DE1601127B2 - Kühlanlage mit einem mit natürlichem Zug arbeitenden Kühlturm - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlanlage mit einem mit natürlichem Zug arbeitenden Kühlturm, bestehend aus einem geschlossenen Mantel, der mittels am unteren Ende angeordneter Stützstreben im Abstand vom Boden gehalten ist, und mit am unteren Ende des Kühlturmes paarweise V-förmig angeordneten Wärmetauschelementen, die jeweils aus einer Vielzahl von parallel zueinander und zu der Scheitellinie der V-Form verlaufenden gerippten Rohren bestehen, welche eine Verbindung zwischen einer Eintrittskammer und einer Austrittskammer bilden, bei der die paarweise V-förmig angeordneten Wärmetauschelemente gruppenbildend aneinandergereiht sind, und bei der Dichteinrichtungen zwischen dem Mantel des Kühlturms und den Wärmetauschelementen angeordnet sind.

Mit Kühltürmen ausgerüstete Kühlanlagen werden beispielsweise in mit Dampfturbinen ausgerüsteten Elektrizitätswerken verwendet. Dabei wird der aus den Dampfturbinen auftretende Abdampf zunächst in einem geeigneten Kondensator kondensiert. Das Kondensat wird sodann in der Kühlanlage gekühlt und kann anschließend erneut verwendet werden.

Es sind zwei unterschiedliche Typen von mit natürlichem Zug arbeitenden Kühlanlagen bekannt. Der eine Typ ist der sogenannte »nasse« Typ, bei welchem das Kondensat von oben nach unten durch den Kühlturm hindurchgeführt wird und dabei im Wärmeaustausch durch direkten Kontakt mit der von unten nach oben durch den Kühlturm strömenden Luft steht. Der andere Typ ist der sogenannte »trockene« Typ, bei welchem das zu kühlende Kondensat durch Wärmetauschelemente hindurchgeleitet wird, wobei es im Wärmeaustausch durch indirekten Kontakt mit der durch den Kühlturm hindurchstreichenden Luft steht.

Es ist eine gattungsmäßige Kühlanlage letzteren

ίο Typs mit einem mit natürlichem Zug arbeitenden trokkenen Kühlturm bekanntgeworden, dessen paarweise V-förmig angeordnete Wärmetauschelemente auf einem Niveau unter dem Mantel am Umfang der Grundrißfläche des Kühlturms angeordnet sind, wobei

iS die Scheitellinien der V-Form jeweils vertikal verlaufen, so daß die Rohre der Wärmetauschelemente in der Draufsicht gesehen zickzackförmig um den genannten Umfang herum stehen. Eine derartige Kühlanlage ist beispielsweise in der Zeitschrift »The South African

ao Mechanical Engineer«, Februar 1960, S. 158 bis 179, oder in der Zeitschrift »English Electric Journal«, Januar/Februar 1965, S. 22 bis 33, beschrieben.

Die bekannte Kühlanlage mit dem vorstehend beschriebenen Kühlturm ist bezüglich ihrer Arbeitsweise

as außerordentlich windempfindlich. Wird die bekannte Kühlanlage nämlich aus einer bestimmten Windrichtung mit Luft angeströmt, dann vermindert sich die Windgeschwindigkeit an dem in Windrichtung gesehen vorn liegenden Abschnitt von Wärmetauschelementen, während sich die Geschwindigkeit der Luft in der Windrichtung an den Seiten des Kühlturms erhöht. Da der aus dem statischen und dem dynamischen Druck bestehende Gesamtdruck der Luftströmung bekanntlich im wesentlichen konstant bleibt, wenn Reibung vernachlässigt wird, ergibt sich mithin an der in Windrichtung in vornliegender Seite des Kühlturms auf Grund der vorstehend beschriebenen Verlangsamung der Luftströmung und des damit gegebenen geringeren dynamischen Druckes ein erhöhter statischer Druck, während an den Seiten des Kühlturms auf Grund des erhöhten dynamischen Druckes der statische Druck abfällt. Der unterschiedliche statische Druck führt zwahgläufig zu einer ungleichmäßigen Luftströmung durch die Wärmetauschelemente, welche in höchstem Maße unerwünscht ist. Bei zwei in Windrichtung gesehen an den Seiten der Kühlanlage angeordneten benachbarten Wärmetauschelementen kann an der Auslaßseite des dem Wind zugekehrten Wärmetauschelementes der dynamische Druck so hoch werden, daß die Luftströmung an dem dem Wind abgekehrten Wärmstauschelement ganz beträchtlich herabgesetzt oder sogar in der Strömungsrichtung umgekehrt werden kann.

Die vorstehend beschriebene Verschlechterung der Kühlanlagenthermik auf Grund der ungleichmäßigen Verteilung des statischen Drucks kann bereits bei verhältnismäßig niedrigen Windgeschwindigkeiten zu einer beachtlichen Verschlechterung der Kühlleistung führen, so daß die Austrittstemperatur des Kaltwassers bereits bei diesen Verhältnissen wesentlich über dem erzielbaren Wert liegen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte gattungsmäßige Kühlanlage unter Vermeidung ihrer Nachteile zu verbessern, und eine derartige Kühlanlage zu schaffen, bei der die nachteilige Wirkung des Windes vermieden oder zumindest beträchtlich herabgesetzt ist.

Als Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Wärmetauschelemente und die Dicht-

einrichtungen im Bereich des Eintritts des Kühlturmmantels mit Abstand vom Boden angeordnet sind und die horizontale Querschnittsfläche des Kühlturmes abdecken und daß die Scheitellinien der V-Form parallel oder schräg zur Horizontalebene verlaufen.

Es wurde nämlich gefunden, daß bei einer horizontalen bzw. schrägen Anordnung der gerippten Rohre der Wärmetauschelemente und deren Anordnung mit Abstand vom Boden die Luft über die gesamte von Wärmetauschelementen belegten Fläche der Kühlanlage annähernd gleichmäßig aufgeheizt wird, wodurch ein kalter, die Luft nach unten zurückführender Luftkern vermieden wird, wie er bei der bekannten Kühlanlage auftreten kann, wo er den effektiven Zug herabsetzen würde.

Hinzu kommt, daß die erfindungsgemäße Anordnung der Rohre eine ungleichmäßige Luftströmung auch bereits dadurch vermeidet bzw. erheblich herabsetzt, daß bei einer Verminderung der Luftströmung durch einen bestimmten Bereich der Wärmetauschelemente ein Temperaturanstieg der Luft über den Rohren dieses Bereiches erfolgt, wodurch sich der vorhandene Zug A zwangläufig erhöht, so daß es zu einer stärkeren Luft-

* strömung und damit zwangläufig zu der erwünschten Gleichmäßigkeit kommt. Diese selbsttätige Vergleichmäßigung der Luftströmung über die Querschnittsfläche des Kühlturmes findet selbstverständlich auch bei umgekehrten Verhältnissen statt, die dann vorliegen, wenn in einem bestimmten Bereich eine verstärkte Luftströmung auftritt. Eine solche verstärkte-Luftströmung setzt zwangläufig die Lufttemperatur über diesen bestimmten Bereich herab, so daß es damit zu einer Verminderung der Luftströmung und damit ebenfalls zu der gewünschten Vergleichmäßigung kommt.

Eine umgekehrt V-förmige, d. h. also eine -förmige, Ausbildung von Wärmetauschelementen ist zwar aus der DT-AS 1 072 635 für Kühlvorrichtungen an sich bekannt. Diese bekannte Anordnung betrifft jedoch keine Kühlanlage für einen mit natürlichem Zug arbeitenden Kühlturm, sondern eine Kühlvorrichtung, bei welcher die erforderliche Bewegung des Kühlmittels Luft durch Ventilatoren erzeugt wird.

Das Ziel der bekannten Vorrichtung besteht darin,

* ein Wiederansaugen der erwärmten Abluft durch die .^: Lüfter zu vermeiden, was nämlich vorkommen kann, wenn der kalte Einlaßbereich für die kühle Luft und der warme Auslaßbereich für die erwärmte Abluft nicht hinreichend voneinander getrennt sind. Eine solche Trennung ist aber bei der hier vorliegenden Gattung von Anlagen durch den Kühlturmmantel, die Wärmetauschelemente selbst sowie die Dichteinrichtungen zwischen dem Kühlturmmantel und den Wärmetauschelementen von selbst gegeben, so daß es zu diesem Problem nicht kommen kann.

Ein wesentlicher weiterer Unterschied zu der hier vorliegenden Gattung von Kühlanlagen und damit zum Erfindungsgegenstand besteht darin, daß die Rohre der Wärmetauschelemente in Richtung der Schenkel »A« und damit rechtwinklig zur Scheitellinie des »A« verlaufen und nicht wie bei gattungsmäßigen Kühlanlagen parallel zu der Scheitellinie. Die Rohre verbinden parallel zur Scheitellinie der -Form verlaufende Sammler. Durch diese Rohranordnung ergeben sich mithin bei annähernd gleicher Abmessung eine -förmigen bzw. V-förmigen Wärmetauschelemente kürzere, etwa im Winkel von 45° zur Vertikalen stehende Rohre als bei gattungsmäßigen Kühlanlagen, was ersichtlich zwangläufig zu größeren Kosten führt.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Gruppen von Wärmetauschelementeri auf unterschiedlichen Höhenniveaus angeordnet sind, wobei am Rand angeordnete Gruppen höher liegen als weiter zur Mitte hin angeordnete.

Die vorteilhafte Wirkung einer solchen Anordnung ergibt sich aus dem Umstand, daß bei Windstille die Geschwindigkeit der Luft, die an der Unterseite der Wärmetauschelemente vorbeiströmt, zur Mitte des

ίο Kühlturmes hin abnimmt und in der Mitte annähernd zu Null wird, so daß der statische Druck radial von außen nach innen zunimmt. Bei einer Kühlanlage, bei der sämtliche Wärmetauschelemente mit gleichem Abstand vom Boden angeordnet sind, würde diese Erscheinung mithin dazu führen, daß relativ mehr Luft zu den inneren Wärmetauschelementen fließt als zu den äußeren. Liegen aber die näher zur Mitte hin angeordneten Wärmetauschelemente auf einem niedrigeren • Höhenniveau als die näher am Rand des Kühlturms hin

ao angeordneten Wärmetauschelemente, so bewirkt dieses auf Grund des mit fallendem Höhenniveau ansteigenden Widerstandes zur Luftströmung an der Unterseite der Wärmetauschelemente vorbei eine Verringerung des Gesamtdruckes mit konsequenter Verminde-

a5 rung des statischen Drucks unter den niedriger angeordneten Wärmetauschelementen. Diese Herabsetzung des statischen Druckes wirkt gegen die Tendenz der Erhöhung des statischen Drucks in der Nähe der Mitte und wirkt damit auf einen Ausgleich des statisehen Drucks unter der gesamten von Wärmetauschelementen besetzten Fläche hin und letztlich zu der erstrebten gleichmäßigen Anströmung der Wärmetauschelemente mit Luft.

Entsprechendes gilt, wenn keine Windstille herrscht.

In einem solchen Fall wird die Widerstandskraft gegen eine Luftquerströmung unterhalb der Wärmetauschelemente ebenfalls erhöht, so daß die Strömungsgeschwindigkeit entsprechend herabgesetzt und der dynamische Druck auf einem verhältnismäßig geringen Wert gehalten wird. Der hierdurch zustande kommende statische Druck reicht dann aus, um eine ausreichende Luftmenge annähernd gleichmäßig zwischen den Rohren hindurchzutreiben.

Bevorzugt ist vorgesehen, daß die mittleren Gruppen von Wärmetauschelementen in Form eines Quadrates angeordnet sind und die Scheitellinien der Wärmetauschelemente der äußeren Gruppen im wesentlichen radial verlaufen. Durch eine solche Anordnung wird ein gedrungener Aufbau erreicht, wobei gleichzeitig für Wartungsarbeiten ein guter Zugang zu den Sammelrohren ermöglicht ist.

Die Erfindung und bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf eine Zeichnung weiter erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht eines mit natürlichem Zug arbeitenden Kühlturms,

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht der Rahmenkonstruktion zum Abstützen der Wärmetauschelemente, wobei nur ein Teil der Wärmetauschelemente eingezeichnet ist, und

F i g. 3 eine F i g. 2 entsprechende Ansicht, in welche sämtliche Wärmetauschelemente eingezeichnet sind, und wobei der untere Endabschnitt des Kühlturms ausschnittsweise dargestellt ist.

F i g. 1 zeigt eine seitliche Außenansicht eines mit natürlichem Zug arbeitenden Kühlturms t. Der Kühlturm 1 besteht aus einem hyperbolischen geschlossenen

Mantel, der mittels am unteren Ende 2 angeordneter Stützstreben 5, die zusammen eine umlaufende Stützkonstruktion 4 ergeben, im Abstand vom Boden 3 gehalten ist.

Am unteren Ende 2 des Kühlturms 1 ist im Kühlturm 1 ein in F i g. 1 nicht erkennbarer Wärmetauscher angeordnet, der die horizontale Querschnittsfläche des Kühlturms 1 im wesentlichen überdeckt. Die nicht von Wärmetauschelementen überdeckten Abschnitte der Querschnittsfläche sind durch Dichteinrichtungen ausgefüllt, wie dieses nachstehend unter Bezugnahme auf die F i g. 2 und 3 noch näher beschrieben wird.

Die Wärmetauschelemente sind jeweils paarweise V-förmig angeordnet und bestehen aus einer Vielzahl von parallel zueinander sowie parallel zu der Scheitellinie der V-Form verlaufenden gerippten Rohren 7. Die Scheitellinien der V-Formen verlaufen jeweils horizontal. Die Rohre 7 laufen in Sammelrohre 8 ein, die eine Eintrittskammer und eine Austrittskammer biltien. Paarweise V-förmig angeordnete Wärmetauschelemente sind gruppenbildend aneinandergereiht und bilden mehrere mit A, B, C, D, fund F bezeichnete Gruppen.

Die Rohre 7 jedes Wärmetauschelementes sind jeweils auf einem V-förmigen Rahmen 6 angeordnet, von denen beispielsweise die Wärmetauschelementengruppe A sieben parallel nebeneinander angeordnete Rahmen 6 umfaßt. Aus F i g. 3 ist erkennbar, daß die Rahmen 6 der Gruppen A und C parallel zueinander liegen. Die Rahmen 6 der Wärmetauschelementengruppen B und D liegen auf dem gleichen Höhenniveau rechtwinklig zu den Rahmen 6 der Gruppen A und C. Dagegen sind die Rahmen 6 der weiter zur Mitte hin angeordneten Gruppen E und F, deren Wärmetauschelemente etwa in Form eines Quadrates angeordnet sind, auf einem tieferen Höhenniveau angeordnet als die äußeren Gruppen A bis D, deren Wärmetauschelemente im wesentlichen radial verlaufen.

Insbesondere aus F i g. 2 ist erkennbar, daß die aus den Rippenrohren 7 und den Sammelrohren 8 bestehenden Wärmetauschelemente auf eine aus Beton bestehende Stützkonstruktion aufgebracht werden, die aus zahlreichen vertikal und horizontal verlaufenden Trägern besteht.

F i g. 2 zeigt diese Konstruktion in verschiedenen Bauphasen, wobei im vorderen und mittleren Abschnitt die V-förmigen Rahmen 6 noch nicht aufgebracht sind, während sie bei der Gruppe B bereits montiert sind. Die Gruppe A ist bereits vollständig fertig montiert.

F i g. 3 zeigt die Kühlanlage mit in allen Gruppen A bis F fertig montierten Wärmetauschelementen. Es ist erkennbar, daß die nicht von den Wärmetauschelementen ausgefüllte Querschnittsfläche des Kühlturms von Dichtplatten 9 und 10 ausgefüllt ist, um so zu verhindern, daß die Luft an den Wärmetauschelementen vor-

>° beistreicht, ohne zur Kühlung des Kondensates beizutragen.

Im Betrieb strömt Luft von außen durch die Stützstreben 5 in den unteren Abschnitt des Kühlturms 1 ein und gelangt in den nach unten durch den Boden 3 und

*5 nach oben durch die Unterseite der Wärmetauschelemente begrenzten Raum. Die eingeströmte Luft strömt aus diesem Raum durch die Wärmetauschelemente nach oben hindurch und kühlt dabei das in den Rohren 7 der Wärmetauschelemente fließende Kondensat ab.

^ao Um die erstrebte Luftströmung zu erzielen und die Kühlwirkung möglichst optimal auszunutzen, sind außer den am Randabschnitt angeordneten Dichtplatten 9, tO an den äußeren Enden der Wärmetauschelemente noch jeweils Dichtplatten 11 vorgesehen. Weite-

»5 re Dichtplatten 12 befinden sich an den innenliegenden Enden der Wärmetauschelemente, wobei in F i g. 3 lediglich die entsprechenden Dichtplatten 12 der Gruppen A und B eingezeichnet sind. Schließlich sorgen Dichtplatten 13,14 und 15 für eine Abdichtung weiterer freier Flächenabschnitte.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß das übrige Rohrleitungssystem einschließlich der vom und zum Kondensator führenden Rohre der besseren Übersicht halber in der Zeichnung nicht dargestellt worden ist.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Kühlanlage besteht darin, daß auf Grund der Anordnung und Ausbildung der Wärmetauschelemente ein weitgehend gleichmäßiger Luftstrom über die von Wärmetauschelementen besetzte Querschnittsfläche des Kühlturms zu erzielen ist, wodurch die Kühlleistungsfähigkeit der Kühlanlage nahezu optimal auszunutzen ist. Dieser Effekt wird wie oben erklärt noch dadurch verbessert, daß die Wärmetauschelementengruppen E und F, die in der Mitte des Kühlturms liegen, auf einem tieferen Höhenniveau angeordnet sind als die weiter zum Rand hin liegenden Gruppen A bis D.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Kühlanlage mit einem mit natürlichem Zug arbeitenden Kühlturm, bestehend aus einem geschlossenen Mantel, der mittels am unteren Ende angeordneter Stützstreben im Abstand vom Boden gehalten ist, und mit am unteren Ende des Kühlturms paarweise V-förmig angeordneten Wärmetauschelementen, die jeweils aus einer Vielzahl von parallel zueinander und zu der Scheitellinie der V-Form verlaufenden gerippten Rohren bestehen, welche eine Verbindung zwischen einer Eintrittskammer und einer Austrittskammer bilden, bei der die paarweise V-förmig angeordneten Wärmetauschelemente gruppenbildend aneinandergereiht sind, und bei der Dichteinrichtungen zwischen dem Mantel des Kühlturms und den Wärmetauschelementen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschelemente (A bis F) und die Dichteinrichtungen (9 bis 15) im Bereich des Manteleintritts (2) mit Abstand vom Boden (3) angeordnet sind und die horizontale Querschnittsfläche des Kühlturms (1) abdecken und daß die Scheitellinien der V-Form parallel oder schräg zur Horizontalebene verlaufen.

2. Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen (A bis F) von Wärmetauschelementen auf unterschiedlichen Höhenniveaus angeordnet sind, wobei am Rand angeordnete Gruppen (A bis D) höher liegen als weiter zur Mitte hin angeordnete (E, F)

3. Kühlanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mittleren Gruppen (E, F) von Wärmetauschelementen in Form eines Quadrates angeordnet sind und die Scheitellinien der Wärmetauschelemente der äußeren Gruppen (-4 bis D) im wesentlichen radial verlaufen.