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Mit einem zwangläufig bewegten Kühlluftstrom beaufschlagter Oberflächenkondensator
für Groß-Dampfkraftanlagen Für Groß-Dampfkraftanlagen sind mit einem zwangläufig
bewegten Kühlluftstrom beaufschlagte Oberflächenkondensatoren bekannt, bei welchen
die aus mehreren von oben nach unten verlaufenden und vorzugsweise berippten Rohren
bestehenden Kondensatorelemente gruppenweise auf einer in größerem Höhenabstand
über der Bodenfläche angeordneten Plattform dachförmig in mehreren nebeneinanderliegenden,
parallelen Reihen vorgesehen und mit Barüberliegenden, sich zu den Enden hin verjüngenden
Verteilerleitungen an eine gemeinsame Abdampfleitung angeschlossen sind, wobei jeder
dachförmigen Kondensatorelementengruppe ein die Kondensatorelemente drückend mit
Kühlluft beaufschlagender Lüfter symmetrisch zugeordnet ist, der sich in der Höhe
der Plattform befindet. Durch diese Anordnung ist es zwar möglich, eine große Anzahl
von Kondensatorelementen raummäßig in einer Weise unterzubringen, die eine einigermaßen
gleichmäßige Dampfverteilung gewährleistet und auch ausreichende Ansaugverhältnisse
für die den Elementengruppen zugeordneten Lüfter schafft. Nicht zu vermeidende Nachteile
dieser Anordnung liegen aber einerseits in dem erheblichen Raumbedarf und andererseits
in der Kurzschlußgefahr sowie den erheblichen Strömungsverlusten, wobei sich diese
Nachteile bei zunehmender Größe der Anlage auf ein wirtschaftlich nicht mehr tragbares
Maß vergrößern. Die auf einen überhöhten Kraftbedarf hinauslaufenden dynamischen
Verluste ergeben sich insbesondere daraus, daß der Kühlluftstrom im Bereich der
äußeren Kondensatorumgrenzung zunächst beschleunigt wird, während der übrige Teil,
der in das Innere des Kondensators strömt, demgegenüber verzögert wird. Um diese
Verluste und ebenso auch die Kurzschlußgefahr zwischen abströmender Warmluft und
angesaugter Kaltluft zu verringern, bestünde zwar die Möglichkeit, die Bauhöhe der
Tragkonstruktion zu vergrößern. Hierbei träte dann allerdings zusätzlich zu dem
Nachteil des großen Flächen- und Raumbedarfs noch der Nachteil der großen Bauhöhe
hinzu und ein entsprechend größerer Konstruktionsaufwand.
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Um insbesondere die Bauhöhe und den damit verbundenen hohen Konstruktionsaufwand
zu verringern, ist es bereits bekannt, die Kondensatorelemente unterhalb der diese
saugend mit dem Kühlluftstrom beaufschlagenden Lüfter anzuordnen, und zwar in der
Weise, daß diese V-förmig zueinander geneigt sind. Diese Bauart hat zwar gegenüber
der zuvor beschriebenen dachförmigen Anordnung, insbesondere durch den Fortfall
einer besonderen, unter den Lüftern liegenden großen Ansaugkammer, in manchen Fällen
Vorteile, diese beschränken sich jedoch nur auf Anlagen verhältnismäßig begrenzter
Leistung, da hierbei im Gegensatz zu der dachförmigen Anordnung der Elementengruppen
wegen der gegenseitigen Beeinträchtigungs-, insbesondere Kurzschlußgefahr nicht
die Möglichkeit besteht, zwei Reihen derartiger Elementengruppen unmittelbar nebeneinander
anzuordnen und daher entweder die Notwendigkeit bestünde, zwei getrennte Anlagen
in größerem Abstand nebeneinander anzuordnen oder sämtliche Elementengruppen und
Lüfter in einer Reihe hintereinandezuschalten. Da diese Anordnung außerdem die Kurzschlußgefahr
zwar verringert, aber nicht beseitigt, hat sie sich der vorerwähnten Nachteile wegen
bei Groß-Dampfkraftanlagen im Gegensatz zu der dachförmigen Anordnung nicht durchsetzen
können.
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Um die bei Großanlagen besonders schwerwiegend fallende Kurzschlußgefahr
zwischen Warm- und Kaltluft zu verringern und auf möglichst kleinem Raum bzw. Grundriß
eine möglichst große Kondensatorfläche unterbringen zu können, ist man schon auf
eine andere Bauform übergegangen, bei welcher die im wesentlichen senkrecht stehenden
Kondensatorelemente derart aneinandergeschlossen sind, daß sie ein im Grundriß geschlossenes
rundes oder in einer
Achse langgestrecktes Polygon bilden, wobei
die über dem von den Kondensatorelementen umschlossenen Raum befindlichen Lüfter
die Kühlluft allseitig von außen durch die Elemente hindurch ansaugen und die Warmluft
unter Verwendung eines sowohl im Durchmesser als auch in der Höhe verhältnismäßig
groß bemessenen Diffusors in die Atmosphäre blasen. Es hat sich jedoch gezeigt,
daß auch dieser Konstruktionsform im Zuge der weiter zunehmenden Leistungskonzentration
Grenzen gesetzt sind, so daß es bei überschreitung einer bestimmten Betriebsgröße
notwendig wird, eine Aufteilung des Kondensators vorzunehmen, wodurch die Vorteile
dieser Konstruktion teilweise aufgehoben werden.
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Es sind zwar bereits Vorschläge gemacht worden, die auf der gleichen
Grundfläche unterzubringende Wärmeaustauschfläche durch eine besondere Anordnung
der Elemente, z. B. durch deren zickzackförmige Anordnung, zu vergrößern, doch sind
hiermit anderweitige, insbesondere strömungstechnische Nachteile verbunden, die
zu einer Wirkungsgradverschlechterung führen, während hierdurch andererseits keine
grundsätzliche Lösung für das Problem geschaffen wird, die Luftkondensation auch
für den Fall außerordnetlich großer Abdampfmengen bei modernen Groß-Dampfkraftanlagen
auf wirtschaftliche Weise nutzbar zu machen, d. h. gerade in den Fällen, in denen
die Beschaffung ausreichender Kühlwassermengen ein nicht oder nur mit erheblichem
technischem Aufwand zu lösendes Problem bildet.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die luftbeaufschlagten
Oberflächenkondensatoren für Groß-Dampfkraftanlagen unter Vermeidung der den bekannten
Bauarten anhaftenden Mängel zu verbessern und ihren Einsatz insbesondere wirtschaftlicher
zu gestalten. Zur Lösung dieser Aufgabe greift die Erfindung auf die weiter oben
an erster Stelle behandelte Bauform zurück, bei welcher die gruppenweise zusammengefaßten
Kondensatorelemente mittels einer Plattform in größerem Höhenabstand über der Bodenfläche
dachförmig in mehreren parallelen Reihen nebeneinander angeordnet sind, kennzeichnet
sich dieser gegenüber jedoch dadurch, daß unterhalb der Plattform zwischen zwei
längsverlaufenden Reihen der in Dachform zueinander angeordneten Kondensatorelemente
je eine weitere Reihe von Kondensatorelemeten vorgesehen ist, die vorzugsweise in
an sich bekannter Weise V-förmig zueinander geneigt und denen symmetrisch eine oder
mehrere in Höhe der Plattform liegende Lüfterreihen zugeordnet sind, und daß ferner
die den unterhalb der Plattform angeordneten Kondensatorelementen zugeordneten Lüfter
abschaltbar und hinsichtlich ihrer Drehrichtung umsteuerbar sind, so daß sie die
Kondensatorelemente vorzugsweise saugend, bei unter dem Gefrierpunkt liegenden Temperaturen
jedoch drückend mit Kühlluft beaufschlagen.
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Bei lnftbeaufschlagten Kondensatorkühlern ist es an sich bekannt,
den mittels einer Plattform in größerem Höhenabstand über der Bodenfläche dachförmig
angeordneten Kondensatorelementen zwischen Bodenfläche und Plattfrom weitere Elemente
zuzuordnen, die den unter dem Lüfter befindlichen Ansaugraum umgrenzen. Hierbei
handelt es sich jedoch nicht um Kondensatorelemente, sondern um den dachförmig angeordneten
Kondensatorelementen nagchgeschaltete Kondensatkühlelemente, die deswegen unterhalb
der Plattform angeordnet sind, weil sie ihrer Zweckbestimmung als Nachkühlelemente
wegen naturgemäß auf der Ansaugseite des Kühlluftstromes liegen müssen. Für die
Unterbringung weiterer Kondensatorelemente wäre dieses bekannte Anordnungsprinzip
- zumal bei Groß-Dampfkraftanlagen - wegen der zweimaligen Aufwärmung der Kühlluft
ungeeignet, da die im Bereich der unter der Plattform befindlichen Kondensatorelemente
hinsichtlich ihrer Kühlleistung bereits weitgehend ausgenutzte Frischluft in den
diesen nachgeschalteten dachförmig angeordneten Kondensatorelementen nur eine unzureichende
Kondensationswirkung hervorrufen würde oder bei einer entsprechenden Vergrößerung
der Kühlluftmenge untragbar hohe Strömungsverluste in Kauf genommen werden müßten.
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Dadurch, daß die oberhalb und unterhalb der Plattform angeordneten
Kondensatorelemente gemäß der Erfindung seitlich nebeneinander vorgesehen sind,
und zwar derart, daß die beiden in bezug auf ihre Anordnung verschiedenen Elementengruppen
auch gesonderte Lüfterreihen zugeordnet sind, werden diese Nachteile nicht nur vermieden,
sondern darüber hinaus eine Reihe erheblicher Vorteile erzielt, die von den bekannten
Bauarten her nicht ohne weiteres erwartet werden konnten.
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Abgesehen davon, daß bei der Anordnung gemäß der Erfindung ohne weiteres
nicht nur die doppelte, sondern gegebenenfalls auch mehrfache Anzahl von Kondensationselementen
auf gleicher Bodenfläche wie bei den bekannten Bauarten untergebracht werden kann,
ohne daß durch die Größe der Anlage eine Beeinträchtigung des Wirkungsgrades und
damit Leistungseinbußen einträten, bewirkt diese Anordnung zufolge der - mit Ausnahme
bei tiefen Außentemperaturen im Winter - teilweise drückend und teilweise saugend
arbeitenden Lüfter eine, bezogen auf die Anschaffungs- und Betriebskosten, erheblich
höhere Kondensationsleistung.
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Durch die teilweise saugende und teilweise drükkende Arbeitsweise
der Lüfter wird einerseits eine wesentlich gleichmäßigere Zuströmung der Luft auf
der Ansaugseite erreicht, während andererseits durch die in der Mitte gelegenen
saugenden Lüfter, die die Warmluft vertikal nach oben ausblasen, eine Ejektorwirkung
erzielt wird, die die aus den seitlich dachförmig angeordneten Kondensatorelementen
austretende Warmluft mitreißt. Durch diese Ejektorwirkung wird nicht nur eine besonders
wirksame und feinstufige Regelfähigkeit der seitlichen Lüfter erzielt, sondern auch
deren Energiebedarf entsprechend verringert. Diese Wirkung läßt sich dadurch noch
verbessern, daß die jeweils saugenden Lüfter für eine hohe Luftaustrittsgeschwindigkeit
ausgelegt werden, während den jeweils drückenden Lüftern Regeleinrichtungen für
die Veränderung der Luftwege zugeordnet werden, die es gestatten, durch Drosselung
der durch diese Lüfter geförderten Luftmenge die Ejektorwirkung zu steigern. Diese
natürliche und durch die erwähnten Maßnahmen noch gesteigerte Ejektorwirkung schließt
auch in heißen Sommern die bei den bekannten Bauarten nicht vermeidbar gewesene
Kurzschlußgefahr zwischen warmer Abluft und kalter Frischluft völig aus. Während
bei den bekannten Bauarten wegen dieser Kurzschlußgefahr bei der Berechnung der
Größe der Kühlflächen eine größere Reserve einkalkuliert werden mußte, kann bei
der Bauart gemäß der Erfindung wegen dieser Sicherheit gegen Kurzschluß auf die
Einrechnung einer derartigen Reserve
praktisch verzichtet werden,
was sich weiterhin in einer Herabsetzung der Anschaffungskosten auswirkt. Außerdem
verhindert die Ejektorwirkung einen störenden Einfluß starken seitlichen Windeinfalls
sowie von W armluftschichtungen, die sich bei den bekannten Bauarten, insbesondere
an heißen Sommertagen, als außerordentlich lästig erwiesen haben.
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Im Winter bringt die Bauart gemäß der Erfindung andererseits insofern
erhebliche Vortele, als hierbei die Möglichkeit besteht, nur die seitlichen, drückend
arbeitenden Lüfter in Betrieb zu lassen und diese so zu regulieren, daß eine Unterkühlungsgefahr
in den Kondensatorelementen vermieden wird. Da sich hierbei über den dachförmig
zueinander angeordneten seitlichen Elementereihen eine Warmluftwand bildet, die
den mittleren Bereich umschließt, wird auch hierbei eine Art Kaminwirkung erzielt,
durch deren Auftrieb die unter der Plattform befindlichen Kondensatorelemente auch
bei abgestellten Lüftern im Sinne einer ausreichenden Kondensationsleistung mit
Kühlluft beaufschlagt werden, ohne daß eine Unterkühlung der Kondensatorelemente
befürchtet zu werden braucht.
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Da sich die gesamte Anlage durch die Drehzahlregelung der seitlich
angeordneten drückenden Lüfter steuern läßt und daher bei den mittleren Lüftern
eine Regeleinrichtung entfallen kann bzw. diese Lüfter nur mit Umkehrschaltern ausgerüstet
zu sein brauchen, wird sowohl im Sommer als auch im Winter, und zwar sowohl bei
Vollbeaufschlagung als auch bei Teillast, über die verminderten Anschaffungskosten
hinaus eine bedeutende Energieersparnis und damit eine bei Luftkondensationsanlagen
bislang nicht erreichbar gewesene Wirtschaftlichkeit des Betriebes ermöglicht.
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Schließlich liegt ein weiterer Vorteil der Erfindung darin, daß sie
die Möglichkeit bietet, die mittleren Lüfter in umgekehrter Richtung zu betreiben,
so daß warme Luft von oben angesaugt und über die ihnen zugeordneten Kondensatorelemente
wieder den seitlichen Lüftern zugeführt wird. Vor allem im Winter bei tiefen Außentemperaturen
sowie bei Schwachlast ist diese Betriebsweise der Lüfter, bei welcher die an der
Austrittsseite ausströmende warme Luft auf die Saugseite zurückgefördert wird, deswegen
vorteilhaft, weil sie ein Einfrieren der Anlage, das bei den bekannten Bauarten
in kalten Wintern eine ständige Gefahr bildete, mit Sicherheit ausschließt. Auf
diese Weise können die bisher notwendig gewesenen großflächigen und daher teuren
und umständlichen Vorrichtungen für die Abdeckung der seitlichen Elemente, z. B.
in Form von Jalousien, entfallen.
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In allen diesen Fällen sind die Strömungsverluste, insbesondere auf
der Ansaugseite, gegenüber den vorbekannten Bauarten deswegen wesentlich geringer,
weil zum Kondensatormittelteil hin kein Abbau der Geschwindigkeiten eintritt bzw.
erforderlich ist und daher mit sehr hohen Luftgeschwindigkeiten im Ansaugquerschnitt
gefahren werden kann.
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Schließlich kann die Tragkonstruktion gegenüber den bekannten Bauarten
deswegen wesentlich leichter und auch niedriger gehalten werden, weil sie lediglich
noch die beiden seitlichen dachförmigen Kondensatorreihen und die mittleren Ventilatoren
zu tragen braucht, während das Gewicht der mittleren Elementenreihen weitgehend
am Boden abgefangen werden kann. Die statisch günstigere Verteilung der Lasten auf
der Plattform ermöglicht hierbei die Anwendung moderner selbsttragender Stahlbetonkonstruktionen,
die sich besser in den Rahmen moderner Kraftwerksbauten einfügen.
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Die unterhalb der Plattform befindlichen Elementenreihen bestehen
zweckmäßig aus zwei übereinanderliegenden Elementen, von denen mindestens die jeweils
oberen, vorzugsweise jedoch auch unteren Elemente beider Reihen zueinander V-förmig
geneigt angeordnet sind. In manchen Fällen kann es jedoch zweckmäßig sein, von den
unterhalb der Plattform befindlichen Doppelelementen die jeweils unteren Elemente
beider Reihen zueinander parallel in etwa lotrechter Ebene anzuordnen.
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Die Kondensatorelemente können sowohl kondensatorisch als auch dephlegmatorisch
geschaltet sein, d. h. sowohl in der Weise, daß die Dampfzuführung von oben erfolgt,
wobei Dampf und Kondensat in gleicher Richtung nach unten strömen, als auch in der
Weise, daß die Dampfzuleitung von unten erfolgt, wobei dann der Dampf nach unten
strömt, während das Kondensat dem Dampf entgegen nach unten fließt. Schließlich
ist es möglich, einen Teil der Elementengruppe kondensatorisch und einen Teil dephle2-matorisch
zu schalten, wobei die dephlegmatorische Schaltung weiterhin dazu beiträgt, eine
Unterkühlung des Kondensates zu verhindern.
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Bei Verwendung von jeweils zwei übereinanderliegenden Elementen für
die unter der Plattform befindlichen Elementenreihen bietet es daher einen Vorteil,
wenn die jeweils übereinanderliegenden Elemente an eine gemeinsame, zwischen den
Elementen hindurchgeführte Abdampfzweigleitung angeschlossen sind, da hierbei die
unteren, an die Zweigleitung angehängten Elemente kondensatorisch und die oberen
Elemente dephlegmatorisch betrieben werden können.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert.
Es zeigt Fig. 1 das Schema der Anordnung der Elemente in der Querebene der Elementenreihen,
Fig. 2 und 3 zwei verschiedene Ausführungsformen für die Tragkonstruktion, Fig.
4 einen Seitenriß der Anlage und Fig. 5 einen Grundriß derselben Anlage.
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Gemäß Fig. 1 ist das Hauptabdampfrohr 1 gegabelt, wobei es sich beiderseits
der Mittellinie der Anlage in je zwei Stutzen 2 und 4 bzw. 2', 4' aufteilt, die
zu den Verteilerleitungen 3 und 5 bzw. 3' und 5' führen. An die Verteilerleitungen
3, 3' sind jeweils die über diesen liegenden dephlegmatorisch und die jeweils darunter
befindlichen kondensatorisch angeordneten Kondensatorelemente 6 und 7 bzw 6' ,7'
angeschlossen. Die einander gegenüberliegenden Elementenreihen sind - wie aus Fig.
1 ersichtlich -V-förmig zueinander angeordnet, wobei ihr Öffnungswinkel nach oben
divergiert. Die an die gemeinsame Verteilerleitung 3 bzw 3' angeschlossenen Elemente
6 und 7 bzw. 6', 7' liegen hierbei in etwa der gleichen Neigungsebene.
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Die Verteilerleitungen 5 bzw. 5' speisen die unter ihnen befindlichen
und jeweils dachförmig zueinander angeordneten kondensatorisch geschalteten Kondensatorelemente
8, 9 und 8', 9'.
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Den durch die Verteilerleitungen 3 und 3' gespeisten Kondensatorelementen
sind die über diesen in der Mitte der Anlage in zwei Reihen nebeneinander angeordneten
Lüfter 10, 10' zugeordnet, so daß sie die Elemente saugend mit dem durch die Pfeile
angedeuteten Kühlluftstrom beaufschlagen.
In den Bereichen unterhab
der seitlich vorgesehenen, dachförmig zueinander angeordneten Elementengruppen 8,
9 und 8', 9' befinden sich die normalerweise drückend arbeitenden Lüfter 11, 11'.
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Wie aus Fig. 1 und 3 hervorgeht, sind die Lüfter sämtlich in annähernd
gleicher Ebene angeordnet und in Durchbrechungen der Plattform 16 der Tragkonstruktion
unter Verwendung von die Strömung begünstigenden Verkleidungen 12 und 13 verlagert.
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Wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, kennzeichnet sich die Tragkonstruktion
im wesentlichen dadurch, daß die in Längsrichtung auf die Länge der Tragkonstruktion
verteilt angeordneten Mittelstützen 14 und 14' - in der Querebene gesehen
- entweder auf ganzer Länge eng nebeneinanderstehen oder - wie im Falle der Ausführungsform
nach Fig. 3 - unter einem Winkel derart zueinander geneigt sind, daß sie mindestens
in Fundamentnähe einen verhältnismäßig schmalen Raum einnehmen. Selbstverständlich
wäre es möglich, statt jeweils zwei Stützstreben 14 und 14' eine einteilige Stütze
zu verwenden, die dann unter Umständen im Bereich des Bodenfundamentes noch schmaler
gehalten werden kann.
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Die Stützstreben 14 und 14' sind an ihrem oberen Ende jeweils durch
einen beiderseits weit überkragenden Querträger 15 verbunden, auf dem die Plattform
16 abgestützt ist.
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Die Tragkonstruktion kann entweder - wie in Fig. 2 veranschaulicht
- aus Stahl oder vorzugsweise - wie in Fig. 3 veranschaulicht - aus Stahlbeton bestehen.
Während aus Fig. 1 bis 3 die Symmetrie der Anlage in Querrichtung hervorgeht, lassen
die Fig. 4 und 5 die Symmetrie der Anlage auch in den beiden anderen Ebenen erkennen,
wonach das Hauptabdampfrohr im Grundriß zentral zur Anlage mündet und sich sowohl
in der Querebene als auch in der Längsebene nach beiden Seiten verzweigt. Aus den
Fig. 4 und 5 ist insbesondere ersichtlich, daß die Verteilerleitungen 3 und 5 zu
den Enden hin verjüngt sind, um auf diese Weise eine gleichmäßige Beaufschlagung
der Kondensatorelemente mit Abdampf zu erreichen. Aus den Fig. 4 und 5 ist ferner
ersichtlich, daß in Längsrichtung der Anlage jeweils mehrere Elemente zusammengefaßt
sind, die sich mit den jeweils gegenüberliegenden Elementen zu einer Gruppe ergänzen.
Die Elemente sind hierbei jeweils einzeln mit ihren Verteilerkammern an die Sammelleitungen
angeschlossen, wie denn auch die Ableitung des Kondensates über die Kondensatsammelkammern
und die diesen zugeordneten Anschlüsse getrennt erfolgt.
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Mit 17 ist eine der Plattform 16 am Rande zugeordnete Schürze bezeichnet,
die im Bereich der beiden außenliegenden Elementenreihen den Kurzschluß zwischen
Warm- und Kaltluft verhindert.
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Selbstverständlich ist es in Abweichung von der dargestellten Ausführungsform
möglich, die unter der Plattform angeordneten Gruppen der V-förmig zueinander angeordneten
Elemente mittels jeweils nur eines im Durchmesser größer bemessenen Lüfters mit
Kühlluft zu beaufschlagen.