DE2330419C3 - Kühleinrichtung mit einer kombinierten Kühleinrichtung zum regelbaren Rückkühlen eines Strömungsmittels durch Luft und Kühlwasser - Google Patents
Kühleinrichtung mit einer kombinierten Kühleinrichtung zum regelbaren Rückkühlen eines Strömungsmittels durch Luft und KühlwasserInfo
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Description
kombinierten Kühleinrichtung zum regelbaren Rückkühlen eines Strömungsmittel durch Luft und Kühlwasser,
mit einem am unteren Ende des Kühlturms ausgebildeten, radialen Kühllufteintritt. mit im Bereich
des Kiihllufieintriiis angeordneten, vom Strömungsmittel
durchströmten Wärmeüberiragungselemenien und mit im Bereich des Ki'ihlluficintritis angeordneten
Zerstäuberdüsen für das Kühlwasser,
Ein derartiger bekannter Kühlturm hat gegenüber Naßkühltürmen, bei denen das rückzukühlende Strömungsmittel
im Fuße des Kühlturms versprüht und dadurch rückgekühll wird, den Vorteil eines verhältnismäßig
geringen Wasserverbrauches, Andererseits hat er gegenüber Trockenkühltürmen mit lediglich im Bereich
des Kühllufieintriits angeordneten, vom Strömungsmittel
durchströmten Wärmeübertragungselemcnten, wie sie in Gebieten verwendet werden, wo Kühlwasser
überhaupt nicht vorhanden ist. den Vorzug, hinsichtlich der Dimensionierung der Wärmcübertragungselemenie
wesentlich kleiner zu bauen. Der bekannte, eingangs genannte Kühlturm eignet sich also besonders für
Gebiete mit kontinentalem Klima, wo er im Winter in herkömmlicher Art als Trockenkühlturm arbeiten kann,
während im Sommer mit verhältnismäßig geringen Wassermengen die Wärmeübenragungselemenie durch
Einschalten eines offenen, sekundären Wasserkreislaufes
berieselt werden können.
Nun werden Kühltürme der bekannten Art regelmäßig so bemessen, daß selbst bei hohen Temperaturen
und bei hoher Luftfeuchtigkeit eine ausreichende Kühlwirkung erzielt wird. Ist die Außenlufttemperatur
geringer, ist der Feuchtigkeitsgehalt der Luft niedriger oder nimmt die abzuführende Wärmemenge ab. dann
muß die Rückkühlleistung des Kühlturms vermindert werden, was jedoch mil den bekannten Kühliürmcn
durch Ein- bzw. Abschalten des Sekundärkrcislaufcs für das Kühlwasser nur sehr ungenau möglich ist. Darüber
hinaus werden Kühltürrac in neuerer Zeit zunehmend als Stahlkonsirukiion errichtet, da sich diese Bauweise
als am wirtschaftlichsten erwiesen hat. Hier treten jedoch bei Kühltürmcn mit kombinierter Rückkühlung
durch Luft und Kühlwasser Korrosionsproblcmc durch die in das Kühliurminnere gelangende Luft hohen
Feuchtigkeitsgehaltes auf.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Kühlturm der eingangs genannten Art derart abzuändern, daß das
Verhältnis /wischen Luftkühlung und Bfciiesclungskühlung
regelbar gestaltet ist und dabei außerdem gewährleistet ist. daß die zur Bericsclungskühlung
herangezogenen Luftmengen nicht an die Innenfläche des Kühlturmcs kommen können, d. h„ zur Verhinderung
von außergewöhnlicher Korrosion sichergestellt ist. daß die Innenfläche des Kühlturms immer nur von '
zur Luftkühlung herangezogenen Luftmengen bestrichen wird, wobei diesem Korrosionsproblem in denkbar
einfacher und praktisch keine zusätzlichen Kosten verursachender Weise beigekommen werden soll.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die vom rückzukühlenden Strömungsmittel durchströmt
.*n Wärmeübcrtragungselemente am Kühlluftcintritt übereinander angeordnet sind, daß die Zerstäuber·
düsen in Gruppen in verschiedenen Höhenlagen über in verschiedenen Höhenlagen liegenden Bereichen der
Wärmcübcriragungsclcmcntc angeordnet sind, daß die dem Mantel des Kühlturm« am nächsten liegende
Gruppe von Zerstäuberdüsen mit Abstand vom Rand der Innenobcfflachc des Mantels angeordnet ist und daß
die Kühlwasserbeauischlagung der einzelnen horizontalen
Gruppen von Zerstäuberdüsen über ihnen zugeordnete Ventile in abwärts oder aufwärts gerichteter
Reihenfolge steuerbar ist.
Durch die US0S 22 78 242 ist es zwar bekannt, eine
Bcriesclungskühlung über Gruppen von Zerstäuberdüsen vorzusehen, als je nach Bedarf zu· bzw. abschallbar
sind. Bei diesem bekannten Gegenstand geht es jedoch
um Dampfkondensatoren von Kältemaschinen, die konstruktiv keine Gemeinsamkeiten mit den hier zur
Diskussion stehenden Kühltürmen haben. Außerdem tritt bei diesen Dampfkondensatoren auch nicht das
genannte Korrosionsproblem auf. Vielmehr mud es Ziel ■.
des Gegenstandes der US-PS 22 78 242 sein, bei Einschaltung sämtlicher Zerstäuberdüsen möglichst
auch den gesamten Kühler zu bestreichen.
Durch die DE-OS 19 39 174 ist außerdem ein
Kühlturm bekannt, bei dem das Strömungsmittel mil tels m
Wärmeübertragungselemenien durch einen Kühlwasserkreislauf rückgekühlt wird, der seinerseits dann über
im Fuß des Kühlturms angeordnete Düsen versprüht und durch den Kontakt mit der Kühlluft abgekühlt wird.
Hier liegen jedoch die Wärmeübertragungselemente r>
außerhalb des Kühlturms bzw. sind nicht Bestandteil des Kühlturms. Eine Regelung der Kühlleistung ist nicht
angesprochen. Es wird zwar im bekannten Falle über besondere, trocken arbeilende Wärmcübertragungselemente ein trockener Kühllufisirom in den Kühlturm -ti
eingelassen. Dies geschieht jedoch in das Zentrum des Kühfiurmes zur Herabsetzung des Feuchtigkeitsgehaltes der Kühlluft und somit zur Verhinderung der
Schwadenbildung.
Die erfindungsgemäßen Maßnahmen haben demge- r, genübcr die Wirkung, die Berieselungskühlung in
einfacher Weise bis hin zur Stufenlosigkeit zu regeln, so
daß sich eine optimale Anpassung an den Kühlbedarf ausgehend von der zur Verfügung stehenden Kühlwassermenge und der Temperatur der umgebenden Luft to
erhalten läßt. Zum anderen ist nunmehr sichergestellt, daß die Mctallteile^auf der Innenwand des Kühlturmes
nur noch mit zur Luftkühlung herangezogener Luft, also trockener Luft in- Berührung kommen, so daß die
Korrosionsgefahr etwa der gegenüber der normalen is Umgcbungsluft entspricht oder sogar geringer ist. Dies
ist erfindungsgemäß in einfacher Weise erreicht, ohne daß dadurch der Aufwand für den Kühlturm nennenswert beeinflußt wäre.
Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, daß die dem *o
Mantel cos Kühlturmes am nächsten liegende Gruppe von Zerstäuberdüsen etwa um ein Viertel der Bauhöhe
der Wärmcübcrtragungsclcmenie tiefer liegt als deren
Oberkante.
Außerdem ist es vorteilhaft, daß in der Rücklauflcilung der Wärmeübertragungselemente ein Wärmefühler vorgesehen ist. durch dtn die Ventile der
Zerstäuberdüsen bei Tcmpcraiurzunahme des aus den Wärincübcrlragungselcmcntcn abfließenden Strömungsmittel in aufwärts gerichteter Reihenfolge der
Gruppen nachcinandcfstufenweise in Offcnstcllung und
bei Temperaturabnahme in umgekehrter Reihenfolge in Schließstellung steuerbar sind.
Schließlich ist es zweckmäßig, daß zum Fördern des Kühlwassers zu den Zerstäuberdüsen mehrere Pumpen
vorgesehen sind, deren hydraulische Kennzahlen derart gewählt sind, daß bei gleichzeitigem Betrieb aller
Pumpen sämtliche Zerstäuberdüsen mit Kühlwasser bcaufschlagbar und während des Slilkeizens einer oder
mehrerer Pumpen und Abnahme des Wasserdruckes ta eine oder mehrere Gruppen höher liegender Zerstäuberdüsen gemäß der Zahl der laufenden Pumpen nichl
mehr mit Kühlwasser beaufschlagt w erden.
Der Gegenstand der Erfindung isi nachstehend mehr
ins einzelne in Verbindung mit der Zeichnung erläuiert, die in deii Fig. I bis 3 verschiedene Ausführungsbei·
spiele di'rstclli.
Mantels I eines Kühlturms mit natürlichem Zug in an sich bekannter Weise Wärmepbertragungselemenie 2
mit Rippenrohren 3 angeordnet, denen das abzukühlende oder zu kondensierende Strömungsmittel über eine
Rohrleitung 4 zugeführt wird. Das in den Rippenrohren 3 abgekühlte oder kondensierte Strömungsmittel
verläßt die Wärmeübertragungselemente 2 über eine Rücklaufleitung 5. Die Außenfläche der Wärmeübernagungselemente 2 kann über Zerstäuberdüsen 6 mit
Wasser bespritzt werden, das in Richtung der Pfeile 7 an den Kühlrippen herabrieselt, wobei ein Teil desselben
verdampft wird. Der restliche Teil des Wassers wird in einem Becken 8 unterhalb der Wärmeüberiragungselemenie 2 angesammelt und von hier über eine Pumpe 9
zu den Zerstäuberdüsen 6 zurückbefördert. Die verdampfte Menge an Wasser wird durch über eine
Leitung IO zugeführtes Wasser ersetzt.
Die Kühlluft strömt schräg aufwärts an den Kühlrippen vorbei, wie das durch den Pfeil Π
angedeutet ist. Sie wird durch Berührung mit den nüssen
Kühlrippen erwärmt, wobei auch ihr Feuchtigkeitsgehalt zunimmt, was einen Wärmeentzug für das
Strömungsmittel in den Wärmeübertragungselementen 2 bedeutet. Die in das Innere des Kühlturms eintretende
Luft weist eine höhere Temperatur und einen höheren Feuchtigkeitsgehalt auf als die den Kühlturm umgebende atmosphärische Luft, so daß auch ihr spezifisches
Gewicht geringer ist als das der Umgcbungsluft. Dieser Wichieunterschied bewirkt einen ständigen Druckunterschied zwischen der Außenseite und der Innenseite
der Wärmeübertragungselemente 2, wodurch eine ständige Luftströmung durch das Turminnere hindurch
entsteht.
In dieser bekannten Anordnung ist ein Kühlturm mil
natürlichem Zug verwendet worden, es wäre aber auch möglich, diese Art -der Kühlung in Anlagen zu
verwenden, bei denen die Luftströmung z. B. mittels eines Ventilators bewirkt wird.
Wie aus Fig. I ferner hervorgeht, sind nun die Zerstäuberdüsen 6 unterteilt in drei verschiedenen
Höhenlagen angeordnet, wobei sie jeweils mit einem Verteilerrohr 12, 13, 14 verbunden sind. Die Vertcilerrohrc enthalten Vcrschlußorgans bzw. Ventile 15,16,17.
mittels welcher sie voneinander unabhängig einzeln geschlossen bzw. geöffnet werden können. Somit
gclangi das aus dem Sammelbecken 3 mittels der Pumpe
9 beförderte Wasser in drei verschiedenen Höhenlagen 12, 13, 14 auf die Außenfläche der Wärmcübertragungsclemcnic 2. Das soweit beschriebene Ausführungsbeispiel gemäß F i g. I arbeitet wie folgt:
Besteht ein Anspruch auf eine maximale Kühlleistung,
dann sind alle Ventile 15, 16 und 17 offen. Nimmt die Wärmeleistung ab, dann wird zunächst das Ventil 15
geschlossen. Dadurch bleibt der Abschnitt der Wärmeübertragungselemcnie 2 zwischen den Vcrtcilcrrohren
12 und 13 trocken und arbeitet als l.uftküiilcr. Im
Abschnitt unterhalb des Vcrtcilcrrohrcs 13 ist die Oberfläche der Wärmcübcrtragungselcmenic benetzt,
so daß Wärmeentzug auch durch Verdampfung crfclgt. Um eine weiiere Verringerung der Kühlleistung zu
erreichen, wird zusätzlich das Ventil 16 geschlossen und auf diese Weise eine stufenweise Verkleinerung der
benetzten Fläche der Wärmcübertrigungsclemcnte 2 erreicht. Schließlich wird auch das Veniil 17 geschlossen,
wodurch eine Benetzung der Außenfläche der Wärme· übertragungselemente 2 vollständig enifällt und die
Kühleinrichtung als reiner Lufikiihler arbeitet.
Zerstäuberdüsen 6 unterhalb des Scheitels der Wärmeübcriragungselemente 2. Somit bleibt der oberste
Abschnitt der Wärmeübertragungsclemente 2 im Betrieb selbst dann trocken, wenn auch die obersten
Zerstäuberdüsen 6 eingeschaltet sind. Dies hat zur Folge, daß innerhalb des Kühlturms ein Teilstrom 18 mit
einem gegenüber der Umgcbungslufl geringeren Feuchtigkeitsgehalt und der Umgebungslufl gegenüber
höheren Temperatur besieht, der die Stahlkonstruktionstcile des Mantels 1 des Kühlturms bestreicht. Der
andere Teilslrom 19 besteht aus einem inneren Kern mit
hohem lcuehiigkeiisgchali und mit einer die Temperatur der Umgebungslufl überragenden Temperatur, die
jedoch niedriger ist als die Temperatur des Tcilsiromes 18. Da die Temperatur des Tcilstromes 18 höher und ihr
spezifisches Gewicht geringer ist als die entsprechenden Werte des Tcilsiromes 19. besteht keine Neigung der
Teilsirönie 18 und 19 zur gegenseiligen Vermischung.
Auf diese Weise sind die Konslruktionslcile des Kiihluirmes 1 gegen durch Naßlufl bedingte Korrosion
wirksam geschütz!.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 wird die Temperatur des aus den Wärmcübertragungselemcnien
2 austretenden Strömungsmittel /wischen bestimmten Grenzen gehalten. Dazu ist in der Rücklauflcitung 5 ein
Wärmefühler 20 vorgesehen, der auf die Ventile 15, 16 bzw. 17 in den Verieilerrohren 12, 13 bzw. 14 einwirkt
und diese bei Temperaturabnahme des rückgckühlten Strömungsmiiiels in der bercils beschriebenen Reihenfolge stufenweise schließt bzw. bei Tcmpcraturzunahme
des Strömungsmittels in umgekehrter Reihenfolge stufenweise öffnet. Die Verbindung zwischen Wärmefühler 20 und Ventilen 15, 16 und 17 ist in F i g. 2 durch
gestrichelte Linien angedeutet. Einzelheiten einer derartigen Verbindung sind für den Fachmann an sich
bekannt. Die beschriebene selbsttätige Regelung ermöglicht innerhalb der durch die Kühlleistung des
Kiihlturmes bestimmten Grenzen eine konstante Temperatur des rückgckühlien Strömungsmittels.
F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbcispiel, bei welchem das
zur Benetzung der Außenfläche der Wärmeübcrtragungsclcmcntc 2 erforderliche Wasser durch mehr als
eine Pumpe geliefert wird. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Pumpen 9;?, 9b und 9c·
vorgesehen. Die Regelung der Kühleinrichtung erfolgt nun in der Weise, daß für den Betrieb sämtlicher
Zerstäuberdüsen 6 alle Pumpen 9 a. 9b und 1V in Beirieb
gesetzt werden müssen. Soll die Kühlleistung abnehmen, so werden die Pumpen 9./. 9b und 9c nacheinander
ausgeschallet und auf diese Weise der in den Verieilerleilungen 12, 13 bzw. 14 herrschende Druck
derart herabgesetzt, daß die Gruppen der Zerstäuberdüsen 6 in abwärts gerichteter Reihenfolge nacheinander aus dem Betrieb ausscheiden.
Die hydraulischen Kcnnzahlen der Pumpen 9,/.96und
9c sind zu diesem Zweck derart gewählt, daß bei gleichzeitigem Iletrieb aller dieser I'umj en sämtliche
Zerstäuberdüsen 6 unter Druck geselzt werden, während bei Stillstand einer oder mehrerer Pumpen 9a,
9b und 9c der Wasserdruck sinki. so daß höher liegende Zerstäuberdüsen 6 gemäß der Zahl der laufenden
Pumpen 9a.96und 9causgeschaltet werden.
Die Ausführungsbeispiclc gemäß F i g. 2 und 3 können auch miteinander kombiniert werden. In diesem Falle
erfolgt das Ausschalten bzw. F.inschalien der Gruppen von Zerstäuberdüsen 6 durch eine gemeinsame
Betätigung der Ventile 15, 16 bzw. 17 sowie der Pumpen
9a. 9b und 9t'. Es ist aber auch möglich, die Ventile 15,16
und 17 zu schließen und die Anzahl der betriebenen Pumpen 9a. 9b und 9c abzuändern, um die einzelnen
Gruppen von Zerstäuberdüsen 6 ein- bzw. auszuschalten oder die Wasscrlicferung derart zu regeln, daß in
den im Betrieb verbleibenden Zerstäuberdüsen 6 der ihnen entsprechende Druck entsieht.
Claims (4)
1. Kühlturm mit einer kombinierten Kühleinrichtung zum regelbaren Rückkühlen eines Strömungsmittels durch Luft und Kühlwasser, mit einem am -.
unteren Ende des Kühlturnis ausgebildeten, radialen Kühllufteintritt, mit im Bereich des Kühllufteiniritis
angeordneten, vom Strömungsmittel durchströmten Wärmeüberiragungselemenien und mit im Bereich
des Kühllufieintrius angeordneten Zerstäuberdüsen ι» für das Kühlwasser, dadurch gekennzeichnet,
daß die vom rückzukühlenden Strömungsmittel durchströmten Wärmeüberiragungselemente (2)
am Kühllufteintritt übereinander angeordnet sind, daß die Zerstäuberdüsen (6) in Gruppen in ιϊ
verschiedenen Höhenlagen (12, 13, 14) über in verschiedenen Höhenlagen liegenden Bereichen der
Wärmcübcrtragungselemente (2) angeordnet sind, daß die dem Mantel (1) des Kühlturms am nächsten
liegende Gruppe von Zerstäuberdüsen (6) mit ><i
Abstand vom Rajiii der innenobcrflächc des Mantels
(1) angeordnet ist und daß die Kühiwasserbcaufschlagung
der einzelnen horizontalen Gruppen von Zerstäuberdüsen (6) über ihnen zugeordnete Ventile
(15, 16, 17) in abwärts oder aufwärts gerichteter *>
Reihenfolge steuerbar ist.
2. Kühlturm nach Patentanspruch 1. dadurch
gekennzeichnet, daß die dem Mantel (1) des Kühlturms am nächsten liegende Gruppe von
Zerstäuberdüsen (6) etwa um ein Viertel der hi Bauhöhe der Wärmeübcrtragungselemente (2) tiefer
liegt als deren Obeckante.
3. Kühlturm nach Patentanspruch I oder 2.
dadurch gekennzeichnet, daß in der Rücklaufleitung (5) der Wärmcübcrtragungsclcmente(^) ein Wärmefühler
(20) vorgesehen ist, durch den die Ventile (15, 16, 17) der Zerstäuberdüsen (6) bei Temperaturzunahme
des aus den Wärmcübcriragungselememcn
(2) abfließenden Strömungsmittel* in aufwärts gerichteter Reihenfolge der Gruppen nacheinander
stufenweise in Offcnsicllung und bei Temperaturabnahme
in umgekehrter Reihenfolge in Schließstellung steuerbar sind (F i g. 2).
4. Kühlturm nach einem der Patentanspräche I bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Fördern des *·>
Kühlwassers zu den Zerstäuberdüsen (6) mehrere Pumpen (9;/, 9b. 9c) vorgesehen sind, deren
hydraulische Kenn/ahlcn derart gewählt sind, daß bei gleichzeitigem Betrieb aller Pumpen [9a. 9b. 9c)
sämtliche Zerstäuberdüsen (6) mit Kühlwasser » beaufschlagbar und während des Stillsctzcns einer
oder mehrerer Pumpen {9u,9b.9c)und Abnahme des
Wasserdruckes eine oder mehrere Gruppen höher liegender Zerstäuberdüsen (6) gemäß der Zahl der
laufenden Pumpen (9a, 9b. 9c) nicht mehr mit «
Kühlwasser beaufschlagt werden (F i g. J).
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