DE69227831T2

DE69227831T2 - Verdampfungskühlblock mit alternierenden schichten

Info

Publication number: DE69227831T2
Application number: DE69227831T
Authority: DE
Inventors: Patricia Thomas
Original assignee: MUNSTERS CORP
Current assignee: MUNSTERS CORP
Priority date: 1991-09-23
Filing date: 1992-06-09
Publication date: 2001-03-22
Anticipated expiration: 2012-06-10
Also published as: DK0580792T3; EP0580792A1; CN1050897C; CN1071002A; CA2096957A1; BR9205470A; AU2236992A; WO1993005872A1; CA2096957C; AU648691B2; EP0580792B1; JP2576034B2; ATE174427T1; US5143658A; DE69227831D1; EP0580792A4; JPH06502909A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen verbesserten Kontaktkörper zur Benutzung in einer Flüssigkeits- und Gas-Kontaktvorrichtung und insbesondere einen Kontaktkörper, der aus abwechselnd gewelltem Plattenmaterial gebildet ist, wobei die Wellen in benachbarten Platten winkelig zueinander angeordnet sind.
Es wurden bereits Kontaktkörper oder Pakete für Gas- und Flüssigkeits- Kontaktvorrichtungen vorgeschlagen, bei denen der Kontaktkörper aus benachbarten gewellten Materialplatten besteht. Die Wellplatten sind mit ihren Rücken oder Scheiteln aneinander angrenzend angeordnet, die sich berühren, so daß Kanäle oder Durchgänge zwischen den Platten gebildet werden, um Durchlässe mit stetig variierender Breite in den Platten zu schaffen, wodurch sich die Flußrichtung des Gases und der Flüssigkeit während des Durchlaufs durch den Körper wiederholt ändert. Es hat sich gezeigt, daß Kontaktkörper dieses Typs mit hohem Wirkungsgrad arbeiten. Ein solcher Kontaktkörper ist in dem US- Patent Nr. 3,262,682 gezeigt.
Eine Verbesserung des in dem Patent 3,262,682 von Bredberg gezeigten grundlegenden Kontaktkörper wurde entwickelt und in dem US-Patent Nr. 3,792,841 offenbart. Gemäß diesem Patent wurde ein Kontaktkörper des Typs mit kreuzenden Wellen zur Verwendung in einem Kühlturm mit Querfluß oder dergleichen derart konstruiert, daß die Neigungswinkel zwischen den Falten der Wellen benachbarter Platten variiert wurden, um einen optimalen Flüssigkeitsaustausch zu erreichen. Insbesondere wurden die Wellen eines Plattensatzes so angeordnet, daß sie die Wellen des benachbarten zweiten Plattensatzes in spitzen Winkeln in einem Bereich von 20º - 80º schneiden. Die Wellen des ersten in dem Patent von Munters beschriebenen Plattensatzes sind derart angeordnet, daß sie eine größere Neigung zu der Horizontalebene des Kontaktkörpers als die Wellen des zweiten Plattensatzes aufweisen, wobei die Wellen in dem ersten Plattensatz in Richtung des Gasflußes nach oben geneigt sind. Diese Anordnung erzeugt eine Winkelhalbierende der Wellen der jeweiligen Platten, die nach unten, entgegen der Richtung des Gasflußes, geneigt ist, wodurch sie der unerwünschten, durch den Gasfluß verursachten, Lateralverschiebung von Flüssigkeit entgegenwirkt, mit dem Ergebnis, daß sich die Flüssigkeit gleichmäßig über die Platten verteilt. Dieses Munters-Paket oder Kontaktkörper wurde sehr erfolgreich benutzt und im allgemeinen als Kühlturmmedium und Medium in Kühlanwendungen mit Luftverdunstung anerkannt.
Die Verwendung von ungleichen Winkeln bei benachbarten Wellplatten, wie in dem Patent von Munters beschrieben ist, leitet mehr Wasser auf die Luft-Eintrittsseite des Kontaktkörpers. Dies hat zwei Vorteile: Erstens wird mehr Wasser zu der Eingangsseite des Mediums geleitet, wo Schmutz und Ablagerungen auftreten. Zweitens wird verhindert, daß die Flüssigkeit von dem Luftstrom bei Geschwindigkeiten von weniger als 243,84 m/min (800 Fuß/min) und bei Wassermengen von weniger als 6,1 l/min/m² (1,5 GallonenlminlQuadratfuß) der oberen Oberfläche des Kontaktkörpers mitgerissen wird.
Bei Verdunstungskühlern und -befeuchtern, in denen normalerweise der Kontaktkörper von Munters verwendet wurde, ist typischerweise ein Wasserkreislaufystem vorgesehen. Bei solchen Systemen wird üblicherweise eine bestimmte Menge Wasser aus dem System abgelassen, wenn sich das Wasser aufgrund der Verdunstung mit Schmutzstoffen anreichert. Dann stellt eine Frischwasserquelle Frischwasser bereit, um die Verdunstung und das Ablassen auszugleichen. Aufgrund von Wasserbeschränkungen und Mangel an Wartung hat sich jedoch gezeigt, daß das Ablassen selbst mit der Konstruktion von Munters nicht ausreichend sein kann, um das Kontaktkörpermedium rein zu halten. Folglich verstopfen die Öffnungen, insbesondere auf der Lufteinlaßseite des Kontaktkörpers, ausreichend stark, um den Luftstrom ernsthaft einzuschränken. Eine Lösung dieses Problems bestand darin, Kontaktkörper mit relativ großen Wellenamplituden vorzusehen, um die Größe der Durchgänge zu erhöhen.
Daraus ergab sich jedoch eine Verringerung der verfügbaren Verdunstungsfläche und eine beträchtlich geringere Kühlung.
Das deutsche Patent Nr. DE 31 40 640 offenbart einen Kontaktkörper, in dem drei Wellplattensätze vorgesehen sind. Zwei Platten sind mit ihren Wellen bezüglich der Vertikalen winkelig angeordnet, während ein dritter Satz Platten mit den darin verlaufenden Wellen horizontal angeordnet ist.

Aufgabe der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Kontaktkörper zu schaffen, der einen höheren Wirkungsgrad hat und bei dem die Durchgänge des Körpers länger frei bleiben.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, einen Kontaktkörper zu schaffen, der den Gas-Druckabfall durch den Körper minimiert, um den Energieverbrauch zu senken, während der Kühlwirkungsgrad des Körpers verbessert wird.
Es ist noch eine andere Aufgabe der Erfindung, Kontaktkörper des in den oben erwähnten Patenten von Bredberg und Munters beschriebenen Typs weiter zu verbessern.

Beschreibung der Erfindung

Die oben genannten Aufgaben werden durch die in Anspruch 1 beanspruchte Anordnung gelöst.
Diese Anordnung verbessert den Wirkungsgrad des Kontaktkörpers, ohne Erhöhung des Druckabfalls. Daher erzielt der Kontaktkörper die erwünschten Resultate des oben und in dem US-Patent Nr. 3,792,841 beschriebenen Kontaktkörpers von Munters, jedoch mit verbessertem Wirkungsgrad.
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels deutlich, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden sollte. Es zeigen:
Fig. 1: eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines erfindungsgemäßen Kontaktkörpers;
Fig. 2: eine Kantenansicht einer Platte aus einem der Plattensätze in dem Kontaktkörper von Fig. 1;
Fig. 3: eine Kantenansicht ähnlich Fig. 2 einer Platte aus dem anderen Satz Platten in dem Kontaktkörper von Fig. 1;
Fig. 4: einen vertikalen longitudinalen schematischen Schnitt durch einen Kühlturm, der den erfindungsgemäßen Kontaktkörper benutzen kann;
Fig. 5: eine Endansicht zweier gegensinnig gewellter Platten mit gleicher Amplitude gemäß dem Stand der Technik; und
Fig. 6: eine Endansicht zweier gegensinnig gewellter Platten unterschiedlicher Amplitude gemäß der vorliegenden Erfindung.
Bezüglich der Zeichnungen, und anfänglich der Fig. 1 und 4, ist ein Kühlturm T offenbart, der ähnlich wie der in dem US-Patent Nr. 3,792,841 gezeigte Kühlturm aufgebaut ist. Der Kühlturm T enthält zwei Pakete oder Kontaktkörper 10, die von einem Gehäuse 12 umgeben sind, das an seinem Unterteil einen Wassersammelraum 14 aufweist. Den Kontaktkörpern 10 wird von oben durch Verteiler 24 oder dergleichen Wasser zugeführt. Zur Vereinfachung der Darstellung wurden die Verteiler 24 als stationäre Vorrichtungen oder Rohre mit Austrittslöchern 26 an der Unterseite dargestellt. Es kann jedoch eine Vielzahl verschiedener Flüssigkeitsverteilungsanordnungen in Kühltürmen und Befeuchtern verwendet werden, wie sie dem Fachmann bekannt sind.
Die Kontaktkörper 10 bestehen aus dünnen Schichten von Platten, die vorzugsweise gefaltet oder gewellt und die vertikal angeordnet sind. Die Falten oder Wellen benachbarter Schichten kreuzen einander, wobei sie sich in einem Winkel innerhalb bestimmter Bereiche schneiden. Die Wellplatten liegen aufeinander auf und sind an ihren Kontaktpunkten mittels eines geeigneten Bindemittels miteinander verbunden. Die Linien 28 bezeichnen die Wellen in jeder zweiten Schicht 29, und die gestrichelten Linien 30 bezeichnen die Wellen in den Schichten 31 dazwischen (in dem linken Paket in Fig. 4 ist zur Vereinfachung der Darstellung nur ein Satz Linien gezeigt). In Fig. 1 ist eine der Platten 31 die äußere Platte, deren untere linke Ecke zu Erläuterungszwecken zurückgeklappt ist, um die nächste angrenzende Platte 29 mit den darin befindlichen Wellen 28 darzustellen.
Diese gewellten Platten bilden Kanäle oder Durchgänge, die von einer bis zu der anderen Kante des Kontaktkörpers durchgehen und erzeugen sowohl eine horizontale als auch eine vertikale Richtungskomponente. Die Durchgänge haben eine kontinuierlich variierende Breite von 0 an den Kontaktpunkten zwischen den Schichten (auch als Verzweigungspunkt 50 bezeichnet) bis zu der maximalen Summe der Wellenamplituden. In dem Patent Nr. 3,792,841 von Munters haben die Wellen die gleichen Höhen oder Amplituden, so daß die Durchgänge eine maximale Höhe vom Zweifachen der Wellenamplituden aufweisen. Fig. 5 ist eine Endansicht zweier benachbarter Platten, die gemäß diesem Patent angeordnet sind.
Die gewellten Platten 29, 31 des Kontaktkörpers sind vorzugsweise aus einem bekannten Zellulose- oder Kunststoffmaterial gebildet.
Das von oben über die Oberseite des Kontaktkörpers verteilte Wasser fließt entlang beider Seiten der den Kontaktkörper bildenden Platten als ein Film hinunter, wobei es einem gewundenen Pfad folgt, um ein sehr hohes Maß an Wechselwirkung zwischen den Flüssigkeiten pro Oberflächeneinheit der Schichten zu erreichen. Wenn das Wasser in Form eines dünnen Films entlang der Schichten in einer im wesentlichen vertikalen Flußrichtung herunterfließt, tritt Gas, d. h. Luft, durch die Öffnungen 40 in dem Gehäuse 12, wie durch die Pfeile 42, 44 gezeigt ist, in einer im wesentlichen horizontalen Flußrichtung in die in dem Kontaktkörper gebildeten Durchgänge ein. Die Luft tritt durch einen Auslaß 18, in dem ein Ventilator 20 mit einem Antriebsmotor 22 vorgesehen ist, aus. Das Wasser wird auch durch eine mittels Ventil 36 gesteuerte Leitung 34 aus dem Sammelraum 14 entnommen, um in bekannter Weise zu den Verteilern 24 im Kreislauf zurückgeführt zu werden.
Bekanntlich kann ein Teil des Wassers abgelassen werden, wenn es kontaminiert wird, und Frischwasser kann dem Kreislauf, soweit erforderlich, zugesetzt werden. Zusätzlich kann der Wasserpegel in dem Sammelraum durch einen Schwimmermechanismus 38 geregelt werden, der bewirkt, daß frisches Wasser zum Ausgleich von Verlusten aufgrund von Verdunstung innerhalb des Kontaktkörpers zugeführt wird.
In dem Ausführungsbeispiel sind die Pakete 10 derart befestigt, daß ihre Kanten in einer horizontalen bzw. vertikalen Ebene liegen. Die Falten oder Wellen 30 in dem ersten Satz Platten 31 sind derart angeordnet, daß sie einen größeren Winkel bezüglich der horizontalen Ebene einnehmen als die Falten 28, die zu den Schichten 29 gehören, die den ersten Satz Platten kreuzen. Der Neigungswinkel der Wellen bezüglich der horizontalen Ebene beträgt für die Wellen 30 45º. Der Winkel der Wellen 28 in dem zweiten Satz Platten beträgt 15º. Somit ist der Winkel zwischen den Wellen in den jeweiligen Plattensätzen 60º. Demgemäß wird die Winkelhalbierende des Winkels zwischen den Wellen der jeweiligen Falten oder Wellen nach unten in Richtung der Lufteinlaßseite des Kontaktkörpers abfallen.
Wie in dem Patent von Munter beschrieben ist, erhält durch eine solche Anordnung der Kontaktkörperplatten der Wasserfilm, der über die Platten läuft, eine laterale Fließkomponente, die für die Wellen 30 größer ist als für die Wellen 28. Wenn der einer Platte in einer geneigten Richtung abwärts folgende Film auf einen Kontaktpunkt zwischen der Platte und einer benachbarten Platte trifft, ändert sich der Fluß in die Gegenrichtung, wenn er von den sich kreuzenden Wellen der benachbarten Platten übernommen wird. Dies hat den Effekt, daß die Filme an den Platten gehalten werden, während die horizontale Windung an gegenüberliegenden Seiten eine laterale Kraft auf den Film bezüglich einer Lateralkomponente ausübt, die sich aus dem Winkel der geneigten Winkelhalbierenden ergibt. Der Filmfluß ist dann bei wesentlich höheren Wassermengen und Luftgeschwindigkeiten verglichen mit bekannten Vorrichtungen ungestört, bei denen Kontaktkörperwellen ähnliche Winkel bezüglich der Horizontalen hatten.
Die hauptsächliche Kraft, die auf die in den Kontaktkörpern fließende Flüssigkeit wirkt, ist die Schwerkraft. Daher neigt das Wasser dazu, den gewellten Platten zu folgen, die eine größere Neigung bezüglich der Horizontalen aufweisen. Im Gegensatz dazu nimmt die Luft oder das sich durch den Kontaktkörper horizontal bewegende Gas den Weg des geringsten Widerstandes und wird daher eher den gewellten Platten folgen, die bezüglich der Horizontalen eine geringere Neigung aufweisen. Es wurden verschiedene Winkelanordnungen für quer gewellte Platten verwendet, z. B. 60º mit 30º; 45º mit 30º; und 75º mit 15º; jedoch hat sich gezeigt, daß die Kombination von 45º für die Wellen 30 und 15º für die Wellen 28 den besten Kompromiß zwischen Kühlwirkung, geringer Neigung zum Ablauf von Flüssigkeit und geringem Luftwiderstand bietet.
Erfindungsgemäß hat der Anmelder erkannt, daß die Wirksamkeit der vorstehend vorgeschlagenen Kontaktkörper durch Verwendung einer kleineren Wellenamplitude für die Wellen mit steilerem Winkel (d. h. die Wellen 30) als für die Wellen 28 mit einem weniger steilen Winkel wesentlich verbessert werden kann. Somit haben die Wellen 30, wie z. B. in Fig. 3 dargestellt ist, eine Amplitude A, die etwa halb so groß ist wie die Amplitude A der Wellen 28 (Fig. 2). Im allgemeinen liegen die Amplituden dieser Wellen in dem Bereich von 3,175 mm bis 19,05 mm (1/8 Inch bis 3/4 Inch). Diese Konstruktion schafft eine Oberfläche für die Flüssigkeit, die dazu tendiert, aufgrund der Gravitationswirkung diesen steileren Wellen in Richtung der Lufteinlaßseite zu folgen, und hilft dabei, diese Seite des Kontaktkörpers sauberer als in vorher vorgeschlagenen Anordnungen zu halten, da weniger Verzweigungspunkte vorhanden sind, an denen sich Schmutz sammeln kann (siehe Fig. 6). Obwohl als Folge dieses Aufbaus die Abmessungen der Durchgänge kleiner sind, hat jedoch das resultierende Medium einen Luftwiderstand, der sehr nahe an dem der bekannten Kontaktkörper liegt, bei denen die Wellenamplituden gleich waren, wobei nun die Kühlwirkung des erfindungsgemäßen Kontaktkörpers wesentlich erhöht ist. Zusätzlich werden die kleineren Wasserkanäle aufgrund der Spülwirkung des Wassers und der Verringerung von Verzweigungspunkten sauber gehalten.
Zu Darstellungszwecken hat der Anmelder mehrere Tests durchgeführt, bei denen die bekannten Standard-Kontaktkörper mit demjenigen der vorliegenden Erfindung verglichen wurden. Diese Tests ergaben die folgenden Resultate:
Diese Tests zeigen, daß der Druckabfall oder Luftwiderstand in einem erfindungsgemäßen Kontaktkörper (Test 3) verglichen mit Standard-Kontaktkörpern, bei denen die Wellen des Kontaktkörpers gleich sind (Test 1), sich sehr geringfügig, falls überhaupt, ändert. Der erfindungsgemäße Kontaktkörper mit verschieden großen Wellenamplituden für die jeweiligen Plattensätze ergibt einen noch besseren Wirkungsgrad. Umgekehrt wird der Wirkungsgrad, wie in Test 4 gezeigt ist, während er leicht erhöht wird, durch Wellen 30 mit größerer Neigung, die eine größere Amplitude als die Wellen 28 mit geringerer Neigung aufweisen, von einem sehr wesentlichen und unerwünschten Druckabfall begleitet. Zusätzlich hat sich in den Ergebnissen von Test 4 gezeigt, daß die Wasserverteilung ungleichmäßig war und daß trockene Punkte innerhalb des Kontaktkörpers aufgetreten sind.
Demgemäß wird deutlich, daß durch die vorliegende Erfindung ein erhöhter Wirkungsgrad für Flüssigkeits-Gas-Kontakteinheiten mit querfließender Flüssigkeit erreicht werden kann, wodurch ermöglicht wird, die Kontaktkörper in einer kompakten Größe mit stark verbesserten thermischen Eigenschaften und Druckabfallwerten herzustellen.

Claims

1. Kontaktkörper (10) zur Verwendung in einer Gas- und Flüssigkeits- Kontaktvorrichtung (T), in der sich der in einer horizontalen Ebene verlaufende Gasfluß und der in einer vertikalen Ebene verlaufende Flüssigkeitsfluß kreuzen; umfassend einen ersten (31) und einen zweiten (29) Satz Wellplatten mit Wellen (30, 28), die in einer schräg zu der horizontalen Ebene des Kontaktkörpers liegenden Richtung ausgebildet sind, wobei die Platten des ersten Satzes (31) abwechselnd mit den Platten des zweiten Satzes (29) angeordnet sind, wobei die Welten (30) des ersten Satzes (31) die Wellen (28) des zweiten Satzes (29) kreuzen; wobei die gekreuzten Wellen Durchgänge festlegen, die den Körper von Kante zu Kante durchdringen, und die Wellen der gewellten Platten aneinander anliegen, so daß sich die Platten dort berühren, wo sich die Scheitel ihrer jeweiligen Wellen kreuzen, wobei die Wellen des ersten Satzes (31) aufwärts in die Richtung des Gasflusses geneigt sind, die Wellen (28) des zweiten Plattensatzes (29) abwärts in die Richtung des Gasflusses geneigt sind, wobei die Neigungen der gekreuzten Wellen nicht symmetrisch bezüglich einer vertikalen, sich senkrecht zu der Richtung eines in den Körper eintretenden Gasstromes erstreckenden Ebene oder bezüglich des an den Kanten der Wellplattensätze in die Durchgänge des Körpers eintretenden Gasstromes sind, wobei die Wellen des ersten Plattensatzes (31) eine größere Neigung bezüglich der horizontalen Ebene als die Wellen des zweiten Plattensatzes (29) aufweisen und eine Winkelhalbierende des Winkels zwischen den Wellen der zwei Plattensätze bestimmen, die abwärts in eine der Richtung des Luftstroms entgegengesetzte Richtung geneigt ist, wodurch einer Lateralverschiebung des Flüssigkeitsstroms entlang der Platten unter Einwirkung des Gasstromes entgegengewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen (50) des ersten Plattensatzes (31) eine kleinere Amplitude als die Wellen des zweiten Plattensatzes (29) aufweisen; die Wellen des ersten Plattensatzes in einem Winkel von 45º bezüglich der Horizontalen angeordnet sind, und die Wellen des zweiten Plattensatzes in einem Winkel von 15º bezüglich der Horizontalen angeordnet sind.

2. Kontaktkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der Wellen des ersten Plattensatzes ungefähr 5,08 mm bis 6,35 mm oder 5,08 mm bis 7,62 mm (0,20 bis 0,25 oder 0,20 bis 0,30 Inch) beträgt.

3. Kontaktkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der Wellen des zweiten Plattensatzes zwischen 6,35 mm und 12,25 mm oder zwischen 6,35 mm und 15,24 mm (0,25 und 0,50 oder 0,25 und 0,60 Inch) beträgt.

4. Kontaktkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der Wellen des zweiten Plattensatzes 11,684 mm (0,46 Inch) beträgt.