DE3008020A1 - Kuehlturm-mantel - Google Patents
Kuehlturm-mantelInfo
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- E04H5/12—Cooling towers
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Description
Die Erfindung betrifft Kühltürme, insbesondere einen Kühlturm-Mantel aus Metall.
Elektrizitätswerke, die mit fossilen Werkstoffen oder
mit Atomkraft arbeiten, verwenden die erzeugte Wärme zur Umwandlung des Wassers in Dampf, der dann zum Antrieb
einer Turbine benutzt wird. Der hieraus resultierende Abdampf wird durch indirekten Wärmeaustausch
mit einer Kühlflüssigkeit kondensiert. Die Kühlflüssigkeit wird hierbei erwärmt und muß entweder abgeleitet
oder zur Wiederverwendung1 gekühlt werden.
Am häufigsten dient Wasser als Kühlflüssigkeit. In der Vergangenheit war es üblich, die heiße Kühlflüssigkeit
durch Einleitung in einen Fluß oder See abzuführen. Dies ist jedoch nicht langer möglich,
weil hierdurch ein ökologisches Ungleichgewicht durch zu starke Anhebung der Temperatur des Flusses
oder Sees hervorgerufen werden kann. Daher muß das heiße Kühlwasser gekühlt werden, bevor es ableitet
oder zur Wiederverwendung im Kreislauf geführt wird.
Ein üblicher Weg zur Kühlung des heißen Kühlwassers ist die Wärmeabfuhr an die Luft. Dies erfordert eine
Strömung einer großen Luftmenge in indirektem oder direktem Wärmeaustausch mit dem heißen Kühlwasser.
Am .praktischsten und wirkungsvollsten wird dieser Wärmeaustausch mittels eines Kühlturmes vollzogen,
zum Beispiel eines Kühlturmes mit einem hyperbolisch geformtem Mantel und einem unteren offenen manteltra-
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genden Gitterwerk. Die durch natürlichen oder erzwungenen
Zug angetriebene Luft strömt durch den Turm nach oben. Das heiße Wasser wird zum direkten
Wärmeaustausch in den Turm nach unten gesprüht oder es wird durch Wärmeaustauscher in dem Turm hindurchgeleitet.
Es bestand erhebliches Interesse daran, das Wasser durch ein Kühlmittel, Wie die Kühlflüssigkeit in
einem geschlossenen Kühlkreislauf/zu ersetzen. Das flüssige Kühlmittel wird durch Kondensierung des
Abdampfes von der Turbine verdampft und dann Wärmeaustauschern in einem Kühlturm zugeleitet, in dem
es kondensiert wird, wodurch die Wärme an die Luft in dem Prozeß abgegeben wird. Ein solcher trockner
Kühlkreislauf ist besonders erfolgversprechend, weil er den schädlichen Einsatz von Wasser vermeidet,
das nur beschränkt vorhanden ist.
Groß bemessene, im allgemeinen hyperbolisch gestaltete Kühlturm-Mäntel,werden bisher aus armiertem Beton hergestellt.
Der Aufbau von Betonmänteln für Kühltürme ist zeitaufwendig und erfordert wegen der Formen,die
gebaut, angeordnet und entfernt werden müssen, wegen der anzubringenden Armierungen und des Betongusses,
Arbeiten auf nahezu allen Gebieten. Auch die Wetter-Verhältnisse beeinträchtigen die Bauzeit für Betonturmaufbauten
.
Es sind auch Kühltürme mit einem Skelettgerüst-Stahlrahmen gebaut worden, an dem dünne ebene oder gewellte
Bahnen angebracht wurden. Die Bahnen dienen
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nur als Haut oder Hülle und haben praktisch keine Stützfunktion. Die Herstellung und Errichtung eines
Skelettrahmens aus Metall ist kostspielig und zeitaufwendig. Das gleiche gilt für die anschließende
Anbringung der Metallhaut oder -hülle.
Es bestand deshalb ein Bedürfnis nach einem selbsttragenden Metallmantel für einen Kühlturm, der so
gestaltet und ausgebildet ist, daß die Menge und der Preis des verwendeten Materials gering gehalten
werden, und der eine werkseitige Herstellung von Hauptkomponenten und die Baustellenerrichtung großer
Untereinheiten des Mantels ermöglicht.
Gemäß der Erfindung ist ein selbsttragender senkrechter Kühlturm-Mantel, der einen im wesentlichen kreisförmigen
waagerechten Querschnitt aufweist und an der Basis breiter ist als am Oberteil, dadurch gekennzeichnet,
daß der Mantel mehrere aufexnandergesetzte Ringzonen aufweist, wobei jede nächst-obere Ringzone
von der unter ihr befindlichen Ringzone getragen wird; daß jede Ringzone von wenigstens nahe dem Unterteil
zum Oberteil des Mantels eine kegelstumpfförmige Schale mit senkrechten Wellungen bildet, und daß der
untere Durchmesser jeder Ringzone etwa gleich dem oberen Durchmesser jeder nächst-unteren Ringzone ist.
Die senkrechten Wellungen vergrößern die Knickfestigkeit des Mantels.
Zur Erleichterung der Konstruktion besteht jede Ringzone vorteilhaft aus Metallblech gleicher Dicke. Jedoch
können eine oder mehrere Ringzonen im unteren Abschnitt des Mantels aus Metallblech hergestellt sein,
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das dicker ist als das Metallblech in höheren Ringzonen des Mantels. Die Ringzonen können auch aus
einem starren Polymermaterial bestehen, das zweckmäßig innere Verstärkungen enthält, z.B. Glasfasern
oder Drähte.
Metallkannelierungen werden einfach durch zweckmäßiges Biegen oder Wellen ebener Metallblechplatten
erzeugt, um senkrechte Wellungen gewünschter Größe und Form zu erzielen. Da alle oder nahezu alle Ringzonen
kegelstumpfförmige Schalen sind, ist es vorteilhaft,
Teile einiger Wellungen sichv^r3äö§f?ÖÖil-_
den. Auf diese Weise kann sich die untere oder Talfläche jeder Wellung oder mit Abstand angeordneter
Wellungen vom unteren Ende zum oberen Ende einer Ringzone verjüngen. Alternativ kann sich die obere
oder Stegfläche der Wellungen oder zwischen jeder Wellung oder mit Abstand angeordneter Wellungen vom
unteren Ende zum oberen Ende einer Ringzone verjüngen. Außerdem ist es möglich, sowohl die unteren als auch
die oberen Flächen jeder Wellung oder mit Abstand angeordneter Wellungen konisch auszubilden.
Die Anzahl der Wellungen in jeder Ringzone kann sich verändern oder sie kann gleich sein. Im allgemeinen
enthält der Kühlturm-Mantel vorteilhaft wenigstens zwei aufeinanderfolgende Ringzonen mit gleicher Anzahl
von Wellungen.
Zur Erleichterung der Herstellung ist zweckmäßig die Neigungshöhe der Ringzonen gleich oder etwa gleich,
wie diejenige der anderen Ringzonen.
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Obwohl die meisten Ringzonen kegelstumpfförmige Schalen
sind, stammen die meisten kegelstumpfförmigen Schalen
von verschiedenen Rotationskegeln,gleichgültig, ob die Neigungshöhe der kegelstumpfförmigen Schalen gleich
oder unterschiedlich ist. Daher nimmt der Winkel von der waagerechten zu einem Element einer kegelstumpfförmigen
Schale in den meisten Fällen von einer Ringzone zur nächst-höheren Ringzone vom Unterteil
oder von der Nähe des Unterteiles bis etwa von der Mitte zum oberen Teil des Turmmantels zu,
bis der Winkel etwa 90° ist. Wenn der Winkel 90° ist, ist die Ringzone bzw. sind die Ringzonen zylindrische
Schalen. Der obere Abschnitt des Turmmantels kann auch Ringzonen enthalten, bei denen der beschriebene
Winkel größer ist als 90 ,und wenn solche Ringzonen eingebaut sind, erscheint der Oberteil des Trummantels
nach außen erweitert. Selbst wenn nach außen erweiterte oder kegelstumpfförmige Schalen nicht in
den Oberteil eingearbeitet sind, läßt sich der senkrechte Schnitt oder das Profil des Turminantels als im
wesentlichen hyperbolisch bezeichnen.
Ein anderes Konstruktionsmerkmal,das sich in Verbindung
mit den gewellten Ringzonen vorteilhaft verwenden läßt,
waagerechten besteht aus einem im wesentlichen/ebenen Ring, der auf
dem oberen Rand jeder Ringzone liegt und mit ihm verbunden ist. Der untere Rand jeder oberen Ringzone
sitzt auf der Oberseite des Ringes auf und ist mit ihr verbunden. Ringe der beschriebenen Art dienen
zur Erleichterung des Zusammenbaus der Ringzonenenden und außerdem versteifen sie den Turmmantel gegen
Windbelastungen.
Der erfindungsgemäße Mantel für einen Kühlturm wird
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vorteilhaft über dem Bodenniveau oder einem Fundament von einem offenen Netzwerk oder Gittergerüst abgestützt
durch das Luft in den Turmmantel einströmen kann.
Die Erfindung wird anhand in der Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbeispiele erläutert. Es
zeigt:
Figur 1 eine schaubildliche Ansicht eines Metallmantels für einen Kühlturm,
Figur 2 eine Seitenansicht des Kühlturm-Mantels nach
Fig. 1, der von einem Gitterwerkgerüst getragen wird,
Figur 3 eine Teildraufsicht der Anordnung des Gitterwerks
und des Fundamentes für den Kühlturm nach Fig. 2,
Figur 4 einen Querschnitt längs der Linie 4-4 in Fig.1,
Figur 5 einen Querschnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 4,
Figur 6 eine Seitenansicht des oberen Abschnittes des Gitterwerks und der Stützbalken für den Metallmantel
des Turms,
Figur 7 einen Querschnitt des oberen Teiles des Gitter-Werkes nach Fig. 6,
Figur 8 eine schaubildliche Ansicht einer gewellten Platte zur Herstellung einer Ringzone des Turmmantels
und
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Figur 9 eine schaubildliche Ansicht einer zweiten Art einer gewellten Platte, die für die Herstellung
einer Ringzone für des Turmmantfls benutzt werden kann.
Gleiche oder ähnliche Teile sind in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen mit gleichen Bezugsziffern
bezeichnet.
Gemäß Fig. 1 bis 3 weist der Kühlturm 10 einen Turm-Metallmantel 11 auf einem Gitterwerk 12 auf, das von
Fundamentblöcken 13 getragen wird. Es können 24 Fundamentblöcke mit gegenseitigen Abständen von etwa
4,57 m in einem Kreis von ca. 135,6 m angeordnet werden. Unter einem Winkel von etwa 23 zur Senkrechten
erstrecken sich Rohrstreben 16 schräg nach links oben und ähnliche Rohrstreben 17 schräg nach rechts oben.
Die unteren Enden der Streben sind mit Grundplatten 18 verbunden, die auf den Fundamentblöcken 13 montiert
sind. Jedes Strebenpaar 16 und 17 ist unten
mit jedem anderen Fundamentblock und oben mit einer Tragplatte 19 verbunden (Fig. 6 und 7). Ein waagerechtes
ringförmiges Rohrteil 20 verstärkt die Streben 16 und 17 und verbindet sie in ihrer Schnittzone.
Auf den Tragplatten 19 ist ein kreisförmiger Unterzug
oder Balken 23 angeordnet, der einen etwa 2,1 m hohen senkrechten Steg 24, einen Grundflansch 25 und
einen Oberflansch 26 aufweist- Mit Abstand vorgesehene senkrechte Seitenplatten 28 sind mit dem Steg
24 und den Flanschen 25, 26 verbunden, um den Unterzug zu versteifen. Der Steg 24 befindet sich etwa 43,6 m
über den Basisplatten 18.
Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Metallmantel 11
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3D08020
des Kühlturmes 10 ist auf dem Unterzug 23 abgestützt.
Der Metallmantel 11 besteht aus elf Ringzonen A-K mit senkrechter Kannelierung. Jede Ringzone ist eine kegelstumpf
formige Schale, außer der Schale der obersten Ringzone K. Beginnend mit der untersten Ringzone vergrößert
sich der Winkel von der waagerechten zu dem Element jeder kegelstumpfförmigen Schale mit jeder
aufwärts gelegenen Ringzone zunehmend bis zur obersten Ringzone K, die zylindrisch ist und bei der der Winkel
90 beträgt. Obwohl die Winkel der kegelstumpfförmigen Schalen der Ringzonen sich wie beschrieben ändern können,
kann die Neigungshöhe jeder Ringzone die gleiche bleiben, so daß Metallplatten gleicher Länge zur Herstellung
jeder Ringzone verwendet werden können.
Wie Fig. 4 und 5 zeigen, ist eine etwa 1,67 m breite waagerechte Metallringplatte 30 auf dem oberen Rand
der Ringzone A angeordnet. Der untere Rand der Ringzone B ist mit dem oberen Rand der Ringplatte 30
verbunden. Senkrechte Flansche 31 und 32 sind längs der oberen inneren und äußeren Ränder der Ringplatte
30 zu ihrer Versteifung vorgesehen. Außerdem wird die Ringplatte 30 durch Winkelstützen 34, 35 aus Stahl
abgestützt. Auslaßlöcher 37 in der Ringplatte 30 verhindern, daß sich auf der Ringplatte Wasser ansammeln .
kann. Zwischen den benachbarten Enden aufeinanderfolgender Ringzonen befindet sich jeweils eine ähnliche
Ringplatte 30. Obwohl die Ringplatten 30 für die Ausübung der Erfindung nicht unbedingt erforderlich
sind, sind sie zweckmäßig, weil sie ein bequemes Mittel zur Verbindung benachbarter Enden der
Ringzonen darstellen, und weil sie zur Versteifung
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NAG! !QEREICHTj
des Külilturm-Mantcls dienen.
Auf der oberen Ringzone K kann eine Windaussteifung 39, z.B. von etwa 2,74 m Breite, zur Verstärkung
dieser Ringzone gegen Deformationen durch Windbelastungen angeordnet sein.
Fig. 8 zeigt eine Art einer kannelierten Plattengestaltung, die zur Herstellung der kegeistumpfförmigen
Schalen-Ringzonsnverwendet werden kann.
Die in dieser Figur dargestellte Platte kann aus etwa 2,74 m breiten und etwa 5,79 m langen Platten
auf einer Blechbiegemaschine hergestellt werden. Jede kegelstumpfförmige Schalenringzone soll die Länge von
zwei solchen Platten haben, die mittels geeigneter Stumpfverschweißung miteinander verbunden sind. Die
Neig.ungshöhe jeder Ringzone beträgt daher ca. 11,6 m. Für jede Ringzone sind 220 Platten mit 440 Wellungen
zu verwenden. Ringzone A kann aus 7/32" Corten-Stahlblech
bestehen, und die anderen Ringzonen können aus 3/16"Corten-Stahl, hergestellt sein. Der gleiche Stahl
kann für andere Teile des Kühlturm-Mantels verwendet werden. Die besonderen Abmessungen der Wellungen der
verschiedenen Ringzonen bei zunehmender Neigungshöhe des Kühlturm-Mantels sind in der folgenden Tabelle I
aufgeführt,deren Verständnis in Verbindung mit Fig. 2 erleichtert wird,weil diese Figur die Neigungshöhe und
die Radiusabmessungen zu denjenigen in der Tabelle in Beziehung setzt.
Die Angaben in Tabelle 1 zeigen, daß die Oberteile oder Stege der Wellungen in den Ringzonen A-E alle
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den gleichen W.-Wert von 32,25 cm haben. Die Unterteile
der Wellungen jedoch verjüngen sich bei diesen Ringzonen wie die W2 -MaBe verdeutlichen. Die Oberteile
oder Stege der Wellungen der Ringzonen F-K haben entsprechend den gleichen W.-Wert von 27/20 cm, während
die Unterteile dieser Wellungen sich verjüngen,wie aus
den abnehmenden W~-Werten hervorgeht. Bei Platten mit den Abmessungen nach Tabelle 1 ist im übrigen vorgesehen,
daß an den Längsrändern benachbarter Platten eine Schweißnaht mit 2,54 cm-überlappung vorhanden
ist.
Gemäß der Erfindung können anstatt der Unterseiten der Wellungen die Stege sich verjüngen, oder es können
die Unterteile bzw, Wellentäler und die Oberteile oder Stege konisch verlaufen.
Der beschriebene Kühlturm-Mantel erlaubt eine werkseitige Formgebung der Platten und ihren Zusammenbau
in Untereinheiten, die dann zum Aufstellungsort transportiert werden können, wo sie in Grundbauteile aus
Abschnitten von 12 Platten zusammengefügt werden. Auf diese Weise wird im Vergleich zu Betonturmkonstruktionen
der Aufwand an Errichtungsarbeit reduziert, wodurch sich beträchtliche Zeit- und Kosteneinsparungen
ergeben.
Figur 9 veranschaulicht eine andere Art einer gewellten Platte, die zur Herstellung eines Kühlturm-Metallmantels
gemäß der Erfindung verwendet werden kann. Die Metallplatte 40 weist konvexe Wellunaen 41 und
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ebene trogartiae Länaszonen 42 zwischen den Wellungen
auf. Die konvexen Wellungen 41 und/oder die ebenen Zwischenzonen 42 können von einem Ende der Platte
zum anderen konisch verlaufen. Eine ähnliche Platte läßt sich herstellen, indem die Wellungen 41 konkav
gestaltet werden.
Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß der Kühlturm-Mantel gemäß der Erfindung selbsttragend
ist und kein Sklettgerüst benötigt. Der Kühlturm-Mantel ist so ausgelegt, daß er das Eigengewicht,
Wind und einen kleinen äußeren Differenzdruck aushält,
der aus der Antriebskraft für natürlichen Luftzug in dem Mantel besteht. Das Eigengewicht erzeugt
eine axiale Druckbelastung in dem Mantel. Der Wind ruft eine Kippmomentlast hervor, die einen Axialdruck
und eine diametral gegenüberliegende Spannung zur Folge hat, die die Axialbeanspruchung des Eigengewichtes
überlagern.
Die als Widerstand gegen die Druckbelastungen notwendige Knickfestigkeit wird durch die Kombination
der Wellungen erzielt, die als Säulen oder Pfeiler wirken, wobei ein elastischer Seitenzusammenhalt
durch die waagerechten Kreisringe und die kontinuierliche Mantelschale vermittelt wird. Außerdem ist
jede Wellung ausreichend bemessen, um der Bildung örtlicher Falten oder Knicke zu widerstehen. Die
kreisförmigen Ringplatten 30 sind so ausgelegt, daß sie den Wellungen seitlichen Halt geben, so daß sie
nicht einknicken oder größere Verformungen durch die
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Wirkungen erleiden, die sich aus den Veränderungen der Mantelneigung ergeben und damit sie unter dem
Außendruck des Windes und Zuges sich nicht verbeulen oder verziehen.·
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist zwar in jeder Ringzone die gleiche Anzahl von Wellungen
vorgesehen, jedoch ist es auch möglich, in jeder
Ringzone gleich große Wellungen anzuordnen und ihre Anzahl in jeder nächst höheren Ringzone allmählich zu verringern. Auf diese Weise könnte man zur Wellung von Platten für mehr als eine Ringzone die
gleiche Form verwenden.
Ringzone gleich große Wellungen anzuordnen und ihre Anzahl in jeder nächst höheren Ringzone allmählich zu verringern. Auf diese Weise könnte man zur Wellung von Platten für mehr als eine Ringzone die
gleiche Form verwenden.
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- 16 Tabelle I
Ringzone des Neigungs-Turmmantels höhe in m
Radius m
67,81 66,66
65,51 64,39 63,27 62,19 61,12 6o, 1o 59,08
58,12
57,16
56,27
55,37
54,57
53,76
53,09
52,41
51,82
51,23
51 ,06
50,90
50,90
50,90
in Platte in cm
Λ/2 W0 W0/2
32,25 16,12 32,25 16,12
32,25 16,12 30,65 15,32
32,25 16,12 29,05 14,52
32,25 16,12 27,43 13,71
32,25 16,12 25,83 12,91
32,25 16,12 24,30 12,15
32,25 16,12 22,75 11,37
32,25 16,12 21,31 10,65
32,25 16,12 19,86 9,93
32,25 16,12 18,49 9,24
32,25 16,12 17,11 8,55
27,20 13,60 27,20 13,60
27,20 13,60 25,93 12,96
27,20 13,60 24,68 12,34
27,20 13,60 23,52 11,76
27,20 13,60 22,35 11,17
27,20 13,60 21,41 10,70
27,20 13,60 20,44 10,22
27,20 13,60 19,60 9,80
27,20 13,bO 18,74 9,37
27,20 13,60 18,51 9,25
•27,20 13,60 18,28 9,14
27,20 13,60 18,28 9,14
1 30009/0662
Claims (11)
1. Selbsttragender senkrechter Kühlturm-Mantel, der einen
im wesentlichen kreisförmigen,waagerechten Querschnitt aufweist und an der Basis breiter ist als am Oberteil,
dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (11) mehrere aufeinandergesetzte
Ringzonen (A-K) aufweist, wobei jede nächst, obere Ringzone von der unter ihr befindlichen
Ringzone getragen wird,
daß die meisten Ringzonen (A-K) von wenigstens nahe dem Unterteil zum Oberteil des Mantels (11) eine kegelstumpfförmige
Schale mit senkrechten Wellungen bilden und daß der untere Durchmesser jeder Ringzone (A-K) etwa gleich
dem oberen Durchmesser jeder nächst-unteren Ringzone ist.
2. Kühlturm-Mantel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ringzone (A-K) aus Metallblech hergestellt ist.
3. Selbsttragender senkrechter Kühlturm-Metallmantel,
der einen im wesentlichen kreisförmigen ,waagerechten Querschnitt aufweist und an der Basis breiter ist als
am Oberteil, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallmantel (11) mehrere aufeinandergesetzte Metallringzonen
(A-K) aufweist, wobei der untere Rand oberer Ringzonen verbunden ist mit einem im wesentlichen waagerechten ebenen
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OR[GfNAL
Ring (30),auf dem er aufsitzt und der mit der Oberkante
des oberen Randes der unteren Ringzonen verbunden ist,
daß die meisten Ringzonen (A-K) von wenigstens nahe dem Unterteil zum Oberteil des Mantels (11) eine kegelstumpf
förmige Schale mit senkrechten Wellungen bilden und,
daß der untere Durchmesser jeder Ringzone (A-K) etwa gleich dem oberen Durchmesser der nächst-unteren Ringzone ist.
4. Kühlturm-Metallmantel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß jede einzelne Ringzone (A-K) aus Metallblech etwa gleicher Dicke hergestellt ist.
5. Kühlturm-Metallmantel nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß alle Ringzonen (A-K) aus Metallblech etwa gleicher Dicke hergestellt sind.
6. Kühlturm-Metallmantel nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß wenigstens bei einigen Ringzonen (A-K) wenigstens ein Teil der Wellungen sich
verjüngen und oben schmaler sind als unten.
7. Kühltum-Metallmantel nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß bei wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Ringzonen (A-K) die Anzahl der Wellungen
gleich ist.
8. Kühlturm-Metallmantel nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß jede Ringzone (A-K) etwa die gleiche Neigungshöhe aufweist.
9. Kühlturm-Metallmantel nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ringzonen, die sich etwa
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in der unteren Hälfte des Mantels (11) befinden,
oben einen kleineren Durchmesser als unten aufweisen.
oben einen kleineren Durchmesser als unten aufweisen.
10. Kühlturm-Metallmantel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das senkrechte Profil des Mantels
(11) im wesentlichen hyperboloidförmig ist.
11. Kühlturm-Metallmantel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sein Unterteil über einem Fundament
von einem offenen Gitterwerkgerüst (12) getragen wird, durch das Luft in den Mantel (11)
einströmen kann.
einströmen kann.
130009/0662
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