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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rohr zur Durchführung oder Abführung von nassen Gasen, insbesondere zur Durchführung oder Abführung von einer Nasswäschung unterzogenen Rauchgasen, mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1.
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Hinter Nasswäschern, beispielsweise Nasswäschern von Rauchgasen, wurden bislang vermehrt Wiederaufheizeinrichtungen in Form von Wärmetauschern oder durch Direkteinbringung von Energie mittels Gasbrenner eingesetzt, um das nasse Gas durch bis zu 400 m hohe Großkamine zu fördern. Auf diese Weise sollte der Auswurf von groben Tropfen aus dem Kamin, welche in unmittelbarer Nähe des Kamins zu Boden fallen, verhindert werden. Diese Einrichtungen sind jedoch sehr kostspielig und wartungsintensiv oder benötigen einen hohen Energieaufwand.
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Moderne Anlagen werden deshalb mit sogenannten Nasskaminen ausgerüstet, die etwa 250 m hoch sind. Die Gasförderung erfolgt hierbei mit Hilfe von Druckerhöhungsgebläsen vor oder hinter dem Nasswäscher. Bedingt durch die Abkühlung des feuchten Gases auf dem Weg zum Kaminaustritt kommt es zu hohem Kondensatanfall innerhalb des Kamins und daher zum Auswurf von groben Tropfen aus dem Kamin, welche in unmittelbarer Nähe des Kamins (Anlage, Ortschaft) zu Boden fallen. Bisher wurden außer einfachen Drainageeinrichtungen nur in wenigen Fällen Einbauten, wie beispielsweise Axialzyklone, in die Großkamine eingebaut, da diese aufgrund der hohen Geschwindigkeiten im Kamin zu sehr hohen Energieverlusten führen und auch bisher keine zufriedenstellende Lösung hinsichtlich der Tropfenabführung darstellen.
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Ferner hat man zur Verringerung des Tropfenauswurfs in vielen Nasskaminen sogenannte Filmfallen oder andere Schikanen eingebaut, die das Mitschleppen von Flüssigkeitsfilmen entlang der Kaminwand verhindern sollen. Diese Maßnahmen sind jedoch in der Regel nur bedingt brauchbar, da durch die hohen Gasgeschwindigkeiten in solchen Kaminen der Flüssigkeitsfilm mitgerissen wird oder Tropfen aus dem Film herausgerissen werden. Ein schädlicher Tropfenauswurf lässt sich daher auch mit diesen Einrichtungen nicht vollständig verhindern.
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Aus der
DE 298 15 970 U1 ist ein Kaminrohr mit Innenprofilierung für einen Nasskamin bekannt, wobei durch die vorgesehene Innenprofilierung u. a. die Kondensation im Kaminrohr verbessert werden soll.
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In der
WO 95/12784 ist ein Kondensationskamin beschrieben, wobei der nasse, kalte, kondensierende Kamin eine äußere Kaminwandung aufweist, in deren Innenraum ein Innenrohr angeordnet ist. Um die Kontaktfläche zum Rauchgas zu vergrößern, findet als Innenrohr ein Profilrohr Verwendung.
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Aus der
WO 95/04246 ist ein Kamin bekannt, welcher zur Erhöhung der Kondensatmenge mit einer Vielzahl von Füllkörpern gefüllt ist. Die verwendeten Füllkörper sind halbkugelförmig und als Gitterkonstruktion verwirklicht.
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Ein Rohr mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ist aus der
JP 9-79 569 A bekannt. Das aus dieser Veröffentlichung bekannte Rohr weist an seiner Innenwand ein schraubenförmig ausgebildetes Leitelement auf, das in Abständen mit entsprechenden Abflussrohren versehen ist, die sich durch die Rohrwandung nach außen erstrecken.
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Aus der
GB 2 422 187 A ist ebenfalls ein Rohr bekannt, das ein schraubenförmig ausgebildetes Leitelement an seiner Innenwand aufweist. Des Weiteren besitzt dieses Rohr in seinem unteren Teil einen über eine Trennwand vom Gasströmungsbereich abgetrennten Flüssigkeitssammelbereich, der zum Sammeln und Abführen der aus dem Gasströmungsbereich angesammelten Flüssigkeit dient. Die vorgesehene Trennwand trennt den Flüssigkeitssammelbereich in abgedichteter Weise vom Gasströmungsbereich ab.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rohr zu schaffen, bei dem mit besonders einfachen Mitteln bei gleichzeitig geringem Energieverlust eine Tropfenmitführung oder ein Tropfenauswurf verhindert bzw. verringert wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Rohr der eingangs beschriebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird durch das an der Innenwand des Rohres angeordnete schraubenförmig ausgebildete Leitelement die Gasströmung derart in Rotation versetzt, dass in der Gasströmung mitgeführte Tropfen durch die Zentrifugalbeschleunigung des rotierenden Gasstromes an die Innenwand des Rohres gelangen und von dort gezielt und strömungsberuhigt abgeführt werden können. Das vorgesehene Leitelement erfüllt daher eine Doppelfunktion. Zum einen prägt es dem Gasstrom eine Rotationsbewegung bzw. Schraubenbewegung auf und zum anderen dient das Leitelement zum Auffangen und Abführen der an der Rohrinnenwand gesammelten Flüssigkeitstropfen. Darüber hinaus bringt das vorgesehene Leitelement den Vorteil mit sich, dass der durch seine Anordnung entstehende Energieverlust des Gasstromes gering ist und insbesondere wesentlich geringer ist als bei herkömmlichen Axialzyklonen.
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Erfindungsgemäß weist das Rohr an seiner Innenwand zwischen benachbarten Leitelementabschnitten mindestens eine Filmfalle für den an der Rohrinnenwand entlang geschobenen Flüssigkeitsfilm auf. Hat sich nämlich die Gasströmung in Rotation versetzt, können gerade im Randbereich hohe Tangentialgeschwindigkeiten auftreten, die dann den Flüssigkeitsfilm an der Unterseite des Leitelementes schraubenförmig nach oben treiben können. Dieser Effekt soll durch die vorgesehene Filmfalle verhindert werden.
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Die Filmfalle kann beispielsweise von einem axial verlaufenden ebenen oder gekrümmten Steg gebildet werden. Der gekrümmte Steg ist in Bezug auf die Richtung, in der der Flüssigkeitsfilm verschoben wird, konkav ausgebildet, um als Fangeinrichtung zu dienen. Der Filmfalle sind vorzugsweise ein oder mehrere Abflussrohre zugeordnet, damit die aufgefangene Flüssigkeit aus dem Rohr bzw. vom Rohr abgeführt werden kann.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Filmfalle von einem axial verlaufenden Abflussrohr gebildet, in das das Leitelement mündet bzw. das vom Leitelement gekreuzt wird. Hierbei bildet das an der Innenwand des Rohres angeordnete Abflussrohr mit seiner Außenkontur eine Filmfalle und dient gleichzeitig zur Abführung des Flüssigkeitsfilms an seiner Außenkontur, der an den Stellen, an denen das Abflussrohr unterbrochen ist und das Leitelement überbrückt, in das Abflussrohr zusammen mit der vom Leitelement abgeführten Flüssigkeit eingeführt wird. Vorzugsweise überbrückt dabei das Abflussrohr den Bereich des Leitelementes mit Hilfe einer Rohrverengung, so dass an dieser Stelle sowohl die im Abflussrohr befindliche Flüssigkeit nach unten geführt als auch die an der Außenkontur des Rohres nach unten laufende Flüssigkeit und die vom Leitelement abgeführte Flüssigkeit in das Abflussrohr eingeführt werden kann. Die als Überrückungselement ausgebildete Rohrverengung ermöglicht dabei neben sich ein Einströmen der Flüssigkeit des Leitelementes in den unteren Rohrabschnitt.
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Diese Ausführungsform einer Filmfalle hat den Vorteil, dass kein zusätzliches Abflussrohr erforderlich ist.
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Das Leitelement kann sich über die gesamte Länge oder nur über einen Teil der Gesamtlänge des Rohres erstrecken kann. Das Leitelement verläuft wendelförmig bzw. schraubenförmig über die Innenwand des Rohres und ist in geeigneter Weise an dieser befestigt oder einstückig damit ausgebildet (durch Schweißen).
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Was die Dimensionierung des Leitelementes anbetrifft, so ist diese abhängig von den im Rohr herrschenden Strömungsbedingungen. Besonders bevorzugt werden jedoch die nachfolgenden Ausführungsformen des vorgesehenen Leitelementes.
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Vorzugsweise besitzt das Leitelement eine Breite von 1/80 D bis 1/10 D, wobei D der Innendurchmesser des Rohres ist. Besonders bevorzugt wird eine Breite von 1/20 D verwendet. Das Leitelement erstreckt sich daher vorzugsweise im Rohrinnenraum maximal über eine Strecke nach innen, die 10% des Innendurchmessers des Rohres ausmacht. Auf diese Weise wird ein zu großer Energieverlust der Gasströmung verhindert.
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Was die Ganghöhe des Leitelementes anbetrifft, so liegt diese vorzugsweise in einem Bereich von 1/10 D - 5 D, wobei besonders bevorzugt eine Ganghöhe von 1/2 D eingesetzt wird. Da das Leitelement gleichzeitig zum Ableiten der an der Rohrinnenwand gesammelten Flüssigkeitstropfen dient, sollte die Ganghöhe so gewählt werden, dass eine einwandfreie Flüssigkeitsabführung gewährleistet ist.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Neigung des Leitelementes vom Rohrzentrum bis zur Innenwand des Rohres 0° - 60°. Ein bevorzugter Neigungswinkel beträgt 7°. Obwohl das Leitelement auch eine Neigung von 0° besitzen kann, wird eine gewisse Neigung vom Zentrum zur Innenwand bevorzugt, damit eine Art Flüssigkeitsrinne gebildet wird, über die die Abführung der Flüssigkeit möglich ist, ohne dass diese in den Innenraum zwischen dem Leitelement tropft und hierdurch die Gefahr von Tropfenmitrissen gegeben ist.
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Eine andere bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Innenkante des Leitelementes umgekantet ist, und zwar vorzugsweise in Gasströmungsrichtung. Hierdurch wird eine abströmseitige Verwirbelung der Strömung hinter dem Leitelement verhindert. Diese Anordnung dient weiterhin dazu, den Druckverlust des Systems zu verringern, sowie einen Widereintritt von Flüssigkeit in die Hauptströmung zu verhindern und damit Tropfenmitrisse zu vermeiden. Die Höhe der Umkantung beträgt vorzugsweise 1/200 D - 1/40 D.
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Bei dem Leitelement kann es sich um ein plattenförmiges ebenes Element handeln. Es sind jedoch auch Ausführungsformen möglich, die im Querschnitt strukturiert sind. So wird eine Ausführungsform bevorzugt, bei der das Leitelement über seine Breite konkav ausgebildet ist, was die Flüssigkeitsabführung besonders begünstigt. Konvexe Ausgestaltungen sind ebenfalls möglich. Bevorzugt werden ebene bis konkave Ausführungsformen.
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Das Leitelement weist zweckmäßigerweise wenigstens ein mit einem Abflusskanal versehenes Wehr auf. Dieses Wehr dient zur Flüssigkeitsabführung, wobei es die entsprechende Flüssigkeit staut, die dann über einen Abflusskanal, der sich vorzugsweise durch die Wandung des Rohres nach außen erstreckt, abgeführt wird. Zweckmäßigerweise sind über die gesamte Höhe des Rohres und damit des Leitelementes verteilte Wehre mit Ablaufkanälen installiert, wobei die Ablaufkanäle vorzugsweise über Siphons abgetaucht sind. Auf diese Weise erfolgt einer Abführung der gesammelten Flüssigkeit auf verschiedenen Niveaus des Rohres, so dass vermieden wird, dass gesammelte Flüssigkeit beim Herunterfließen wieder in die Hauptströmung in den Innenraum eintritt.
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Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Rohr kann die Rohrinnenwand auch von einem in einem Außengehäuse angeordneten Innenrohr gebildet sein, an dem das Leitelement lösbar oder unlösbar fixiert ist. Dabei können Innenrohr und Leitelement eine Baueinheit bilden, die in ein Außengehäuse eingesetzt wird. Natürlich kann ein derartiges Innenrohr auch mehrere aufeinandersetzbare Abschnitte aufweisen.
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Das erfindungsgemäß ausgebildete Rohr dient zur Durchführung oder zur Abführung von Gasen. Die erfindungsgemäß getroffenen Maßnahmen dienen hierbei dazu, eine Mitführung von Tropfen in der Gasströmung oder einen Tropfenabwurf bzw. Tropfenauswurf, wenn das Rohr das Gas in die Atmosphäre abführt, zu verhindern. Das mit dem Leitelement versehene Rohr kann dabei auch als eine Art Vorabscheider bezeichnet werden (insbesondere bei geschlossenen Rohrsystemen).
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Vorzugsweise ist das Rohr als Nasskamin ausgebildet wobei hierbei als Aufgabe im Vordergrund steht, einen Tropfenauswurf des Nasskamines zu verhindern.
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Bei noch einer anderen Ausführungsform weist das Rohr unter dem Leitelement einen Gasströmungsführungsabschnitt auf, um die gewünschte schraubförmige Gasführung zu begünstigen.
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Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Rohr handelt es sich vorzugsweise um ein vertikal angeordnetes Rohr. Dies schließt jedoch nicht aus, dass das Rohr auch als horizontal oder schräg angeordnetes Rohr ausgebildet sein kann. Die Erfindung ist jedenfalls generell für beliebige Rohrleitungen geeignet, die zur Durchführung oder Abführung von nassen Gasen dienen.
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Das Leitelement kann lösbar an der Rohrinnenwand befestigt sein, beispielsweise durch Verschrauben, aber auch einstückig damit verbunden sein, beispielsweise durch Verschweißen oder Laminieren. Geeignete Materialien sind Kunststoffe, insbesondere GfK, PP, sowie auch Metalle.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
- 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Teil eines Nasskamins;
- 2 eine räumliche Darstellung eines Teiles des Nasskamins der 1 im vergrößerten Maßstab;
- 3 einen Längsschnitt durch einen Teil des in den 1 und 2 dargestellten Nasskamins, nochmals vergrößert;
- 4 eine Detailansicht des Nasskamins im Vertikalschnitt;
- 5 eine Detailansicht des Nasskamins im HorizontalSchnitt;
- 6 eine Detailansicht einer anderen Ausführungsform eines Nasskamins;
- 7 eine vergrößerte Ansicht einer Einzelheit von 6; und
- 8 eine Draufsicht auf den Gegenstand von 7.
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1 zeigt einen schematischen Teillängsschnitt durch einen Nasskamin 1. Die Innenwand 3 des Nasskamins ist mit einem schraubenförmigen Leitelement 2 versehen, das sich über die Länge des Nasskamins erstreckt. Bei der Innenwand 3 kann es sich beispielsweise um die Innenwand des Kamingehäuses oder um die Innenwand eines Kaminrohres handeln, das in ein Kamingehäuse eingesetzt ist.
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Der Nasskamin 1 ist einem Nasswäscher von Rauchgasen nachgeschaltet und dient zur Abführung der Rauchgase in die Atmosphäre. Die Gasströmung ist in 1 von unten nach oben gerichtet. Durch das an der Innenwand 3 des Nasskamins 1 angeordnete Leitelement 2 wird der Gasströmung eine Rotationsbewegung bzw. Schraubenbewegung aufgeprägt, so dass die im Gas mitgeführten Flüssigkeitstropfen durch Zentrifugalbeschleunigung an die Innenwand 3 des Kamins gelangen und dort über das vorgesehene schraubenförmige bzw. spiralförmige Leitelement 2 nach unten abgeführt werden. In bestimmten Abständen sind am Nasskamin Abführkanäle angeordnet, die sich durch die Kaminwandung nach außen erstrecken, um die vom Leitelement 2 nach unten abgeführte Flüssigkeit aus dem Kamin herauszuführen und somit zu verhindern, dass die Flüssigkeit wieder in die Hauptströmung gelangt. Bei dem Abführkanal kann es sich auch um ein Rohr im Inneren des Kamins handeln.
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Das schraubenförmige bzw. spiralförmige Leitelement 2 prägt daher einerseits der Gasströmung eine Rotations- bzw. Schraubenbewegung auf und dient andererseits zur Abführung der im Bereich der Kamininnenwand 3 angesammelten Flüssigkeit. Hierzu ist das Leitelement konkav in der Form einer Rinne ausgebildet, wie insbesondere in 2 gezeigt ist. Wie bereits erwähnt, sind in Abständen über die Länge des Nasskamins Abführkanäle vorgesehen, die mit dem Leitelement 2 in Kontakt stehen, um die nach unten abgeführte Flüssigkeit aus dem Kamin herauszuführen. Vor diesen Abführkanälen können entsprechende Wehre angeordnet sein, um die abgeführte Flüssigkeit zu stauen. Auch diese Wehre sind in den Figuren nicht dargestellt.
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3 zeigt im vergrößerten Schnitt die Ausbildung des Leitelementes 2 in der Form einer konkaven Rinne.
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Die Breite des Leitelementes 2 ist so bemessen, dass das Leitelement der Gasströmung eine ausreichend große Rotations- bzw. Schraubenbewegung aufprägen kann und ferner seine Funktion als Flüssigkeitsabführelement ausführen kann. Eine zu große Breite ist nicht erwünscht, um keinen zu starken Energieabfall der Gasströmung zu bewirken. Bevorzugte Breitenbereiche sind vorstehend in der Beschreibung angegeben. Entsprechende Überlegungen treffen auf die Steigung des Leitelementes 2 zu. Auch diese sollte so optimiert sein, dass das Leitelement die vorstehend geschilderten beiden Aufgaben erfüllen kann. Bevorzugte Bereiche sind ebenfalls vorstehend wiedergegeben.
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Wesentlich ist, dass der Innenbereich des Nasskamins von Einbauten freigehalten wird, um in Bezug auf den Gasstrom keinen zu starken Energieabfall zu verursachen. Ferner soll durch das Leitelement verhindert werden, dass im Bereich der Kamininnenwand angesammelte Flüssigkeit wieder in die Hauptströmung im Innenbereich gelangt und dort vom Gasstrom mitgerissen wird. Die entsprechende Bemessung des Leitelementes ist nach den im Nasskamin herrschenden Strömungsverhältnissen zu optimieren.
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4 zeigt eine Detailansicht des Nasskamins 1 im Vertikalschnitt. Man erkennt das Leitelement 2, das in der Form einer Rinne ausgebildet ist und ein entsprechendes Wehr 6 mit einem Abflussrohr 4 aufweist, das durch die Kamininnenwand nach außen geführt ist. Ferner befindet sich an der Kamininnenwand 3 eine Filmfalle 5, die als Steg zwischen den einzelnen Leitelementabschnitten ausgebildet ist, der sich vertikal an der Innenwand 3 erstreckt (auch in 1 gezeigt). Die Filmfalle 5 verhindert, dass der sich an der Innenwand ausbildende Flüssigkeitsfilm durch die Rotationsströmung nach oben verschoben wird. Der Film gelangt in die taschenförmig ausgebildete Filmfalle und läuft von dort nach unten in das rinnenförmige Leitelement 2, von dem er über das Abflussrohr 4 abgeführt wird. Im Horizontalschnitt der 5 ist mit dem oberen Pfeil die Ablaufrichtung der Flüssigkeit auf dem Leitelement und mit dem unteren Pfeil die Aufwärtsbewegung der Gasströmung angedeutet. Ferner zeigt 5 ein auf dem Leitelement 2 angeordnetes Wehr 6.
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6 zeigt eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Filmfalle, die hierbei in der Form eines Abflussrohres 10 ausgebildet ist, welches an der Innenwand des Nasskamins angeordnet ist. Das Abflussrohr 10 ist übereinander in mehrere Abflussrohrabschnitte aufgeteilt, die mit Hilfe von Überbrückungselementen (Rohrverengungen) 11 an den Stellen, an denen sie das Leitelement 2 kreuzen, verbunden sind. 7 zeigt eine vergrößerte Ansicht einer derartigen Kreuzungsstelle mit dem Leitelement 2. Die Verbindung zwischen den beiden Abschnitten des Abflussrohres 10 wird von einer Rohrverengung 11 (Überbrückungselement) gebildet, die sich zum unteren Abflussrohrabschnitt hin verengt und seitlich einen Teil der Öffnung des unteren Abflussrohrabschnittes freilässt, so dass die an der Außenkontur des Abflussrohres nach unten strömende Flüssigkeit und die vom Leitelement 2 abgeführte Flüssigkeit in den unteren Abflussohrabschnitt einfließen können.
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8 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Ausführungsform der 7.
