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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeaustauschkörper, der
für einen
Kühlturm
geeignet ist, einen Kühlturm
und ein zugeordnetes Montageverfahren.
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Ein
Kühlturm,
genannt „atmosphärisches Kühlaggregat", erlaubt ein wirksames
und wirtschaftliches Ableiten einer durch industrielle Verfahren
und Klimatisierungsinstallationen erzeugten Wärme an die Umwelt, indem in
einem Luftstrom das Fluid zerstäubt
wird, das zur Abkühlung
dieser Installationen gedient hat. Das allgemein benutzte Fluid
ist Wasser. Das zerstäubte
Wasser wird auf die thermischen Austauschflächen eines Austauschkörpers aufgebracht,
der im Innern des Kühlturms
liegt. Die Luft durchquert den Austauschkörper, um einen thermischen
Austausch mit dem Wasser auszuführen,
und wird in die Atmosphäre
zurückgeführt. Das
so abgekühlte
Wasser wird in einem Becken gesammelt und kehrt zum industriellen
Verfahren oder zu der abzukühlenden
Klimatisierungsanlage zurück.
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Man
kennt gegenwärtig
Kühltürme, die
eine Hülle
mit vertikalen Wänden
umfassen, in der ein Wärmeaustauschkörper z.
B. in Form von thermisch geformten, aneinander geklebten Kunststofffolien ausgeführt ist,
die auf Abstützungen
aufgebracht sind, die an den seitlichen Wänden der Hülle befestigt sind.
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Auf
Grund ihrer Konzeption erfordern solche Wärmeaustauschkörper besonders
lange und schwierige Montagevorgänge
im Innern des Kühlturms.
In der Tat werden die Wärmeaustauschelemente
aufeinander folgend im Innern des Turms befestigt. Außerdem müssen die
Bedienungspersonen bei solchen Vorgängen oder bei solchen Wartungs- oder
Reinigungsvorgängen
ins Innere des Turm eindringen und z. B. mit Hilfe von Gerüsten in
relativ große
Höhen hochsteigen.
Bei solchen Eingriffen besteht für
das Bedienungspersonal so ein Sturzrisiko ins Freie. Zu diesem Zweck
können
verschiedene Sicherheitsvorrichtungen wie Sicherheitsgurte benutzt werden,
und gestalten diese Eingriffe auf jeden Fall schwierig und kostspielig.
Außerdem
ist es unmöglich,
zur Gesamtheit des Austauschkörpers
Zugang zu haben, um dessen Reinigung ohne eine vollständige Demontage
vorzunehmen. Ein Wärmeaustauschkörper, der
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 entspricht ist aus dem Dokument
US 3,751,017 bekannt.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu beseitigen,
indem ein besonders leicht zu montierender Wärmeaustauschkörper vorgeschlagen
wird, der es ermöglicht,
die Unfallsrisiken bei seiner Installation im Innern eines Kühlturms
bedeutend zu senken und der leicht in seiner Gesamtheit gereinigt
werden kann.
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Zu
diesem Zweck umfasst der Wärmeaustauschkörper für einen
Kühlturm
eine Vielzahl von Wärmeaustauschelementen,
die Austauschoberflächen
bilden, ein Aufhängebalkenwerk
und Verbindungsmittel, die die Wärmeaustauschelemente
und das Aufhängebalkenwerk
verbinden. Das Balkenwerk ist mit einer Stützfläche versehen, die dazu bestimmt
ist, gegen eine komplementäre
Oberfläche des
Turms in Kontakt zu geraten, um einen beweglichen bzw. auswechselbaren
Zusammenbau bzw. Montage des Balkenwerks auf bzw. an dem Turm durchzuführen.
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Ein
solches Balkenwerk erlaubt es, die Aufhängung der Wärmeaustauschelemente über Verbindungsmittel
durchzuführen,
wodurch eine Montage bzw. ein Zusammenbau des Austauschkörpers außerhalb
des Kühlturms
und ein Anbringen der Wärmeaustauschelemente
in Bezug auf den Kühlturm bei
der Installation des Austauschkörpers
im Innern des Turms ermöglicht
wird.
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Im
Gegensatz zum klassischerweise benutzten Wärmeaustauschkörper, werden
die Wärmeaustauschelemente
in Bezug auf das bewegliche Aufhängebalkenwerk
und nicht in Bezug auf die seitlichen Wände der Turmhülle oder
in Bezug auf die Struktur des Turms selbst montiert. Es wird so
möglich,
nachdem die verschiedenen Wärmeaustauschelemente
außerhalb
des Turms zusammengebaut worden sind, den Wärmeaustauschkörper innerhalb des
Turms zu positionieren, indem das Aufhängebalkenwerk gegen sein oberes
Ende geführt
wird, z. B. mit Hilfe eines Hebemittels wie einem Kran, ohne dass
es für
das Personal erforderlich ist, ins Innere des Turms zu gehen.
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Außerdem kann
man auf analoge Weise im Falle einer Wartung oder Reinigung den
Austauschkörper
in analoger Weise aus dem Turm entfernen und ihn dann auf Bodenhöhe bringen,
um die Reinigung und die Wartung, z. B. zur Verhinderung der Legionellose,
zu vereinfachen.
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In
einer Ausführungsform
verknüpfen
die Verbindungsmittel untereinander die Wärmeaustauschelemente und sind
in der Lage, die Bewegung eines Wärmeaustauschelements zwischen
einer extrem nahen Position und einer extrem entfernten Position
in Bezug auf ein angrenzendes Wärmeaustauschelement
zu ermöglichen.
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Die
Benutzung von solchen Verbindungsmitteln erlaubt es, die Sicherheit
des Personals beim Zusammenbau des Austauschkörpers auf Bodenhöhe oder
bei der Reinigung und der Wartung zu erhöhen, indem die Höhe des Körpers auf
die Größe einer
Person reduziert wird.
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In
der Tat kann der Wärmeaustauschkörper außerhalb
des Turms in einer sogenannten „zusammengefalteten" Position zusammengebaut
oder gereinigt werden, in der die Verbindungsmittel im wesentlichen
horizontal sind. In dieser Position entspricht die Höhe des Wärmeaustauschkörpers im Wesentlichen
der Summe der einzelnen Höhen
der Wärmeaustauschelemente.
Der Austauschkörper kann
dann im Innern des Kühlturms
in einer sogenannten „ausgefahrenen" Position montiert
werden, in der die Verbindungsmittel im Wesentlichen vertikal sind.
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In
einer Ausführungsform
sind die Verbindungsmittel an den Wärmeaustauschelementen und dem
Trägerbalkenwerk
angelenkt. Die Verbindungsmittel sind so durch ein erstes Ende an
einem Wärmeaustauschelement
angelenkt und durch ein zweites Ende an einem angrenzenden Wärmeaustauschelement
angelenkt.
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Bevorzugterweise
ist ein Wärmeaustauschelement
an einem Wärmeaustauschelement
unmittelbar darüber
und an einem Wärmeaustauschelement unmittelbar
darunter angelenkt.
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Vorteilhafterweise
umfassen die Wärmeaustauschelemente
mindestens eine Gelenkachse, an der die unteren und oberen Enden
von zwei angrenzenden Verbindungsmitteln montiert sind.
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In
einer anderen Ausführungsform
wird das Trägerbalkenwerk
aus einem steifen Material ausgeführt, während die Verbindungsmittel
aus einem biegsamen Material ausgeführt und an den Wärmeaustauschelementen
und dem Trägerbalkenwerk
befestigt sind.
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In
anderen Worten reduziert die Benutzung von Verbindungsmitteln, die
durch ein erstes Ende an einem Wärmeaustauschelement
und durch ein zweites Ende an einem angrenzenden Wärmeaustauschelement
angelenkt sind, und/oder aus einem biegsamen Material ausgeführt sind,
kombiniert mit der Benutzung eines beweglichen Aufhängebalkenwerks, die
Sturzrisiken bei Montagevorgängen
oder bei der Reinigung des Wärmetauschers
wesentlich.
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In
einer anderen Ausführungsform
umfasst der Wärmeaustauschkörper einen
unteren Zwischenträger
der Wärmeaustauschelemente.
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Die
Erfindung betrifft ebenfalls einen Kühlturm, der eine Hülle und
einen Wärmeaustauschkörper umfasst,
der mit einer Vielzahl von Wärmeaustauschelementen,
die die Austauschflächen
bilden, einem Aufhängebalkenwerk,
Verbindungsmitteln, die die Wärmeaustauschelemente
und das Aufhängebalkenwerk
verknüpfen,
versehen ist. Das Balkenwerk ist mit einer Stützfläche versehen, die im Kontakt
gegen eine Komplementärfläche des
Turms ist, so dass ein beweglicher Zusammenbau des Balkenwerks an
bzw. in dem Turm ausgeführt
werden kann.
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Die
Erfindung betrifft schließlich
ein Verfahren zum Zusammenbau eines Wärmeaustauschkörpers, der
an einen Kühlturm
angepasst ist und die folgenden Schritte umfasst, bei denen:
- – eine
Vielzahl von Wärmeaustauschelementen, die
die Austauschflächen
bilden, außerhalb
des Kühlturms
aufgestapelt werden,
- – die
Wärmeaustauschelemente
mit einem Aufhängebalkenwerk
verbunden werden,
- – das
Aufhängebalkenwerk
angehoben wird, und
- – der
Wärmeaustauschkörper im
Innern des Kühlturms
positioniert wird.
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Vorteilhafterweise
werden die oberen Wärmeaustauschelemente
mit dem Aufhängebalkenwerk
verbunden, und außerdem
die Wärmeaustauschelemente
miteinander verbunden.
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In
einer Ausführungsform
des Verfahrens werden die Wärmeaustauschelemente
so verbunden, dass beim Anheben des Aufhängebalkenwerks die Bewegung
eines Wärmeaustauschelements
zwischen einer extrem nahen Position und einer extrem entfernten
Position in Bezug auf ein benachbartes Wärmeaustauschelement ermöglicht wird.
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Die
Erfindung wird durch das Studium der ausführlichen Beschreibung einer
Ausführungsform besser
verstanden, die beispielhaft, nicht einschränkend beschrieben und durch
die im Anhang befindlichen Zeichnungen illustriert wird, in denen:
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Die 1 schematisch
einen Kühlturm
zeigt, der einen Wärmeaustauschkörper gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung umfasst,
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Die 2 eine
Schnittansicht entlang der Achse II-II der 1 ist,
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Die 3 schematisch
den Wärmeaustauschkörper der 1 in
einer zusammengefalteten Position zeigt, und
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Die 4 schematisch
einen Kühlturm
zeigt, der einen Wärmeaustauschkörper gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung umfasst.
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Wie
aus den 1 und 2 zu ersehen
ist, umfasst der Kühlturm,
der in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet
ist, eine Hülle 2 mit vertikalen
Wänden,
in deren Inneren ein Wärmeaustauschkörper 3 montiert
ist.
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Der
Wärmeaustauschkörper 3 umfasst
ein oberes Aufhängebalkenwerk 4,
das mit vier Balken 5a, 5b et 6a, 6b versehen
ist, die abgestützt
mit Abstand an den oberen Enden der Wände der Hülle 2 montiert sind,
und Wasserverteilungs-Kanäle oder -Rohre
mit dem Bezugszeichen 7 bis 10, die in Bezug auf
die Trägerbalken 5a, 5b und 6a, 6b transversal angebracht
sind.
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Die
Balken 5a, 5b und 6a, 6b stützen sich über die
Abdichtungsorgane 11, 12 gegen die Hülle 2 ab.
Die Abdichtungsorgane 11 und 12, die vorteilhaft aus
biegsamem bzw. verformbarem Kunststoffmaterial oder aus einem metallischen
Material ausgeführt sind
und hier eine Z-Form aufweisen, sind an der unteren Fläche der
Balken 5a, 5b und 6a, 6b angebracht
und kommen mit dem oberen Ende und der inneren Wand der Hülle 2 in
Kontakt. Die untere Fläche bildet
eine Kontaktfläche
des Aufhängebalkenwerks 4 mit
dem oberen Ende des Turms, wobei die Dicke der Abdichtungsorgane 11, 12 verhältnismäßig dünn ist.
Die Abdichtungsorgane 11 und 12 erlauben es, ein
eventuelles Austreten der Fluids in die Außenumgebung der Hülle 2 des
Kühlturms 1 zu
vermeiden.
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In
anderen Worten befindet sich das Aufhängebalkenwerk 4 außerhalb
der Hülle 2 und
stützt
sich gegen einen oberen Teil der Hülle ab. Die Auflagefläche des
Balkenwerks 4 an dem Turm 1 ist hier eine untere
Fläche
des Balkenwerks. Als Variante ist es ebenfalls vorstellbar, ein
Balkenwerk vorzusehen, das mit einer seitlichen Auflagefläche versehen
ist, die eine im allgemeinen kegelförmige Form aufweist.
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Jeder
Verteilungskanal 7 bis 10 umfasst auf Höhe einer
unteren Fläche
ein Wasserdispergierungs-System, z. B. Disperger 13, deren
Anzahl hier sechs ist, und entlang der Verteilungskanäle verteilt sind.
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Der
Kühlturm 1 umfasst
ebenfalls Tropfen-Abscheideplatten 14 von bekannter Konzeption. Die
Abscheideplatten 14 sind auf den unteren Seiten der Verteilungskanäle 7 bis 10 befestigt,
wobei sie zwischen zwei aufeinanderfolgenden Verteilungskanälen oder
zwischen einem Verteilungskanal und einem Abdichtungsorgan 11 oder 12 montiert
sind, das in Kontakt mit der vertikalen Wand der Hülle 2 ist.
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Der
Wärmeaustauschkörper 3 umfasst ebenfalls
eine Vielzahl von Wärmeaustauschelementen
mit dem Bezugszeichen 15. Die Wärmeaustauschelemente 15 bilden
die vertikalen Reihen, hier in der Anzahl von sechs, wobei jede
Reihe hier sechs horizontale Elemente umfasst, die im Wesentlichen parallel
zueinander ausgerichtet sind.
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Die
Wärmeaustauschelemente 15 bilden Austauschflächen, die
das durch die Disperger 13 versprühte Wasser abkühlen. Die
Austauschkörper, z.
B. vom Typ „Film", präsentieren
sich bevorzugt in Form von Blöcken
aus thermogeformtem Kunststoff, was „Packing" genannt wird. An jedem Wärmeaustauschelement 15 sind
auf Höhe
einer lateralen Seite Träger 16,
hier in der Anzahl von vier, befestigt. Die Träger 16 sind paarweise
auf zwei gegenüberliegenden
lateralen Seiten der Wärmeaustauschelemente 15 angeordnet
und umfassen jeweils eine Gelenkachse 17, die im Wesentlichen
horizontal verläuft.
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Der
Austauschkörper 3 umfasst
ebenfalls Verbindungsmittel 18, die zwischen sich die Wärmeaustauschelemente 15 einer
gleichen Reihe verknüpfen.
Ein Verbindungsmittel 18 ist durch ein erstes Ende an den
Träger 16 eines
Wärmeaustauschelements 15 um
die Gelenkachse 17 herum angelenkt, und durch ein zweites
Ende um die Gelenkachse 17 des Trägers 16 eines angrenzenden
Wärmeaustauschelements 15 herum
angelenkt, wobei das ein Pleuel bildende Verbindungsmittel 18 sich
in einer im wesentlichen vertikalen Position befindet.
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Ein
Wärmeaustauschelement 15 ist
mit einem unmittelbar darüber
befindlichen Wärmeaustauschelement 15 und
mit einem unmittelbar darunter befindlichen Wärmeaustauschelement 15 verknüpft. Um
jede Gelenkachse 17 eines Wärmeaustauschelements 15 herum
sind die unteren und die oberen Enden von zwei angrenzenden Verbindungsmitteln 18 montiert.
Man versteht unter "angrenzendem
Verbindungsmittel" das
Verbindungsmittel einer selben vertikalen Reihe von Wärmeaustauschelementen 15, das
vertikal nach oben oder nach unten versetzt ist.
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Die
oberen Wärmeaustauschelemente 15 werden
in Nähe
der Disperger 13 angeordnet. Die Träger 16 der oberen
Wärmeaustauschelemente 15 sind
hier mit den Trägern 5a, 5b und 6a, 6b durch zwei
aufeinanderfolgende Verbindungsmittel 18 verknüpft. In
anderen Worten sind die oberen Enden der an den oberen Wärmeaustauschelementen 15 angelenkten
Verbindungsmittel 18 auf Höhe der horizontalen Achsen
angelenkt, um welche herum ebenfalls die unteren Enden der mit den
Balken 5a, 5b und 6a, 6b verknüpften Verbindungsmittel 18 angelenkt
sind. Selbstverständlich
ist es ebenfalls vorstellbar, an den Balken 5a, 5b und 6a, 6b die
oberen Enden der an den oberen Wärmeaustauschelementen 15 angelenkten
Verbindungsmittel 18 direkt zu befestigen. Die Verbindungsmittel 18 können vorteilhaft
aus einem metallischen Material, z. B. Stahl, oder aus Kunststoff
hergestellt sein, und sich in der Form von Drähten mit einem Durchmesser
zwischen 2 und 3 mm präsentieren.
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An
jedem Ende der Gelenkachsen 17 sind Stifte (nicht dargestellt),
die mit den Achsen 17 zusammenwirken, montiert, um eine
Trennung der Verbindungsmittel 18 und der Achsen 17 zu verhindern. Die
Stifte sind so auf den Achsen 17 befestigt, dass ein leichtes
Spiel zwischen den Stiften und den Verbindungsmitteln 18 bestehen
bleibt, um die Winkelbewegung der Verbindungsmittel 18 in
Bezug auf die Wärmeaustauschelemente 15 zu
ermöglichen.
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Der
Kühlturm
umfasst ebenfalls eine Motorventilator-Gruppe 20, die seitlich
außerhalb
der Hülle 2 befestigt
ist, und ein Becken 21, in dem das durch die Disperger 13 ausgesprühte und
in Form eines Films und/oder in Form von Tropfen auf den thermischen
Austauschern 15 ablaufende Wasser aufgefangen wird. Eine
Leitung 22, die eine Wand der Hülle 2 durchquert,
ist mit einer Zirkulationspumpe 23 versehen, um eine schematisch
durch den Pfeil 24 dargestellte Zirkulation des so abgekühlten und
aufgefangenen Wassers in Richtung der Klimatisierungsanlagen oder
der industriellen Abkühlungsverfahren zu
ermöglichen.
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Wie
es in 3 deutlicher dargestellt ist, ist der Austauschkörper 3 bei
seiner Montage in einer sogenannten "zusammengefalteten" Position, in der sich ein Wärmeaustauschelement 15 in
einer extrem nahen Position in Bezug auf ein benachbartes Wärmeaustauschelement 15 befindet.
In dieser extrem nahen Position ist die untere Fläche eines
Wärmeaustauschelements 15 im
Wesentlichen in Kontakt mit der oberen Fläche eines Wärmeaustauschelements 15 unmittelbar
darunter.
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Bei
der Montage des Austauschkörpers 3, ordnet
man zuerst auf Höhe
des Bodens 25 erste Balken 26 an, deren Anzahl
hier vier ist, und die zum Beispiel aus Holz sind. Die Balken 26 dienen
zur Abstützung
für die
erste Etage von Wärmeaustauschelementen 15.
Nachdem das Aufstapeln der Wärmeaustauschelemente 15 ausgeführt worden
ist, werden auf den oberen Wärmeaustauschelementen 15 zweite
Balken 27 angeordnet, und anschließend wird das obere Balkenwerk 4 gegen
die Balken 27 angeordnet, um einen eventuellen Kontakt
zwischen der Wasserverteilung und den Wärmeaustauschelementen 15 zu
vermeiden. Anschließend
werden die Wärmeaustauschelemente 15 untereinander
durch Verbindungsmittel 18 verknüpft, und die oberen Wärmeaustauschelemente 15 werden
an das Balkenwerk 4 angelenkt. Die Montage des Austauschkörpers 3 wird
so auf einer relativ geringen Höhe,
der Größe eines
Menschen, ausgeführt,
die im wesentlichen der Summe der Höhen der Wärmeaustauschelemente 15 entspricht.
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Um
den Austauschkörper 3 ins
Innere eines Kühlturms 1 (1 und 2)
zu führen,
ist es z. B. vorstellbar, auf Höhe
des Balkenwerks 4 Haken (nicht dargestellt) vorzusehen
und das Anheben des Austauschkörpers 3 mit
Hilfe eines Krans auszuführen. Ein
solches Anheben ruft durch die Schwerkraft die Bewegung der Gelenkmittel 18 in
eine Position hervor, die im wesentlichen vertikal ist, und den Übergang
eines Wärmeaustauschelements
zwischen einer extrem nahen Position und einer extrem entfernten
Position in Bezug auf ein anderes angrenzendes Wärmeaustauschelement erlaubt.
Der Austauschkörper 3 wird
anschließend über das
Balkenwerk 4 auf bzw. an den Kühlturm positioniert.
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Selbstverständlich ist
es auch vorstellbar, Verbindungsmittel 18 vorzusehen, die
an den Wärmeaustauschelementen 15 und
an dem Aufhängebalkenwerk
befestigt sind. In dieser Ausführungsvariante
sind die Verbindungsmittel 18 aus einem biegsamen Material
hergestellt, um die Bewegung eines Wärmeaustauschelements zwischen
einer extrem nahen Position und einer extrem entfernten Position in
Bezug auf ein benachbartes Wärmeaustauschelement
beim Anheben des Aufhängebalkenwerks
zu ermöglichen.
Die Verbindungsmittel 18 können so in Form von aus biegsamem
Kunststoff ausgeführten Drähten oder
außerdem
aus Stahl vom Typ „Klavierdraht„ hergestellt
sein.
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Die
in 4 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich
dadurch, dass der Wärmeaustauschkörper 3 einen
Zwischenträger 28 umfasst,
auf dem vertikal die Wärmeaustauschelemente 15 ausgerichtet
sind, deren Anzahl hier drei ist, und dadurch, dass die Verbindungsmittel 18 auf
Höhe des Aufhängebalkenwerks 4 und
des Zwischenträgers 28 angelenkt
sind. Selbstverständlich
ist es auch vorstellbar, die Verbindungsmittel 18 an dem
Aufhängebalkenwerk 4 und
dem Zwischenträger 28 zu
befestigen Die Verbindungsmittel können aus biegsamem oder steifem
Material ausgeführt
sein.
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Diese
Ausführungsform
ist besonders geeignet für
einen Austauschkörper
vom Typ Film, der eine Stapelung von Wärmeaustauschelementen 15 mit
einer relativ begrenzten Höhe
aufweist.
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Der
Austauschkörper
kann so auf besonders schnelle und wirtschaftliche Weise montiert
werden, wobei eine erhöhte
Sicherheit für
das Personal geboten wird. Außerdem
kann der ein Einheitsgebilde bildende Wärmeaustauschkörper für Wartungs-
und Reinigungsvorgänge
leicht aus dem Kühlturm
herausgenommen werden, bevor er demontiert wird.
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Dank
der Erfindung erhält
man einen Wärmeaustauschkörper, der
mit einer Vielzahl von Wärmeaustauschelementen,
die Austauschflächen
bilden, einem Aufhängebalkenwerk,
Verbindungsmitteln, die die Wärmeaustauschelemente
und das Aufhängebalkenwerk
verbinden, versehen ist, in dem das Balkenwerk eine Stützfläche umfasst,
die dazu bestimmt ist, sich gegen eine komplementäre Fläche des
Turms abzustützen,
um damit die relative Positionierung des Austauschkörpers und
der Wände
des Turms ebenso wie das Abstützen
des Körpers
zu ermöglichen,
ohne dass es nötig
ist, zusätzliche
Befestigungsmittel vorzusehen.