DE2554646A1

DE2554646A1 - Waermeaustauschrohr aus kunststoff

Info

Publication number: DE2554646A1
Application number: DE19752554646
Authority: DE
Inventors: Donn B Furlong
Original assignee: Ecodyne Corp
Current assignee: Ecodyne Corp
Priority date: 1974-12-20
Filing date: 1975-12-04
Publication date: 1976-07-01
Also published as: BR7506331A; AU8454875A; ES441837A1; IT1052873B; GB1511718A; CH592265A5; US4132264A; FR2295395B1; SE7514197L; DK506175A; FR2295395A1; NL7511069A; AR205405A1; NO753629L; JPS5179037A; NO139651C; BE834438A; ZA755578B; NO139651B

Description

betreffend
Wärmeaustauschrohr aus Kunststoff.

Die Erfindung betrifft ein Wärmeaustauschrohr aus Kunststoff, das insbesondere zur Verwendung bei grossen Kühltürmen der trockenen oder nass/trockenen Bauart geeignet ist.

Heutzutage ist eine Tendenz in Richtung auf die Trockenkühlung und Nass/Trockenkühlung festzustellen, was auf die der Nasskühlung entgegenstehende öffentliche Meinung in den durch Abtriebsströmung und Ablagerungen abgegebener Stoffe beeinträchtigten umliegenden Gebieten sowie auf den Gesichtspunkt der Verfügbarkeit von Zusatzwasser und Ablasswasser zurückzuführen ist. Trotz der Umweltvorteile, welche Kühltürme der trockenen und der nass/trockenen Bauart bieten, werden diese Türme wegen der relativ hohen Investitutionskosten und der Wahrscheinlichkeit, dass die bisher für den Wärmeaustausch verwendeten metallischen Rippenrohre durch chemische Einwirkung von atmosphärischen Wirkstoffen korrodieren, nicht allgemein verwendet.

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Die Erfindung ist auf ein Wärmeaustauschrohr aus Kunststoff gerichtet, das sich auf einfache Weise anstelle der bisher verwendeten metallischen Rippenrohre für den Wärmeaustausch einbauen lässt. Die Verwendung solcher Kunststoffrohre setzt die Investitutionskosten der mit ihnen versehenen Trocken- und Nass/Trockentürme wesentlich und in einem solchen Maße herab, dass die Türme preislich wettbewerbsfähig mit den bekannten Nass/Kühltürmen sind, wobei die Korrosionsprobleme der bisher verwendeten Trocken- und Nass/Trockentürme beseitigt sind.

Trotz der bekannten niedrigen Wärmeleitfähigkeit von Kunststoffen, die im Grössenbereich von O,2?o bis 10 % der Wärmeleitfähigkeit der üblicherweise für Wärmeaustauschrohre verwendeten Metalle liegt, wurden bereits in Wärmeaustauschanlagen Rohre aus organischen Polymeren mit einem wirksamen Wärmeaustausch zwischen Strömungsmittelmengen verwendet. Die bisher verwendeten Wärmeaustauschrohre aus Kunststoff wurden aus thermoplastischen Materialien oder aus anderen bekannten Arten von organischen Polymeren in der Form von hohlen Drähten hergestellt, die einen sehr genauen kleinen Durchmesser und sehr dünne im wesentlichen glatte Wandlfächen aufweisen. Diese Hohldrähte bzw. Rohre sind wesentlich kleiner als die metallischen Wärme austausehröhre, die üblicherweise in grossen Trocken- und Nass/Trockenwärmeaustauschern verwendet v/erden und lassen sich daher nicht auf einfache Weise an deren Stelle einbauen.

Es ist auch bereits bekannt, die Wärmeleitfähigkeit von Kunststoffrohren dadurch nennenswert zu erhöhen, dass verschiedene Metallpulver dem Kunststoff während der Herstellung beigemischt v/erden. Die hier und in den Ansprüchen verwendete Bezeichnung Kunststoff soll dementsprechend auch eine Mischung aus Kunststoff mit Metallpulvern umfassen.

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Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein Wärmeaustauschrohr zur zur Verwendung bei der Trockenkühlung und Nass/Trockenkühlung zu schaffen, das in der Herstellung wesentlich billiger als die bisher verwendeten metallischen Rippenrohre ist. Dabei soll das Wärmeaustauschrohr nicht korrodieren, wenn es den Wirkstoffen aus der Umgebung ausgesetzt ist. Ferner soll das WärmBaustauschrohr eine bessere Wärmeübertragung als die bisher verwendeten Kunststoffröhre für den Wärmeaustausch aufweisen. Schliesslich soll das erfindungsgemässe Wärmeaustauschrohr Wärmeübertragungseigenschaften und eine Festigkeit aufweisen, die seinen Einbau anstelle der metallischen Wärmeaustauschrohre möglich macht, die gegenwärtig in grossen Trocken- und Nass/-Tockenkühltürmen verwendet werden.

Dieses wird in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch ein einstückiges-Wärmeaustauschrohr aus Kunststoff erreicht, das einen rohrförmigen Mittelabschnitt aufweist, üb.er dessen im wesentlichen ganze Länge und um den herum sich ein seitlich offener Kanalabschnitt schraubenlinienförmig erstreckt, dessen offene Seite in Verbindung mit dem Inneren des Mittelabschnitts steht. Der Kanalabschnitt hat eine zweifache Funktion. Er soll die Wärmeübertragungsfläche des Rohrs wesentlich steigern und eine Turbulenz bewirken, so dass eine laminare Strömung von Flüssigkeit durch das Rohr verhindert wird. Eine Versteifung erstreckt sich durch den Mittelabschnitt und ist vorzugsweise mit diesem einstückig verbunden, wodurch .das Rohr Längsfestigkeit erhält. In der bevorzugten Ausführungsform umfasst die Versteifung mehrere Rippen, die sich von der Mittelachse des Rohrs radial nach aussen zum Kanalabschnitt erstrecken und zugleich innerhalb des Mittelabschnitts des Rohrs in Längsrichtung verschraubt sind. Wegen der Versteifung können der Kanalabschnitt und der Mittelabschnitt mit dünneren Wandstärken ausgebildet werden, was zu einer verbesserten Wärmeübertragung und zu Materialeinsparungen bei der Herstellung des Rohres führt. Die Versteifung führt ferner zu einem zusätzlichen Turbulenzeffekt auf die das Rohr durchströmende Flüssigkeit, wodurch einer

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Laminarströmung weiter entgegengewirkt und dementsprechend die Wärmeübertragungseigenschaften des Rohres verbessert werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung einen Teil eines beispielhaft angeführten Nass/Trockenkühlturms einer Bauart, bei der eine Verwendung der erfindungsgemässen Wärmeaustauschrohre aus Kunststoff in Betracht kommt;

Fig. 2 in Seitenansicht ein erfindungsgemässes Wärmeaustauschrohr aus Kunststoff zusammen mit einer Montageanordnung zum Einbauen des Rohrs in einen Kühlturm der Bauart gemäss Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht des Wärmeaustauschrohrs gemäss Fig. 2;

Fig. k- in Seitenansicht die Versteifung des Wärmeaustauschrohrs gemäss Fig. 2;

Fig. 5 einen Teilschnitt längs Linie 5-5 in Fig.' 3;

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform des Wärmeaustauschrohrs aus Kunststoff;

Fig. 7 einen vergrösserten Teilschnitt längs Linie 7-7 in Fig. 6.

Das in Fig. 2 dargestellte Wärmeaustauschrohr 10 aus Kunststoff wird gemäss Fig. 1 bei einem Nass/Trockenkühlt urin 12 verwendet, der ein Beispiel für den Rahmen abgibt, mit dem die Erfindung im Zusammenhang steht. Es sei jedoch hervorgehoben, dass die erfindungsgemässen Wärmeaustauschrohre auch in anderen bekannten Bauarten von Nass/Trocken- und Trockenkühlanlagen sowohl mit mechanischem Zug wie mit natürlichem Zug verwendet v/erden können.

In Fig. 1 ist ein Teil eines beispielhaft angeführten Nass/Trockenkühlturms 12 dargestellt. Der Turm 12 umfasst ein

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Gehäuse 13 mit einer Oberseite 14, die ein Verteilerbecken 16 für heisses V/asser bildet. Flüssigkeit wie z.B. zu kühlendes Wasser wir durch eine Verteilerleitung 18 und einen Verteilerkasten 19 in das Verteilerbecken 16 gepumpt. Unmittelbar unterhalb des Beckens 16 ist ein Trockenkühlabschnitt 22 angeordnet, der viele senkrecht angeordnete Wärmeaustauschrohre 10 aus Kunststoff umfasst. Die Rohre 10 sind in mehreren sich" quer erstreckenden Reihen angeordnet und zwischen einem Boden 17 des Beckens 1b und einer waagerechten Trennwand 26 eingebaut. Flüssigkeit aus dem Becken 16 strömt durch die Rohre 10 nach unten und wird dabei über einen Nass/Kühlabschnitt 30 verteilt, der unmittelbar darunter angeordnet ist. Nach'dem Herabströmen durch eine Packung 32 aus Füllkörpern, die innerhalb des Nassabschnitts 30 unterstützt v/ird, \tfird die gekühlte Flüssigkeit in einem Kaltwasser-Sammelbecken 34 gesammelt, um der Verwendungsstelle zugeführt zu v/erden.

Kühlluft aus der Umgebung wird mit Hilfe eines nicht dargestellten Ventilators, der im Ventilatorkamin 36 rotiert, seitlich durch den Turm angesaugt. Die Luft tritt nacheinander durch Öffnungen zwischen Einlassjalousien 40, die getrennt sowohl dem Trockenabschnitt 22 wie dem Nassabschnitt 30 zugeordnet sind, und strömt dann durch den Trockenabschnitt 22 bzw. den Nassabschnitt. Die Abluft des Trockenabschnitts 22 und die Abluft des NassabSchnitts 30 werden in der Gesamtkammer 42 gemischt, bevor sie vom Turm 12 über den Kamin 36 an die Atmosphäre abgegeben werden. Verstellbare Jalousien 44 und 46 können vorgesehen sein, um das Mischungsverhältnis der aus dem Trockenabschnitt 22 und dem Nassabschnitt 30 in die Gesamtkammer 42 austretenden Luftströme zu steuern.

Ein erfindungsgemässes Wärmeaustauschrohr 10 aus Kunststoff ist mit einer bevorzugten AusfUhrungsform in Fig. 2 bis 5 dargestellt. Das Rohr 10 umfasst einen rohrförmigen Mittelabschnitt 50, über dessen im wesentlichen gesamte Länge und

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um den herum sich ein seitlich offener Kanalabschnitt 52 schraubenlinienförmig erstreckt. Die offene Seite 54 des Kanalabschnitts 52 steht in Strömungsverbindung mit dem Inneren des Mittelabschnitts 50, so dass durch den Mittelabschnitt 50 strömende Flüssigkeit frei in den Kanalabschnitt eintreten und wieder austreten kann, und zwar im wesentlichen über die gesamte Lange des Kanalabschnitts 52. Eine einstückig angoformte Versteifung 5ö erstreckt sich durch den Mittelabschnitt 50. Die Versteifung 56 besteht aus einem Kern 58, der sich längs der Mittelachse des Rohrs 10 erstreckt, und aus mehreren Rippen 60, die sich vom Kern 58 radial nach aussen erstrecken und mit der Innenwand des Mittelabschnitts 50 verbunden sind. Wie am besten aus Fig. und 4 zu ersehen ist, sind die sich in Längsrichtung durch den Mittelabschnitt 50 erstreckenden Rippen 60 verschraubt.

Bei einem Beispiel für die Abmessungen des .■Wärmeaustauschrohrs 10 ist der Mittelabschnitt 50 mit einem Durchmesser von etwa 25 nun ausgeführt, und der Kanalabschnitt 52 v/eist einen Aussendurchmesser von etwa 52 nun auf. Der Kanalabschnitt 52 wird von Seitenwänden 62 und 64 sowie von einer gekrümmten Stirnwand 66 gebildet, wie es aus Fig. 5 zu ersehen ist. Die Stärke der Wände 62, 64 und 66 beträgt etwa 0,8 mm. Die Seitenv/ände 62 und 64 sind in Erstreckungsrichtung vom Mittelabschnitt 50 nach aussen aufeinander zugeneigt, so dass sie beim Zusammentreffen mit der Stirnwand 66 einen Abstand von etwa 1,5 mm und beim Zusammentreffen mit dem ^ittelabschnitt 50 einen Abstand von etwa 2,5 mm aufweisen. Die Rippen 60 der Versteifung 56 sind etwa 0,8 mm dick und sind mit einer Ganghöhe von etwa '33 cm verschraubt.

In Fig. 2 ist die Abstützung der Rohre 10 zwischen dem Boden 17 und der Trennwand 26 dargestellt. Eine obere Fassung 70 erstreckt sich durch eine Öffnung 71 im Boden 17 und genügt einer doppelten Funktion.Als Düse leitet sie zu kühlende Flüssigkeit aus dem Becken 16 in das Rohr 10, und ferner stützt sie das Rohr 10 am Boden 17 ab. Die obere Fassung 70 besitzt einen aufragenden hohlen Hals 72 mit geschlitzten·

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Öffnungen 74 am oberen Rand, durch die Flüssigkeit aus dem Becken 16 eintreten kann und in das Rohr 10 geleitet wird. Die Fassung 17 weist ferner einen Grundabschnitt 76 mit einem spiralförmigen Hohlraum 78 zur Aufnahme des oberen Endes des Kanalabschnitts 52 auf. Die Fassung 70 ist vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt und in senkrechter Richtung in zwei Hälften geteilt, die miteinander verklebt oder verbunden werden können, nachdem der Kanalabschnitt 52 richtig im Hohlraum 78 gelagert ist. Ein Ringflansch 80 ist am Grundabschnitt 76 angeformt und dient der Befestigung der Fassung 70 am Boden 17 mittels einer Gummiöse 82, die zwischen dem Ringflansch 80 und dem Boden 17 eingeklemmt ist.

•Zum Befestigen des unteren Endes des Rohrs 10 an der Trennwand 26 ist eine untere Fassung .84 vorgesehen. Die untere Fassung 84 besteht aus Kunststoff und weist einen oberen Hohlraum 86 zur Aufnahme des Mittelabschnitts 50 und der in diesem angeordneten Versteifung 56 sowie einen unteren Hohlraum 88 zur Aufnahme einer bekannten Sprühdüse 90 auf. Ein oberer Flansch 92 und ein unterer Flansch 94, die an der Fassung 84 vorgesehen sind, dienen dazu, die Trennwand 26 zwischen sich einzuspannen, nachdem die Fassung 84 in eine Öffnung 96 in der Trennwand 26 eingedrückt wurde.

Während'des Betriebs strömt zu kühlende Flüssigkeit aus dem Becken 16 durch die Schlitze 74 in der Fassung 70 abwärts in das Viarrneaustauschrohr 10. Während die Flüssigkeit durch den Mittelabschnitt 50 herabströmt, wird ein Teil der Flüssigkeit fortwährend zum Eintreten in den Kanalab- ■ schnitt 51 und zum Austreten aus dem Kanalabschnitt veranlasst. Die herabströmende Flüssigkeit wird "ferner durch den Kontakt mit der in besonderer Weise geformten Versteifung 56 und durch das Eintreten und Austreten in den bzw. Austreten aus dem Kanalabschnitt 52 fortwährend in Turbulenz versetzt. Dieses ist· von Bedeutung, weil dadurch die Bildung einer laminaren Strömung durch das Rohr verhindert und dementsprechend die Wärmeübertragungseigenschaften des Rohrs

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wesentlich verbessert werden. Die durch den Trockenabschnitt 22 angesaugte Umgebungsluft kühlt die durch die Rohre 10 strömende Flüssigkeit. Die aus den Rohren 10 austretende gekühlte Flüssigkeit wird durch die Düsen 90 über den Nassabschnitt 30 versprüht. Die durch den Massabschnitt 30 angesaugte Umgebungsluft bewirkt eine v/eitere Kühlung der Flüssigkeit, während sie herabfällt, urn im Becken 34 aufgefangen zu werden.

In Fig. 6 und 7 ist eine abweichende Ausführungsform für ein erfindungsgemässes Wärmeaustausehrohr 10 aus Kunststoff dargestellt, wobei entsprechende Teile mit den im Rahmen der Fig. 1 bis 5 verwendeten Bezugszeichen versehen sind, denen jedoch ein Unterscheidungsstrich angefügt wurde. Abweichend wird der Kanalabschnitt 52 durch eine Mehrzahl von im Abstand über die Länge des Rohrs verteilten Ringkanälen 52' mit offenem Innenumfang gebildet. Die Stärke-;der Seitenwände 62' und 64' nimmt mit zunehmender Annäherung an die Stirnwand 66' ab. Bei dieser Ausbildung verlaufen die sich nach aussen erstreckenden Seitenwände 62' und 64' parallel zueinander. Die Versteifung 56' entspricht im wesentlichen der vorbeschriebenen Versteifung - mit der aus Ausnahme, dass die Rippen 6θ' nicht verschraubt sind, sondern sich nur in Längsrichtung des Rohrs erstrecken. Ergänzend sei bemerkt, dass die Versteifung 56 alternativ auch als vom Mittelabschnitt 50 und Kanalabschnitt 52 getrenntes Teil ausgeführt sein kann, das in das Rohr 10 eingesetzt ist und durch Reibung oder mit Hilfe eines geeigneten Verbindungsmittels in seiner Einbaulage befestigt ist.

/Ansprüche

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Claims

Patentansprüche.

^ . y Wärmeaustauschrohr aus Kunststoff, insbesondere zur Anordnung im Treckenabschnitt eines Kühlturms zwischen dem Boden eines Verteilerbeckens für Heissv/asser und einer darunter befindlichen Trennwand, gekennzeichnet durch einen durchströmbaren langgestreckten Mittelabschnitt (50) und einen seitlich offenen Kanalabschnitt (52), der sich im wesentlichen über die ganze Länge des Mittelabschnitts um diesen erstreckt und mit seiner offenen Seite (54) in Strömungsverbindung mit dem Inneren des Mittelabschnitts steht.

gekenn2. V/ärme aus tau sehrohr nach Anspruch 1, dadurch zeichnet , dass der Kanalabschnitt (52) sich schraubenlinienförmig um den Mittelatschnitt (50) erstreckt. ·

3. Wärmeaustauschrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Kanalabschnitt eine Vielzahl von den Mittelabschnitt (50) ringförmig umschliessenden, am Innenumfang offenen Kanälen (52') umfasst, die über die Länge des Mittelabschnitts verteilt im Abstand zueinander angeordnet sind.

4. Wärmeaustauschrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , dass sich durch den Mittelabschnitt (50) eine Versteifung (56) erstreckt, die mit der Innenwand des Mittelabschnitts verbunden ist.

5. Wärmeaustauschrohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass die Versteifung (56) mehrere Rippen (60) umfasst, die sich im wesentlichen von der Mittelachse des Mittelabschnitts (50) radial nach aussen in Richtung auf den Kanalabschnitt (52) erstrecken.

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6. Wärmeaustauschrohr nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass die eich in Längsrichtung durch den Mittelabschnitt (50) erstreckenden Rippen (60) um die Rohrlängsachse verschraubt sind.

7. Wärmeaustauschrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , dass der Mittelabschnitt (50), der Kanalabschnitt (52) und die Versteifung (56) eim/Lückig ausgebildet sind.

8. Wärmeaustauschrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , dass seinem oberen Ende eine Fassung (70) zum Aufhängen des Rohi-s (10) in der Öffnung (71) einer Wand (17) zugeordnet ist, wobei die Fassung (70) einen Halsabschnitt (72) mit ilinlauföffnimgcn für eine Flüsssigkeit und einen Grundcbschnitt (76) aufweist, der mit einem Hohlraum (78) zur Aufnahme eines Teils des Kanalabschnitts (52) versehen ist.

9. Wärmeaustauschrohr nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , dass der Grundabschnitt (76) der Fassung (70) .einen Ringflansch (80) aufweist, dem ein Ösenteil (82) zur Aufnahme des Flansches und des die Wandöffnung (71) umgebenden Umfangsbereichsder Wand (17) zugeordnet ist.

10. Wärmeaustauschrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge k en η zeichnet , dass seinem unteren Ende eine untere Fassung (84) zur Befestigung des Rohrs (10) in einer Öffnung (96) einer Trennwand (26) zugeordnet ist, wobei die untere Fassung einen Hohlraum (86) zur Aufnahme des Mittelabschnitts (50) und zwei Flansche (92, 94) zur Aufnahme des die Öffnung umgebenden Umfangsrandes der Trennwand aufweist.

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