DE2402181B2 - Vorrichtung zur Wärme- und Stoffübertragung zwischen Flüssigkeiten und Gasen - Google Patents
Vorrichtung zur Wärme- und Stoffübertragung zwischen Flüssigkeiten und GasenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärme- und Stoffübertragung zwischen Flüssigkeiten und
Gasen, bei welcher zwischen einem Flüssigkeitszufluß und einem Flüssigkeitsabfluß eine dem Flüssigkeitsabfluß
zugekehrte filmbildende Flüssigkeitsverteilfläche, sowie sich an diese anschließende und in den
Flüssigkeitsabfluß führende flüssigkeitsabführende Teile vorgesehen sind.
Wie bekannt, findet eine Wärme- und Stoffübertragung in allen Fällen statt, wo Strömungsmittel sich
unmittelbar berühren. Die Wärme- und Stoffübertragung ist u. a. umso wirkungsvoller, je größer die
Kontakt- oder Berührungsfläche zwischen den sich berührenden Mitteln ist. Bei einer bekannten Vorrichtung
dieser Art (GB-PS 10 77 538) strömt die Flüssigkeit aus einem Flüssigkeitszufluß in Form eines horizontal
verlaufenden, mit nach unten gerichteten Bohrungen versehenen Zuflußrohres in einen Behälter, aus dem es
überläuft und während des freien Falls nach unten mit durchströmender Luft in Berührung gebracht wird.
Noch wirkungsvoller ist die Wärme- und Stoffübertragung in den Vorrichtungen sogenannter nasser Kühltürme.
Dort wird das Kühlwasser womöglich gleichmäßig verteilt auf großflächige Einlagen des Kühlturmes
gleitet, an denen das Kühlwasser in der Form eines Filmes unter der Wirkung der Schwerkraft abwärts
strömt, wobei es sich durch Berührung mit strömender Luft abkühlt Eine derartige Kühlturmeinlage ist z. B. in
der ungarischen Patenschrift Nr. ! 54 201 beschrieben.
ίο Das Wesen der bekannten Vorrichtung besteht darin,
daß zwischen einem Flüssigkeitszufluß und einem Flüssigkeitsabfluß eine Flüssigkeitsverteilfläche vorgesehen
ist, die 'dem Flüssigkeitsabfluß zugerichtet liegt und an welcher sich der Flüssigkeitsfilm ausbildet An
is die Flüssigkeitsverteilfläche schließen sich hintereinander
flüssigkeitsabführende Teile an, die zum Flüssigkeitsabfluß führen, so daß jener Teil der über den
Flüssigkeitszufluß zuströmenden Flüssigkeit, der nicht verdampft und deshalb in der Form von Dunst nicht
entweicht (Stoffübertragung), abgekühlt (Wärmeübertragung) über den Flüssigkeitsabfluß entweicht. Die
flüssigkeitsabführenden Teile können z. B. in der Form von Drähten, Bändern, Stangen, Platten, usw, ausgebildet
sein, die durch die herabfließende Flüssigkeit filmartig benetzt werden. Hieraus ergeben sich die
vorteilhaften Eigenschaften der Einlagen.
Bei den bekannten Anordnungen ist aber die Zuführung der Flüssigkeit bzw. die Bildung des Filmes
nicht rest'os gelöst. Erreicht die Flüssigkeit die Flüssigkeitsverteilfläche in der Form eines freien
Strahles, der aus einem Rohr ausgeht, wie z. B. bei der bekannten Vorrichtung gemäß der erwähnten Patentschrift,
müssen die Flüssigkeitszuführrohre notwendigerweise vor den flüssigkeitsabführenden Teilen
angebracht werden, was jedoch bedeutet, daß der Raum unterhalb der Flüssigkeitszuführrohre unausgenützt
bleibt, wodurch der Raumbedarf der Vorrichtung überflüssig groß wird. Wie aus der Praxis hervorgeht,
beträgt der Gesamtraumbedarf der Vorrichtung etwa das Anderthalbfache bis Zweifache jenes Rauminhaltes,
in welchem die Flüssigkeitsverteilfläche und die flüssigkeitsabführenden Teile angebracht werden könnten.
Hierzu kommt, daß ζ. B. bei einem freien Strahl von kreis- oder rechteckförmigem Querschnitt die Dicke und die Geschwindigkeitsverteilung des Flüssigkeitsfilmes sehr ungleichmäßig (inhomogen) ist, weil der Flüssigkeitsstrahl konzentriert an der Flüssigkeitsverteilfläche aufschlägt, wodurch die Entstehung eines
Hierzu kommt, daß ζ. B. bei einem freien Strahl von kreis- oder rechteckförmigem Querschnitt die Dicke und die Geschwindigkeitsverteilung des Flüssigkeitsfilmes sehr ungleichmäßig (inhomogen) ist, weil der Flüssigkeitsstrahl konzentriert an der Flüssigkeitsverteilfläche aufschlägt, wodurch die Entstehung eines
so gleichmäßigen Flüssigkeitsfilmes in voraus unmöglich wird. Die Ungleichmäßigkeit des Flüssigkeitsfilmes wird
durch das beim Aufschlagen auftretende Spritzen und Wirbeln nur noch erhöht.
Zur Bildung eines freien Strahles sind übrigens auch wesentliche Strömungsgeschwindigkeiten erforderlich,
welche nur durch Flüssigkeitszuflußrohre von sehr geringem freiem Querschnitt erreicht werden können.
Derartige Rohre neigen dann wieder zu durch Ablagerungen bedingten Verstopfungen.
Um ein konzentriertes Aufschlagen zu vermeiden, ist es bereits vorgeschlagen worden, ein flaches Rohr oder
einen Spalt zu verwenden, deren Breite jener der Flüssigkeitsverteilfläche gleich ist. Dann werden aber
derart enge Austrittsquerschnitte erhalten, daß eine vorzeitige Verschmutzung unvermeidlich ist. Die erste
Folge der Verschmutzung liegt eben darin, daß der Flüssigkeitsfilm aufhört, homogen zu sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung zur Wärme- und Stoffübertragung zwischen Flüssigkeiten und Gasen zu schaffen, bei welcher
einerseits der Flüssigkeitszufluß innerhalb der vertikalen Projektion der Flüssigkeitsverteilfläche bewirkt und
andererseits die Benetzung der Flüssigkeitsverteilfläche anstatt des gleichsam dynamischen Spritzens unter
Überdruck durch Rieseln, d. h. gleichsam statisch erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Flüssigkeitszufluß aus einem Flüssigkeitsbehäl- ]0
ter besteht, in welchem ein Sturzwehr vorgesehen ist, an
das sich eine mindestens zum Teil gebogene Fläche zur
Zuführung der Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter zur Flüssigkeitsverteilfläche anschließt Es wird gezeigt,
daß durch die Erfindung eine verhäl tnismäßig kompakte Ausführung der Vorrichtung erreicht werden kann, bei
welcher die gleichmäßige Dicke und Geschwindigkeit des Fiüssigkeitsfilmes ohne durch Verschmutzungen
bedingte Gefahr von Verstopfungen, d. h. kontinuierlich gewährleistet werden kann.
Gemäß der Erfindung ist es zweckmäßig, den Flüssigkeitsbehälter durch eine Trennwand vor dem
Sturzwehr in eine Zuflußseite und eine Abflußseite zu unterteilen, wobei Zuflußseite und Abflußseite unter der
Trennwand miteinander verkehren. Auf diese Weise kann der Strömungsfluß gleichmäßiger gemacht werden,
wie dies nachfolgend noch in Einzelheiten ausgeführt wird.
Es ist auch zweckmäßig, wenn die gebogene Fläche aus Abschnitten besteht, welche dem Sturzwehr parallel
liegen und zwischen welchen Abstände von höchstens 5 mm vorhanden sind. Durch diese Maßnahme wird
nämlich das Montieren der Vorrichtung erleichtert.
Die gebogene Fläche kann auch von einer kontinuierlichen Formgebung abweichen, es kann ihr nämlich ein
Polygonquerschnitt gegeben werden, wodurch die Bearbeitung wie auch die Montage einfacher werden.
Der von den Polygonflächen eingeschlossene Winkel darf aber nicht kleiner sein als 120°, da sonst der
Flüssigkeitsfilm von der benetzten Oberfläche abreißen würde.
Die Vorrichtung kann auch so ausgebildet sein, daß der Flüssigkeitsbehälter mit zwei einander gegenüberliegenden
Sturzwehren ausgerüstet ist, welche mittels je einer mindestens zum Teil gebogenen Fläche mit je
einer Flüssigkeitsfläche verbunden sind, wobei die Flüssigkeitsverteilflächen eine spiegelbildartige Anordnung
bilden. Eine derartige Ausführungsform zeichnet sich durch verhältnismäßig hohe spezifische Leistung
aus. so
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert, wo einige Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Vorrichtung dargestellt sind.
F i g. 1 zeigt dabei eine Vorderansicht eines ersten Ausführungsbeispiels.
F i g. 2 ist ein Schnitt gemäß der Linie H-II der Fig. 1.
F i g. 3 stellt einen der F i g. 2 ähnlichen Schnitt einer anderen beispielsweisen Ausführungsform dar.
F i g. 4 zeigt die Vorderansicht eines dritten Ausführungsbeispiels.
F i g. 5 ist schließlich ein Schnitt gemäß der Linie V-V der F i g. 4.
Wie aus der Zeichnung hervorgeht, weist die beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung nach F i g. 1 und 2 in an sich bekannter Weise eine filmbildende Flüssigkeitsverteilfläche tO auf,
an die sich plattenförmige flüssigkeitsabführende Teile anschließen. Einer der letzteren ist in der Zeichnung mit
12 bezeichnet. Die Flüssigkeitsverteilfläche 10 ist einer
Platte 14 zugerichtet, die unterhalb der flüssigkeitsabführenden Teile angebracht und mit einem Ausflußstutzen
16 versehen ist Beim dargestellten Ausführungsbeispiel bilden die Platte 14 und ihr Ausflußstutzen 16 den
Flüssigkeitsabfluß der Vorrichtung. Die flüssigkeitsabführenden Teile 12 führen in diesen Flüssigkeitsabfluß
ohne jedoch den Boden der Platte 14 zu erreichen.
Die Flüssigkeit fließt über Verteilerrohre zu, von denen eines mit 18 bezeichnet ist Unterhalb der
Verteilerrohre 18 ist erfindungsgemäß ein Flüssigkeitsbehälter 20 angeordnet, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel
den Flüssigkeitszufluß der Vorrichtung bildet.
Eine Seite des Flüssigkeitsbehälters 20 ist durch ein Sturzwehr 22 gebildet, dessen Scheitel 2ZA im Sinne der
Erfindung mittels einer gebogenen Fläche 24 mit der Flüssigkeitsverteilfläche 10 verbunden ist
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel schließt sich die gebogene Fläche 24 brechungslos sowohl an den
Scheitel 22Λ des Sturzwehres 22 wie auch an die Flüssigkeitsverteilfläche 10 an.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist ferner im Flüssigkeitsbehälter 20 in der Strömungsrichtung
gesehen vor dem Sturzwehr 22 eine Trennwand 26 vorgesehen, durch die der Flüssigkeitsbehälter 20 in eine
Zuflußseite 28 und eine Ausflußseite 30 unterteilt wird. Diese sind unterhalb der Trennwand 26 und namentlich
beim dargestellten Ausführungsbeispiel über eine öffnung 32 miteinander verbunden.
Die dargestellte beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung arbeitet wie folgt:
Die in Richtung eines Pfeiles 34 über die Verteilerrohre 18 strömende Flüssigkeit, z. B. Kühlwasser gelangt
auf die Zuflußseite 28 des Flüssigkeitsbehälters 20, wobei ihre obere Schicht, die infolge der Zuströmung in
Wirbel- und Wellenbewegung versetzt ist, durch die Trennwand 26 zurückgehalten wird. Ihre untere Schicht
erreicht dagegen über die öffnung 32 bei gleichmäßiger Strömung die Ausflußseite 30, von wo die ruhige obere
Wasserschicht über das Sturzwehr 22 — wie bereits erwähnt — bei gleichmäßiger Strömung auf die
gebogene Fläche 24 und dann von dieser auf die filmbildende Flüssigkeitsverteilfläche 10 gelangt, wo ein
Wasserfilm 36 entsteht
Auf der Flüssigkeitsverteilfläche 10 wird der Wasserfilm 36 durch die flüssigkeitsabführenden Teile zerlegt
und von der Flüssigkeitsverteilfläche 10 in die Platte 14 geleitet. Inzwischen berührt sich der zerlegte Wasserfilm
36 an den durch die flüssigkeitsabführenden Teile 12 bestimmten Flächen mit in Querrichtung 38 strömender
Luft, wobei die Wärme- und Stoffübertragung vor sich geht, indem das Wasser abkühlt und die Luft wärmer
wird und auch den verdampfenden Teil des Wassers mitnimmt
Das abgekühlte Wasser sammelt sich in der Platte 14 an, von wo es über den Ausflußstutzen 16 in Richtung
des Pfeiles 40 entweicht, um als Kühlwasser verwendet zu werden.
Die beispielsweise Ausführungsform gemäß Fig.3
unterscheidet sich von der vorherigen darin, daß ihre gebogene Fläche aus Abschnitten 24/4 und 2AB besteht,
welche durch zum Sturzwehr 22 parallele Erzeugenden begrenzt sind und schmale Spalte einschließen. Einer
dieser Spalte ist in der Zeichnung mit 42 bezeichnet worden. Die Dicke der Spalte 42 beträgt höchstens
5 mm, da sonst die Wasserschicht von der Tragfläche abreißt. Wie erwähnt, bietet eine derartige Anordnung
bezüglich des Einbaues und der Fertigung mehrerlei Vorteile.
Eine weitere Erleichterung besteht darin, daß beim dargestellten Ausführungsbeispiel die gebogene Fläche
der Abschnitte 24/4, 24ß zumindest teilweise einen polygonalen Querschnitt aufweist, wodurch einerseits
die Abmessungen in der Richtung 38 (d. h. die »Tiefe«) der Vorrichtung verrringert und andererseits die
technologischen Einbauerfordernisse gemildert werden konnten. Es muß jedoch darauf geachtet werden, daß
der von zwei Polygonflächen eingeschlossene Winkel nicht kleiner als 120° ist, da sonst, wie ebenfalls schon
erwähnt, der Wasserfilm 36 durch die zentrifugalen und Gravitationskräfte abgerissen werden kann.
In den Fig.4 und 5 ist ein Ausführungsbeispiel in
Zwillingsanordnung dargestellt, wobei Zwillingsbestandteile durch eine Ergänzung der entsprechenden
Bezugszeichen mit den Buchstaben »a« bzw. »Ix voneinander unterschieden sind. Wie ersichtlich, weis
der Flüssigkeitsbehälter 20 zwei einander gegenüberlie gende Sturzwehre 22a und 22b auf, welche durch je ein«
gebogene Fläche 24a bzw. 24b mit je einer Flüssigkeits verteilfläche 10a bzw. 10£>
verbunden sind. Dies« nehmen zur senkrechten Mittelebene 46 der Vorrich
tung spiegelbildlich einander entsprechende Lagen ein Die flüssigkeitsabführenden Teile sind bei dieserr
Ausführungsbeispiel keine Platten, sondern Stäbe odei Stifte 48/4 bzw. 48Ä
Diese beispielsweise Ausführungsform arbeitet in dei
gleichen Weise wie die vorherigen, ihre spezifisch« Leistung beträgt aber offensichtlich praktisch das
Zweifache der einseitigen Auführungen und darin liegi
ihr Vorteil.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Voi richtung zur Wärme- und Stoffübertragung zwischen Flüssigkeiten und Gasen, bei welcher
zwischen einem Flüssigkeitszufluß und einem Flüssigkeitsabfluß eine dem Flüssigkeitsabfluß zugekehrte
filmbildende Flüssigkeitsverteilfläche, sowie sich an diese anschließende und in den Flüssigkeitsabfluß
führende flüssigkeitsabführende Teile vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der
Flüssigkeitszufluß aus einem Flüssigkeitsbehälter (20 besteht, in welchem ein Sturzwehr (22) vorgesehen
ist, an das sich eine mindestens zum Teil gebogene Fläche (24) zur Zuführung der Flüssigkeit aus dem
Flüssigkeitsbehälter (20) zur Flüssigkeitsverteilfläche (10) anschließt
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsbehälter (20) durch
eine Trennwand (26) vor dem Sturzwehr (22) in eine Zuflußseite (28) und eine Abflußseite (30) unterteilt
ist, wobei zwischen Zuflußseite und Abflußseite unter der Trennwand eine Durchlaßöffnung (32)
liegt
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gebogene Fläche aus
Abschnitten (24Λ, 24B) besteht, die in ihrer
Längsausdehnung parallel zum Sturzwehr (22) verlaufen und zwischen denen Spalte (42) von
höchstens 5 mm vorhanden sind (F i g. 3).
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gebogene Fläche
(24,24a, 2Ab) zumindest teilweise einen polygonalen
Querschnitt aufweist, wobei die von den Polygonseiten eingeschlossenen Winkel mindestens 120°
betragen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsbehälter
(20) mit zwei einander gegenüberliegenden Sturzwehren (22a, 22b) ausgerüstet ist, welche
mittels je einer mindestens zum Teil gebogenen Fläche (24a, 24ί^ mit je einer Flüssigkeitsverteilfläche
(10a, tOb) verbunden sind, wobei die Flüssigkeitsverteilflächen
eine spiegelbildartige Anordnung bilden (F ig. 5).
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1975
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---|---|---|---|---|
DE3021202A1 (de) * | 1980-06-04 | 1981-12-10 | Ernst, Günter, Prof.Dr.-Ing., 7500 Karlsruhe | Vorrichtung zum berieseln von rieselplatten mit abzukuehlendem kuehlwasser |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE2402181A1 (de) | 1975-07-31 |
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