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Luftgekühlter Oberflächenkondensator Die Erfindung betrifft einen
luftgekühlten Oberflächenkondensator, dessen mit einem zwangsbewegten Kühlluftstrom
beaufschlagte, gruppenweise in Reihen angeordnete Wärmeaustauschelemente dampfseitig
und bezüglich der verschiedenen Gruppen untereinander auch luftseitig parallel geschaltet
sind, wobei die Elemente teils in kondensatorischer und teils in dephlegmatorischer
Schaltungsweise an die Dampfzuleitung oder deren Verteilerleitungen angeschlossen
sind.
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Für die dampfseitige und luftseitige Kopplung der beiden hinsichtlich
ihrer Schaltungsweise unterschiedlichen Elementegattungen sind bereits verschiedene
Kombinationsmöglichkeiten bekannt. So gehört es bereits zum Stande der Technik,
die Kondensator- und Dephlegmatorelemente sowohl dampfseitig als auch luftseitig
hintereinander, d. h. in Reihe, zu schalten. Bei dieser Kombination wird
jedoch der Dampfweg lang, so daß ein relativ hoher dampfseitiger Druckverlust die
Folge ist. Da dieser Druckabfall entlang des Dampfwegeg entsprechend der Sättigungstemperatur
des Dampfes mit einem Temperaturabfall verbunden ist, verringert sich hierdurch
der Temperaturabstand zwischen Dampf und Kühlluft in dem zuletzt von dem Dampf durchströmten
Teil der Anlage, was zu einer Verringerung der Kondensationsleistung führt. Wegen
der unterschiedlichen Temperaturen entstehen auch unterschiedliche Wärmedehnungen
der Elemente, so daß diese Kombination zwangläufig auch zu einer Verteuerung in
der Konstruktion der Elemente führt. Schließlich ist die Kondensationsanlage durch
diese Kombination zwar in einem gewissen Grade frostsicher, bei höheren Anforderungen
müssen jedoch Teile der Anlage dampfseitig abschaltbar sein, was wiederum teuere
und störanfällige, Armaturen erfordert.
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Diese Nachteile werden zwar zum Teil durch diejenige bekannte Kombination
vermieden, von der die vorliegende Erfindung ausgeht, und bei welcher die zu jeweils
getrennten Gruppen zusammengefaßten Kondensator- und Dephlegmatorelemente sowohl
dampfseitig als bezüglich der verschiedenen Gruppen untereinander auch luftseitig
parallel geschaltet sind, da hierbei beide Elementegattungen wegen der dampfseitigen
Parallelschaltung bei annähernd gleichem Dampfdruck arbeiten und mithin alle Elemente
unter nahezu dem gleichen wirksamen Temperaturabstand zwischen Dampf und Kühlluft
stehen.
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Auf der anderen Seite wird bei dieser Schaltungskombination aber die
Kondensationsleistung der ausschließlich dephlegmatorisch geschalteten Elementegruppen,
besonders bei tiefen Lufttemperaturen, durch eine höchstzulässige Dampfgeschwindigkeit
innerhalb der Dephlegmatorelemente begrenzt, wodurch sich die Kondensationsleistung
der dephlegmatorisch geschalteten Gruppe bzw. des dephlegmatorisch geschalteten
Teils der Anlage bei tiefen Lufttemperaturen nur durch sehr starke Veränderung der
Luftmenge nach unten regeln läßt, was in einem weiten Bereich stufenlos regelbare
Lüfter voraussetzt, die die Anlage jedoch erheblich verteuern. Da die Leistungsfähigkeit
des dephlegmatorischen Teils bei sinkender Lufttemperatur mit Erreichen seiner Schluckgrenze
nicht weiter ansteigt, sinkt sein Anteil an der Gesamtleistung der Anlage von da
an ab. Dies gilt selbstverständlich ebenso für seinen Einfluß auf die Regelfähigkeit
der Gesamtanlage.
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Aus diesem Grunde kann eine derartige Anlage nur dadurch frostsicher
gemacht werden, daß der Kondensatorteil ganz oder wenigstens teilweise dampfseitig
abgesperrt wird, was jedoch ebenfalls teuere und störanfällige Armaturen erfordert.
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Hinzu kommt in diesem Fall der Nachteil, daß sich das Vakuum innerhalb
des dampfseitig längere Zeit abgesperrten Teils des Kondensators infolge unvenneidbarer
Undichtigkeiten abbaut und die hierin eingedrungene Luft bei der Wiederinbetriebnahme
dieses Teils von der Vakuumpumpe der Anlage zusätzlich abgesaugt werden muß. Dies
ist in hinreichend kurzer Zeit nicht möglich, so daß die Luft sich aus Gründen des
Strömungsgleichgewichtes auf alle in Betrieb befindlichen Kondensatorteile verteilt
und während dieser Zeit zu einer Minderung der Kondensationsleistung führt. Da diese
Erscheinung - wenn auch nur vorübergehend - genau das Gegenteil von
dem bewirkt, was durch das Hinzuschalten des bis dahin stillgelegten Kondensatorteils
erreicht werden soll, ergeben sich hieraus betriebliche Schwierigkeiten, die nur
durch besondere
und umständliche Maßnahmen überbrückt werden können.
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Einen Teil dieser Nachteile vermeidet schließlich eine weitere bekannte
Kombination, gemäß welcher die Kondensator- und Dephleginatorelemente zwar dampfseitig
in Reihe, luftseitig dagegen parallel geschaltet sind. Durch die dampfseitige Reihenschaltung
der Elemente entsteht zwar ebenfalls ein langer Dampfweg mit den Folgen eines relativ
hohen dampfseitigen Druckverlustes und eines entsprechenden Temperaturabfalles längs
des Dampfweges, doch macht der den Kondensatorelementen nachgeschaltete Dephlegmatorteil
die Anlage durch seine unterkühlungsfreie selbsttätige Anpassung an wechselnde Betriebsverhältnisse
elastischer. Um jedoch irn Hinblick auf die luftseitige Parallelschaltung dieser
Elementegattungen eine ausreichende Frostsicherheit zu
erzielen, muß der Dephleginatorteil
sehr groß gewählt werden, was wegen des schlechteren Wärmeüberganges in dephleginatorisch
geschalteten Elementen zu einer im Verhältnis zum Wirkungsgrad erheblichen und
je nach der Größe der Anlage unter Umständen beträchtlich ins Gewicht fallenden
Verteuerung der Anlage führt.
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Es wurde nun gefunden, daß es durch eine bestimmte Anordnung und Gruppierung
der Elemente auf verhältnismäßig einfache Weise möglich ist, den Vorteil einer weitgehenden
Frostunempfindlichkeit der Anlage auch ohne die Nachteile eines größeren apparativen
und schaltungstechnischen Aufwandes. mit entsprechenden spezifischen Leistungseinbußen
zu erreichen. Zu diesem Zweck geht die Erfindung von der eingangs behandelten Gattung
luftgekühlter Oberflächenkondensatoren aus, bei welcher die gruppenweise in Reihen
angeordneten Wärmeaustauschelemente dampfseitig und bezüglich der verschiedenen
Gruppen untereinander auch luftseitig parallel geschaltet sind, kennzeichnet sich
dieser gegenüber jedoch dadurch, daß die Gruppen sowohl Kondensator- als auch Dephlegmatorelemente
aufweisen, wobei die jeweils in einer Gruppe zusammengefaßten Kondensator- und Dephlegmatorelemente
mit Bezug auf den sie gemeinsam beaufschlagenden Kühlluftstrom in luftseitiger Reihenschaltung
zueinander angeordnet sind. Abgesehen davon, daß die kondensatorisch und dephlegmatorisch
geschalteten Elemente jeder Gruppe zufolge ihrer dampfseitigen Parallelschaltung
in bekannter Weise bei gleichem Dampfdruck arbeiten und demgemäß keine Leistungsminderung
eintritt, bietet diese Kombination die Möglichkeit, die kondensatorisch geschalteten
Elemente entweder ständig oder - in Verbindung mit hinsichtlich ihrer Förderrichtung
umsteuerbaren Lüftern - nur bei um den Gefrierpunkt liegenden Wintertemperaturen
mit der durch die dephlegmatorisch geschalteten Elemente der gleichen Gruppe angesaugten
und entsprechend aufgewärmten Kühlluft drückend zu beaufschlagen.
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Dies läßt sich ohne besonderen baulichen Aufwand und auf schaltungstechnisch
einfachste Weise in der Form verwirklichen, daß unterhalb mindestens einer Reihe
dephlegmatorisch geschalteter Elemente mindestens eine Reihe kondensatorisch geschalteter
Elemente angeordnet ist und die jeweils untereinanderliegenden Reihen an eine gemeinsame
zwischen ihnen längsverlaufende Dampfverteilerleitung angeschlossen sind. Bevorzugt
werden hierbei unterhalb von zwei in bekannter Weise dachförmig zueinander angeordneten
Reihen dephlegmatorisch geschalteter Elemente zwei in bekannter Weise V-förinig
zueinander angeordnete Reihen kondensatorisch geschalteter Elemente angeordnet,
wobei die jeweils untereinander angeordneten Reihen dephlegmatorisch und kondensatorisch
geschalteter Elemente auf beiden Seiten an getrennte Verteilerleitungen angeschlossen
sind. In Verbindung mit einem hinsichtlich seiner Förderrichtung umsteuerbaren Lüfter
wird die Förderrichtung bei Sommerbetrieb derart gewählt, daß die Luft über die
untenliegenden Kondensatorelemente angesaugt und dann durch die darüber befindlichen
Dephlegmatorelemente hindurchgedrückt wird. Da hierbei der Leistungsanteil der dephlegmatorisch
geschalteten Elemente wegen der bereits aufgewärmten Kühlluft ohnehin geringer ist,
wirkt sich deren an sich geringere Leistungsfähigkeit nur beschränkt aus. Wird die
Förderrichtung der LÜfter dagegen bei Winterbetrieb umgekehrt, so daß die Kühlluft
zuerst durch den frostsicheren dephlegmatorisch geschalteten Teil der Elemente angesaugt
wird und die luftseitfi, nachgeschalteten Kondensatorelemente mit der bereits aufgewärmten
Luft beaufschlagt werden, so hat diese Anordnung den zusätzlichen Vorteil, daß die
an den Kondensatorelementen austretende Warmluft zum größten Teil erneut durch die
darüber befindlichen Dephleginatorelemente angesaugt wird, so daß auch bei sehr
tiefen Außentemperaturen ohne die Notwendigkeit zur Abschaltung eines Teils der
Anlage keine Gefahr für ein Einfrieren der Elemente besteht. Die geschlossene Anordnungsweise
der Elemente hat überdies den Vorteil, daß die im allgemeinen als äußerst lästig
empfundenen Lüftergeräusche beträchtlich gedämpft werden.
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Zwar bildet es noch einen Nachteil dieser Ausführungsform, -daß hierbei
hinsichtlich ihrer Förderrichtung umsteuerbare Lüfter verwendet werden müssen, doch
sind die hierfür aufzuwendenden Mehrkosten nur gering, wenn statt der sonst üblichen
polumschaltbaren Antriebe Lüfter mit verstellbaren Propellern verwendet werden.
In diesem Falle ist die Umsteuerung auf Winterbetrieb zwar mit einer verringerten
Förderleistung verbunden, doch bedeutet die Herabsetzung der Luftmenge wegen der
tieferen Außentemperaturen gerade bei Winterbetrieb keinen Nachteil für die Leistungsfähigkeit
der Kondensationsanlage.
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Auf die Verwendung hinsichtlich der Förderrichtung umsteuerbarer Lüfter
kann jedoch verzichtet werden, wenn statt der zuvor behandelten Ausführungsform
eine abweichende Anordnung der Elemente gewählt wird, derart, daß unterhalb von
zwei Reihen in bekannter Weise dachförmig zueinander angeordneter und kondensatorisch
geschalteter Elemente zwei Reihen in bekannter Weise V-förinig zueinander angeordneter
und dephlegmatorisch geschalteter Elemente angeordnet sind, wobei die jeweils kondensatorisch
und dephlegmatorisch geschalteten Elenientereihen an getrennte, im oberen und unteren
Scheitelpunkt längsverlaufende Verteilerleitungen angeschlossen werden. Da die Kühlluft
hierbei ständig ohne Rücksicht auf die Außentemperaturen durch die untenliegenden
Dephlegmatorelemente angesaugt und anschließend durch die darüber befindlichen Kondensatorelemente
gedrückt wird, wird zwar gegenüber der zuvor behandelten bevorzugten Ausführungsforin
bei Sommertemperaturen eine etwas
verringerte Leistung erzielt,
doch stellt dies in vielen Fällen, je nach dem geografischen Standort und
der Größe der Anlage ein weniger ins Gewicht fallender Nachteil dar, als die Verwendung
umsteuerbarer Lüfter.
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Bei dieser Ausführungsform etwa aus den kondensatorisch geschalteten
Elementen unterkühlt austretendes Kondensat wird in der Verteilerleitung der dephlegmatorisch
geschalteten Elemente wieder aufgewärmt, so daß das abfließende Kondensat nicht
unterkühlt sein kann. Zweckmäßig wird die Anordnung hierbei derart getroffen, daß
die irn Bereich zwischen den dachförmig zueinander angeordneten Kondensatorelementen
und den V-förinig zueinander angeordneten Dephlegmatorelementen beiderseits angeordneten
Kondensatsammelleitungen zugleich die Luftabsaugeleitungen für alle Elemente bilden,
wobei für das sich darin sammelnde Kondensat dieses in die Hauptsammelleitung abführende
zusätzliche Leitungen vorgesehen werden, welche den Dampfdurchfluß verhindernde
Mittel, z. B. in Form von Wasservorlagen (Siphon) od. dgl., aufweisen.
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Selbstverständlich ist es bei allen Ausführungsformen der Erfindung
möglich, hinsichtlich der Förderinenge regelbare Lüfter zu verwenden, die in diesem
Falle, entweder einzeln nacheinander oder gleichzeitig, in bekannter Weise selbsttätig,
insbesondere durch Thermostaten od. dgl., in Abhängigkeit von der Lufttemperatur
oder dem Grad der Luftaufwärmung im Inneren des von den Elementegruppen umgebenen
Lüfterraumes gesteuert werden. Desgleichen ist es insbesondere bei der zuerst behandelten
Ausführungsform der Erfindung möglich, die Förderrichtung der Lüfter durch einen
Thermostaten od. dgl. selbsttätig umzusteuern, sobald die Außenlufttemperatur und/oder
die Temperatur im Lüfterraum einen zuvor eingestellten Wert unterschreiten bzw.
überschreiten.
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In den Zeichnungen ist die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen
erläutert. Es zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Kondensationsanlage,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Kondensationsanlage nach der Linie 11-II der
F i g. 1,
F i g. 3 einen Teilausschnitt aus F i g. 1 in vergrößertem
Maßstab, F i g. 4 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform der
Kondensationsanlage und F i g. 5 einen Längsschnitt durch die Kondensationsanlage
nach der Linie V-V der F i g. 4.
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In der Zeichnung ist das die Wärmeaustauschelemente im Abstand über
dem Boden 1 oder einem Fundament aufnehmende Traggeräst mit 2 bezeichnet.
Es besteht aus einer Mehrzahl jeweils im Geviert zueinander angeordneter senkrechter,
im Boden verankerter Stützstreben 2 a, die am oberen Ende einen parallel zum Boden
angeordneten, gegebenenfalls ebenfalls auf Beton oder Stahlbeton bestehenden, plattenartigen
Rahmen 2b mit den Durchtrittsöffnungen für die Aufnahme und Befestigung der
Lüfter3 tragen sowie ferner aus der an ihnen befestigten, zweckmäßig aus Profilstahl
bestehenden, eigentlichen Tragkonstruktion 2c für die Anbringung der Elemente. Die
parallel zur Längsrichtung der Anlage in Reihen angeordneten und hierbei jeweils
gruppenweise einem gemeinsamen Lüfter 3 zugeordneten Wärmeaustauschelemente
sind - soweit sie kondensatorisch geschaltet sind, d. h. ihnen der
Dampf von oben zugeführt wird - mit K und -
soweit sie dephlegmatorisch
geschaltet sind, d. h. ihnen der Dampf von unten zugeführt wird
- mit D
bezeichnet.
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Die Lüfterpropeller tragen die Bezeichnung 3 a,
während
die mit diesen unter Zwischenschaltung eines Reduziergetriebes 3 b gekuppelten
Motoren mit 3c und die die Propellernabe abdeckenden Strömungsverkleidungen mit
3d bezeichnet sind.
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Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1, 2 und 3
besteht
die Kondensationsanlage aus zwei in Längsrichtung in Reihe hintereinandergeschalteten
und mit je einem Lüfter 3 ausgerüsteten Gruppen von Wärineaustauschelementen,
wobei jede Gruppe aus insgesamt sechzehn Elementen besteht, von denen die Hälfte
oberhalb des Lüfters 3 zueinander dachförinig angeordnet und dephlegmatorisch
geschaltet ist, während die andere Hälfte unterhalb des Lüfters V-förmig zueinander
angeordnet und kondensatorisch geschaltet ist. Selbstverständlich ist es ohne weiteres
möglich, die Anlage aus mehr als nur zwei Gruppen zusammenzusetzen, wie es denn
für die Enfindung auch belanglos ist, wie viele dephlegmatorisch und/ oder kondensatorisch
geschaltete Elemente die einzelnen Elementegruppen aufweisen, sofern deren Anzahl
mindestens 4 beträgt und hiervon der eine Teil dephleginatorisch und der andere
Teil kondensatorisch geschaltet ist.
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Entsprechend der dephlegmatorischen Schaltungsweise der oberhalb der
Lüfter 3 dachfönnig zueinander angeordneten Elemente D liegen die
diesen zugeordneten Dampfverteilerleitungen 4a, 4b an deren unterem Ende
in Höhe des Lüfters3, wobei sie gleichzeitig der Dampfzuführung der darunter befindlichen
kondensatorisch geschalteten Elemente K dienen. Während sich die gemeinsame Luftabsaugeleitung
6 a für die Dephlegmatorelemente D im oberen Scheitelpunkt
befindet, liegen deren Kondensatsammelleitungen5a und 5b an der Innenseite
der Dampfverteilerleitungen4a und 4b, wobei das aus den DephlegmatorelementenD ablaufende
Kondensat innerhalb der Dampfverteilerleitungen durch Fangbleche 7 aufgefangen
und über diese in die Kondensatsammelleitungen abgeleitet wird. Für die V-förmig
zueinander angeordneten unteren KondensatorelementeK befindet sich die gemeinsame
Kondensatsammelleitung und zugleich Luftabsaugeleitung 6 b im unteren Scheitelpunkt.
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Durch diese Anordnung sind sämtliche Elemente einer Gruppe unabhängig
von ihrer kondensatorischen oder dephlegmatorischen Schaltungsweise dampfseitig
parallel geschlossen, während sie in bezug auf den Kühlluftstrom andererseits in
der Weise hintereinandergeschaltet sind, daß die Kühlluft durch die Elemente der
einen Schaltungsart angesaugt und danach durch die Elemente der anderen Schaltungsart
gedrückt wird.
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Zufolge der parallel zur Längsachse der Anlage angeordneten Leitungen
sind darüber hinaus auch die einzelnen Elementegruppen untereinander dampfseitig
parallel geschaltet, während sie in bezug auf den Kühlluftstrom getrennte und gegebenenfalls
unabhängig voneinander regelbare Teile der Anlage Ulden.
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Im Falle dieser Ausführungsform sind die Lüfter 3
in an sich
bekannter Weise hinsichtlich ihrer Förderrichtung umsteuerbar ausgebildet (in der
Zeichnung nicht dargestellt), wobei die Förderrichtung normalerweise
so
gewählt ist, daß die Kühlluft durch die unten befindlichen Kondensatorelemente K
angesaugt und anschließend durch die darüber befindlichen Dephlegmatorelemente
D abgeblasen wird. Lediglich in den Wintermonaten wird bei entsprechend tiefen
Außentemperaturen die Förderrichtung der Lüfter umgesteuert, so daß die kalte Luft
in diesem Falle zuerst durch die gegen Einfrieren unempfindlichen Dephlegmatorelemente
angesaugt wird, um dann nach der Aufwärinung die darunter befindlichen Kondensatorelemente
drückend zu beaufschlagen.
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Wie aus F i g. 2 ersichtlich, ist in die Verbindungsleitung
8 zwischen den Kondensatsammelleitungen der Dephlegmatorelemente und der
zugleich der Luftabsaugung dienenden Kondensatsammelleitung der Kondensatorelemente
eineWasservorlage 8a eingeschaltet sowie ferner eine durch ein Absperrventil
9 a absperrbare Entwässerungsleitung 9.
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Die Ausführungsform gemäß F i g. 4 und 5 unterscheidet
sich von der gemäß F i g. 1, 2 und 3 hauptsächlich durch die andere
Anordnung der Kondensator- und Dephlegmatorelemente, und zwar in der Weise, daß
in diesem Falle die Kondensatorelemente K im Bereich oberhalb der Lüfter
3 dachförmig zueinander angeordnet, die Dephlegmatorelemente D dagegen
unterhalb der Lüfter V-förinig zueinander angeordnet sind.
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Da die normale Förderrichtung in diesem Falle bewirkt, daß die Kühlluft
von unten durch die Dephlegmatorelemente D hindurch angesaugt wird und nach
der Aufwärmung die darüber befindlichen Kondensatorelemente K drückend beaufschlagt,
kann ein Einfrieren der Kondensatorelemente nicht eintreten, so daß die Verwendung
hinsichtlich ihrer Förderrichtung umsteuerbarer Lüfter in diesem Falle entbehrlich
ist. Dies schließt selbstverständlich nicht aus, daß auch in diesem Falle trotzdem
umsteuerbare Lüfter verwendet werden können.
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Da die Kondensatorelemente dachförmig zueinander angeordnet sind,
befindet sich deren gemeinsame Dampfverteilerleitung 4a im oberen Scheitelpunkt,
während die gemeinsame Dampfverteilerleitung 4 b für die untenliegenden
Dephlegmatorelemente in deren unterem Scheitelpunkt angeordnet ist.
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Die Kondensatsammelleitun-en für die oberen Kondensatorelemente
5a, 5b befinden sich in diesem Falle im Bereich zwischen den oberen
Kondensator-und den unteren Dephlegmatorelementen, wobei sie diesen zugleich als
gemeinsame Luftabsaugeleitung dienen und über Verbindungsleitungen 10 mit
zwischengeschalteten Wasservorlaggen 10a an die untere Dampfverteilerleitung
4 b angeschlossen sind, aus der das hierin zugleich aus den Dephlegmatorelementen
zusammenfließende Kondensat in die darunter befindliche gemeinsame Kondensatsammelleitung
6 abgeführt wird. Die Wasservorlagen 10a dienen auch in diesem Falle der
Vermeidung eines Dampfdurchflusses von der Verteilerleitung 4 b in
die hierbei zugleich als gemeinsame Luftabsaugeleitung dienenden Kondensatsammelleitungen
5 a und 5 b für die oberen Kondensatelemente.
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Die Wärmeaustauschelemente bestehen - unabhängig von ihrer
Schaltungsweise als Kondensator-oder Dephlegmatorelemente - in bekannter
Weiser vorzugsweise aus Rippenrohrbündeln mit endseitigen Verteiler- und Sammelkammern.
Selbstverständlich ist die Erfindung aber nicht an die Verwendung derart ausgebildeter
Elemente gebunden, vielmehr können auch in anderer bekannter Weise ausgebildete
und für diesen Zweck geeignete Elementkonstruktionen verwendet werden.