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Verdunstungs-Wärmetauscher Die Erfindung betrifft einen Verdunstungs-Wärmetauscher,
mit einer am Einlass des Wärmetauschers liegenden DUsenanordnung zum Versprühen
von Wasser in eine Mischkammer unter Erzielung einer Luftströmung in die Mischkammer,
mit einer am Auslass des Wärmetauschers liegenden Regel-Iclappenanordnung zur Veränderung
der Menge des austretenden tuftgemisches, und mit einer Pumpenanordnung zur Rezirkulation
des versprühten Wassers.
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Mit DUsenanordnungen zum Versprühen von Wasser arbeitende Verdunstungs-Wärmetauscher
sind aus der FR-PS 2 029 761 der Anmelderin bekannt.
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Es ist ferner bekannt, Verdunstungs-Wärmetauscher mit einer ausgangsseitigen
Klappenanordnung zu versehen (US-PS 2 651 831).
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KUhltürme und Verdunstungs-Kondensatoren sind ein Beispiel für einen
indirekten Wärmetauscher, wie sie in der Vergangenheit
bekanntgeworden
sind, ganz gleich ob es sich dabei um solche mit einem Zusammenfluss, einem Gegenstrom
oder einem Querstrom handelt, benötigen sie Gebläse zum Pumpen der Luft und Pumpen,
um das Wasser zu fördern. Hierbei strömt das Wasser über Flächen, beispielsweise
nassgefüllte Tragflächen im Falle eines Kühlturmes oder durch Wärmetauschrohre im
Falle eines Verdunstungs-Kondensators. Die aus dem Medium herausgezogene Wärme,
die gekühlt werden muss, sorgt für einen Vorrat an latenter Wärme zur Verdunstung,
der erforderlich ist, das Wasser zu verdunsten, das anschliessend aus dem mit der
Luft arbeitenden System entfernt wird. Bei einer Vorrichtung dieser Art ist es,
wenn eine niedrigere als die vorgesehene Wärmebelastung vorhandden ist, verhältnismässig
einfach, die KUhlkapazität durch einfaches Abschalten der Luftgebläse zu reduzieren.
Tatsächlich ist eine genaue Steuerung in der Regel mittels einer zyklischen Betätigung
der Luftgebläse erforderlich, oder es kann auch eine Anderung des Luftvolumens in
Abhängigkeit von Temperaturschwankungen des umlaufenden Wassers vorgenommen werden.
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Bei einem Verdunstungs-Wärmetauscher mit einem Injektor, wobei es
sich um einen Kühlturm oder einen Verdunstungs-Kondensator handeln kann, ist es
natürlich nicht möglich, die Luft abzuschalten, während das Wasser weiter strömt,
da gerade durch diesen Wasserstrom die Luft gepumpt wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Möglichkeit einer
Reduzierung der Kapazität eines Verdunstungs-Wärmetauschers mit einem Injektor zu
schaffen.
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Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass der Regelklappenanordnung
eine Einrichtung zur Einstellung der
Kapazität des Verdunstungs-Wärmetauschers
zugeordnet ist, die durch eine Begrenzungswand der Mischkammer gebildet wird, die
eine als Bypass für die Luftströmung bei ganz oder teilweise geschlossenen Regelklappen
dienende Rezirkulationskammer für die Luftströmung begrenzt, welche eine in der
Mischkammer liegende Eintrittsöffnung aufweist und deren Auslass im Einlassteil
des Injektorbereichs der DUsenanordnung liegt.
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Die Erfindung wird anschliessend an Hand eines in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines
horizontalen InJektions-KWhlturmes, der bewegbare Dämpfer mit einem System zur Reduzierung
der Pumpleistung aufweist, wenn die Vorrichtung stark unterhalb der verfügbaren
Kapazität betrieben wird; Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines
Druckentlastungssystems, das auch dann Verwendung finden kann, wenn die Vorrichtung
unterhalb der verfilgbaren Kapazität betrieben wird; Fig. 5 eine teilweise geschnittene
Seitenansicht mit der Darstellung eines dritten Systems zum Betrieb unterhalb der
verf Ugbaren Kapazität.
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Bevor im einzelnen auf die Figuren der Zeichnung eingegangen wird,
soll betont werden, dass die erfindungsgemässe Einrichtung bei jedem Verdunstungs-Wärmetauscher
mit einem Injektor anwendbar ist, ganz gleich ob die Achse des Stromes horizontal,
senkrecht nach unten, senkrecht nach oben oder
diagonal verläuft,
und auch unabhängig davon, ob die Vorrichtung ein KUhlturm, ein Verdunstungs-Kondensator
oder ein anderes KUhlsystem darstellt. Die Vorrichtungen nach den Figuren 1, 2 und
5 werden im Zusammenhang mit den Kühltürmen mit horizontalem Durchfluss beschrieben,
wobei es sich um ein AusfUhrungsbeispiel mit einer Ublichen Arbeitsbedingung handelt.
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Im Nachfolgenden wird auf Figur 1 näher Bezug genommen.
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Die dort veranschaulichte Vorrichtung zeigt einen Kühlturm mit einem
LurteintrittsmundstUck 10, einen Lufteintritt bei 11 und einem niederstromseitigen
Lufteinlass sowie einen Dirfusions- oder Expansionsbereich 12. Zu kUhlendes Wasser
wird durch einen Kopf 15 mehreren horizontal liegenden Leitungen 14 zugeleitet,
von denen jede mit DUsen 15 versehen ist, die Uber die Länge einer entsprechenden
Leitung 14 im Abstand angeordnet sind. Das Wasser wird nun aus den DUsen 15 gesprüht,
und hierdurch wird Luft in das MundstUck 10 der Vorrichtung gesaugt. Dabei sind
die DUsen 15 so im Abstand zueinander angeordnet, dass die SprUhstrahlen eine solche
Form aufweisen, dass ein Wassersiegel quer zum Einlass 11 gebildet wird. Die in
das Mundstück 10 eingesaugte Lurt durchläurt-nun den Einlass 11 und mischt sich
intensiv mit den Wassertröpfchen.
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Dieser Strom wird durch den Diffusionsbereich 12 fortgesetzt. Hierbei
erfolgt eine VerdunstungskUhlung, weil etwas Wasser verdunstet wird, und die Wärme
dieser Verdunstung wird dem Ubrigen Wasser entzogen, das sXh von links nach rechts
bewegt, siehe Figur 1, und dann in den Sumpf 16 abtropft, von wo es durch die Leitung
17 zur weiteren Verwendung abgezogen werden kann. Die Luft wird aus dem Turm durch
eine Gruppe von Dunstabscheidevorrichtungen 18 ausgestossen, die das gesamte verbleibende
Wasser
aussondern, das auf diese Weise eingetreten ist, so dass eine im wesentlichen tröpfchenfreie
Luft die Vorrichtung 18 verlässt und durch sich drehende Flügel 19 in die Atmosphäre
gelangt. Dabei bewirken die Flügel, dass die Luft nach oben und von den KUhltUrmen
wegströmt, um einen erneuten Umlauf der warmen ausgestossenen Luft in den Bereich
des Mundstückes 10 zu vermeiden.
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Die besondere DUsenkonstruktion> die Blaseinrichtung 20 und die
besonderen Dunstausscheidevorrichtungen sind in einer parallellaufenden Anmeldung
mit dem gleichen Anmeldedatum wie diese Anmeldung offenbart. Der Sumpf ist mit dem
üblichen rostfreien Sieb 21 sowie mit einem Wasseröffnungszapfhahn 22 versehen,
der durch einenSchwimmer 23 in herkömmlicher Weise gesteuert wird. Dies bedeutet,
dass dann, wenn der Wasserspiegel unter eine bestimmte Höhe fällt, das Absinken
des Schwimmers 25 den Zapfhahn 22 öffnet und somit dem System zusätzlich Wasser
zuführt.
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Der Druck und der Wasserdurchfluss bei dem Verstungs-Wärmetauscher
mit dem Injektor bestimmt die Mischung, die Zerstäubung und den Luftzutritt, so
dass hierdurch der WärmeÜbergang beherrscht wird. Somit ist die Steuerung und der
Wasserdurchfluss eine Möglichkeit zur Steuerung der Kapazität. Die andere änderbare
Grösse zur Steuerung ist die Luft, und ein Beispiel hierfUr ist in der Anordnung
nach Figur 1 dargestellt. Zu diesem Zweck sind die Schlitze 19 aus einem Satz ortsfester
Schlitze 19 s gefertigt, wobei zwischen jedem Paar dieser Schlitze ein bewegbarer
Schlitz oder Dämpfer 19 m angeordnet ist. Diese bewegbaren Dämpfer 19 m sind bei
24 ftlr eine Bewegung aus der Lage mit den durchgezogenen Linien nach Figur 1 in
die Lage mit den unter brochenen Linien schwenkbar angeordnet. Es soll noch bemerkt
werden,
dass die Dämpfer oder Schlitze so geformt sind, dass in allen Lagen der Dämpfer
19 m die Luft nach oben zum Abströmen durch die Ausstossöffnung gerichtet ist. In
der gesohlossenen Lage blockiert Jeder bewegbare Dämpfer 19 m den Luftraum zwischen
zwei nebeneinanderliegenden ortsfesten Schlitzen 19 s. Eine Schwenkbewegung um die
Achse 24 von einer Offen- in eine Schliesslage wird durch eine Stange 25 erzeugt,
die mit einer Kröpfung-26 versehen ist, die beispielsweise mittels einer elektrischen
Betätigungsvorrichtung 27 aus der Lage mit den voll ausgezogenen Linien in die mit
den unterbrochenen Linien nach Figur 1 bewegbar ist. Wenn die Kröpfung 26 sich zwischen
den beiden Lagen bewegt, wird die Stange-25 gleichfalls bewegt. Die Glieder 28 verbinden
die Stange 25 mit den entsprechenden bewegbaren Dämpfern 19 m, so dass die Bewegung
der Kröpfung 26 und der Stange 25 eine gleichzeitige Bewegung der Dämpfer 19 m in
einem Mass erzeugt, das durch den Antriebsmechanismus 27 gesteuert wird.
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Es ist nun klar, dass die Drosselwirkung der Dämpfer 19 zur Reduzierung
der KUhlkapazität der Einheit bestimmt ist, wenn die Wassertemperatur in dem Sumpf
16 niedriger liegt als die Betriebsbedingungen dies erfordern. Die Dämpfer können
von in etwa 50 bis 80 % des vollen Luftstromes gedrosselt werden, bevor der Druck
in dem Diffusionsbereich 17 bis zu einem Umfang aufgebaut wird, bei dem Wirbelströme
und Rflckblaseffekte durch das Wassersiegel in dem Einlass 11 erzeugt werden. Der
Umfang der Luftreduzierung ist für die meisten Anwendungsfälle zufriedenstellend,
aber wenn mehr als in etwa 50 bis 80 % Schliessung erforderlich ist, wird die dargestellte
Vorrichtung so eingestellt, dass dann, wenn die Dämpfer 19 m in etwa 50 bis 80 %
geschlossen
sind, ein elektricher Schalter 29 schliesst und hierdurch
ein elektrischer Ventilmechanismus 30 in.Tätigkeit gesetzt wird, der dem Ventil
31 zugeordnet ist, um den Wasserzufluss zu den DUsen 15 zu verringern.
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Es wird noch bemerkt, dass das Ventil 31 in einer Bypass-Leitung 32
angeordnet ist, die von der Warmwasserleitung 13 zu der Kaltwasserablassleitung
17 fUhrt. Diese Leitung 32 stellt einen Bypass zu dem KUhlwasserturm dar. Wenn die
Dämpfer 19 m voll geschlossen sind, wird das Ventil 31 so weit geöffnet, dass etwas
Wasser von der Warmwasserleitung 34 durch diese Leitung 32 im Bypass der Eingangsseite
der Pumpe 33 gefUhrt wird. Ein handbetätigtes Messventil 35 steuert den wirksamen
Querschnitt der Bypassleitung. Wenn der Ausgang von der Pumpe 33 zwischen der Leitung
13 und der Bypassleitun 32 tberteilt :f ird der Druck an den DUsen 19 reduziert.
Auf diese Weise wird die Luftpumpleistung so reduziert, dass Überdrücke in der Diffusionszone
nicht mehr ein ZurUckblasen durch das MundstUck des KUhlturmes bewirken.
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Der Betrieb der Schlitze und der DUsendrosselung wird insgesamt durch
eine FUhlervorrichtung 36 ausgelöst, die in der Xaltwasserleitung 17 angeordnet
ist, die von dem Sumpf 16 wegfUhrt. Wenn die Temperatur unter einen bestimmten Wert
absinkt, schliesst die Fühlervorrichtung einen Schalter 37, der den Schaltkreis
zur Einschaltung des Mechanismus 27 betätigt. Wenn nun aber die Bewegung des Dämpfers
19 m 50 bis 80 % der vollen Schliesslage Ubersteigt, wird der Schalter 29 gleichfalls
geschlossen, so dass das Ventil 31 öffnet, um die oben beschriebene
Wirkung
zu erzeugen.
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Es ist klar, dass dann, wenn das Ventil 31 geöffnet und der Druck
an den Düsen 19 reduziert ist, die Kapazität der Einheit verringert ist. Demgemäss
kann der Wärmeschalter 36-eine weitere Lage der Dämpfer, nämlich eine grössere Offnungslage
steuern, wenn die Korrektur mehr als erforderlich gewesen war, und es kann auch
eine starke geschlossene Lage erzeugt werden, wenn dies noch nicht angemessen gewesen
ist. Mit dieser Drosselregelung der Düsen können die Dämpfer ohne ein Zurückblasen
zu ihrer vollen Schliesslage bewegt werden. Wenn sie sich wieder öffnen, werden
die Verbindungen zwischen dem Motor 27 und dem Schalter 29 so hergestellt, dass
die Bewegung der Dämpfer in der Öffnungsrichtung nicht sofort eine Schliessung des
Ventils 31 bewirken, so dass sich das System ohne Eile stabilisieren kann.
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Ein weiterer Weg zur Steuerung der Drosselung ist in Figur 2 dargestellt,
die eine der Figur 1 ähnliche Ansicht zeigt. Dabei haben hier die Teile ähnliche
Bezugszeichen mit der Ausnahme, dass bei der Ausführungsform nach Figur 2 der Bypass
zwischen dem Ansaugstutzen der Pumpe und der Warmwasserzuleitung zu den Sprühdüsen
weggelassen ist, und an dessen Stelle sind die überdrücke in dem Diffusionsbereich
12 durch einen Schlitz 38 in der oberen Wand 39 des KUhlturmes entlastet. Wenn bei
diesem Ausrührungsbeispiel der Motor 27 durch die Fühler 36 den Impuls erhalten
hat, die bewegbaren Dämpfer 19 m zu schliessen, wird die Wasserversprühung nochmal
fortgesetzt, aber das Anwachsen des statxchen Druckes in der Diffusionszone 12 bewirkt,
dass die Luft in Richtung der Pfeile in der Ebene 40 entweicht, die Uber der Wand
39 des Ktitilturmes
angeordnet ist. Wenn nun die Dämpfer 19 m geschlossen
sind, ist natürlich ein erhöhter Widerstand für den Luftstrom vorhanden. Auf diese
Weise ist infolge des zusätzlichen Widerstandes die Luftpump-Kapazität sogar dann
reduziert, wenn die Pumpleistung an den DUsen die gleiche bleibt. Die obere Begrenzungswand
41 der Ebene 40 erstreckt sich dabei um das glockenförmige MundstUck 42 des Einlasses
10 und bildet hiermit einen Luftzufuhrschlitz 43, durch den etwas Luft wieder zur
Einlasseite des Systems in Umlauf versetzt wird, -wobei es sich um einen Wiederumlauf
der Warmluft handelt, und hierdurch ist eine wirksame teilweise Schliessung ermöglicht,
ohne dass der Wasserdruck eingestellt wird. Wenn die Dämpfer 19 m offen sind,-liegt
der statische Druck in dem Diffusionsbereich^12 sehr niedrig, so dass sehr wenig
Luft durch den Schlitz 38 entweichen kann, und hierdurch ist der Wiederumlauf der
warmen Luft automatisch verhindert, wenn dies nicht erwUnsch oder benötigt wird.
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Die Kapazitätssteuerung kann darüberhinaus durch ein Bypassventil
in dem Röhrensystem erreicht werden, das eine Reduzierung des Arbeitsdruckes an
den Düsen 15 bewirkt, und hierdurch wird die Kapazität der Einheit geregelt, um
verschiedene Belastungen zu erreichen, ohne dass die bewegbaren Dämpfer 19 m verwendet
werden müssen, beispielsweise können ortsfeste Luftschlitze Verwendung finden.
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In diesem Falle kann die Aus£hrungsform nach Figur 3 Verwendung finden.
Hier tastet ein Temperaturfühler 36 die Wassertemperatur im Kaltwasserauslass 17
des Sumpfes 16.
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Wenn die Wassertemperatur eine vorbestimmte niedrige Höhe erreicht
hat, betätigt der Fühler 36 den Schalter 37 in die Schliesslage. Der Schalter 57
schaltet nun einen Ventilmotor 44 ein, der ein Ventil 45 in die Schliesslage betätigt.
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Bei diesem AusfUhrungsbeispiel zeigt der Wasserumlauf
eine
Pumpe 33 und eine Wärmebelastung 54 zusammen mit der Vorrichtung nach Figur 2, aber
es ist darüberhinaus auch eine Bypassleitung 32 vorhanden? wie sie in Figur 2 dargestellt
ist. Aber die Ventile sind hier unterschiedlich. Es gibt ein handbetätigtes Ventil
46 zwischen dem Auslass der Belastung bei34 und dem Bypass 52.Ausserdem ist ein
weiteres handbetätigtes Ventil 54 in der Bypassleitung und ein Ventil 48 in der
Bypassleitung, das durch einen Motor 49 betätigt wird, der in Abhängigkeit von dem
Druck des Fühlers 50 arbeitet, welcher den Druck an dem Ausgang der Pumpe )3 abnimmt.
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Bei der Anordnung nach Figur 5 können die Luftschlitze sich in ihrer
ortsfesten Lage befisiden. Wenn eine Drosselung der Kapazität der Einheit gewünscht
wird, bewirkt der Temperaturfühler 36, dass der Motor 44 teilweise das Ventil 45
schliesst. Hierbei steigt der Druck an der Auslass-Seite der Pumpe an. Der Fühler
50 spricht auf den Arstieg im Ablassdruck der Pumpe 55 an und öffnet das Ventil
48 genügend, um den Pumpausstossdruck im wesentlichen konstant zu halten. Durch
diesesAufrechterhalten eines konstanten Pumpdruckes bleibt die Leistung einer Zentrifugalpumpe
konstant, wodurch eine uberbelastung verhindert wird, die eintreten würde, wenn
der Druck reduziert wäre. Das Ventil 46 wird verwendet, um den angemessenen Druck
in dem Turm einzustellen, wenn die Bypassleitung 52 geschlossen ist. Wegen des grossen
durch die Bypassleitung bedingten Druckabfalls kann diese Leitung viel kleiner gehalten
sein als die Hauptwasserleitung. In dem vollen Bypass wird der gewünschte Pumpdruck
zu Beginn mit dem Handventil 47 in der Bypassleitung 52 eingestellt.
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Gemäss den Figuren 1 und 2 arbeiten die Wasserpumpen 33 normal, d.h.J
wenn das Ventil gedrosselt ist, wälzt die Pumpe stEndig die gleiche Menge Wasser
um, aber etwas Wasser wird durch, den Bypass geleitet, so dass nicht der gesamte
Pumpenausstoss den DUsen 15 zugeleitet wird.