DE3416908A1

DE3416908A1 - Kuehlkoerper

Info

Publication number: DE3416908A1
Application number: DE19843416908
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing.(FH) 8501 Schwaig Benkert; Hans E. 8505 Röthenbach Winkler
Original assignee: Stettner and Co
Current assignee: Stettner and Co
Priority date: 1983-05-11
Filing date: 1984-05-08
Publication date: 1984-11-15
Also published as: DE3416908C2

Description

"Kühlkörper"

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kühlkörper,, iaisibespndere als Einsatz für Kühltürme, mit lamellenartigen Stegwänden.

In Kühl türmen von Kraftwerken od. dergl. ist zur Erhöhung der Verweildauer des Kühlwassers und zur besseren Verdunstung und damit verbesserten Kühlung eine Aufteilung vorgesehen, die bisher üblicherweise auch Lamellenplatten aus Asbestzement bestehen. Derartige Äsbestzement-Platten haben aber den Nachteil, daß unvermeidlich beim Betrieb von Kühltürmen mit solchen Kühlkörpern Asbest sowohl in die Kühlluft, als auch in das Kühlwasser gelangt. Wegen der Gefährlichkeit von Asbest für die Gesundheit läßt sich dies mit den inzwischen sehr viel strengeren Umweltschutzgesetzen nicht mehr vereinbaren.

Ein Ersatz der Lamellenplatten aus Asbestzement durch Platten aus anderen Werkstoffen scheidet in der Praxis aber ebenfalls aus. Kunststoffe haben eine zu geringe Lebensdauer um für solche Kühllamellen verwendet zu werden. ..Darüber hinaus sinjj sie außergewöhnlich brandgefährdet oder aber in Fäll en,in denen beide Nachteile nicht vorliegen, viel zu teuer. Andere Werkstoffe wie beispielsweise Metall scheiden sowohl aus Kostengründen, als auch insbesondere wegen der Korrosionsanfälligkeit und des hohen Gewichts ebenfalls aus. Schiießlich sind auch aus gebrannten Ton gefertigte Kühlkörper für diese Zwecke

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nicht geeignet, da sie wegen der für die Festigkeit notwendigen starken Wanddicken nur eine ungenügende Oberflächenvergrößerung "eFgebeTPund darüber hinaus zu bruchanfällig sind. Schließlich haben Ziegel auch den Nachteil, daß sie über längere Zeit den Wechselbeanspruchungen nicht gewachsen sind, insbesondere daß sie nicht genügend frostfest sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kühlkörper zu schaffen, der sowohl vom Gewicht als auch von der Festigkeit und Korrosionsfestigkeit, als auch schließlich von der Lebensdauer her die notwendigen Voraussetzungen für den Einsatz in Kühltürmen mit sich bringt und bei dem darüber hinaus'keinerlei Gefahr besteht, daß irgendwelche schädliche Stoffe an die Luft oder an das Kühlwasser abgegeben werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß einstückige stapelfähige, insbesondere quaderförmige, mit einer Vielzahl zueinander paralleler durchgehender Kanäle versehene Bausteine aus dichtgebrannter dünnwandiger Keramik vorgesehen.

Derartige monolithische Keramikbausteine, bei denen sich die Stegwände vorzugsweise gitterartig kreuzen, lassen sich mit 'sehr dünnen· Wandstärken herstellen, was sowohl den Verbrauch an keramischem Werkstoff pro Volumeneinheit auf ein vernünftiges Maß reduziert, als auch insbesondere das Gewicht dieser Bausteine in Grenzen hält. Diese keramischen Bausteine sind außerordentlich fest, so daß sie problemlos gestapelt werden können, ohne daß daraus eine nennenswerte Bruchgefahr resultiert. Die Keramik ist darüber hinaus korrosionsfest, gasdicht und tauwechselbeständig, so daß weder eine Alterung noch eine sonstige Zerstörung im Betrieb in Kühltürmen zu befürchten ist. Durch die besondere

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Dünnwandigkeit mit der sich die Stegwände erfindungsgemäßer Keramikbaüsteine bei trotzdem bestehender mechanischer Festigkeit herstellen lassen, ermöglicht es gegenüber den bisherigen Systemen mit Asbestzement-Lamellenplatten noch eine erhebliche weitere-Vergrößerung der Oberfläche und damit der Verweildauer des Kühlwassers zu erreichen.

In Ausgestaltung der Erfindung sollen die Bausteine aus einer technischen keramischen Masse gemäß DIN 40 685 Gruppe .400, 500 oder 600 bestehen. Derartige technische keramische Massen aus Cordierit oder cordierithaltigen Materialien, bzw. aus Materialien auf der Basis von Aluminiumoxyd, lassen sich mit sehr dünnen Wandstärken und geringer Porosität herstellen, wobei noch hinzu kommt, daß diese Materialien alle sehr frostsicher sind. Darüber hinaus sind solche keramischen Massen auch säurefest, was in vielen Anwendungsfällen, insbesondere bei der Benutzung von nicht aufbereiteten Flußwasser od. dergl. zu Kühl zwecken von großer Bedeutung ist.

Schließlich liegt es auch noch im Rahmen der Erfindung, die Kühlkörper, insbesondere auf den geschlossenen Seitenwänden, mit beim Stapeln ineinandergreifenden Vorsprüngen bzw. Ausnehmungen zu versehen. Neben noppenartigen Aus-Sprüngen und entsprechenden napfartigen Vertiefungen ist es dabei vorteilhaft, jeweils auf einander gegenüberliegenden Seiten zu den Kanälen parallele querschnittlich schwalbenschwanzförmige Rippen bzw. Kanäle anzuformen, so daß sich nebeneinander angeordnete Bausteine beim Einschieben der Rippen in die Kanäle miteinander verzahnen und einen festen Verbund ergeben.

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Eine ganz entscheidende weitere Verbesserung erfindιΛΙg*sgeroaIyer Kühlkörper ergibt sich in Ausgestaltung der Erfindung dadurch, daß die Bausteine -wenigstens auf· einer Seite offene Kanäle aufweisen, die beispielsweise durch eine angrenzende geschlossene Seitenwand eines drehvejrsetzt^angesetzten Bausteins verschlossen werden. Durch diese offenen Kanäle wird nämlich das Entstehen von doppelten Stegwänden beim Nebeneinanderstellen solcher Bausteine

vfür
vermieden, die wiederum^einen erhöhten Querschnitt und damit eine Erhöhung des Durchflußwiderstandes verantwortlich wären.

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Bei Ausbildung der Bausteine derart, daß die Stegwände parallel zu den Außenseiten des Bausteins verlaufen, kann zur Bildung der offenen'Kanäle vorgesehen sein, daß jeweils eine Seitenwand eines Bausteins offen ist. Bei dieser Ausgestaltung ergibt sich beim fugenlosen Nebeneinanderstellen derartiger Bausteine eine völlig gleichförmige Wabenstruktur mit über die gesamte Baustruktur gleich ausgebildeten gleich großen Kanälen und ohne irgendwelche durchflußwiderstanderhöhende Doppel wände.

υ 20 ßei Bausteinen, bei denen die Stegwände parallel zu den Diagonalebenen verlaufen, hat es sich demgegenüber als zweckmäßig erwiesen,

"^l ' daß zwei einander gegenüberliegende Seiten offen sind. Durch die fehlenden Seitenwände sind an diesen Seiten offene querschnittlich dreieckförmige Kanäle vorhanden, die sich mit den entsprechenden . Kanälen eines angrenzenden Bausteins zu genau den gleichen Kanalquerschnitten ergänzen, wie sie im Baustein sonst vorgesehen sind.

Darüber hinaus liegt es selbstverständlich auch im Rahmen'der Erfindung, die offenen Kanäle an wenigstens einer Seite durch andere bauliche Maßnahmen zu bilden, beispielsweise dadurch, daß auf die entsprechende Seitenwand gewinkelte Stegwände aufgesetzt sind. Bei Anordnung von solchen gewinkelten Stegwänden auf zwei einander gegenüberliegenden Seitenwänden ist es dabei zweckmäßig, die Abmessungen der Basisdreieckseiten dieser gewinkelten Stegwände größer zu wählen als die Seitenlänge der Kanäle, so daß die dreieckförmigen Kanäle den gleichen Durchflußquerschnitt aufweisen wie die ansonsten üblicherweise quadratischen Kanäle der Bausteine.

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Schließlich liegt es auch noch im Rahmen der Erfindung, im Eckbereich zwischen die Bausteine eingreifende Distanzstücke vorzusehen. Durch diese Distanzstücke wird erreicht, daß eine Ebene solcher nebeneinander angeordneter Bausteine von einer darüber und darunter liegenden Ebene" der Bausteine getrennt ist. Dadurch .erfolgt ein Abreißen des Strömungsquerschnittes an der Unterseite der Quader und damit eine bessere Durchwirbelung und eine gleichzeitige Sicherstellung, daß 'die gesamten inneren Oberflächen der Bausteine, d.h. die Innenwände'der Kanäle mit der Flüssigkeit benetzt werden. Die Distanzstücke sollen dabei zumindest in dem zentralen, zwischen die Bausteine eingreifenden, axial verlängerten Abschnitt mit Ausnehmungen versehen sein, so daß sie keine Erhöhung des Durchflußwiderstandes bewirken.

Schließlich hat es sich auch noch als besonders zweckmäßig herausgestellt, die Bausteine mit einer angerauhten Oberfläche zu versehen, wobei Anrauhung in diesem Zusammenhang bedeutet, daß sämtliche Wände, d.h. die Außenwände als auch die Innenwände der Kanäle eine solche Aufrauhung zeigen. Eine solche Aufrauhung verhindert nämlich

D eine sogenannte "Bachbildung", d.h. eine Art unvollständiger Benetzung, bei der die Flüssigkeit lediglich wie ein Bach auf einem Teil der Oberfläche herunterläuft. Erst die vollständige Benetzung der Oberfläche ergibt aber den gewünschten optimalen Austausch mit der Kühlluft und damit den angestrebten hohen Kühleffekt.

Die erfindungsgemäße Maßnahme der Verwendung technischer keramischer Massen gemäß DIN 40685 Gruppe 400, 500 und 600 sowie insbe-. sondere auch die Wahl wenigstens auf einer Seite offener Kanäle der Bausteine ergeben eine erhebliche Gewichtsersparnis gegenüber allen bislang bekannten Anordnungen sowie eine Vergrößerung der Oberfläche, einen noch weiter verringerten Durchflußwiderstand. Alle die,se Vor- ; teile werden-dabei speziell durch die Verwendung technischer keramischer Massen - gegenüber bereits vorgeschlagenen Hohlziegelbauweisen - erheblich verbessert, da mit solchen technischen keramischen Masser wesentlich geringere Wandstärken erzielt werden können und gleichzeitig die Temperaturwechselbeständigkeit technischer keramischer Massen gegenüber gebranntem Ton oder ähnlichen grobkeramischen Massen um ein Vielfaches höher liegt.

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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, sowie anhand der Zeichnung. Dabei- zeigen:

Fig. 1 eine perspekti-vrsche-Ans ich-t zweier übereinander gestapelter keramischer Kühl-Bausteine ,

Fig. 2 eine Teil-Draufsicht auf ITinen Baustein mit parallel zu den Außenwänden verlaufenden Lamellen, ■

Fig. 3 eine verkleinerte schematische Draufsicht auf zwei miteinander durch schwa lbenschwanzförmige Kanäle bzw. Rippen verzahnte Kühl-Bausteine,

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Teilstruktur aus vier nebeneinander geordneten Bausteinen mit einseitig offenen Kanälen,

Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Aufsicht auf eine Struktur mit abgewandelten Bausteinen, bei denen auf zwei einander gegenüberliegenden Seitenwänden gewinkelte Stegwände aufgesetzt sind,

Fig. 6 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Struktur neben- und übereinander gestapelter Bausteine unter Verwendu.ng von zwischen sie eingreifenden Distanzstückan und

Fig· 7

und 8 perspektivische Ansichten zweier abgewandelter Ausführungsformen solcher Distanzstücke.

Zur Erhöhung der Verweildauer des Kühlwassers in Kühltürmen sollen erfindungsgemäß den Kühlturm innen ausfüllende neben und übereinander gestaptelte Kühl-Bausteine 1 vorgesehen sein. Diese bestehen bei den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen aus quaderförmigen monolithischen Blöcken mit einer Vielzahl sich gitterförmig kreuzender dünnwandiger Stegw,ände 2 bzw. 3, zwischen denen eine Vielzahl von durchgehenden Kanälen 4 gebildet werden. Diese Bausteine

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werden so gestapelt, daß die Kanäle in vertikaler Ricnttjng verlaufen, so daß das Kühlwasser an den Innenkanälen der sich deraus ergebenden großen Blockstrukturen herunterläuft, während -'ein zu kühlender oder aber das Kühlmittel darstellender Gasstrom im Gleichstrom oder Gegenstrom zum Kühlwasser durch die Kanle 4 geblasen wird. Während bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 die Stegwände im Inneren des Bausteins 1 parallel zu den Diagonalen verlaufen, sind bei de-r'ifi Fig. 2 ausschnittsweise- dargestellten Wabenstruktur die Stegwände 2 und 3 parallel zu den Außenwänden 6 bzw. 5 "Bei der in Fig. 3 angedeuteten, im Grundriß quaderförmigen Ausführungsform eines Kühl-Bausteins 1, sind jeweils in j&inander gegenüberliegenden Seitenwänden 5 bzw. 6 zu den Kanälen parallele querschnittlich schwalbenschwanzförmige Rippen 7 bzw. Kanäle 8 eingeformt. Beim Nebeneinanderordnen solcher Bausteine ergibt sich dann eine Verzahnung, die das Aufbauen der Kühlwabenstruktur im Inneren eines Kühlturms erheblich erleichtert.

Die Fig. 4 zeigt abgewandelte Bausteine 1, bei denen jeweils eine der Außenseiten, d.h. die jeweils die Außenseite bildende Stegwand 3, weggelassen worden ist, so daß längs dieser Außenseite offene Kanäle 4¹ gebildet werden. Durch drehversetztes Aneinanderbauen derartiger abgewandelter Bausteine 1, wobei die offenen Kanäle 4¹ jeweils durch eine geschlossene Seitenwand des angrenzenden Bausteins wieder verschlossen werden, ergibt sich eine völlig gleichmäßige Wabenstruktur über die gesamte von solchen Bausteinen ausgelegte Fläche.

Bei Vorsehen einer Wabenstruktur der Bausteine gemäß Fig. 1 ist es zweckmäßiger, die Seitenwände 5 oder 6 auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten wegzulassen, so daß durch das entsprechende Aneinanderbauen solcher Bausteine „zwei querschnittlich dreickförmige Halbkanäle an den Außenseiten sich jeweils zu einem vollen quers-chnittlich quadratischen Kanal wieder ergänzen. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist wiederum ein anderer Weg gewählt worden, und zwar sind dort auf zwei einander gegenüberliegende Außenseiten gewinkelte Stegwände 9 aufgesetzt,-deren Periodenlänge größer ist

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als die Seitenlänge der normalen Kanäle 4, so daß der Querschnitt der dreieckförmigen Kanäle 4'¹ dem Querschnitt der Kanäle 4 entspricht und somit auch in diesen Kanälen der gleiche Durchf lüii©- ■'widerstand vorhanden ist. Beim wiederum entsprechenden drehveirse'tzten Aneinanderbauen solcher Bausteine, 1'¹ ergeben sich zusätzliche querschnittlich gleich große Kanäle infolge der von den gewinkelten Stegwänden 9 gebildeten nach außen^offenen Kanäle 4¹, die bei dieser Ausführungsform den Kanälen 4' der Struktur nach Fig. 4 entsprechen.

Die Anordnung nach Fig. 5 eignet sich ganz besonders für die In den Figuren 6 bis 8 zusätzlich dargestellte Verwendung von Distanz-' stücken 10, die jeweils im Eckbereich zwischen vier aneinander grenzenden Bausteinen angeordnet werden sollen, um,wie man aims Fig. besonders gut erkennen" kann, die Kühlkörperstuktur in beabstairadet übereinander angeordnete Schichten zu unterteilen, so daß jeweils an der Unterseite der Bausteine die Strömung abreißt, ehe die (Kühlflüssigkeit wieder in die darunterliegende Schicht und deren Kanäle eintritt. Die Distanzstücke 10 sind dabei mit einem dem Querschnitt des Kanals 11 im Eckbereich der Anordnung nach Fig. 5 entsprechenden zentralen Abschnitt 12 versehen, der über das querschnitt.! ich'vert breiterte plattenförmige Distanzstück 10 axial nach oben und ium ten übersteht. Dieser Abschnitt 12 ragt somit im wesentlichen paßgenau in den Querschnitt 11, also zwischen die aneinander gren_wzen.cien vier Bausteine 1¹¹ der Anordnung nach Fig. 5 ein. Eine Bohrung verhindert, daß durch diese Distanzstücke eine allzu große Querschnittsverminderung und damit eine Erhöhung des Durchflußwiderstandes bewirkt wird. Noch geringer wird diese Behinderung-*- veenm, wie anhand des rund ausgeführten Distanzstücks 10 gemäß Fig. 8 angedeutet ist, neben der zentralen Bohrung 13 auch ins Auflagebereich■weitere Bohrungen 14 vorhanden sind.

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Claims

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Patent- und Schutzansprüche

Kühlkörper, insbesondere als Einsatz für Kühltürme, mit lamellenartigen Stegwänden, gekennzeichnet durch einstückige, stapelfähige, insbesondere quaderförmige, mit einer Vielzahl zueinander paralleler durchgehender Ka-5—_. näle (4) versehene Bausteine (1) aus dichtgebrannter dünnwandiger Keramik.
2. Kühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Stegwände (2, 3) gitterartig kreuzen.
3. Kühlkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer technischen keramischen Masse gemäß DIN 40 685 Gruppe 400, 500 oder 600 besteht.
4. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, -daß er, insbesondere auf den geschlossenen Seitenwänden (5, 6) mit beim Stapeln ineinandergreifenden Vorsprüngen und Ausnehmungen versehen ist.
5. Kühlkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils auf einander gegenüberliegenden Seiten (5, 6) zu den Kanälen (4) parallele querschnittlich schwalbenschwanzförmige Rippen (7) bzw. Rinnen (8) angeformt sind.

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6. Kühlkörper nach eindem der Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bausteine (1 > 1¹¹) wenigstens auf einer Seite offene Kanäle 4' aufweisen.

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7. Kühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die offenen Kanäle (4' ) durch seitlich aufgesetzte gewinkelte . Stegwände (9) gebildet sind.
8. Kühlkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stegwände (2, 3) parallel zu den Außenseiten des Bausteins (1¹) verlaufen und daß jeweils eine Seitenwand eines Bausteins (1¹) offen ist. ' '
9. Kühlkörper nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stegwände (2, 3) parallel zu den Diagonalebenen des Bausteins (1) verlaufen und daß zwei einander gegenüberliegende Seitenwände offen sind. - -
10. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch im Eckbereich zwischen die Bausteine (.1) eingreifende Distanzstücke (10).
11. Kühlkörper nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die

Distanzstücke (10) zumindest in dem zentralen, zwischen die Bausteine (1) eingreifenden axial verlängerte Abschnitt (12) mit Ausnehmungen versehen sind.
12. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bausteine (1, 1¹, 1¹¹) eine aufgerauhte, ein vollständiges Benetzen bewirkende Oberfläche aufweisen.

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