden können. Selbstverständlich kann man auch den günstigen Effekt der Regelvorrichtung nach der Erfindung zum Kombinieren der vorgenannten Vorteile ausnutzen.

Diese Vorteile sollen durch folgendes erhellt werden. Im Falle eines kreisförmigen Kühlers beispielsweise gibt die Regelvorrichtung 3 nicht, wenn der Wind bläst, eine gleichförmige Lufteintrittsgeschwindigkeit längs des gesamten Innenumfangs der Vorrichtunq; vielmehr ist die Richtung der Luft auf diesem Niveau optimal. Die Regelvorrichtung hindert die Luft daran, in den Kühler einzutreten, sowohl mit einer Tangentialkomponente als aufgrund des Windeinflusses wie mit einer vertikal absteigenden Komponente aufgrund einer Luftzufuhr, wobei diese letzte Schranke sich unabhängig vom Wind und damit bereits bei einem Wind 0, einstellt. Sie führt somit zu einer Verbesserung der Luftverteilung im Kühler, was einerseits den

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Druckverlust der Luft vermind-ert und andererseits die Kühlung verbessert. Dank der horizontalen Abschottung der Lufteintrittsöffnung in Richtung der Höhe nämlich nimmt die Luft einen horizontalen Verlauf und dies über die gesamte Lufteintrittsfläche. Ohne diese Vorrichtung hätte die Luft, die in dem Kühler über den oberen Teil der Lufteintrittsöffnung eintritt, eine starke vertikal absteigende Komponente. Im Falle von Kühlern mit direktem Kontakt von Fluid mit atmosphärischer Luft würde ihre Richtungsänderung im Innern des Kühlers, im wesentlichen in der Zone starker Berieselungsdichte, bis in die Zone, wo die Luft einen im wesentlichen v-ertikalen aufs~teigenden Verlauf nimmt, zu einer Zusammenschnürung der Gasströmung führen, was so bei gleichem Durchsatz zu größerer Geschwindigkeit Anlaß gäbe und sich insgesamt durch erhebliche globale Druckverluste und, wie vorher angegeben, durch einen weniger guten Wärmeaustausch zwischen Fluid und atmosphärischer Luft manifestieren würde. Obwohl die Regelvorrichtung η ach der Erfindung ein materielles Element mit eigenen Druckverlusten ist, vermindert, sie, wenn letztere nicht abnormal hoch liegen, die Gesamtdruckverluste im Kühler. Diese Verbesseruna im aeraulischen Betrieb eines atmosphärischen Kühlers mit direktem Kontakt Fluid-Luft aufgrund der Regelvorrichtung nach der Erfindung wird noch akzentuiert, wenn Wind auftritt, da im ganzen Raum unter dem Körper zur Kontaktierung von Fluid-Luft, dessen Abmessungen beispielsweise 150 m im Durchmesser und 30 m Höhe erreichen können und wo ein dichterer Regen fällt (etwa tausendfach dichter als die natürliche Regen größenordnungsmäßig gesehen), sind die Bewegungen der atmosphärischen Luft wesentlich regelmäßiger; Wirbel kommen in Fortfall.

Die Geraden A und B in Fig. 3 zeigen die Änderungen im globalen Druckverlust am Eintritt in einen atmosphärischen Kühler

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als Funktion des Windes jeweils für einen Kühler ohne Regelvorrichtung und für einen gleichen Kühler mit einer solchen Regelvorrichtung. Die Koordinaten C ρ und T ν sind Größen ohne Dimension, T ν stellt das Verhältnis zwischen dem dynamischen Druck des Windes und dem dynamischen Druck der Luft im Innern des Kühlers dar und ^ ρ steht für das Verhältnis zwischen den Globaldruckverlusten am Lufteintritt und dem dynamischen Druck der Luft im Innern des Kühlers. Es folgt aus diesem Diagramm, daß das Verhältnis ( ρ kleiner für einen Kühler mit Regelvorrichtung (Kurve B) als für einen Kühler ohne Regelvorrichtung (Kurve A) für ein und den gleichen Viert vonT ν ist, was geringeren Druckverlusten im Kühler entspricht.

Die Regelvorrichtung nach der Erfind-ung bietet auch eine gute Leistungsfähigkeit im Falle von Kühlern mit drückenden Ventilatoren. Für diese Kühler nämlich besteht der Lufteintritt aus Mantelringen oder Saughauben, in denen die Ventilatoren gelagert sind. Darum ist die Verteilung der die Wärmeaustauscherzone des Kühlers anströmenden Luft charakteristisch für das Vorhandensein der VEntilatoren, d.h., daß sie sich in Form lokaler Luftverteilungen in Höhe jedes Diffusors oder Mantelringes eines Ventilators mit einer Kreiselbewegung und Geschwindigkeitsprofilen der Luft darstellt, die durch den Ventilator und seine Saugbedingungen bestimmt sind. Eine Regelvorrichtung nach der Erfindung gibt in diesem Fall also keine Gleichförmigkeit in der Luftverteilung und in der Wärmeaustauscherzone des Kühlers, wie dies bei einem Kühler mit Naturzug oder einem saugenden Ventilator der Fall ist.Dagegen sorgt die Regelvorrichtung nach der Erfindung bei jedem Wind für eine bessere Luftspeisung der Ventilatoren, was zu einer größeren Durchsatzmenge für eine geringere absorbierte Leistung und damit zu einem Ansteigen des Wirkungsgrades der Ventilatoren führt. Darüberhinaus vermindert die Regelvorrichtung nach der Erfindung stark die nachteiligen Einflüsse von Wind-

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stößenjbder Böen auf die Ventilatoren und verhindert insbesondere schräge Windstöße auf diese. Die Reqelvorrichtunq ermöglicht es somit, die Verwendung von Ventilatoren mit horizontalen Achsen größerer Durchmesser als bisher zu verwenden, die einen Maximaldurchmesser von 7 bis 8 m aufweisen, wobei diese Begrenzung auf die Gefahren einer Zerstörung der Ventilatoren durch sehr großen Wind zurückzuführen waren. Daraus folgt, daß die maximal mögliche Kühlerleistung an großen kreisförmigen Kühltürmen mit drückenden Ventilatoren durch das Vorhandensein einer Regelvorrichtung gesteigert wird, da für einen bestimmten Durchmesser des Ventilators der Querschnitt der Lufteintrittsöffnung wie der Durchmesser des Kühlers zunimmt, während der Querschnitt des Wärmeaustauscherkörpers wie das Quadrat dieses Durchmessers zunimmt, was einen maximalen Kühlerdurchmesser bestimmt, oberhalb dessen das Verhältnis der Luftgeschwindigkeiten im Lufteintritt und im Wärmeaustauscherkörper zu unzulässigen Werten führt.

Schließlich hat die Luftstromregelvorrichtung nach der Erfindung den zusätzlichen Vorteil, daß die Schallabstrahlung des Kühlers vermindert wird, wenn geeignete akustische Absorptionsqualitäten besitzende Materialien die Struktur bilden. In diesem Fall können die Wände dicker als minimal zum Zusammenhalt der Struktur und für die Herstellungskosten erforderlich ausgebildet sein.

Die Regelvorrichtung nach der Erfindung ermöglicht es somit, selbst bei einem Wind 0, geringfügig die Leistungen eines atmosphärischen Kühlers oder einer anderen Installation zur Kontaktierung eines Fluids mit atmosphärischer Luft zu verbessern, wobei diese Verbesserung umso beachtlicher wird, sobald ein leichter Wind bläst und mit stärker werdendem Wind umso markanter wird.

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Nach einer abgeänderten Ausführungsform schließlich kann die Regelvorrichtung nach der Erfindung auch zwischen Ventilatoren und Wärmeaustauscherkörper im Falle von Kühlern mit drückenden Ventilatoren angeordnet sein. Man verbessert so die Luftverteilung auf den Wärmeaustauscherkörper. Andererseits kann die Länge und/oder der Querschnitt der Leitungen unterschiedlich entsprechend der Lage dieser Leitungen in der Höhe und/oder längs des Umfangs der Anlage sein, um so wenigstens teilweise die unterschiedlichen Druckverluste der Strömungsfäden oder Luftstrahlen am Eintritt in den Kühler als Funktion ihrer Lage in der Höhe im Lufteintritt und/oder als Funktion der Richtung der vorherrschenden Winde zu kompensieren.

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Claims (10)

Patentansprüche

1. Luftstromreqelvorrichtunq für Anlaqen zur Kontaktierunq eines Fluids mit atmosphärischer Luft ,qekennzeichnet durch eine mehrzelliqe offene Struktur, die in der oder jeder Lufteintrittsöffnunq der Anlaqe anqeordnet ist, wobei die Struktur eine Vielzahl horizontaler Luftleitunoen (4) bildet, die im wesentlichen senkrecht zur Lufteintrittsöffnunq, in der die Struktur qelaqert ist, orientiert sind.

2. Vorrichtunq nach Anspruch 1 , d a d u r c h q e kennzeichnet, daß die Länqe dieser Leitunqen (4) mehrfach qrößer als ihre qrößte Querabmessunq ist.

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ORIGINAL INSPECTED

3. Vorrichtung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß die Länge dieser Leitungen (4) zwischen etlichen Zentimetern und mehreren Metern beträgt, und daß ihre größte Querabmessunq in der Grössenordnung zwischen Zentimeter bis etlichen Dezimetern beträgt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , d a durch gekennzeichnet, daß sämtliche Leitungen (4) der Struktur die gleichen Abmessungen aufweisen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , d a durch gekennzeichnet, da ßd ie Leitungen einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweisen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur aus mehreren Platten großer Länge besteht, die zu je zwei Reihen oder Zeilen von Leitungen bilden und zwischen denen Trennwände bildende kleinere Platten angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , d a durch gekennzeichnet, daß die Leitungen durch anliegende Zellen polygonaler Form gebildet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , d a durch gekennzeichnet, daß die Leitungen einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 8,dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen durch seitlich nebeneinander angeordnete Rohre gebildet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9,dadurch gekennzeichnet, daß die Räume zwischen den Rohren geschlossen sind.

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