Es ist Stand der Technik, Abdampf aus einer Dampfturbine mit einem luftgekühlten Kondensator zu kondensieren. Dabei strömt der Abdampf aus der Turbine durch eine Abdampfleitung und tritt in aus Rippenrohren gebündelte Kühlelemente, so genannte Rippenrohrbündel ein, in denen der Dampf kondensiert wird. Das Kondensat wird in den Speisewasserkreislauf zurückgeführt. Die Rippenrohre stehen innenseitig unter Vakuum, wobei die nicht kondensierbaren Gase abgesaugt werden. Der Kühlluftstrom wird im allgemeinen mit Ventilatoren erzeugt. Die Trockenkühler werden nach dem Baukastenprinzip zusammengesetzt, wobei die Dachbauweise (A-Anordnung) am weitesten verbreitet ist. Hierbei bilden die Kühlelemente die Schenkel eines Dreiecks, an dessen Basis die Ventilatoren angeordnet sind. Hierzu sind die Kühlelemente auf einer Plattform angeordnet, die von einer Unterkonstruktion aus Stahl oder Beton getragen wird. In der Plattform sind die Ventilatoren angeordnet, welche die Umgebungsluft als Kühlluft ansaugen und über die Außenflächen der Rippenrohre drücken. Die Kühlluft nimmt dabei die Kondensationswärme des kondensierenden Wasserdampfs auf und verlässt als warme Abluft die Rippenrohrbündel auf der Außenseite die Anordnung.

Nachteilig bei dieser Anordnung ist der sehr komplizierte Strömungsweg der Luft, welcher durch Verwirbelungen, zahlreiche Umlenkungen sowie ständige Beschleunigung und Verzögerung der Luftströmung zu einem hohen Maß an so genannten Sekundärverlusten führt. Diese Sekundärverluste sind nur durch eine hohe statische Pressung des zu fördernden Luftvolumens kompensierbar, was mit einem hohen Energiebedarf für die Ventilatoren verbunden ist.

Ein weiterer Nachteil der drückenden Anordnung ist die Schräganströmung im Ventilatoreintritt, wodurch der statische Wirkungsgrad des Ventilators gegenüber einer idealen vertikalen Anströmung um einige Prozentpunkte zurückgeht.

Bei drückend angeordneten Ventilatoren entstehen beim Austritt der Kühlluft aus dem Ventilatorlaufring und beim anschließenden Eintritt in den Dachraum unterhalb der Rippenrohrbündel starke Turbulenzen in der Luftströmung. Diese führen zu einer sehr ungleichmäßigen Luftverteilung auf der Anströmseite der Rippenrohrbündel. Das führt wiederum zu einem Effizienzverlust der Wärmeübertragung bei der Kondensation.

Im Stand der Technik sind beispielsweise aus dem Bereich der chemischen Industrie drückende und saugende Prozesskühlanordnungen bekannt. Auch werden Wasserkühler in der häufigsten Form saugend betrieben. Hierbei kann der Ventilator unmittelbar an einem Kühlelement angeordnet sein, so dass eine senkrechte Anströmung der Rippenrohre erfolgt. Es ist auch möglich, dass von mehreren im Abstand zueinander angeordneten Kühlelementen eine Kammer ausgebildet wird, an deren Oberseite der Ventilator angeordnet ist. Kalte Kühlluft wird dabei quer angesaugt, durchströmt die Kühlelemente und wird nach einer Umlenkung um 90° vertikal nach oben abgeführt. Auch V-förmige Anordnungen der Kühlelemente sind bekannt. Bei Wasserkühlern greift man auf eine saugende Anordnung zurück, weil die Temperaturgradienten des sich abkühlenden Wassers und der sich erwärmenden Kühlluft relativ flach verlaufen und die Temperaturdifferenz daher relativ gering ist. Dadurch ist auch die durch die thermische Ausdehnung bedingte Zunahme des Volumenstroms relativ gering. Das Volumen der Kühlluft nimmt bei den üblichen Temperaturdifferenzen zwischen Eintrittstemperatur und Austrittstemperatur ungefähr um 2 % und 4 % zu. Dahingegen ist die Temperaturdifferenz des Kühlluftstroms bei Oberflächenkondensatoren erheblich größer. Folglich ist das Volumen des erwärmten Kühlluftstroms ebenfalls größer. Bei Oberflächenkondensatoren müsste ein um 8 % größeres Fördervolumen von einem Ventilator bewältigt werden, der statt kalter Umgebungsluft erwärmte Abluft fördern muss. Folglich wird bei Oberflächenkondensatoren zum Kondensieren von Wasserdampf grundsätzlich eine drückende Anordnung bevorzugt, wobei die dabei erforderliche erhöhte statische Pressung des zu fördernden Luftvolumens in Kauf genommen wird.

Aus der DE-AS 1 263 789 ist bereits ein luftgekühlter Oberflächenkondensator in V-Bauweise bekannt, bei welchem Kühlelemente und ein Ventilator ein etwa gleichschenkliges Dreieck bilden. Diese Anordnung ist strömungstechnisch nicht optimal, da die Kühlluft an der Abströmfläche der Kühlelemente stark umgelenkt werden muss.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen luftbeaufschlagten Trockenkühler zum Kondensieren von Wasserdampf aufzuzeigen, welcher bei gleich bleibender Kühlleistung und gleich bleibendem Ventilatorwirkungsgrad den Einsatz von Ventilatoren mit geringerem Kraftbedarf ermöglicht, und eine kleinere Bauweise bei einhergehender Materialreduzierung zulässt.

Diese Aufgabe ist bei einem Trockenkühler mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.

In Abkehr von der üblichen A-Form oder auch Dachbauweise mit drückender Anordnung ist bei dem erfindungsgemäßen Trockenkühler eine V-förmige Anordnung der Kühlelemente vorgesehen, wobei die Kühlluft von wenigstens zwei nebeneinander angeordneten Ventilatoren durch die Kühlelemente hindurch gesaugt wird. Zusätzlich sind die Kühlelemente im rechten Winkel zueinander angeordnet. Jedes Kühlelement ist um 45° gegenüber der Horizontalen geneigt. Das ermöglicht eine optimale Anströmung bei minimaler Umlenkung und reduzierter Bauhöhe. Eine solche Anordnung hat hinsichtlich der Energiebilanz entscheidende Vorteile, da weitaus weniger Umlenkungen des Kühlluftstroms erforderlich sind als bei der drückenden Anordnung. Dadurch ist ein gleichmäßigerer Geschwindigkeitsverlauf der Kühlluft möglich.

Ein weiterer Vorteil ist, dass wenigstens zwei, vorzugsweise drei Ventilatoren zwischen den Dampfverteilerleitungen angeordnet sein können, so dass allein aufgrund der Positionierung der Ventilatoren eine Luftansaugung von unten und eine Luftabgabe nach oben möglich ist, ohne dass die gesamte Anordnung auf einem erhöhten Stahlgerüst montiert sein muss. Die Bauhöhe ist durch die Neigung der Kühlelemente um 45° insgesamt niedriger als bei der A-Form und anderen bekannten V-Formen, woraus zusätzliche Einsparungen im Stahlbau resultieren. Während bei realisierten Trockenkühlern Bauhöhen von 16 m nicht unüblich sind, kann die Bauhöhe bei der erfindungsgemäßen Anordnung um wenigstens ein Drittel reduziert werden. Es ist sogar eine Reduzierung der Bauhöhe um 50 % im Rahmen der Erfindung möglich. Diese Reduzierung der Bauhöhe ergibt sich sowohl, wenn die Kühlelemente V-förmig auf dem Boden stehend angeordnet sind als auch bei Anordnungen, bei denen die Kühlelemente V-förmig in einem Stahlgerüst hängend angeordnet sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele und Diagramme erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Trockenkühlers in A-Form bzw. Dachbauweise;

2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Trockenkühlers;

3 ein Diagramm, das die Luftgeschwindigkeit an verschiedenen Orten eines Trockenkühlers in Dachbauweise zeigt;

4 in der Darstellungsweise der 3 die Strömungsgeschwindigkeitsverhältnisse bei dem erfindungsgemäßen Trockenkühler und

5 und 6 eine Gegenüberstellung der Druckverluste bei einem Trockenkühler in A-Bauweise und in V-Bauweise.

1 zeigt einen Trockenkühler 1 in V-Bauweise, wie er im Stand der Technik bekannt ist. Der Trockenkühler 1 ist auf einem Stahlgerüst 2 montiert, so dass kalte Kühlluft seitlich in horizontaler Richtung unter dem Trockenkühler 1 in das Stahlgerüst 2 einströmen kann. Der Kühlluftstrom wird in seinem weiteren Verlauf von dem Ventilator 3 angesaugt und hierbei um 90° in Richtung der vertikal orientierten Einströmöffnung bzw. des Ventilatorlaufrings 4 umgelenkt. Der Kühlluftstrom tritt in das Innere des von dem Ventilator 3 und den V-förmig angeordneten Kühlelementen 5, 6 begrenzten Raums des Trockenkühlers 1 in vertikaler Richtung ein und strömt die nicht näher dargestellten Rippenrohre der Kühlelemente 5, 6 an. Dabei wird der Kühlluftstrom aus der vertikalen Richtung ein weiteres Mal umgelenkt und beim Eintritt in die Kühlelemente 5, 6 stark abgebremst. Die Kühlluft wird hierbei erwärmt und strömt seitlich aus den Kühlelementen 5, 6 aus. Seitlich der Kühlelemente 5, 6 angeordnete Leitbleche 7 verhindern ein erneutes Ansaugen der erwärmten Kühlluft durch den Ventilator 3 und leiten diese in vertikaler Richtung nach oben. Dadurch wird der Kühlluftstrom ein weiteres Mal umgelenkt. In der Summe ergibt sich eine Umlenkung des Kühlluftstroms um mindestens 180°, was zu hohen statischen Druckverlusten innerhalb der Anordnung führt und nur durch erhöhte Leistung des Ventilators 3 ausgeglichen werden kann.

Dahingegen ist bei dem erfindungsgemäßen Trockenkühler 8, wie er in 2 dargestellt ist, vorgesehen, dass die bereits erwärmte Kühlluft von den Ventilatoren 9 befördert wird. In der dargestellten Anordnung sind Kühlelemente 10, 11 V-förmig konfiguriert, wobei sie an ihren oberen Enden mit Dampfverteilerleitungen 12 verbunden sind und mit ihren unteren Enden an Kondensatorsammelleitungen 13 angeschlossen sind. Die einzelnen Rippenrohre der Kühlelemente 10, 11 sind zur Vereinfachung der Darstellungen nicht näher eingezeichnet.

Die nebeneinander angeordneten Ventilatoren 9 befinden sich zwischen den Dampfverteilerleitungen 12 und bilden zusammen mit den Kühlelementen 10, 11 ein Dreieck. Dieses Dreieck steht mit der Spitze nach unten auf dem Boden, so dass die gesamte Anordnung eine wesentlich niedrigere Bauhöhe besitzt als die Ausführungsform der 1. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass der erfindungsgemäße Trockenkühler 8 nicht aufgeständert montiert werden muss, da durch die oberseitige Anordnung der Ventilatoren 9 eine seitliche Einströmung der Kühlluft in das Innere des Dreiecks durch die Kühlelemente 10, 11 hindurch möglich ist. Der horizontal angesaugte Kühlluftstrom K wird hierbei im Bereich der Kühlelemente um ca. 45° umgelenkt und strömt nach einer weiteren Umlenkung um etwa 45° der vertikalen Einströmöffnung 14 des Ventilators 9 zu. Im Ventilatorlaufring 15 wird die erwärmte Kühlluft beschleunigt und nach oben hin abgeblasen. Insgesamt ergibt sich ein Strömungsverlauf der Kühlluft mit deutlich weniger Umlenkungen als bei der A-Bauweise. Die Strömungsverluste sind dadurch wesentlich niedriger.

3 zeigt anschaulich die in Tabelle 1 aufgelisteten Strömungsgeschwindigkeiten an verschiedenen Orten eines Luftkühlers in A-Bauweise.

Es wird deutlich, dass bei der A-Bauweise bzw. Dachform die Luftgeschwindigkeit bei der horizontalen Einströmung etwa bei 4 m/s liegt. Diese Geschwindigkeit wird auch bei der Umlenkung in die vertikale Einströmung beibehalten. Beim Eintritt in den Ventilatorlaufring nimmt die Luftgeschwindigkeit um mehr als das Doppelte auf über 8 m/s zu, um den hohen statischen Druck innerhalb des Trockenkühlers aufzubauen. Die Luftströmung wird anschließend beim Eintritt in die Kühlelemente auf nur 2 m/s abgebremst, was mit erheblichen Strömungsverlusten einhergeht. Zwischen den Rippen der Rippenrohrbündel ist die Luftgeschwindigkeit aufgrund der verengten Strömungskanäle erhöht. Wegen der nachfolgenden Querschnittsvergrößerung sinkt sie beim Austritt wieder. Die aus den Kühlelementen austretenden Strömungen vereinen sich anschließend zu einem vertikal orientierten Abluftstrom, dessen Strömungsgeschwindigkeit bei ca. 5 m/s liegt. Es ist erkennbar, dass die Strömungsgeschwindigkeit von einem relativ niedrigen Niveau zunächst durch Zuführung von Energie stark angehoben wird und anschließend stark abgebremst wird, bevor sie in Richtung der Ausströmöffnung wieder ansteigt.

Demgegenüber sind die Geschwindigkeitsverhältnisse der Kühlluftströmung bei der erfindungsgemäßen Anordnung wesentlich gleichförmiger und harmonischer. 4 zeigt, dass bei der V-förmigen Anordnung der Kühlelemente die Luftgeschwindigkeit bei der horizontalen Einströmung etwa bei 1,5 m/s liegt und auf etwas über 2 m/s im Bereich des Eintritts in die Kühlelemente erhöht wird. Aufgrund der zuvor geschilderten Umstände erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit zwischen den Rippen und sinkt nach dem Austreten etwa auf das Niveau, wie vor dem Eintritt in die Kühlelemente. Anschließend werden die erwärmten einzelnen Kühlluftströme in eine Vertikalströmung umgelenkt, wobei sich jedoch die im Inneren des Trockenkühlers herrschenden Strömungsgeschwindigkeiten nur geringfügig erhöhen. Erst innerhalb des Ventilatorlaufrings wird anschließend eine höhere Luftgeschwindigkeit gemessen, die bei etwa 6,5 m/s liegt, was im Wesentlichen einer Verdoppelung der Strömungsgeschwindigkeit im Innenraum des Trockenkühlers entspricht. Es ist erkennbar, dass die Luftgeschwindigkeiten über den Strömungspfad tendenziell kontinuierlich ansteigen, wobei die Kühlluft keine Energie verzehrende Abbremsung erfährt. Dies spiegelt sich auch in den statischen Drücken wieder, die innerhalb der Trockenkühleranordnung messbar sind.

5 und 6 zeigen die statischen Druckverluste in Pa. Sie sind über den jeweiligen Ort des Druckverlustes aufgetragen. Die exakten Werte sind Tabelle 2 zu entnehmen.

Es ist erkennbar, dass der Eintrittsdruckverlust, der Druckverlust des Ventilatorschutzgitters, der Druckverlust der Ventilatorbrücke und der Druckverlust beim Eintritt in die Kühlelemente jeweils für sich gesehen und auch in der Summe relativ gering sind. Der stärkste Druckverlust tritt innerhalb des Kühlelements auf. Die Verluste beim Austritt aus dem Kühlelemente sowie dynamische Druckverluste am Austritt sind wiederum relativ gering. Abzüglich des Naturzugs ergibt sich bei der bekannten Anordnung ein Druckverlust zwischen 120 und 140 Pa.

Dahingegen wurden bei der erfindungsgemäßen Anordnung Druckverluste gemessen, die in 6 dargestellt sind. Aufgrund der saugenden Anordnungen treten Druckverluste insbesondere innerhalb des Kühlelements relativ frühzeitig auf, allerdings ist sowohl der Eintrittsverlust in das Kühlelement als auch der Austrittsverlust aus dem Kühlelement bei der V-Bauweise deutlich niedriger als bei der A-Bauweise, so dass sich unter Berücksichtigung der weiteren Druckverluste und des Naturzugs ein Gesamtverlust des statischen Drucks von unter 100 Pascal ergibt. Im Vergleich wird deutlich, dass sich hierdurch eine Reduzierung der statischen Pressung von etwa 30 % ergibt. Allerdings erhöht sich das Fördervolumen um ca. 8 %, da nunmehr erwärmte Kühlluft abgesaugt werden muss. Da sich die Ventilatorleistung proportional zum Fördervolumenstrom sowie proportional zur Differenz der statischen Drücke verhält, ergibt sich bei konstantem Ventilatorwirkungsgrad eine Reduzierung der Ventilatorleistung um ca. 25 %. Es resultiert ein erhebliches Einsparpotential bei den Betriebskosten einer solchen Anlage. Gleichzeitig wird der Kraftwerkwirkungsgrad verbessert. Da die Schallemission des Ventilators direkt an dessen Kraftbedarf gekoppelt ist, resultiert aus einer 25 % niedrigeren Leistungsaufnahme gleichzeitig eine Reduzierung des Schallleistungspegels um ca. 1 dB (A).

Grundsätzlich ist es auch möglich, die Ventilatorleistung konstant zu halten, wobei bei gleicher Kühlleistung eine Reduzierung in der Kühlfläche um 10 % möglich ist.