DE2002056B2

DE2002056B2 - Zerstäubungskühler, insbesondere Kühlturm zur Abkühlung von Wasser

Info

Publication number: DE2002056B2
Application number: DE19702002056
Authority: DE
Inventors: Wilson E. Ellicott City Bradley Jun.; John Gibson Island Engalitcheff Jun.; Edward N. Silver Spring Schinner
Original assignee: Baltimore Aircoil Co Inc
Current assignee: Baltimore Aircoil Co Inc
Priority date: 1969-01-31
Filing date: 1970-01-17
Publication date: 1980-07-10
Also published as: FR2029761B1; FR2029761A1; GB1299922A; CH510242A; DE2002056A1; GB1299921A; DE2002056C3; ES375929A1; BE744492A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zerstäubungskühler, insbesondere einen Kühlturm zur Abkühlung von Wasser, mit mehreren Düsen durch die zu kühlende w> Flüssigkeit unter Mitreißen von Umgebungsluft in mindestens eine Mischkammer eingespritzt wird, die eine rechteckförmige Eintrittsöffnung besitz! und in eine geschlossene Sammelpfannc zur Aufnahme der durch teilweise Verdunstung abgekühlte Flüssigkeit h-> übergeht, sowie mit einem Abzug, der mit der Umgebungsatmosphäre in Verbindung steht.

Bei einem derartigen, aus der FRPS 14 67 712 bekannten Zerstäubungskühler schließen sich an die rechteckförmige Eintrittsmündung keine Seitenwände an und geben die Düsen einen Strahl von kreisförmigem Querschnitt ab. Bei dem bekannten Zerstäubungskühler wird die Luft in erster Linie durch die Kaminwirkung des Kühlturmes angesaugt. Dieser Effekt kann durch in gleicher Richtung sprühende Düsen verstärkt werden. Die Düsen können bei dem bekannten Zerstäubungskühler jedoch auch entgegengesetzt gerichtet sein. Nachteilig ist bei dem bekannten Zerstäubungskühler, daß der Kühlturm zur Erzielung eines ausreichenden Kamineffekts eine große Bauhöhe besitzen muß.

Aus der US-PS 18 68 632 ist ein Zerstäubungskühler bekannt, bei dem die zu kühlende Flüssigkeit unter Mitreißen von Umgebungsluft aus mehreren Düsen in flarhen, fächerförmigen Strahlen austritt. Die Flüssigkeit wird jedoch nicht in eine Mischkammer eingespritzt, sondern wird vertikal nach oben gespritzt, so daß sie eine unter den Düsen angeordnete Sammdpfanne zurückfällt. Die fächerförmigen Strahlen berühren einander erst beim Herabfallen. Außerdem ist die durch den bekannten Zerstäubungskühler ausgeübte Saugwirkung sehr gering, da die Luft dadurch, daß die Strahlen nach oben gerichtet sind und zurückfallen, hauptsächlich innerhalb des Zerstäubungskühlers zirkuliert. Der Wirkungsgrad des bekannten Zerstäubungskühlers ist daher schlecht.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, einen Zerstäubungskühler zu schaffen, der bei kleinem Raumbedarf einen guten Wirkungsgrad besitzt.

Diese Aufgabe wird bei einem Zerstäubungskühler der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Mischkammer von an rechteckförmige Eintrittsmündung anschließenden Seitenwänden begrenzt ist und senkrecht zur Strömungsrichtung einen im wesentlichen rechteckformigen Querschnitt aufweist, und daß die Düsen jeweils einen an sich bekannten flachen, fächerförmigen Strahl derart in die Mischkammer abgeben, daß die Längsachsen der Strahlcnqucrschnittc parallel nebeneinander und senkrecht ⁷ur Längscrstrekkung des rechteekförmigen Lufteintritisquerschnitts der Mischkammer liegen und die Strahlen einander oder die angrenzende Kammerwand berühren.

Dadurch daß die Strahlen einander oder die angrenzende Kammerwand berühren wird erreicht, daß die eingespritzte Flüssigkeit den freien Querschnitt der Mischkammer überdeckt und eine gute Vermischung der angesaugten Luft und der eingespritzten Flüssigkeit erzielt wird.

Die durch die Erfindung cr/.ielbarcn Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Zerstäubungskühler selbst keinerlei bewegliche Teile besitzt, da die Luftbewegung ausschließlich durch die eingespritzte Flüssigkeit zustandekommt. Der crfindungsgcmäße Zerstäubungskühler arbeitet geräuscharm, besitzt ein geringes Gewicht und läßt sich einfach warten. Die Herstellung und der Betrieb sind relativ kostengünstig. Die kompakte Bauweise ermöglicht die Herstellung von Zcrstäubungskühlcrn mit Wasserdurchsätzen in der Größenordnung von mehr als 570 000 l/min. Die Luftmenge ist groß im Vergleich zur Wassermenge. Die Relativgeschwindigkeit /wischen I.uft und Wasser isi hoch. Die Berührungsfläche /wischen Luft und Wasser ist groß. Der Küh'flüssigkeiisverlusi ist klein.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ausführungsbeispielc der Erfindung werden nachfolgend anhand tier Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig, I einen senkrechten Schnitt durch einen Zerstäubungskühler;

F i g, 2 einen Schnitt nach 2-2 von F i g, 1;

Fig.3 in Draufsicht den Zerstäubungskühler nach Fig. I;

F i g. 4 einen Schnitt nach 4-4 von F i g. I;

Fig.5 im senkrechten Längsschnitt eine andere Ausführungsform des Zerstäubungskühlers und

Fig.6 im senkrechten Schnitt eine Ausführungsform des Zerstäubungskühlers mit nach oben gerichteten Düsen.

Bei der in den F i g. 1 bis 4 wiedergegebenen Ausführungsform sind zwei Venturidüsen 60 und 61 vorgesehen, welche auf gegenüberliegende Seiten eines gemeinsamen Abzuges 62 angeordnet sind. Die Venturidüsen 60 und 61 bilden Mischkammern, weisen einen rechteckförmigen Querschnitt auf und setzen sich aus einem oberen Einlaßtrichter, einem mittleren, geraden, verengten Hals und einem sich nach unten erweiternden Endtrichter zusammen, dessen Mündung im Querschnitt beträchtlich größer ist als der des erwähnten Halses.

Zwei zueinander parallele Reihen von Düsen 53 bzw. 63a spritzen Wasser in die Venturidüse 60. Desgleichen spritzen zwei zueinander parallele Reiben von Düsen 64 bzw. 64a Wasser in die Venturidüse 61. Die Düsen 63, 63a, 64,64a sind oberhalb des Halses angeordnet und so uusgebildet, daß sie zerstäubtes Wasser in einem Strahl konischer Gestalt abgeben, wobei die Basis des Konus innerhalb des Halses liegt. Durch die Länge des Halses und die Gestall des Strahles zerstäubten Wassers wird eine verlängerte Berührung bei hoher Geschwindigkeit zwischen der in den Einlaßtrichter gesaugten Luft und dem von den Düsen 63, 63a, 64, 64a abgegebenen zerstäubten Wasser erreicht. Das Länge/Durchmesser-Verhältnis und die Gestalt des Halses bestimmen die Vermischung und gegenseitige Bewegung des Wassers und der Luft sowie den Luftdurchsatz und damit die größtmögliche Wärmeübertragung. Die Düsen 63, 63a sind an eine Wasserspciseleitung 65 angeschlossen, die Düsen 64, 64,- an eine Wasserspeiseleitung 66. Die Düsen 63,63a, 64,64a sind mit der Speiseleitung 65 bzw. 66 über Zwischcnleilungen 67, 67a, 68 und 68,7 verbunden und davon gehalten. Die Reihe von Düsen 63a der Venturidüse 60 ist in Fig. 2 wiedergegeben.

Der Kühlturm gemäß F i g. I bis 4 zeichnet sich durch geringen Materialbedarf und geringe Bauhöhe, ferner durch einen kleinen Grundriß aus. Dazu sind die Außenwände der Venturidüsen 60 und 61 nach unten bis über die Mündung der jeweiligen Venturidüsen gezogen und bilden die Seitenwand»¹ einer den Sumpf umschließenden Sammelpfanne 69. Innerhalb der Sammeipfanne 69 ist die übliche Wasscrabzujseinrichtung 70 vorgesehen, ferner sind darin nicht dargestellte Nachfüll- und Übcrlaufeinrichuingen vorgesehen.

Die inneren Seitenwändc 71 und 72 der Venturidüsen 60 und 61 bilden zugleich Teile der Scitenwändc des Abzuges 62 und die äußeren Seitenwände 73 und 74 bilden zugleich die Seitenwände der Sammeipfanne 69. Oberhalb der Venturidüsen 60 und 61 verlaufen die Wände 71 und 72 konvergierend bis zur Mündung 75 des Abzuges 62. An den beiden .Stirnseilen des Kühlturm;, sind senkrechte Wände 76 und 77 vorgesehen, welche gemäß Fig 3 die weiteren Wunde der Ve:ituridüsen 60 und el. des Abzugs 62 und der Sammeipfanne 69 bilden.

Der liniere divergierende Abschnitt jeder Venturidüse 60 bzw. 61 wirkt al«· 'diffusor. Die Höhe dieser Abschnitte über dem Wasser in der Sammelpfarine 69 bestimmt die Geschwindigkeit der Luft, wenn sie zum Eintritt in den Abzug 62 ihre Richtung ändert. Wenn zur Verminderung der Gesamthöhe des Kühlturms der Abstand der unteren Mündung der Venturidüsen 60,61 vom Wasserspiegel in der Sammelpfanne 69 auf ein Mindestmaß beschränkt ist, dann ist die Geschwindigkeit der Luft bei der Richtungsänderung groß. Es sind dann Entnebler 78 und 79 erforderlich, welche die

ίο Mitnahme von Wasser in den Luftauslaßbereich verhindern. Gemäß F i g. 2 erstrecken sich die Entnebler 78 und 79 jeweils über die gesamte Länge des Kühlturms. Der Wasserspiegel in der Sammelpfanne 69 dichtet das untere Ende der Entnebler 78 und 79 ab. Wie

H aus Fig. 1 hervorgeht, liegen die Entnebler 78, 79 jeweils genau senkrecht unterhalb der Düsen 62, 63a bzw. 64,64a und daher in der Bahn der Wasserstrahlen.

Die Oberflächen der Entnebler 78_:. 79 werden mit Wasser bedeckt und bleiben dies auch während des

2i> Betriebes des Kühlturms. Die Luftströmung über die wasserbedecfcten Oberflächen bewirkt eine einen beträchtlichen Anteil am Gesamtwäniieaustausch ausmachende Verdampfung. Die Entnebler /8, 79 dienen daneben der Entfernung von Nebel, d. h. Wasserteilchen

Ji aus dem Wasser/Luft-Gemisch, welches auf sie auft.'fft, so daß die aus dem Abzug 62 an der Mündung 75 austretende Luft im wesentlichen frei ist von mitgerissenen Tropfen.
Das Bestreben warmer, gesättigter Luft, aufzusteigen.

wi und die konische Ausgestaltung des Abzuges 62 bewirken zusammen eine hohe Geschwindigkeit der aus der Mündung 75 austretenden Luft. Damit ist jede Luftrezirkulation verhindert. Zusätzlich ist der Vorteil erzielt, daß frische Luft zu den oberen Einlaßmündun-

r. gen der Ventunrohre 60, 61 hingesogen wird, welche unterhalb der Mündung 75 des Abzuges 62 angeordnet sind.

Die Strahlen besitzen eine flache, fächerförmige Form, wie in F i g. I und 4 dargestellt. Derartige Strahle

in sind im Querschnitt lang und schmal. Sie sind in Reihe hintereinander angeordnet, wie in F i g. 4 gezeigt. Dabei verlaufen die Längsachsen 81 der Strahlen 80 parallel zueinander und zu den Wänden 76 und 77 der Venturidüsen 60,61. Die Düsen 63,63a bzw. 64,64a sind

π so in zwei Reihen angeordnet, daß die Längsachsen 81 der Strahlen zweier benachbarter Düsenreihen 63, 63a bzw. 64, 64.-J quer in der Venturidüse 60 bzw. 61 verlaufen, d. h. von der Wand 71 zur Wand 73 bzw. von der Wand 72 zur Wand 74. Für die Venturidüse 60 ist

">" dies in Fig. 4 im einzelnen dargestellt. Der Abstand benachbarter Strahlen rechtwinklig und längs der Längsachsen 81 ist so getroffen, daß sich die Svahlen in dem Hals der zugehörigen Venturidüse 60 bzw. 61 treffen und vermischen.

■>■"> Nichrere Reihen von Düsen erhöhen das Wärmeübertragungsvermögen. Beispielsweise wird bei einem Venturidüsenhals von etwa 0,60 m Breite und etwa 1,50 m Länge mit zwei Düsenreihen eine größere Kühlkapazität erreicht als bei einem Venturidüsenhals

M) gleicher Querschnitt'fläche mit einer Breite von etwa 0.30 m und nine Länge von etwa 3 m mit einer Düsenreihe. Diese Verbesserung der Wärmeübertragung ist der gegenseitigen Vermischung der Stiahikegel und der besseren llbcrtragiirig der crziclbarcn. mich

>" unten geachteten Bewegungsgröße des Wassers auf die l.ufl durch Vermindfung desjenigen Wasseranteils zuzuordnen, der die Seitenwiinde hcrabläuft. Die Breite des Venluridüsenhalses bestimmt iedoch diejenige

Anzahl um Düsenreihen, welche zweckmäßiger« eise vorgesehen wird. Wird nämlich eine rechteckige Fläche mil einem konischen Strahl beaufschlagt, dann muß der Strahldurchmesser der Diagonalen der zu bedeckenden Hache gleich sein. Der Durchmesser des Strahles ist also für die Richtung der geringeren Länge der rechteckigen Fläche /u groß, so daß ein großer Teil der abwärts gerichteten Wasserptimpenenergie durch den Aufschlag auf die Seitenwände verloren geht. Eine weitere Wirkungsminderung resultiert daher, daß dieses n> an den Seitenwänden herablaufende Wasser sich nicht mit der Luft in diesen Bereichen vermischt.

Wenn die Düsenstrahlen mit denjenigen Venturidüsenhalsseitenwänden einen Winkel von 90' einschließen, die gerade unterhalb liegen und mit den ι. konvergierenden Einlaßwänden verbunden sind, dann verteilt sich die Luft gleichmäßig entlang der flachen Seite jedes Strahls und kommt auf diese Weise mit der größten Wasseroberfläche in Berührung, so daß sich der bestmögliche Wärmeübergang und die beste Ener- >o gieumwandlung ergeben. Zusätzlich expandiert der Wasserstrahl in derselben Richtung wie der Diffusor, so daß die Luft sich wirksamer entspannen kann. Eine Verdrehung der Düsen bzw. der Düscnstrahlcn um 90 gegenüber der beschriebenen Stellung ist dagegen r, unzweckmäßig, weil die Luft dann sich einen eigenen Kanal zwischen der ersten Düsenreihe und der benachbarten Seitenwand ausbildet und den mittleren Querschnitt meidet.

Bei der Ausfühningsforni gemäß F i g. 1 bis 4 ist der in Wasserstrahl in jeder Venturidüse 60, 61 nach unten gerichtet.

Er kann jedoch auch waagrecht oder senkrecht nach oben gerichtet sein. In Fig. 5 isl ein Kühlturm mit horizontaler Wassereinspritzung wiedergegeben. Diese r> Ausführungsform ist hinsichtlich derjenigen der F i g. 1 bis 4 — abgesehen von der waagrechten Anordnung — im allgemeinen gleich. So ist ein Einlaßtrichter 84 mit rechteckförmiger Eintrittsmündung 85 vorgesehen, deren Breite, d. h. kürzere Länge aus Γ i g. 5 ersichtlich -m ist. Entlang der Eintrittsmündung 85 erstreckt sich eine Wasserspeiseleitung 86. von der eine Reihe im Abstand voneinander angeordneter Düsen 87 vorsteht, wobei die Düsen 87 in der Mitte zwischen der oberen und der unteren Venturirohrwand liegen. An den Einlaßtrichter -"> 84 schließt sich ein Hals 88 von ebenfalls rechteckförmigem Querschnitt an. welcher i>, einen Diffusor oder Endtrichter 89 übergeht. Dieser ist an der Auslaßmündung mit Entneblern 90 und mit einem Windschutz 91 versehen, der verhindert, daß natürliche Luftströmun- >" gen die Strömung im Venturirohr entsprechend den in F i g. 5 eingezeichneten Pfeilen behindern.

Die Venturidüse der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist in Strömiingsnchtiing so weil nach unten geneigt, daß aus dem Hals 88 durch den Einlaßtrichtor 84 kein Wasser zurücklaufen kann. Das in den Diffusor 89 eintretende Wasser/l.ufl-Gcmsich behält ausreichend Energie bei. um voll zu expandieren und den oberen Bereich des Diffusors 89 zu füllen, selbst wenn dies eine Abwärtsbewegung des Gemisches erfordern würde.

Das gekühlte Wasser wird in einer Sammclpfamu· 92 aufgefangen, welche Teil der unteren Wand der Venturidüse 84, 88, 89 ist. Die Pfanne 92 ist mit Einrichtungen zum Abziehen gekühlten Wassers, zum Nachfüllen von Wasser zur Aufrechterhaltung eines bestimmten Sumpfniveaus, und zur Abfuhr von Wasser im Falle des Überschreitens einer bestimmten Sumpfhöhe ausgestattet.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 6 weist die Venturidüse 94 einen Einlaßtrichter 9:5. einen Hals % und einen Diffusor 97 auf. Die Venturidüse 94 ist innerhalb eines Gehäuses 98 angeordnet; daß einen Lufteiniaß 99 zwischen einer ersten, einen ersten Sumpf enthaltenden Sammelpfanne 100 und einer zweiten, einen zweiten Sumpf enthaltenden Sammelpfanne 101 aufweist. Heißes Wasser wird durch Düsen 102 im Einlaßtrichter 95 der Venturidüse 94 senkrecht einge spritzt. Die Wassereinspritzung ruft eine Luftströmung durch den Lufteinlaß 99 zur Venturidüse 94 hin hervor, wo das Luft/Wasser-Gemisch dann nach oben durch den Hals % hindurch in den Diffusor 97 hineinströmt, um vo.riiort nach Umströmen der Ablenkplatte 103 zu den Entneblern 104 zu gelangen, wo die verbleibenden Wassertropfen aus der Luft entfernt werden. Einiges Wasser fällt zwar durch die Venturidüse 94 zurück, doch lenkt die Platte 103 den grövhen Teil des Wassers seitlich zum Gehäuse 98 hin ab. welches Wasser in den Sumpf der zweiten Sammelpfanne 101 fallt.

Der Boden der zweiten Sammelpfanne 101 ist durchbrochen, so daß Wasser in Strahlen aus der zweiten Sammelpfanne 101 durch die eintretende, vom Lufteinlaß 99 zum Einlaßtrichter 95 des Venturirohres 94 strömende Luft hindurchläuft. Hier wird eine zusätzliche Kühlung erreicht, so daß die Temperatur in der ersten .Sammelpfanne 100 etwas niedriger ist als die Temperatur des Wassersumpfes in der Pfanne 101.

Die Pfanne 100 ist mit den üblichen Einrichtungen zum Wasserabzug und zur Wassernachfüllung ausgestattet.

Nach den vorstehend geschilderten Ausführungsformen sind erfindungsgemäße Kühltürme möglich, die mit horizontaler oder vertikaler Wassereinspritzung von oben nach unten oder von unten nach oben arbeiten. Naturgemäß sind demnach auch erfindungsgemäße Kühltürme mit irgendeiner Neigung der Ach^e der Wassereinspritzung möglich.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zerstäubungskühler, insbesondere Kühlturm zur Abkühlung von Wasser, mit mehreren Düsen, durch die zu kühlende Flüssigkeit unter Mitreißen ¹S von Umgebungsluft in mindestens eine Mischkammer eingespritzt wird, welche eine rechteckförmige Eintrittsöffnung besitzt und in eine geschlossene Sammelpfanne zur Aufnahme der durch teilweise Verdunstung abgekühlten Flüssigkeit übergeht, sowie mit einem Abzug, der mit der Umgebungsatmosphäre in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer von an die rechteckförmige Eintrittsöffnung anschließenden Seitenwänden (7t bis 74,76,77) begrenzt ist und ι ■> senkrecht zur Strömungsrichtung einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist und daß die Düsen (63, 63a, 64, 64a, 87) jeweils einen an sich bekannten flachen, fächerförmigen Strahl derart in die Mischkammer abgeben, daß die Längsachsen (81)derStrabhnquerschnitte parallel nebeneinander und senkrecht zur Längserstreckupg des reehteekförmigen Lufteintrittsquerschnitts der Mischkammer liegen und die Strahlen einander oder die angrenzende Kammerwand berühren. >^ri

2. Zerstäubungskühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Mischkammern mit einer gemeinsamen Sammelpfanne (69) verbunden sind.

3. Zerstäubungskühler nach Anspruch 1 oder 2, jo dadurch gekennzeichnet, daß der Abzug (62) sich zur Mündung (75) hin verjüngt.

4. Zerstäubungskühler nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Mischkanimern vorgesehen sind, die zu beiden Seiten r. eines gemeinsamen Abzugs (62) 11, i rechteckförmigem Querschnitt angeordnet sind.

5. Zerstäubungskühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Seitenwände (71, 72) der Mischkammer zugleich die Seitenwändc des -to gemeinsamen Abzugs (62) bilden.

6. Zerstäubungskühler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Scii^nwände (73, 74) der Mischkammer zugleich die Außenwand der Sammelpfanne (69) bilden. 4;

7. Zerstäubungskühler nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Sammelpianne (100) unterhalb der Düsen (102) und eine zweite Sammelpfannc (101) um die Eintrittsmündung der Mischkammer herum vorgesehen sind, wobei ">ii Lufteinlaß-Öffnungen (99) zwischen beiden Sammelpfannen angeordnet sind und die zweite Pfanne (101) einen durchbrochenen Boden aufweist.