DE2312649B2

DE2312649B2 - Waerme- und/oder massenaustauscher mit unmittelbarem kontakt einer fluessigkeit und eines gases

Info

Publication number: DE2312649B2
Application number: DE19732312649
Authority: DE
Inventors: Pedro Perez del Madrid Notano-Martinez de Maranon
Original assignee: Desco S A, Zamudio, Vizcaya (Spanien)
Priority date: 1972-03-23
Filing date: 1973-03-14
Publication date: 1978-01-26
Also published as: GB1421187A; JPS4913744A; IT983577B; DE2312649C3; CA1003324A; ES401117A1; SU572222A3; AT327246B; CH569247A5; ATA233673A; DD104618A5; HU170550B; BR7302016D0; NL7303829A; BE796620A; FR2176702A1; DE2312649A1; JPS5326329B2; ZA732032B; SE415708B

Description

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Die Erfindung betrifft einen Wärme- und/oder Massenaustauscher mit unmittelbarem Kontakt einer Flüssigkeit und eines Gases, vorzugsweise Kühlturm, bestehend aus einem Gehäuse mit einem Kühleinbau, der senkrechte, achsparallele Durchgänge variablen Querschnitts aufweist.

Aus der DT-AS 12 68 596 ist ein Kühleinbau bekannt, der aus einzelnen, prismatischen, in der Mitte eingeschnürten, in Strömungsrichtung offenen Hohlkörpern besteht. Diese Hohlkörper sind, einander an den Ecken der oberen und unteren Kanten berührend, in mehreren Schichten übereinander in der Weise angeordnet und miteinander verbunden, daß jeweils ein Hohlkörper auf den von drei einander berührenden Hohlkörpern der darunterliegenden Schicht gebildeten Durchgang aufgesetzt ist. Es ist also jeder durch die Innenflächen der Hohlkörper gebildete »innere Durchgang« mit je einem darüber- und darunterliegenden »äußeren Durchgang« verbunden, wobei die äußeren Durchgänge der gleichen Schicht wegen der Einschnürung der Hohlkörper nicht völlig gegeneinander abgegrenzt sind.

Sowohl die einzelnen Hohlkörper, als auch der Kühleinbau als Ganzes weisen somit Richtungsänderungen der Wandplatten und Querschnittsänderungen der Durchgänge auf, die die Verweilzeit des Wasserfilms bestimmen bzw. den Gasdurchgang beeinflussen.

Der Umfang der Hohlkörper ändert sich mit dem Querschnitt und damit die Dicke des herabrieselnden Flüssigkeitsfilms. Selbst wenn nach Passieren der Einschnürung dieser Film sich wieder voll auf der ganzen, sich erweiternden Fläche ausbreiten sollte, bleibt doch eine periodische Änderung der Filmdicke bestehen, verbunden mit einer periodischen Verminderung des Wärmeaustausches. Ferner sind die äußeren Durchgänge von den inneren nach Art und Wirkung verschieden, jedoch nicht veränderbar.

Derlei äußere Durchgänge sind auch aus der DT-Patentanmeldung B 26 668 la/17e bekannt, nach der jedoch die inneren Durchgänge kontinuierliche polygonale oder runde Rohrelemente sind, die keinerlei Richtungsänderungen aufweisen und fest miteinander

verbunden sind,

Gemäß DT-AS 12 87 096 werden identische Durchgänge durch einander im Winkel schneidende, gewellte und glatte Platten erzielt. Querschnittsänderungen fehlen hier jedoch.

Schließlich ist es bekannt, rohrförmige Durchgänge am unteren Ende schräg anzuschneiden.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Kühleinbaus, bei dem die Vorteile des wechselnden Querschnitts unter Vermeidung der Nachteile einer veränderlichen Oberfläche erhalten bleiben. Ferner sollen die Elemente des Einbaus leicht auswechselbar sein. Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß die senkrechten, achsparallelen Durchgänge variablen Querschnitts durch voneinander unabhängige, einstückige, röhrenförmige Elemente gebildet sind, deren Querschnitt sich über die Länge mehrfach periodisch ändert.

Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Röhrenelemente im gegenseitigen Kontakt bündeiförmig angeordnet.

Es wird ferner vorgeschlagen, daß die Röhrenelemente zur Einstellung des Querschnittsverhältnisses der inneren und äußeren Durchgänge in einer bestimmten Höhe der Querschnittsperiode geschnitten sind. Die unteren Enden der Röhrenelemente können hierbei schräg abgeschnitten sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Kühlturm mit einem erfindungsgemäßen Kühleinbau, schematisch im senkrechten Schnitt,

Fig.2 eine perspektivische Ansicht des Teils eines Röhrenelementes zwischen zwei Querschnitten geringsten Durchgangs,

Fig.3 eine Draufsicht der Röhre mit verschiedenen Querschnitten,

F i g. 4 einen Längsschnitt nach der Achse X-X' der Fig.9, des in Fig.2 gezeigten Röhrenabschnittes, der einem halben Zyklus der Querschnittsänderung entspricht;

Fig. 5 und 6 eine Vorder- und Seitenansicht eines Röhrenelementes mit schrägem unteren Ende,

F i g. 7 eine perspektivische Ansicht eines Röhrenbündels.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besteht der Kühlturm aus dem Gehäuse 1, in dem der KUhleinbau 2 untergebracht ist, auf dessen Oberfläche das Wasser gleichmäßig von oben durch den Verteiler 3 gegeben wird. Den unteren Teil 4 des Gehäuses 1 bildet ein Sammelbecken, in dem das gekühlte Wasser zur Wiederverwendung aufgefangen wird. Ein Ventilator 5 läßt Luft von den Eintrittsöffnungen 6 über den Kühleinbau 2 zu den Austrittsöffnungen 7 strömen. Bei anderen Ausführungsformen kann der Ventilator 5 am unteren Teil angeordnet sein.

Der Kühleinbau 2 besteht aus einander berührenden, röhrenförmigen Elementen deren Querschnitt auf deren Länge unterschiedlich ist. Fig. 2 zeigt einen Teil oder Abschnitt eines Röhrenelementes zwischen zwei kleinsten Durchgangsquerschnitten 8 und 9. Wie sich aus Fig.2 erkennen läßt, verändert sich der Querschnitt ständig und wiederholt sich in regelmäßigem Zyklus über die gesamte Länge des Röhrenelements.

Die halbe Zykluslänge in Fig.2 hat einen runden Zwischenquerschnitt 10. Auch wenn diese Querschnittsform vorzuziehen ist, kann jedoch auch eine andere Form, z. B. eine polygonale, elliptische usw., verwendet werden, da sie ja dem Übergangs- und Durchgangsquer-

schnitt des ersten Viertels zum folgenden Teil des Zyklus entspricht.

Die Draufsicht in F i g. 3 zeigt einen Viertelzyklus der Querschnittsänderung eines Röhrenelements, d. h. das Stück, das zwischen den Querschnitten 8 und 10 der F i g. 2 liegt.

Diese Figur zeigt verschiedene Zwischenquerschnitte zwischen dem Mindest- und dem Maximalquerschnitt 8 bzw. 10, die durch die Buchstaben A, B, C, D und E bezeichnet sind.

Die obere Hälfte der F i g. 4 zeigt im Axialschnitt des Röhrenelements die Lage der in Fig.3 gezeigten Querschnitte vom kleinsten 8 bis zum größten 10. Ferner wird in der unteren Hälfte des Röhrenelementes die Lage der Querschnitte gezeigt, die denen in der oberen Hälfte gezeigten, jedoch um 90° gedreht, entsprechen und die mit den Buchstaben A', B', C, D' und E' bezeichnet sind, um die Entsprechung dieser Querschnitte sowie des Querschnitts 9, der in der oberen Hälfte dem Querschnitt 8 entspricht, aufzuzeigen.

Bei dem beschriebenen Beispiel ist der Que/schnitt 10 kreisförmig. Er kann jedoch, je nach konkretem Verwendungszweck verändert werden. Die kleinsten Durchgangsquerschnitte 8 und 9 sind im Bezug zueinander um 90° gedreht, aber dieser Winkel kann sich innerhalb sehr weit gesteckter Grenzen ändern.

Die Querschnittsfläche an den Enden der Röhrenelemente kann sich je nach Anordnung der Röhren ändern, wobei es jedoch vorzuziehen ist, daß der Querschnitt für den Luftdurchgang innerhalb und außerhalb der Röhren gleich ist, um eine gute Verteilung von Luft und Wasser zu erreichen. Die Querschnittsflächen können verändert weiden, indem man die Röhren an einer anderen Stelle zwischen dem Minimal- und dem Maximalquerschnitt 8, resp. 10 schneidet.

Die unteren Enden der Röhren können, wie in den Fig.5 und 6 gezeigt ist, schräg geformt sein, wodurch die ganze Flüssigkeit, die jedes Rohr befeuchtet, sich an der Spitze der Schrägkante sammelt. So wird ein Verschluß des Inneren des Rohres durch einen Film oder Schleier der Flüssigkeit, die die Oberfläche hinabfließt, vermieden.

F i g. 7 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Teil des Kühleinbaus, den man erhält, indem man die vorher beschriebenen Röhrenelemente in gegenseitigem Kontakt anordnet. Für den Kühleinbau können solche Röhrenelemente mehr oder minder eng zusammengedrängt werden, je nachdem ob sie schachbrettartig versetzt sind oder nicht. Da obendrein jedes Röhrenelement beweglich und unabhängig ist, kann die Querschnittsform des gesamten Kühleinbaus kreisförmig, viereckig, polygonal usw. sein. Da sich die Röhrenelemente in dem Kühleinbau an einigen Punkten berühren, dienen diese Kontaktstellen dazu, die Flüssigkeit von einem Rohr auf das andere zu leiten und erleichtern somit ein Verteilen der Flüssigkeit auf die Gesamtoberfläche.

In Fig. 7 zeigt der Pfeil 11 die Gasströmung an, wohingegen die Pfeile 12 die Richtung der Flüssigkeitsströmung angeben. b0

Bei dem erfindungsgemäßen Kimieinbau fließt die Flüssigkeit an den Innen- und Außenoberflächen der Röhren hinunter, und das Gas steigt im Inneren der Röhren und im Raum, der zwischen den Außenoberflächen der Röhren liegt, auf, so daß die gesamte hi Oberfläche für den Gas-Flüssigkeitskontakt genutzt wird.

Die QuerschnittEänderungen der Röhren verursachen sowohl innen als auch außen Veränderungen de Querschnitts des Luftdurchganges, wodurch leichti Verdichtungen und Verdünnungen des Gases entsteher die die Turbulenz erhöhen.

Auf ihrem Fallweg beschleunigt und verlangsamt dii Flüssigkeit wegen der Röhrenfonn in regelmäßige! Abständen die Geschwindigkeit, wodurch sich di< Flüssigkeit leichter mischt und länger im Kühleinbai bleibt. Das wird bei einem geringem Last- odei Widerstandsverlust beim Durchgang des Gases erreicht weshalb diese Art Kühleinbau beim Betrieb gutf Leistungen bringt.

Die Röhrenoberflächen weisen keine eckigen Aus beulungen auf, so daß die Flüssigkeit auf ihrem Fallwe§ die gesamte Oberfläche des Kühleinbaus befeuchtet und diese ganz als Übertragungsfläche genutzt wird.

Die Größe des mittleren Querschnitts der Röhrenelemente kann innerhalb weit gesteckter Grenzen schwanken, z. B. zwischen 1 cm und 20 cm Durchmesser und vorzugsweise zwischen 3 cm und 10 cm. Für jeden konkreten Verwendungszweck können in jedem Fall Durchmesser, Zykluslänge und Länge des Röhrenelementes ausgewählt werden.

Die Bündel können kürzer als der Kühleinbau sein, so daß der Kühleinbau sich aus zwei oder mehreren Bündelschichten zusammensetzt.

Wenn beim erfindungsgemäßen Einbau die röhrenförmigen Elemente an einer bestimmten Stelle geschnitten werden, so kann die Summe der Querschnitte gleich der Hälfte des Gesamtquerschnitts des Bündels sein. Selbstverständlich ist hierbei die Wandstärke der Elemente entsprechend zu berücksichtigen. Es ist hier jedoch durch Verschieben der Schnittstellen möglich, das Verhältnis der Summe der Querschnitte der inneren Durchgänge zu der der äußeren Durchgänge falls erforderlich in einem Bereich von etwa 1 : 1,3 bis 1 :0,7 zu variieren.

Die Bündelung der röhrenförmigen Elemente ist einfach, d. h. diese können einander berühren und dadurch in einer vorgegebenen Lage gehalten werden, ohne daß zusätzliche Befestigungselemente, Abstandshalter oder dgl. notwendig wären. Die einfachste Art der Befestigung ist die der Abstützung auf einem Sieb mit geeigneter Maschengröße. Dadurch wird es möglich, einzelne der röhrenförmigen Elemente während des Betriebs des Kühlturms auszuwechseln oder einen Teil dieser Elemente zum Zweck der Reinigung zeitweilig zu entfernen. Die Erfahrungen haben gezeigt, daß bei niedrigen Außentemperaturen bis zu 25% der Elemente ohne wesentliche Beeinträchtigung der Arbeit eines Kühlturms zu diesem Zweck entnommen werden können.

Es kann ferner durch Entnahme oder Zusatz von röhrenförmigen Elementen eine sehr genaue Korrektur des Wärmeaustauscheffekts in einer Größenordnung von bis zu 10% der Gesamtleistung der Anlage erzielt werden.

Ein nicht zu unterschätzender Vorteil ist die Einfachheit des Herstellungsverfahrens solcher Elemente. Sie können z. B. als Kunststoffrohr extrudiert und anschließend in geeigneter Weise verformt und geschnitten werden.

Auch die an sich bekannte Abschrägung der unteren Kanten ergibt hier einen zusätzlichen Vorteil, da aufgrund der fehlenden radialen Orientierung der einzelnen Elemente sich lediglich statistisch gleichmäßig verteilte, nicht jedoch nach einem exakten Muster auftretende Tropfstellen ergeben.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wärme- und/oder Massenaustauscher mit unmittelbarem Kontakt einer Flüssigkeit und eines Gases, vorzugsweise Kühlturm, bestehend aus einem Gehäuse mit einem Kühleinbau, der senkrechte, achsparallele Durchgänge variablen Querschnitts aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrechten, achsparallelen Durchgänge variablen Querschnitts durch voneinander unabhängige, einstückige, röhrenförmige Elemente gebildet sind, deren Querschnitt sich über ihre Länge mehrfach periodisch ändert.

2. Austauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhrenelemente in gegenseitigen Kontakt bündeiförmig angeordnet sind.

3. Austauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhrenelemente zur Einstellung des Querschnittsverhältnisses der inneren und äußeren Durchgänge in einer bestimmten Höhe der Querschnittsperiode geschnitten sind.

4. Austauscher nach Anspruch 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren Enden der Röhrenelemente schräg abgeschnitten sind.

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