EP1522347A1 - Verteildüse, sowie Verfahren zur Benetzung eines vorgebbaren Bereichs mit einer solchen Verteildüse - Google Patents

Verteildüse, sowie Verfahren zur Benetzung eines vorgebbaren Bereichs mit einer solchen Verteildüse Download PDF

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EP1522347A1
EP1522347A1 EP04405587A EP04405587A EP1522347A1 EP 1522347 A1 EP1522347 A1 EP 1522347A1 EP 04405587 A EP04405587 A EP 04405587A EP 04405587 A EP04405587 A EP 04405587A EP 1522347 A1 EP1522347 A1 EP 1522347A1
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EP
European Patent Office
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central axis
spray
nozzle
distribution nozzle
fluid
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EP04405587A
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EP1522347B1 (de
Inventor
Roland Niessen
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Engie Refrigeration GmbH
Original Assignee
Axima Refrigeration GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F25/00—Component parts of trickle coolers
    • F28F25/02—Component parts of trickle coolers for distributing, circulating, and accumulating liquid
    • F28F25/06—Spray nozzles or spray pipes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/14—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means with multiple outlet openings; with strainers in or outside the outlet opening
    • B05B1/18—Roses; Shower heads
    • B05B1/185—Roses; Shower heads characterised by their outlet element; Mounting arrangements therefor

Definitions

  • the invention relates to a distribution nozzle for distributing a fluid and a Process for wetting a predefinable area around the distribution nozzle according to the preamble of the independent claim of the respective Category. Furthermore, the invention relates to a cooling tower with such Distribution nozzle, which is operable by a method according to the invention.
  • Distribution nozzles are widely used as atomizing nozzles for atomization a fluid in cooling devices, in particular in cooling towers used. It is in the context of this application under a cooling tower each Component of an open or closed refrigeration cycle, which includes an open or closed housing and the distribution nozzles in the Has meaning of this application for cooling the fluid.
  • Equipment is the fluid to be cooled, such as the cooling water of a Coal, gas or nuclear power plant or a corresponding cooling fluid one other technical equipment, heat dissipated during operation obtained by one or more distribution nozzles for cooling in a second Medium, for example in air, atomized within the cooling tower, thereby the fluid can give off part of its heat energy to the environment.
  • the fluid does not necessarily have to be water. Also any other liquid coolant, such as alcohol, or even one to be cooled gas can be distributed as in the distribution nozzle or to atomizing fluid come into question.
  • any other liquid coolant such as alcohol, or even one to be cooled gas can be distributed as in the distribution nozzle or to atomizing fluid come into question.
  • a distribution nozzle in the form of a Spray nozzle known to be a nozzle and a conical, with a variety of Opened diverter, as well as a holding device includes, which holds the diverter in the distance from the nozzle and widened away from this. This is to wetting an environment of Spray nozzle a jet of liquid from the nozzle to the conical Guided diverter, which in the direction of flow of the Liquid jet diverges, passing through the openings in concentric circles about a central axis of the diverging member are arranged, one about the central axis rotationally symmetric field of Spray is generated.
  • a large cooling tower for example a cooling tower of a power plant for Generation of electrical energy, can several thousands of such distribution nozzles exhibit on a floor area of several thousand square meters can be distributed regularly.
  • the nozzles can, for example, on one be arranged rectangular or square grid, that of a System is formed by supply lines and the distribution nozzles the Feeds cooling water.
  • the cooling water is sprayed in the cooling tower, so that the Cooling water a part of its heat energy to those in the cooling tower Can give off cooling air.
  • the known from the prior art distribution nozzles such as the Spray nozzles DE 1 947 898, are preferred in a relative arranged close to each other, so by overlaying the through individual spray nozzles sprayable surfaces, one more or less full utilization of the area to be sprayed achieved in the cooling tower can be. Since the known spray nozzles, as explained above, an im provide essentially rotationally symmetrical spray pattern, arise either Wholly or partially irrigated or poorly irrigated areas, the for heat and mass transfer either no or only one provide insubstantial contribution. Or those of neighboring spray nozzles wetted areas overlap sufficiently far, but this has the consequence that due to the circular geometry different areas are different be heavily wetted, which has undesirable thermal effects and significantly reduces the cooling efficiency.
  • an improved distribution nozzle for a cooling tower as well as an improved Method for wetting a predeterminable area around a distribution nozzle suggest an improvement in cooling compared to the known spray nozzles is achieved, so that the cooling process significantly more efficient and more energy-efficient and thus more cost-effective let represent.
  • the distribution nozzle according to the invention for distributing a fluid comprises a Holding device for fixing a diverging element, as well as a Inlet nozzle with a nozzle mouth for acting on the Diverging element with the fluid, wherein the diverting element a Variety of spray holes for the production of spray from the Has fluid.
  • the spray holes are designed and arranged with respect to a central axis of the diverging element that in Operating state, an emission angle of the sprays in dependence of a measured about the central axis polar angle after a predetermined Scheme varies.
  • the radiation angle of the spray jets in the Distributing nozzle according to the invention with the polar angle about the central axis varies according to a predeterminable scheme, it is possible to use surfaces with any limitation around the distribution nozzle according to the invention completely uniformly wetted with the fluid, for example, with cooling water.
  • the inlet nozzle receives the fluid, e.g. the cooling water or another suitable liquid or gaseous cooling fluid, by means of a Supply line supplied under a predetermined supply pressure, so that the fluid under a predetermined working pressure through the inlet nozzle leaves the nozzle mouth and the diverging element to image formation of Sprühstrahlen applied with the fluid.
  • the sprays are through formed the plurality of spray holes of the diverging element, wherein the spray holes designed and with respect to the center axis of the Arranging element are arranged that the spray jets in Depending on the polar angle impressed different beam angles so that due to the throw parabolas of spraying an area with specifiable geometric boundary is wettable. So are oval areas, triangular areas, rectangular, especially square Areas, or any other limited areas around the distribution nozzle around evenly wettable.
  • the spray holes themselves which are around the central axis of the Scattering element are arranged, can in a conventional manner round, elliptical, triangular, rectangular, in the shape of an arc segment, or of be bounded by any other suitable form.
  • one or more lateral wall boundaries diverge from this Openings away from the inlet nozzle with respect to the central axis of the Scattering element.
  • the distribution angle of the spray jets varies depending on a distance to the central axis of the Scattering element. That is, the spray holes are like that designed and with respect to the central axis in the diverting element arranged that the emission angle of the spray jets both a function of the polar angle, as well as the distance of the spray hole from the Center axis is.
  • the Sprühbohronne configured and with respect to the center axis of the Arranged diverging element that the radiation angle of the spray jets as a function of the polar angle and the distance from the central axis, such varies that a substantially rectangular base around the Distribution nozzle is evenly wetted. That is, the spray holes are arranged and configured such that sprays on different, for example, parabolic webs, depending on Polar angle and depending on the distance to the central axis of the Diverging element on a substantially rectangular base be distributed.
  • the spray holes in concentric Circles with predeterminable radii arranged at a distance around the central axis are advantageousous but not necessary.
  • the spray holes in special cases in otherwise, for example, on parallel elliptical orbits, in a straight line limited orbits, such as on quadrangular or triangular tracks or in special also in any other suitable form in the Arranged scattering element.
  • the diverting element itself preferably has a relation to the Center axis and in a direction away from the nozzle mouth, funnel-shaped expanding mold on.
  • the diverting element for example, have a concave curved cross-section.
  • the distribution nozzle according to the invention has the diverging element has a substantially triangular cross-section and in another preferred embodiment, the Diverging element on a convex curved cross-section. Even understandably can for special requirements the cross section of the Diverging element also have any other suitable shape.
  • the inventive method for wetting a predetermined area around a distribution nozzle with a fluid is carried out with a distribution nozzle, a holding device for fixing a diverging element, as well an inlet nozzle with a nozzle mouth for acting on the Diverging element comprising the fluid, wherein the Dispersing element to produce a variety of spray holes Having sprays from the fluid and the spray holes so configured and with respect to a central axis of the diverging element are arranged that in the operating state, a radiation angle of the Spraying in response to a measured about the central axis Polar angle varies according to a given scheme. It will According to the invention, the emission angle of the spray jets adjusted so that a substantially rectangular area around the distribution nozzle evenly is wetted.
  • the invention also relates to a cooling device, in particular a cooling tower, with one of the previously described Verteildüse, the can be operated according to a method according to the invention.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an inventive Distributing nozzle, which in the following by the reference numeral 1 referred to as.
  • the distribution nozzle 1 for distributing a fluid 2 comprises a Holding device 3, in which a diverging element 4 and a Inlet nozzle 5 is fixed with a nozzle mouth 6.
  • the nozzle mouth 6 tapers to an outlet opening 61 in the direction of the diverting element 4, wherein the inlet nozzle 5 according to the representation below the Scattering element 4 is placed in the holding device 3 so that the Discharge element 4 for the formation of spray jets 8 through the Outlet opening 61 is acted upon by the fluid 2.
  • the inlet nozzle 5 has an inlet opening 51 for the fluid 2, so that the inlet nozzle 5 via the inlet opening 51st from a supply line 9, which is connected to the distribution nozzle 1, with Fluid 2 can be supplied.
  • the fluid 2 is in the Supply line 9 preferably under a prescribable supply pressure, so that the fluid 2 under a predeterminable working pressure the inlet nozzle. 5 through the nozzle mouth 6 leaves and so the diverting element 4 for Formation of spray jets 8 with the fluid 2 applied.
  • the diverting element 4 has in the preferred shown in Fig. 1 Embodiment one with respect to the central axis M funnel-shaped, in a direction away from the nozzle mouth 6 direction widening mold with a concave curved cross section.
  • the diverter 4 has a plurality of spray holes 7 which preferably, but not necessarily, as shown schematically in Fig. 1, on concentric circles with radius R at a distance A from the central axis M. are arranged.
  • Fig. 1 are the spray holes 7 as substantially cylindrical openings of circular cross-section executed, wherein a central axis 71 of the bore 7 so with respect to a perpendicular to the central axis M imaginary plane at the Abstrahlkwinkel ⁇ is inclined that the corresponding formed by the spray hole 7 Spray jet 8 substantially at the same beam angle ⁇ the Spray hole 7 leaves.
  • the angle ⁇ depends not only on the distance A. the spray hole 7 to the central axis M, but also from the polar angle ⁇ , below which the spray hole 7 is arranged with respect to the center axis M.
  • Fig. 2 is a section along the line II - II according to FIG. 1 schematically shown.
  • the spray holes 7 are in concentric circles with radius R arranged at a distance A about the central axis M.
  • the respective central axes 71, 72 different spray holes 7 are so in relation to a perpendicular to the central axis M imaginary plane at the beam angle ⁇ inclined that the corresponding formed by the spray hole 7 Spray jet 8 substantially at the same beam angle ⁇ the Spray hole 7 leaves.
  • the emission angle ⁇ varies Spraying 8 both as a function of the distance A to the center axis M, as also in dependence on the polar angle ⁇ , under which the spray hole 7 in relation is arranged on the central axis M.
  • the spray holes 7 are arranged so that a substantially square area 10 with fluid 2 is uniformly wetted by the distribution nozzle 1.
  • two spray jets 81 and 82 are shown by way of example, emanating from two different spray holes 7 with different central axes 71 and 72.
  • the two different bores 7 with the respective center axes 71 and 72 are arranged at the same distance A under the same radius R, but at two different polar angles ⁇ 1 and ⁇ 2 with respect to the central axis M of the diverging element 4.
  • the spray jet 81 has an emission angle ⁇ 1 and the spray jet 82 an emission angle ⁇ 2 , wherein in the present example the emission angle ⁇ 1 has a smaller value than the emission angle ⁇ 2 , since the spray jet 81 runs in the direction of a diagonal of the square-defined area 10 to be wetted, and thus has to bridge a greater distance than the spray jet 72, which therefore leaves the associated spray hole 7 at a larger radiation angle ⁇ 2 .
  • Verteildüsen 1 in one rectangular grid, for example within a cooling tower, it is possible that the wetted by adjacent distribution nozzles 1 areas 10 to touch their straight edges, so that, for example, a larger area of several distribution nozzles 1 is wetted so that in essentially no overlapping of the various distribution nozzles 1 wetted areas 10 occurs and also edge losses, for example in a rectangular cooling tower, be avoided.
  • the distribution nozzle By using the distribution nozzle according to the invention, it is possible to Areas and areas of any boundary, in particular rectangular or square areas completely uniformly irrigate without remain irrigated or insufficiently watered area or certain areas of two or more different distribution nozzles irrigated simultaneously and overlapping. This will be the well-known Disadvantages which are known from the prior art Divide nozzles with rotationally symmetrical spray pattern result, completely overcome. Thus, in particular a significant improvement in the Cooling achieved in comparison to the known distribution nozzles, so that the cooling process much more efficient and energy efficient and thus more cost-effective.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verteildüse (1) zur Verteilung eines Fluids (2) welche Verteildüse (1) eine Halteeinrichtung (3) zur Fixierung eines Zerstreuungselements (4), sowie eine Eintrittsdüse (5) mit einem Düsenmund (6) zur Beaufschlagung des Zerstreuungselements (4) mit dem Fluid (2) umfasst, wobei das Zerstreuungselement (4) eine Vielzahl von Sprühbohrungen (7) zur Erzeugung von Sprühstrahlen (8) aus dem Fluid (2) aufweist. Dabei sind die Sprühbohrungen (7) derart ausgestaltet und bezüglich einer Mittelachse (M) des Zerstreuungselements (4) angeordnet, dass im Betriebszustand ein Abstrahlwinkel (α) der Sprühstrahlen (8) in Abhängigkeit von einem um die Mittelachse (M) gemessenen Polarwinkel (φ) nach einem vorgebbaren Schema variiert. Ferner wird ein Verfahren zur Benetzung eines vorgebbaren Gebiets (10) um eine erfindungsgemässe Verteildüse (1) vorgeschlagen. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Verteildüse zur Verteilung eines Fluids und ein Verfahren zur Benetzung eines vorgebbaren Gebiets um die Verteildüse gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs der jeweiligen Kategorie. Ferner betrifft die Erfindung einen Kühlturm mit einer solchen Verteildüse, der nach einem erfindungsgemässen Verfahren betreibbar ist.
Verteildüsen kommen weit verbreitet als Zerstäubungsdüsen zur Zerstäubung eines Fluids in Kühlvorrichtungen, insbesondere in Kühltürmen zum Einsatz. Dabei ist im Rahmen dieser Anmeldung unter einem Kühlturm jede Komponente eines offenen oder geschlossenen Kühlkreislaufs zu verstehen, die ein offenes oder geschlossenes Gehäuse umfasst und die Verteildüsen im Sinne dieser Anmeldung zur Kühlung des Fluids aufweist. Bei solchen Anlagen wird das zu kühlende Fluid, wie beispielsweise das Kühlwasser eines Kohle-, Gas- oder Kernkraftwerk oder ein entsprechendes Kühlfluid einer anderen technischen Einrichtung, bei der im Betrieb abzuführende Wärme anfällt, durch eine oder mehrere Verteildüsen zur Kühlung in einem zweiten Medium, beispielsweise in Luft, innerhalb des Kühlturms zerstäubt, wodurch das Fluid einen Teil seiner Wärmeenergie an die Umgebung abgeben kann.
Dabei muss es sich bei dem Fluid nicht unbedingt um Wasser handeln. Auch jedes andere flüssige Kühlmittel, wie beispielsweise Alkohol, oder selbst ein zu kühlendes Gas kann als in der Verteildüse zu verteilendes oder zu zerstäubendes Fluid in Frage kommen.
Aus der DE 1 947 898 ist beispielsweise eine Verteildüse in Form einer Sprühdüse bekannt, die eine Düse und ein konisches, mit einer Vielzahl von Öffnungen versehenes Zerstreuungsglied, sowie eine Halteeinrichtung umfasst, die das Zerstreuungsglied im Abstand gegenüber der Düse hält und sich von dieser weg erweitert. Dabei wird zur Benetzung einer Umgebung der Sprühdüse ein Flüssigkeitsstrahl aus der Düse auf das konische Zerstreuungsglied gelenkt, das in der Srömungsrichtung des Flüssigkeitsstrahls divergiert, wobei durch die Öffnungen, die in konzentrischen Kreisen um eine Mittelachse des Zerstreuungsglieds angeordnet sind, ein um die Mittelachse rotationssymmetrisches Feld von Sprühstrahlen erzeugt wird.
Ein grosser Kühlturm, beispielsweise ein Kühlturm eines Kraftwerks zur Erzeugung elektrischer Energie, kann mehrere tausend solcher Verteildüsen aufweisen, die auf einer Grundfläche von mehreren tausend Quadratmetern regelmässig verteilt sein können. Die Düsen können zum Beispiel auf einem rechteckigen oder quadratischen Gitter angeordnet sein, das von einem System von Zuführungsleitungen gebildet wird und den Verteildüsen das Kühlwasser zuführt. Das Kühlwasser wird im Kühlturm versprüht, so dass das Kühlwasser einen Teil seiner Wärmeenergie an die im Kühlturm befindliche Kühlluft abgeben kann.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Verteildüsen, wie zum Beispiel die Sprühdüsen der DE 1 947 898, werden dabei bevorzugt in einem relativ engen Abstand zueinander angeordnet, damit durch Überlagerung der durch einzelne Sprühdüsen besprühbaren Flächen, eine mehr oder weniger vollständige Ausnutzung der zu besprühenden Fläche im Kühlturm erreicht werden kann. Da die bekannten Sprühdüsen, wie oben erläutert, ein im wesentlichen rotationssymmetrisches Sprühbild liefern, entstehen entweder ganz oder teilweise unbewässerte bzw. schlecht bewässerte Bereiche, die zum Wärme- und Stoffaustausch entweder keinen oder nur einen unwesentlichen Beitrag liefern. Oder die von benachbarten Sprühdüsen benetzten Bereiche überlappen genügend weit, was jedoch zur Folge hat, dass aufgrund der Kreisgeometrie verschiedene Bereiche unterschiedlich stark benetzt werden, was unerwünschte thermische Effekten zur Folge hat und die Effizienz der Kühlung erheblich reduziert. Das wirkt sich insbesondere im Randbereich, beispielsweise bei Kühltürmen mit rechteckiger Grundfläche aus, weil vor allem am Bereich der Wände des Kühlturms entweder unbewässerte Bereich entstehen oder wesentliche Anteile des Kühlwassers an begrenzende Wände gesprüht werden, wo sie kaum Kontakt mit der durchströmenden Kühlluft haben. Es versteht sich, dass die zuvor beschriebenen negativen Effekte um so grösser werden, je kleiner die Grundfläche des Kühlturms ist und je kleiner die Zahl der Sprühdüsen pro Flächeneinheit ist. Besonders dramatisch wirken sich diese Effekte bei kleinen Kühltürmen aus, die eventuell nur mit einer oder einigen wenigen Sprühdüsen bestückt sind. Bei solchen kleinen Einheiten kann durch die beschriebenen Effekte die Kühlleistung so stark reduziert werden, dass ein effizienter Einsatz der aus dem Stand der Technik bekannten Sprühdüsen nicht mehr sinnvoll erscheint.
Ausgehend vom Stand der Technik ist es daher eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Verteildüse für einen Kühlturm, sowie ein verbessertes Verfahren zur Benetzung eines vorgebbaren Bereichs um eine Verteildüse vorzuschlagen, wodurch eine Verbesserung der Kühlung im Vergleich zu den bekannten Sprühdüsen erreicht wird, so dass sich der Kühlprozess wesentlich effizienter und energiewirtschaftlich vorteilhafter und damit kostengünstiger darstellen lässt.
Die diese Aufgaben in apparativer und verfahrenstechnischer Hinsicht lösenden Gegenstände der Erfindung sind durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs der jeweiligen Kategorie gekennzeichnet.
Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Die erfindungsgemässe Verteildüse zur Verteilung eines Fluids umfasst eine Halteeinrichtung zur Fixierung eines Zerstreuungselements, sowie eine Eintrittsdüse mit einem Düsenmund zur Beaufschlagung des Zerstreuungselements mit dem Fluid, wobei das Zerstreuungselement eine Vielzahl von Sprühbohrungen zur Erzeugung von Sprühstrahlen aus dem Fluid aufweist. Dabei sind die Sprühbohrungen derart ausgestaltet und bezüglich einer Mittelachse des Zerstreuungselements angeordnet, dass im Betriebszustand ein Abstrahlwinkel der Sprühstrahlen in Abhängigkeit von einem um die Mittelachse gemessenen Polarwinkel nach einem vorgebbaren Schema variiert.
Dadurch, dass der Abstrahlwinkel der Sprühstrahlen bei der erfindungsgemässen Verteildüse mit dem Polarwinkel um die Mittelachse nach einem vorgebbaren Schema variiert, ist es möglich, Flächen mit beliebiger Begrenzung um die erfindungsgemässe Verteildüse herum völlig gleichmässig mit dem Fluid, beispielsweise mit Kühlwasser, zu benetzen.
Dazu wird der Eintrittsdüse das Fluid, z.B. das Kühlwasser oder ein anderes geeignetes flüssiges oder gasförmiges Kühlfluid, mittels einer Versorgungsleitung unter einem vorgebbaren Versorgungsdruck zugeführt, so dass das Fluid unter einem vorgebbaren Arbeitsdruck die Eintrittsdüse durch den Düsenmund verlässt und das Zerstreuungselement zur Bilddung von Sprühstrahlen mit dem Fluid beaufschlagt. Die Sprühstrahlen werden durch die Vielzahl von Sprühbohrungen des Zerstreuungselements gebildet, wobei die Sprühbohrungen derart ausgestaltet und bezüglich der Mittelachse des Zerstreuungselements angeordnet sind, dass den Sprühstrahlen in Abhängigkeit vom Polarwinkel unterschiedliche Abstrahlwinkel aufgeprägt werden, so dass aufgrund der Wurfparabeln der Sprühstrahlen ein Gebiet mit vorgebbarer geometrischer Berandung benetzbar ist. So sind ovale Gebiete, dreieckförmige Gebiete, rechteckige, insbesondere auch quadratische Gebiete, oder beliebig anders begrenzte Flächen um die Verteildüse herum gleichmässig benetzbar.
Die Sprühbohrungen selbst, die um die Mittelachse des Zerstreuungselements angeordnet sind, können in an sich bekannter Weise rund, elliptisch, dreieckig, rechteckig, in Form eines Bogensegments, oder von jeder anderen geeigneten Form berandet sein. Vorteilhaft, aber nicht notwendig, divergieren eine oder mehrere seitliche Wandbegrenzungen dieser Öffnungen von der Eintrittsdüse weg in Bezug auf die Mittelachse des Zerstreuungselements.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Verteildüse variiert der Abstrahlwinkel der Sprühstrahlen in Abhängigkeit von einem Abstand zur Mittelachse des Zerstreuungselements. Das heisst, die Sprühbohrungen sind derart ausgestaltet und bezüglich der Mittelachse im Zerstreuungselement angeordnet, dass der Abstrahlwinkel der Sprühstrahlen sowohl eine Funktion des Polarwinkels, als auch des Abstandes der Sprühbohrung von der Mittelachse ist.
In einem für die Praxis besonders relevanten Ausführungsbeispiel sind die Sprühbohrungen derart ausgestaltet und bezüglich der Mittelachse des Zerstreuungselements angeordnet, dass der Abstrahlwinkel der Sprühstrahlen als Funktion des Polarwinkels und des Abstands von der Mittelachse, derart variiert, dass eine im wesentlichen rechteckige Grundfläche um die Verteildüse gleichmässig benetzbar ist. Das heisst, die Sprühbohrungen sind derart angeordnet und ausgestaltet, dass Sprühstrahlen auf unterschiedlichen, zum Beispiel parabelförmigen Bahnen, abhängig vom Polarwinkel und abhängig vom Abstand zur Mittelachse des Zerstreuungselements auf eine im wesentlichen rechteckige Grundfläche verteilt werden.
Durch eine geeignete Anordnung mehrerer solcher Verteildüsen in einem Raster, beispielsweise innerhalb eines Kühlturms, ist es möglich, dass die von benachbarten Verteildüsen benetzten Flächen sich an deren gerade verlaufenden Kanten berühren, so dass zum Beispiel eine rechteckige Fläche von mehreren Verteildüsen so benetzt wird, dass im wesentlichen keine Überlappung der von den verschiedenen Verteildüsen benetzten Gebieten auftritt und auch Randverluste, beispielsweise bei einem rechteckigen Kühlturm, vermieden werden.
Vorteilhaft aber nicht notwendig sind die Sprühbohrungen in konzentrischen Kreisen mit vorgebbaren Radien im Abstand um die Mittelachse angeordnet. Selbstverständlich können die Sprühbohrungen in speziellen Fällen auch in anderer Weise, zum Beispiel auf parallelen elliptischen Bahnen, auf geradlinig begrenzten Bahnen, wie auf viereckigen oder dreieckigen Bahnen oder in besonderen auch in jeder anderen geeigneten Form in dem Zerstreuungselement angeordnet sein.
Das Zerstreuungselement selbst weist bevorzugt eine sich in Bezug auf die Mittelachse und in eine vom Düsenmund abgekehrte Richtung, trichterförmig erweiternde Hohlform auf. Dabei kann das Zerstreuungselement beispielsweise einen konkav gekrümmten Querschnitt aufweisen.
In anderen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemässen Verteildüse hat das Zerstreuungselement einen im wesentlichen dreieckförmigen Querschnitt und in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Zerstreuungselement einen konvex gekrümmten Querschnitt auf. Selbst verständlich kann für besondere Anforderungen der Querschnitt des Zerstreuungselements auch jede andere geeignete Form aufweisen.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Benetzung eines vorgebbaren Gebiets um eine Verteildüse mit einem Fluid, wird mit einer Verteildüse durchgeführt, die eine Halteeinrichtung zur Fixierung eines Zerstreuungselements, sowie eine Eintrittsdüse mit einem Düsenmund zur Beaufschlagung des Zerstreuungselements mit dem Fluid umfasst, wobei das Zerstreuungselement eine Vielzahl von Sprühbohrungen zur Erzeugung von Sprühstrahlen aus dem Fluid aufweist und die Sprühbohrungen derart ausgestaltet und bezüglich einer Mittelachse des Zerstreuungselements angeordnet sind, dass im Betriebszustand ein Abstrahlwinkel der Sprühstrahlen in Abhängigkeit von einem um die Mittelachse gemessenen Polarwinkel nach einem vorgegebenen Schema variiert. Dabei wird erfindungsgemäss der Abstrahlwinkel der Sprühstrahlen so eingestellt, dass eine im wesentlichen rechteckiges Gebiet um die Verteildüse gleichmässig benetzt wird.
Desweiteren betrifft die Erfindung noch eine Kühlvorrichtung, insbesondere einen Kühlturm, mit einer der zuvor näher beschriebenen Verteildüse, die nach einem erfindungsgemässen Verfahren betreibbar ist.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
  • Fig. 1 eine erfindungsgemässe Verteildüse im Schnitt;
  • Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 11 - 11 gemäss Fig. 1.
    • Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine erfindungsgemässe Verteildüse, die im folgenden gesamthaft mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet wird. Die Verteildüse 1 zur Verteilung eines Fluids 2 umfasst eine Halteeinrichtung 3, in welcher ein Zerstreuungselement 4 und eine Eintrittsdüse 5 mit einem Düsenmund 6 fixiert ist. Der Düsenmund 6 verjüngt sich zu einer Austrittsöffnung 61 in Richtung zum Zerstreuungselement 4, wobei die Eintrittsdüse 5 darstellungsgemäss unterhalb des Zerstreuungselements 4 in der Halteeinrichtung 3 so plaziert ist, dass das Zerstreuungselement 4 zur Bildung von Sprühstrahlen 8 durch die Austrittsöffnung 61 mit dem Fluid 2 beaufschlagbar ist. Der darstellungsgemäss untere Teil der Eintrittsdüse 5 weist eine Eintrittsöffnung 51 für das Fluid 2 auf, so dass die Eintrittsdüse 5 über die Eintrittsöffnung 51 aus einer Versorgungsleitung 9, die mit der Verteildüse 1 verbunden ist, mit Fluid 2 beliefert werden kann. Dabei steht das Fluid 2 in der Versorgungsleitung 9 bevorzugt unter einem vorgebbaren Versorgungsdruck, so dass das Fluid 2 unter einem vorgebbaren Arbeitsdruck die Eintrittsdüse 5 durch den Düsenmund 6 verlässt und so das Zerstreuungselement 4 zur Bildung von Sprühstrahlen 8 mit dem Fluid 2 beaufschlagt. Durch eine in Fig. 1 nicht gezeigte, jedoch an sich bekannte Steuer- und / oder Regeleinheit ist der Arbeitsdruck durch Beeinflussung des Versorgungsdruck im Betriebszustand der Verteildüse 1 an die jeweiligen notwendigen Anforderungen an die Kühlleistung des Kühlturms und / oder die Anforderungen an die Förderung des Fluids 2 anpassbar.
    Das Zerstreuungselement 4 weist in dem in Fig. 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel eine in Bezug auf die Mittelachse M sich trichterförmig, in eine vom Düsenmund 6 abgekehrte Richtung sich erweiternde Hohlform mit einem konkav gekrümmten Querschnitt auf.
    Zur Bildung der Sprühstrahlen 8 und zur Bildung von deren Abstrahlwinkel α weist das Zerstreuungselement 4 eine Vielzahl von Sprühbohrungen 7 auf, die bevorzugt, aber nicht notwendig, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, auf konzentrischen Kreisen mit Radius R im Abstand A von der Mittelachse M angeordnet sind.
    Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Sprühbohrungen 7 als im wesentlichen zylindrische Öffnungen mit kreisförmigem Querschnitt ausgeführt, wobei eine Mittelachse 71 der Bohrung 7 derart in Bezug auf eine senkrecht zur Mittelachse M gedachte Ebene unter dem Abstrahlkwinkel α geneigt ist, dass der entsprechende durch die Sprühbohrung 7 gebildete Sprühstrahl 8 im wesentlichen unter dem gleichen Abstrahlwinkel α die Sprühbohrung 7 verlässt. Dabei hängt der Winkel α nicht nur vom Abstand A der Sprühbohrung 7 zur Mittelachse M ab, sondern auch vom Polarwinkel , unter dem die Sprühbohrung 7 in Bezug auf die Mittelachse M angeordnet ist. Somit ist durch geeignete Wahl der verschiedenen Abstrahlwinkel α in Abhängigkeit vom Abstand A zur Mittelachse M und in Abhängigkeit von dem um die Mittelachse M gemessenen Polarwinkel , ein nicht rotationssymmetrisches Sprühbild der Verteildüse, wie anhand von Fig. 2 noch näher erläutert werden wird, erzeugbar.
    In Fig. 2 ist einen Schnitt entlang der Linie II - II gemäss Fig. 1 schematisch dargestellt. Die Sprühbohrungen 7 sind in konzentrischen Kreisen mit Radius R im Abstand A um die Mittelachse M angeordnet. Die jeweiligen Mittelachsen 71, 72 verschiedener Sprühbohrungen 7 sind dabei derart in Bezug auf eine senkrecht zur Mittelachse M gedachten Ebene unter dem Abstrahlwinkel α geneigt, dass der entsprechende durch die Sprühbohrung 7 gebildete Sprühstrahl 8 im wesentlichen unter dem gleichen Abstrahlwinkel α die Sprühbohrung 7 verlässt. Dabei variiert der Abstrahlwinkel α der Sprühstrahlen 8 sowohl in Abhängigkeit vom Abstand A zur Mittelachse M, als auch in Abhängig vom Polarwinkel , unter dem die Sprühbohrung 7 in Bezug auf die Mittellachse M angeordnet ist.
    Bei dem in Fig. 2 dargestellten Zerstreuungselement 4 sind die Sprühbohrungen 7 so angeordnet, dass durch die Verteildüse 1 ein im wesentlichen quadratisches Gebiet 10 mit Fluid 2 gleichmässig benetzbar ist. Zur Erläuterung der erfindungsgemässen Ausgestaltung und Anordnung der Sprühbohrungen 7 sind exemplarisch zwei Sprühstrahlen 81 und 82 eingezeichnet, die von zwei verschiedenen Sprühbohrungen 7 mit verschiedenen Mittelachsen 71 und 72 ausgehen. Die zwei verschiedenen Bohrungen 7 mit den jeweiligen Mittelachsen 71 und 72 sind im selben Abstand A unter gleichem Radius R, jedoch unter zwei verschiedenen Polarwinkeln 1 und 2 bezüglich der Mittelachse M des Zerstreuungselements 4 angeordnet. Damit durch die Verteildüse 1 ein im wesentlichen quadratisches Gebiet 10 gleichmässig benetzbar ist, hat der Sprühstrahl 81 einen Abstrahlwinkel α1 und der Sprühstrahl 82 einen Abstrahlwinkel α2, wobei im vorliegenden Beispiel der Abstrahlwinkel α1 einen kleineren Wert hat als der Abstrahlwinkel α2, da der Sprühstrahl 81 in Richtung einer diagonaler des zu benetzenden quadratisch begrenzten Gebietes 10 verläuft, und damit eine grössere Distanz zu überbrücken hat als der Sprühstrahl 72, der daher unter einem grösseren Abstrahlwinkel α2 die zugehörige Sprühbohrung 7 verlässt.
    Durch eine geeignete Anordnung mehrerer solcher Verteildüsen 1 in einem rechteckigen Raster, beispielsweise innerhalb eines Kühlturms, ist es möglich, dass die von benachbarten Verteildüsen 1 benetzten Gebiete 10 sich an deren gerade verlaufenden Kanten berühren, so dass zum Beispiel eine grössere Fläche von mehreren Verteildüsen 1 so benetzbar ist, dass im wesentlichen keine Überlappung der von den verschiedenen Verteildüsen 1 benetzten Gebiete 10 auftritt und auch Randverluste, beispielsweise bei einem rechteckigen Kühlturm, vermieden werden.
    Durch den Einsatz der erfindungsgemässen Verteildüse ist es möglich, Gebiete und Flächen mit beliebiger Berandung, insbesondere rechteckige oder quadratische Gebiete völlig gleichmässig zu bewässern, ohne dass unbewässerte oder ungenügend bewässerte Bereich verbleiben oder bestimmte Gebiete von zwei oder mehreren verschiedenen Verteildüsen gleichzeitig und überlappend bewässert werden. Damit werden die bekannten Nachteile, die sich bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verteildüsen mit rotationssymmetrischem Sprühbild ergeben, vollständig überwunden. Somit wird insbeondere eine wesentliche Verbesserung der Kühlung im Vergleich zu den bekannten Verteildüsen erreicht, so dass sich der Kühlprozess wesentlich effizienter und energiewirtschaftlich vorteilhafter und damit kostengünstiger darstellen lässt.

    Claims (10)

    1. Verteildüse zur Verteilung eines Fluids (2) umfassend, eine Halteeinrichtung (3) zur Fixierung eines Zerstreuungselements (4), sowie eine Eintrittsdüse (5) mit einem Düsenmund (6) zur Beaufschlagung des Zerstreuungselements (4) mit dem Fluid (2), wobei das Zerstreuungselement (4) eine Vielzahl von Sprühbohrungen (7) zur Erzeugung von Sprühstrahlen (8) aus dem Fluid (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühbohrungen (7) derart ausgestaltet und bezüglich einer Mittelachse (M) des Zerstreuungselements (4) angeordnet sind, dass im Betriebszustand ein Abstrahlwinkel (α) der Sprühstrahlen (8) in Abhängigkeit von einem um die Mittelachse (M) gemessenen Polarwinkel () nach einem vorgebbaren Schema variiert.
    2. Verteildüse nach Anspruch 1, wobei der Abstrahlwinkel (α) der Sprühstrahlen (8) in Abhängigkeit von einem Abstand (A) zur Mittelachse (M) variiert.
    3. Verteildüse nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Sprühbohrungen (7) derart ausgestaltet und bezüglich der Mittelachse (M) des Zerstreuungselements (4) angeordnet sind, dass der Abstrahlwinkel (α) der Sprühstrahlen (8) als Funktion des Polarwinkels () und des Abstands (A) von der Mittelachse (M), derart variiert, dass eine im wesentlichen rechteckige Grundfläche (9) um die Verteildüse gleichmässig benetzbar ist.
    4. Verteildüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Sprühbohrungen (7) in konzentrischen Kreisen (K) mit vorgebbaren Radien (R) im Abstand (A) um die Mittelachse (M) angeordnet sind.
    5. Verteildüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Zerstreuungselement (4) eine sich in Bezug auf die Mittelachse (M) und in eine vom Düsenmund (6) abgekehrte Richtung, trichterförmig erweiternde Hohlform aufweist.
    6. Verteildüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Zerstreuungselement (4) einen konkav gekrümmten Querschnitt aufweist.
    7. Verteildüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Zerstreuungselement (4) einen im wesentlichen dreieckförmigen Querschnitt aufweist.
    8. Verteildüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Zerstreuungselement (4) einen konvex gekrümmten Querschnitt aufweist.
    9. Verfahren zur Benetzung eines vorgebbaren Bereichs (10) um eine Verteildüse (1) mit einem Fluid (2), welche Verteildüse (1) eine Halteeinrichtung (3) zur Fixierung eines Zerstreuungselements (4), sowie eine Eintrittsdüse (5) mit einem Düsenmund (6) zur Beaufschlagung des Zerstreuungselements (4) mit dem Fluid (2) umfasst, wobei das Zerstreuungselement (4) eine Vielzahl von Sprühbohrungen (7) zur Erzeugung von Sprühstrahlen (8) aus dem Fluid (2) aufweist und die Sprühbohrungen (7) derart ausgestaltet und bezüglich einer Mittelachse (M) des Zerstreuungselements (4) angeordnet sind, dass im Betriebszustand ein Abstrahlwinkel (α) der Sprühstrahlen (8) in Abhängigkeit von einem um die Mittelachse (M) gemessenen Polarwinkel nach einem vorgegebenen Schema () variiert, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstrahlwinkel (α) der Sprühstrahlen (8) so eingestellt wird, dass ein im wesentlichen rechteckiges Gebiet (10) um die Verteildüse (1) gleichmässig benetzt wird.
    10. Kühlvorrichtung, insbesondere Kühlturm, mit einer Verteildüse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, welcher nach einem Verfahren nach Anspruch 9 betreibbar ist.
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