DE69312824T2 - Kontaktkörper für Flüssigkeiten und Gase - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen verbesserten Kontaktkörper zur Verwendung in einer Flüssigkeits und Gaskontaktvorrichtung, insbesondere einen Kontaktkörper&sub1; der aus alternierenden gewellten Materiallagen gebildet ist.
• Kontaktkörper oder Packungen für Gas- und Flüssigkeitskontaktvorrichtungen, wie beispielsweise Kühltürme, sind bereits in einer Ausführungsform vorgeschlagen worden, bei der der Kontaktkörper aus benachbarten gewellten Materiallagen gebildet ist. Gewellte Lagen sind benachbart zueinander angeordnet, wobei ihre Erhebungen oder Rücken miteinander in Kontakt stehen, so daß zwischen den Lagen Kanäle gebildet werden, um in den Lagen Kanäle mit kontinuierlich variierender Breite vorzusehen, die dazu führen, daß die Strömungsrichtung des Gases und der Flüssigkeit während des Durchtritts durch den Kontaktkörper auf wiederholte Weise verändert wird. Es wurde festgestellt, daß Kontaktkörper dieser Art im Betrieb sehr wirkungsvoll sind. Ein derartiger Kontaktkörper ist in der US-A-3 262 682 von Bredberg beschrieben. Diese Art eines quer gewellten Kontaktkörpers wird üblicherweise in Kühleinrichtungen verwendet, die beispielsweise in der US-A-5 013 492 beschrieben sind. Eine derartige Packung oder ein derartiger Kontaktkörper von Munters hat sich im Einsatz als besonders erfolgreich erwiesen und allgemein eine Akzeptanz als Kühlturmmedium gefunden, wo ziemlich große Wasservolumina über ihn rezirkuliert werden.
• Bei Kühltürmen, bei denen ein derartiger Kontaktkörper von Munters normalerweise Verwendung findet, ist üblicherweise ein Wasserrezirkulationssystem vorgesehen. Bei derartigen Systemen wird normalerweise eine gewisse Wassermenge vom System abgelassen, um Salze und im Wasser suspendierte Feststoffe daran zu hindern, durch Verdampfung bestimmte Konzentrationen zu überschreiten. Eine Quelle von Zusatzwasser sorgt für Frischwasser, um Verdampfungs- und Ablaßverluste zu ergänzen. Infolge von Beschränkungen in bezug auf den Wasserverbrauch sind jedoch die Ablaßpegel reduziert worden, was einen Anstieg des Pegels der Salze und suspendierten Feststoffe im rezirkulierenden Wasser zur Folge hatte. Folglich werden die Öffnungen zwischen den Lagen durch eine Kombination aus Härtesalzen, biologischem Wachstum, Schlamm und anderen suspendierten Materialien im Wasser verstopft. Dieses Verstopfen wird noch durch die Tatsache verschlimmert, daß die Amplitudenhöhen der Wellungen in der Packung allgemein relativ gering und winklig in der Lage orientiert sind, um die Rückhaltezeit des herablaufenden Wassers und den Kühlwirkungsgrad des Kontaktkörpers zu erhöhen. Eine Lösung für dieses Problem besteht darin, Kontaktkörper vorzusehen, die in bezug auf ihre Wellungen relativ große Amplitudenhöhen besitzen, um die Größe der Kanäle zu erhöhen. Dies führt jedoch zu einer Reduktion der zur Verfügung stehenden Kontaktfläche für das Wasser und die Luft und zu einer wesentlich geringeren Kühlung.
• 30 Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Kontaktkörper zu schaffen, der eine verbesserte Fähigkeit besitzt, die Kanäle im Kontaktkörper freizuhalten, während der Kühlwirkungsgrad nur geringfügig verschlechtert wird.
• Ein weiteres Ziel der Erfindung betrifft die Schaffung eines Kontaktkörpers, der einen reduzierten Gasdruckabfall durch den Kontaktkörper aufweist, um Energie einzusparen, während der Wirkungsgrad nur geringfügig reduziert wird.
• Noch ein anderes Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer weiteren Verbesserung von Kontaktkörpern des in den vorstehend erwähnten Bredberg- und Munters-Patenten beschriebenen Typs.
• Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kontaktkörper zur Verwendung in einer Flüssigkeits-Gas-Kontaktvorrichtung, wie beispielsweise einem Kühlturm, geschaffen, in der das Gas und die Flüssigkeit im Gegenstrom fließen. Der Kontaktkörper besteht aus mindestens einem ersten und zweiten Satz von gewellten Lagen, die Wellungen aufweisen, welche in einer Richtung quer zur Horizontalebene des Kontaktkörpers angeordnet sind. Die Lagen des ersten Satzes sind abwechselnd mit den Lagen des zweiten Satzes angeordnet, wobei sich die Wellungen des ersten Satzes vertikal erstrecken und die Wellungen des zweiten Satzes kreuzen. Die Wellungen des ersten Lagensatzes erstrecken sich vom unteren Lufteinlaßrand des Kontaktkörpers bis zum oberen Luftauslaßrand desselben und wirken mit den Wellungen des zweiten Satzes zusammen, um Kanäle zu bilden, die den Kontaktkörper von Ende zu Ende durchlaufen. Die Wellungen der gewellten Lagen sind gegeneinander abgestützt&sub1; so daß sich die Lagen berühren, wobei sich die Firstkämme der entsprechenden Wellungen kreuzen, so daß die Kanäle in bezug aut ihre Breite von Null an den Kontaktstellen zwischen den Lagen bis zu einer Maximalbreite variieren, die durch die Amplitude der Wellungen definiert wird. Die durch die vorliegende Erfindung zur Verfügung gestellte Verbesserung betrifft die Anordnung von Lagen in der Füllpackung, deren Wellungen vertikal verlaufen. Durch diese Anordnung läuft die Flüssigkeit auf der Lage mit den vertikalen Wellungen schneller ab als auf den benachbarten Lagen mit schrägen Wellungen. Hierdurch wird eine Spülwirkung erzeugt, die den Aufbau von suspendierten Feststoffen, beispielsweise von Schlamm und Schlick, verhindert.
• Bei einer Ausführungsform sind die schrägen Wellungen der Lagen in einem Satz mit einer kleineren Amplitude versehen als die vertikalen Wellungen des anderen Satzes, wodurch die Kanäle vergrößert werden und die Spülwirkung verbessert wird.
• Die obigen und anderen Ziele, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden aus der nachfolgenden detailierten Be schreibung einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung deutlich, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zu lesen ist. Hiervon zeigen:
• Figur 1 einen schematischen vertikalen Längsschnitt durch eine Gas-Flüssigkeits-Kontaktvorrichtung oder einen Kühlturm, die bzw. der mit Kontaktkörpern gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist;
• Figur 2 eine perspektivische Ansicht eines Abschnittes eines Kontaktkörpers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
• Figur 3 eine perspektivische Ansicht entsprechend Figur 2 von einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
• Figur 4 eine perspektivische Ansicht noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung; und
• Figur 5 eine Endansicht einer gewellten Lage der Erfindung, wobei die Form der Wellungen gezeigt ist.
• Wendet man sich nunmehr der Zeichnung im einzelnen zu, anfangs den Figuren 1 und 2, so erkennt man, daß ein Kühlturm T dargestellt ist, der der Kühlturmstruktur entspricht, die in der US-A-5 013 492 beschrieben ist. Der Kühlturm T enthält einen Kontaktkörper 10, der in einem Gehäuse oder einer Umfassung 12 montiert ist, dessen bzw. deren Boden ein Wassersammelbecken 14 bildet. Das Gehäuse 12 besitzt darin ausgebildete Öffnungen 16 für den Zutritt von Luft, die in Aufwärtsrichtung den Kontaktkörper 10 durchdringt und durch einen Auslaß 18 entweicht, in dem ein Gebläse 20 mit einem Motor 22 vorgesehen ist.
• Wasser wird von oben (siehe die Pfeile 45 in den Figuren 2 und 3) über einen Verteiler 24 o.ä. dem Kontaktkörper 10 zugeführt. Zur Vereinfachung der Darstellung ist der Verteiler 24 als stationäre Vorrichtung oder Rohr mit einem Auslaufloch 26 an der Unterseite dargestellt. Es kann jedoch in Kühltürmen eine Vielzahl von unterschiedlichen Flüssigkeitsverteilungsanordnungen Verwendung finden, wie dies dem Fachmann bekannt ist.
• Der Kontaktkörper 10 besteht aus einer Vielzahl von unabhängig voneinander geformten Packungen oder Körpern. Bei der dargestellten Ausführungsform sind drei Schichten 10a, 10b und 10c von derartigen Packungen 10', 10", 10"' vor gesehen, die aufeinander gestapelt sind. Jede Packung wird von einer Vielzahl von dünnen Schichten oder Lagen gebildet, die vorzugsweise gefaltet oder gewellt und vertikal angerordnet sind. Die Falten oder Wellungen kreuzen einander und stützen sich an ihren Kontaktpunkten, wo sie über ein geeignetes Verbindungsmittel miteinander verbunden sind, gegeneinander ab. Die Linien 28 bezeichnen die Wellungen in jeder zweiten Lage 31, während die gestrichelten Linien 30 die Wellungen in den dazwischen angeordneten Lagen 32 bezeichnen (in der linken Packung der Figur 1 ist zur Vereinfachung der Darstellung nur ein Linienpaar gezeigt). In Figur 2 ist eine Lage 31 aus Darstellungsgründen weggebrochen gezeigt, um die nächste benachbarte Lage 32 mit Wellungen 30 darin zu verdeutlichen.
• Die gewellten Lagen 31 bilden mit Lagen 32 Kanäle oder Durchgänge, die vom unteren Ende bis zum oberen Ende des Kontaktkörpers durchlaufen und sowohl horizontale als auch vertikale Richtungskomponenten erzeugen. Die Lagen 32 bilden vertikale Kanäle im Kontaktkörper, die die Verteilung von Flüssigkeit von einem Satz von Kanälen zum anderen unterstützen. Die Kanäle besitzen eine kontinuierlich variierende Breite von Null an den Kontaktpunkten 50 zwischen den Lagen bis zur maximalen Summe der Amplituden der Wellungen. Die Amplituden h der Lagen in jedem Satz (siehe Figur 5) können die gleichen Höhen besitzen oder solche Amplituden (d.h. 5 bis 30 mm) aufweisen, daß die Kanäle eine Maximalhöhe besitzen, die das Doppelte der Amplituden der Wellungen darstellt. Vorzugsweise können die Amplituden der Wellungen in beiden Sätzen unterschiedlich sein. Beispiels weise können die Amplituden der Lagen 32 größer sein als die der Lagen 31 oder umgekehrt. Diese größeren Wellungen tragen dazu bei, eine Verstopfung im Kontaktkörper zu verhindern.
• Vorzugsweise sind die gewellten Lagen 31, 32 des Kontaktkörpers aus einem Zellulosematerial oder einem Kunststoffmaterial gebildet, wie dies bekannt ist.
• Das von oben über das obere Ende des Kontaktkörpers verteilte Wasser strömt nach unten entlang beiden Seiten der den Kontaktkörper bildenden Lagen als Film, der einem gewundenem Pfad folgt, um einen sehr hohen Grad an Wechselwirkung zwischen den Strömungsmitteln pro Flächeneinheit der Schichten zu erzielen. Wenn das Wasser in der Form eines dünnen Filmes entlang den Schichten in einer im wesentlichen vertikalen Strömungsrichtung nach unten fließt, dringt ein Gas, d.h. Luft, durch die Öffnungen 16 im Gehäuse 12, wie durch die Pfeile 42 angedeutet, in das Gehäuse ein und strömt vertikal durch die im Kontaktkörper ausgebildeten Kanäle, und zwar im Gegenstrom zum Wasser. Wie bei 44 gezeigt, entweicht die Luft durch einen Auslaß 18, in dem das Gebläse 20 vorgesehen ist. Das Wasser wird vom Sammelraum 14 durch die Leitung 34, die über ein Ventil 36 gesteuert wird, abgezogen, um in bekannter Weise zum Verteiler 24 rezirkuliert zu werden.
• Wie bekannt, kann ein Teil des Wassers abgelassen werden, wenn es verunreinigt wird, und Ergänzungswasser kann dem umgewälzten Strom zugefügt werden, falls dies erforderlich sein sollte. Darüber hinaus kann der Wasserpegel im Sammler über einen Schwimmermechanismus 38 gesteuert werden, der bewirkt&sub1; daß Frischwasser zugeführt wird, um Verdampfungsverluste innerhalb des Kontaktkörpers auszugleichen.
• Jede Kontaktkörperpackung ist um 90º zu der unmittelbar darunter angeordneten Packung gedreht. Somit erstrecken sich die Lagen in den Packungen 10' der Schicht 10a quer zu den Lagen in den Packungen 10" der Schicht 10b, während sich die Lagen in der Packung 10" der Schicht 10b quer zu den Lagen in den Packungen 10"' der Schicht 10c erstrecken. Folglich verändern die Bewegungspfade der Luft und des Gases im Kontaktkörper die Grenzflächen zwischen den Packungen.
• Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die einzelnen Packungen aus drei Sätzen von Packungen gebildet, wie in Figur 3 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist der dritte Satz von Lagen 33 wie die Lagen 31 gewellt, wobei jedoch die Lagen so angeordnet sind, daß sich die Wellungen in einer entgegengesetzten Richtung erstrecken, jedoch unter den gleichen oder unterschiedlichen Winkeln wie die Wellungen der Lagen 31.
• Vorzugsweise sind die drei Sätze von Lagen 31, 32 und 33, die vorstehend in Verbindung mit Figur 3 beschrieben wurden, in der in Figur 4 dargestellten Reihenfolge angeordnet, wobei der Lage 31 die vertikal gewellte Lage 32 folgt, der wiederum die entgegengesetzt gewellte Lage 33 und dann die weitere Lage 31 folgen. Folglich steht periodisch durch den Kontaktkörper eine Lage 31 in Kontakt mit der Lage 33 und in Eingriff mit dieser. Diese Anordnung und Beziehung der Lagen mit der zusätzlichen Verschachtelung von vertikal gewellten Lagen trägt dazu bei, die Neigung des Füllmaterials zum Verstopfen zu reduzieren.
• Vorzugsweise kann der Neigungswinkel γ der Wellungen relativ zur Horizontalebene von 450 bis 700 für die Wellungen oder von 200 bis 450 gegenüber der Vertikalen reichen.
• Durch Anordnung der Kontaktkörperlagen auf diese Weise bewegt sich der die Lagen passierende Wasserfilm auf den Lagen mit den vertikalen Wellungen schneller nach unten als auf den Lagen mit den schrägen Wellungen, wodurch eine Spülwirkung erzeugt wird, mit der der Aufbau von suspendierten Feststoffen in den Kanälen verhindert werden kann.
• Bei den Ausführungsformen der Figuren 3 und 4 können wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen die Amplituden oder Höhen der Wellungen zwischen den Lagen variiert werden. Insbesondere können beispielsweise die Lagen 31, 33 Wellungen der gleichen Amplitude besitzen, während die vertikal gewellten Lagen 32 eine größere Amplitude aufweisen können. Diese Amplitude kann variiert werden, wie gewünscht, und kann doppelt so groß sein wie die der Lagen 31, 33. Die durch diese Anordnung zusammen mit den vertikalen Wellungen der Lagen 32 vorgesehenen vergrößerten Kanäle dienen zum Verhindern von Verstopfungen.
• Wie beispielsweise in Figur 2 und in der Schicht 10b der Figur 1 gezeigt ist, können die vertikal gewellten Lagen vorzugsweise eine größere Länge besitzen als die quer gewellten Lagen, so daß sie sich über die unteren Ränder der quer gewellten Lagen hinaus erstrecken. Die vertikal gewellten Lagen bilden daher ein Lager für die Packung auf der darunter befindlichen Fülischicht. Sie bilden darüber hinaus einen Entwässerungsrand für die Lagen mit den schrägen Wellungen. Hierdurch wird die Spülwirkung des Wassers an der Grenzfläche zwischen den Füllschichten, bei denen die Wahrscheinlichkeit eines Auftretens von Verstopfungen besteht, erhöht.
• Obwohl die vorliegende Erfindung hier in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben wurde, versteht es sich, daß diverse Änderungen und Modifikationen vom Fachmann durchgeführt werden können, ohne den Rahmen oder Umfang der Erfindung zu verlassen, wie er durch die beigefügten Patentansprüche definiert ist.

Claims (10)

1. Gas-Flüssigkeits-Kontaktkörper (10) zur Verwendung in einer Gas-Flüssigkeits-Kontaktvorrichtung, der mindestens einen ersten und einen zweiten Satz von gewellten Lagen (31, 32) aufweist, wobei die Lagen (32) des ersten Satzes von Lagen (32) abwechselnd mit den Lagen (31) des zweiten Satzes angeordnet sind, sich die Wellungen im ersten Satz von Lagen (32) vertikal im Kontaktkörper (10) und die Wellungen im zweiten Satz unter einem Winkel zu den Wellungen des ersten Satzes erstrecken, um Kanäle zu bilden, die den Kontaktkörper (10) von Ende zu Ende durchdringen, und wobei sich die Wellungen der gewellten Lagen (31, 32) gegeneinander abstützen, so daß sich die Lagen (31, 32) berühren, wobei sich die Firstkämme ihrer entsprechenden Wellungen kreuzen.

2. Gas-Flüssigkeits-Kontaktkörper nach Anspruch 1, bei dem die Wellungen der Lagen (31, 32) die gleiche Amplitude besitzen.

3. Gas-Flüssigkeits-Kontaktkörper nach Anspruch 1, bei dem sich die Amplitude der Wellungen im ersten Satz von Lagen (32) von der Amplitude der Wellungen im zweiten Satz von Lagen (31) unterscheidet.

4. Gas-Flüssigkeits-Kontaktkörper nach Anspruch 1, bei dem die Lagen (32) des ersten Satzes größer sind als die Lagen (31) des zweiten Satzes und sich unter die unteren Ränder der Lagen (31) des zweiten Satzes im Kontaktkörper (10) erstrecken.

5. Gas-Flüssigkeits-Kontaktkörper nach Anspruch 1, der einen dritten Satz von gewellten Lagen (33) im Kon taktkörper (10) aufweist, wobei sich die Wellungen im dritten Satz unter einem Winkel zu den Wellungen im ersten Satz und in entgegengesetzter Richtung zu den Wellungen in den Lagen (31) des zweiten Satzes erstrecken und wobei die Lagen (32). im ersten Satz zwischen den Lagen (31, 33) des zweiten und dritten Satzes angeordnet sind.

6. Gas-Flüssigkeits-Kontaktkörper nach Anspruch 5, bei dem die Neigungen der Wellungen des ersten und dritten Satzes nicht symmetrisch sind.

7. Gas-Flüssigkeits-Kontaktkörper nach Anspruch 6, bei dem die Wellungen des ersten Satzes von Lagen (32) eine größere Neigung zur Horizontalebene besitzen als die Wellungen im dritten Satz von Lagen (33).

8. Gas-Flüssigkeits-Kontaktkörper nach Anspruch 5, bei dem die Wellungen der Lagen (31, 32, 33) der drei Sätze die gleiche Amplitude besitzen.

9. Gas-Flüssigkeits-Kontaktkörper nach Anspruch 5, bei dem die Amplitude der Wellungen im ersten und dritten Satz von Lagen (32, 33) gegenüber der Amplitude der Wellungen im zweiten Satz von Lagen (32) unterschiedlich ist.

10. Gas-Flüssigkeits-Kontaktkörper nach Anspruch 5, bei dem die Lagen (31) des zweiten Satz breiter sind als die Lagen des ersten und dritten Satzes (32, 33) und sich unter die Bodenränder der Lagen (32, 33) im ersten und zweiten Satz erstrecken.