DE2751111C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen, kombinierten Naß-Trocken-Kühlturm nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein derartiger Kühlturm ist aus der US-PS 39 23 935 bekannt. Dort ist sowohl dem Trockenabschnitt als auch dem Verdunstungskühlabschnitt eine gemeinsame Ventilatoreinrichtung zugeordnet, die die vom Trockenabschnitt kommende heiße, trockene Luft und die vom Verdunstungskühlabschnitt kommende heiße, feuchte Luft in eine Abgabekammer saugt, dort die trockenen und feuchten Luftströme vermischt, die mittels der Ventilatoreinrichtung aus dem Kühlturm in die Atmosphäre abgegeben werden. Der bekannte Kühlturm weist den Nachteil auf, daß er einen hyperbolischen Kamin benötigt, um eine unerwünschte tiefe Ablenkung und Verbreitung der heißen, feuchten Luft, verursacht duch die bestehenden Windströme, zu verringern. Eine derartige tiefe Ablenkung und das Verbreiten der heißen, feuchten Luft bedingt eine Rezirkulation der Luft, was zu einer Erniedrigung des Gesamtkühlvermögens des Kühlturmes führt, ferner sind Niederschläge auf benachbarten Gebäudeteilen zu verzeichnen, was bei kalter Witterung gegebenenfalls zur Eisbildung führt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen kombinierten Naß-Trocken-Kühlturm derart auszubilden, daß er besonders Widerstand gegen die Rezirkulation von erhitzter Abgabeluft in die Lufteinlässe des Turmes bietet und daß das Luftabgabeverhalten dazu dient, die unerwünschte tiefe Ablenkung und Verbreitung von heißer feuchter Abgabeluft beträchtlich zu verkleinern und daß winderzeugte negative Druckturbulenzen am Windabfall des Turmes weggetrieben werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine erste Einrichtung einen Abgabeweg für den durch den Trockenabschnitt geleiteten Luftstrom bildet, wobei die erste Einrichtung eine Vielzahl von nach oben gerichteten Abgabeschächten für die trockene Luft und eine erste Ventilatoreinrichtung aufweist, und daß eine zweite Einrichtung einen Abgabeweg für den durch den Verdunstungskühlabschnitt geleiteten Luftstrom bildet, wobei der zweiten Einrichtung eine zweite Ventilatoreinrichtung zugeordnet ist und einen nach oben gerichteten Abgabeschacht für die feuchte Luft aufweist, wobei die Abgabeschächte für die trockene Luft beabstandet zum Abgabeschacht für die feuchte Luft angeordnet sind und diesen umgeben.

Der Trockenabschnitt des Turmes besteht aus einem Paar hochliegender, schräg orientierter Abteilungen von wasserbefördernden Zuführungen, die an den gegenüberliegenden Seiten der Verdunsterabschnitte für das serienweise Fließen des zu kühlenden heißen Wassers durch die Trocken- und Verdunstungsabschnitte angehoben sind. Der Naß-Trocken-Kühlturm weist einen erhöhten Kühlabschnitt mit Trockenoberfläche, einen darunter befindlichen Verdunstungsabschnitt und Einrichtungen auf für das jeweilige Ziehen von aus der Umgebung kommenden kalten Luftströmen durch Trocken- bzw. Verdunstungsabschnitte und für die Abgabe von heißer trockener Luft aus dem trockenen Oberflächenabschnitt in einer Weise auf, daß wenigstens teilweis die aus den Verdunstungsabschnitten kommende heiße feuchte Luft umgeben wird, was gewährleistet, daß die tiefe Ablenkung und das Verbreiten von innerer, heißer feuchter Luft verringert wird und dadurch Ablagerungen und Korrosionen auf der angrenzenden Anlage vermieden werden. Damit ist gewährleistet, daß heiße feuchte Luft mit der heißen trockenen Luft vor der Abgabe angemessen gemischt wird, so daß irgendwelche Ablagerungen und Korrosionen vermindert werden. Das Mischen von heißer und trockener Luft außerhalb und über dem Turm hemmt überdies die Bildung von sichtbaren Nebelfahnen über dem Turm.

Die getrennten Luftzüge für die Trocken- und die Verdunsterabschnitte des Turmes bewirken, daß die Luftströme, die von jedem der Abschnitte ausgehen, getrennt an die Atmosphäre abgegeben werden können; ferner sind im Turm Wege für die Abgabeluft vorgesehen, um das Vermischen von heißer feuchter Luft aus den Verdunsterabschnitten und von heißer trockener Luft aus den Trockenabschnitten vor der Abgabe der Luftströme in die Atmosphäre zu verhindern, so daß sich die heiße feuchte Luft in einer zentralen, relativ hohen kinetischen energieführenden Säule, die eine maximale Höhe erreicht, bevor eine deutliche Auflösung eintritt, befindet.

Eine der wichtigsten Vorteile der Erfindung besteht darin, daß die vorherrschenden Winde, die durch den Ventilatordurchgang, der zwischen den Verdunsterabschnitten liegt, hindurchtreten und dazu dienen, die winderzeugten negativen Druckturbulenzen und Wirbelströme, die normalerweise bei rechteckigen Türmen aerodynamisch erzeugt werden, zu belüften, wirkungsvoll zu unterbrechen. Eine derartige Belüftung ist äußerst wichtig, um die Rezirkulation der heißen Abgabeluft zurück zu den an der Leeseite des Turmes liegenden Lufteinlässen der Trocken- und der Verdunsterkühlabschnitte zu verkleinern. Die Bodenbelüftung des Turmes mit Hilfe der herrschenden Windströme unter dem Trockenabschnitt und zwischen den Verdunsterabschnitten ist unerwartet wirkungsvoll in der Belüftung und Unterbrechung der Bildung solcher großer Turbulenzen und Wirbelströme, so daß die normalerweise von Innen bewirkte Heißluft-Rezirkulation beträchtlich herabgesetzt wird. Das bisher bei den mit mechanisch zugeführter Zugluft arbeitenden schachtfreien Türmen von rechteckiger Bauart angetroffene Problem der Rezirkulation ist daher zu einem großen Teil gelöst. Die vertikale Aufgabe von heißer trockener Luft aus dem Turm verhindert die zentrale Abgabe von heißer feuchter Luft zu äußerster Ablenkung und Verbreitung in geringeren Höhen, die Ablagerungen und/oder Korrosionen auf den angrenzenden Anlagen verursachen kann. Obwohl diese Erscheinung noch nicht vollständig aufgeklärt ist, wird angenommen, daß die umgebende heiße Trockenluft eine Schranke um die feuchte Luft bildet und so diese nach oben bringt, wo sie sich verbreiten und ohne Schaden anzurichten, dispergieren kann. Selbst bei starken Windverhältnissen, die normalerweise eine starke Ablenkung und Ausbreitung verursachen, wird überdies die feuchte Luft wirkungsvoll mit der umgebenden trockenen Luft vermischt, so daß das ergebende Luftgemisch einen geringeren Feuchtigkeitsgehalt hat. Das Luftabgabeverhalten des Turmes dient auch dazu, um das Problem der Nebel- oder Fahnenbildung über dem Turm wesentlich abzuschalten. Es ist beobachtet worden, daß die getrennten trockenen und feuchten Luftströme, selbst ohne Vorvermischung im Turm, sich angemessen vermischen, um eine sichtbare Fahnenbildung zu verhindern. Der primäre Vorteil der üblichen Masttrockentürme ist daher in der vorliegenden Erfindung erhalten geblieben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen die Zeichnungen in

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Naß-Trocken-Kühlturmes mit mechanisch geregelter Zugluft;

Fig. 2 eine Draufsicht des in Fig. 1 gezeigten Turmes mit weggelassenen Teilen;

Fig. 3 eine Seitenansicht des in Fig. 1 und 2 gezeigten Turmes mit weggelassenen Teilen und

Fig. 4 eine vertikale Schnittansicht längs der Linie 4-4 der Fig. 3 mit bestimmten inneren Einzelheiten des Turmes.

Der Kühlturm 10 mit durch Ventilatoren eingesaugter Luft ist im allgemeinen rechteckig im Aufbau und weist in den Naß-Trocken-Abschnitten hintereinander geschaltete, den Wasserströmungsbahnen parallele Luftwegbahnen auf (Fig. 2). Der Turm 10 umfaßt mehrere, auf Abstand voneinander gehaltene, nasse oder Wasserverdunstungstrimmerabschnitte 12 zusammen mit einem Wasserkühlabschnitt mit trockener Oberfläche 14, der vorzugsweise ein Paar seitlich angeordnete Behälter (Bänke) 16 von indirekten Zwei-Wege-Heißwasser-Wärmerohraustauschern hat, wobei diese in erhöhter Position schräg liegen und wegen der Schwerkraftströmung des Wassers in den Verdunsterabschnitten 12 angeordnet sind. In dem gezeigten Turm 10 sind die verlängerten Behälter 16 voneinander durch aufrechte, quer sich erstreckende Trennwände 18 geteilt, so daß der Turm getrennte, benachbarte Zellen 20 und 22 aufweist. Jede dieser Zellen enthält einen der Verdunsterabschnitte 12 und einen entsprechenden darüberliegenden Teil des Doppelbehälter-Trockenabschnittes 14. Der unbeschränkte Raum zwischen den Verdunsterabschnitten 12 dient als Belüftungsdurchgang 23. Der Turm umfaßt schließlich getrennte, durch 20 und 26 bezeichnete Lüftungseinrichtungen für den Verdunsterabschnitt 12 bzw. den Trockenabschnitt 14 zusammen mit einem darunterliegenden Kaltwasserbecken 28 und einer Rohr- Rücklaufleitung für das Kaltwasser 29.

Jeder Verdunstertrimmerabschnitt 12 hat einen im allgemeinen rechteckigen, kastenförmigen Aufbau und umfaßt ein Paar identischer, auf Abstand gehaltener, gegenüberliegender Verdunstungseinheiten 30, die zusammen mit den lochfreien Seitenwänden 32 eine gemeinsame zentrale Windkammer zwischen diesen bilden. Jede Verdunstungseinheit 30 ist von herkömmlicher Bauart und hat ein zuoberst liegendes, allgemein horizontal sich erstreckendes, mit Öffnungen versehenes Heißwasserverteilungsbecken 36. Jede Verdunstereinheit 30 umfaßt auch die gewöhnlich schräg liegenden, neben der geneigten Lufteinlaßfläche angeordneten Einlaßjalousien 40.

Der Trockenabschnitt 14 umfaßt, wie bereits erläutert, vorzugsweise ein Paar auf Abstand gehaltene identische Behälter 16 mit den das heiße Wasser befördernden indirekten Wärmeaustauschrohrleitungen, die gewöhnlich als Rippenrohre ausgebildet sind. Wie die Fig. 4 zeigt, sind die betreffenden Bänke 16 erhöht über den zentral darunter befindlichen und sich gegenüberliegenden Verdunsterabschnitten 12 angebracht. Die Behälter 16 sind vorzugsweise vom Zwei-Weg-Typ und, wie gezeigt, schräg angeordnet, damit das Fließen des Wassers entsprechend der Schwerkraft in die darunterliegenden Verdunsterabschnitte erleichtert wird. Dies hat den Vorteil, daß ein maximaler Kühleffekt über die Gesamtlänge der Leitungsbänke erhalten wird, während das Erfordernis des Pumpens über den Anschlußkopf bis in den Turm verringert wird. In der besonders bevorzugten Ausführungsform ist jede Bank 16 mit einer für die Abgabe von heißem Wasser geeigneten Zwei-Weg-Syphonschleife versehen, so daß das Erfordernis des Pumpens in den Abschlußkopf verringert wird und ein vollständiges Drainieren der Rohrleitungen ermöglicht wird, um wegen des Frostschutzes bei kaltem Wetter den Turm abzuschalten und dadurch die Zufuhr des Wassers zu den Behältern 16 zu unterbrechen. Das Restwasser in den Bänken 16 fließt aufgrund der Schwerkraft entweder durch die Verdunstungseinheiten oder umgeht dies, so daß dieses Wasser in den Bänken 16 nicht einfriert. Die betreffenden Teile der Zwei-Weg-Rohrleitungen sind vorzugsweise vertikal in Gruppen zusammengefaßt. Der mit Ventilen versehene Heißwassereinlaß 46 ist in üblicher Weise neben dem unteren Ende der obersten Zwei-Weg-Rohrleitungsteile mit den obersten Anschlußköpfen 47 angeordnet, damit ein im wesentlichen gleichmäßiger Wasserstrom über die Behälterlängen 16 gewährleistet ist. Die Rohrleitungen für die Zuführung des heißen Wassers dienen dazu, das Wasser zu den Einlaßrohren 46, die die jeweiligen luftgekühlten Behälter 16 verbinden, zu bringen. Diese Wasserzufuhranordnung gewährleistet es, daß der erste Durchfluß des Wassers durch die Zwei-Weg-Anordnung zuerst über den oberen Rohrleitungsteil und danach durch den untersten Teil derselben erfolgt. Diese Zwei-Weg-Strömungsanordnung wird in der Fig. 4 durch die Pfeile 48 und 50 angegeben. Das Wasser wird dadurch maximal gekühlt, daß die Temperatur des Wassers in den untersten Leitungsrohrteilen sich dann der niedrigsten in den Trockenabschnitt 14 eintretenden Umgebungsluft nähert und die Luft durch und um die Rohrleitungsabschnitte hindurchgeht.

Der Trockenabschnitt 14 enthält auch ein Paar von fast trapezoidförmigen Endwänden 52, ein Paar auf Abstand gehaltener, verlängerter, relativ schmaler Seitenwände 54, eine mit einer Öffnung versehene, allgemein horizontal liegende Ventilatordecke oder Deckwand 56 und eine mit einer Öffnung versehene, allgemeinhorizontale, auf Abstand gehaltene Bodenwand 58, die unmittelbar über den betreffenden Verdunsterabschnitten 12 liegt und diese miteinander verbindet (Fig. 4). Die Endwände 52 und Seitenwände 42 erstrecken sich von den betreffenden Bänken 16 nach oben und bilden mit dem Ventilatordeck 56 der Bodenwand 58 der aufrechten Zwischenwand 18 die betreffenden Luftabgabewege für die Trockenabschnittszellen 20 und 22. Zusätzlich erstreckt sich ein Paar auf Abstand voneinander gehaltener, senkrechter, rohrförmiger Zylinder 60 durch die Bodenwand 58. Die Zylinder 60 erstrecken sich nach oben durch das Ventilatordeck 56, um getrennte Luftabgabewege für die heiße feuchte Luft aus den einzelnen Verdunsterabschnitten 12 zu bilden. Jede Bank 16 und die mit ihr verbundenen Einlässe und Anschlußköpfe 46 und 47 sind in geneigter Lage durch eine Serie auf Abstand voneinander gehaltener Streben 62 getragen. Die verlängerte, allgemein horizontal sich erstreckende für jede Bank vorgesehene Heißwasserzufuhr 64 liefert das benötigte heiße Wasser längs der Gesamtlänge der Bänke. Zu diesem Zweck sind die Zufuhrleitungen mit den mit Ventilen versehenen Einlässen 46 verbunden. Getrennte, abhängige mit Ventilen ausgestattete Umgehungsleitungen 66 sind an den Zwei-Weg-Wärmeaustauschleitungsbänken angeschlossen, die an jedem Verdunstungsabschnitt 12 liegen, so daß die Verdunsterabschnitte, soweit erforderlich, selektiv umgangen werden. Dies gestattet die selektive Benutzung des Turmes nur als einen vollständig indirekten oder Trockenwärmeaustauscher bzw. alternativ als einen Wärmeaustauscher mit Verdunsterabschnitten. Diese beträchtliche Anpassungsfähigkeit ist zur Erhaltung eines engen Temperaturbereiches unter weit variierenden Umgebungsbedingungen wichtig.

Eine Ventilatoranlage 24 mit Einzugsluft ist für jeden Verdunsterabschnitt 12 vorgesehen, die mit dem entsprechenden Luftabgabezylinder 60 in Verbindung steht. Jede Anlage 24 ist auf dem Ventilatordeck 56 angebracht und umfaßt einen elektrischen Antriebsmotor 70 und einen venturiförmigen Wiedergewinnungsschacht 72, der um den Gebläseflügel 68 angeordnet ist, und im wesentlichen mit dem Zylinder 60 zusammenpaßt.

Jeder Trockenzellabschnitt 20 und 22 umfaßt vier lufteinziehende Ventilatoranlagen 26, von den ein jeder etwas größer als die Ventilatoranlage 68 mit zentralem Verdunsterabschnitt ist (Fig. 2). Die Ventilatoranlagen 26 für jede Zelle sind um die zentrale Ventilatoranlage 24 so angeordnet, daß sie diese im wesentlichen umgeben. Jede Ventilatoranlage 26 ist von üblicher Bauart und umfaßt einen rotierbaren Gebläseflügel 74, einen Antriebsmotor 76 und einen die Geschwindigkeit bestimmenden Wiedergewinnungsschacht 78. Wie leicht einzusehen ist, dienen die Ventilatoranlagen 24 und 26 zum Einsaugen der Luft durch die Trocken- und Verdunsterabschnitte bzw. für das Abgeben derartiger Luft zurück an die Atmosphäre. Um die Betriebskontrolle des Turmes zu erhöhen, sind die Ventilatoren vorzugsweise zwei oder mehrstufig ausgebildet und einzeln regelbar.

Beim Betrieb des Turmes 10 wird das zu kühlende Wasser zuerst durch die Zufuhrleitungen 64 und die Einlässe 46 und schließlich in die getrennten Bänke 16 des Trockenabschnittes 14 geleitet. Wie erläutert, geht das heiße Wasser zuerst durch die obersten Rohrleitungsteile nach oben und danach durch die untersten Teile, damit eine möglichst enge Annährung zwischen dem Wasser im Trockenabschnitt 14 und der umgebenden Kühlluft erreicht wird. Auf jeden Fall wird während dieses Durchganges von heißem Wasser durch die Bänke 16 Kühlluft durch den Abschnitt 14 mit Hilfe der zusammengefaßten Ventilatoranlage 26 gesaugt. Dies verursacht einen indirekten merklichen Wärmeaustausch zwischen dem Wasser in den Leitungsbänken 16 und der umgebenden Luftströme, damit das Wasser teilweise gekühlt in heiße trockene Abgabeluft geliefert wird, die in üblicher Weise in im allgemeinen aufrechter Richtung aus den Wiedergewinnungsschächten 78 abgegeben wird. Der Durchgang der Luftströme durch jede Zelle des Trockenabschnittes 14 ist durch die Pfeile 80 angegeben. Das teilweise gekühlte Wasser aus den Bänken 16 fließt dann mit Hilfe der atmosphärischen Luftabgabe in Verdunstereinheiten 30. Das teilweise gekühlte Wasser folgt der Schwerkraft durch den Füllkörper jeder Einheit 30 in normaler Weise. Während dieses von der Schwerkraft bestimmten Fließens wird zusätzlich Kühlluft, wie durch den Pfeil 82 gezeigt, durch die Verdunstungseinheiten 30 mit Hilfe der Ventilatoranlagen 24 gesaugt, um einen direkten, quergerichteten, sich kreuzenden Wärmeaustausch mit dem teilweise gekühlten, unter Schwerkraft fließendem Wasser, zu erreichen. Dieser Wärmeaustausch erzeugt heiße, feuchte Abgabeluft, die durch die betreffenden Windkammern zieht und nach oben durch die Abgabezylinder 60 für senkrechte Abgabe der heißen feuchten Luft parallel zu den Abgabebahnen der heißen trockenen Luft gerichtet ist.

Die Luftabgabewege für die heiße trockene Luft und die heiße feuchte Luft im Turm 10 sind getrennt, damit ein Vermischen von heißer und trockener Luft vor der Abgabe vermieden wird. Überdies ist das Abgabeverhalten derart, daß die heiße feuchte Luft wenigstens teilweise von heißer trockener Luft umgeben ist.

Claims (3)

1. Naß-Trocken-Kühlturm mit einem trockenem Kühlabschnitt, mit mindestens einem Naßkühlabschnitt und mit einer Ventilatoreinrichtung zum Einziehen der umgebenden Kühlluft in die Kühlabschnitte und zum Fördern der erhitzten, feuchten und trockenen Luft durch den Kühlturm, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Einrichtung (18, 52, 54, 56, 58, 78) einen Abgabeweg für den durch den Trockenabschnitt (14) geleiteten Luftstrom bildet, wobei die erste Einrichtung eine Vielzahl von nach oben gerichteten Abgabeschächten (78) für die trockene Luft und eine erste Ventilatoreinrichtung aufweist und daß eine zweite Einrichtung (32, 60) einen Abgabeweg für den durch den Verdunstungskühlabschnitt (12) geleiteten Luftstrom bildet, wobei der zweiten Einrichtung eine zweite Ventilatoreinrichtung (24) zugeordnet ist und einen nach oben gerichteten Abgabeschacht (72) für die feuchte Luft aufweist, wobei die Abgabeschächte (78) für die trockene Luft beabstandet zum Abgabeschacht (72) für die feuchte Luft angeordnet sind und diesen umgeben.

2. Kühlturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von beabstandet angeordneten Verdunstungskühlabschnitten (12) vorgesehen sind, zwischen denen ein im wesentlichen unbehinderter Belüftungsdurchgang (23) gebildet ist.

3. Kühlturm nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlturm einen im wesentlichen rechteckigen Umriß aufweist und die erste Einrichtung trockene Luft im Bereich gegenüberliegender Seiten des Kühlturm sowie die zweite Einrichtung feuchte Luft aus der Mitte des Kühlturms abgibt.