DE2330419C3

DE2330419C3 - Kühleinrichtung mit einer kombinierten Kühleinrichtung zum regelbaren Rückkühlen eines Strömungsmittels durch Luft und Kühlwasser

Info

Publication number: DE2330419C3
Application number: DE2330419A
Authority: DE
Inventors: Ivan Aleksejevič Dipl.-Ing. Moskva Alekssejev; Dipl.-Ing. Dr. Laszlo Forgo; Istvan Dipl.-Ing. Budapest Papp
Original assignee: Transelektro Magyar Villamossagi Kulkereskedelmi; Teploelektroproekt Moskva; TYEPLOELEKTROPROJEKT
Current assignee: Transelektro Magyar Villamossagi Kulkereskedelmi; Teploelektroproekt Moskva; TYEPLOELEKTROPROJEKT
Priority date: 1972-07-03
Filing date: 1973-06-15
Publication date: 1981-06-25
Also published as: FR2237162A1; CH557514A; US3887666A; ZA734175B; YU36224B; BE801839A; DE2330419A1; IT998188B; FR2237162B1; GB1441830A; DD105884A1; AU5722673A; PL87739B1; HU165521B; DE2330419B2; SE414339B; FI61568B; YU181173A; CA985060A; FI61568C

Description

Die Erfindung beiriffi einen Kühlturm mit einer

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.

Wie aus F i g. I >r, sichtlich, sind am Umfang des

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.

Außerdem liegt nun aber noch die höchste Reihe von

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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Palentansprüche:

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).