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Durch einen zwangläufig bewegten Luftstrom gekühlter Wärmetauscher
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher füt gasförmige oder flüssige Medien,
insbesondere einen Oberflächenkondensator, dessen vorzugsweise aus Rippenrohren
bestehende Wärmetauschelemente außenseitig von einem zwangläufig bewegten Kühlluftstrom
beaufsehlagt sind. Der Kühlluftstrom wird hierbei von mindestens einem in etwa horizontaler
oder senkrechter Ebene umlaufenden Schraubenlüfter erzeugt, welcher Kühlluft aus
der Atmosphäre ansaugt und durch die auf der Druckseite des Schraubenlüfters angeordneten
Wärmetauschelemente hindurchdrückt. Bei in horizontaler Ebene umlaufenden Schraubenlüftern
können die Wärmetauschelemente entweder ebenfalls in horizontaler Ebene oder aber
in dachbauförmiger Anordnung oberhalb des Lüfters angeordnet sein, während bei in
vertikaler Ebene umlaufenden Lüftern die Wärmetauschelemente meist in einer etwa
parallel zur Drehebene des Lüfters verlaufenden, etwa vertikalen Ebene angeordnet
sind.
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Da in Gegenden mit verhältnismäßig hoher Durchschnittstemperatur insbesondere
in der warmen Jahreszeit nur ein verhältnismäßig geringes Temperaturgefälle zwischen
Kühlläfttemperatur und der Temperatur des zu kühlenden gasförmigen oder flüssigen
Mediums zur Verfügung steht, hat man bereits vorgeschlagen, den Kühlluftstrom durch
Sprühdüsen zusätzlich zu befeuchten, um durch Verdunstung der sich an den Außenflächen
der Wärmetauschelemente abscheidenden Sprühflüssigkeit eine zusätzliche Kühlwirkung
herbeizuführen. Die Sprühdüsen sind hierbei auf der Druckseite des Schraubenlüfters
zwischen diesem und den Wärmetauschelementen angeordnet, so daß der Kühlluftstrom
auf der Druckseite des Lüfters mit Sprühwasser befeuchtet wird. Der größte Teil
des auf diese Weise in den Kühlluftstrom eingeführten Sprühwassers scheidet sich
an den wärmetauschenden Oberflächen der Wärmetauschelemente ab, wo es verdunstet
und dadurch eine zusätzliche Kühlwirkung herbeiführt. Hierbei ergibt sich jedoch
der große Nachteil, daß bei der Verdunstung des Sprühwassers sich an der Oberfläche
der Wärmetauschelemente innerhalb verhältnismäßig kurzer Zeit starke Ansätze von
Kalk uttd anderen Verkrustungen bilden, die nur unter großen Schwierigkeiten zu
entfernen sind, andererseits den Wärmeaustausch zwischen Kühlluft und dem zu kühlenden
Medium außerordentlich verschlechtern. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß
zusammen mit dem Sprühwasser der überwiegende Teil des Staubgehaltes der Kühlluft
an den Oberflächen der Wärmetauschelemente abgeschieden wird, was zu einer weiteren
Verstärkung der sich dort bildenden Ansätze bzw. einer erheblichen Verschmutzung
der wärmetauschenden Oberflächen führt. Die Entfernung derartiger in der Regel außerordentlich
fest haftender Verkrustungen und Ansätze ist insbesondere bei mit Rippenrohren ausgerüsteten
Wärmetauschern mit einem sehr großen Arbeits-> Zeit- und Kostenaufwand verbunden.
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Diese Verkrustungen und Verschmutzungen der Wärmetauschelemente haben
ihre Ursache vor allem darin, daß das in den Kühlluftstrom eingesprühte Wasser zum
größten Teil als freie Flüssigkeitsteilchen mitgerissen wird und nicht vor dem Auftreffen
auf die Wärmetauschelemente verdampft. Bei dem geringen Abstand zwischen den Sprühdüsen
und den Wärmetauschelementen sowie bei den hohen Strömungsgeschwindigkeiten des
Kühlluftstromes, mit denen heute allgemein gearbeitet wird, steht für das Verdampfen
des Sprühwassers zwischen dem Austreten aus den Sprühdüsen und dem Auftreffen auf
die Wärmetauschelemente nur eine Zeitspanne in der Größenordnung von lfio Sekunde
zur Verfügung, die völlig unzureichend ist, um auch nur eine in etwa ins Gewicht
fallende Verdampfung des Sprühwassers bzw. eine entsprechende Teilsättigung der
Kühlluft zu bewirken. Diese Zeitspanne ist außerdem viel zu gering, um auch nur
einen nennenswerten Teil der nicht verdampften freien Flüssigkeitsteilchen infolge
der Schwerkraft zu Boden sinken zu lassen und auf diese Weise eine Aussonderung
derselben aus dem Luftstrom zu ermöglichen, bevor sie auf die Wärmetauschelemente
auftreffen. Vielmehr wird der bei weitem überwiegende Teil der nicht verdampften,
im
Kühlluftstrom befindlichen freien Flüssigkeitsteilchen zusammen
mit dem Kühlluftstrom die Wärmetauschelemente beaufschlagen. Infolge der im Sprühwasser
stets vorhandenen Verunreinigungen bzw. der in ihm gelösten Stoffe kommt es dann
an den Wärmetauschelementen zu der erwähnten Bildung von Verkrustungen und festhaftenden
Ansätzen. Außerdem ist es in der Praxis nicht möglich, die Menge des zugeführten
Sprühwassers so zu bemessen, daß das gesamte eingesprühte Wasser verdampft, bevor
die Kühlluft die Wärmetauschelemente erreicht hat, da je nach Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit
und Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft die Wassermenge, die jeweils eingesprüht
werden kann, ohne daß stärkere Verkrustungen, Ansätze und Verschmutzungen der Wärmetauschelemente
befürchtet zu werden brauchen, erheblichen Schwankungen unterliegt, die nicht mit
der erforderlichen Genauigkeit berücksichtigt werden können. Außerdem würde bei
einer solchen Beschränkung der zugeführten Sprühwassermenge eine nur äußerst geringe,
völlig unbefriedigende Erhöhung des Sättigungsgrades der Kühlluft erreicht werden.
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Bei einem anderen zum Stand der Technik gehörenden Wärmetauscher mit
in horizontaler Ebene umlaufenden Schraubenlüftern und oberhalb der Schraubenlüfter
auf deren Druckseite gleichfalls in horizontaler Ebene angeordneten Wärmetauschelementen
sind auf der Ansaugeseite der Schraubenlüfter Sprühdüsen zur Befeuchtung des Kühlluftstromes
vorgesehen. Diese Sprühdüsen befinden sich am oberen Rand der seitlichen Ansaugeöflnungen
dieses Wärmetauschers und erzeugen stark konische Sprühkegel, die sich zum unteren
Bereich der seitlichen Ansaugeöffnungen hin erheblich verbreitern. Zwischen den
Sprühdüsen und den in horizontaler Ebene umlaufenden Schraubenlüftern sind Vorrichtungen
zum Auffangen des Sprühwassers angeordnet, die aus schwenkbar gelagerten Prallblechen
bestehen, welche einander jalousieartig überdecken und in einer sich über den gesamten
Ansaugequerschnitt der Lüfter erstreckenden Ebene angeordnet sind. Diese einander
jalousieartig überdeckenden Prall- bzw. Umlenkbleche sind in einem verhältnismäßig
geringen Abstand zu den Sprühkegeln der Sprühdüsen angeordnet, und zwar in solcher
Weise, daß sie eine relativ starke Umlenkung des durch sie hindurch von den Schraubenlüftern
angesaugten Kühlluftstromes bewirken.
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Die bei dieser bekannten Bauart vorhandene Anordnung der Sprühdüsen
hat zunächst den Nachteil, daß nicht der gesamte Ansaugequerschnitt der Lüfter gleichmäßig
von den stark konischen Sprühkegeln erfaßt wird, sondern daß allenfalls im unteren
Bereich der Ansaugeöffnungen eine Befeuchtung der gesamten angesaugten Kühlluft
erfolgt, während im oberen Querschnittsbereich ein erheblicher Teil der angesaugten
Kühlluftmenge keinerlei Befeuchtung erfährt. Da der Strömungsweg zwischen den Sprühkegeln
und den Prall- bzw. Umlenkblechen außerdem relativ gering ist, steht angesichts
der hohen Strömungsgeschwindigkeiten der Kühlluft für die Verdampfung der eingesprühten
Flüssigkeit bis zu ihrem Auftreffen auf die Prall- bzw. Umlenkbleche nur eine äußerst
geringe Zeitspanne zur Verfügung, die selbst in den von der Sprühflüssigkeit erfaßten
Querschnittsbereichen mit Sicherheit nicht ausreicht, um eine Erhöhung des Feuchtigkeitsgehaltes
der Kühlluft bis zum vollen Sättigungsgrad herbeizuführen.
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Die sich quer über den gesamten Ansaugequerschnitt der Lüfter erstreckenden
Prall- bzw. Umlenkbleche bewirken infolge ihrer sich jalousieartig überlappenden
Anordnung eine nahezu vollständige Abscheidung der gesamten, noch im Kühlluftstrom
vorhandenen freien Flüssigkeitsteilchen, so daß die Kühlluft nach dem Passieren
der Prall- bzw. Umlenkbleche wieder weitgehend trocken ist. Außerdem ist der Strömungsweg
zwischen den Prall- bzw. Umlenkblechen und den Schraubenlüftern verhältnismäßig
kurz, so daß von der außerordentlich geringen, nach dem Passieren der Prall- bzw.
Umlenkflächen im Kühlluftstrom noch vorhandenen freien Flüssigkeitsmenge nur ein
sehr kleiner Teil verdampfen kann, bevor die Kühlluft in den Bereich der Schraubenlüfter
gelangt. Die Schraubenlüfter bewirken infolge ihrer Zentrifugalwirkung eine praktisch
vollständige Abscheidung der noch im Kühlluftstrom vorhandenen freien Flüssigkeitsteilchen,
so daß zwischen den Schraubenlüftern und den Wärmetauschelementen praktisch keinerlei
weitere Verdampfung von freien Flüssigkeitsteilchen mehr erfolgen kann.
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Demzufolge werden bei diesem zum Stand der Technik gehörenden Wärmetauscher
zwar eine unmittelbare Beaufschlagung der Wärmetauschelemente mit Sprühflüssigkeit
und die damit verbundenen nachteiligen Folgen vermieden, andererseits jedoch nur
eine sehr unzulängliche Erhöhung des Feuchtigkeitsgehaltes der angesaugten Kühlluft
bzw. eine nur ungenügende Absenkung der Kühllufttemperatur erreicht. Eine möglichst
weitgehende Abscheidung der im Kühlluftstrom vorhandenen freien Flüssigkeitsteilchen
zwischen Sprühdüsen und Schraubenlüftern ist bei dem bekannten Wärmetauscher auch
deshalb erforderlich, weil die gesamten Antriebsteile der Lüfter, die naturgemäß
gegen Feuchtigkeitseinflüsse sowie gegen Korrosion empfindlich sind, auf der Saugseite
der Lüfter angeordnet sind. Da sich jedoch eine hundertprozentige Abscheidung der
im Kühlluftstrom enthaltenen freien Flüssigkeitsteilchen durch die Prall- bzw. Umlenkflächen
nicht erreichen läßt, treten trotzdem an den Antriebsteilen der Lüfter Korrosionserscheinungen
auf, die sich auch durch eine verhältnismäßig kostspielige, spritzwassergeschützte
Kapselung derselben nicht völlig vermeiden lassen.
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Obwohl bei dieser bekannten Bauart die Sprühdüsen auf der Ansaugeseite
der Lüfter angeordnet sind, wodurch sich ihr Abstand zu den Wärmetauschelementen
erheblich vergrößert, wird trotzdem aus den vorerwähnten Gründen keine nennenswert
stärkere Verdampfung der Flüssigkeitsteilchen sowie keine ins Gewicht fallende Erhöhung
des Sättigungsgrades der Kühlluft gegenüber der zuvor behandelten, gleichfalls zum
Stand der Technik gehörenden Anordnung der Sprühdüsen auf der Druckseite des Schraubenlüfters
erreicht. Vielmehr führt auch bei diesem Wärmetauscher die Zuführung von Sprühflüssigkeit
nur zu einer geringfügigen Erhöhung der Kühlleistung, wobei diese geringe Leistungsverbesserung
durch eine erhebliche Vergrößerung des Strömungswiderstandes der Kühlluft durch
die in den Kühlluftstrom eingeschalteten Mittel zum Auffangen und Abscheiden der
freien Flüssigkeitsteilchen erkauft werden muß. Dies führt zu einer erheblichen
Erhöhung der Anlagekosten, da wesentlich leistungsfähigere
Lüfter
und Lüfterantriebe benötigt werden. Außerdem hat die wesentliche Erhöhung des Strömungswiderstandes
der Kühlluft aber auch erheblich größere laufende Betriebskosten zur Folge, welche
die Wirtschaftlichkeit einer derartigen Anlage beeinträchtigen. Schließlich weist
dieser bekannte Wärmetauscher auch den Nachteil auf, daß die bei ihm vorgesehenen
Abscheide- und Auffangvorrichtungen einschließlich der ihnen zugeordneten Lager-
und Verstellmittel eine verhältnismäßig komplizierte Ausbildung besitzen, vor allem
jedoch leicht einrosten sowie bei niedrigen Außentemperaturen leicht einfrieren
können und daher einer laufenden Wartung und Überwachung bedürfen.
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Bei einem anderen, zum Stand der Technik gehörenden Wärmetauscher
mit in horizontaler Ebene umlaufenden Schraubenlüftern und auf der Druckseite der
Lüfter oberhalb derselben in dachbauförmiger Anordnung vorgesehenen Wärmetauschelementen
wird die Kühlluft durch unterhalb der Schraubenlüfter vorgesehene große seitliche
Ansaugeöffnungen angesaugt, an deren oberem Rand eine Vielzahl von Sprühdüsen angeordnet
ist, die den Kühlluftstrom auf der Saugseite der Schraubenlüfter befeuchten sollen.
Bei dieser bekannten Bauart sind jedoch im Gegensatz zu der zuvor behandelten Konstruktion
zwischen den Sprühdüsen und den Schraubenlüftern keinerlei Vorrichtungen zum Abscheiden
der im Kühlluftstrom befindlichen, nicht verdampften Flüssigkeitsteilchen vorgesehen,
sondern lediglich Vorrichtungen zum Auffangen der nach unten abtropfenden freien
Flüssigkeitsteilchen. Im Bereich der Lüfterummantelung kommt es zwar durch Zentrifugalwirkung
des Lüfters zu einem vorübergehenden Abscheiden der freien bislang nicht verdampften
Flüssigkeitsteilchen an der Lüfterummantelung, jedoch wird der sich dort ausbildende
Flüssigkeitsfilm durch den eine Strömungsgeschwindigkeit von mehreren Metern pro
Sekunde besitzenden Luftstrom zum oberen Rand der Lüfterummantelung hin getrieben,
wo die vorübergehend abgeschiedenen Flüssigkeitsteilchen praktisch vollständig vom
Luftstrom wieder mit fortgerissen werden. Infolgedessen trifft zumindest der überwiegende
Teil der durch die Sprühdüsen dem Kühlluftstrom zugeführten und nicht verdampften
Sprühflüssigkeit auf die Oberfläche der Wärmetauschelemente auf, so daß dieser bekannte
Wärmetauscher in ähnlicher Weise wie die an erster Stelle erwähnte Konstruktion
praktisch als Verdunstungskühler arbeitet, was zu den im Zusammenhang mit dieser
Bauart bereits erwähnten Nachteilen führt. Ein Abscheiden von Sprühflüssigkeit aus
dem Kühlluftstrom erfolgt bei dem in Rede stehenden Wärmetauscher nur insoweit,
als die auf die Flüssigkeitsteilchen einwirkende Schwerkraft die Mitnahmekraft des
Kühlluftstromes zu überwinden vermag und die Flüssigkeitsteilchen demzufolge nach
unten abtropfen. Das derart aus dem Kühlluftstrom ausgesonderte Sprühwasser sammelt
sich am Boden in einer Wanne, die man allenfalls als Vorrichtung zum Auffangen,
jedoch nicht als Vorrichtung zum Abscheiden der Sprühflüssigkeit ansprechen kann.
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Bei diesem Wärmetauscher wird gegenüber den zuvor behandelten Konstruktionen
eine gleichmäßigere Befeuchtung des Kühlluftstromes erreicht, wobei außerdem für
die Verdampfung der durch die Sprühdüsen zugeführten Sprühflüssigkeit eine ausreichende
Zeitspanne zur Verfügung steht, bevor die im Kühlluftstrom noch vorhandenen freien
Flüssigkeitsteilchen durch Zentrifugalwirkung des Schraubenlüfters, wenn auch nur
vorübergehend, an der Lüfterummantelung abgeschieden werden. Es erfolgt daher bei
ihr eine stärkere Erhöhung des Feuchtigkeitsgehaltes der aus der Atmosphäre angesaugten
Kühlluft, bevor diese die Wärmetauschelemente beaufschlagen kann. Von einer vollständigen
Sättigung der Kühlluft und einem bestmöglichen Wirkungsgrad des Wärmetauschers kann
jedoch auch bei dieser, zum Stand der Technik gehörenden Konstruktion - insbesondere
bei hohen Außentemperaturen -nicht die Rede sein. Vor allem besitzt dieser bekannte
Wärmetauscher ebenso wie die an erster Stelle behandelte Bauart den großen Nachteil,
daß es an den Wärmetauschelementen bereits innerhalb verhältnismäßig kurzer Zeit
zur Bildung starker Verkrustungen und festhaftender Ansätze kommt, die sich nur
unter großen Schwierigkeiten entfernen lassen, andererseits jedoch den Wärmeübergang
von dem zu kühlenden Medium auf die Kühlluft in starkem Maß behindern. Ferner muß
bei dieser bekannten Bauart mit einer starken Verschmutzung der Wärmetauschelemente
gerechnet werden, da der überwiegende Teil des Staubgehaltes der Kühlluft an ihren
Oberflächen abgeschieden wird.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen Wärmetauscher zu
schaffen, bei dem durch Zuführung von Sprühflüssigkeit in den Kühlluftstrom eine
möglichst weitgehende Sättigung der Kühlluft und damit ein optimaler Wirkungsgrad
des Wärmetauschers erreicht wird, ohne daß die Gefahr besteht, daß im Bereich der
Wärmetauschelemente im Kühlluftstrom noch nennenswerte Mengen freier Flüssigkeitsteilchen
enthalten sind, die auf der Oberfläche der Wärmetauschelemente verdampfen und dort
zur Bildung von festhaftenden Ansätzen, Verkrustungen und Verschmutzungen führen,
die den Wärmeübergang erheblich verschlechtern und sich nur schwierig entfernen
lassen.
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Die Erfindung geht hierbei von dem an letzter Stelle behandelten Wärmetauscher
aus, der durch einen zwangläufig bewegten Luftstrom gekühlt wird und dessen Wärmetauschelemente
auf der Druckseite von mindestens einem mit einer Ummantelung versehenen Schraubenlüfter
angeordnet sind, auf dessen Ansaugeseite in großem Abstand vom Lüfter etwa über
dessen gesamten Ansaugequerschnitt verteilt angeordnete Sprühdüsen für die Befeuchtung
des Kühlluftstromes vorgesehen sind, denen Vorrichtungen zum Auffangen der Sprühflüssigkeit
zugeordnet sind.
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Die vorstehend näher bezeichnete Aufgabe wird hierbei erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß die Ummantelung des Lüfters auf dessen Druckseite mit mindestens
einer in geringem Abstand von der Drehebene des Lüfters angeordneten, dessen Durchtrittsöffnung
etwa ringförmig umschließenden schlitzförmigen Öffnung versehen ist, deren dem Lüfter
zugekehrter Rand als nach außen abgebogene Leitfläche ausgebildet ist.
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Bei dem Wärmetauscher nach der Erfindung muß die gleichmäßig und praktisch
vollständig mit Sprühflüssigkeit gesättigte Kühlluft, bevor sie die Oberfläche der
Wärmetauschelemente erreicht, den Schraubenlüfter sowie die zwischen Schraubenlüfter
und Wärmetauschelementen vorgesehene, die Durchtrittsöffnung
des
Lüfters etwa ringförmig umschließende Abscheidevorrichtung passieren. Die auf der
Druckseite des Lüfters vorgesehene, in besonderer Weise ausgebildete Abscheidevorrichtung
gewährleistet hierbei eine praktisch vollständige Abscheidung der noch im Kühlluftstrom
befindlichen nicht verdampften Flüssigkeitsteilchen, und zwar bevor die Kühlluft
auf die Wärmetauschelemente auftrifft. Die im Bereich des Schraubenlüfters noch
innerhalb des Kühlluftstromes befindlichen freien Flüssigkeitsteilchen werden infolge
ihres gegenüber der Kühlluft wesentlich größeren spezifischen Gewichtes durch die
Zentrifugalwirkung des mit hoher Drehzahl umlaufenden Schraubenlüfters seitlich
fortgeschleudert, so daß sie sich auf der zylinderförmigen Innenfläche der Lüfterummantelung
niederschlagen. Hierdurch bildet sich auf der Innenfläche der Lüfterummantelung
ein Flüssigkeitsfilm aus, der durch die kinetische Energie der schräg seitwärts
geschleuderten Flüssigkeitsteilchen und durch die Mitnahmekraft des Kühlluftstromes
in eine schraubenförmig kreisende Bewegung versetzt wird. Der an der Lüfterummantelung
infolge Adhäsionskraft anhaftende Flüssigkeitsfilm wird hierdurch in die auf der
Druckseite des Lüfters in geringem Abstand von seiner Drehebene vorgesehene schlitzförmige
Öffnung dieser Ummantelung hineingetrieben, wobei ein Abreißen dieses Flüssigkeitsfilmes
dadurch vermieden wird, daß der dem Lüfter zugekehrte Rand dieser schlitzförmigen
Öffnung als nach außen abgebogene Leitfläche ausgebildet ist. Auf diese Weise wird
erreicht, daß die an der Innenfläche der Lüfterummantelung abgeschiedenen und dort
haftenden Flüssigkeitsteilchen durch ein Zusammenwirken von Zentrifugalkraft und
Adhäsion ohne die Gefahr eines erneuten Mitreißens von bereits abgeschiedenen Flüssigkeitsteilchen
in die praktisch vollständig außerhalb des Strömungsquerschnittes der Kühlluft befindliche
Abscheide- und Auffangvorrichtung hineingetrieben und somit zuverlässig und endgültig
aus dem Kühlluftstrom ausgesondert werden. Der sich an der Innenfläche der Lüfterummantelung
ausbildende, eine schraubenförmig kreisende Bewegung ausführende Flüssigkeitsfilm
haftet infolge des Zusammenwirkens von Zentrifugal- und Adhäsionskraft auch beim
übergang von der im wesentlichen zylindrischen Innenfläche der Lüfterummantelung
in den nach außen abgebogenen unteren Rand der schlitzförmigen Öffnung zuverlässig
an der Oberfläche der Ummantelung, ohne daß die Gefahr eines Abreißens oder Aufreißens
dieses Flüssigkeitsfilmes und eines Mitreißens von bereits abgeschiedenen Flüssigkeitsteilchen
durch den Kühlluftstrom besteht.
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Es hat sich gezeigt, daß mittels dieser Kombination von Zentrifugal-
und Adhäsionsabscheider eine praktisch hundertprozentige Abscheidung der im Bereich
des Schraubenlüfters noch innerhalb des Kühlluftstromes befindlichen freien Flüssigkeitsteilchen
zu erreichen ist, wobei der Wirkungsgrad der Abscheidung um so größer ist, je größer
die Zentrifugalwirkung des Schraubenlüfters ist. Infolgedessen erreicht man bei
dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Wärmetauscher besonders hohe Abscheidungswirkungsgrade
bei Wärmetauschern mit besonders großem Lüfterdurchmesser und/oder besonders hohen
Strömungsgeschwindigkeiten der Kühlluft, d. h. gerade in den Fällen, in denen die
bekannten Vorrichtungen zur Abscheidung der Sprühflüssigkeit wegen ihrer außerordentlich
hohen Strömungsverluste praktisch unbrauchbar sind. Der besondere Vorteil des erfindungsgemäß
vorgeschlagenen Wärmetauschers besteht indessen darin, daß die bei ihm erreichte
praktisch vollständige Abscheidung der im Bereich des Schraubenlüfters noch innerhalb
des Kühlluftstromes befindlichen freien Flüssigkeitsteilchen ohne irgendeine praktisch
feststellbäre Erhöhung des Strömungswiderstandes des Wärmetauschers erreicht wird,
so daß die bei den bekannten Bauarten mit der Verwendung von Abscheidevorrii2htungen
verbundenen schwerwiegenden Nachteile sämtlich vermieden werden. überdies sind bei
dein erfindungsgemäß vorgeschlagenen Wärmetauscher die Vorrichtungen zur Abscheidung
der freien Flüssigkeitsteilchen aus dem Kühlluftstrom wesentlich einfacher, billiger
und betriebssicherer als die umständlichen und störungsanfälligen Abscheidevorrichtungen,
die man bislang für erforderlich hielt. Die Erfindung eignet sich somit insbesondere
für besonders leistungsfähige Wärmetauscher, bei denen bislang es bei einer Befeuchtung
des Kühlluftstromes in technisch und wirtschaftlich befriedigender Weise nicht möglich
war, die in der Kühlluft befindlichen freien Flüssigkeitsteilchen vor ihrem Auftreffen
auf die Oberfläche der Wärmetauschelemente auch nur halbwegs wieder abzuscheiden.
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Die Erfindung ermöglicht somit nicht nur eine vor allem bei hohen
Kühllufttemperaturen und niedrigen Sättigungsgraden sehr wirkungsvolle Absenkung
der Kühllufttemperatur durch praktisch vollständige Sättigung der Kühlluft, sondern
außerdem eine praktisch hundertprozentige Abscheidung der gesamten, innerhalb des
Kühlluftstromes befindlichen freien, d. h. nicht verdampften Flüssigkeitsmenge,
bevor der Kühlluftstrom die Wärmetauschelemente beaufschlagt. Dies geschieht zudem
ohne irgendeine praktisch feststellbare Erhöhung des Energieaufwandes bzw. der laufenden
Betriebskosten sowie außerdem mit sehr einfachen, zuverlässig und praktisch störungsfrei
arbeitenden Mitteln.
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Da im Bereich der Wärmetauschelemente die Kühlluft im Gegensatz zu
den bekannten Bauarten praktisch keine freien Flüssigkeitsteilchen mehr enthält,
erfolgt an der Oberfläche der Wärmetauschelemente keine nennenswerte Verdunstung
von Sprühflüssigkeit. Infolgedessen kann es nicht zur Bildung von wärmehemmenden
und nur unter großen Schwierigkeiten zu beseitigenden festhaftenden Ansätzen und
Verkrustungen kommet, während andererseits auch keine ins Gewicht fallende Verschmutzung
der Wärmetauschelemente erfolgen kann.
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Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist der schlitzförmigen
Öffnung eine außerhalb des Strömungsquerschnittes der Kühlluft angeordnete Fangrinne
zugeordnet. Diese sammelt die durch die schlitzförmige Öffnung aus dem Kühlluftstrom
hinausgetriebenen Flüssigkeitsteilchen und führt sie einem Sammelbehälter zu, aus
dem sie dann erneut mittels einer Umwälzpumpe den Sprühdüsen zugeführt werden kann.
Auf diese Weise kann der laufende Verbrauch an Sprühflüssigkeit erheblich gesenkt
werden, was sich wiederum günstig auf die Betriebskosten des Wärmetauschers auswirkt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bildet die den Wärmetaugchelementen
zugekehrte Randbegrenzung der schlitzförmigön g
eine sich über deren gesamte
Umfangslänge «Strek-
kende dem Kühlluftstrom entgegengerichtete
Fangnase. Hierdurch wird eine besonders vollständige Aussonderung der an der Ummantelung
des Lüfters abgeschiedenen Flüssigkeitsteilchen gewährleistet und ein erneutes Mitreißen
derselben durch den Kühlluftstrom verhindert.
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Ferner ist es ratsam, den Abstand zwischen der schlitzförmigen Öffnung
und der Drehebene des Lüfters so groß zu bemessen, daß auch die durch die nabenseitigen
Flügelenden des Lüfters seitlich fortgeschleuderten Flüssigkeitsteilchen in Höhe
der schlitzförmigen Öffnung an der Lüfterummantelung abgeschieden sind. Auf diese
Weise wird sichergestellt, daß im Bereich des Schraubenlüfters wirklich alle noch
nicht verdampften Flüssigkeitsteilchen auch aus dem Kühlluftstrom abgeschieden werden
und nicht ein Teil derselben ohne abgeschieden zu werden die Abscheidevorrichtung
passiert und bis zur Oberfläche der Wärmetauschelemente gelangt.
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Bei einem Wärmetauscher mit einem etwa zylindrischen Lüftergehäuse
und einem sich in Strömungsrichtung trichterförmig erweiternden Druckstutzen, an
dessen dem Lüfter abgekehrtem Rand die Wärmetauschelemente angeordnet sind, hat
sich eine Ausbildung als zweckmäßig erwiesen, bei der die schlitzförmige Öffnung
zwischen dem den Wärmetauschelementen zugekehrten Rand des zylindrischen Lüftergehäuses
und dem dem Lüfter zugekehrten Rand des trichterförmig ausgebildeten Druckstutzens
vorgesehen ist. Der Vorteil dieser Anordnung liegt in einer konstruktiv besonders
einfachen Lösung, da auf diese Weise eine Verbindung des trichterförmig ausgebildeten
Druckstutzens mit dem zylindrischen Lüftergehäuse - beispielsweise mit Hilfe einer
Schweißnaht - entfällt und sich außerdem die zusätzliche Anbringung einer schlitzförmigen
Öffnung erübrigt, da diese sich bei dieser Ausführungsform von selbst ergibt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es-vorteilhaft, wenn der
dem Lüfter zugekehrte Rand des Druckstutzens als Fangnase und der den Wärmetauschelementen
zugekehrte Rand des Lüftergehäuses als Leitfläche ausgebildet ist. Ferner ist es
möglich, die der schlitzförmigen Öffnung zugeordnete Fangrinne mindestens auf einem
Teil der Umfangslänge durch den wulstförmig nach außen ausgebogenen Randabschnitt
des Lüftergehäuses auszubilden. Auch hierdurch ergibt sich eine wesentliche Vereinfachung
der konstruktiven Ausbildung sowie die Einsparung mehrerer Schweißnähte, was naturgemäß
zu einer Verringerung der Herstellungskosten führt.
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Bei einem in etwa senkrechter Ebene umlaufenden Schraubenlüfter ergibt
sich eine besonders zweckmäßige Ausbildung dadurch, daß der dem Lüfter zugekehrte
Rand des Druckstutzens nach außen umgebördelt ist und in eine rinnenförmige Ausbiegung
des den Wärmetauschelementen zugekehrten Randabschnittes des Lüftergehäuses eingreift.
Auf diese Weise werden Luftwirbelungen bzw. eine Erhöhung des Strömungswiderstandes
an der Übergangsstelle zwischen Lüftergehäuse und Druckstutzen weitgehend vermieden.
Die Umbördelung des Randabschnittes des Druckstutzens wirkt hierbei in dem oberen
Umfangsbereich des Lüftergehäuses als Auffangrinne, während im unteren Umfangsbereich
des Lüftergehäuses die rinnenförmige Ausbiegung ihres Randabschnittes als Auffangrinne
wirkt. In der Zeichnung ist die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen beispielsweise
veranschaulicht. Es zeigt F i g. 1 einen Querschnitt durch einen luftgekühlten Oberflächenkondensator
mit in horizontaler Ebene umlaufendem Schraubenlüfter, F i g. 2 eine Seitenansicht
zu F i g. 1, F i g. 3 einen Querschnitt durch einen luftgekühlten Oberflächenkondensator
mit in vertikaler Ebene umlaufendem Schraubenlüfter.
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Bei dem in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind
jeweils mehrere nebeneinander angeordnete, die Wärmetauschelemente bildende Kondensatorelemente
1, 2 in etwa dachförmiger Anordnung oberhalb eines in horizontaler Ebene umlaufenden
Schraubenlüfters 3 angeordnet. Die Kondensatorelemente 1, 2 besitzen jeweils eine
größere Anzahl von in mehreren Reihen angeordneten Rippenrohren, die mit ihren Enden
an eine Dampfverteilerkammer 4 bzw. einen Kondensatsammelraum 5
angeschlossen
sind. Die Dampfverteilerkammern 4 sind über in der Zeichnung nicht dargestellte
Anschlußstutzen an ein Dampfverteilerrohr 6 großen Querschnitts angeschlossen, während
die Kondensatsammelräume 5 über Abflußleitungen 7 an eine Kondensatsammelleitung
8 bzw. eine in der Zeichnung nicht dargestellte Luftabsaugevorrichtung angeschlossen
sind. Die in der Zeichnung nur schematisch angedeuteten Rippenrohre besitzen vorzugsweise
einen elliptischen oder ovalen Querschnitt, jedoch können auch andere Querschnittsformen
Verwendung finden. Die dachförmig zueinander geneigten Kondensatorelemente 1, 2
sind auf mehreren Stützen 9 gelagert. Selbstverständlich kann die Lagerung auch
in anderer Weise, als dies in der Zeichnung dargestellt ist, ausgebildet sein.
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An den unteren Rand der Kondensatorelemente 1, 2 schließt sich - wie
aus den F i g. 1 und 2 ersichtlich - ein sich nach unten trichterförmig verengender
Druckstutzen 10 an, in dessen unterem Bereich der in der Zeichnung nur schematisch
angedeutete Antriebsmotor 11 für den Lüfter 3 gelagert ist. An den unteren Rand
des trichterförmigen Druckstutzens 10 schließt sich ein die Flügel des Schraubenlüfters
3 mit geringem radialere Abstand umschließendes zylindrisches Lüftergehäuse
12 an, mit dessen unterem Rand ein sich nach unten konisch erweiternder Ansaugstutzen
13 lösbar verbunden ist.
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Unterhalb der Ansaugöffnung des Ansaugstutzens 13 sind eine größere
Anzahl von Sprühdüsen 14, 15 in zwei etwa parallel zur Drehebene des Schraubenlüfters
3 verlaufenden Ebenen angeordnet. Die Düsen 14 sind hierbei auf einem etwa konzentrisch
zur Drehachse des Lüfters 3 verlaufenden Ringrohr 16 angeordnet, während die Sprühdüsen
15 auf einem gleichfalls etwa konzentrisch zur Drehachse des Lüfters 3 angeordneten
Ringrohr 17 sitzen, welches jedoch einen kleineren Durchmesser besitzt. Durch diese
Anordnung erreicht man, daß die Düsen 14, 15 etwa gleichmäßig über den gesamten
Ansaugquerschnitt des Lüfters 3 verteilt angeordnet sind. Die Öffnung der Düsen
14,15 ist - wie aus F i g. 1 und 2 ersichtlich - dem Schraubenlüfter 3 zugekehrt,
wobei ihr Querschnitt derartig gering gewählt ist, daß eine besonders feine Zerstäubung
der Sprühflüssigkeit eintritt. Das Ringrohr 17 ist mit dem Ringrohr 16 über eine
Verbindungsleitung 18 verbunden, während
das Ringrohr
16 über eine Anschlußleitung 19
an eine Umwälzpumpe 20 angeschlossen
ist, welche die vorzugsweise aus Wasser bestehende Sprühflüssigkeit aus einem Sammelbehälter
21 ansaugt. Der Sammelbehälter 21 ist mit einer Frischwasserzufuhr 22 ausgerüstet,
welche durch ein Schwimmerventil 23 derart gesteuert ist, daß der Wasserspiegel
des Sammelbehälters 21 ständig auf gleicher Höhe gehalten ist.
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Der durch den Motor 11 mit gleichbleibender oder veränderlicher Drehzahl
angetriebene Schraubenlüfter 3 saugt - wie durch die mit x bezeichneten Pfeile angedeutet
- über den Ansaugstutzen 13 aus der Atmosphäre Kühlluft an und drückt sie in Richtung
der Pfeile x1 nach oben in den Druckstutzen 10.
Anschließend beaufschlagt
die Kühlluft die Außenflächen der Kondensatorelemente 1, 2.
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Durch die Zentrifugalwirkung des Schraubenlüfters 3 werden - wie durch
die Pfeile y angedeutet - die durch die Sprühdüsen 14,15 dem Kühlluftstrom zugeführten
freien Flüssigkeitsteilchen unter einem geringen Winkel zur Drehebene des Lüfters
3 seitlich fortgeschleudert, so daß sie sich an der Innenwand des Lüftergehäuses
12 abscheiden.
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Wie aus F i g. 1 ersichtlich, ist zwischen dem dem Lüfter 3 zugekehrten
Rand des trichterförmigen Druckstutzens 10 und dem den Kondensatorelementen 1, 2
zugekehrten oberen Rand des Lüftergehäuses 12 eine schlitzförmige Öffnung
24 geringer Breite vorgesehen, welche parallel zur Drehebene des Schraubenlüfters
3 angeordnet ist und sich über die gesamte Umfangslänge des Lüftergehäuses 12 erstreckt.
Die obere Randbegrenzung 10 a der schlitzförmigen Öffnung 24 wird durch den unteren
Rand des trichterförmigen Druckstutzens 10 gebildet, welcher als dem Kühlluftstrom
entgegengerichtete Fangnase wirkt. Der dem Lüfter 3 zugekehrte Rand der Fangnase
10a ragt hierbei jedoch nicht über die innere Zylinderfläche des Lüftergehäuses
12 vor.
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Der untere Rand 12a der schlitzförmigen Öffnung 24 wird durch
den nach außen umgebördelten Rand des Lüftergehäuses 12 gebildet, der als Leitfläche
für die an der Innenwand des Lüftergehäuses 12 abgeschiedenen und durch den Luftstrom
bzw. die kinetische Energie der in Richtung y fortgeschleuderten Flüssigkeitsteilchen
in die schlitzförmige Öffnung 24 hineingetriebenen Flüssigkeitsteilchen wirkt. Der
senkrechte Abstand zwischen der schlitzförmigen Öffnung 24 und der Drehebene des
Schraubenlüfters ist dabei so groß bemessen, daß auch die im Bereich des nabenseitigen
Endes der Lüfterflügel seitlich fortgeschleuderten Flüssigkeitsteilchen unterhalb
der schlitzförmigen Öffnung 24 an der Innenwand des Lüftergehäuses
12 abgeschieden sind. Hierdurch wird gewährleistet, daß praktisch die gesamte
im Kühlluftstrom vorhandene freie Flüssigkeit in die schlitzförmige Öffnung
24 hineingetrieben und somit aus dem Kühlluftstrom ausgesondert wird.
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Von dem als Leitfläche wirkenden umgebördelten Rand des Lüftergehäuses
12 kann die Flüssigkeit in eine der schlitzförmigen Öffnung 24 zugeordnete,
das Lüftergehäuse 12 ringförmig umschließende, geschlossene Fangrinne 25
abtropfen. Von der Fangrinne 25 gelangt die abgeschiedene Flüssigkeit über eine
Abflußleitung 26 in den Sammelbehälter 21 für die Sprühflüssigkeit zurück.
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Dem unteren Rand des sich entgegengesetzt zur Strömungsrichtung der
Kühlluft konisch erweiternden Ansaugstutzens 13 ist eine weitere Fangrinne
27
zugeordnet, welche eine etwa ringförmige Ausbildung besitzt und nur mit
einem geringen Teil ihres Querschnittes in den Strömungsquerschnitt des Ansaugstutzens
13 hineinragt. Diese Fangrinne 27 hat die Aufgabe, diejenigen Flüssigkeitsteilchen,
die sich bereits unterhalb des Schraubenlüfters 3 an der Innenwand des Lüftergehäuses
12 bzw. des Ansaugstutzens 13 abscheiden bzw. nicht in die schlitzförmige
Öffnung 24 hineingetrieben werden, aufzufangen. Von der Fangrinne 27 kann die Sprühflüssigkeit
über eine Abflußleitung 28 zum Sammelbehälter 21
zurückfließen.
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Bei dem in F i g. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Wärmetauschelemente
1 etwa parallel zur Drehebene des Schraubenlüfters 3 in vertikaler Ebene angeordnet.
Sie bestehen, ebenso wie bei dem in F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel,
aus einer Anzahl von Rippenrohren, die an die Dampfverteilerkammern 4 und Kondensatsammelräume
5 angeschlossen sind. An die Endkammern 4, 5 der Kondensatorelemente 1 schließt
sich ein zum Schraubenlüfter 3 hin trichterförmig verengender Druckstutzen 29 an,
dessen dem Lüfter 3 zugekehrter Rand 29 a nach außen umgebördelt ist. Der Schraubenlüfter
3 läuft innerhalb eines diesen mit geringem radialem Abstand umschließenden zylinderförmigen
Lüftergehäuses 30 um, dessen den Kondensatorelementen 1 zugekehrter Randabschnitt
wulstförmig nach außen ausgebogen ist. Der Rand 29a des Druckstutzens
29 greift in die durch den wulstförmig ausgeformten Randabschnitt gebildete
rinnenförmige Ausbiegung 30a ein, wobei zwischen dem dem Lüfter 3 zugekehrten Rand
29 a des Druckstutzens 29 und der Ausbiegung 30a eine sich über den gesamten Umfang
des Lüftergehäuses 30 erstreckende, schlitzförmige Öffnung 31 geringer Breite verbleibf.
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An dem den Sprühdüsen 14 zugekehrten Rand des Lüftergehäuses
30 ist ein sich entgegengesetzt zur Strömungsrichtung der Kühlluft konisch
erweiternder Ansaugstutzen 32 lösbar befestigt. Der den Sprühdüsen 14 zugekehrte
Rand 32a des Ansaugstutzens 32 ist nach innen umgebördelt, so daß dieser im unteren
Umfangsbereich des Ansaugstutzens 32 eine Fangrinne für die Sprühflüssigkeit bildet.
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Im Gegensatz zu der in F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform
sind die Sprühdüsen 14 nur in einer etwa parallel zur Drehebene des Lüfters
3 verlaufenden Ebene angeordnet, und zwar auf einem konzentrisch zur Drehachse des
Lüfters 3 angeordneten Ringrohr 16. Selbstverständlich können jedoch insbesondere
bei größeren Ansaugquerschnitten auch mehrere konzentrisch zueinander angeordnete
sowie in unterschiedlichen Ebenen angeordnete Ringleitungen mit in vorzugsweise
gleichmäßigen Abständen über ihren Umfang verteilt angeordneten Sprühdüsen 14 bzw.
15 vergesehen werden.
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Der Schraubenlüfter 3 saugt die durch die Sprühdüsen 14 mit Sprühflüssigkeit
befeuchtete Kühlluft in Richtung der Pfeile x an und drückt sie in Richtung der
Pfeile x1 .durch die den Druckstutzen 29 stirnseitig verschließenden Kondensatorelemente
1 hindurch. Die in der Kühlluft befindlichen freien Flüssigkeitsteilchen
werden durch die Zentrifugalwirkung des Schraubenlüfters 3 in Richtung der Pfeile
y unter einem spitzen Winkel zur Drehebene des Lüfters 3 seitlich fortgeschleudert,
so daß sie sich an der Innenwandung
des Lüftergehäuses
30 abscheiden. Durch die den Flüssigkeitsteilchen innewohnende kinetische
Energie und die Mitnahmekraft des Luftstromes wird der an der Innenwand des Lüftergehäuses
30 durch Adhäsion haftende Flüssigkeitsfilm in die schlitzförmige Öffnung
31 hineingetrieben und auf diese Weise aus dem Luftstrom ausgesondert. Im oberen
Umfangsbereich der schlitzförmigen Öffnung 31 gelangt die abgeschiedene Flüssigkeit
dabei durch die als Leitfläche dienende, wulstförmige Ausbiegung 30a in die
durch den umgebördelten Rand 29a gebildete Rinne, von wo sie nach unten abfließen
kann. In diesem Umfangsbereich dient somit der umgebördelte Rand 29 a des
Druckstutzens 29 als Fangrinne. Im unteren Umfangsbereich der schlitzförmigen
Öffnung 31 dient demgegenüber die wulstförmige Ausbiegung 30a des
Lüftergehäuses 30 als Fangrinne.
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Die im unteren Umfangsbereich als Fangrinne dienende rinnenförmige
Ausbiegung 30a bzw. Rand 32a sind über Abflußleitungen 33, 34
an einem Sammelbehälter 21 angeschlossen, aus welchem die Sprühflüssigkeit
über eine Pumpe 20 erneut den Sprühdüsen 14 zugeführt werden kann. Die Zuführung
frischer Sprühflüssigkeit erfolgt bei 22 über ein in F.;,-. 3 nicht dargestelltes,
selbsttätig arbeitendes Schwimmerventil.
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Die Lagerung der Kondensatorelemente 1, des Schraubenlüfters
3, seines Antriebsmotors 11, des Lüftergehäuses 30 und des die Sprühdüsen
14 tragenden Ringrohres 16 ist in der Zeichnung nur schematisch angedeutet.
Sie kann selbstverständlich auch in anderer geeigneter Weise erfolgen.
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Der Erfindungsgedanke läßt sich nicht nur bei luftgekühlten Oberflächenkondensatoren,
sondern auch bei anderen luftgekühlten Wärmetauschern, beispielsweise luftgekühlten
Flüssigkeitskühlern oder luftgekühlten Gaskühlern, verwirklichen. Dabei können die
Wärmetauschelemente auch eine andere Ausbildung und Anordnung besitzen als die in
der Zeichnung dargestellten Kondensatorelemente 1, 2.
Ferner ist es möglich,
von den in den F i g. 1 bis 3 dargestellten Wärmetauschern eine größere Anzahl nebeneinander
vorzusehen.