DE1551408C - Verdunstungskühler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdunstungskühler mit einem in einem geschlossenen Gehäuse angeordneten Wärmetauscher, einer oberhalb des Wärmetauschers angeordneten Sprühvorrichtung zum Berieseln des Wärmetauschers mit Wasser, einem unterhalb des Wärmetauschers angeordneten Wassersumpf zum Sammeln des Wassers, einem Gebläse, das Luft in den Raum zwischen dem Wassersumpf "und dem Wärmetauscher einbläst, derart, daß die Luft von einem seitlich im Gehäuse angeordneten Lufteinlaß in Längsrichtung des Gehäuses einströmt, den Wärmetauscher im Gegenstrom zum Wasser durchströmt und oberhalb des Wärmetauschers das Gehäuse verläßt, sowie einem nach oben Offenen, zwischen dem Wassersumpf und dem Wärmetauscher angeordneten Auffanggefäß zum Auffangen und Abführen eines Teiles des Wassers.

Bei Verdunstungskühlern, wie beispielsweise Kühltürmen, Kondensatoren od. dgl., wird durch die Vorrichtung Luft umgewälzt und in dem Weg dieser Luft Wasser versprüht, was eine Verdunstung des Wassers und demzufolge Kühlung verursacht. Das versprühte Wasser, das nicht verdunstet,- wird gesammelt und zum erneuten Versprühen in den- Luftstrom umgewälzt. Die Verdunstung eines Teiles des Wassers führt zu einer erhöhten Konzentration von Mineralien in dem nicht verdunsteten Wasser. Um den Betrieb des Kühlers aufrechtzuerhalten, muß zusätzlich frisches Wasser zugeführt werden, um das verdunstete Wasser zu ersetzen, wodurch dem umgewälzten Wasser weitere Mineralien zugeführt werden, obwohl infolge der geringeren Konzentration des Frischwassers die Augenblickswirkung in einer Verdünnung der Mineralienkonzentration besteht.

Es ist daher in der Praxis allgemein üblich und auch vorteilhaft, ständig einen Teil des umgewälzten Wassers zu entfernen, wobei die Mineralienkonzentration durch den Zusatz von Frischwasser mit einer geringeren Mineralienkonzentratipn auf einem annehmbaren Wert gehalten wird. Eine besondere-Schwierigkeit bereitet jedoch die ordnungsgemäße Überwachung des Ausmaßes der Abwasserentfernung unter allen Betriebsbedingungen, insbesondere

ίο in der in Frage kommenden Umgebung, ohne daß dabei übermäßige Kosten entstehen. Diese Schwierigkeiten sind insbesondere bei Verdunstungskühlern mit verstärktem Luftdurchgang gegeben, bei denen das Volumen der durchströmenden Luft .entsprechend den 'atmosphärischen Bedingungen und der erforderlichen Kühlung verändert wird. Darüber hinaus erzeugt der den Verdunstungskühler durchströmende starke Luftstrom eine Turbulenz, die den Weg des herabrieselnden Sprühwassers stark beeinflußt. Aus diesem Grund haben sich verschiedene Wasserablaßvorrichtungen, die mit Fangtrichtern bestimmter Größe und Form zum Auffangen sowie Entfernen eines bestimmten Teiles des Sprühwassers arbeiten, als unbefriedigend erwiesen, und zwar infolge der starken Schwankung der abgeführten Wassermenge unter den verschiedenen Betriebsbedingungen. Auf der anderen Seite haben sich Vorrichtungen, bei denen der Versuch gemacht wurde, Abflußöffnungen vorbestimmter Größe zur Erzielung einer bestimmten Wasserabflußmenge zu benutzen, als unbefriedigend erwiesen, da sich die öffnungen durch Verunreinigungen verengen oder sogar verstopfen.

Bei einem älteren Verdunstungskühler (deutsches Patent 1 225 671), von dem die Erfindung ausgeht, ist das Auffanggefäß in einer ersten Ausführungsform in bekannter Weise trichterförmig ausgebildet und ungefähr in der Mitte des Gehäuses angeordnet, wogegen das Auffanggefäß gemäß einer zweiten Ausführungsform die Form eines an einer Längsseite aufgeschnit- tenen Rohres hat, das querverlaufend zur Strömungsrichtung der einströmenden Luft angeordnet ist. Bei beiden Ausführungsformen ist eine Einrichtung vorgesehen, mit der sich der Auffangquerschnitt des Auffanggefäßes ändern läßt.

Bei diesem Verdunstungskühler ändert sich die Strömungsverteilung des vom Wärmetauscher herabrieselnden Wassers in Abhängigkeit von der Strömungsverteilung der eingeblasenen Luft, deren Strömungsrichtung der Strömungsrichtung des herabrieselnden Wassers ungefähr entgegengerichtet ist. Die Strömungsverteilung der eingeblasenen Luft wiederum ändert sich mit dem Durchsatz des Gebläses. Dies hat zur Folge, daß sich der Anteil des Wassers, der von dem Auffanggefäß bei gleichbleibendem Querschnitt aufgefangen wird,- bei Änderungen des Gebläsedurchsatzes ändert, da sich in diesem Fall auch die Strömungsverteilung der einströmenden ,Luft und somit die Strömungsverteilung des herabrieselnden Wassers ändern.

Diese Änderungen lassen sich bei dem älteren Verdunstungskühler durch die Einrichtung zum Ändern des Auffangquerschnittes des Auffanggefäßes ausgleichen; der Nachteil dieses Verfahrens besteht jedoch darin, daß der Querschnitt des Auffanggefäßes von Hand oder gegebenenfalls durch eine aufwendige Regelanlage geändert werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verdunstungskühler der eingangs beschriebenen Art

zu schaffen, der wirtschaftlich und zuverlässig arbeitet, der einfach im Aufbau und wirtschaftlich herstellbar ist und bei dem der Anteil des abzuführenden Wassers, bezogen auf die Gesamtmenge des Umlaufwassers, unabhängig von Änderungen des Luftdurchsatzes im wesentlichen konstant bleibt. Die Vorrichtung zur Abwasserentfernung soll so ausgebildet sein, daß Verstopfungen oder ein ungewolltes Entfernen des Abwassers aus der Vorrichtung auch bei hoher Strömungsgeschwindigkeit der Luft mit Sicherheit vermieden wird. Ferner soll die Vorrichtung dem Luftstrom keinen nennenswerten Widerstand entgegensetzen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß sich das Auffanggefäß in Längsrichtung des Gehäuses, d. h. in Richtung der einströmenden Luft, im wesentlichen über die gesamte Länge des Gehäuses erstreckt, wogegen die Breite des Auffanggefäßes wesentlich kleiner als seine Länge ist.

Die erfindungsgemäße Maßnahme, das Auffanggefaß im wesentlichen über die gesamte Länge des Gehäuses zu erstrecken, und zwar in Strömungsrichtung der einströmenden Luft, beruht im wesentlichen auf der Überlegung, daß sich die Strömungsverteilung der einströmenden Luft bei Änderungen des Luftdurchsatzes im wesentlichen nur in Längsrichtung des Gehäuses, nicht jedoch quer zum Gehäuse, ändert. Dies bedeutet, daß der Auffangquerschnitt des Auffanggefäßes für jeden Luftdurchsatz einen verhältnisgleichen Strömungsquerschnitt des herabrieselnden Wassers darstellt, so daß der vom Auffangquerschnitt aufgefangene Anteil des herabrieselnden Wassers jeweils der gleiche Bruchteil der gesamten Wassermenge ist. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verdunstungskühlers besteht darin, daß das Auffanggefäß der einströmenden Luft nur einen sehr geringen Strömungswiderstand entgegensetzt.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird das Auffanggefäß von einem Punkt oberhalb des Lufteinlasses nach unten geneigt zu einem Abfluß angeordnet.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung soll nunmehr an Hand der Zeichnungen beschrieben werden.

Es zeigt

F i g. 1 einen Verdunstungskühler mit fortgebrochenen Teilen zur Erläuterung der Anordnung und des Luftdurchflußweges durch den Kühler,

F i g. 2 einen vergrößerten Teilschnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1, und

F i g. 3 eine perspektivische Teilansicht einer Abwasserauffangmulde.

Der in den Zeichnungen dargestellte Verdunstungskühler 10 arbeitet mit verstärktem Zug, obwohl ersichtlich ist, daß durch Austausch entsprechender Teile, die nicht zur Erfindung gehören, der Kühler 10 so umgewandelt werden könnte, daß er als Kühlturm od. dgl. arbeitet. Der Kühler 10 umfaßt ein rechteckiges Gehäuse 11, an dessen einer Stirnseite 13 ein Gebläse 12 angeordnet ist.

Das Gehäuse 11 ist am Boden 14 und an allen vier Seiten geschlossen, obwohl Zugangstüren 15 vorgesehen werden können. Die Decke 16 des Gehäuses 11 ist offen und bildet den Auslaß für die umgewälzte Luft.

Das Gebläse 12 weist seitliche Ansaugöffnungen 17 auf und wird von einem Motor 18 getrieben. Eine Einlaßöffnung 19 erstreckt sich im wesentlichen über die ganze Breite des Gehäuses an der einen Stirnseite desselben. Bei den meisten Kühlern, bei denen eine übermäßige Kühlung nicht erwünscht ist, ist im Auslaß des Gebläses 12 eine Klappe 20 vorgesehen, die zwischen einer in voll ausgezogenen Linien dargestellten voll geöffneten Stellung und einer in gestrichelten Linien dargestellten ganz geschlossenen Stellung verstellt werden kann. In der ganz geschlossenen Stellung der Klappe 20 ist kein Luftstrom erwünscht, und der Motor 18 wird daher zum Stillstand gebracht. Die Klappe 20 dient zur Überwachung der Luftmenge durqh die Vorrichtung 10 und steuert dadurch das Ausmaß der Kühlung. Die Stellung der Klappe 20 kann automatisch durch einen Servomotor (nicht gezeigt) gesteuert werden, der auf jede erwünschte Kennlinie anspricht, z. B. auf die Temperatur des Wassers in der Wanne des Gehäuses 11 oder den Saugdruck des Kondensators.

Die Wasserversprühung für die Verdunstungskühlung kann durch beliebige bekannte Vorrichtungen erreicht werden, z. B. durch eine Pumpe 21 mit einer Saugleitung 22, die an die Wassersammeiwanne angeschlossen ist, um das Wasser von der Gehäusewanne durch eine Steigleitung 23 zu einer Sammelleitung 24 umzuwälzen. Von der Sammelleitung 24 führen mehrere Zweigleitungen 25 mit Sprühdüsen ab, um eine nach unten gerichtete Versprühung im gesamten Innenbereich des Gehäuses 11 zu erzeugen. Die Wärmetauschereinrichtung, wie das Rohrbündel 26, nimmt eine waagerechte Zone des Gehäuses 11 unmittelbar unter der Sprühvorrichtung ein, wodurch das Sprühwasser auf seinem Weg zur Wanne am Boden des Gehäuses über die Oberfläche der Rohre wandert. Der Gegenfluß des nach unten strömenden Sprühwassers und der nach oben strömenden Luft vollzieht die Kühlung und verursacht die Verdunstung. Der oben offene Auslaß 16 des Gehäuses 11 ist mit bekannten Abscheidern 27 versehen, um die Mitnahme von Sprühwasser aus der Vorrichtung durch die nach oben strömende Luft herabzusetzen.

Zwischen dem untersten Abschnitt des Wärmetauschrohrbündels 26 und dem Wasserspiegel 8 in der Wanne des Gehäuses ist ein Raum 30 vorgesehen, der unmittelbar mit der Einlaßöffnung 19 des Gebläses 12 in Verbindung steht und zur möglichst gleichmäßigen Verteilung des Luftstromes über den Querschnitt des Gehäuses dient, um einen verhältnismäßig gleichmäßigen Aufwärtsluftstrom durch das Rohrbündel 26 zu erzielen. Es ist jedoch ersichtlich, daß infolge des erforderlichen Richtungswechsels des Luftstroms aus der Waagerechten nach oben und infolge des Eintritts der Luft von einem Ende des Gehäuses her sich die Strömungsverhältnisse im Raum 30 vom Einlaßende zum gegenüberliegenden Ende des Gehäuses erheblich ändern. Darüber hinaus verändert sich die Luftmenge in Abhängigkeit vom Kühlbedarf, was durch Verstellung der Klappe 20 erreicht wird. Als Folge dieser Veränderungen der Strömungsverhältnisse wird auch der Weg der von dem Rohrbündel 26 herunterfallenden Wassertröpfchen 9 in einem erheblichen Ausmaß verändert.

Wenn in dem Raum 30 erfindungsgemäß eine langgestreckte Mulde 31, die einen beliebigen Querschnitt haben kann, beispielsweise den in F i g. 3 gezeigten, wobei der Bodenabschnitt 32 und die Seitenabschnitte 33 und 34 gemeinsam einen Kanal bilden, in Längsrichtung des Gehäuses 11 angeordnet ist, können die durch die Änderungen der Strömungsverhält-

nisse bedingten Änderungen der abgeführten Wassermenge weitgehend ausgeglichen werden. Die Mulde 31 kann mittig oder zur einen oder anderen Seite hin angeordnet sein, wie es für die Halterung zweckmäßig ist, was jedoch den Betrieb nicht beeinträchtigt. Die Mulde 31 ist ferner in Richtung des hereinkommenden Luftstromes nach unten geneigt, und zwar in dem durch die Höhe des Raumes 30 zulässigen Höchstmaß. Das untere Ende 35 der Mulde 31 ist unmittelbar über einem Rohr 36 angeordnet, das eine Trichtermündung aufweist und das als Abwasserablaß und Überlauf dient, um eine maximale Höhe des Wasserspiegels aufrechtzuerhalten. In der gezeigten Ausführungsform ist die Mulde 31 zweckmäßig mit ihrem oberen Ende an einem Konsol 37 befestigt, das einen kurzen Vorsprung von der den Einlaß 19 aufweisenden Gehäuseendwand bildet. Bei dieser Anordnung verläuft die Mulde 31 von einem Ende des Gehäuses zum anderen mit einer gegebenen Breite, erstreckt sich somit praktisch in einer Längsebene des Gesamtverlaufes der herabfallenden Wassertropfen. Die offene Seite der Mulde 31 ist vom Luftstrom abgewendet, wodurch das in der Mulde aufgefangene Wasser durch diesen Luftstrom nicht herausgeblasen werden kann. Bei bestimmten Ausführungsformen der Verdunstungskühler 10 wird die Luftgeschwindigkeit so stark, daß eine Neigung besteht, das Wasser aus dem trichterförmigen Einlauf der Ablaufleitung 36 herauszublasen, wenn es die Mulde 31 verläßt. In diesen Fällen ist es zweckmäßig, einen Schutzschirm 38 über dem Ablauf vorzusehen. Das durch Verdunstung wie auch durch die Mulde 31 entfernte Wasser wird durch ein schwimmerbetätigtes Zufuhrventil 39 wieder aufgefüllt, um den erwünschten Nennwasserspiegel 8 aufrechtzuerhalten.

Die Breite der Mulde 31 wird sowohl durch die erwünschte Abwassermenge als auch die besonderen Betriebskennlinien des Verdunstungskühlers 10 bestimmt. Die Größe des Gehäuses 11 ist ein Faktor, jedoch die Kühlkapazität der Einheit ist von gleicher Bedeutung, da diese das Ausmaß der Verdunstung bestimmt. Normalerweise ist eine Abwassermenge von annähernd der Hälfte der verdunsteten Wassermenge üblich, wobei die Mineralienkonzentration in dem umlaufenden Wasser auf einem annehmbaren Wert gehalten wird. In jedem Fall ist die Mulde 31 verhältnismäßig schmal im Vergleich zur seitlichen Ausdehnung des Gehäuses 11, wodurch sie im wesentlichen keine Behinderung für den Luftstrom im Raum 30 bildet. Es sei ein Beispiel, jedoch ohne die Erfindung begrenzen zu wollen, erwähnt, bei dem sich herausgestellt hat, daß ein typischer Verdunstungskondensator 10 mit einer Leistung von etwa 500 000 kcal/h und mit einem Gehäuse von annähernd 1829 mm Höhe bei 1524 mm Breite und 2438 mm Länge eine Mulde 31 von etwa 41 mm Breite braucht, was einen verhältnismäßig kleinen Anteil (weniger als 4%) der Breite des Gehäuses von 1524 mm darstellt. Bei anderen Ausführungsformen wurde festgestellt, daß sie eine Mulde mit einer seitlichen Breite von bis zu 6% der Gehäusebreite oder auch nur 3°/o der Gehäusebreite brauchen, was zum Teil von der Länge der Mulde abhängig ist.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Einzelheiten beschränkt, vielmehr sind Abweichungen im Rahmen der Ansprüche möglich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verdunstungskühler mit einem im einem geschlossenen Gehäuse angeordneten Wärmetauscher, einer oberhalb des Wärmetauschers angeordneten Sprühvorrichtung zum Berieseln des Wärmetauschers mit Wasser, einem unterhalb des Wärmetauschers angeordneten Wassersumpf zum Sammeln des Wassers, einem Gebläse, das Luft in den Raum zwischen dem Wassersumpf und dem Wärmetauscher einbläst, derart, daß die Luft von einem seitlich im Gehäuse angeordneten Lufteinlaß in Längsrichtung des Gehäuses einströmt, den Wärmetauscher im Gegenstrom zum Wasser durchströmt und oberhalb des Wärmetauschers das Gehäuse verläßt, sowie einem nach oben offenen, zwischen dem Wassersumpf und dem Wärmetauscher angeordneten Auffanggefäß zum Auffangen und Abführen eines Teils des Wassers, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Auffanggefäß (31) in Längsrichtung des Gehäuses (11), d. h. in Richtung der einströmenden Luft, im wesentlichen über die gesamte Länge des Gehäuses erstreckt, wogegen die Breite des Auffanggefäßes wesentlich kleiner als seine Länge ist.

2. Verdunstungskühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Auffanggefäß (31) von einem Punkt oberhalb des Lufteinlasses (1?) nach unten geneigt zu einem Abfluß (36) erstreckt.