DE2402181C3 - 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 filmbildende Flüssigkeitsverteilfläche, sowie sich an diese anschließende und 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 u.a. umso wirkungsvoller, je größer die Kontakt' oder Berührungsfläche zwischen den sich berührenden Mitteln ist. Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (GB-PS 10 77 538) strömt die Flüssigkeit aus einem Flüssigkeitszufluß in Form eines horizontal verlaufenden, mit nach unten gerichteten Bohrungen versehenen Zuflußrohres in einen Behälter, aus dem es überläuft und während des freien Falls nach unten mit durchströmender Luft in Berührung gebracht wird.

Noch wirkungsvoller ist die Wärme- und Stoffübertragung in den Vorrichtungen sogenannter nasser Kühltürme. Dort wird das Kühlwasser womöglich gleichmäßig verteilt auf großflächige Einlagen des Kühlturmes s gleitet, an denen das Kühlwasser in der Form eines Filmes unter der Wirkung der Schwerkraft abwärts strömt, wobei es sich durch Berührung mit strömender Luft abkühlt Eine derartige Kühlturmeinlage ist z. B. in der ungarischen Patenschrift Nr. 1 54 201 beschrieben.

Das Wesen der bekannten Vorrichtung besteht darin, daß zwischen einem Flüssigkeitszufluß und einem Flüssigkeitsabfluß eine Flüssigkeitsverteilfläche vorgesehen ist die dem Flüssigkeitsabfluß zugerichtet liegt und an welcher sich der Flüssigkeitsfilm ausbildet An die Flüssigkeitsverteilfläche schließen sich hintereinander flüssigkeitsabführende Teile an, die zum Flüssigkeitsabfluß führen, so daß jener Teil der über den Flüssigkeitszufluß zuströmenden Flüssigkeit, der nicht verdampft und deshalb in der Form von Dunst nicht entweicht (Stoffübertragung), abgekühlt (Wärmeübertragung) über den Flüssigkeitsabfluß entweicht Die flüssigkeitsabführenden Teile können z. B. in der Form von Drähten, Bändern, Stangen, Platten, usw., ausgebildet sein, die durch die herabfließende Flüssigkeit filmartig benetzt werden. Hieraus ergeben sich die vorteilhaften Eigenschaften der Einlagen.

Bei den bekannten Anordnungen ist aber die Zuführung der Flüssigkeit bzw. die Bildung des Filmes nicht restlos gelöst Erreicht die Flüssigkeit die Flüssigkeitsverteilfläche in der Form eines freien Strahles, der aus einem Rohr ausgeht, wie z. B. bei der bekannten Vorrichtung gemäß der erwähnten Patentschrift, müssen die Flüssigkeitszuführrohre notwendigerweise vor den flüssigkeitsabführenden Teilen angebracht werden, was jedoch bedeutet, daß der Raum unterhalb der Flüssigkeitszuführrohre unausgenützt bleibt, wodurch der Raumbedarf der Vorrichtung überflüssig groß wird. Wie aus der Praxis hervorgeht, beträgt der Gesamtraumbedarf der Vorrichtung etwa das Anderthalbfache bis Zweifache jenes Rauminhaltes, in welchem die Flüssigkeitsvertelliläche und die flüssigkeitsabführenden Teile angebracht werden könnten.
Hierzu kommt, daß ζ. B. bei einem freien Strahl von kreis- oder rechteckförmigem Querschnitt die Dicke und die Geschwindigkeitsverteilung des Flüssigkeitsfilmes sehr ungleichmäßig (inhomogen) ist, weil der Flüssigkeitsstrahl konzentriert an der Flüssigkeitsverteilfläche aufschlägt, wodurch die Entstehung eines gleichmäßigen Flüssigkeitsfilmes in voraus unmöglich wird. Die Ungleichmäßigkeit des Flüssigkeitsfilmes wird durch das beim Aufschlagen auftretende Spritzen und

Wirbeln nur noch erhöht Zur Bildung eines freien Strahles sind übrigens auch

wesentliche Strömungsgeschwindigkeiten erforderlich, welche nur durch Flüssigkeitszuflußrohre von sehr geringem freiem Querschnitt erreicht werden können. Derartige Rohre neigen dann wieder zu durch Ablagerungen bedingten Verstopfungen.

Um ein konzentriertes Aufschlagen zu vermeiden, ist es bereits vorgeschlagen worden, ein flaches Rohr oder einen Spalt zu verwenden, deren Breite jener der Flüssigkeitsverteilfläche gleich ist Dann werden aber derart enge Austrittsquerschnitte erhalten, daß eine vorzeitige Verschmutzung unvermeidlich ist Die erste Folge der Verschmutzung liegt eben darin, daß der Flüssigkeitsfilrr· aufhört, homogen zu sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

Vorrichtung zur Wärme- und Stoffübertragung zwischen Flüssigkeiten und Gasen zu schaffen, bei welcher einerseits der Flüssigkeitszufluß innerhalb der vertikalen Projektion der Flüssigkeitsverteilfläche bewirkt und andererseits die Benetzung der Flüssigkeitsverteilfläche anstatt des gleichsam dynamischen Spritzens unter Überdruck durch Rieseln, d.h. gleichsam statisch erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der FlüssigkeitszufluB aus einem Flüssigkeitsbehälter besteht, in welchem ein Sturzwehr vorgesehen ist, an das sich eine mindestens zum Teil gebogene Fläche zur Zuführung der Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter zur Flüssigkeitsverteilfläche anschließt Es wird gezeigt, daß durch die Erfindung eine verhältnismäßig kompakte Ausführung der Vorrichtung erreicht werden kann, bei welcher die gleichmäßige Dicke und Geschwindigkeit des Flüssigkeitsfilmes ohne durch Verschmutzungen bedingte Gefahr von Verstopfungen, d. h. kontinuierlich gewährleistet werden kann.

Gemäß der Erfindung ist es zweckmäßig, den Flüssigkeitsbehälter durch eine Trennwand vor dem Sturzwehr in eine Zufiußseite und eine Abflußseile zu unterteilen, wobei Zuflußseite und Abflußseite unter der Trennwand miteinander verkehren. Auf diese Weise kann der Strömungsfluß gleichmäßiger gemacht werden, wie dies nachfolgend noch in Einzelheiten ausgeführt wird.

Es ist auch zweckmäßig, wenn die gebogene Fläche aus Abschnitten besteht, weiche dem Sturzwehr parallel _M liegen und zwischen welchen Abstände von höchstens 5 mm vorhanden sind. Durch diese Maßnahme wird nämlich das Montieren der Vorrichtung erleichtert.

Die gebogene Fläche kann auch von einer kontinuierlichen Formgebung abweichen, es kann ihr nämlich ein Polygonquerschnitt gegeben werden, wodurch die Bearbeitung wie auch die Montage einfacher werden. Der von den Polygonflächen eingeschlossene Winkel darf aber nicht kleiner sein als 120°, da sonst der Flüssigkeitsfilm von der benetzten Oberfläche abreißen würde.

Die Vorrichtung kann auch so ausgebildet sein, daß der Flüssigkeitsbehälter mit zwei einander gegenüberliegenden Sturzwehren ausgerüstet ist, welche mittels je einer mindestens zum Teil gebogenen Fläche mit je einer Flüssigkeitsfläche verbunden sind, wobei die Flüssigkeitsverteilflächen eine spiegelbildartige Anordnung bilden. Eine derartige Ausführungsform zeichnet sich durch verhältnismäßig hohe spezifische Leistung aus. so

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert, wo einige Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt sind.

F i g. 1 zeigt dabei eine Vorderansicht eines ersten Ausführungsbeispiels.

F i g. 2 ist ein Schnitt gemäß der Linie H-II der F i g. 1.

F i g. 3 stellt einen der F i g. 2 ähnlichen Schnitt einsr anderen beispielsweisen Ausführungsform dar.

F i g. 4 zeigt die Vorderansicht eines dritten Ausführungsbeispiels, «j

F i g. 5 ist schließlich ein Schnitt gemäß der Linie V-V der F ig. 4.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, weist die beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach F i g. 1 und 2 in an sich bekannter Weise eine filmbildende Flüssigkeitsverteilfläche 10 auf, an die sich plattenförmige flüssigkeitsabführende Teile anschließen. Einer der letzteren ist in der Zeichnung mit 12 bezeichnet. Die Flüssigkeitsverteilfläche 10 ist einer Platte 14 zugerichtet, die unterhalb der flüssigkeitssbführenden Teile angebracht und mit einem Ausnußstutzen 16 versehen ist Beim dargestellten Ausführungsbeispiel bilden die Platte 14 und ihr AusfluBstutzen 16 den Flüssigkeitsabfluß der Vorrichtung. Die flüssigkeitsabführenden Teile 12 führen in diesen Flüssigkeitsabfluß ohne jedoch den Boden der Platte 14 zu erreichen.

Die Flüssigkeit fließt über Verteilerrohre zu, von denen eines mit 18 bezeichnet ist Unterhalb der Verteilerrohre 18 ist erfindungsgemäß ein Flüssigkeitsbehälter 20 angeordnet, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel den Flüssigkeitszufluß der Vorrichtung bildet

Eine Seite des Flüssigkeitsbehälters 20 ist durch ein Sturzwehr 22 gebildet, dessen Scheitel 22Λ im Sinne der Erfindung mittels einer gebogenen Fläche 24 mit der Flüssigkeitsverteüfläche 10 verbunden ist

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel schließt sich die gebogene Fläche 24 brechungslos sowohl an den Scheitel 22A des Sturzwehres 22 wie auch an die Flüssigkeitsverteilfläche 10 an.

Beim dargestellten Ausführungsbeispi ;i ist ferner im Flüssigkeitsbehälter 20 in der Strömungsrichtung gesehen vor dem Sturzwehr 22 eine Trennwand 26 vorgesehen, durch die der Flüssigkeitsbehälter 20 in eine Zuflußf-?ite 28 und eine Ausflußseite 30 unterteilt wird. Diese sind unterhalb der Trennwand 26 und namentlich beim dargestellten Ausführungsbeispiel über eine öffnung 32 miteinander verbunden.

Die dargestellte beispielsweise Ausfühningsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Die in Richtung eines Pfeiles 34 über die Verteilerrohre 18 strömende Flüssigkeit, z. B. Kühlwasser gelangt auf die Zuflußseite 28 des Flüssigkeitsbehälters 20, wobei ihre obere Schicht, die infolge der Zuströmung in Wirbel- und Wellenbewegung versetzt ist durch die Trennwand 26 zurückgehalten wird. Ihre untere Schicht erreicht dagegen über die öffnung 32 bei gleichmäßiger Strömung die Ausflußseite 30, von wo die ruhige obere Wasserschicht über das Sturzwehr 22 — wie bereits erwähnt — bei gleichmäßiger Strömung auf die gebogene Fläche 24 und dann von dieser auf die filmbildende Flüssigkeitsverteilfläche 10 gelangt, wo ein Wasserfilm 36 entsteht

Auf der Flüssigkeitsverteilfläche 10 wird der Wasserfilm 36 durch die flüssigkeitsabführenden Teile zerlegt und von der Flüssigkeitsverteilfläche 10 in die Platte 14 geleitet Inzwischen berührt sich der zerlegte Wasserfilm 36 an den durch die flüssigkeitsabführenden Teile 12 bestimmten Flächen mit in Querrichtung 38 strömender Luft wobei die Wäsme- und Stoffübertragung vor sich geht, indem das Wasser abkühlt und die Luft wärmer wird und auch den verdampfenden Teil des Wassers mitithnmt.

Das abgekühlte Wasser sammelt sich in der Platte 14 an, von wo es über den Ausflußstutzen 16 in Richtung des Pfeiles 40 entweicht, um als Kühlwasser verwendet zu werden.

Die beispielsweise Ausführu.ngsform gemäß Fig.3 unterscheidet sich von der vorherigen darin, daß ihre getragene Fläche aus Abschnitten 24/4 und 245 besteht, welche durch zum Sturzwehr 22 parallele Erzeugenden begrenzt sind und schmale Spalte einscnließen. Einer dieser Spalte ist in der Zeichnung mit 42 bezeichnet worden. Die Dicke der Spalte 42 beträgt höchstens 5 mm, da sonst die Wasserschicht von der Tragfläche abreißt. Wie erwähnt, bietet eine derartige Anordnung

bezüglich des Einbaues und der Fertigung mehrerlei Vorteile.

Eine weitere Erleichterung besteht darin, daß beim dargestellten Ausführungsbeispiel die gebogene Fläche der Abschnitte 24A, 24B zumindest teilweise einen polygonalen Querschnitt aufweist, wodurch einerseits die Abmessungen in der Richtung 38 (d. h. die »Tiefe«) der Vorrichtung verrringert und andererseits die technologischen Einbauerfordernisse gemildert werden konnten. Es muß jedoch darauf geachtet werden, daß der von zwei Polygonflächen eingeschlossene Winkel nicht kleiner als 120° ist, da sonst, wie ebenfalls schon erwähnt, der Wasserfilm 36 durch die zentrifugalen und Gravitationskräfte abgerissen werden kann.

In den Fig.4 und 5 ist ein Ausführungsbeispiel in Zwillingsanordnung dargestellt, wobei Zwillingsbestandteile durch eine Ergänzung der entsprechenden Bezugszeichen mit den Buchstaben »a« bzw. »Zx< voneinander unterschieden sind. Wie ersichtlich, weist der Flüssigkeitsbehälter 20 zwei einander gegenüberliegende Sturzwehre 22a und 22b auf, welche durch je eine s gebogene Fläche 24a bzw. 24b mit je einer Flüssigkeitsverteilfläche 10a bzw. iOb verbunden sind. Diese nehmen zur senkrechten Mittelebene 46 der Vorrichtung spiegelbildlich einander entsprechende Lagen ein. Die flüssigkeitsabführenden Teile sind bei diesem

ίο Ausführungsbeispiel keine Platten, sondern Stäbe oder Stifte 48-4 bzw. 48B.

Diese beispielsweise Ausführungsform arbeitet in der gleichen Weise wie die vorherigen, ihre spezifische Leistung beträgt aber offensichtlich praktisch das Zweifache der einseitigen Auführungen und darin liegt ihr Vorteil.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Wärme- und Stoffübertragung zwischen Flüssigkeiten und Gasen, bei welcher zwischen einem Flüssigkeitszufluß und einem Flüssigkeitsabfluß eine dem Flüssigkeitsabfluß zugekehrte filmbildende Flüssigkeitsverteilfläche, sowie sich an diese anschließende und in den Flüssigkeitsabfluß führende flüssigkeitsabführende Teile vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitszufluß aus einem Flüssigkeitsbehälter (20 besteht, in welchem ein Sturzwehr (22) vorgesehen ist, an das sich eine mindestens zum Teil gebogene Fläche (24) zur Zuführung der Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter (20) zur Flüssigkeitsverteilfläche (10) anschließt

2. Vorrichtung nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsbehälter (20) durch eine Trennwand (26) vor dem Sturzwehr (22) in eine Zuflußseite (28) und eine Abflußseite (30) unterteilt ist, wobei zwischen Zuflußseite und Abflußseite unter der Trennwand eine Durchlaßöffnung (32) liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gebogene Fläche aus Abschnitten (24/1, 2AB) besteht, die in ihrer Längsausdehnung parallel zum Sturzwehr (22) verlaufen und zwischen denen Spalte (42) von höchstens 5 mm vorhanden sind (F i g. 3).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gebogene Fläche (24,24a, 24b) zumindest teilweise einen polygonalen Querschnitt aufweist, wobei die von den Polygonseiten eingeschlossenen Winket mindestens 120° betragen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsbehälter (20) mit zwei einander gegenüberliegenden Sturzwehren (22a, 22b) ausgerüstet ist, welche mittels je einer mindestens zum Teil gebogenen Fläche (24a, 246; mit je einer Flüssigkeitsverteilfläche (10a, iOb) verbunden sind, wobei die Flüssigkeitsverteilflächen eine spiegelbildartige Anordnung bilden (F ig. 5).