DE2402131C3 - Vorrichtung zur Wärme- und StoffÜbertragung zwischen Flüssigkeiten und Gasen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärme- und Stoffübertragung zwischen Flüssigkeiten und Gasen, bei welcher zwischen einem Flüssigkeitszufluß und einem Flüssigkeitsabfluß eine dem Flüssigkeitsabfluß zugekehrte, schräge filmbildende Flüssigkeitsverteilfläche, sowie in mehreren Reihen hintereinander angeordnete und von der Flüssigkeitsverteilfläche in den Flüssigkeitsabfluß führende flüssigkeitsabführende Teile vorgesehen sind.

Wie bekannt, findet eine Wärme- und Stoffübertragung in allen Fällen statt, wo Strömungsmittel sich unmittelbar berühren. Die Wärme- und Stoffübertragung ist unter anderem umso wirkungsvoller, je größer die Kontakt- oder Berührungsfläche zwischen den sich berührenden Mitteln ist. So wird z. B. das Kühlwasser in sogenannten nassen Kühltürmen womöglich gleichmäßig verteilt auf großflächige Einlagen des Kühlturmes geleitet, an denen das Kühlwasser in der Form eines Filmes unter der Wirkung der Schwerkraft abwärts strömt, wobei es sich mit strömender Luft berührt und abkühlt. Eine derartige Kühlturmeinlage ist z. B. in der ungarischen Patentschrift 1 54 201 beschrieben. Das Wesen der bekannten Vorrichtung besteht darin, daß zwischen einem Flüssigkeitszufluß und einem Flüssigkeitsabiluß eine Flüssigkeitsverteilfläche vorgesehen ist, die dem Flüssigkeitsabfluß zugerichtet liegt und an welcher sich der Flüssigkeitsfilm ausbildet. An die Flüssigkeitsverteilfläche schließen sich hintereinander in mehreren Reihen flüssigkeitsabführende Teile an, die zum Flüssigkeitsabfluß führen, so daß jener Teil der Flüssigkeit, der nicht verdampft und somit in der Form 131

von Dunst nicht entweicht, über den Flüssigkeitsabfluß abgeführt wird und zu Heizzwecken dienen kann. Die flüssigkeitsabführenden Teile können z. B. in der Form von Drähten, Bändern, Stangen, Stäben usw., ausgebildet sein, die durch die herabfließende Flüssigkeit filmartig benetzt werden.

Bei den bekannten Vorrichtungen ist aber die gleichmäßige Benetzung der flCissigkeitsabführenden Teile nicht restlos gesichert. Es ist dabei zu bedenken, daß der Flüssigkeitsfilm gegen die Schwerkraft durch die Oberflächenkräfte oder -spannungen zwischen der Flüssigkeit und der Flüssigkeitsverteilfläche an dieser zurückgehalten werden. Das Gleichgewicht ist dabei dynamisch. Dies bedeutet, daß das Anhaften der Flüssigkeit lediglich bei Flüssigkeitsgeschwindigkeiten zustande kommt, die höher sind, als ein gewisser Grenzwert Bei Flüssigkeitsgeschwindigkeiten unterhalb dieses Grenzwertes reißt der Flüssigkeitsfilm von der Flüssigkeitsverteilfläche ab. Je höher der erwähnte Grenzwert, desto größer die zulässige Flüssigkeitsbelastung. Ein Abreißen des Flüssigkeitsfilmes hat dann zur Folge, daß flüssigkeitsabführende Teile hinter der Abreißstelle unbenetzt bleiben, wodurch die Leistung der Einlage wesentlich abnimmt. Das Abreißen des Flüssigkeitsfilmes hat übrigens den unmittelbaren Grund, daß der an der schrägen Flüssigkeitsverteilfläche strömende Flüssigkeitsfilm an der Wurzel der flüssigkeitsabführenden Teile ständig aufschlägt und somit seine Geschwindigkeit allmählich verliert, bis sie den erwähnten Grenzwert erreicht, bei welchem dann der Flüssigkeitsfilm abreißt. Deshalb ist bei einer gegebenen Anzahl von flüssigkeitsabführenden Teilen in der Strömungsrichtung der Flüssigkeitsbelastung eine obere Grenze gesetzt, obwohl in gewissen Fällen, z. B. bei Kühltürmen mit natürlichem Zug die Einrichtung umso wirtschaftlicher ist, je höher ist die zulässige Flüssigkeitsbelastung. Eben deshalb bildet der erwähnte obere Grenzwert der zulässigen Flüssigkeitsbelastung einen Mangel der übrigens sehr guten bekannten Vorrichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesem Mangel abzuhelfen bzw. eine Vorrichtung zur Wärme- und Stoffübertragung zu schaffen, bei welcher eine gleichmäßige Benetzung auch bei hinteren flüssigkeitsabführenden Teilen gewährleistet ist, so daß die Leistung der Vorrichtung durch Erhöhung der Flüssigkeitsbelastung sprunghaft zunimmt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an den flüssigkeitsabführenden Teilen Lenkorgane vorgesehen sind, welche die dem Flüssigkeitszufluß zugekehrte Seite der flüssigkeitsabführenden Teile frei lassen und deren der Flüssigkeitsverteilfläche zugekehrte schräge Stirnflächen sich im selben Sinne neigen, wie die Flüssigkeitsverteilfläche selbst, wobei der Neigungswinkel der Stirnflächen geringer ist als der Neigungswinkel der Flüssigkeitsverteilfläche.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß flüssigkeitsabführende Teile, die der Reihe nach zunächst benetzt werden, aus dem Flüssigkeitsfilm mehr Flüssigkeit abzapfen als für ihre gleichmäßige Benetzung erforderlich wäre. Es muß demnach sichergestellt werden, daß die überflüssige Menge an Flüssigkeit zu hinteren flüssigkeitsabführenden Teilen gelangt, wodurch nicht nur erreicht wird, daß auch in der Reihe weiter hinterliegende flüssigkeitsabführende Teile benetzt werden, sondern auch daß alle flüssigkeitsabführenden Teile gleichmäßig benetzt werden. Da ja die überflüssige Flüssigkeitsmenge von allen flüssigkeitsableitenden

Teilen zu den dahinterliegenden flüssigkeitsableitenden Teilen gelangt, wird die spezifische Flüssigkeitsmenge die zur Benetzung erforderlich ist, von jedem flüssigkeitsabführenden Teil erhalten.

Das Abscheiden und Weiterbefördern der überflüssigen Menge an Flüssigkeit zu weiter hinterliegenden flüssigkeitsabführenden Teilen wird dadurch erreicht daß die flüssigkeitsabführendeL Teile mit Lenkorganen für die Flüssigkeit versehen sind, welche nur jene Menge von der Zuflußmenge weiterströmen lassen, die zur Benetzung der betreffenden flüssigkeitsabführenden Teile erforderlich ist, wogegen die überflüssige Menge nicht iiur zurückgehalten, sondern zur Hauptmenge der Flüssigkeit zurückgeführt wird. Der ersten Forderung wird dadurch entsprochen, daß der flüssigkeitsabführende Teil vom Lenkorgan nur einseitig umgeben ist. Die zweite Forderung wird dadurch erfüllt, daß die Verlängerung der Flüssigkeitsverteilfläche zugekehrten Stirnflächen der Lenkorgane in der Strömungsrichtung des Flüssigkeitsfüms sich mit der Flüssigkeitsverteilfläehe schneiden, so daß die von den Stirnflächen herabspritzende Flüssigkeit auf der Fiüssi'gkeitsverteilfläche oder unmittelbar an den weiter hinten liegenden Lenkorganen aufschlägt und auf diese Weise zur Benetzung von weiteren flüssigkeitsabführenden Teilen zur Verfügung steht bzw. benützt wird.

Die teilweise seitliche Entblößung der flüssigkeitsabführenden Teile gewährleistet die Kontinuierlichkeit ihrer Benetzung, während durch die der Neigung der Flüssigkeitsverteilfläche gleichsinnige Neigung der Stirnflächen unter einem geringeren Neigungswinkel erreicht wird, daß die Verlängerung der Stirns lachen in die Flüssigkeitsverteilfläche einschneiden, so daß die von den Stirnflächen herabrieselnde Flüssigkeit von neuem zur Hauptmenge der Flüssigkeit zurückgeführt wird.

Um eine genaue Menge der zur Benetzung der flüssigkeitsabführenden Teile zu sichern, ist es zweckmäßig, in den schrägen Stirnflächen der Lenkorgane einen Stumpftrichter auszubilden, der den flüssigkeitsabführenden Teil umgibt und dabei gewährleistet, daß die zur Benetzung der flüssigkeitsabführenden Teile unterhalb der Lenkorgane erforderliche Fiüssigkeitsmenge weitergelangt Es ist ferner zweckmäßig, wenn die Lenkorgane von in derselben Reihe angebrachten flüssigkeitsabführenden Teile als Abstandhalter ausgebildete zusammenhängende einheitliche Stücke bilden, weil in diesem Fall zur Festlegung der Abstände von benachbarten flüssigkeitsabführenden Teilen keine besonderen Abstandhalter vorgesehen sein müssen.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

F i g. 1 ist dabei eine Seitenansicht zum Teil im Schnitt;

Fig.2 zeigt einen Schnitt gemäß der Linie H-II der Fig. 3;

F i g. 3 stellt eine Vorderansicht einer Einzelheit in vergrößertem Maßstab dar;

F i g.4 ist schließlich eine der F i g. 3 entsprechende Draufsicht

Wie aus F i g. 1 hervorgeht, ist zwischen einem Flüssigkeitszufluß und einem Flüssigkeitsabfluß eine geneigte Flüssigkeitsverteilfläche 10 angeordnet. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Flüssigkeitszufluß 12 aus einem Rohr, während der Flüssigkeitsabfluß durch eine Platte 16 mit einem Auslaßstutzen 14 gebildet ist Die Flüssigkeitsverteilfläche 10 ist dem Flüssigkeitsabfluß, d.h. der Platte 16 zugekehrt und zum Bilden eines Flfissigkeitsfilms bestimmt An die Flüssigkeitsverteilfläche 10 sind in mehreren Reihen A, B, Cund Din der Strömungsrichtung hintereinander flüssigkeitsabführende Teile, wie z. B. die in der Zeichnung dargestellte Stäbe angeschlossen, von denen einer in der F i g. 1 mit dem Bezugszeichen 18 bezeichnet ist Die Stäbe 18 als flüssigkeitsabführende Teile führen in die Platte 16, die als Flüssigkeitsabfluß dient.

Gemäß der Erfindung sind nun an den flüssigkeitsabführenden Teilen, namentlich beim dargestellten Ausführungsbeispiel an den Stäben 18 Lenkorgane 20 angebracht Beim gezeichneten Beispiel bestehen die Lenkorgane 20 aus Klötzen, welche die Seite der Stäbe 18 in Richtung auf das Flüssigkeitszuflußrohr zu freilassen. Die der Flüssigkeitsverteilfläche 10 zugekehrte und in der Zeichnung obere Stirnfläche 2QA der Klötze (F i g. 2 bis 4) neigt sich im gleichen Sinne 22 wie die Flüssigkeitsverteilfläche 10, wobei der Neigungswinkel ix der Stirnfläche 20/4 geringer ist als der Neigungswinkel β der Flüssigkeitsverteilfläche 10, so daß die Verlängerungen der Stirnflächen 2OA in die Flüssigkeitsverteilfläche 10 einschneiden, wie dies in F i g. 1 durch gestrichelte Linien angedeutet ist.

In F i g. 2 ist ein als Lenkorgan 20 ausgebildeter Klotz ohne seinen Stab 18 dargestellt. Auf diese Weise kann leicht gezeigt werden, daß um die den flüssigkeitsabführenden Teil umgebende öffnung 2OB in der Stirnfläche 20/4 ein Stumpftrichter 2OC ausgebildet ist, der in Richtung auf die freie oder offene Seite des Klotzes zu eine Lenkfläche bildet.

In den F i g. 3 und 4 sind Klötze in derselben Reihe A, B, C, oder D angeordnet, die ein einheitliches Stück 24 bilden. In den öffnungen 20ßder Klötze greifen die Stäbe 18 ein. Die Bedeutung der Ausführungsform der Klötze gemäß F i g. 3 und 4 besteht darin, daß die Stäbe 18 der Reihen A, B, Coder D in bestimmten gegenseitigen Lagen, d. h. in bestimmten Abständer voneinander gehalten werden, was bezüglich des Einbaues, des Betriebes und der Instandhaltung gleichwie vorteilhaft ist.

Die dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Die zufließende Flüssigkeit 26, z. B. Kühlwasser, gelangt zur Flüssigkeitsverteilfläche 10, an welcher sie infolge ihrer Geschwindigkeit und der Oberflächenspannung einen Flüssigkeitsfilm 28 bildet. Der Flüssigkeitsfilm 28 fließt in der Richtung eines Pfeiles 30, wobei sie an den Stäben 18 der Reihe A aufschlägt, wodurch der Flüssigkeitsfilm 28 gleichsam angezapft und ein Teil derselben von der Flüssigkeitsverteilfläche 10 in den durch die Platte 16 und den Auslaßstutzen 14 gebildeten Flüssigkeitsabfluß geführt wird Die an den Stäben 18 der Reihe A abwärtsfließende Flüssigkeit stößt aber gegen die flüssigkeitslenkenden Lenkorgane 20, durch deren Stirnflächen 20/4 die Flüssigkeitsmengen, welche über den Stumpftrichler 2OC nicht entweichen können, unter einem Winkel von λ auf die Flüssigkeitsverteilfläche 10 zurückgeschlagen werden, wo diese Flüssigkeitsmengen sich dem Flüssigkeitsfilm 28 vereinen, der dort wegen der Anzapfung bereits eine verringerte Dicke aufweist. Dieser Vorgang wiederholt sich an den Stäben 18 der Reihe B, usw.

Auf diese Weise wird an jedem Stab 18 eine durch den Stumpftrichter 20C bestimmte Menge von Flüssigkeit abfließen, die unterhalb der Lenkorgane 20 sich über die Gesamtfläche der Stäbe 18 verteilt. Dies bedeutet nicht nur eine gleichmäßige Belastung und somit eine gute Ausnützung der Stäbe 18. sondern auch eine

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wirksame Wärme- und Stoffübertragung. Die zwischen den Stäben 18 senkrecht zur Ebene der F i g. 1 strömende Luft gelangt nämlich in einen maximalen Kontakt mit der Flüssigkeitsoberfläche, wodurch die Wärme der Flüssigkeitsoberfläche übernommen wird (Warmeübertragung) und zusammen mit dem verdampfenden Teil der Flüssigkeit entweicht (Stoffübertragung), wobei die Flüssigkeit wirksam abgekühlt wird.

Die abgekühlte Flüssigkeit 26 sammelt sich in der Platte 16 an und entweicht über den Stutzen 14.

Wie ersichtlich, spielen die Lenkorgane 20 bezüglich der Flüssigkeitsbelastung eine Schlüsselrolle: sie gewährleisten, daß die Stäbe 18 der hinteren Reihen B, C und D ebensoviel Flüssigkeit erhalten, wie die Stäbe der ersten Reihe A, so daß in der Wärme- und Stoffübertragung alle Stäbe 18 sämtlicher Reihen A, B₁ C, D bei gleicher Belastung teilnehmen. Offensichtlich bildet dies im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen bezüglich Planung, Bemessung und Betriebsverhältnisse einen wesentlichen Vorteil.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche: 24

1. Vorrichtung zur Wärme- und Stoffübertragung zwischen Flüssigkeiten und Gasen, bei welcher zwisehen einem Flüssigkeitszufluß und einem Flüssigkeitsabfluß eine dem Flüssigkeitsabfluß zugekehrte schräge filmbildende Flüssigkeitsverteilfläche, sowie in mehreren Reihen hintereinander angeordnete und von der Flüssigkeitsverteilfläche in den Flüssigkeitsabfluß führende flüssigkeitsabführende Teile vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß an den flüssigkeitsabführenden Teilen (18) Lenkorgane (20) vorgesehen sind, welche die dem Flüssigkeitszufluß (12) zugekehrte Seite der flüssigkeitsabführenden Teile (18) freilassen und deren der Flüssigkeitsverteilfläche (10) zugekehrte schräge Stirnflächen (20/V) sicli im selben Sinne (22) neiger, wie die Flüssigkeitsverteilfläche selbst, wobei der Neigungswinkel (α) der Stirnflächen (20/t) geringer ist als der Neigungswinkel (ß) der FJüssigkeitsverteilfläche (10).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den der Flüssigkeitsverteilfläche (10) zugekehrten schrägen Stirnflächen (20A) der Lenkorgane (20) die flüssigkeitsabführenden Teile (18) umgebende Stumpftrichter (20C) ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkorgane (20) von flüssigkeitsabführenden Teilen (18) derselben Reihe (A, B, C, D) aus einem Stück (24) bestehen und Abstandhalter bilden.