EP0687878A1 - Evaporative cooling tower - Google Patents

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EP0687878A1
EP0687878A1 EP95108900A EP95108900A EP0687878A1 EP 0687878 A1 EP0687878 A1 EP 0687878A1 EP 95108900 A EP95108900 A EP 95108900A EP 95108900 A EP95108900 A EP 95108900A EP 0687878 A1 EP0687878 A1 EP 0687878A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pipe
cooling tower
coil
tube
evaporative cooling
Prior art date
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Granted
Application number
EP95108900A
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German (de)
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EP0687878B1 (en
Inventor
Andreas Dipl.-Ing. Streng
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Balcke Duerr Energietechnik GmbH
Original Assignee
Balcke Duerr AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Balcke Duerr AG filed Critical Balcke Duerr AG
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D5/00Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, using the cooling effect of natural or forced evaporation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D5/00Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, using the cooling effect of natural or forced evaporation
    • F28D5/02Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, using the cooling effect of natural or forced evaporation in which the evaporating medium flows in a continuous film or trickles freely over the conduits

Definitions

  • the invention relates to an evaporative cooling tower for cooling or condensing fluids by means of cooling air with at least one additional coil coil heat exchanger, the coil of which consists of straight pipe sections and pipe sections connecting these pipe sections, with its start to a distributor and its end to a collector are connected that the straight, substantially horizontal pipe sections lying in the same plane of adjacent pipe coils are arranged with a division between one and three times their outer diameter, with straight pipe sections lying directly next to one another being offset from one another in the flow direction of the water acting on the pipe coils.
  • Evaporative cooling towers of this type are known, for example, from EP 0 007 829 B1 and EP 0 272 766 B1.
  • a coil coil heat exchanger replaces the cooling or trickle internals known from other designs in order to obtain a closed circuit for the fluid to be cooled or condensed.
  • Such a type of cooling tower is also referred to as a fluid cooling tower, an evaporation condenser or a closed evaporation cooling tower.
  • the respective fluid is cooled or condensed by means of air.
  • the outer surface of the coil coil is sprayed or wetted with water to improve the heat transfer performance by using evaporative cooling to increase this heat exchanger significantly.
  • three material flows are thermodynamically in contact in such an evaporation cooling tower, which, depending on the embodiment, are carried out in cocurrent and / or countercurrent and / or crossflow.
  • a decisive target variable in the design of such evaporative cooling towers is the lowest possible outlet temperature of the fluid, which, however, is physically limited by the temperature of the coolant used, that is to say the air. If the evaporative cooling system is also used, this limit value is determined by the moist air temperature, which is significantly lower than the dry air temperature. In particular at higher air temperatures in summer, the fluid outlet temperature can be reduced with relatively simple technical means, in that water is additionally injected into the cooling air flow. The finely divided drops of water evaporate for the most part and lead to a cooling of the air and thus to an improved cooling of the fluid in the heat exchanger.
  • a larger amount of water is distributed as evenly as possible above the heat exchanger by means of spray nozzles or channels.
  • the water trickles down through the tubes of the heat exchanger and is collected in the cooling tower trough.
  • This spray or secondary water is then pumped upwards again for water distribution.
  • a water film forms on the surface of the heat exchanger tubes and water droplets and tresses in the gaps, from whose surfaces a small amount of water evaporates into the cooling air flow.
  • the loss of evaporation must be constantly supplemented with make-up water.
  • the cooling air flowing into the evaporative cooling tower undergoes a change in temperature, is enriched with water vapor and finally discharged back into the environment.
  • Evaporative cooling of this type in an evaporative cooling tower is therefore a combined heat and mass transfer process which, because of its very complex nature, permits reliable performance determination only after extensive investigations have been carried out.
  • the sprinkled heat exchanger preferably consists of smooth, non-finned tubes that are repellent to external pollution and have a high area-specific transmission capacity.
  • the pipes are inexpensively processed into snakes and connected to distribution and collecting lines for the internal fluid.
  • the directly adjacent, straight pipe sections of the coils are arranged in a thermodynamically advantageous manner vertically offset from one another, with larger ones alternating with smaller distances. These are called vertical divisions.
  • adjacent coils of the evaporative cooling tower known from EP 0 007 829 B1 maintain a certain distance from one another in the horizontal direction.
  • the pipe coils that do not touch each other have a preferred pipe geometry with an outer pipe diameter of 26.7 mm and an inner bending radius of 53.2 mm. This results in an average vertical division from the center of the pipe to the center of the pipe of the neighboring pipes of 66.5 mm (inner bending radius plus half the outer pipe diameter). This corresponds to approximately 2.5 times the outer tube diameter.
  • tubes with a relatively large outside diameter of approximately 25 to 30 mm are preferably selected for the tube coil heat exchangers described.
  • the manufacturing outlay can thereby be reduced since, in comparison with smaller pipe diameters with the same heat exchanger surface, a smaller number of pipes and coils is required per cooling tower cross section.
  • the tube coil heat exchanger described in the evaporative cooling tower of EP 0 272 766 B1 uses elliptical tubes for the straight tube sections, which likewise have a preferred spacing from one another in the horizontal direction.
  • the invention has for its object to increase the area-specific transmission power in an evaporative cooling tower of the type described above or to achieve a reduction in the required surface of the heat exchanger and thus the material used, without having to accept a higher air-side pressure loss and thus an increased fan performance must become.
  • the solution to this problem by the invention is characterized in that with an outer diameter of the tubes forming the coils of less than 25 mm, the straight tube sections of the tube coils lying directly next to one another with an average, vertical tube division from tube center to tube center between one and two times the outer tube diameter are trained.
  • the vertical distance from pipe center to pipe center of the straight pipe sections belonging to a pipe coil corresponds to twice the vertical pipe division. This results in a uniform pipe arrangement of all pipes in relation to the cross-sectional area perpendicular to the longitudinal direction of the straight pipe sections of the heat exchanger with the result of a compact design and increased performance.
  • the trickle water dripping at the lowest point of the pipe cross-section has to travel a considerably shorter distance in the pipe coil heat exchanger according to the invention until it hits the pipe directly below it in the same vertical plane.
  • the number of trickle water drops is reduced considerably, so that the entire heat and mass transfer surface of the trickle water also decreases.
  • reducing the total trickle water surface also results in a reduction in the heat transfer capacity of the evaporative cooling tower.
  • the reduced number of drops between the tubes reduces the air-side pressure loss, so that the air throughput is increased can. This leads to a further increase in the total transmission power.
  • the vertical pipe division of the pipes corresponds to the simple one of the outer diameter.
  • the tubes can also have an oval cross-sectional shape.
  • the tubes can be finned.
  • the evaporative cooling tower shown schematically in FIGS. 1 and 2 serves to cool or condense fluids and is equipped with a coil coil heat exchanger 1 for this purpose.
  • This consists essentially of a plurality of coils 2a and 2b, which are arranged close to one another in vertical planes without spacing.
  • the coils 2b are offset in an alternating sequence to the coils 2a in the vertical direction.
  • each tube coil 2 a and 2 b is formed in each case by six straight tube sections 3 a and 3 b lying parallel to one another and at the same distance above one another and tube bends 4 a and 4 b connecting them to one another, cf. Fig. 2.
  • All coils 2a and 2b are connected to a box-shaped distributor 5 and a collector 6.
  • the fluid to be cooled or to be coded is fed to the distributor 5 through an inlet connection 7 and is distributed through this to the individual pipe coils 2a and 2b.
  • the individual partial flows are then brought together again by the collector 6.
  • An outlet connection 8 is connected to this, through which the cooled or condensed fluid flows.
  • the cooling of the fluid in the individual coils 2a and 2b of the coil heat exchanger 1 is carried out by air.
  • a motor 9 drives a radial fan 11 via a V-belt 10, which sucks in the cooling air from the surroundings according to the arrows shown in FIGS. 1 and 2. This is pressed through the outlet opening 12 of the radial fan 11 into the distribution space 13 in order to separate the individual coils 2a and 2b from feed below.
  • the evaporative cooling tower has housing walls 14 which close off to the outside.
  • the coils 2a and 2b of the coil heat exchanger 1 are additionally acted upon with water in order to increase the cooling effect of the air by using evaporative cooling.
  • the water is drawn in from the reservoir of a cooling tower trough 15 with a pump 16 and fed to the nozzle water distribution 18 via a riser 17. This consists of several pipes, not shown, and attached nozzles to distribute the water over the coil heat exchanger 1.
  • the water is sprayed into a multiplicity of drops which, after striking the outer surfaces of the straight, horizontally running pipe sections 3a and 3b as shown in FIG. 3, form thin downward-flowing trickle films 19.
  • the trickle water flows out in the form of drops and falls through a horizontal plane 21 formed between the pipes, the drops being further divided by the opposing air and distributed in the intermediate spaces between the pipes.
  • the drops then hit the tubes immediately below, where further trickle films 19 are formed. This continues from tube to tube.
  • the drops from the lowest tubes of the coil heat exchanger 1 fall into the distribution space 13 according to FIGS. 1 and 2 and are finally collected in the cooling tower trough 15.
  • water evaporates from the surfaces of the trickle drops and films into the counter-flowing air flow.
  • the air which is strongly enriched with water vapor, finally flows through a droplet separator 22, which retains entrained water drops, and then leaves the evaporative cooling tower.
  • the evaporation loss that occurs is continuously supplemented according to FIG. 2 by additional water via line 23.
  • Fig. 4 the coil coil heat exchanger 1 according to FIGS. 1 and 2 is shown enlarged in order to better recognize essential structural details can.
  • the straight pipe sections 3a and 3b are connected to prefabricated pipe bends 4a and 4b, for example by welding, in order to obtain pipe coils 2a and 2b which have a uniform vertical division s 2 between the straight pipe sections 3a and 3b (see FIG. 7).
  • this value corresponds to 1.5 times the outer pipe diameter d A and is equal to the radius of the pipe bends 4a and 4b up to the pipe center.
  • the coils 2a and 2b are supported several times by horizontal, strip-shaped support elements 24, which in turn are attached to an outer, solid support frame 25, and are positioned in their spatial position.
  • FIG. 5 shows a modified pipe coil design of the pipe coil heat exchanger 1 according to FIGS. 1, 2 and 4.
  • the straight pipe sections 3a and 3b are not connected with pipe bends, but with short, straight pipe sections 26a and 26b.
  • the pipe ends are cut at a 45 ° angle.
  • the straight pipe sections 26a and 26b are particularly simple to manufacture and are therefore more economical than the prefabricated pipe bends 4a and 4b according to FIG. 4. They also allow the mean vertical division of the straight pipe sections 3a and 3b to one another to be even more favorable at 1.0 times the value to reduce the outer pipe diameter.
  • a further exemplary embodiment according to FIG. 6 shows an arrangement of pipe coils which are nested in one another in the vertical direction for these cases.
  • the pipe coils, each with four rows of pipes, are connected to the box-shaped distributor 28 and to the similar collector 29. This corresponds to a doubling compared to the previous exemplary embodiments according to FIGS. 2, 4 and 5, so that the internal fluid velocity is halved.
  • Fig. 7 are based on an enlargement of the coil coil heat exchanger 1 according to FIGS. 4 and 5, some pipe coil sections with the preferred geometrical relationships shown in cross section.
  • the outer tube diameter d A is 18 mm; the inner tube diameter d I 15 mm; the mean horizontal pitch s1 37 mm and the mean vertical pitch s2, which here is equal to the bending radius r B , 27 mm.
  • the vertical division s2 is uniform and here corresponds to 1.5 times the outer tube diameter d A.
  • FIG. 7 This representation in Fig. 7 is compared with Fig. 8 a prior art arrangement having an outer tube diameter d A of 26 mm and a vertical division s2 as the average of the two vertical offsets s 2a and s 2b of 65 mm . This corresponds to 2.5 times the outer pipe diameter d A.
  • FIG. 9 shows the curve profiles for the required surface area of a coil coil heat exchanger 1 according to FIGS. 1 to 6, which is exposed to air and additionally sprinkled with water, as a function of its geometric data.
  • the starting point of the consideration is a geometric arrangement according to FIG. 8 corresponding to the known prior art, which is characterized by an outer tube diameter of 26 mm and a vertical division ratio of 2.5. With this pipe geometry, a defined surface area of the coil heat exchanger of 100% is required to cope with the cooling capacity.

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Abstract

The cooling tower has an OD (DA) of the tubes forming the tube coil of less than 25 mm. The straight line tube sections (3a,3b) of the immediately adjacent tubes (2a,2b) have a mean vertical tube distribution (S2) and are formed from tube centre to tube centre with between one and two times the OD. The vertical distance from tube centre to tube centre of the tube sections (3a,3b) corresponds to double the vertical tube distribution (S2). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdunstungskühlturm zur Kühlung oder Kondensation von Fluiden mittels Kühlluft mit mindestens einem zusätzlich mit Wasser beaufschlagten Rohrschlangen-Wärmetauscher, dessen aus geraden Rohrabschnitten und aus diese Rohrabschnitte verbindenden Rohrbögen bestehende Rohrschlangen derart mit ihrem Anfang an einen Verteiler und mit ihrem Ende an einen Sammler angeschlossen sind, daß die geraden, im wesentlichen horizontal verlaufenden und in derselben Ebene liegenden Rohrabschnitte benachbarter Rohrschlangen mit einer Teilung zwischen dem Ein- und Dreifachen ihres Außendurchmessers angeordnet sind, wobei unmittelbar nebeneinander liegende gerade Rohrabschnitte in Strömungsrichtung des die Rohrschlangen beaufschlagenden Wassers zueinander versetzt sind.The invention relates to an evaporative cooling tower for cooling or condensing fluids by means of cooling air with at least one additional coil coil heat exchanger, the coil of which consists of straight pipe sections and pipe sections connecting these pipe sections, with its start to a distributor and its end to a collector are connected that the straight, substantially horizontal pipe sections lying in the same plane of adjacent pipe coils are arranged with a division between one and three times their outer diameter, with straight pipe sections lying directly next to one another being offset from one another in the flow direction of the water acting on the pipe coils.

Derartige Verdunstungskühltürme sind beispielsweise aus EP 0 007 829 B1 und EP 0 272 766 B1 bekannt. Bei diesen zur Kühlung oder Kondensation von Fluiden mittels Kühlluft verwendeten Verdunstungskühltürmen ersetzt ein Rohrschlangen-Wärmetauscher die bei anderen Bauarten bekannten Kühl- bzw. Rieseleinbauten, um einen geschlossenen Kreislauf für das zu kühlende oder kondensierende Fluid zu erhalten. Eine solche Kühlturmbauart wird auch als Fluidkühlturm, Verdunstungskondensator oder geschlossener Verdunstungskühlturm bezeichnet.Evaporative cooling towers of this type are known, for example, from EP 0 007 829 B1 and EP 0 272 766 B1. In these evaporative cooling towers used for cooling or condensing fluids by means of cooling air, a coil coil heat exchanger replaces the cooling or trickle internals known from other designs in order to obtain a closed circuit for the fluid to be cooled or condensed. Such a type of cooling tower is also referred to as a fluid cooling tower, an evaporation condenser or a closed evaporation cooling tower.

Bei einem derartigen Verdunstungskühlturm wird das jeweilige Fluid mittels Luft gekühlt oder kondensiert. Zusätzlich wird die äußere Oberfläche des Rohrschlangen-Wärmetauschers durch Besprühen oder Benetzen mit Wasser beaufschlagt, um durch Einsatz der Verdunstungskühlung die Wärmeübertragungsleistung dieses Wärmetauschers erheblich zu erhöhen. Demzufolge stehen in einem derartigen Verdunstungskühlturm drei Stoffströme thermodynamisch in Kontakt, die je nach Ausführungsform im Gleich- und/oder Gegen- und/oder Kreuzstrom zueinander geführt werden.In such an evaporative cooling tower, the respective fluid is cooled or condensed by means of air. In addition, the outer surface of the coil coil is sprayed or wetted with water to improve the heat transfer performance by using evaporative cooling to increase this heat exchanger significantly. Accordingly, three material flows are thermodynamically in contact in such an evaporation cooling tower, which, depending on the embodiment, are carried out in cocurrent and / or countercurrent and / or crossflow.

Eine entscheidende Zielgröße bei der Auslegung derartiger Verdunstungskühltürme ist eine möglichst niedrige Austrittstemperatur des Fluids, die jedoch durch die Temperatur des eingesetzten Kühlmittels, also der Luft, physikalisch begrenzt ist. Dieser Grenzwert wird bei zusätzlicher Anwendung der Verdunstungskühlung durch die Feuchtlufttemperatur, die deutlich niedriger als die Trockenlufttemperatur ist, bestimmt. Insbesondere bei höheren Lufttemperaturen im Sommer kann die Fluidaustrittstemperatur mit relativ einfachen technischen Mitteln herabgesetzt werden, indem zusätzlich Wasser in den Kühlluftstrom eingedüst wird. Die fein verteilten Wassertropfen verdunsten zum größten Teil und führen zu einer Abkühlung der Luft und somit zu einer verbesserten Kühlung des Fluids im Wärmetauscher.A decisive target variable in the design of such evaporative cooling towers is the lowest possible outlet temperature of the fluid, which, however, is physically limited by the temperature of the coolant used, that is to say the air. If the evaporative cooling system is also used, this limit value is determined by the moist air temperature, which is significantly lower than the dry air temperature. In particular at higher air temperatures in summer, the fluid outlet temperature can be reduced with relatively simple technical means, in that water is additionally injected into the cooling air flow. The finely divided drops of water evaporate for the most part and lead to a cooling of the air and thus to an improved cooling of the fluid in the heat exchanger.

Bei einer anderen Ausführungsform wird eine größere Wassermenge oberhalb des Wärmetauschers mittels Sprühdüsen oder Rinnen möglichst gleichmäßig verteilt. Das Wasser rieselt über die Rohre des Wärmetauschers nach unten und wird in der Kühlturmwanne gesammelt. Anschließend wird dieses Besprüh- oder Sekundärwasser mittels einer Pumpe wieder nach oben zur Wasserverteilung gefördert. Auf der Oberfläche der Wärmetauscherrohre bildet sich ein Wasserfilm und in den Zwischenräumen Wassertropfen und -strähnen, von deren Oberflächen eine kleine Wassermenge in den Kühlluftstrom hinein verdunstet. Der Verdunstungsverlust muß durch Zusatzwasser ständig ergänzt werden. Die in den Verdunstungskühlturm einströmende Kühlluft erfährt eine Temperaturänderung, wird mit Wasserdampf angereichert und schließlich wieder an die Umgebung abgeführt. Sie entzieht hierbei dem Wasserfilm auf den Wärmetauscherrohren Wärme, so daß das im Inneren der Rohre strömende Fluid gekühlt oder kondensiert wird. Bei einer derartigen Verdunstungskühlung in einem Verdunstungskühlturm handelt es sich somit um einen kombinierten Wärme- und Stofftransportprozeß, der aufgrund seiner sehr komplexen Natur eine sichere Leistungsbestimmung nur nach Durchführung aufwendiger Untersuchungen zuläßt.In another embodiment, a larger amount of water is distributed as evenly as possible above the heat exchanger by means of spray nozzles or channels. The water trickles down through the tubes of the heat exchanger and is collected in the cooling tower trough. This spray or secondary water is then pumped upwards again for water distribution. A water film forms on the surface of the heat exchanger tubes and water droplets and tresses in the gaps, from whose surfaces a small amount of water evaporates into the cooling air flow. The loss of evaporation must be constantly supplemented with make-up water. The cooling air flowing into the evaporative cooling tower undergoes a change in temperature, is enriched with water vapor and finally discharged back into the environment. It extracts heat from the water film on the heat exchanger tubes, so that the fluid flowing inside the tubes is cooled or condensed. Evaporative cooling of this type in an evaporative cooling tower is therefore a combined heat and mass transfer process which, because of its very complex nature, permits reliable performance determination only after extensive investigations have been carried out.

Der berieselte Wärmetauscher besteht vorzugsweise aus glatten, unberippten Rohren, die abweisend gegen äußere Verschmutzung sind und eine hohe flächenspezifische Übertragungsleistung aufweisen. Die Rohre werden kostengünstig zu Schlangen verarbeitet und an Verteil- und Sammelleitungen für das innere Fluid angeschlossen. Die unmittelbar nebeneinander liegenden, geraden Rohrabschnitte der Rohrschlangen werden in thermodynamisch vorteilhafter Weise zueinander vertikal versetzt angeordnet, wobei größere mit kleineren Abständen alternieren. Diese werden als vertikale Teilungen bezeichnet.The sprinkled heat exchanger preferably consists of smooth, non-finned tubes that are repellent to external pollution and have a high area-specific transmission capacity. The pipes are inexpensively processed into snakes and connected to distribution and collecting lines for the internal fluid. The directly adjacent, straight pipe sections of the coils are arranged in a thermodynamically advantageous manner vertically offset from one another, with larger ones alternating with smaller distances. These are called vertical divisions.

Um bei derartigen Verdunstungskühltürmen eine höhere flächenspezifische Wärmeübertragungsrate zu erzielen, halten benachbarte Rohrschlangen des aus EP 0 007 829 B1 bekannten Verdunstungskühlturmes eine bestimmte Distanz in Horizontalrichtung zueinander ein. Die einander nicht berührenden Rohrschlangen weisen eine bevorzugte Rohrgeometrie mit einem äußeren Rohrdurchmesser von 26,7 mm sowie einem inneren Biegeradius von 53,2 mm auf. Daraus ergibt sich eine mittlere, vertikale Teilung von Rohrmitte zu Rohrmitte der benachbarten Rohre von 66,5 mm (innerer Biegeradius plus halber Außenrohrdurchmesser). Das entspricht etwa dem 2,5 fachen des äußeren Rohrdurchmessers.In order to achieve a higher surface-specific heat transfer rate in such evaporative cooling towers, adjacent coils of the evaporative cooling tower known from EP 0 007 829 B1 maintain a certain distance from one another in the horizontal direction. The pipe coils that do not touch each other have a preferred pipe geometry with an outer pipe diameter of 26.7 mm and an inner bending radius of 53.2 mm. This results in an average vertical division from the center of the pipe to the center of the pipe of the neighboring pipes of 66.5 mm (inner bending radius plus half the outer pipe diameter). This corresponds to approximately 2.5 times the outer tube diameter.

Nach dem Stand der Technik werden für die beschriebenen Rohrschlangen-Wärmetauscher bevorzugt Rohre mit einem relativ großen Außendurchmesser von etwa 25 bis 30 mm gewählt. Dadurch läßt sich der Fertigungsaufwand verringern, da im Vergleich zu kleineren Rohrdurchmessern bei gleicher Wärmetauscheroberfläche pro Kühlturmquerschnitt eine geringere Anzahl an Rohren und Rohrschlangen benötigt wird.According to the prior art, tubes with a relatively large outside diameter of approximately 25 to 30 mm are preferably selected for the tube coil heat exchangers described. The manufacturing outlay can thereby be reduced since, in comparison with smaller pipe diameters with the same heat exchanger surface, a smaller number of pipes and coils is required per cooling tower cross section.

Der im Verdunstungskühlturm der EP 0 272 766 B1 beschriebene Rohrschlangen-Wärmetauscher verwendet dagegen elliptische Rohre für die geraden Rohrabschnitte, die ebenfalls einen bevorzugten Abstand zueinander in Horizontalrichtung aufweisen.The tube coil heat exchanger described in the evaporative cooling tower of EP 0 272 766 B1, on the other hand, uses elliptical tubes for the straight tube sections, which likewise have a preferred spacing from one another in the horizontal direction.

Dem Stand der Technik ist somit zu entnehmen, daß eine hohe flächenspezifische Wärmeübertragungsrate der Wärmetauscher in Rohrschlangenbauform dann erreicht wird, wenn die nebeneinander liegenden, benachbarten Rohrschlangen eine bestimmte, jedoch nicht allzu große Distanz zueinander aufweisen, und zwar unabhängig davon, welche Rohrform oder welcher Rohrdurchmesser verwendet wird. Weiterhin wird beim bekannten Stand der Technik eine möglichst große vertikale Teilung der Rohre gewählt. Dies erfolgt einerseits aus fertigungstechnischer Sicht, da zu klein gewählte Biegeradien zum Einknicken oder anderen unerwünschten Verformungen der Rohrbögen führen. Andererseits sind die Wassertropfen zwischen den Rohren in nicht unerheblichem Maße am bereits geschilderten Wärme- und Stofftransportprozeß und somit an der Leistungsfähigkeit des Wärmetauschers beteiligt, wobei es offensichtlich ist, daß mit größeren horizontalen und vertikalen Teilungen großere Räume für die Bildung von Tropfen geschaffen werden und damit die gesamte Oberfläche aller Tropfen vergrößert wird. Eine vergrößerte Oberfläche des Rieselwassers zur Luft hat - so die gängige Lehrmeinung - eine vergrößerte Wärmeübertragungsleistung des Verdunstungskühlturms zur Folge.From the prior art it can be seen that a high area-specific heat transfer rate of the heat exchanger in the form of a coil is achieved when the adjacent coils lying next to one another have a certain, but not too great distance from each other, regardless of which pipe shape or pipe diameter is used. Furthermore, the largest possible vertical division of the tubes is selected in the known prior art. On the one hand, this is done from a manufacturing point of view, since bending radii that are too small lead to buckling or other undesirable deformations of the pipe bends. On the other hand, the water drops between the pipes are involved to a not inconsiderable extent in the heat and mass transfer process already described and thus in the performance of the heat exchanger, it being obvious that larger spaces for the formation of drops are created with larger horizontal and vertical divisions, and thus the entire surface of all drops is enlarged. According to the common wisdom, an increased surface area of the trickle water to the air results in an increased heat transfer capacity of the evaporative cooling tower.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verdunstungskühlturm der eingangs beschriebenen Art die flächenspezifische Übertragungsleistung zu erhöhen bzw. eine Verringerung der benötigten Oberfläche des Wärmetauschers und damit des eingesetzten Materials zu erreichen, ohne daß ein höherer luftseitiger Druckverlust und damit eine erhöhte Ventilatorleistung in Kauf genommen werden muß.The invention has for its object to increase the area-specific transmission power in an evaporative cooling tower of the type described above or to achieve a reduction in the required surface of the heat exchanger and thus the material used, without having to accept a higher air-side pressure loss and thus an increased fan performance must become.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Außendurchmesser der die Rohrschlangen bildenden Rohre kleiner 25 mm die geraden Rohrabschnitte der unmittelbar nebeneinander liegenden Rohrschlangen mit einer mittleren, vertikalen Rohrteilung von Rohrmitte zu Rohrmitte zwischen dem Ein- und Zweifachen des äußeren Rohrdurchmessers ausgebildet sind.The solution to this problem by the invention is characterized in that with an outer diameter of the tubes forming the coils of less than 25 mm, the straight tube sections of the tube coils lying directly next to one another with an average, vertical tube division from tube center to tube center between one and two times the outer tube diameter are trained.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung entspricht der vertikale Abstand von Rohrmitte zu Rohrmitte der zu einer Rohrschlange gehörenden geraden Rohrabschnitte dem Doppelten der vertikalen Rohrteilung. Hierdurch ergibt sich auf die Querschnittsfläche rechtwinklig zur Längsrichtung der geraden Rohrabschnitte bezogen eine gleichmäßige Rohranordnung aller Rohre des Wärmetauschers mit dem Ergebnis einer kompakten Bauweise und einer erhöhten Leistungsfähigkeit.According to a further feature of the invention, the vertical distance from pipe center to pipe center of the straight pipe sections belonging to a pipe coil corresponds to twice the vertical pipe division. This results in a uniform pipe arrangement of all pipes in relation to the cross-sectional area perpendicular to the longitudinal direction of the straight pipe sections of the heat exchanger with the result of a compact design and increased performance.

Das am untersten Punkt des Rohrquerschnittes abtropfende Rieselwasser hat im erfindungsgemäßen Rohrschlangen-Wärmetauscher eine wesentlich kürzere Wegstrecke bis zum Auftreffen auf das in der gleichen vertikalen Ebene unmittelbar darunter liegende Rohr zurückzulegen. Mit der vertikalen Teilung verringert sich im erheblichen Maße die Anzahl der Rieselwassertropfen, so daß die gesamte wärme- und stoffübertragende Oberfläche des Rieselwassers ebenfalls abnimmt. Selbstverständlich hat in Übereinstimmung mit der gängigen Lehrmeinung die Reduzierung der gesamten Rieselwasseroberfläche auch eine Reduzierung der Wärmeübertragungsleistung des Verdunstungskühlturms zur Folge.The trickle water dripping at the lowest point of the pipe cross-section has to travel a considerably shorter distance in the pipe coil heat exchanger according to the invention until it hits the pipe directly below it in the same vertical plane. With the vertical division, the number of trickle water drops is reduced considerably, so that the entire heat and mass transfer surface of the trickle water also decreases. Of course, in accordance with the current teaching, reducing the total trickle water surface also results in a reduction in the heat transfer capacity of the evaporative cooling tower.

Der Leistungsbeitrag der Tropfen, die sich zwischen den Rohrreihen befinden, wurde jedoch bisher stark überschätzt. Eine Rohrreihe faßt hierbei die geraden Rohrabschnitte zusammen, die in der gleichen horizontalen Ebene liegen. Es wurde festgestellt, daß eine Tropfenreduzierung in diesen rohrfreien Zwischenräumen nur eine geringe Reduzierung der gesamten Wärmeübertragungsleistung zur Folge hat. Das wird aber durch den stark anwachsenden Verdunstungsstrom, der von den Rieselfilmoberflächen der einzelnen Rohre an die umströmende Luft abgegeben wird, mehr als kompensiert. Die in vertikaler Richtung enger aneinander gerückten Rohre verursachen eine gleichmäßigere und intensivere Umströmung der Rohre, was zur Erhöhung der Verdunstungsrate, die als Verdunstungsstrom pro Übertragungsfläche definiert wird, führt. Es hat sich in dieser Hinsicht weiterhin als vorteilhaft erwiesen, die vertikale Teilung möglichst gleichmäßig auszubilden. Die Verdunstungsrate wird durch die Wahl kleinerer Rohraußendurchmesser in einer bisher unbekannten Größenordnung verstärkt, so daß die erwünschte Erhöhung der flächenspezifischen Übertragungsleistung des Rohrschlangen-Wärmetauschers erreicht wird.However, the performance contribution of the drops located between the rows of pipes has been greatly overestimated. A row of pipes combines the straight pipe sections that lie in the same horizontal plane. It has been found that reducing the drops in these tube-free spaces results in only a slight reduction in the overall heat transfer performance. However, this is more than compensated for by the rapidly increasing evaporation flow, which is released from the trickle film surfaces of the individual pipes into the air flowing around them. The pipes, which are closer together in the vertical direction, cause a more even and intensive flow around the pipes, which leads to an increase in the evaporation rate, which is defined as the evaporation flow per transmission surface. In this regard, it has also proven to be advantageous to design the vertical division as evenly as possible. The evaporation rate is increased by the choice of smaller pipe outer diameters in a previously unknown order of magnitude, so that the desired increase in the area-specific transmission capacity of the coil coil heat exchanger is achieved.

Weiterhin wird durch die verringerte Tropfenanzahl zwischen den Rohren der luftseitige Druckverlust reduziert, so daß der Luftdurchsatz erhöht werden kann. Das hat eine weitere Erhöhung der gesamten Übertragungsleistung zur Folge.Furthermore, the reduced number of drops between the tubes reduces the air-side pressure loss, so that the air throughput is increased can. This leads to a further increase in the total transmission power.

Bei bevorzugten Ausführungen der Erfindung entspricht die vertikale Rohrteilung der Rohre dem Einfachen des Außendurchmessers. Die Rohre können erfindungsgemäß auch eine ovale Querschnittsform aufweisen. Schließlich können die Rohre berippt sein.In preferred embodiments of the invention, the vertical pipe division of the pipes corresponds to the simple one of the outer diameter. According to the invention, the tubes can also have an oval cross-sectional shape. Finally, the tubes can be finned.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verdunstungskühlturms dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1
eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht eines mit einem Rohrschlangen-Wärmetauscher ausgestatteten Verdunstungskühlturms;
Fig. 2
einen Schnitt durch den Verdunstungskühlturm gemäß der Schnittlinie II - II in Fig. 1;
Fig. 3
einige mit Luft und Rieselwasser beaufschlagte, gerade Rohrabschnitte gemäß einem teilweisen Querschnitt durch den Rohrschlangen-Wärmetauscher in Fig. 1;
Fig. 4
eine vergrößerte Darstellung des Rohrschlangen-Wärmetauschers gemäß Fig. 2;
Fig. 5
einen modifizierten Rohrschlangen-Wärmetauscher gemäß Fig. 4;
Fig. 6
eine weiter modifizierte Rohrschlangenanordnung des erfindungsgemäßen Rohrschlangen-Wärmetauschers gemäß Fig. 4;
Fig. 7
einen vergrößert dargestellten Teilschnitt durch einige Schlangen des Rohrschlangen-Wärmetauschers gemäß der Schnittlinie VII - VII in Fig. 4 bzw. Fig. 5;
Fig. 8
einen der Fig. 7 entsprechenden Teilschnitt einer Rohrgeometrie nach dem Stand der Technik und
Fig. 9
ein Diagramm mit dem Flächenbedarf des erfindungsgemäßen Rohrschlangen-Wärmetauschers als Funktion des Rohrdurchmessers und der vertikalen Rohrteilung.
An exemplary embodiment of the evaporative cooling tower according to the invention is shown in the drawing, namely:
Fig. 1
is a schematic, partially sectioned side view of an evaporative cooling tower equipped with a coil coil;
Fig. 2
a section through the evaporative cooling tower along the section line II - II in Fig. 1;
Fig. 3
some straight pipe sections to which air and trickle water have been applied according to a partial cross section through the coil heat exchanger in FIG. 1;
Fig. 4
an enlarged view of the coil heat exchanger according to FIG. 2;
Fig. 5
a modified coil heat exchanger according to FIG. 4;
Fig. 6
a further modified pipe coil arrangement of the pipe coil heat exchanger according to the invention according to FIG. 4;
Fig. 7
an enlarged partial section through some coils of the coil heat exchanger according to the section line VII - VII in Fig. 4 and Fig. 5;
Fig. 8
7 corresponding partial section of a tube geometry according to the prior art and
Fig. 9
a diagram with the area requirement of the pipe coil heat exchanger according to the invention as a function of the pipe diameter and the vertical pipe division.

Der schematisch in den Fig. 1 und 2 dargestellte Verdunstungskühlturm dient zur Kühlung oder Kondensation von Fluiden und ist zu diesem Zweck mit einem Rohrschlangen-Wärmetauscher 1 ausgestattet. Dieser besteht im wesentlichen aus einer Mehrzahl von Rohrschlangen 2a und 2b, die in vertikalen Ebenen liegend ohne Abstand dicht nebeneinander angeordnet sind. Die Rohrschlangen 2b sind in alternierender Folge zu den Rohrschlangen 2a in vertikaler Richtung versetzt. Jede Rohrschlange 2a und 2b wird im Ausführungsbeispiel jeweils durch sechs parallel zueinander und im gleichen Abstand übereinander liegende gerade Rohrabschnitte 3a und 3b und diese miteinander verbindende Rohrbögen 4a und 4b gebildet, vgl. Fig. 2. Es ergeben sich somit zwölf vertikal übereinander angeordnete Rohrreihen, wobei eine Rohrreihe jeweils die in einer horizontalen Ebene nebeneinander liegenden geraden Rohrabschnitte 3a sowie 3b zusammenfaßt.The evaporative cooling tower shown schematically in FIGS. 1 and 2 serves to cool or condense fluids and is equipped with a coil coil heat exchanger 1 for this purpose. This consists essentially of a plurality of coils 2a and 2b, which are arranged close to one another in vertical planes without spacing. The coils 2b are offset in an alternating sequence to the coils 2a in the vertical direction. In the exemplary embodiment, each tube coil 2 a and 2 b is formed in each case by six straight tube sections 3 a and 3 b lying parallel to one another and at the same distance above one another and tube bends 4 a and 4 b connecting them to one another, cf. Fig. 2. This results in twelve rows of pipes arranged vertically one above the other, one row of pipes in each case combining the straight pipe sections 3a and 3b lying next to one another in a horizontal plane.

Sämtliche Rohrschlangen 2a und 2b sind an einen kastenförmigen Verteiler 5 und einen Sammler 6 angeschlossen. Das zu kühlende bzw. zu kodensierende Fluid wird durch einen Eintrittsstutzen 7 dem Verteiler 5 zugeführt und durch diesen auf die einzelnen Rohrschlangen 2a und 2b verteilt. Die einzelnen Teilströme werden anschließend durch den Sammler 6 wieder zusammengeführt. An diesem ist ein Austrittsstutzen 8 angeschlossen, durch den das gekühlte bzw. kondensierte Fluid abfließt.All coils 2a and 2b are connected to a box-shaped distributor 5 and a collector 6. The fluid to be cooled or to be coded is fed to the distributor 5 through an inlet connection 7 and is distributed through this to the individual pipe coils 2a and 2b. The individual partial flows are then brought together again by the collector 6. An outlet connection 8 is connected to this, through which the cooled or condensed fluid flows.

Die Kühlung des Fluids in den einzelnen Rohrschlangen 2a und 2b des Rohrschlangen-Wärmetauschers 1 erfolgt durch Luft. Dazu treibt ein Motor 9 über einen Keilriemen 10 einen Radialventilator 11 an, der aus der Umgebung gemäß den in den Fig. 1 und 2 eingezeichneten Pfeilen die Kühlluft ansaugt. Diese wird durch die Austrittsöffnung 12 des Radialventilators 11 in den Verteilraum 13 gedrückt, um sie den einzelnen Rohrschlangen 2a und 2b von unten zuzuführen. Zu diesem Zweck weist der Verdunstungskühlturm nach außen abschließende Gehäusewände 14 auf.The cooling of the fluid in the individual coils 2a and 2b of the coil heat exchanger 1 is carried out by air. For this purpose, a motor 9 drives a radial fan 11 via a V-belt 10, which sucks in the cooling air from the surroundings according to the arrows shown in FIGS. 1 and 2. This is pressed through the outlet opening 12 of the radial fan 11 into the distribution space 13 in order to separate the individual coils 2a and 2b from feed below. For this purpose, the evaporative cooling tower has housing walls 14 which close off to the outside.

Die Rohrschlangen 2a und 2b des Rohrschlangen-Wärmetauschers 1 werden zusätzlich mit Wasser beaufschlagt, um die Kühlwirkung der Luft durch Anwendung der Verdunstungskühlung zu erhöhen. Das Wasser wird aus dem Reservoir einer Kühlturmwanne 15 mit einer Pumpe 16 angesaugt und über eine Steigleitung 17 der Düsenwasserverteilung 18 zugeführt. Diese besteht aus mehreren nicht näher dargestellten Rohren und daran angebrachten Düsen, um das Wasser über dem Rohrschlangen-Wärmetauscher 1 zu verteilen.The coils 2a and 2b of the coil heat exchanger 1 are additionally acted upon with water in order to increase the cooling effect of the air by using evaporative cooling. The water is drawn in from the reservoir of a cooling tower trough 15 with a pump 16 and fed to the nozzle water distribution 18 via a riser 17. This consists of several pipes, not shown, and attached nozzles to distribute the water over the coil heat exchanger 1.

Das Wasser wird in eine Vielzahl von Tropfen versprüht, die nach dem Auftreffen auf den äußeren Oberflächen der geraden, horizontal verlaufenden Rohrabschnitte 3a und 3b gemäß Fig. 3 dünne, nach unten ablaufende Rieselfilme 19 ausbilden. Am untersten Punkt 20 des jeweiligen Rohrquerschnittes fließt das Rieselwasser in Form von Tropfen ab und fällt durch eine zwischen den Rohren gebildete horizontale Ebene 21, wobei die Tropfen von der entgegenströmenden Luft weiter zerteilt und in den Rohrzwischenräumen verteilt werden. Die Tropfen treffen anschließend auf die unmittelbar darunter liegenden Rohre auf, wo weitere Rieselfilme 19 gebildet werden. Das setzt sich von Rohr zu Rohr weiter fort.The water is sprayed into a multiplicity of drops which, after striking the outer surfaces of the straight, horizontally running pipe sections 3a and 3b as shown in FIG. 3, form thin downward-flowing trickle films 19. At the lowest point 20 of the respective pipe cross-section, the trickle water flows out in the form of drops and falls through a horizontal plane 21 formed between the pipes, the drops being further divided by the opposing air and distributed in the intermediate spaces between the pipes. The drops then hit the tubes immediately below, where further trickle films 19 are formed. This continues from tube to tube.

Die Tropfen von den untersten Rohren des Rohrschlangen-Wärmetauschers 1 fallen gemäß Fig. 1 und 2 in den Verteilraum 13 und werden schließlich in der Kühlturmwanne 15 gesammelt. Auf dem Weg von der Verteilung bis zur Sammlung verdunstet von den Oberflächen der Rieseltropfen und -filme Wasser in den entgegenströmenden Luftstrom hinein. Die mit Wasserdampf stark angereicherte Luft durchströmt abschließend einen Tropfenabscheider 22, der mitgerissene Wassertropfen zurückhält, und verläßt dann den Verdunstungskühlturm. Der entstandene Verdunstungsverlust wird gemäß Fig. 2 durch Zusatzwasser über die Leitung 23 ständig ergänzt.The drops from the lowest tubes of the coil heat exchanger 1 fall into the distribution space 13 according to FIGS. 1 and 2 and are finally collected in the cooling tower trough 15. On the way from distribution to collection, water evaporates from the surfaces of the trickle drops and films into the counter-flowing air flow. The air, which is strongly enriched with water vapor, finally flows through a droplet separator 22, which retains entrained water drops, and then leaves the evaporative cooling tower. The evaporation loss that occurs is continuously supplemented according to FIG. 2 by additional water via line 23.

In Fig. 4 ist der Rohrschlangen-Wärmetauscher 1 gemäß den Fig. 1 und 2 vergrößert dargestellt, um wesentliche konstruktive Details besser erkennen zu können. Die geraden Rohrabschnitte 3a und 3b werden mit vorgefertigten Rohrbögen 4a und 4b z.B. durch Verschweißen verbunden, um Rohrschlangen 2a und 2b zu erhalten, die eine gleichmäßige vertikale Teilung s₂ zwischen den geraden Rohrabschnitten 3a und 3b aufweisen (siehe Fig. 7). Im Ausführungsbeispiel entspricht dieser Wert dem 1,5 fachen des äußeren Rohrdurchmessers dA und ist gleich dem Radius der Rohrbögen 4a und 4b bis zur Rohrmitte. Die Rohrschlangen 2a und 2b werden durch horizontal verlaufende, streifenförmige Stützelemente 24, die ihrerseits an einem äußeren, massiven Stützrahmen 25 befestigt sind, mehrfach abgestützt und in ihrer räumlichen Lage positioniert.In Fig. 4 the coil coil heat exchanger 1 according to FIGS. 1 and 2 is shown enlarged in order to better recognize essential structural details can. The straight pipe sections 3a and 3b are connected to prefabricated pipe bends 4a and 4b, for example by welding, in order to obtain pipe coils 2a and 2b which have a uniform vertical division s 2 between the straight pipe sections 3a and 3b (see FIG. 7). In the exemplary embodiment, this value corresponds to 1.5 times the outer pipe diameter d A and is equal to the radius of the pipe bends 4a and 4b up to the pipe center. The coils 2a and 2b are supported several times by horizontal, strip-shaped support elements 24, which in turn are attached to an outer, solid support frame 25, and are positioned in their spatial position.

In Fig. 5 ist eine modifizierte Rohrschlangenausbildung des Rohrschlangen-Wärmetauschers 1 gemäß Fig. 1,2 und 4 dargestellt. Hierbei werden die geraden Rohrabschnitte 3a und 3b nicht mit Rohrbögen, sondern mit kurzen, geraden Rohrstücken 26a und 26b verbunden. Die Rohrenden werden zu diesem Zweck unter einem 45°-Winkel angeschnitten. Die geraden Rohrstücke 26a und 26b sind besonders einfach herzustellen und deshalb kostengünstiger gegenüber den vorgefertigten Rohrbögen 4a und 4b gemäß Fig. 4. Sie erlauben außerdem, die mittlere vertikale Teilung der geraden Rohrabschnitte 3a und 3b zueinander problemlos auf den noch günstigeren 1,0 fachen Wert des äußeren Rohrdurchmessers zu reduzieren.5 shows a modified pipe coil design of the pipe coil heat exchanger 1 according to FIGS. 1, 2 and 4. Here, the straight pipe sections 3a and 3b are not connected with pipe bends, but with short, straight pipe sections 26a and 26b. For this purpose, the pipe ends are cut at a 45 ° angle. The straight pipe sections 26a and 26b are particularly simple to manufacture and are therefore more economical than the prefabricated pipe bends 4a and 4b according to FIG. 4. They also allow the mean vertical division of the straight pipe sections 3a and 3b to one another to be even more favorable at 1.0 times the value to reduce the outer pipe diameter.

Das Ziel einer maximalen Wärmeübertragungsleistung des Verdunstungskühlturms bedingt die Wahl eines äußeren Rohrdurchmessers, der kleiner 25 mm ist. Das kann dazu führen, daß die Fluidgeschwindigkeit in den Rohren zu groß wird. Ein weiteres Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 zeigt für diese Fälle eine Anordnung von Rohrschlangen, die in vertikaler Richtung ineinander verschachtelt sind. An den kastenförmigen Verteiler 28 und an den gleichartigen Sammler 29 werden die Rohrschlangen mit jeweils vier Rohrreihen angeschlossen. Das entspricht gegenüber den bisherigen Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 2,4 und 5 einer Verdoppelung, so daß die innere Fluidgeschwindigkeit halbiert wird.The goal of maximum heat transfer performance of the evaporative cooling tower requires the selection of an outer tube diameter that is less than 25 mm. This can lead to the fluid speed in the pipes becoming too high. A further exemplary embodiment according to FIG. 6 shows an arrangement of pipe coils which are nested in one another in the vertical direction for these cases. The pipe coils, each with four rows of pipes, are connected to the box-shaped distributor 28 and to the similar collector 29. This corresponds to a doubling compared to the previous exemplary embodiments according to FIGS. 2, 4 and 5, so that the internal fluid velocity is halved.

In Fig. 7 sind anhand einer Vergrößerung des Rohrschlangen-Wärmetauschers 1 gemäß den Fig. 4 und 5 einige Rohrschlangenabschnitte mit den bevorzugten geometrischen Verhältnissen im Querschnitt dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt der äußere Rohrdurchmesser dA 18 mm; der innere Rohrdurchmesser dI 15 mm; die mittlere horizontale Teilung s₁ 37 mm und die mittlere vertikale Teilung s₂, die hier gleich dem Biegeradius rB ist, 27 mm. Die vertikale Teilung s₂ ist gleichmäßig ausgebildet und entspricht hier dem 1,5 fachen des äußeren Rohrdurchmessers dA.In Fig. 7 are based on an enlargement of the coil coil heat exchanger 1 according to FIGS. 4 and 5, some pipe coil sections with the preferred geometrical relationships shown in cross section. In this embodiment, the outer tube diameter d A is 18 mm; the inner tube diameter d I 15 mm; the mean horizontal pitch s₁ 37 mm and the mean vertical pitch s₂, which here is equal to the bending radius r B , 27 mm. The vertical division s₂ is uniform and here corresponds to 1.5 times the outer tube diameter d A.

Dieser Darstellung in Fig. 7 wird mit Fig. 8 eine dem Stand der Technik entsprechende Anordnung gegenübergestellt, die einen äußeren Rohrdurchmesser dA von 26 mm und eine vertikale Teilung s₂ als Mittelwert aus den beiden vertikalen Versätzen s2a und s2b von 65 mm aufweist. Das entspricht dem 2,5 fachen des äußeren Rohrdurchmessers dA.This representation in Fig. 7 is compared with Fig. 8 a prior art arrangement having an outer tube diameter d A of 26 mm and a vertical division s₂ as the average of the two vertical offsets s 2a and s 2b of 65 mm . This corresponds to 2.5 times the outer pipe diameter d A.

Das Diagramm der Fig. 9 zeigt bei konstanter Kühlleistung die Kurvenverläufe für die benötigte Oberfläche eines mit Luft beaufschlagten und zusätzlich mit Wasser berieselten Rohrschlangen-Wärmetauschers 1 gemäß Fig. 1 bis 6 in Abhängigkeit von seinen geometrischen Daten. Ausgangspunkt der Betrachtung stellt eine dem bekannten Stand der Technik entsprechende geometrische Anordnung gemäß Fig. 8 dar, die durch einen Außenrohrdurchmesser von 26 mm und ein vertikales Teilungsverhältnis von 2,5 charakterisiert wird. Zur Bewältigung der Kühlleistung wird bei dieser Rohrgeometrie eine definierte Oberfläche des Rohrschlangen-Wärmetauschers von 100 % benötigt.The diagram in FIG. 9 shows the curve profiles for the required surface area of a coil coil heat exchanger 1 according to FIGS. 1 to 6, which is exposed to air and additionally sprinkled with water, as a function of its geometric data. The starting point of the consideration is a geometric arrangement according to FIG. 8 corresponding to the known prior art, which is characterized by an outer tube diameter of 26 mm and a vertical division ratio of 2.5. With this pipe geometry, a defined surface area of the coil heat exchanger of 100% is required to cope with the cooling capacity.

Verfolgt man die oberen Kurvenverläufe, die das Leistungsverhalten bei den bekannten vertikalen Teilungsverhältnissen von 2,0 bis 3,0 darstellen, so ist eine Verringerung der benötigten Wärmetauscheroberfläche erst bei relativ kleinen Rohrdurchmessern festzustellen. Die so erzielbare Materialeinsparung ist jedoch in Anbetracht der größeren Anzahl benötigter Rohre, die einen erhöhten Fertigungsaufwand bedeuten, nicht ausreichend.If one follows the upper curve profiles, which represent the performance with the known vertical division ratios of 2.0 to 3.0, a reduction in the heat exchanger surface required can only be ascertained with relatively small pipe diameters. However, the material savings that can be achieved in this way are not sufficient in view of the larger number of pipes required, which mean an increased production outlay.

Es ist in diesem Diagramm weiterhin deutlich zu erkennen, daß bei den bisher verwendeten Rohrdurchmessern von mehr als 25 mm, das erfindungsgemäße vertikale Rohrteilungsverhältnis nur eine marginale Verringerung der benötigten Wärmetauscheroberfläche bewirkt. Erst bei Rohrdurchmessern kleiner als 25 mm wird eine signifikante Wirkung erzielt. Die benötigte Oberfläche fällt bei einer vertikalen Teilung kleiner als dem 2,0 fachen des Rohrdurchmessers mit kleiner werdendem Rohrdurchmesser besonders stark ab. Die Kurven verlaufen allerdings bei Rohrdurchmessern kleiner 16 mm wieder flacher. Weiterhin wurde festgestellt, daß eine noch kleinere vertikale Teilung als das 1,0 fache des äußeren Rohrdurchmessers wieder zu einer Verringerung der Leistungsfähigkeit des Wärmetauschers führt, da infolge der dann sehr nahe aneinandergerückten Rohre ein steiler Anstieg des luftseitigen Druckverlustes zu verzeichnen ist.It can also be clearly seen in this diagram that, with the tube diameters of more than 25 mm previously used, the vertical tube division ratio according to the invention only brings about a marginal reduction in the heat exchanger surface required. A significant effect is only achieved with pipe diameters smaller than 25 mm. The required surface falls with a vertical pitch smaller than 2.0 times the pipe diameter, especially with decreasing pipe diameter. However, the curves are flatter again for pipe diameters smaller than 16 mm. Furthermore, it was found that an even smaller vertical pitch than 1.0 times the outer pipe diameter again leads to a reduction in the performance of the heat exchanger, since the pipes are then moved very close together and there is a steep increase in the air-side pressure loss.

Diese grundsätzlichen Ergebnisse gelten auch für berippte Rohre und für Rohrformen, die von der Kreisform abweichen, wie z.B. das Ovalrohr. In diesen Fällen ist als Beurteilungsmaßstab der hydraulische Durchmesser anzusetzen.These basic results also apply to finned tubes and tube shapes that deviate from the circular shape, such as the oval tube. In these cases, the hydraulic diameter should be used as the assessment standard.

Bezugszeichenliste:Reference symbol list:

11
Rohrschlangen-WärmetauscherPipe coil heat exchanger
2a2a
RohrschlangePipe coil
2b2 B
RohrschlangePipe coil
3a3a
RohrabschnittPipe section
3b3b
RohrabschnittPipe section
4a4a
RohrbogenElbows
4b4b
RohrbogenElbows
55
VerteilerDistributor
66
SammlerCollector
77
EintrittsstutzenInlet connection
88th
AustrittsstutzenOutlet connection
99
Motorengine
1010th
KeilriemenV-belts
1111
RadialventilatorCentrifugal fan
1212th
AustrittsöffnungOutlet opening
1313
VerteilraumDistribution room
1414
GehäusewandHousing wall
1515
KühlturmwanneCooling tower trough
1616
Pumpepump
1717th
SteigleitungRiser
1818th
DüsenwasserverteilungNozzle water distribution
1919th
RieselfilmTrickle film
2020th
unterster Punktlowest point
2121
Ebenelevel
2222
TropfenabscheiderDroplet separator
2323
Leitungmanagement
2424th
StützelementSupport element
2525th
StützrahmenSupport frame
26a26a
RohrstückPipe piece
26b26b
RohrstückPipe piece
2828
VerteilerDistributor
2929
SammlerCollector
dA d A
äußerer Rohrdurchmesserouter tube diameter
dI d I
innerer Rohrdurchmesserinner tube diameter
rB r B
BiegeradiusBending radius
s₁s₁
horizontale Teilunghorizontal division
s₂s₂
vertikale Teilungvertical division
s2a s 2a
vertikaler Versatzvertical offset
s2b s 2b
vertikaler Versatzvertical offset

Claims (5)

Verdunstungskühlturm zur Kühlung oder Kondensation von Fluiden mittels Kühlluft mit mindestens einem zusätzlich mit Wasser beaufschlagten Rohrschlangen-Wärmetauscher, dessen aus geraden Rohrabschnitten und aus diese Rohrabschnitte verbindenden Rohrbögen bestehende Rohrschlangen derart mit ihrem Anfang an einen Verteiler und mit ihrem Ende an einen Sammler angeschlossen sind, daß die geraden, im wesentlichen horizontal verlaufenden und in derselben Ebene liegenden Rohrabschnitte benachbarter Rohrschlangen mit einer Teilung zwischen dem Ein- und Dreifachen ihres Außendurchmessers angeordnet sind, wobei unmittelbar nebeneinander liegende, gerade Rohrabschnitte in Strömungsrichtung des die Rohrschlangen beaufschlagenden Wassers zueinander versetzt sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei einem Außendurchmesser (dA) der die Rohrschlangen (2a,2b) bildenden Rohre kleiner 25 mm die geraden Rohrabschnitte (3a,3b) der unmittelbar nebeneinander liegenden Rohrschlangen (2a,2b) mit einer mittleren vertikalen Rohrteilung (s₂) von Rohrmitte zu Rohrmitte zwischen dem Ein- und Zweifachen des Außendurchmessers (dA) ausgebildet sind.
Evaporative cooling tower for the cooling or condensation of fluids by means of cooling air with at least one additional coil coil heat exchanger, the coil of which consists of straight pipe sections and pipe sections connecting these pipe sections are connected with their beginning to a distributor and with their end to a collector that the straight, essentially horizontal pipe sections of adjacent pipe coils lying in the same plane are arranged with a division between one and three times their outer diameter, straight pipe sections lying directly next to one another being offset from one another in the flow direction of the water acting on the pipe coils,
characterized,
that with an outer diameter (d A ) of the coils (2a, 2b) forming tubes smaller than 25 mm, the straight tube sections (3a, 3b) of the directly adjacent coils (2a, 2b) with an average vertical tube pitch (s₂) from the center of the tube Pipe center between one and two times the outer diameter (d A ) are formed.
Verdunstungskühlturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vertikale Abstand von Rohrmitte zu Rohrmitte der zu einer Rohrschlange (2a bzw. 2b) gehörenden geraden Rohrabschnitte (3a bzw. 3b) dem Doppelten der vertikalen Rohrteilung (s₂) entspricht.Evaporative cooling tower according to claim 1, characterized in that the vertical distance from pipe center to pipe center of the straight pipe sections (3a or 3b) belonging to a pipe coil (2a or 2b) corresponds to twice the vertical pipe division (s₂). Verdunstungskühlturm nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Rohrteilung (s₂) der Rohre dem Einfachen des Außendurchmessers (dA) entspricht.Evaporative cooling tower according to claim 1 or claim 2, characterized in that the vertical pipe division (s₂) of the pipes corresponds to the simple one of the outer diameter (d A ). Verdunstungskühlturm nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre eine ovale Querschnittsform aufweisen.Evaporative cooling tower according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the tubes have an oval cross-sectional shape. Verdunstungskühlturm nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre berippt sind.Evaporative cooling tower according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the tubes are finned.
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