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Die Erfindung betrifft eine Einbaueinrichtung für eine Vorrichtung zur Behandlung, insbesondere Befeuchtung und/oder Reinigung, eines Nutzfluids, insbesondere eines Gases, mittels eines Arbeitsfluids, insbesondere einer Flüssigkeit. Insbesondere betrifft die Vorrichtung eine Einbaueinrichtung für einen Kühlturm zur Kühlung von Wasserdampf mittels Sprüh- und/oder Tropfwasser.
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Vorrichtungen zur Behandlung von Gasen, insbesondere zur Befeuchtung, Reinigung und/oder Kühlung von Gasen sind grundsätzlich bekannt (siehe z. B.
US 3,540,702 A und
DE 198 19 945 A1 ). Derartige Vorrichtungen können beispielsweise als Verdunstungsbefeuchter oder Stoffaustauscher dienen, die unter anderem zur Luftbefeuchtung und gleichzeitigen Luftkühlung beispielsweise in Wohn- oder Bürogebäuden, Lagerhallen, Stallungen, Gewächshäusern und anderen Räumen oder auch von technischen Anlage, beispielsweise für die Reinigung und insbesondere Entstaubung von Zu- oder Abluft für reaktive Gas- oder Luftreiniger (insbesondere Entfernung von Geruchsstoffen wie beispielsweise Ammoniak aus Stallabluft) eingesetzt werden. Die Abkühlung eines Gases mit Hilfe derartiger Vorrichtungen erfolgte beispielsweise nach dem Prinzip der adiabatischen Kühlung (Verdunstungskühlung). Behandlungsvorrichtungen dienen aber insbesondere auch als Wärmetauscher beispielsweise zum Einbau in bzw. an Kühltürmen und sind in der Ausgestaltung von Rieselkühlern grundsätzlich bekannt.
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Die bekannten Behandlungsvorrichtungen der vorstehend genannten Arten weisen Einbaueinrichtungen in Form von Einbaupaketen auf, die jeweils eine Vielzahl von Mattenelementen aufweisen, welche zumeist gewellt sind, so dass bei dichter Anlage benachbarter Mattenelemente sich kreuzende oder seitlich versetzte Kanäle entstehen, durch die über eine Eingangsseite der Vorrichtung das Gas einströmt, die Vorrichtung durchströmt und an einer gegenüberliegenden Ausgangsseite wieder herausströmt. Die Eingangs- und Ausgangsseiten der Vorrichtung werden durch gegenüberliegende Ränder einzelner nebeneinanderliegender Mattenelemente der eingangs- bzw. ausgangsseitig der Vorrichtung angeordneten Einbaupakete gebildet. Somit strömt also das zu behandelnde Fluid parallel zur Erstreckung der Mattenelemente zwischen deren betreffenden Ränder und zwischen den Mattenelementen hindurch. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass das zu behandelnde Fluid quer zur Erstreckung der Mattenelemente strömt.
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Die Einbaupakete der vorstehend genannten Typen von Behandlungsvorrichtungen werden mit Flüssigkeit, dem sogenannten Arbeitsfluid, bei dem es sich insbesondere um Wasser handelt, benetzt, so dass das zu behandelnde Nutzfluid an benetzten Flächen der Mattenelemente entlang strömt. Dabei ist es wünschenswert, dass die Benetzungsflüssigkeit eine möglichst große Oberfläche bildet und sich über einen längeren Zeitraum in der Vorrichtung bzw. den Einbaupaketen hält.
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Im Regelfall sind die Mattenelemente rechteckförmig, wobei mehrere benachbarte Mattenelemente ein blockförmiges (quaderförmiges) Einbaupaket bilden. Es ist aber auch möglich, dass die Einbaupakete andere geometrische Formen aufweisen. So könnte man beispielsweise durch den Einsatz unterschiedlich großer, jeweils rechteckiger Mattenelemente ein Einbaupaket erhalten, das zylindrisch ist. Längs eines Durchmessers des Querschnitts des Zylinders sind dann die breitesten Mattenelemente angeordnet, wobei die jeweils benachbarten Mattenelemente in ihrer Breite abnehmen.
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Die bekannten Behandlungsvorrichtungen können nach dem Gegenstrom oder nach dem Kreuzstromprinzip arbeiten. Beim Gegenstromprinzip strömen das zu behandelnde Fluid und das zur Behandlung dieses Fluids eingesetzte Arbeitsfluid (bspw. Kühlmedium) entgegengesetzt zueinander. Bei Behandlungsvorrichtungen, die nach dem Kreuzstromprinzip arbeiten, kreuzen sich die Strömungsrichtungen des zu behandelnden Fluids und für des Arbeitsfluids, und zwar im Regelfall unter einem im Wesentlichen rechten Winkel. Bei Einbaueinrichtungen für Behandlungsvorrichtungen der zuvor genannten Art sollte darauf geachtet werden, dass der Strömungswiderstand für das zu behandelnde Fluid möglichst gering ist. Insoweit besteht eine Aufgabe beim Design von Einbaueinrichtungen für Fluidbehandlungsvorrichtungen in der strömungstechnischen Optimierung.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einbaueinrichtung zu schaffen, die sich in einer Behandlungsvorrichtung sowohl nach dem Gegenstromprinzip als auch nach dem Kreuzstromprinzip einsetzen lässt und dennoch strömungstechnisch optimiert ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung eine Einbaueinrichtung für eine Vorrichtung zur Behandlung, insbesondere Befeuchtung und/oder Reinigung, eines Nutzfluids, insbesondere eines Gase, mittels eines Arbeitsfluids, insbesondere einer Flüssigkeit, und insbesondere zur Kühlung von Wasserdampf mittels Sprüh- und/oder Tropfwasser, vorgeschlagen, wobei die Einbaueinrichtung versehen ist mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Verschiedene Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei der erfindungsgemäßen Einbaueinrichtung wird mindestens ein Einbaupaket eingesetzt, dessen gewellte aneinanderliegende Mattenelemente sich hinsichtlich mindestens eines Paars von benachbarten Mattenelementen nicht an den Wellungen berühren. Im Gegensatz zu den oben beschriebenen bekannten Einbaupaketen aus gewellten Mattenelementen, bei denen sich benachbarte Mattenelemente einander punktuell an den Wellungen, die sich kreuzen, berühren, sind bei dem erfindungsgemäßen Einbaupaket mindestens zwei benachbarte Mattenelemente hinsichtlich ihrer Wellungen auf Abstand gehalten. Die ”Täler” des einen Mattenelements sind also gegenüber den ”Bergen” des anderen Mattenelements auf Abstand gehalten, was vorteilhafterweise durch einzelne auf den Erhöhungen bzw. Bergen beider Mattenelemente angeordnete Abstandsvorsprünge realisiert wird. Durch Gegeneinanderlegen dieser beiden Mattenelemente kontaktieren sich nun die Abstandsvorsprünge und halten insoweit die Wellenformen beider Mattenelemente auf Abstand.
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Betrachtet man das mindestens eine Einbaupaket der erfindungsgemäßen Einbaueinrichtung von seiner Lateralseite oder seiner Vorder- oder Rückseite, so kann man durch die beiden hinsichtlich ihrer Wellenform auf Abstand gehaltenen Mattenelemente von allen drei Seiten hindurchschauen. Vorteilhafterweise sind sämtliche Mattenelemente des Einbaupakets hinsichtlich ihrer Wellenformen zu den betreffenden benachbarten Mattenelemente des Einbaupakets beabstandet. Hierdurch entsteht ein Einbaupaket, das sich gleichermaßen als Gegenstromprinzip- als auch Kreuzstromprinzipbehandlungsvorrichtung einsetzen lässt. Im Gebrauchszustand sind die Einbaupakete einer entsprechenden Einbaueinrichtung derart ausgerichtet, dass die Mattenelemente vertikal verlaufen. Wird nun von oben auf das Einbaupaket das Arbeitsfluid (im Falle der Kühlung von Wasserdampf also Sprüh- oder Tropfwasser) aufgebracht, so kann das Nutzfluid von unten und damit der Fließ- bzw. Fallrichtung des Arbeitsfluids entgegengesetzt und damit im Gegenstrom entgegenströmen, was der Normalfall bei einem Rieselkühler ist, oder aber das Nutzfluid kann von der Seite und damit quer zur Fließ- bzw. Fallrichtung des Arbeitsfluids durch das Einbaupaket strömen, was so beispielsweise bei der Kühlung bzw. Behandlung von Zu- oder Abluft von beispielsweise Ställen vorgesehen sein kann.
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In beiden zuvor genannten Fällen ist der durch das Einbaupaket gegebene Strömungswiderstand minimal, was eine strömungstechnische Optimierung der Fluidbehandlungsvorrichtung bedeutet.
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Der erfindungsgemäße Vorschlag für die Einbaupakete erlaubt also dessen vergleichsweise einfache Reinigung, was insbesondere beim Einsatz der Einbaueinrichtung zu Kühlzwecken in Kühltürmen von Vorteil ist, indem nämlich nun im Idealfall unbehandeltes Arbeitsfluid, beispielsweise einem Fluss entnommenes Kühlwasser, eingesetzt werden kann, um den Wasserdampf zu kühlen. Dadurch, dass der ”offene Bereich” pro Mattenelement erfindungsgemäß 40% bis 75% der Fläche des Mattenelements (bei Betrachtung auf dessen Oberseite) beträgt, kann das Arbeitsfluid kaum an den Mattenelementen anhaften, so dass diese im Laufe der Zeit selbst bei Verwendung eines unbehandelten Arbeitsfluids kaum verschmutzen bzw. verkalken.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die beiden Mattenelemente des mindestens einen Paars aus hinsichtlich ihrer Wellung beabstandeten Mattenelemente an den Abstandsvorsprüngen schubstabilisiert miteinander gekoppelt sind. Hier bieten sich beispielsweise Zapfen-Loch-Verbindungselemente an, wobei es möglich ist, dass der sich durch ein Loch erstreckende Zapfen anschließend kalt- oder warmverformt wird, um beide Mattenelemente aneinander zu halten. Alternative Ausgestaltungen von entsprechenden schubstabilisierten Verbindungsvorrichtungen sind in
DE-A-10 2006 005 113 beschrieben.
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Es ist aber auch denkbar, dass jeder Abstandsvorsprung einen aufragenden Zapfen und neben diesem ein Loch aufweist, wobei in das Loch der aufragende Zapfen eines benachbarten Mattenelements und der Zapfen durch das Loch des benachbarten Mattenelements hindurchtritt. Je nach Ausgestaltung der Löcher können diese mit radial einwärts ausgerichteten biegbaren Zungen ausgeführt sein, die sich beim Durchdringen des Lochs mit dem Zapfen hochbiegen bzw. aufstellen und durch die damit entstehende Klemmwirkung ein Zurückbewegen des Zapfen aus dem Loch weitestgehend verhindern. Zu diesem Zweck kann der Zapfen zusätzlich mit quer zu seiner Erstreckung verlaufenden Riffelungen o. dgl. Oberflächenstrukturen ausgebildet sein.
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Wie bereits oben erwähnt, bilden die Wellungen der Mattenelemente, also die Aufeinanderfolge von Vertiefungen und Erhöhungen oder Tälern und Bergen Halbkanäle. Die Halbkanäle benachbarter Mattenelemente können einander kreuzen oder können parallel zueinander ausgerichtet sein. Im letztgenannten Fall lässt sich ein derartiges Einbauelement durch Einführen von Reinigungsbürsten o. dgl. Reinigungselementen im Einbauzustand reinigen. Dies ist insbesondere bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Einbaueinrichtung als beispielsweise unterste Lage eines Kühlturmeinbaus von Vorteil. In die durch die beabstandeten Halbkanäle definierten Hohlräume lassen sich statt Bürsten aber auch Vibrationsstäbe o. dgl. einsetzen, die das Einbaupaket in Vibrationen versetzt, wodurch sich Ablagerungen an den Mattenelementen lösen.
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Ganz allgemein sei zu den Mattenelementen noch gesagt, dass es sich hier insbesondere um Gittermattenelemente handelt. Grundsätzlich eignen sich aber auch perforierte Folienelemente aus tiefgezogenen Folien. Die geometrische Form der Mattenelemente ist grundsätzlich beliebig. Im Regelfall werden aber viereckige und insbesondere rechteckige Mattenelemente eingesetzt. Als Material für die Mattenelemente eignet sich insbesondere Kunststoff oder aber auch Pappe bzw. Papiermaterial.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen dabei:
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1 ein Beispiel für ein Einbaupaket aus einer Vielzahl von hintereinander und aneinander anliegend angeordneten Mattenelementen,
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2 ein Ausführungsbeispiel eines Mattenelements als Kunststoff-Gitterelement,
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3 eine Ansicht auf das Einbaupaket in Richtung des Pfeils III der 1,
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4 eine Ansicht auf das Einbaupaket in Richtung des Pfeils IV der 1 und
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5 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs V der 3 zur Verdeutlichung der Zapfen-Loch-Doppelverbindung an den Abstandsvorsprüngen benachbarter, hinsichtlich ihrer Wellungen auf Abstand gehaltener Mattenelemente.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Einbaupakets 10 stark schematisiert, das eine Vielzahl von aneinanderliegenden Mattenelementen 12 aufweist, die in diesem Ausführungsbeispiel als Kunststoff-Mattenelemente ausgebildet sind. Im Einbauzustand beispielsweise in einem Kühlturm wird auf die Oberseite 14 des Einbaupakets 10 Sprüh- und/oder Tropfwasser als Arbeitsfluid 16 gegeben, das durch das Einbaupaket 10 nach unten fließt, während von der Unterseite 17 des Einbaupakets 10 in dieses zu kühlender Wasserdampf als Nutzfluid 18 einströmt. Das Einbaupaket 10 wird in dem Fall der 1 in einer Behandlungsvorrichtung mit Gegenstromprinzip verwendet. Im Falle des Einsatzes des Einbaupakets 10 in einer Behandlungsvorrichtung mit Kreuzstromprinzip würde das Nutzfluid in Richtung der Pfeile 20 von der Seite durch das Einbaupaket 10 strömen.
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2 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Gittermatte 12, von der mehrere nebeneinander- bzw. hintereinanderliegend ein Einbaupaket 10 bilden. Die wellenförmige Struktur der gitterförmigen Mattenelemente 12 ist anhand der 3 und 4 erkennbar. Die Gittermatte 12 weist in Draufsicht betrachtet etwa 40% bis 75% ihrer (Projektions-)Fläche an offenem Bereich, also Löcher auf. Gemäß 4 weist jede Gittermatte 12 Vertiefungen 22 und Erhöhungen 24 auf, die wechselweise aufeinanderfolgen und durch Täler und Berge eine Wellenform definieren. Benachbarte Mattenelemente 12 sind derart relativ zueinander angeordnet, dass den Erhöhungen 24 der einen Gittermatte 12 Vertiefungen 22 der anderen Gittermatte 12 gegenüberliegen. Auf diese Weise entstehen in diesem Ausführungsbeispiel aus zwei parallel verlaufenden Halbkanälen 23 gebildete Kanäle 25, die seitlich und wegen der Gitterstruktur offen sein. Dabei sind die gegenüberliegenden Erhöhungen und Vertiefungen auf Abstand gehalten, wozu jede Gittermatte 12 an zwei ihrer gegenüberliegenden Randabschnitte, beispielsweise an den beiden Querrandabschnitten und zwischen diesen eine Aufeinanderfolge von Abstandsvorsprüngen 28 aufweisen. Die Abstandsvorsprünge 28 ragen aus der Wellenstruktur jeder Gittermatte 12 hervor, wobei die Abstandsvorsprünge 28 benachbarter Mattenelemente 12 einander berühren. Die Abstandsvorsprünge 28 sind mit Zapfen-Loch-Verbindungselementen 30 versehen und weisen jeweils einen abstehenden Zapfen 32 sowie ein Loch 34 auf. In der Mittelreihe 36 von Abstandsvorsprüngen 28 jedes Mattenelements 12 sind beide Strukturen, also jeweils ein Zapfen 32 und ein Loch 34 angeordnet, während an den Querrändern 26 pro Abstandsvorsprung 28 entweder ein Zapfen 32 oder ein Loch 34 angeordnet ist.
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Wie anhand von 3 zu erkennen ist, halten die Abstandsvorsprünge 28 die einzelnen benachbarten Gittermatten 12 auf Abstand zueinander, und zwar hinsichtlich ihrer Wellung (siehe den Abstand 38 in 3). Der Abstand 38 ist auch in 4 dargestellt.
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5 zeigt nochmals die Zapfen-Loch-Verbindungselemente 30 und deren Zusammenwirken in vergrößertem Maßstab.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Einbaupaket
- 12
- Mattenelement (Gittermatte)
- 14
- Oberseite
- 16
- Arbeitsfluid
- 17
- Unterseite
- 18
- Nutzfluid
- 20
- Pfeile
- 22
- Vertiefungen
- 23
- Halbkanal
- 24
- Erhöhungen
- 25
- Kanal
- 26
- Querrändern
- 28
- Abstandsvorsprünge
- 30
- Zapfen-Loch-Verbindungselemente
- 32
- Zapfen
- 34
- Loch
- 36
- Mittelreihe
- 38
- Abstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 3540702 A [0002]
- DE 19819945 A1 [0002]
- DE 102006005113 A [0013]
