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Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsabscheider nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei dem bekannten Flüssigkeitsabscheider handelt es sich um einen sogenannten Koaleszenzabscheider, der insbesondere zur Trennung einer Leichtflüssigkeit, wie Benzin, Fett oder Öl, und einer Schwerflüssigkeit, wie Wasser, verwendet wird. Die Wirkung eines Koaleszenzabscheiders beruht auf dem Prinzip der Koaleszenz, d. h. dem Zusammenfließen von kleinen Tröpfchen der Leichtflüssigkeit zu großen Tropfen. Die Leichtflüssigkeitstropfen schwimmen nach dem Schwerkraftprinzip auf und können nachfolgend abgetrennt werden. Zur Erzielung einer zufriedenstellenden Reinigungsleistung ist nach dem Stand der Technik im Bereich des Ablaufrohrs ein Koaleszenzmaterial vorgesehen, welches meist aus einem flüssigkeitsdurchlässigen Kunststoffvlies hergestellt ist. In der Praxis setzen derartige Koaleszenzmaterialien mit der Zeit zu und müssen gereinigt oder ausgetauscht werden. Zugesetzte Koaleszenzmaterialien müssen aufwendig entsorgt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Flüssigkeitsabscheider mit verbesserter Abscheideeffizienz angegeben werden. Nach einem weiteren Ziel der Erfindung soll die verbesserte Abscheideeffizienz auch ohne Einsatz eines Koaleszenzmaterials ermöglicht werden.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 14.
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Nach Maßgabe der Erfindung ist vorgesehen, dass die Strömungsumlenkeinrichtung so ausgebildet ist, dass eine aus der Zulauföffnung austretende Strömung im Wesentlichen in Richtung hin zur nächstliegenden Behälterseitenwand sowie zur Behälterdecke abgelenkt wird.
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Indem erfindungsgemäß mittels der Strömungsumlenkeinrichtung die Strömung im Wesentlichen in Richtung hin zur nächstliegenden Behälterseitenwand sowie zur Behälterdecke abgelenkt wird, wird die Ausbildung einer direkten Strömung von der Zulauföffnung zu einer Ablauföffnung des Ablaufrohrs vermieden. D. h. die Strömung wird im Wesentlichen gegen diejenige Behälterseitenwand gerichtet, welche am Weitesten von der Ablauföffnung entfernt ist. Abgesehen davon wird ein Teil der Strömung in Richtung der Behälterdecke abgelenkt. Infolgedessen bildet das durch die Zulauföffnung zugeführte Gemisch im Behälter zunächst eine Schicht aus, welche sich vertikal entlang der der Strömungsumlenkeinrichtung nächstliegenden Behälterseitenwand erstreckt. Diese Schicht wandert bedingt durch einen nachfolgenden Zulauf weiteren Gemischs langsam in Richtung des Ablaufrohrs, welches üblicherweise in der Nähe einer der nächstliegenden Behälterseitenwand gegenüberliegenden entfernt liegenden Behälterseitenwand angebracht ist. Auf diese Weise hat das Gemisch eine besonders lange Verweildauer innerhalb des Behälters. Wegen der vertikalen Schichtung des Gemischs und der langen Verweildauer kann eine besonders effiziente Koaleszenz erreicht werden. Bei einer Verwendung der vorgeschlagenen Strömungsumlenkeinrichtung in Kombination mit herkömmlichen Flüssigkeitsabscheidern kann auf den Einsatz eines Koaleszenzmaterials verzichtet und gleichzeitig eine erheblich verbesserte Reinigungsleistung von weniger als 5,0 mg/l erreicht werden.
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In Abkehr vom Stand der Technik wird mit der erfindungsgemäßen Strömungsumlenkeinrichtung vermieden, dass sich sogleich nach dem Eintritt des Gemischs im Behälter eine horizontale Strömung in Richtung des Ablaufrohrs ausbildet. Das durch die Zulauföffnung in den Behälter eintretende Gemisch wird mittels der Strömungsumlenkeinrichtung "im Wesentlichen in Richtung hin zur nächstliegenden Behälterseitenwand sowie zur Behälterdecke abgelenkt". Darunter wird im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden, dass zumindest 70 Vol.%, vorzugsweise zumindest 80 Vol.%, eines auf die Strömungsumlenkeinrichtung geleiteten Gemischs so abgelenkt wird, dass dieses innerhalb eines Zeitfensters von 10 Sekunden nach Verlassen der Strömungsumlenkeinrichtung sich im Bereich der nächstliegenden Behälterseitenwand befindet. Durch die erfindungsgemäße Strömungsumlenkeinrichtung wird insbesondere die Ausbildung einer sogenannten "Kurzschlussströmung" vermieden, d. h. einer im Wesentlichen horizontal gerichteten Strömung, welche direkt von der Zulauföffnung zur Ablauföffnung gerichtet ist.
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Der vorgeschlagene Flüssigkeitsabscheider eignet sich zur Trennung einer Leichtflüssigkeit von einer Schwerflüssigkeit, insbesondere zur Trennung lipophober Flüssigkeiten von lipophilen Flüssigkeiten, z. B. zur Trennung von Öl und Wasser.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen der Strömungsumlenkeinrichtung und der nächstliegenden Behälterseitenwand ein Spalt mit einer Spaltbreite im Bereich von höchstens dem 4-Fachen eines mittleren Durchmessers des Zulaufrohrs gebildet. Das Vorsehen des vorgeschlagenen Spalts ermöglicht ein Abführen von Schlamm hin zum Behälterboden. Das erhöht weiter die Effizienz des vorgeschlagenen Flüssigkeitsabscheiders.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung weist das Zulaufrohr einen die Zulauföffnung umfassenden Zulaufrohrabschnitt auf, dessen durch die Zulauföffnung sich erstreckende Achse etwa parallel zur nächstliegenden Behälterseitenwand verläuft. Üblicherweise erstreckt sich die Achse des Zulaufrohrabschnitts in eine Richtung senkrecht zum Behälterboden. In diesem Fall steht die nächstliegende Behälterseitenwand ebenfalls senkrecht auf dem Behälterboden.
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Vorteilhafterweise weist die Strömungsumlenkeinrichtung eine gegenüberliegend der Zulauföffnung angeordnete Prallplatte auf, welche eine der nächstliegenden Behälterseitenwand zugewandte freie Kante aufweist und von deren weiteren Kanten sich zumindest abschnittsweise Seitenwände in Richtung der Behälterdecke erstrecken. An der "freien Kante" befindet sich keine durchgehende Seitenwand, welche der Ausbildung einer horizontalen Strömung in Richtung der nächstliegenden Behälterseitenwand entgegenwirkt. Die an den weiteren Kanten der Prallplatte vorgesehenen Seitenwände wirken dagegen der Ausbildung einer horizontalen Strömung entgegen. Sie bewirken eine Ablenkung der Strömung in Richtung der Behälterdecke. Die Seitenwände können auch nur entlang bestimmter Abschnitte der weiteren Kanten ausgebildet sein.
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Die Achse des Zulaufrohrabschnitts kann mit der Prallplatte einen ersten Winkel von 90° bilden. In diesem Fall verläuft der Zulaufrohrabschnitt also senkrecht zur Prallplatte. Es kann aber auch sein, dass die Achse des Zulaufrohrabschnitts mit der Prallplatte einen Winkel von mehr als 90° bis 135° bildet. In diesem Fall steht die Prallplatte schräg zur Achse des Zulaufrohrabschnitts. Die Prallplatte fällt bei dieser Ausgestaltung vorteilhafterweise in Richtung der nächstliegenden Behälterseitenwand zum Behälterboden hin ab. Infolgedessen gleitet vorteilhafterweise Schlamm von der Prallplatte in Richtung der nächstliegenden Behälterseitenwand und fällt dann auf den Behälterboden.
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Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, dass zwei einander gegenüberliegende erste Seitenwände mit der Prallplatte jeweils einen Winkel von 90° bis 170° bilden. D. h. die ersten Seitenwände können bezüglich der Prallplatte nach außen geneigt sein. In ähnlicher Weise kann eine die beiden ersten Seitenwände verbindende zweite Seitenwand mit der Prallplatte einen dritten Winkel von 90° bis 120° bilden. Die dritte Seitenwand liegt üblicherweise der nächstliegenden Behälterseitenwand gegenüber. Sie wirkt insbesondere der Ausbildung einer Kurzschlussströmung entgegen. Auch die zweite Seitenwand kann bezüglich der Prallplatte schräg nach außen geneigt sein und damit zur Ausbildung einer vertikalen Strömung in Richtung der Behälterdecke beitragen.
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Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist eine erste Höhe der ersten Seitenwände kleiner als eine zweite Höhe der zweiten Seitenwand. Damit wird in besonders effektiver Weise der Ausbildung einer Kurzschlussströmung entgegengewirkt.
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Die Strömungsumlenkeinrichtung kann auch aus einer gegenüberliegend der Zulauföffnung aus einer sich ausschließlich in Richtung der nächstliegenden Behälterseitenwand hin öffnenden Rinne gebildet sein. Die Rinne ist in eine Richtung zur entfernt liegenden Behälterseitenwand hin geschlossen. Ein Öffnungsquerschnitt der Rinne kann sich in Richtung hin zur nächstliegenden Behälterseitenwand vergrößern. Die Rinne kann einen U- oder V-förmigen Querschnitt aufweisen.
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Vorteilhafterweise ist die Strömungsumlenkeinrichtung zur Behälterdecke hin offen ausgebildet. D. h. insbesondere beim Vorsehen der vorgeschlagenen ersten und zweiten Seitenwände kann auf das Vorsehen weiterer Strömungsleitmittel zum Leiten der Strömung in Richtung der nächstliegenden Behälterseitenwand und/oder in Richtung der Behälterdecke verzichtet werden. Derartige weitere Strömungsleitmittel können in einem Bereich zwischen der Behälterdecke und der Prallplatte oberhalb der Prallplatte angeordnet sein. Es kann sich dabei um eines oder mehrere Bleche handeln, mit denen die von der Prallplatte in Richtung der Behälterdecke umgelenkte Strömung in Richtung der Behälterdecke und/oder in Richtung der nächstliegenden Behälterseitenwand abgelenkt wird.
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Die Prallplatte und/oder die ersten Seitenwände können Durchbrüche aufweisen. Die Durchbrüche tragen wiederum zur Ausbildung einer vertikalen Schicht des dem Behälter zugeführten Gemischs im Bereich der nächstliegenden Behälterseitenwand bei.
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Die Prallplatte kann eben ausgebildet sein. Sie kann aber auch andersartig gestaltet sein. Beispielsweise ist es möglich, dass die Prallplatte bezüglich des Zulaufrohrabschnitts rinnenartig gekrümmt ist. In diesem Fall kann bei einer geeigneten Ausgestaltung der Prallplatte auch auf das Vorsehen der ersten und/oder zweiten Seitenwände verzichtet werden. – Auch die zweiten Seitenwand kann bezüglich des Zulaufrohrabschnitts rinnenartig gekrümmt sein. Auch damit wird eine Umlenkung der Strömung in Richtung hin zur nächstliegenden Behälterseitenwand unterstützt.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 Eine schematische Schnittansicht durch einen Flüssigkeitsabscheider,
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2 eine Detailansicht der Strömungsumlenkeinrichtung gemäß 1,
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3 eine Draufsicht gemäß 1,
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4 eine Seitenansicht gemäß 2,
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5 eine perspektivische Ansicht gemäß den 2 bis 4,
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6 eine erste Seitenansicht einer weiteren Strömungsumlenkeinrichtung,
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7 eine zweite Seitenansicht der weiteren Strömungsumlenkeinrichtung gemäß 6,
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8 eine Draufsicht auf die weitere Strömungsumlenkeinrichtung gemäß 6 und
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9 eine perspektivische Ansicht gemäß den 6 bis 8.
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Der in 1 schematisch gezeigte Flüssigkeitsabscheider umfasst einen allgemein mit dem Bezugszeichen 1 bezeichneten Behälter mit einem Behälterboden 2 und einer Behälterdecke 3. Ein Zulaufrohr 4 durchdringt eine nächstliegende Behälterseitenwand 5. Das Zulaufrohr 4 weist einen Zulaufrohrabschnitt 6 auf, welcher als Tauchrohr ausgebildet ist und eine Zulauföffnung 7 umfasst. Mit dem Bezugszeichen 8 ist allgemein ein gegenüberliegend der Zulauföffnung 7 angebrachte Strömungsumlenkeinrichtung bezeichnet.
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Gegenüber der nächstliegenden Behälterseitenwand 5 ist eine entfernte Behälterseitenwand 9 angeordnet. Ein Abstand zwischen der Strömungsumlenkeinrichtung 8 und der nächstliegenden Behälterseitenwand 5 ist erheblich kleiner als ein weiterer Abstand zwischen der Strömungsumlenkeinrichtung 8 und der entfernten Behälterseitenwand 9. Mit dem Bezugszeichen 10 ist ein Ablaufrohr zum Abführen einer Schwerflüssigkeit SF bezeichnet. Auf der Schwerflüssigkeit SF schwimmt eine Leichtflüssigkeit LF. Mit dem Bezugszeichen S ist ein Sediment bezeichnet, welches auf dem Behälterboden 2 abgelagert ist. Eine Vorrichtung zum Abziehen der Leichtflüssigkeit LF ist hier nicht gezeigt.
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Die Funktion des Flüssigkeitsabscheiders gemäß 1 ist etwa wie folgt:
Ein aus Schwerflüssigkeit SF und Leichtflüssigkeit LF gebildetes Gemisch G wird durch das Zulaufrohr 4 dem Behälter 1 zugeführt. Das Gemisch G tritt aus der Zulauföffnung 7 aus und wird durch die Strömungsumlenkeinrichtung 8 in die durch die ersten Pfeile p kenntlich gemachten Richtungen umgelenkt, d. h. in Richtung der nächstliegenden Behälterseitenwand 5 sowie in Richtung der Behälterdecke 3. Sofern die Strömungsumlenkeinrichtung 8 – wie in 1 gezeigt – in einem Abstand von der nächstliegenden Behälterseitenwand 5 angeordnet ist, wird die Strömung auch in Richtung des Behälterbodens 2 umgelenkt. Durch die Wirkung der Strömungsumlenkeinrichtung 8 bildet das in dem Behälter 1 zugeführte Gemisch G eine vertikal verlaufende Schicht aus, welche zunächst an die nächstliegende Behälterseitenwand 5 grenzt. Eine Grenze S1 der im Wesentlichen vertikal ausgebildeten Schicht wandert mit fortschreitender Beschickung des Behälters 1 mit dem Gemisch G in Richtung des Ablaufrohrs 10. Das Fortschreiten der etwa parallel zur nächstliegenden Behälterseitenwand 5 verlaufenden Schichtgrenze S1 in Richtung des Ablaufrohrs 10 ist durch die weiteren Schichtgrenzen S2, S3, S4 sowie die zweiten Pfeile P kenntlich gemacht, welche die Bewegungsrichtung der Schicht wiedergeben.
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Wegen der zunächst vertikalen Ausbildung der Schicht bedingt durch die Strömungsumlenkeinrichtung 8 und der dadurch bedingten langsamen Fortbewegung der Schicht in Richtung des Ablaufrohrs 10 weist das jeweils zugeführte Gemisch G eine besonders hohe Verweildauer im Behälter 1 auf. Infolgedessen kommt es zu einer sehr weitgehenden Abscheidung der Leichtflüssigkeit LF von der Schwerflüssigkeit SF, so dass Abscheidewerte von weniger als 5,0 mg/l ohne die Verwendung von Koaleszenzmaterialien erzielt werden können.
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Die 2 bis 5 zeigen im Detail die Strömungsumlenkeinrichtung 8. Die Strömungsumlenkeinrichtung 8 umfasst eine Prallplatte 11, welche in einem vorgegebenen Abstand von der Zulauföffnung 7 angeordnet ist. Der vorgegebene Abstand kann 20 mm bis 600 mm betragen. Eine Achse A des Zulaufrohrabschnitts 6 bildet mit der Prallplatte 11 einen ersten Winkel α von etwa 90°. Von der Prallplatte 11 erstrecken sich zwei einander gegenüberliegende erste Seitenwände 12. Die ersten Seitenwände 12 bilden mit der Prallplatte 11 einen zweiten Winkel β von etwa 90° bis 170°. Die ersten Seitenwände 12 sind mittels einer zweiten Seitenwand 13 miteinander verbunden, welche mit der Prallplatte 11 einen dritten Winkel γ von etwa 90° bildet. Die zweite Seitenwand 13 ist zwischen einem Endabschnitt des Zulaufrohrabschnitts 6 und dem Ablaufrohr 10 angeordnet. Die Prallplatte 11 weist eine freie Kante 14 auf, welche einen Spalt mit einer Spaltbreite Sp zwischen der Strömungsumlenkeinrichtung 8 und der nächstliegenden Behälterseitenwand 5 begrenzt. Die Spaltbreite Sp beträgt höchstens das 4-Fache eines mittleren Durchmessers D des Zulaufrohrabschnitts 6. Von der freien Kante 14 kann sich auch ein Strömungsleitblech 14a erstrecken, welches in der 2 mit einer unterbrochenen Linie angedeutet ist. Das Strömungsleitblech 14a bildet mit einer der Zulauföffnung 7 zugewandten Oberseite der Prallplatte 11 einen vierten Winkel δ, welcher im Bereich von 120° bis 170° liegt. Das Strömungsleitblech 14a erstreckt sich zweckmäßigerweise lediglich über Abschnitte der freien Kante 14.
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Weitere freie Kanten 15 der ersten Seitenwände 12 bilden – bei Draufsicht auf die Prallplatte 11 – mit der freien Kante 14 der Prallplatte 11 einen fünften Winkel ε, welcher beispielsweise 0° bis 45° betragen kann.
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Die ersten Seitenwände 12 weisen eine erste Höhe H1 und die zweite Seitenwand 13 eine zweite Höhe H2 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht die erste Höhe H1 der zweiten Höhe H2. Es kann aber auch sein, dass die zweite Höhe H2 größer als die erste Höhe H1 ist.
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Insbesondere die ersten Seitenwände 12 können auch aus mehreren Segmenten gebildet sein, welche bezüglich der Prallplatte 11 einen unterschiedlichen Neigungswinkel aufweisen. Eine derartige Ausgestaltung der ersten Seitenwände 12 ist mit dem Bezugszeichen 12' in 4 gezeigt.
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In der Prallplatte 11, den ersten Seitenwänden 12 und/oder im Zulaufrohrabschnitt 6 können Durchbrüche 16 vorgesehen sein, welche eine unterschiedliche Geometrie aufweisen können. Die Durchbrüche 16 können rund, oval oder rechteckig sein. Auch Kombinationen derartiger Durchbrüche 16 sind denkbar.
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Wie insbesondere aus 3 ersichtlich ist, ist eine weitere Breite B der Prallplatte 11 größer als der mittlere Durchmesser D des Zulaufrohrabschnitts 6. Zweckmäßigerweise gilt insoweit die folgende Beziehung: B = n1 × D, wobei n1 einen Wert zwischen 1 und 5 annehmen kann. Vorzugsweise liegt der Faktor n1 im Bereich von 2 bis 4.
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In 4 ist mit dem Bezugszeichen H3 eine dritte Höhe bezeichnet, welche dem Abstand zwischen der Zulauföffnung 7 und der Prallplatte 11 entspricht. Für die dritte Höhe H3 gilt vorteilhafterweise die folgende Beziehung: H3 = n2 × D, wobei n2 einen Wert zwischen 0,3 und 3,0 annehmen kann.
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Der mittlere Durchmesser D beträgt vorteilhafterweise 100 mm bis 400 mm.
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Zur Ausbildung der oben genannten vertikalen Schicht können auch weitere Strömungsleitelemente, beispielsweise dachartige Strömungsleitelemente 17, auf der Prallplatte 11 angeordnet sein.
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Wie es in den 6 bis 9 gezeigt ist, können am Zulaufrohrabschnitt 6 vertikale Strömungsleitplatten 18 angebracht sein. Ferner kann eine im Wesentlichen vertikal verlaufende Strömungsleitwand 19 vorgesehen sein, von der sich in Richtung zur nächstliegenden Behälterseitendwand 5 weitere vertikale Strömungsleitwände 20 erstrecken. Die vertikale Strömungsleitwand 19 kann beispielsweise über eine der vertikalen Strömungsleitplatten 18 an den Zulaufrohrabschnitt 6 angebracht sein. Die vertikale Strömungsleitwand 19 verläuft etwa parallel zur nächstliegenden Behälterseitenwand 5. Die weiteren vertikalen Strömungsleitwände 20 erstrecken sich etwa senkrecht von der vertikalen Strömungsleitwand 19. Die in den 6 bis 9 gezeigten Strömungsleitelemente dienen dem Aufbau der oben beschriebenen vertikalen Schicht des zugeführten Gemischs.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Behälter
- 2
- Behälterboden
- 3
- Behälterdecke
- 4
- Zulaufrohr
- 5
- nächstliegende Behälterseitenwand
- 6
- Zulaufrohrabschnitt
- 7
- Zulauföffnung
- 8
- Strömungsumlenkeinrichtung
- 9
- entfernte Behälterseitenwand
- 10
- Ablaufrohr
- 11
- Prallplatte
- 12
- erste Seitenwand
- 12'
- weitere erste Seitenwand
- 13
- zweite Seitenwand
- 14
- erste freie Kante
- 14a
- Strömungsleitblech
- 15
- zweite freie Kante
- 16
- Durchbruch
- 17
- weiteres Strömungsleitelement
- 18
- Strömungsleitplatte
- 19
- vertikale Strömungsleitwand
- 20
- weitere vertikale Strömungsleitwand
- A
- Achse
- B
- Breite
- D
- mittlerer Durchmesser
- G
- Gemisch
- H1
- erste Höhe
- H2
- zweite Höhe
- H3
- dritte Höhe
- LF
- Leichtflüssigkeit
- p
- Strömungsrichtung des Gemischs
- P
- Bewegungsrichtung der Schicht
- S
- Sediment
- SF
- Schwerflüssigkeit
- Sp
- Spaltbreite
- α
- erster Winkel
- β
- zweiter Winkel
- γ
- dritter Winkel
- δ
- vierter Winkel
- ε
- fünfter Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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