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Vorrichtung zur Lärmbekämpfung in einem Kühlturm
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lärmbekämpfung in einem
Kühlturm, in dem mittels einer Sprühvorrichtung zu kühlendes Wasser versprüht wird,
herabfällt, in einem Sammelbecken gesammelt und daraus über eine Rückströmleitung
wieder dem Kühikreislauf zugeführt wird.
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In größeren Kühltürmen dieser Art beträgt die Fallhöhe der Wassertropfen
zwischen der Sprühvorrichtung bzw. darunter angeordneten Rieselplatten und dem Spiegel
des Sammelbeckens mehrere Meter, z.B. bei einem Kühlturm von 100 m Höhe etwa 10
m.
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Bei dem Auftreffen auf den Wasserspiegel im Sammelbecken erzeugen
die Wassertropfen dabei ein Aufschlaggeräusch, das eine erhebliche Umweltbelästigung
darstellt, die sich noch in größerer Entfernung von dem Kühlturm bemerkbar macht.
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Zur Abschirmung dieses Alarms von der Umgebung hat man bisher Erdwälle
und/oder lörmdämmende Kulissen um mindestens einen Teil des Umfangs des KUhlturmfußes
errichtet.
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Die Kosten dafür erreichen jedoch oft die Größenordnung der Kosten
für den Kühlturm selbst.
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Der Erfindung liegt die Aufgabet zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
beschriebenen Art zu schaffen, die einfach und wirtschaftlich herstellbar und in
den Kühlturm selbst einbaubar ist und eine wirksame Milderung des Aufschlaggeräusches
des im Kühlturm herabfallenden Wassers ermöglicht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß
unter der Sprühvorrichtung und über dem Wasserspiegel des Sammelbeckens eine Abfangvorrichtung
für das herabfallende Wasser vorgesehen ist. Dadurch wird nicht, wie bisher, bereits
entstandener Lärm abgeschirmt oder gedämpft, sondern die Entstehung des Lärms selbst
verhindert bzw. gemildert, und zwar nur mit einem Bruchteil des bisherigen Aufwandes.
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Bei der Vorrichtung nach der Erfindung ist vermieden, daß das gewöhnlich
in Tropfenform herabfallende Wasser unmittelbar auf den Spiegel im Sammelbecken,
der sogenannten Tasse, auftrifft. Zweckmäßig füllt die Abfangvorrichtung den Kühiturmquerschnitt
so weitgehend aus, daß sämtliche herabfallenden Wassertropfen darauf auftreffen
und erst von dort in das Sammelbecken gelangen können.
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Bei einer ersten Ausführung der Erfindung ist die Abfangvorrichtung
von einem Gitter aus parallelen Platten gebildet, welche zur Vertikalen geneigte
Auftrefflächen für die Wassertropfen aufweisen, wobei der Wasserspiegel des Sammelbeckens
so nahe wie möglich an dem Gitter liegt, damit nicht unnötig Pumphöhe verschwendet
wird. Jedenfalls wird der Abstand zwischen Gitter und Wasserspiegel höchstens so
bemessen, daß in das Sammelbecken fallende Wassertropfen nicht aufs Neue Lärm durch
ihren Aufprall erzeugen.
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Die Platten können auch teilweise in das Wasser des Auffangbeckens
eintauchen.
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Bei dieser Ausführung der Erfindung wird der Aufprall und damit auch
das beim Aufprallen erzeugte Geräusch dadurch vermindert, daß die Wassertropfen
von den geneigten Auftreffflächen nur teilweise und nicht mit einem Schlag vollständig
abgebremst werden. Die Abbremsung ist in dem Maß geringer, in dem der Neigungswinkel
der Auftrefflöchen zur Vertikalen verkleinert ist. Wenn allerdings der Neigungswinkel
sehr klein, z.B. im Winkelbereich zwischen 0 und 100 ist, müssen die Platten sehr
eng angeordnet sein bzw. sehr große Breite haben, damit alle herabfallenden Wassertropfen
von ihnen abgefangen und keine Wassertropfen zwischen den Platten durchgelassen
werden. Dies würde eine große Anzahl bzw.
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Breite der Platten erfordern, was unwirtschaftlich wäre. Der Neigungswinkel
sollte jedoch nicht größer als 450 gewählt werden, weil
bei noch
größeren Winkeln der Aufprall und damit das Aufprallgeräusch zu stark werden.
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Vorzugsweise liegt der Winkel zwischen 250 und 300.
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Bei einer anderen, bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Abfangvorrichtung
von einer Rinnenanordnung gebildet, die unmittelbar unterhalb der Sprühvorrichtung
bzw. den darunter befindlichen Rieseleinbauten angeordnet ist.
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Bei dieser Ausführung kann auf das Sammelbecken in der üblichen Form
der den gesamten Kühiturmfußquerschnitt überdeckenden Tasse verzichtet werden, und
das Sammelbecken kann im Querschnitt erheblich reduziert werden, weil das Wasser
bereits in den Rinnen gesammelt und zu einem zentralen Sammelbecken kleinen Durchmessers
geführt werden kann.
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Ein noch erheblich wichtigerer Vorteil ergibt sich jedoch aus der
verhältnismäßig großen Höhe, in welcher die Rinnenanordnung oberhalb des Kühiturmfußes
liegen kann. Dies ermöglicht nämlich, den Wasserspiegel des Sammelbeckens in entsprechender
Höhe anzuordnen, wodurch der Pumpenvordruck erhöht wird Dieser Vordruck, der proportional
der Höhendifferenz zwischen dem Wasserspiegel im Sammelbecken und der. zweckmäßig
möglichst weit unten vom Sammelbecken abgehenden Rückströmleitung ist, wird zum
För dern des Wassers durch den Kühlkreislauf ausgenutzt, so daß Pumpenleistung eingespart
werden kann. Bei den in großen Kühltürmen geförderten Wassermengen führt dies zu
einer bedeutenden Energieersparnis sowie zu einer Investitionsersparnis, weil kleinere
Pumpen verwendet werden können, die im Grenzfall vor allem zur Überwindung der Leitungswiderstände
im Kühlkreislauf ausgelegt zu sein brauchen.
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Auch die Rinnen können sich in der Draufsicht gesehen überdecken,
so daß sämtliches darauf herabfallendes Wasser von ihnen aufgefangen wird.
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Kommt jedoch das Wasser in Form feinster Tröpfchen, wie sie bei unmittelbarem
Versprühen mit bekannten Sprühvorrichtungen erzeugt werden, bei der Rinnenanordnung
an, so ist die Fallgeschwindigkeit dieser feinsten Tröpfchen entsprechend vermindert,
z.B. auf einem Wert von 1 bis 2 m/sec. In diesem Fall kann ein kleiner Zwischenabstand
zwischen den einzelnen Rinnen freibleiben, durch den die feinen Tröpfchen
jedoch
nicht hindurchfallen können, weil die durch den Auftrieb im Kühlturm erzeugte Luftströmung
nach oben die herabfallenden Tröpfchen bremst und derart ablenkt, daß sie in die
Rinnen -fallen.
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Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen mit
weiteren Einzelheiten an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht durch einen Kühlturm mit einer
Gitteranordnung gemäß der Erfindung; Fig. 2 einen abgebrochenen Querschnitt nach
der Linie ll-ll in Fig. 1; Fig. 3 bis 6 unterschiedliche Profile der Platten des
bei dem Kühlturm gemäß Fig. 1 und 2 eingebauten Gitters in vergrößertem Maßstab;
Fig. 7 einen Teilschnitt durch den unteren Teil eines Kühlturms mit einer Rinnenanordnung
gemäß der Erfindung; Fig. 8 einen Teilschnitt nach der Linie VIII-VIII in Fig. 7,
wobei ausschließlich das Kühiturminnere dargestellt ist; Fig. 9 einen Teilschnitt
nach der Linie IX-IX in Fig. 8; Fig. 10, 11 in einer Darstellung wie in Fig. 9 zwei
abgewandelte Rinnenanordnungen gemäß der Erfindung.
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Fig. 1 zeigt einen Naturzug-Kühiturm 1, d.h. einen Kühlturm mit nur
durch die Turmhöhe und -gestaltung erzeugtem Auftrieb.Das Fundament 2fUr den zum
Lufteinlaß(Pfeil F)offenen.+) einem Sammelbecken 3, der sog. Tasse angeordnet. In
dieser Tasse ist ferner eine Tragkonstruktion 4 mit Stützen 5 und Trägern 6 für
ein in den Figuren 1 und 2 insgesamt mit dem Bezugszeichen 7 bezeichnetes Gitter
abgestützt. Dieses Gitter weist parallel angeordnete Platten 8 auf, deren Gestalt
und gegenseitige Anordnung im einzelnen anhand der Figuren 3 bis 6 beschrieben sind.
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Der Kühlturm hat einen Zulauf 9, welcher das in einem nicht gezeigten
Kühikreislauf erwärmte Kühlwasser einer Sprühvorrichtung 10 zuführt. Unmittelbar
unterhalb dieser Sprüh-+) Kühiturmfuß ist in
vorrichtung 10 sind
übliche Rieseleinbauten 11 mit Rieselplatten angeordnet, von deren unteren Enden
das Wasser auf das Gitter 7 heruntertropft. Die Fallhöhe a des Wassers, d.h. der
Abstand a zwischen dem unteren Ende der Rieseleinbauten 11 und dem Gitter 7 kann
bei einem großen Kühlturm in der Größenordnung von 10m liegen. Aus einem solchen
Abstand auf den Wasserspiegel 12 in der Tasse 3 direkt herabfallendes Wasser würde
ein noch in größerer Entfernung unzumutbar belästigendes Geräusch erzeugen. Die
Entstehung eines solchen Geräusches ist durch das Gitter 7 vermieden, dessen Platten
8 im einzelnen nun anhand der Figuren 3 bis 6 beschrieben werden sollen.
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Die Figuren 3 bis 6 zeigen jeweils einige parallele Platten unterschiedlicher
Ausführung, die der Einfachheit halber alle mit dem gleichen Bezugszeichen 8 bezeichnet
sind.
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Allen Platten8 istgemeinsam, daß sie geneigte Auftrefflächen 14 haben,
welche sich in Draufsicht gesehen derart überdecken, daß der Zwischenraum zwischen
den Platten nicht von senkrecht herabfallenden Tropfen passiert werden kann. Vielmehr
fallen alle herabfallenden Tropfen auf die Auftrefflächen. Diese Auftrefflächen
schließen mit der vertikalen Richtung, der Tropfenfallrichtung einen Winkel OC zwischen
100und 450 ein. Je kleiner dieser Winkel ist, desto geringer ist die Bremswirkung
der Auftreffflächen und damit der Aufprallärm. Andererseits müssen bei kleinem Winkel
OC entweder der Abstand b zwischen den Platten klein gemacht, d.h. viele Platten
verwendet werden oder die Plattenbreite groß gemacht werden. Zur Veranschaulichung
ist in Fig. 6 ein Plattenquerschnitt mit größerem Winkel Dc und entsprechend größer
wählbarem Abstand b zwischen den Platten gewählt. Dieser Abstand b-muß wie gesagt
so bemessen sein, daß die Projektion der Spitze einer Platte mindestens mit der
Projektion des nächstliegenden Teiles einer benachbarten Platte zusammenfällt. Dies
ist die Bedingung dafür, daß die Tropfen nicht zwischen zwei Platten hindurchfallen
können.
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Bei der Ausführung nach Fig 3 sind die Platten völlig eben und bilden
die Auftreffflächen 14 mit ihrer ganzen Breite.
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Bei den Ausführungen nach den Figuren 4 bis 6 sind die Platten in
ihren unteren Bereichen 13 gegenüber den oben liegenden Auftrefflächen 14 gewölbt,
und zwar bei der Ausführung nach Fig. 4 von der Vertikalen weg mit einer noch stärkeren
Neigung als die Auffrefflächen, bei der Ausführung nach Fig. 5 zur Vertikalen hin
und bei der Ausführung nach Fig. 6 in die Vertikale. Die Platten können auch zwei
oder mehr gegensinnige oder gleichgerichtete Wölbungen über ihren Querschnitt aufweisen.
Die Wölbung der Platten erhöht ihre Steifigkeit im Hinblick auf eine quer zu den
Platten wirkende Beanspruchung.
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Es sei noch erwähnt, daß der Abstand des Gitters 7 von dem Wasserspiegel
12 in der Tasse 3 möglichst klein sein soll, damit möglichst wenig Pumphöhe verloren
geht Es ist eine Ausführung denkbar, bei welcher die unteren Bereiche 13 der Platten
, die nicht mehr als Auftreffläche 14 gebraucht werden, in den Wasserspiegel 12
eintauchen.
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Bei der Ausführung nach den Figuren 7 bis 11 sind gleiche Teile wie
bei der Ausführung nach den Figuren 1 bis 6 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Bei dem in Fig. 7 gezeigten Kühlturm, dessen Fuß ebenfalis auf Fundamenten
2 ruht, wird das Wasser ebenfalls über einen Zulauf 9 einer Sprühvorrichtung 10
zugeführt, welche das Wasser auf Rieseleinbauten 11 versprüht. Es gibt jedoch weder
eine Tasse 3 noch ein Gitter 7. Stattdessen ist in geringem Abstand von der Sprühvorrichtung
10 eine Rinnenanordnung 20 vorgesehen, deren Rinnen ebenso wie die Platten 7 bei
dem Gitter 8 den gesamten "tropfenden Querschnitt" des Kühl turmes mit ihrer Rinnenfläche
abdecken, so daß kein Wasser von den Rieseleinbauten zum Boden 21 des Kühl turms
durchfallen kann. Dieser Boden 21 ist trotzdem betoniert, damit eventuell doch die
Rinnenanordnung passierendes Spritzwasser oder dgl. keinen Morast bilden kann.
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Die Rinnenanordnung umfaßt oben liegende parallele Rinnen 22, die
jeweils zwischen radial verlaufenden, tieferliegenden Hauptrinnen 23 in Tangentialrichtung
zum Kühlturm verlaufen. Die Hauptrinnen . 23 sind zur Kühlturmmitte hin geneigt
und münden
in ein zentrales, den Zulauf 9 umgebendes Sammelbecken
24, dessen Wasserspiegel 25 unmittelbar unter den inneren Mündungen 26 der radialen
Hauptrinnen liegt.
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Die Rinnenanordnung ist über Stützen 27 am Boden abgestützt, die
auch die Versprüheinrichtung und evtl. vorhandene Rieselplatten tragen können und
von denen einige an den Hauptrinnen angreifende Stützen nur beispielsweise gezeigt
sind. Die Tragkonstruktion könnte davon abgesehen auch anders ausgebildet sein und
unmittelbar über den Fuß bzw. das Sammelbecken 24 abgestützt sein.
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Ferner ist ersichtlich, daß die Hauptrinnen auch parallel zueinander
und die z.B. sämtlich gleich ausgerichteten, dar über liegenden Rinnen kreuzend
angeordnet sein können.
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Die Anordnung des Sammelbeckens gemäß Fig. 7 ermöglicht einen Druckgewinn
entsprechend der Höhendifferenz des Wasserspiegels 25 gegenüber dem Wasserspiegel
12 bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 . Diese Höhendi fferenz vermindert die
aufzubringende Pumpleistung zum Umwälzen des Kühlwassers, weil hierzu der in der
Rückströmleitung 28 herrschende statische Druck mit verwendet werden kann. Die zu
installierende Pumpenleistung in dem Kühlwasserkreislauf muß also nur noch die Fallhöhe
zwischen der Sprühvorrichtung 10 und der Rinnenanordnung 20 zusätzlich zu dem Leitungswiderstand
im Kühlkreislauf überwinden.
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An einem Zahlenbeispiel sei deutlich gemacht, in welcher Größenordnung
hierdurch Pumpenleistung gespart werden kann.
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In dem Kühlturm werde eine Kühlwassermenge von 30 t/sec umgewälzt.
Die zum Pumpen des Kühlmittels über 1 m Fallhöhe erforderliche Pumpenleistung liegt
bei einer Pumpe mit einem angenommenen Wirkungsgrad von 100% dann bei 300 KW. Diese
Leistung ist mit der genannten Höhendifferenz zwischen dem Wasserspiegel 25 und
dem Wasserspiegel 12 zu multiplizieren, die beispielsweise 7 m betragen möge. Es
ergibt sich eine Ersparnis an Pumpenleistung des Ausführungsbeispiels nach Fig.
7 gegenüber dem jenigen nach Fig. 1 von 2100 KW.
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Der Schnitt nach Fig. 9 zeigt eine Anordnung von Rinnen 22 im einzelnen,
welche in die tiefer liegenden Hauptrinnen 23 münden.
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Bei der Anordnung nach Fig. 9 sind jeweils nach oben offene Rinnen
22 parallel und in einem solchen Abstand angeordnet, daß dieser Abstand von darüberliegenden
umgestülpten Rinnen 22, die im übrigen gleichen Querschnitt wie die nach oben offenen
Rinnen haben, überbrückt wird. Das von den Rieseleinbauten 11 herabtropfende Wasser
gelangt also vollständig in die nach oben offenen Rinnen 22 und von dort in die
Hauptrinne 23, welche das Wasser in das Sammelbecken 24 weiterleitet.
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In Fig. 10 sind in einer Ansicht entsprechend Fig. 9 einige Rinnen
22 in einer gegenüber Fig. 9 bevorzugten Ausführung dargestellt. Bei der Ausführung
nach Fig. 10 sind alle Rinnen 22, also auch die zwischen zwei auf einer Höhe liegenden
benachbarten Rinnen, nach oben offen. Diese Anordnung ist deshalb günstiger, weil
sie der durch die Stromlinien angedeuteten, von unten kommenden Luftströmung einen
geringeren Widerstand entgegensetzt als Rinnen, welche nach unten offen sind. Bei
der Ausführung nach Fig. 10 überbrücken die oben liegenden Rinnen ebenfalls vollständig
den Abstand zwischen den unten liegenden Rinnen, in der Draufsicht gesehen.
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Wie die Darstellung nach Fig. 10 zeigt, muß die Luft jeweils zwischen
einer oben liegenden Rinne und einer unten liegenden Rinne einen verhältnismäßig
engen Spalt m passieren. Hierdurch wird Auftriebsenergie verbraucht. In dieser Hinsicht
ist die Ausführung nach Fig. 11 günstiger. Dort ist der Spalt m jeweils zwischen
einer oben liegenden und einer unten liegenden Rinne erheblich größer und damit
der Auftriebsverlust erheblich herabgesetzt. Das Verhältnis zwischen der Spaltbreite
m und der Rinnenbreite c liegt vorzugsweise zwischen 1/3 und 1/10. Bei einem Beispiel
ist m=5 cm bei c=30 cm.
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Der Spalt m ist demnach so groß, daß er auch in der Projektion einen
Zwischenraum zwischen einer oberen und einer unteren Rinne freiläßt, durch den Wassertröpfchen
hindurchfallen könnten, was vermieden werden soll. Dennoch ist nach den Untersuchungen
der Erfinder die Ausführung nach Fig. 11 mit Erfolg dann einsetzbar, wenn die
Größe
der Wassertröpfchen vergleichweise klein ist, d.h. der Tröpfchendurchmesser in der
Größenordnung zwischen 0,5 und 1 mm liegt. Tröpfchen solcher Größe erreichen/nur
eine rarigeschwrndigkeit in der Größenordnung von 2 m/sec. Die mittlere Luftgeschwindigkeit
der durch die Fenster im Kühlturmfuß in Pfeilrichtung F (Fig. 7) eintretender),nach
oben strömendellLuft liegt bei großen Kühl türmen zwischen 2,5 und 3 m/sec und an
den Spalten zwischen den Rinnen 22 zwischen 4 und 5 m/sec. Feine, zwischen den Rinnen
22 herabfallende Tröpfchen werden durch solche Luftgeschwindigkeiten abgebremst
und abgelenkt, derart, daß sie in die Rinnen 22 fallen. Wegen der größeren Abstände
m bei der Anordnung nach Fig. 11 müssen über den Querschnitt weniger Rinnen verwendet
werden als bei der Ausführung nach Fig. 10, bei welcher die oberen Rinnen den Abstand
zwischen zwei unteren Rinnen vollständig überbrücken. Dies ist ein wirtschaftlicher
Vorteil.
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Voraussetzung für die Anwendung der Anordnung nach Fig. 11 ist wie
erwähnt eine feine Tröpfchengröße des herabfallenden Wassers. Von den Rieselplatten
11 herabfallende Tropfen haben jedoch größere Durchmesser zwischen 3 und 5 mm. Solche
Tröpfchen erreichen eine höhere Fallgeschwindigkeit und können durch den die Rinnen
passierenden Lufststrom nicht aufgehalten werden. Die Anordnung nach Fig. 11 ist
deshalb nur in Fällen anwendbar, bei denen keine Rieseleinbauten 11 vorgesehen sind,
sondern das Wasser unmittelbar in feiner Form versprüht wird, vorzugsweise nach
oben, so daß es sich ausschließlich frei fliegend abkühlt. Derartige Sprühvorrichtungen,
bei denen auf Rieseleinbauten 11 ganz verzichtet werden kann, sind bekannt.
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Die anhand Fig 7 bis 11 beschriebene Rinnenanordnung kann durch Vorsehen
mehrer vertikoler Sammelrohre z.B. eines Sammelrohres für jede Hauptrinne, anstelle
des zentralen Sammelbeckens 24 abgewandelt sein, wobei dei Sammelrohre radial außen
angeordnet sein können. Die Hauptrinnen 23 müssen auch hier zu den Sammelrohren
ein Gefälle haben.
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Die Erfindung wird bei allen solchen Kühl türmen mit Vorteil eingesetzt,
bei denen das Kühlwasser der Umgebungsluft ausgesetzt ist und ohne die beschriebene
Vorrichtung unter Lärmerzeugung in die Tasse zurückgelangt. Das sind vornehmlich
sog. Naßkühltürme oder auch gemischte Naß-Trocken -Kühl türme.
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Ansprüche: