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Die Erfindung betrifft einen Kühlturm gemäß dem Oberbegriff des Anspruches
1. Ein derartiger Kühlturm ist aus der EP-A-0772016 bekannt.
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Fig. 1 zeigt schematisch einen Vertikalschnitt eines bekannten Kühlturms, der
ein Gehäuse 1, an der Oberseite des Gehäuses 1 ein Axialgebläse 2, einen
Luftauslaß 3, am Außenumfang des Gehäuses 1 Lufteinlässe 4, an einem
oberseitigen Abschnitt des Gehäuses 1 einen den Auslaß 3 umgebenden
Heißwasserkessel 5 und unter den Heißwasserkessel 5 einen Wärmetauscher
9 aufweist. Im Betrieb wird Heißwasser 7 durch Sprühöffnungen 6, die im
Boden des Kessels 5 ausgebildet sind, gesprüht. Das Heißwasser 7 ist dann
einem Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft 8 ausgesetzt, die durch die
Lufteinlässe 4 mittels des Gebläses 2 angesaugt wird. Der Wärmetauscher 9
weist einen Trockentyp-Lufterhitzer 11 in Form von gerippten Rohren 10, die
unmittelbar unter dem Kessel 5 vorgesehen sind, sowie Einlagen 12 auf, die in
Form einer Anzahl Wärmeübertragungs-Flächenelementen mit unregelmäßigen
Oberflächen ausgebildet sind, die aus blechförmigem Kunstharz bestehen und
die zueinander parallel angeordnet sind, um für die Umgebungsluft 8
Strömungsdurchlässe zu bestimmen. Das gekühlte Wasser wird dann in einem
bodenseitigen Wasserkessel 13 gesammelt.
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Bei diesem Kühlturm fließt das Heißwasser 7 durch die Öffnungen 6 und die
Rohre 10 vom Kessel 5 nach unten und entlang den darunter befindlichen
Einlagen 12, während die Umgebungsluft 8 mit Hilfe des Gebläses 2 durch die
Einlasse 4 angesaugt wird und quer zu dem Erhitzer 11 und den Einlagen 12
strömt und dabei das Wasser 7 abkühlt.
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Das entlang den Einlagen 12 nach unten fließende Heißwasser 7 wird durch
direkten Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft 8 wirksam gekühlt. Nach dem
Wärmeaustausch mit dem Wasser 7 an den Einlagen 12 wird die trockene Luft
8 feucht oder dampfartige Luft 14, die nicht heiß ist und einen
Feuchtigkeitsgehalt von im wesentlichen 100% besitzt. Wenn die feuchte Luft
14 aus dem Kühlturm direkt ausgegeben wird, kondensiert sie unmittelbar und
besitzt die Neigung, weißen Rauch zu bilden, wenn die Umgebungstemperatur
niedrig ist. Ein solcher weißer Rauch ist bei Menschen, die in der Nachbarschaft
des Kühlturms leben, unerwünscht, weil sie das Empfinden haben, daß ein
solcher "Rauch" die Umgebung kontaminiert. Außerdem besteht ein Risiko, daß
die Sicht durch den "Rauch", der zum Boden herunterfällt, nachteilig beeinflußt
wird und einen Nebel bildet. Es besteht also ein großer gesellschaftlicher Druck,
die Erzeugung eines solchen weißen Rauches zu verhindern.
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Zu diesem Zwecke wird bei dem Kühlturm, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, bei
dem das Heißwasser 7 durch die Rohre 10 nach unten fließt und die
Umgebungsluft 8 am Außenumfang der Rohre 10 vorbei fließt, die Außenluft 8
in einer solchen trockenen Art und Weise erhitzt, daß trockene Luft 15 mit
einem extrem niedrigen Feuchtigkeitsgehalt erzeugt wird. Die trockene Luft 15
wird mit der feuchten Luft 14 durch das Gebläse 2 gemischt, um den
Feuchtigkeitsgehalt der durch den Auslaß 3 ausgegebenen Luft zu reduzieren
und hierdurch die Erzeugung von weißem Raum zu verhindern.
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Ein solcher Kühlturm mit einem speziellen Trockentyp-Lufterhitzer 11 ist sehr
komplex aufgebaut und in seiner Herstellung extrem teuer. Infolge der
Tatsache, daß der Wärmeaustausch mit den gerippten Rohren 10 ein indirekter
Wärmeaustausch ist, ergibt sich, daß die Effektivität des Wärmeaustausches
nicht besonders hoch ist und zur Kompensation dieser geringen Effektivität ein
großes Volumen oder eine große Kapazität erforderlich ist. Das bedeutet, daß
der Trockentyp-Lufterhitzer 11 relativ groß sein muß, was zu einer
Vergrößerung der Höhe und folglich der Gesamtabmessungen des Kühlturms
führt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kühlturm zu schaffen, bei dem
die oben beschriebenen Probleme beseitigt sind und der kompakt ausgebildet
ist und der in seiner Herstellung billiger ist, der jedoch nichts desto weniger
dazu geeignet ist, die Erzeugung von "weißem Rauch" zu verhindern.
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Diese Probleme werden durch den Kühlturm gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Wenn kein Risiko vom weißen Rauch besteht, d. h. wenn Dampf (bei einer
hohen Umgebungslufttemperatur) erzeugt wird, wird heißes Wasser sowohl
zum Heißwasserkessel als auch zu den Sprührohren geliefert und sowohl in die
permanent feuchten Durchlässe als auch in die feucht-trockenen
Übergangsdurchlässe durch die Sprühöffnungen und durch die Sprührohre
gesprüht. Das heiße Wasser tropft dann an den Oberflächen der
Wärmeübertragungs-Flächenelemente nach unten und wird durch direkten
Kontakt mit der Umgebungsluft, die mit Hilfe des Gebläses durch die
Durchlässe gesaugt wird, wirksam gekühlt. Die heiße feuchte Luft wird dann in
die Atmosphäre ausgegeben, in Folge der hohen Umgebungstemperatur wird
jedoch kein weißer Rauch erzeugt.
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Wenn andererseits zeitweise ein Risiko besteht, daß weißer Rauch erzeugt wird
(z. B. wenn die Umgebungslufttemperatur niedrig ist), so wird die Zufuhr von
Wasser zu den Sprührohren beendet und Wasser nur durch die
Sprühöffnungen in die permanent feuchten Durchlässe gesprüht. Die
Wasserkühlung erfolgt dann in zwei konkurrierenden Betrieben, d. h. durch
direkte Kühlung in Folge des Kontaktes mit der Umgebungsluft in den
permanent feuchten Durchlässen und durch trockene Erwärmung der durch die
feucht-trockenen Übergangsdurchlässe fließenden Luft infolge Wärmeleitung
durch die Wärmeübertragungs-Flächenelemente, die diese Durchlässe
bestimmen. Die warme feuchte Luft, die durch die direkte Kühlung erzeugt wird,
wird mit der warmen trockenen Luft gemischt, die durch den trockenen
Erwärmungsprozeß erzeugt wird, so daß die relative Feuchtigkeit der in die
Atmosphäre ausgegebenen Luft reduziert und kein weißer Rauch erzeugt wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Kühlturm besteht folglich keine Notwendigkeit,
einen separaten speziellen Trockentyp-Lufterwärmer vorzusehen. Außerdem
besteht keine Notwendigkeit, spezielle Tragelemente für den Heißwasserkessel
vorzusehen, da dieser durch die Sprührohre gehalten wird, die in der Praxis
selbst wiederum an der Hauptstruktur des Kühlturms abgestützt sind.
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Es ist bevorzugt, wenn die permanent feuchten Durchlässe in Gruppen von
zwei oder mehreren solchen Durchlässen vorgesehen sind, die jeweils einen
permanenten feuchten Bereich bilden, der mit einem oder mit mehreren feucht-
trockenen Übergangsdurchlässen abwechselt, die jeweils einen feucht-
trockenen Übergangsbereich bilden. Es ist außerdem bevorzugt, wenn die
Sprührohre einen vertikal länglichen rechteckigen Querschnitt besitzen, weil
hierdurch das Sprühen von Wasser von den Sprührohren in die feucht-
trockenen Übergangsbereiche, die üblicherweise im Vergleich zur Breite der
permanent feuchten Bereiche relativ schmal sind, erleichtert wird.
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Aus diesem Merkmal resultiert der weitere Vorteil, daß es möglich ist, die
feucht-trockene Übergangsbereiche von den permanent feuchten Bereichen
einfach und leicht zu isolieren, indem die oberen Enden derjenigen
Wärmeübertragungs-Flächenelemente, welche die feucht-trockenen
Übergangsbereiche festlegen, sich nach oben entlang den gegenüberliegenden
Seitenflächen der Sprührohre erstrecken. In Verbindung mit der Tatsache, daß
die Sprührohre als Halterungen für den Heißwasserkessel verwendet werden,
erhöht dieses Merkmal außerdem die strukturelle Festigkeit der Halterung in
Bezug auf die auf sie ausgeübte Belastung.
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Bevorzugt ist es, wenn die separate Wasserzufuhr einen
Hilfsheißwasserzufuhrkessel aufweist, der allen Sprührohren gemeinsam ist und der sich zu
diesen quer erstreckt und der zum Heißwasserkessel benachbart angeordnet
ist. Das macht es möglich, daß Heißwasser, das temporär im Hilfswasserkessel
festgehalten wird, im wesentlichen gleichmäßig zu den Sprührohren und zu
deren anderem Ende zu verteilen, so daß das Wasser zufriedenstellend und
gleichmäßig in die feucht-trockenen Übergangsbereiche gesprüht werden kann.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung einer bevorzugten Ausbildung unter Bezugnahme auf die Fig. 2
bis 5 der anliegenden Zeichnungen.
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Es zeigen:
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Fig. 2 eine schematische abschnittsweise Vorderansicht einer
Ausbildung der Erfindung,
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Fig. 3 eine Draufsicht auf den Heißwasserkessel gem. Fig. 2,
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Fig. 4 einen Schnitt entlang der Schnittlinie IV-IV in Fig. 3, und
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Fig. 5 einen Schnitt entlang der Schnittlinie V-V in Fig. 4.
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Gleiche Einzelheiten sind in den Fig. 2 bis 5 mit denselben Bezugsziffern wie in
Fig. 1 bezeichnet.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, erfordert der Kühlturm keinen speziellen
Trockentyp-Lufterhitzer mit gerippten Rohren, erweist statt dessen einen
Wärmetauscher auf, der in der Nähe des Heißwasserkessels 5 angeordnet ist.
Der Wärmetauscher weist Einlagen 12 auf, die von einer Anzahl
Wärmeübertrager-Flächenelemente oder -Platten mit unregelmäßigen
Oberflächen gebildet sind, die aus blechförmigem Kunstharz bestehen und die
zueinander parallel angeordnet sind, um sich vertikal erstreckende
Strömungsdurchlässe 16 für Umgebungsluft 8 zu bilden. Die
Strömungsdurchlässe 16 sind unterteilt in sich abwechselnde permanente
feuchte Regionen 17 und feucht-trockene Übergangsregionen 18, die
voneinander isoliert sind.
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Jede der permanent feuchten Regionen 17 weist drei benachbarte
Strömungsdurchlässe 16 auf und jeder der feucht-trockenen
Übergangsbereiche 18 weist einen einzelnen Strömungsdurchlaß 16 auf. Die
oberen Enden der die feucht-trockenen Übergangsbereiche 18 bestimmenden
Einlagen 12 erstrecken sich nach oben entlang gegenüberliegenden
Seitenflächen von Sprührohren 19, von welchen jedes einen vertikalen länglich
rechteckigen Querschnitt besitzt und die unter der Grundfläche des
Heißwasserkessels 5 angeordnet sind, so daß Heißwasser 7 von benachbarten
permanent feuchten Bereichen 17 keinen Zugang erlangt. Jedes Sprührohr 19
erstreckt sich entlang der gesamten Länge des zugehörigen feucht-trockenen
Übergangsbereiches 18 und weist eine Anzahl in Längsrichtung voneinander
beabstandete Sprühlöcher 21 auf, die in der Grundfläche des jeweiligen
Sprührohres 19 ausgebildet sind.
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Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, sind die Sprührohre 19 am Boden des
Heißwasserkessels 5 an Stellen angeordnet, die zu den zugehörigen feucht-
trockenen Übergangsbereichen 18 korrespondieren, so daß Wasser in die
feucht-trockenen Übergangsbereiche 18 unabhängig von den permanent
feuchten Regionen 17 gesprüht werden kann. Sprühöffnungen 6 im Boden des
Heißwasserkessels 5 kommunizieren nur mit den permanent feuchten
Bereichen 17.
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Wie aus den Fig. 4 und 5 ersichtlich ist, ist der Heißwasserkessel 5 direkt an
den Sprührohren 19 angeordnet und das untere Ende jedes Spührohres 19 ist
mit seinem Längsende an einer Hauptstruktur 20 des Kühlturmes fixiert.
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Die Sprührohre 19 kommunizieren mit einem gemeinsamen Hilfswasserkessel
21, der in der Nachbarschaft des Heißwasserkessels 5 angeordnet ist und der
sich quer zu den Sprührohren 19 erstreckt. Über dem Hilfswasserkessel 21 ist
ein Wasserzufuhrerhitzer 23 angeordnet, der sich entlang des Kessels 21
erstreckt und der in seinem Boden im wesentlichen entlang der gesamten
Länge des Erhitzers 23 eine Vielzahl Wasserzufuhrlöcher 22 aufweist. Das zum
Erhitzer 23 zugeführte Heißwasser 7 wird im wesentlichen gleichmäßig zu einer
Vielzahl von Orten zugeführt, die entlang des Hilfswasserkessels 21 in
Längsrichtung voneinander beabstandet sind.
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Ein Verteilerkasten 25 mit horizontalen länglichen schlitzförmigen Öffnungen 24
in allen seinen vier Seiten und mit einem Wasserzuführror 27 an seiner
Oberseite, das im wesentlichen in der Mitte des Heißwasserkessels 5 installiert
ist, ist vom Boden des Heißwasserkessels 5 mittels Winkelelementen 26
beabstandet, so daß die Sprühöffnungen 6 in der Grundfläche des Kessels 5
nicht blockiert sind. Das durch das Rohr 27 zum Verteilerkasten 25 zugeführte
Heißwasser 7 wird im Verteilerkasten 25 temporär festgehalten und
anschließend langsam und gleichmäßig mit reduzierter
Strömungsgeschwindigkeit und in alle Richtungen durch die Öffnungen 24 an
den vier vertikalen Seiten des Verteilerkastens hindurch verteilt.
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Sprühdüsen 28 sind an den Sprühöffnungen 6 an der Unterseite des
Heißwasserkessels 5 vorgesehen. Durch diese Sprühdüsen 28 wird die
Verteilung und das Sprühen des heißen Wassers 7 auf die Einlagen 12 in den
permanent feuchten Bereichen 17, die jeweils drei Reihen von
Strömungsdurchlässen 16 aufweisen, verteilt und eine zufriedenstellende
Diffusion und das Sprühen erleichtert. Diese Düsen 28 können jedoch bei einer
geeigneten Einstellung des Abstandes der Einlagen 12 und der Anzahl, der
Position oder des Durchmessers der Sprühöffnungen 6 oder dergleichen auch
weggelassen werden.
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Wenn keine Möglichkeit besteht, weißen Rauch d. h. Dampf zu erzeugen (d. h.
wenn die Umgebungslufttemperatur hoch ist), wird das heiße Wasser 7 durch
das Wasserzufuhrrohr 27 in den Verteilerkasten 25 eingeleitet, wo es
vorübergehend festgehalten wird und von wo es langsam und gleichmäßig mit
reduzierter Strömungsgeschwindigkeit durch die Öffnungen 24 in alle
Richtungen strömt, so daß im Kessel 5 ein passender Wasserspiegel aufrecht
erhalten wird. Gleichzeitig wird heißes Wasser 7 im wesentlichen gleichmäßig
durch den Wasserzufuhr-Erhitzer 23 zu einer Vielzahl von in Längsrichtung
voneinander beabstandeten Orten im Hilfswasserkessel 21 gesprüht, so daß im
Kessel 21 ein passender Wasserspiegel aufrecht erhalten wird. Das resultiert in
einer im wesentlichen gleichmäßigen Verteilung des heißen Wassers 7 durch
den Kessel 21 zu jedem der Sprührohre 19. Heißes Wasser 7 wird dann durch
die Sprühöffnungen 6 in der Unterseite des Heißwasserkessels 5 in die
permanent feuchten Bereiche 17 der Einlagen 12 und außerdem durch die
Sprührohre 19 in die feucht-trockenen Übergangsbereiche 18 der Einlagen 12
gesprüht. Das heiße Wasser 7 wird folglich durch die Umgebungsluft 8 entlang
der gesamten Fläche der Einlagen 12 wirksam gekühlt, weil das Wasser 7
sowohl zu den permanent feuchten Bereichen 17 als auch zu den feucht-
trockenen Übergangsbereichen 18 gesprüht wird.
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Wenn andererseits ein Risiko zur Erzeugung von weißem Rauch besteht (d. h.
wenn die Umgebungslufttemperatur niedrig ist), wird die Zufuhr von Heißwasser
7 zu den Sprührohren 19 beendet und die Kühlung des Wassers in zwei
verschiedene, miteinander konkurrierende Betriebe unterteilt, d. h. in eine
direkte Kühlung des heißen Wassers 7 durch die Umgebungsluft 8 in den
permanent feuchten Bereichen 17, in welche heißes Wasser 7 gesprüht wird,
und in eine trockene Erwärmung der Umgebungsluft 8, die durch die feucht-
trockenen Übergangsbereiche 18 durchtritt, in welche kein heißes Wasser
gesprüht wird. Die warme feuchte Luft, die durch die direkte Kühlung erzeugt
wird, wird mit der warmen trockenen Luft gemischt, die durch die trockene
Erwärmung produziert wird, um den Feuchtigkeitsgehalt der aus dem Kühlturm
ausgegebenen Luft zu reduzieren und hierdurch die Erzeugung von weißem
Rauch zu verhindern.
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Es besteht folglich keine Notwendigkeit für einen speziellen Trockentyp-
Lufterhitzer, da einige Einlagen 12 feucht-trockene Übergangsbereiche 18
bestimmen. Es besteht außerdem keine Notwendigkeit, für separate Stütz- bzw.
Halteelemente für den Heißwasserkessel 5, da dieser durch die Sprührohre 19
gehalten wird.
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Der Kühlturm ist folglich geeignet, die Erzeugung von weißem Rauch zu
verhindern und der Heißwasserkessel 5 und seine Tragstruktur sind nicht
kompliziert aufgebaut und besitzen die gleiche Höhe und dieselben
Abmessungen wie herkömmliche Kühltürme, weil keine Notwendigkeit besteht,
einen speziellen Trockentyp-Lufterhitzer vorzusehen, da die Einlagen 12 die
feucht-trockenen Übergangsbereiche 18 und die Sprührohre 19 festlegen, die
als Halterungen für den Heißwasserkessel 5 dienen und zum unabhängigen
Sprühen in die feucht-trockenen Übergangsbereiche 18 vorgesehen sind.
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Bei dem erfindungsgemäßen Kühlturm ist folglich keine Aufteilung des
Heißwasserkessels 5 beispielsweise durch Trennwände erforderlich, um ein
unabhängiges Sprühen von Wasser zu den permanent feuchten Bereichen 17
und zu den feucht-trockenen Übergangsbereichen 18 zu bewirken. Demgemäß
kann die Wasserzufuhreinrichtung zu einem herkömmlichen Kühlturm, der nur
einen großen permanent feuchten Bereich besitzt, bei der vorliegenden
Erfindung ohne Änderung benutzt werden. Der Verteilerkasten 25, der an sich
bekannt ist, kann dazu verwendet werden, heißes Wasser 7 in den
Heißwasserkessel 5 ohne jede Schwierigkeit und in sehr zufriedenstellender Art
und Weise zu liefern.
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Bei der Ausbildung besitzen die Sprührohre 19 einen vertikalen länglich
rechteckigen Querschnitt, was die Anordnung der Sprührohre 19 in den feucht-
trockenen Übergangsbereichen 18, die üblicherweise im Vergleich mit den
permanent feuchten Bereichen 17 schmal sind, erleichtert. Dieses Merkmal ist
insbesondere auch deshalb vorteilhaft, weil die feucht-trockenen
Übergangsbereiche 18 von dem permanent feuchten Bereichen 17 einfach
dadurch isoliert werden können, daß die oberen Enden derjenigen Einlagen 12,
welche die feucht-trockenen Übergangsbereiche 18 bestimmen, nach oben
entlang den gegenüberliegenden Seitenflächen der Sprührohre 19 verlängert
sind. Dieses Merkmal erhöht außerdem die strukturelle Festigkeit der
Halterungen in Bezug auf die auf ihnen angeordnete Last und vergrößert ihre
Zuverlässigkeit als Tragstützen.
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Bei der Ausbildung kommunizieren die Sprührohre 19 mit einem gemeinsamen
Hilfswasserkessel 21, der zum Heißwasserkessel 5 benachbart angeordnet ist
und der sich quer zu den Sprührohren 19 erstreckt. Das macht es möglich, daß
temporär im Hilfswasserkessel 21 festgehaltene heiße Wasser 7 im
wesentlichen gleichmäßig zu den Sprührohren 19 zu verteilen, so daß das
Wasser 7 gleichmäßig und zufriedenstellend in die feucht-trockenen
Übergangsbereiche 18 gesprüht werden kann.