Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kühlan¬ lage des hybriden Typs, mit Oberflächenwärmetauschern, in denen das zu kühlende Medium einen geschlossenen, primären Kühlkreislauf bildet und über denen eine Benetzungsanlage sowie unter denen eine Wassersammlungs¬ einrichtung angeordnet sind, die mit einer Umwälzpumpen¬ einrichtung einen sekundären Kühlkreislauf bilden, wobei der sekundäre Kühlkreislauf wahlweise für bestimmte Wärmetauscher einschaltbar und ausgelegt ist, die Benetzung mit Wasserüberschuss durchzuführen. Eine solche Kühlanlage ist aus der DE-A-22 51 709 bekannt. Bei der Anlage gemäss dieser Offenlegungsschrift ist der Wirkungsgrad gering und benötigt eine relativ lange Wegstrecke für die Wasserverteilung und die in dieser Offenlegungsschrift geforderte Wasserfilmbildung ist mit einer solchen Anordnung nicht gewährleistet, insbesonde¬ re auch durch die Verwendung der offenbarten Sprühköpfe.

Es ist davon ausgehend Aufgabe der vorliegenden Erfin- düng, eine Kühlanlage des hybriden Typs anzugeben, die einen hohen Wirkungsgrad aufweist und energiesparend ist, eine kompakte und raumsparende Bauweise ermöglicht und bei der keine Schwadenbildung auftritt. Diese Aufga¬ be wird mit einer in den Patentansprüchen definierten Kühlanlage gelöst.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch die erfindungsgemässe Kühlanla¬ ge mit den beiden Kühlkreisläufen,

Fig. 2 zeigt ein Diagramm der verschiedenen Betriebsar¬ ten der Kühlanlage gemäss Fig. 1,

Fig. 3 zeigt den lamellenartigen Aufbau einer Ausfüh¬ rungsvariante eines Wärmetauschers,

Fig. 4 zeigt einen Schnitt von Fig. 3 in vergrössertem Massstab, und

Fig. 5 zeigt eine Ausschnittsvergrösserung der Wasser¬ aufgabeteile für die Benetzung.

In Fig. 1 erkennt man vier Wärmetauscher 1,2,3 und 4, die paarweise, d.h. 1 und 2 sowie 3 und 4 als Doppelwär¬ metauscher schräg angeordnet sind, wobei sie von der Waagrechten um einen Winkel 90 - CC abweichen und der Winkel c beispielsweise 20° beträgt, jedoch einen Wert von 0 bis 25° einnehmen kann. Die Wärmetauscher 1 bis 4 werden von einem primären Kühlkreislauf P durchflös¬ sen, wobei das zu kühlende Medium von der Wärmequelle 5 zur Pumpe 6 gelangt und der Vorlauf in die beiden inneren Wärmetauscher 2 und 3 und von dort in die äusseren Wärmetauscher 1 und 4 gelangt, wovon der Rücklauf wieder zur Wärmequelle geleitet wird. Die symbolisch angegebene Wärmequelle 5 beinhaltet einen beliebigen*- wärmeaustauschenden Apparat. Im Wärme-Kraft- prozess kann es ein Oberflächen- oder ein Mischkondensa- tor sein was hier jedoch nicht Gegenstand der Erfindung ist. In den Wärmetauschern sind schematisch die wasser¬ führenden Rohre 7 im Lamellenpaket angedeutet, deren Einzelheiten anhand der Fig. 3 bis 5 erläutert werden wird.

Der sekundäre Kühlkreislauf S besteht im wesentlichen aus einem Vorratsbecken 8 , an dem die beiden Vorläufe 9 und 1 0 mit ihren Pumpen 9P + 10 P sowie der Rücklauf 1 1 angeschlossen si nd . Der ei ne Vorl auf 9 ist mit den beiden inneren Benetzung s anl age n 1 2 und 1 3 und der andere Vorlauf 10 ist mit den äusseren Benetzungsanlagen

14 und 15 verbunden, während der Rücklauf 11 das über¬ schüssige Benetzungswasser erhält, das von den beiden Wassersammlungsbehälter 16 und 17 aufgefangen und dem Rücklauf zugeleitet wird. Das Vorratsbecken 8 hat mehrere Anschlüsse, um das Kühlwasser aufbereiten zu können. So weist das Becken einen Inhibierungsanschluss 18 auf, da zur Bekämpfung des Algen- und Schleimbak¬ terienwachstums eine Inhibierung notwendig ist. Ferner ist das Becken mit einem Abschlämmanschluss 19 versehen, da der Rücklauf, bzw. das von den Lamellen herabrieseln¬ de Benetzungswasser Rückstände aus ausgewaschenen Luftschadstoffen aufweist. Ausserdem sind am Becken ein Zusatzwasseransehluss 20 sowie eine automatische Niveau¬ regulierung 21 angeschlossen. Um Korrosionsschäden an den Lamellen auszuschliesseπ, ist die Aufsalzung des Kühlwassers je nach Rohwass^ Qualität auf das Drei- bis Fünffache zu begrenzen, während in den meisten Fällen eine Teilenthärtung auf ca. 5° französische Härte genügt, damit Restablagerunren in etwa gleichen Reini- gungszyklen wie bei der Trockenkühlung mit einem Hart¬ wasserstrahl noch entfernt werden können. Zur Vergrösse- rung der durchf liessenden Luftmenge, die durch die beiden Pfeile 22 symbolisch dargestellt ist, wird ein Ventilator 23 zugeschaltet.

Aus Fig. 2 geht hervor, dass die Kühlanlage in verschie¬ denen Arten und Stufen betrieben werden kann, die einerseits von der Solltemperatur des Kühlmediums und andererseits von der Aussentemperatur, resp. Temperatur der Aussenluft abhängen. Zu diesem Zwecke können die verschiedenen Ventile, Umwälzpumpen sowie der Ventilator von einer hier nicht eingezeichneten elektrischen Schaltung mit den entsprechenden Bedienungselementen und Messfühlern gesteuert werden. So wird, in der Fig. 2 von links nach rechts gelesen, eine Solltemperatur des zu kühlenden Medium von beispielsweise 35°C - die nicht

überschritten werden darf - vorausgesetzt und die Anlage in einem Bereich von unter -10° bis +3°C in reiner Trockenkühlung betrieben, wobei der Ventilator 23 mit zwei Dritteln seiner Nenndrehzahl n betrieben wird und die Nenndrehzahl bei Erreichen von -7,5°C auf drei Drittel erhöht wird. Zwischen 3° und 30°C der Aussen- luft kann die Kühlanlage zuerst bei Teilbenetzung gefahren werden, d.h. dass zuerst nur je einer der Doppelwärmetauscher, z.B. 1 und 4 benetzt wird, während bei den inneren Wärmetauscher 2 und 3 die entsprechende Benetzungspumpe im sekundären Kühlkreislauf S ausge¬ schaltet ist.

Beim Erreichen der Solltemperatur, was bei ca. +7°C der Fall ist, kann dann wahlweise entweder zuerst auf Vollbenetzung mit gleichbleibender Ventilatordrehzahl oder unter Beibehaltung der Teilbenetzung auf 2/3 Ventilatordrehzahl hochgefahren werden, je nachdem, ob einem schwadenfreien Betrieb oder der Einsparung des Stromeigenbedarfs für die Ventilatoren der Vorzug eingeräumt werden soll.

Bei weiter steigenden Aussenlufttemperaturen ergeben sich die weiteren Schaltstufen ebenfalls aus den Ziel- Setzungen des Betreibers, entweder den Wasserverbrauch durch Teilbenetzung oder den Stromverbrauch durch Vollbenetzung zu minimalisieren.

Eine grösstmöglichste Angleichung an die Solltemperatur, d.h. eine höchstmögliche Stromeinsparung wird erreicht, wenn die Ventilatormotoren von einem Temperaturfühler im Primärkrefslauf stufenlos in der Drehzahl reguliert werden, was heute zum Stand der Technik gehört.

Fig. 2 zeigt auch die besonderen Merkmale des Kühlers bei Trockenbetrieb, bei Teil- und bei Vollbenetzung der

Wärmeaustauscher. Ein für Trockenkühlung charakteristi¬ sches Merkmal ist der steilste Anstieg der Kühlwasser¬ temperaturen mit zunehmender Lufttemperatur, während sich die Kurven bei Teilbenetzung etwas und bei Vollbe- netzung stark abflachen. Dank dem flacheren Kurvenver¬ lauf mit Teil- oder Vollbenetzung kann je nach Prozess¬ führung auf einzelne Ventilatordrehzahlstufen verzichtet werden, was Kosteneinsparungen und eine einfachere Betriebsführung bewirkt.

Die wesentlichsten Vorteile der erfindungsgemassen Anlage ergeben sich zum ersten aus der Möglichkeit, im geschlossenen Kühlkreislauf Kühlwassertemperaturen zu erreichen, die bis etwa 5°C unter der Tockenlufttempe- ratur liegen können, was sonst nur mit einem reinen Verdunstungskühler im problembehafteten, offenen Kühl¬ kreislauf möglich ist.

Zum zweiten erlaubt diese Anlage trotz Verdunstungsküh- lung mit Benetzungswasser im kritischen Lufttemperatur¬ bereich von ca. 15°C und tiefer, einen Kühlbetrieb ohne sichtbare Dampfschwaden. Dies wird durch Teilbenet¬ zung möglich, bei der sich die Umgebungsluft im benetz¬ ten Wärmetauscher 1 und 4 auf nur etwa 80% relative Feuchte anfeuchtet und im Wärmetauscher 2 und 3 ohne Wasserzufuhr erwärmt, wodurch sie auf etwa 40% relative Feuchte getrocknet wird und damit keine sichtbaren

DampfSchwaden erzeugen kann ( < 0°C *trocken *■ ohnehin keine Schwaden) .

Falls die Schwadenbildung von untergeordneter Bedeutung ist, die Kühlanlage aber unter 0°C irgendwelche Lei¬ stungsspitzen abdecken sollte, so ergibt sich im Ge¬ frierbereich der Umgebungsluft die Möglichkeit zu einer Teilbenetzung ohne Einfriergefahr des Benetzungs- wassers. In diesem Falle wird die Benetzung der Wärme-

tauscher 1 und 4 aus - und die Benetzung der Wärmetau¬ scher 2 und 3 eingeschaltet . Die Umgebungsluft kann sich dann in den trockenen Wärmetauschern 1 und 4 über den Ge frierpunkt erwärme n und i st dann i n der Lage , im Wärmetauscher 2 und 3 mehr Wasser zu verdampfen, was zu einer Verbesserung des Kühleffektes führt . Ausserdem werden eventuelle einzelne Tropfen aus den Wärmetau¬ schern 2 und 3 von den Wärmetauschern 1 und 4 absorbiert und können nicht zu Eisbildung führen.

Je nach Auslegungstemperaturabstand von der Luft- zur Kaltwassertemperatur können die Doppelkühler 1 und 2 sowie 3 und 4 auch durch einfache Kühler, z.B. 1 und 4 ersetzt werden, wobei dann allerdings eine Teilbenetzung nicht mehr möglich ist.

Aus den schematischen Darstellungen der Fig. 1 und 2 ergeben sich einige weitere wesentliche Vorteile dieser Kühlanlage, nämlich eine kompakte Bauweise mit einem integrierten Benetzungssystem, woraus sich sowohl Einsparungen bezüglich Material als auch bezüglich Energie zur Einhaltung der Solltemperatur ergeben. Durch die Verwendung eines Ventilators ergibt sich ein grösse- rer Kühlluftmengendurchsatz, wodurch eine kleinere und kompaktere Bauweise ermöglicht wird, als bei Naturzug- kühltürmen gleicher Leistung.

In der schematischen Fig. 1 ist dargestellt, dass der Vorlauf des Primärkühlkreislaufes zum Wärmetauscher 2 gelangt, diesen gänzlich durchfliesst und anschliessend durch den Wärmetauscher 1 gelangt und von dort in den Rücklauf. Gemäss Fig. 3, die einen Schnitt durch einen Wärmetauscher darstellt, ist es möglich, das Kühlwasser des primären Kühlkreislaufes so zu lenken, dass es den Wärmetauscher zweimal durchfliesst. Man erkennt in Fig. 3 das Kühlwasseranschlussstück 24, von welchem das

Wasser in die in Fig. 3 obei Einlasskammer 25 fliesst, wobei diese Kammer 25 von der Rückflusskammer 26 durch eine Trennwand 27 getrennt ist. Von der Einlasskammer 25 gelangt das Wasser in die Rohre 28, die in dieser Hälfte angeordnet sind und von dort in die Umlenk3:ammer 29 und durch die zweite Hälfte von Rohren 30 in die Rückfluss¬ kammer 26, von wo das Wasser in den Auslass 31 gelangt. Die versetzt angeordneten Rohre sind in Lamellen 32 eingezogen, siehe auch Fig. 5, wobei die Lamellenpakete durch Versteifungsbleche 33 und durch eine in der Zeichnung links angeordneten Endplatte 35 fest und in der Er blatte 36 beweglich gehalten sind. Das Lamellen¬ paket ist an einer nur bruchstuckhaft gezeichneten Halterung 37 befestigt.

Bei solchen Wärmetauschern spielt der Korrosionsschutz eine erhebliche Rolle, da die meisten Wärmetauscher aus Metall gefertigt sind. Es sind auch bereits Wärmetau¬ scher bekannt, die Teile aus Kunststoff, die gegen Korrosion nicht anfällig sind, aufweisen. Doch weisen die einen viel geringeren Wirkungsgrad auf. Metallische Wärmetauscher sind auch für den Trockenbetrieb gegen Korrosion zu schützen, da das Zusammenwirken von atmo¬ sphärischen Staubablagerungen auf den Lamellen mit der Feuchtigkeit bei Taupunktunterschreitung als gefährliche Korrosionsursache bekannt ist. Bei der Benetzung der Wärmetauscher mit einer definierten Wasserqualität kann das bei Trockenkühlunσ vorherrschende Problem zwar entschärft, wenn auch cht ganz beseitigt werden. Ausserdem kann die weseiidich gefährlichere Spaltkorro¬ sion zwischen zwei aufeinanderliegenden Lamellen und der angrenzenden Rohrwand entstehen. Eine erste Massnahme besteht darin, dass sowohl für die Rohre als auch für die Lamellen Aluminium mit einem hohen Reinheitsgehalt verwendet wird, dessen natürliche Oxydhaut bereits gegen schwache Korroεionsangriffe schützt. Eine weitere

wirksame Massnahme zum Schutz des wasserführenden Rohres ist die satte Auflage der Lamellen 32 auf den jeweiligen Bördeln- der angrenzenden Lamellen, was allerdings die Gefahr einer Spaltkorrosion noch nicht ganz eliminiert. Die Spaltkorrosion wird durch ein vom Anmelder vorbe¬ kanntes und vorbenutztes Verfahren beseitigt, wobei mittels einem aushärtbaren Epoxyharz die Zwischenräume zwischen den Lamellen und der Rohrwand gefüllt werden. In bezug auf Fig. 4 erkennt man die Rohrwand 38, die Lamellen 32 und deren gebogenen Enden 34 sowie die Hohlraumfüllung durch ein aushärtbares Epoxyharz 39. Anschliessend wird das ganze Lamellenpaket mit den Rohren im Tauchbad durch eine elektrophoretische Lack- abscheidung mit einer gut haftenden porenfreien Lack- Schicht überzogen. Dieses Korrosionsschutzverfahren ermöglicht die Benetzung und eine einfache Reinigung metallischer Wärmetauscher. Im Trockenbetrieb bewährte, verzinkte Stahlrippenrohre sind dagegen als Einzelrohre in einem sogenannten Rohrbündel für eine gleichartige Benetzung .völlig ungeeignet. Rechnet man ausserdem mit einem vollständigen Zinkabtrag durch Benetzung innert 50 Jahren, was durchaus realistisch ist, so wäre die Zinkkonzentration im Abschlämmwasser höher als europäi¬ sche UmweltschützVerordnungen dies zulassen. Bei der Verwendung von lackiertem Aluminium dagegen, gibt es keine umweltgefährdenden Nachteile.

Wie bereits vorgehend erwähnt, hängt der Wirkungsgrad der Kühlanlage im teil- oder vollbenetzten Bereich weitgehend davon ab, wie gut das Wasser auf den Kühlla¬ mellen verteilt wird. In Fig. 5 ist im Schnitt eine Wasseraufgabe dargestellt. Man erkennt zwei Wärmetau¬ scher eines Paares, beispielsweise die Wärmetauscher 1 und 2 mit den Rohren 28 und 30, die in den Lamellen 32 eingelassen sind. Die beiden Benetzungseinrichtungen 12, 14 sind an beiden Enden des Kühlers oder mittig

mittels geeigneter Bolzen 43 oder dergleichen in einer Konsole 40 befestigt, wobei die Bolzen 43 mit ihren anderen Enden in der Abdeckung der Aufgabekanäle 41, 42 befestigt sind. Das Wasser des sekundären Kühlkreislau- fes erreicht den Aufgabekanal 41 und 42 durch das Aufgaberohr 44, in welchem Löcher 45 angeordnet sind, wobei die Löcher und der Abstand derselben derart dimensioniert sind, dass Wasser im Ueberschuss abgegeben werden kann. Am Boden des Aufgabekanals befindet sich ein Entleerungsrόhr 46, dessen Oeffnung jedoch so klein ist, dass der Aufgabekanal stets bis zum Ueberlauf 47 gefüllt ist und ein grosser Teil des Wassers über diesen Ueberlauf und dem Leitblech 48 entlangfliessen kann. Vom Leitblech 48 gelangt das Wasser auf das halbkreisförmige Leitrohr 49, von wo es sich gleich ässig aufteilt und in 2 parallelen Wasserfilmen auf die Lamellen abfliessen kann. Zwischen dem Leitblech 48 und dem Leitrohr 49 ist selbstverständlich ein kleiner Abstand, damit das Wasser dort auf beiden Seiten abfliessen kann. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, ist das Leitrohr 49 nicht in der Mitte des Lamellenpaketes angeordnet, sondern, in der Luftstrom¬ richtung gesehen (siehe Pfeil 22) in der ersten Hälfte und das Leitblech 48 trifft nicht auf den Scheitel des Leitrohres 49, sondern in einen Abstand davon in Rich- tung des Luftstromes. Diese asymmetrische Anordnung sowohl des Leitrohres als auch des Leitbleches bezüglich des Leitrohres ergibt zusammen eine gleichmässige Verteilung des Wasserfilms auf den Lamellen, da immer ein Luftstrom vorhanden ist.

Je nach Luftbelastung der Kühler im Auslegungspunkt sind die Benetzungseinrichtungen 14 und 12 so einzubauen, dass sich von den jeweiligen Anströmkanten der Lamellen 32 bis zum ersten Film der Wasseraufgabe 49 unterschied- liehe Abstände ^ jn x zu y ergeben. Die Versuche haben gezeigt, dass die Leistung der Kühler, vor allem bei

hoher Luftbelastung wesentlich verbessert werden kann, wenn der Abstand y etwa 20-40 mm grosser ist als der Abstand x. Die Halterungen 43 der Benetzungseinrichtun- gen 14 und 12 müssen daher quer zur Kühlerlängsrichtung in Abhängigkeit der Luftbelastung im Auslegepunkt eingestellt werden können.

Die vollständige Benetzung der Lamellen hängt nicht nur von der Verteilung des Wassers auf den Lamellen ab, sondern ganz wesentlich von einer gleichmässigen Wasser¬ aufgabe, die dann erreicht wird, wenn das Wasser aus den Kanälen 42, 41 über die ganze Linie der Ueberfallkanten 47 und als homogener Film auf den Blechen 48 zum halb¬ kreisförmigen Leitrohr 49 gelangt.

Versuche haben ergeben, dass das Sandstrahlen der Oberfläche des Leitbleches 48 zwar eine Verbesserung der Verteilungseigenschaften des Wassers ergibt, jedoch noch bessere Resultate erzielt werden können, falls die Oberfläche des Bleches 48 durch Bearbeitung mittels Glasperlen von beispielsweise 3 mm Durchmesser behan¬ delt wird und die Abströmkanten der Bleche etwa 15 - 20° angespitzt werden.

Gleiche Resultate, aber kostengünstiger in der Herstel¬ lung, ist die Verwendung von dessinierten, ca. 1 mm dik- ken Blechen als Leitblech 48 und mit längs zum Wasser¬ film laufenden geprägten Rillen von etwa 0,3 mm Tiefe und etwa 1 - 2 mm Breite, was das aufwendige Anspitzen der Bleche an der Abströmkante erübrigt.

Für ein optimales Arbeiten muss der Luftdurchsatz, der Winkel θC und die Benetzungswassermenge derart aufeinan¬ der abgestimmt werden, dass infolge der Wasseraufgabe kein vorzeitiges Austropfen erfolgt, durch den Luftstrom kein Wasser ausgetragen wird, um eine Schwadenbildung zu

verhindern, das Ueberschusswasser unter den Kühler durch das Tropfblech 51 ( 3he Fig. 1) gesammelt und abgelei¬ tet werden kann und das Benetzungswasser auf den Vorder- und Rückseiten der Lamellen einen dünnen pulsierenden Film bildet. Durch die Wasseraufgabe im Ueberschuss erfolgt auch eine stete Reinigung der Lamellen, wobei die Schmutzpartikel aus der Luft abgeschlämmt werden.

Ausführungsbeispiel:

Das zu benetzende Lamellenpaket weist in der Luftstrom¬ richtung eine Tiefe von 1-2 x 150 mm, eine Höhe von 1,2-2,4 m und eine Länge von 3,5-20 m auf. Die Luftbe¬ lastung auf die Anstro flache der Wärmetauscher beträgt 2-7 t/h m 2, die Wasserbelastung 0,6-1,5 m"^/h und m

3

Kühlerlänge, Wasserverdunstung 0,05-0,1 m 'h und m

Kühlerlänge je nach Luftzustand (°C/% r.F). Die Wasser- be ^* adung im sekundären Kühlkreislauf beträgt 8-10 x Ver¬ dunstungsmenge.