DK149539B - Fordampningsvarmeveksler med tvungen krydscirkulation - Google Patents

Description

i 149539

Opfindelsen vedrører en fordampningsvarmeveksler med tvungen krydscirkulation og af den i krav l's indledning angivne art. Specielt vedrører opfindelsen et køletårn, hvor det kun er frisk, relativ tør luft fra omgivelserne, som 5 kommer i forbindelse med de mekaniske komponenter.

I fordampningsvarmevekslere udveksles der varme mellem en væske, f.eks. vand, og luft fra omgivelserne. Væskens temperatur reduceres både som følge af direkte varmeudveksling med luften og som følge af en delvis fordampning af 10 væsken, således at varmeenergien fjernes i form af latent fordampningsvarme, hvor den frembragte damp fjernes sammen med udstrømningsluften fra tårnet.

I konventionelle køletårne forbedres kontakten mellem væsken og luften ved at udforme varmevekslerelementerne som 15 et gitter eller et netværk, som overrisles af væsken og/ eller tynde væskelag, som samtidig påvirkes af en luftstrøm. Varmeudvekslingsegenskaberne for et køletårn forbedres ikke alene ved at forøge væske/luft-overfladen, medens væsken passerer køletårnet, men også ved at for-20 øge den turbulente strømning af både væske og luft, idet luftens turbulens ved afdrypningen af væsken opbryder denne i smådråber til forøgelse af virkningsgraden.

Fra U.S.A.-patentskrift nr. 2 872 168 kendes således et køletårn med tvungen cirkulation, hvori luftfremdriv-25 ningsorganerne er anbragt vandret under væske afgrænsende vægge i tårnets chassis, således at trykrummet er en tør luftzone, medens luften afkastes foroven i anlægget.

Fra U.S.A.-patentskrift nr. 2 732 190 kendes en dobbelt-pumpende enhed med lodrette elementer, hvor den nedad 30 strømmende væske ikke forlader elementopbygningen og bevæger sig ind i en turbulent luftzone. Luften afkastes opad.

149539 2

Fra U.S.A.-patentskrift nr. 3 286 999 kendes et tårn med lodrette elementer, hvor væsken forhindres i at træde ind i en turbulent luftzone.

Fra engelsk patentskrift nr. 505 590 kendes også en 5 varmeveksler, hvor vandet ikke forlader elementernes frontside og bevæger sig ind i en turbulent luftzone, men hvor vandet strømmer ned langs elementernes flader.

Formålet med opfindelsen er at tilvejebringe et køletårn med en stor termisk virkningsgrad og kompakt konstruk-10 tion, hvor den indbyrdes blanding mellem væske og luft i en turbulent strømning er forbedret inden for det mindst mulige volumen.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved en fordampningsvarmeveksler med den i krav l's kendetegnende del angivne ud-15 formning. Varmevekslerelementerne, som således er anbragt i afstand fra ventilatorvæggen, hvor luftfrem-drivningsorganerne findes, definerer et kammer med en turbulent luftstrømning, således at væskedråber, som falder ind i den turbulente zone, blandes med den ind-20 kommende luft og drives imod elementerne, hvor dråberne brydes op i mindre bestanddele, som løber yderligere ried gennem elementerne, hvorefter der igen frembringes dråber i den turbulente zone. Efter at have passeret nedad over elementerne og gennem den turbulente zone 25 samles væsken endelig i nærheden af tårnets bund i en sump, hvorfra den kan recirkuleres eller udledes.

Opfindelsen vil blive nærmere forklaret ved den følgende beskrivelse af en udførelsesform, idet der henvises til tegningen, hvor 3 149539 fig. 1 viser en udførelsesform for køletårnet ifølge opfindelsen, fig. 2 et snit langs linien II—II fra fig. 1, hvor især køletårnets trykkammer kan ses, medens 5 fig. 3 viser luftdrivorganer med tilhørende holdeorganer.

Fig. 1 viser et køletårn 11 omfattende et hus 12 med en overside 13, ventilatorvægge 14, et luftafgangsområde 15 samt sidevægge 16, 17, hvilke vægge definerer et indre kammer 18. Tårnet 11 hviler på et understel 19. Ved 10 luftingangen 50 i ventilatorvæggen 14 danner flanger 21, 22 en forsænkning 20 i forhold til sidevæggene henholdsvis 16 og 17, og samtidigt defineres der en kantdel 23 i understellet 19. Forsænkningen 20 udgør et leje for luftfremdrivningsorganer, som ved den viste udførelses-15 form består af en motordrevet ventilator 24. Drivaggregatet 24 omfatter en motor 25, en remskive 26 og en drivrem 27, som driver ventilatoren 28. Ved den viste udførelsesform er luftdrivorganerne en cirkulær aksial-ventilator, men andre drivorganer vil også kunne benyt-20 tes, f.eks. en centrifugalventilator, som specielt foretrækkes for at nedsætte støjniveauet. Ventilatoraggregatet 24 er beskyttet af en skærm 29, således at der ikke kan trænge fremmedlegemer ind i ventilatoraggregatet 24. Fig. 1 viser også en konventionel væskefor-25 delingskumme 30 med en indgang 31 for modtagelse af væske ved høj temperatur. Kummen 30 står i forbindelse med tårnets indre via et antal fordelingsdyser 32 i kummen 30, således at den varme væske fordeles ensartet over pladeelementer 33 (se fig. 2) i det indre kammer 30 18. Dyserne 32 er beliggende i et sådant mønster, at væsken, som forlader den øvre kumme, fortrinsvis kun strømmer til oven på elementerne 33. I huset 12 findes der også en udgang 34, hvorfra afkølet fluidum, som er 149539 4 opsamlet i en sump 35 (fig. 2) i understellet 19 under elementerne 33, kan fjernes fra tårnet 11. Ved andre udførelsesformer kan væsken blive sprøjtet direkte på elementerne 33, uden at der gøres brug af fordelings-5 organer såsom kummen 30.

Ventilator-motoraggregatet 24 er som vist anbragt uden på ventilatorvæggen, således at sprøjt eller væsketåge i retning mod aggregatet 24 er det mindst mulige under drift. Det er sædvanligt, at væsken indeholder kemi-10 kalier, såsom microbiocider, algicider, aflejrings- og korrosionsinhibitorer og andre additiver til regulering af væskens egenskaber. Da sådanne additiver sædvanligvis er ret aggressive over for ubeskyttede overflader, som kan iltes, opnås ved at anbringe aggregatet 24 i forsænk-15 ningen 20 uden for det indre kammer 18 en beskyttelse af motoren, lejerne og lignende imod ødelæggende korrosion.

Der skal gøres opmærksom på et specielt træk ved opfindelsen. Ved alle konventionelle køletårne med tvungen 20 krydscirkulation er luftstrømmen fra et luftfremdriv- ningsorgan, sås'om ventilatoren, temmelig turbulent, især tæt ved ventilatoren. En sådan turbulens har hidtil været betragtet som i højeste grad uønsket. For at imødegå denne antagede ulempe har elementérnes frontside 25 hidtil været anbragt så langt som muligt fra ventilatoren. Dette har naturligvis medført enten et større tårn eller en mindre længdeudstrækning af elementerne i forhold til, hvad der nu kan opnås ved opfindelsen. De kendte krydscirkulationstårne har endvidere været for-30 synet med styrefinner eller andre midler til udglatning af luftstrømmen, således at der kunne opnås en laminar strømning.

5 149539

Ifølge opfindelsen har det overraskende vist sig, at rummet mellem ventilatoren og elementerne kan gøres mindre, og at yderligere organer til frembringelse af en laminar luftstrøm kan undgås. Derved opnås der et 5 mere kompakt tårn, som er mindre i længderetningen og indebærer en væsentlig forøgelse af varmeoverførselsevnen.

På fig. 2 er der vist køletårnet 11 med huset 12, ventilatorvægge 14 og et luftafgangsområde 15. I tårnets indre kammer 18 er der anbragt pladeelementer 33, som fasthol-10 des af konsoller 36, der er fastgjort til sidevæggene 16, 17. Andre forbindelses- og fastgøringsorganer er naturligvis også mulig og indvirker ikke principielt på tårnets virkemåde. Det er imidlertid vigtigt, at elementernes 33 stabilitet er tilstrækkeligt til at for-15 hindre en forskydning. Elementerne kan være af enhver konventionel art.

Pladeelementerne 33 strækker sig fortrinsvis sidelæns gennem det indre kammer 18 mellem sidevæggene 16, 17 og er anbragt i afstand fra ventilatorvæggen 14, således 20 at der mellem disse dele tilvejebringes et trykkammer 41. Elementernes 33 frontside 37 er skråtstillet således, at den nedre del 38 ved understellet 39 har større afstand til ventilatorvæggen 14, end det er tilfældet for den øvre del 40 af elementerne 33. Fortrinsvis er 25 hældningen regnet fra den øvre del 40 til understellet 39 ensartet, men det er også muligt, at fladen 37 kan følge en kurve. Fladen 37 kan således have form som et kugleudsnit eller være konkav, konveks, hyperbolsk eller udvise en anden geometrisk kurve imod. ventilator-30 væggen 14. Med hensyn til elementerne eller enhver individuel pladeende er det vigtigt, at ethvert punkt ikke rager længere frem i retning mod ventilatoren end et ovenfor beliggende punkt, og at der i det mindste findes nedre punkter, hvis afstand til ventilatoren er større 149539 6 end samme afstand til nogle øvre punkter.

En foretrukken udførelsesform for pladeelementer omfatter et antal lodret anbragte plader med en vis indbyrdes afstand. Pladerne behøver ikke at være plane, men 5 kan omfatte bueformede pladestykker. Det er imidlertid nødvendigt, at hver plades horisontale akse i hovedsagen flugter med luftstrømmens retning gennem tårnet. Ved den mest foretrukne udførelsesform hælder kanten af hver plade, som vender imod ventilatorvæggen 14, indad, således 10 at trykkammeret 41 er udformet som ovenfor forklaret.

Ved den foretrukne udførelsesform er hele fladen 37 sammensat af hosliggende pladeelementer med en sådan beliggenhed, at alle plader ender i et fælles plan på fladen 37. Dette er imidlertid ikke nogen nødvendighed, 15 idet hver af pladerne, som udgør elementernes 33 side 37, kan være varierende afsluttet i enhver højde.

Hvis fladens 37 hældning er ensartet, vil trykkammeret 41 i tværsnit have form som eh trapez, hvis sider udgøres af oversiden 13, frontvæggen 14, elementfronten 20 37 og sumpens 35 overside 42. Medmindre alle elementer ne 33 flugter indbyrdes, vil trapezformen naturligvis ikke være kongruent. Kongruens er ikke væsentlig for virkemåden, og elementerne kan derfor være ukongruente.

Understellet 19 er lejret på ben 43 og 44, der fortrins-25 vis har form som opretstående støtter 45, tilvejebragt i forbindelse med en indsats 45 i en bundvæg 51, en opretstående del 46 og en del 39. Delen 39 er forstærket ved hjælp af delen 46 til at kunne modstå hele konstruktionens vægt og tillader endvidere, at en gaffeltrucks 30 grene kan indføres i indsatsen 45 med henblik på at transportere køletårnet 11.

149539 7 Køletårnets virkemåde vil herefter blive forklaret.

Væsken, som skal afkøles, ledes gennem indgangen 31, hvorfra den strømmer til fordelingskummen 30 gennem dyserne 32, som strækker sig gennem oversiden 13 ind i det indre 5 kammer 18, således som det kan ses på fig. 2. Her fordeles væskedråberne over toppen af elementerne 33 og strømmer nedad. Element fladen 37 vil lede dråber, som eksempelvis er angivet ved 43, ind i trykkammeret 41. Når f.eks. en dråbe 43 nærmer sig den ydre kant 37, falder 10 den lodret nedad i den turbulente luftzone i trykkammeret 41. Luftstrømmen, som drives gennem kammeret 18 af ventilatoren 28, rammer dråben 43 og driver denne vandret ind imod elementerne 33, og ved kollisionen deles dråben i et større antal mindre væskepartikler, hvorved 15 varmeoverføringsevnen forbedres. Dette gentager sig f.eks. med dråberne 43' og 43" og alle andre dråber, som træder ind i trykkammeret 41 fra elementfladen 37.

Som tidligere forklaret er en turbulent luftstrømning i trykkammeret 41 en fordel. Turbulensen forbedrer blan-20 dingen af luft og væske og tvinger dråberne, som falder ind i trykkammeret, imod elementfladen. Denne ikke-laminare luftstrøm i trykkammeret bliver naturligvis gradvis mere vandretgående, i takt med at luftstrømmen passerer elementerne og rettes ud under indvirkning af 25 kanalerne gennem elementerne, hvilke kanaler generelt flugter med tårnets længderetning, som svarer til retningen fra ventilatoren til elementernes luftafgang. Når \ luften har forladt elementerne, afgives den fra området 15 som vist på fig. 2 eller gennem f.eks. oversiden 13.

30 Eftersom der tilstræbes en kraftig turbulens, er hverken drivmotoren, forbindelsesstykker eller lignende organer anbragt således, at de kan reducere turbulensen i den af ventilatoren frembragte luftstrøm. Sådanne dele omfatter 8 149539 lejer, lejeholdere, luftfinner og lignende. Endvidere findes der heller ikke alle de ved den kendte teknik brugte barrierer, som indeholder væske i elementområdet, og som kan påvirke luftstrømmen. Ved at udelade 5 disse dele opnås, at turbulensen strækker sig i det mindste helt hen eller delvis ind i elementområdet.

Som vist på fig. 3 er det ikke altid muligt at anbringe ventilatoren 28 således, at den turbulente luftstrøm kan bevæge sig uhindret hen til elementfladen. Ved den 10 på fig. 3 viste udførelsesform er tårnet så stort, at en indre placering af lejer 53 for akselen 52 er nødvendig.

Lejerne 53 er således beliggende i retning med luft-strømmen bort fra ventilatoren 28, men den turbulens-15 udglattende virkning, som lejerne og en tilhørende lejebuk 54 kan have, er minimeret ved, at lejerne 53 er beliggende helt inden for den cylindriske forlængelse af ventilatornavet 55. Lejebukken 54 er fortrinsvis anbragt så langt fra ventilatoren 28 som muligt for ikke at på-20 virke eller reducere den turbulens, som oprindeligt er frembragt af ventilatoren.

Endvidere er motoren anbragt under den vanddamp-fane, som kommer ud fra tårnet mellem ventilatorbladene, når tårnet er i drift uden ventilatorfunktion. Dette beskytter ventilatoren imod den fortsatte korrosion, som en varm dampsky ville medføre.

S

Claims (2)

149539 Patentkrav :

1. Fordampningsvarmeveksler (11) med tvungen krydscirkulation, omfattende et hus (12) med en bundvæg (19), sidevægge (16,17), en ventilatorvæg (14), en endevæg 5 (15), og en topvæg (13), som afgrænser et indre kammer (18); i hvilket der er anbragt varmevekslerelementer (33), en åbning (50) i ventilatorvæggen, hvori der er anbragt en ventilator (24) med et tilknyttet drivorgan; i det mindste én åbning i endevæggen eller topvæggen til ud-10 ledning af luft fra husets indre kammer, samt organer (30-32) til fordeling af væske over varmevekslerelementerne og organer (35) til opsamling af væske, der er strømmet ned gennem varmevekslerelementerne, kendetegnet ved, at varmevekslerelementerne (33) har 15 en første kantflade, der vender imod topvæggen (13), og en anden kantflade (37), der vender imod ventilator-væggen (14) og strækker sig i det væsentlige fra topvæggen (13) til bundvæggen (19) og fra den ene sidevæg (16) til den anden sidevæg (17), at varmevekslerelemen-20 ternes (33) anden kantflade (37) danner en vinkel med lodret retning således, at ethvert punkt på denne kantflade ikke ligger tættere ved ventilatorvæggen (14) end noget andet oven for dette beliggende punkt på nævnte kantflade, og at varmevekslerelementernes (33) anden 25 kantflade (37) har en sådan afstand til ventilatorvæg gen (14), at der dannes et mellemliggende trykkammer (41), ind i hvilket der frit kan dryppe væske fra varmevekslerelementernes (33) anden kantflade, hvorhos ventilatoren (24) driver luft fra omgivelserne ind i husets 30 indre kammer (41) direkte imod varmevekslerelementernes anden kantflade (37) og under disses første kantflade.

2. Fordampningsvarmeveksler ifølge krav 1, kendetegnet ved, at de enkelte varmevekslerele-