DE4127245A1 - Rieseleinbau-element - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Rieseleinbau-Element für Ein­ richtungen zum Stoff- und/oder Wärmeaustausch zwischen Gasen und Flüssigkeiten, insbesondere für Kühltürme und Wasseraufbe­ reitungsanlagen, bestehend aus einer Mehrzahl von profilierten Flächenelementen, die mit Wellungen und/oder Faltungen zur Bildung von im Gegenstrom von dem jeweiligen Gas und der je­ weiligen Flüssigkeit durchströmten Kanälen versehen sind, welche unter einem vorgegebenen Winkel zur Hauptströmungsrichtung ver­ laufen, wobei der schräge Kanalverlauf über die Höhe des gesamten Rieseleinbaues mehrere Richtungswechsel aufweist.

Derartige Rieseleinbau-Elemente sind insbesondere für Kühltürme bekannt. Die profilierten Flächenelemente werden aus Folien, Platten oder Matten hergestellt. Die identisch ausgebildeten Flächenelemente werden derart nebeneinander angeordnet, daß sich die schräg zur Hauptströmungsrichtung der Flüssigkeit und des Gases verlaufenden, durch Wellungen und/oder Faltungen erzeugten Kanäle jeweils benachbarter Flächenelemente kreuzen. Hierdurch ergeben sich zwischen benachbarten Flächenelemente Berührungs­ punkte, an denen die Flächenelemente miteinander zu einem Rieseleinbau-Element verbunden sind. Von derartigen Rieselein­ bau-Elementen werden üblicherweise mehrere übereinander ange­ ordnet, wobei bei den bekannten Rieseleinbauten die überein­ anderliegenden Elemente derart angeordnet werden, daß sich über die Höhe des gesamten Rieseleinbaues mehrere Richtungswechsel hinsichtlich des Verlaufes der einzelnen Kanäle ergibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Riesel­ einbau-Element der voranstehend beschriebenen Art hinsichtlich des Stoff- und/oder Wärmeaustauschs sowie bezüglich der hydraulischen und aerodynamischen Verhältnisse zu verbessern, und zwar unter Beibehaltung der preiswerten Herstellbarkeit und einfachen Montage derartiger Rieseleinbau-Elemente.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle jedes Flächenelements durch entsprechende Profilierung mindestens zwei Richtungs­ wechsel aufweisen und daß die Länge der hierdurch gebildeten Kanalabschnitte in Strömungsrichtung der Flüssigkeit von Ab­ schnitt zu Abschnitt reduziert ist.

Durch den in jedem einzelnen Rieseleinbau-Element gemäß der Er­ findung wirksam werdenden mehrfachen Richtungswechsel der gegen­ läufigen Strömung von Flüssigkeit und Gas ergeben sich zu­ sätzliche Anlaufstrecken, die die Turbulenz verstärken und damit den Wärme- und/oder Stoffübergang zwischen Flüssigkeit und Gas verbessern; hierbei hat sich herausgestellt, daß die Reduzierung der Lauflängen der jeweils in Richtung der Flüssigkeitsströmung folgenden Kanalabschnitte überraschend keine Verringerung der Austauschleistung zur Folge hat. Aus diesem Grunde ist mit dem erfindungsgemäßen Rieseleinbau-Element entweder eine Ver­ ringerung der Einbauhöhe oder eine Vergrößerung der gesamten Austauschleistung bei gleichbleibender Einbauhöhe möglich.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Reduzierung der Kanalabschnittslängen von Abschnitt zu Abschnitt etwa gleich groß. Sie beträgt vorzugsweise etwa 50 %, so daß sich bei einem mit zwei Richtungswechseln versehenen Kanalverlauf die Längen der Kanalabschnitte in Strömungsrichtung der Flüssigkeit wie 3 : 2 : 1 verhalten. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Längenreduzierung von Abschnitt zu Abschnitt unterschiedlich auszubilden, beispielsweise dadurch, daß die Reduzierung beim zweiten Kanalabschnitt 20% und beim dritten Kanalabschnitt 30%, jeweils bezogen auf den vorangehenden Kanalabschnitt beträgt.

Um die Stoßverluste beim Eintritt des Gases in die einzelnen Rieseleinbau-Elemente zu reduzieren, können die Flächenelemente gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung im Bereich des Gas­ eintritts mit einem parallel zur Gasströmungsrichtung ver­ laufenden Kanalabschnitt versehen sein. Wenn die Flächenelemente erfindungsgemäß auch im Bereich des Flüssigkeitseintritts mit einem parallel zur Flüssigkeitsströmungsrichtung verlaufenden Kanalabschnitt ausgebildet werden, wird die Erosion der Riesel­ einbau-Elemente durch auf deren Oberseite auftreffende Flüssigkeitstropfen vermieden bzw. erheblich verringert.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der Flächenelemente mit parallel zur Strömungsrichtung des Gases und/oder der Flüssigkeit ausge­ richteten Kanalabschnitten hat den zusätzlichen Vorteil, daß sich in diesem Bereich der Rieseleinbau-Elemente eine Linienbe­ rührung zwischen benachbarten Flächenelementen ergibt, die eine sehr haltbare Verbindung, vorzugsweise durch Verschweißen der benachbarten Elemente gestattet. Derartige Rieseleinbau-Elemente weisen demgemäß im Bereich der oberen und unteren Fläche eine hohe Festigkeit und Steifigkeit auf. Hierdurch lassen sich nicht nur die Maßnahmen zur Halterung und Lagerung der erfindungsge­ mäßen Rieseleinbau-Elemente reduzieren; die erfindungsgemäßen Elemente sind nach ihrem Einbau auch ohne zusätzliche Maßnahmen begehbar.

Bei einer zweckmäßigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Rieseleinbau-Elements ist die gesamte Fläche der Flächenelemente in an sich bekannter Weise etwa quer zur Richtung des Kanalverlaufes mit einer wellenartigen Feinprofilierung ver­ sehen. Hierdurch ergibt sich eine Verringerung der Abströmge­ schwindigkeit und damit eine längere Verweildauer der Flüssigkeit auf der Oberfläche der Flächenelemente; außerdem wird eine Vergleichmäßigung der Flüssigkeitsströmung über die Kanalflanken erzielt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verläuft diese Feinprofilierung zur Richtung des Kanalverlaufes unter einem Winkel, der etwa dem Neigungswinkel der Kanäle zur Haupt­ strömungsrichtung von Gas und Flüssigkeit entspricht. Der hieraus resultierende, etwa waagerechte Verlauf der Fein­ profilierung im Einbauzustand bewirkt, daß die Flüssigkeit auf der Flanke der Kanäle innerhalb des jeweiligen Strömungskanals gehalten wird und trotz des schrägen Kanalverlaufs die Kanal­ flanke nicht verläßt.

Mit der Erfindung wird schließlich vorgeschlagen, die jeweils benachbarten Flächenelemente mit schräg verlaufenden Kanälen in an sich bekannter Weise derart anzuordnen, daß sich deren Kanäle kreuzen. Die hiermit verbundene verbesserte Flüssigkeitsver­ teilung quer zur Hauptströmungsrichtung hat in bekannter Weise eine Erhöhung des Wirkungsgrades zur Folge.

Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des erfindungs­ gemäßen Rieseleinbau-Elements dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Rieseleinbau-Elements mit einer ersten Ausführungsform der profilierten Flächenelemente,

Fig. 2 eine Draufsicht auf zwei Flächenelemente gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Teilansicht einer zweiten Ausführungsform eines profilierten Flächenelements und

Fig. 4 eine Draufsicht auf das Flächenelement gemäß Fig. 3.

Die in Fig. 1 gezeichnete Seitenansicht eines Rieselein­ bau-Elements stellt zugleich die Ansicht eines profilierten Flächenelements 1 dar, das beispielsweise aus einer Kunst­ stoffolie hergestellt wurde. Eine Mehrzahl derartiger Flächen­ elemente 1 bildet zusammen ein Rieseleinbau-Element. Eine Vielzahl derartiger Rieseleinbau-Elemente bilden wiederum den Rieseleinbau beispielsweise in einem Kühlturm oder einer Wasser­ aufbereitungsanlage, wobei mehrere Rieseleinbau-Elemente nicht nur nebeneinander, sondern auch übereinander angeordnet sind. In einem Kühlturm mit einem stündlichen Durchsatz von 20.000 bis 30.000 m³ an Rückkühlwasser sind beispielsweise 2.000 bis 3.000 m³ derartiger Rieseleinbau-Elemente angeordnet.

Die zu kühlende Flüssigkeit, im Falle eines Kühlturmes also das Rückkühlwasser, wird von oben her auf die Rieseleinbau-Elemente mittels einer auf der Zeichnung nicht dargestellten Verteilein­ richtung aufgegeben. Diese Flüssigkeit gelangt hierbei von oben her in die durch die Profilierung der Flächenelemente 1 ge­ bildeten Kanäle, die von unten her mit Gas, im Falle eines Kühl­ turms also mit Kühlluft im Gegenstrom zur Flüssigkeit durch­ strömt werden.

Beim ersten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 ist jedes Flächenelement 1 derart profiliert, daß sich im Querschnitt V-förmige Kanäle 2 ergeben, deren Kanalquerschnitt am besten in Fig. 2 zu erkennen ist. Der Verlauf der Kanäle 2 über die Höhe des Flächenelements 1 ist wiederum am besten der Fig. 1 zu ent­ nehmen.

Diese Darstellung zeigt, daß jeder Kanal 2 in Strömungsrichtung der zu kühlenden, von oben her eintretenden Flüssigkeit einen parallel zur Flüssigkeitsströmungsrichtung verlaufenden Kanalab­ schnitt 2a aufweist, an den sich Kanalabschnitte 2b, 2c und 2d anschließen, die unter einem spitzen Winkel zur Haupt­ strömungsrichtung von Flüssigkeit und Gas verlaufen und mindestens zwei Richtungswechsel aufweisen. Beim Ausführungsbei­ spiel verlaufen die Kanalabschnitte 2b, 2c und 2d jeweils unter einem Winkel von 20° zur Hauptströmungsrichtung. Da das Flächen­ element 1 mit drei derartigen Kanalabschnitten 2b, 2c und 2d ausgebildet ist, enthält es zwei derartige Richtungswechsel. Jeder dieser Kanäle 2 endet schließlich an der Unterseite des Flächenelements 1 wiederum in einem Kanalabschnitt 2e, der parallel zur Hauptströmungsrichtung und damit parallel zum ein­ strömenden Gas ausgerichtet ist. Die Länge der Kanalabschnitte 2b, 2c und 2d ist in Strömungsrichtung der Flüssigkeit von Kanalabschnitt 2b zu 2c und von Kanalabschnitt 2c zu 2d reduziert.

Die zu kühlende Flüssigkeit, die von oben her den aus einer Mehrzahl von Flächenelementen 1 gebildeten Rieselein­ bau-Elementen aufgegeben wird, unterliegt in den parallel zur Hauptströmungsrichtung ausgerichteten Kanalabschnitten 2a einer gewissen Ausrichtung, die insbesondere bei seitlich orientierten Sprühdüsensystemen zu einer Vergleichmäßigung führt. Außerdem wird eine Erosion der Flächenelemente 1 durch die auf die Flächenelemente 1 auftreffende Flüssigkeit infolge der parallel zur Flüssigkeitsströmungsrichtung verlaufenden Ausrichtung der Kanalabschnitte 2a wesentlich vermindert.

Aus den Kanalabschnitten 2a gelangt die Flüssigkeit anschließend in den schräg verlaufenden Kanalabschnitt 2b. Wegen des schrägen Kanalverlaufs trifft die Flüssigkeit nur auf eine Flanke der V-förmig ausgebildeten Kanäle 2 auf, und zwar auf die der Flüssigkeitsströmung zugewandte Flanke. Eine Benetzung der jeweils anderen Flanke der Kanäle 2 erfolgt jedoch innerhalb jedes Kanals 2 im Bereich des sich an den Kanalabschnitt 2b an­ schließenden Kanalabschnittes 2c, der gegenüber dem Kanalab­ schnitt 2b um denselben spitzen Winkel, jedoch zur anderen Seite hin geneigt ist. Durch den zwischen den Kanalabschnitten 2b und 2c liegenden Richtungswechsel des Kanalverlaufes erfolgt somit eine zuverlässige Benetzung auch derjenigen Flanken der V-förmigen Kanäle 2, die im Kanalabschnitt 2b nicht mit Flüssigkeit beaufschlagt worden sind. Im wiederum zur anderen Seite geneigten Kanalabschnitt 2d erfolgt eine weitere Vergleichmäßigung der Flüssigkeitsströmung auf beiden Flanken der Kanäle 2.

Da die Ansprüche an die Flüssigkeitsverteilung innerhalb der Kanäle 2 in Strömungsrichtung der Flüssigkeit abnehmen und die Ausbildung eines Flüssigkeitsfilms auf den Flanken der Kanäle 2 im Sinne einer effektiven Grenzflächenerneuerung gestaltet werden soll, nimmt in Strömungsrichtung der Flüssigkeit die Länge der Kanalabschnitte 2b, 2c und 2d ab. Beim Ausführungsbei­ spiel sind die Längen der Kanalabschnitte 2c bzw. 2d im Ver­ hältnis zum vorangegangenen Kanalabschnitt 2b bzw. 2c jeweils auf die Hälfte reduziert. Selbstverständlich ist es möglich, eine hiervon abweichende und ggf. auch einen von Abschnitt zu Abschnitt unterschiedlichen Prozentsatz der Reduzierung zu wählen.

In der Praxis hat sich herausgestellt, daß die in jedem Flächen­ element 1 wirksam werdenden mehrfachen Richtungswechsel der schräg verlaufenden Kanalabschnitte 2b, 2c und 2d zusätzliche Anlaufstrecken für den Flüssigkeitsfilm schaffen, die infolge der hierbei auftretenden Turbulenz den Wärme- und/oder Stoffaus­ tausch zwischen Flüssigkeit und Gas derart verbessern, daß in Verbindung mit der Lauflängenreduzierung der in Strömungs­ richtung der Flüssigkeit aufeinanderfolgenden Kanalabschnitte 2b, 2c und 2d eine derartige Wirkungsgradverbesserung zur Folge hat, daß entweder die Gesamthöhe der Rieseleinbauten bei gleicher Austauschleistung wesentlich reduziert oder bei gleicher Einbauhöhe die Austauschleistung erheblich gesteigert werden kann.

Die in Fig. 1 erkennbare Ausrichtung der an der Unterseite der Flächenelemente 1 ausgebildeten Kanalabschnitte 2e parallel zur Hauptströmungsrichtung verringert die Stoßverluste beim Eintritt des Gases in die durch eine Mehrzahl von Flächenelementen 1 gebildeten Rieseleinbau-Elemente. Zusammen mit der hierdurch be­ wirkten gezielten Gaseinlenkung in die Rieseleinbau-Elemente ergeben sich somit geringstmögliche Stoß- und Umlenkverluste.

Der Verlauf der Kanalabschnitte 2a und 2e parallel zur Haupt­ strömungsrichtung von Flüssigkeit und Gas hat aber auch her­ stellungstechnische Vorteile. Es ergeben sich nämlich im Bereich der Kanalabschnitte 2a und 2e auch dann Linienberührungen zwischen benachbarten Flächenelementen 1, wenn diese Flächen­ elemente derart nebeneinander angeordnet werden, daß sich ihre schräg zur Hauptströmungsrichtung verlaufenden Kanalabschnitte 2b, 2c und 2d jeweils kreuzen, wie dies gestrichelt in Fig. 1 angedeutet ist. Ein derartiger sich von Flächenelement 1 zu Flächenelement 1 kreuzender Verlauf der Kanalabschnitte 2b, 2c und 2d gewährleistet eine gute Flüssigkeitsverteilung und eine gleichmäßige Benetzung der gesamten Oberfläche der die Riesel­ einbau-Elemente bildenden Flächenelemente 1. Da sich die Flächenelemente 1 bei einander kreuzenden Kanalabschnitten 2b, 2c und 2d im mittleren Bereich nur punktförmig berühren, mitein­ ander also nur "geheftet" werden können, stellen die Linienbe­ rührungen zwischen benachbarten Flächenelementen 1 im Bereich der Kanalabschnitte 2a und 2e eine zuverlässige Verbindung sämtlicher Flächenelemente 1 eines Rieseleinbau-Elements sicher. Die Flächenelemente 1 können somit im Bereich der Kanalab­ schnitte 2a und 2c haltbar miteinander verklebt oder verschweißt werden. Die Verbindung hat sich in der Praxis als derart sicher herausgestellt, daß bei gesteigerter Festigkeit und Steifigkeit der Rieseleinbau-Elemente auf größeren Aufwand bei der Halterung und Lagerung der Elemente verzichtet und sogar eine Begehbarkeit der Rieseleinbau-Elemente ohne zusätzliche Maßnahmen erreicht werden kann.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 3 und 4 aus­ schnittsweise eine Seitenansicht und eine Draufsicht auf ein Flächenelement 1 zeigt, sind die Kanäle 2 nicht mit V-förmigem, sondern mit trapezförmigem Querschnitt ausgeführt. Hierdurch ergeben sich großflächigere Verbindungen zwischen benachbarten Flächenelementen 1 innerhalb eines Rieseleinbau-Elements. Weiterhin zeigt die Fig. 3, daß die Flanken der Kanäle 2 in an sich bekannter Weise mit einer wellenartigen Feinprofilierung 3 versehen sind, die etwa quer zur Richtung des Kanalverlaufes ausgerichtet ist. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 verläuft die Feinprofilierung 3 zur Richtung des Kanalverlaufes unter einem Winkel, der dem Neigungswinkel der Kanäle 2 zur Haupt­ strömungsrichtung von Gas und Flüssigkeit entspricht. Durch diese Feinprofilierung 3 wird der Flüssigkeitsfilm auf der Fläche der Flanken der Kanäle 2 gehalten. Gleichzeitig wird die Abströmgeschwindigkeit verringert und damit eine längere Verweildauer der Flüssigkeit innerhalb der Rieseleinbau-Elemente erzielt. Schließlich verhindert die Feinprofilierung 3, daß der Flüssigkeitsfilm trotz des schrägen Kanalverlaufes über den Rand der Flanken entweder im Kanalgrund zusammenläuft oder aus dem Kanal 2 austritt, so daß auch insoweit eine Wirkungsgradver­ besserung durch die Feinprofilierung 3 erzielt wird.

Bezugszeichenliste

1 Flächenelement
2 Kanal
2a Kanalabschnitt
2b Kanalabschnitt
2c Kanalabschnitt
2d Kanalabschnitt
3 Feinprofilierung

Claims (8)

1. Rieseleinbau-Element für Einrichtungen zum Stoff- und/oder Wärmeaustausch zwischen Gasen und Flüssigkeiten, insbesondere für Kühltürme und Wasseraufbereitungsanlagen, bestehend aus einer Mehrzahl von profilierten Flächenelementen, die mit Wellungen und/oder Faltungen zur Bildung von im Gegenstrom von dem jeweiligen Gas und der jeweiligen Flüssigkeit durch­ strömten Kanälen versehen sind, welche unter einem vor­ gegebenen Winkel zur Hauptströmungsrichtung verlaufen, wobei der schräge Kanalverlauf über die Höhe des gesamten Riesel­ einbaues mehrere Richtungswechsel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (2) jedes Flächenelements (1) durch ent­ sprechende Profilierung mindestens zwei Richtungswechsel auf­ weisen und daß die Länge der hierdurch gebildeten Kanalab­ schnitte (2b, 2c, 2d) in Strömungsrichtung der Flüssigkeit von Abschnitt zu Abschnitt reduziert ist.

2. Rieseleinbau-Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduzierung der Kanalabschnittslängen von Abschnitt zu Abschnitt etwa gleich groß ist.

3. Rieseleinbau-Element nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Reduzierung der Kanalabschnittslängen von Abschnitt zu Abschnitt etwa 50% beträgt.

4. Rieseleinbau-Element nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenelemente (1) im Bereich des Gaseintritts mit einem parallel zur Gasströmungs­ richtung verlaufenden Kanalabschnitt (2e) versehen sind.

5. Rieseleinbau-Element nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenelemente (1) im Bereich des Flüssigkeitseintritts mit einem parallel zur Flüssigkeitsströmungsrichtung verlaufenden Kanalabschnitt (2a) versehen sind.

6. Rieseleinbau-Element nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenelemente (1) etwa quer zur Richtung des Kanalverlaufes mit einer wellen­ artigen Feinprofilierung (3) versehen sind.

7. Rieseleinbau-Element nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinprofilierung (3) zur Richtung des Kanalverlaufes unter einem Winkel verläuft, der etwa dem Neigungswinkel der Kanalabschnitte (2b, 2c, 2d) zur Hauptströmungsrichtung von Gas und Flüssigkeit entspricht.

8. Rieseleinbau-Element nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils benachbarten Flächenelemente (1) mit schräg verlaufenden Kanalabschnitten (2b, 2c, 2d) derart angeordnet sind, daß sich die in den Kanal­ abschnitten (2b, 2c, 2d) ausgebildeten Kanäle (2) kreuzen.