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Die Erfindung betrifft eine Trennvorrichtung, beispielsweise in Form eines sogenannten Zyklons. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Detektieren einer Stoffansammlung in einer solchen Trennvorrichtung.
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Zu den wesentlichen Teilen von Anlagen der Grundstoffindustrie gehören Trennvorrichtungen, die beispielsweise in Form von statischen oder dynamischen Sichtern oder auch in Form von Zyklonen ausgebildet sein können. Während in Sichtern primär eine Klassierung von Feststoffen unterschiedlicher Korngrößen erfolgt, dienen Zyklone in der Regel der Abscheidung von Feststoffen (insbesondere kleiner Korngrößen, d.h. von Staub) aus einer Gasströmung. In Anlagen der Grundstoffindustrie kommen Zyklone beispielsweise als Abscheide- und Vorwärmerzyklone zum Einsatz.
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Zur Abscheidung von Feststoffen aus einer Gasströmung in einem Zyklon wird die Feststoff-Gas-Mischungsströmung in Rotation versetzt und die unterschiedlichen Trägheiten der Gasströmung einerseits und der Feststoffe andererseits ausgenutzt, um diese voneinander zu trennen. Dazu ist ein Auslass für die Gasströmung derart angeordnet, dass die Feststoffe trägheitsbedingt der Gasströmung nicht in diesen Auslass folgen können. Die Feststoffe fallen vielmehr nach ihrer Separierung aus der Mischungsströmung schwerkraftbedingt nach unten und werden über einen weiteren Auslass abgeführt. Dabei ist der Innenraum eines Zyklons in der Regel derart ausgebildet, dass dieser sich in Richtung dieses Auslasses für die Feststoffe verjüngt, um einen möglichst vollständigen Austrag zu gwährleisten.
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Ablagerungen von Feststoffen im Bereich des dazugehörigen Auslasses können zu einer Zyklonverstopfung und damit zu einem Stillstand der den Zyklon integrierenden Anlage führen. Um dies zu vermeiden werden Zyklone zumindest in Anlagen der Grundstoffindustrie regelmäßig hinsichtlich einer möglichen Verstopfung des Feststoffauslasses überwacht. Dies kann mittels einer radiometrischen Messvorrichtung erfolgen, bei der das Gehäuse eines Zyklons im Bereich des Feststoffauslasses mit Gammastrahlen durchstrahlt wird. Dabei wird ein Signal ausgegeben, wenn die von der Gammastrahlungsquelle emittierte und von einem Empfänger empfangene Gammastrahlung einen definierten Grenzwert unterschreitet. Die für eine solche radiometrische Messvorrichtung erforderliche radioaktive Gammastrahlungsquelle führt zu erheblichen Sicherheitsauflagen für den Betrieb der Trennvorrichtung.
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Eine Überwachung eines Zyklons auf eine sich entwickelnde Verstopfung im Bereich des Feststoffauslasses kann auch mittels einer Druck- oder Differenzdruckmessung erfolgen. Die dafür einsetzbaren Messvorrichtungen sind jedoch bislang relativ wartungsintensiv. Ferner detektieren diese Messeinrichtungen keine Anbackungen oder Wechten.
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Die
DE 10 2012 003 948 A1 offenbart ein nach dem Radarprinzip arbeitendes Füllstandmesssystem für einen ein Medium aufnehmenden Behälter, in dessen Behälterwand ein für Mikrowellenstrahlung zumindest teilweise transparentes, sogenanntes Mikrowellenfenster integriert ist. Das Füllstandmesssystem umfasst eine außerhalb des Behälters angeordneten Strahlungsquelle, von der Mikrowellenstrahlung durch das Mikrowellenfenster in den Behälter ausgesandt wird, um den Füllstand des Mediums innerhalb des Behälters zu ermitteln.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhafte Möglichkeit zum Detektieren einer Stoffansammlung in einem Auslass einer Trennvorrichtung anzugeben.
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Diese Aufgabe wird mittels einer Trennvorrichtung gemäß dem Patentanspruch 1 sowie mittels eines Verfahrens gemäß dem Patentanspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung sowie bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
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Eine Trennvorrichtung mit einem Gehäuse, das einen Einlass für einen Stoffmischungstrom, einen ersten Auslass für einen ersten Teilstrom des Stoffmischungstroms und einen zweiten Auslass für einen zweiten Teilstrom des Stoffmischungstroms ausbildet, ist erfindungsgemäß durch eine Radarvorrichtung gekennzeichnet, die derart ausgebildet und angeordnet ist, dass mittels dieser elektromagnetische Strahlung durch einen von dem Gehäuse ausgebildeten Innenraum in Richtung des ersten Auslasses aussendbar und als reflektierte Strahlung wieder empfangbar ist. Eine solche Trennvorrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise, eine Stoffansammlung im Bereich des ersten Auslasses zu detektieren. Dadurch können rechtzeitig Gegenmaßnahmen ergriffen werden, durch die eine Verstopfung der Trennvorrichtung im Bereich des ersten Auslasses vermieden werden kann.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Detektieren einer Stoffansammlung in einem ersten Auslass einer Trennvorrichtung, die ein einen Innenraum ausbildendes Gehäuse umfasst, in den über einen Einlass ein Stoffmischungstrom eingebracht und aus dem ein erster Teilstrom des Stoffmischungstroms über den ersten Auslass und ein zweiter Teilstrom des Stoffmischungstroms über einen zweiten Auslass ausgebracht wird, ist demnach dadurch gekennzeichnet, dass eine Stoffansammlung durch ein Auswerten von elektromagnetischer Strahlung, die von einer Radarvorrichtung der Trennvorrichtung in Richtung des ersten Auslasses ausgesendet und als reflektierte Strahlung wieder empfangen wurde, detektiert und analysiert wird. Bei der Analyse kann insbesondere ein Vergleich eines Werts der reflektierten Strahlung mit einem Referenzwert für die reflektierte Strahlung, der beispielsweise im Neu- oder Leerzustand der Trennvorrichtung ermittelt worden sein kann, vorgesehen sein, um aus einer Differenz dieser Werte auf eine Stoffansammlung oder einen Größenwert einer solchen Stoffansammlung zu schließen. Dabei kann in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens auch vorgesehen sein, dass durch den Vergleich mit einer Referenzmessung nicht nur die Anwesenheit einer Stoffansammlung in dem ersten Auslass detektiert sondern auch zumindest eine Schichtdicke dieser Stoffansammlung, beispielsweise eine gemittelte Schichtdicke über dem von der elektromagnetischen Strahlung erfassten Bereich, gemessen wird. Sofern dann noch mehrere zeitlich versetzte Messungen vorgenommen werden, kann daraus auch eine zeitliche Veränderung der Schichtdicke ermittelt werden. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Anwachsen der Stoffansammlung beobachtet und erst beim Erreichen eines kritischen Werts für diese Stoffansammlung eine Gegenmaßnahme eingeleitet werden. Desweiteren kann die sehr langsame Veränderung der gemessenen Schichtdiche auf eine mögliche Wechte hinweisen.
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Durch eine geeignete Analyse, beispielsweise durch einen Vergleich einer Langzeitdetektion mit einer Kurzzeitdetektion, kann die detektierte Stoffansammlung auch in einen statischen Teil, der von Anhaftungen an der Innenseite des Gehäuses gebildet sein kann, sowie einen dynamischen Teil, der von dem über den ersten Auslass abzuführenden ersten Teilstrom des Stoffmischungstroms gebildet sein kann, unterschieden werden. Auf diese Weise kann nur die insbesondere zu Verstopfungen führenden Anhaftungen möglichst genau detektiert werden. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäß vorgesehenen Verwendung einer Radarvorrichtung zum Detektieren einer Stoffansammlung in einem Auslass einer Trennvorrichtung liegt in der dabei eingesetzten, im Wesentlichen ungefährlichen elektromagnetischen Strahlung, so dass für den Betrieb der Trennvorrichtung keine zusätzlichen Sicherheitsauflagen erforderlich sind. Weiterhin sind geeignete Radarvorrichtung kostengünstig erhältlich und diese können auch mit einem geringen Wartungsaufwand dauerhaft betrieben werden.
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Eine Radarvorrichtung für eine erfindungsgemäße Trennvorrichtung umfasst zumindest eine Strahlungsquelle für die elektromagnetische Strahlung sowie zumindest einen Empfänger, durch den zumindest ein Teil der zuvor ausgesandten elektromagnetischen Strahlung nach einer Reflexion an einem Abschnitt der Gehäuseinnenseite wieder empfangen werden kann. Weiterhin kann die Radarvorrichtung auch eine Auswertungsvorrichtung umfassen, die einer Auswertung der empfangenen elektromagnetischen Strahlung dient und auf diese Weise die Detektion einer Stoffansammlung in dem ersten Auslass ermöglichen kann. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Strahlungsquelle(n) und/oder der/die Empfänger und/oder die Auswertungsvorrichtung in eine (diesselbe) Baueinheit integriert sind. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, einzelne oder alle dieser Komponenten voneinander separiert auszubilden und gegebenenfalls auch räumlich getrennt voneinander zu positionieren, was unter Berücksichtigung der konkreten Form der die Reflexion bewirkenden Flächen des Gehäuses einer vorteilhaften Positionierung der Radarvorrichtung, insbesondere des Senders und des Empfängers davon, dienlich sein kann.
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Die elektromagnetische Strahlung kann vorzugsweise eine Frequenz aufweisen, die innerhalb eines Bereichs liegt, der Megahertz-, Gigahertz-und/oder Terahertz-Frequenzen umfasst.
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Vorteilhaft eignet sich die erfindungsgemäße Maßnahme zur Detektion einer Stoffansammlung in einem Auslass bei einer Trennvorrichtung, die zur Trennung (mindestens) eines Feststoffs und (mindestens) eines Gases dient. Dementsprechend kann die erfindungsgemäße Trennvorrichtung ein Gehäuse aufweisen, das einen Einlass für einen Feststoff-Gas-Mischungsstrom, einen ersten Auslass, der dem Abführen eines aus dem Mischungsstrom separierten Feststoff(strom)s dient, sowie einen zweiten Auslass, der dem Abführen des von dem Feststoff zumindest teilweise befreiten Gasstroms dient. Insbesondere bei einer solchen Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Trennvorrichtung kann zudem vorgesehen sein, dass das Gehäuse einen ausgehend von dem Einlass und/oder dem zweiten Auslass sich in Richtung des ersten Auslasses verjüngenden Innenraum ausbildet, wodurch ein Abführen des aus dem Mischungsstrom separierten Feststoff(strom)s positiv beeinflusst werden kann. Ebenso kann vorgesehen sein, dass der Einlass derart ausgerichtet ist, dass der Stoffmischungstrom beziehungsweise Feststoff-Gas-Mischungstrom dezentral bezüglich einer Längsachse des in zumindest einem Abschnitt rotationsymmetrisch ausgebildeten Innenraums des Gehäuses in diesen einströmt. Auch kann der erste Auslass und/oder der zweite Auslass derart ausgerichtet sind, dass der dazugehörige Teilstrom in Richtung einer Längsachse des rotationsymmetrischen Innenraums des Gehäuses aus diesem abströmt. Diese konstruktiven Maßnahmen können insbesondere die trennende Wirkung der Trennvorrichtung positiv beeinflussen.
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Die Trennvorrichtung kann folglich insbesondere in Form eines sogenannten Zyklons, wie er weiterhin bevorzugt in einer Anlage der Grundstoffindustrie, insbesondere als Abscheide-und/oder Vorwärmerzyklon, zum Einsatz kommen kann, ausgebildet sein. Dabei kann weiterhin bevorzugt vorgesehen sein, dass mittels der Radarvorrichtung beziehungsweise der von dieser ausgesandten und wieder empfangen elektromagnetischen Strahlung derjenige (erste) Auslass der Trennvorrichtung überwacht wird, der dem Abführen des aus dem Gasstrom separierten Feststoff(strom)s dient.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Radarvorrichtung teilweise oder vollständig außerhalb des Innenraums des Gehäuses angeordnet ist. Dadurch kann diese vor einer Beaufschlagung mit dem Stoffmischungstrom oder dem oder den Teilströmen geschützt werden. Weiterhin kann dadurch vermieden werden, dass die Radarvorrichtung das Raumangebot in dem Innenraum des Gehäuses beschränkt und/oder das Strömungsverhalten des Stoffmischungstroms oder eines oder mehrerer der Teilströme beeinflusst.
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Um sicherzustellen, dass mittels einer außerhalb des Innenraums des Gehäuses angeordneten Radarvorrichtung eine Überwachung des ersten Auslasses möglich ist, kann vorgesehen sein, das Gehäuse vollständig aus einem zumindest teilweise für die konkrete elektromagnetische Strahlung transparenten Material auszubilden. Dies kann sich jedoch negativ auf die Kosten und/oder auf die strukturellen Eigenschaften des Gehäuses auswirken. Daher kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Radarvorrichtung derart angeordnet ist, dass die ausgesandte und reflektierte elektromagnetische Strahlung durch (mindestens) einen für diese elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise transparenten, nachfolgend als strahlungstransparent bezeichneten Wandabschnitt hindurchtritt. Dabei kann dieser Wandabschnitt beispielsweise aus zumindest einem der in der
DE 10 2012 003 948 A1 angegebenen Materialien, beispielsweise aus einem Glas oder einer Keramik (z.B. Meta-, Quarz- oder Bohrsilikatglas) oder aus einem Kunststoff, wie beispielsweise Polypropylen, Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Polietheretherketon (PEEK), ausgebildet sein. Dies kann insbesondere ermöglichen, das Gehäuse mit Ausnahme dieses mindestens einen Wandabschnitts aus einem Metall, wie beispielsweise Stahl, auszubilden, wodurch die Trennvorrichtung kostengünstig mit einem stabilen Gehäuse versehen werden kann.
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Möglich ist aber auch, dass die von der Radarvorrichtung ausgesandte und von dieser wieder empfangene reflektierte elektromagnetische Strahlung durch eine Öffnung des Gehäuses hindurchtritt, so dass gegebenenfalls auf eine relativ teuere Ausgestaltung zumindest eines Wandabschnitts des Gehäuses aus einem strahlungstransparenten Material verzichtet werden kann.
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Um eine Stoffansammlung im Bereich des Übergangs des strahlungstransparenten Wandabschnitt in einen angrenzenden (nicht oder zumindest weniger strahlungstransparenten) Wandabschnitt des Gehäuses zu vermeiden, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass dieser Übergang zumindest innenseitig des Gehäuses absatzlos ausgebildet ist.
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Erfindungsgemäß kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die von der Radarvorrichtung ausgesandte elektromagnetische Strahlung zumindest den ersten Auslass (d.h. die Auslassöffnung) erfasst, wodurch eine Stoffansammlung innerhalb des ersten Auslasses detektiert werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass von der von der Radarvorrichtung ausgesandten elektromagnetischen Strahlung ein den ersten Auslass begrenzender Innenwandabschnitt des Gehäuses erfasst wird, wodurch eine Stoffansammlung, die insbesondere als Anhaftungen auf diesem Innenwandabschnitt vorliegen können, detektiert werden können.
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Die unbestimmten Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und in der die Patentansprüche allgemein erläuternden Beschreibung, sind als solche und nicht als Zahlwörter zu verstehen. Entsprechend damit konkretisierte Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und mehrfach vorhanden sein können.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt in schematischer
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Darstellung:
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1: eine erfindungsgemäße Trennvorrichtung in Form eines Zyklons in einer Seitenansicht.
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Die in der Zeichnung in der für den Betrieb vorgesehenen Ausrichtung dargestellte, als Zyklon ausgebildete Trennvorrichtung umfasst ein Gehäuse 1, das einen Einlass 2 für einen Stoffmischungstrom, konkret einen Feststoff-Gas-Mischungstrom 7 ausbildet, der an dem oberen Ende des Gehäuses 1 in tangentialer Ausrichtung in einen von dem Gehäuse 1 ausgebildeten, rotationsymmetrischen Innenraum 8 mündet. Weiterhin bildet das Gehäuse einen ersten Auslass 3 auf, der dem Abführen eines ersten Teilstroms des Stoffmischungstroms, konkret dem aus dem Feststoff-Gas-Mischungstrom separierten Feststoffstrom 4 dient. Ein ebenfalls von dem Gehäuse 1 ausgebildeter zweiter Auslass 5 dient dem Abführen des von dem Feststoff 17 befreiten Gasstroms 6.
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Der erste Auslass 3 sowie der zweite Auslass 5 sind bezüglich einer Längsachse 9 des Gehäuses 1 im Wesentlichen koaxial ausgerichtet, wobei der von einem Mantelteil 10 des Gehäuses 1 ausgebildete erste Auslass 3 unterhalb des von einem Auslassrohr 11 ausgebildeten zweiten Auslasses 5 angeordnet ist. Dieses Auslassrohr 11 ist in einen Deckenteil 12 des Gehäuses 1 integriert, wobei ein Abschnitt des Auslassrohrs 11 sich bis in den Innenraum 8 des Gehäuses 1 erstrecken kann. Dies führt dazu, dass der Feststoff-Gas-Mischungstrom 7, der über den Einlass 2 in den Innenraum 8 des Gehäuses 1 eingetreten ist und anschließend infolge der tangentialen Ausrichtung des Einlasses 2 sowie der rotationssymmetrischen Ausgestaltung des Innenraums 8 bezüglich der Längsachse 9 in eine Drallströmung um diese Längsachse 9 versetzt wird, realtiv stark umgelenkt werden muss, um über den zweiten Auslass 5 wieder abgeführt werden zu können. Dieser realtiv starken Umlenkung kann der aus dem Fetstoff-Gas-Mischungstrom 7 zu separierende Feststoff (Staub) nicht in ausreichendem Maße folgen, wodurch dieser – unterstützt von der auf die Feststoffpartikel wirkenden Schwerkraft – als Feststoffstrom 4 spiralförmig in Richtung des ersten Auslasses 3 bewegt wird. Eine sich verjüngende, konkret kegelstumpfförmige Ausgestaltung des unteren Abschnitts des Mantelteils 10 des Gehäuses 1 und damit auch des Innenraums 8 unterstützt dabei ein Zuführen des separierten Feststoffstroms 4 zu dem ersten Auslass 3. Mittels der Trennvorrichtung kann somit eine Trennung des Feststoff-Gas-Mischungstroms 7 in den mehr oder weinger staubfreien Gasstrom 6, der infolge des relativ (im Vergleich zu dem ersten Auslass 3) geringen Strömungswiderstand über den zweiten Auslass 5 aus dem Gehäuse 1 abströmt, sowie in den Feststoffstrom 4, der über den ersten Auslass 3 aus dem Gehäuse abgeführt wird, realisiert werden.
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Um eine Stoffansammlung in dem ersten Auslass 3 zu detektieren und zu überwachen ist erfindungsgemäß eine Radarvorrichtung 13 vorgesehen, die oberhalb des Gehäuses 1 angeordnet ist und die elektromagnetische Wellen 19 in Richtung des ersten Auslasses 3 aussendet. Dabei treten diese elektromagnetischen Wellen 19 durch einen optionalen strahlungstransparenten Wandabschnitt 14 des Deckensteils 12 des Gehäuses 1 hindurch. Die von einer Strahlungsquelle 15 der Radarvorrichtung 13 ausgesandten elektromagnetischen Wellen 19 werden von einem den ersten Auslass 3 begrenzenden Innenwandabschnitt des Gehäuses 1 und/oder von dem im Bereich dieses Innenwandabschnitts sowie des ersten Auslasses 3 vorhandenen Feststoff 17 mehr oder weniger reflektiert, wobei zumindest ein Teil dieser reflektierten elektromagnetischen Strahlung 19 wieder durch den optionalen strahlungstransparenten Wandabschnitt 14 des Gehäuses 1 hindurchtritt und auf einen Empfänger 16 der Radarvorrichtung 13 auftrifft. Durch eine Auswertung eines oder mehrerer diese wieder empfangene elektromagnetische Strahlung kennzeichnenden Werte und einen Vergleich mit einem oder mehreren Referenzwerten kann auf die Menge des in dem überwachten Bereichs vorhandenen Feststoffs 17 geschlossen werden. Dies ermöglicht die Detektion von Anhaftungen 18 des Feststoffs 17 an dem entsprechenden Innenwandabschnitt des Gehäuses 1 und eine Messung eines Schichtzuwachses dieser Anhaftungen. Sämtliche dieser Informationen können dazu verwendet werden, eine drohende Verstopfung des ersten Auslasses 3, die zu einem Funktionsausfall der Trennvorrichtung und gegebenenfalls auch zu einem Stillstand einer die Trennvorrichtung integrierenden Anlage, beispielsweise einer Anlage der Grundstoffindustrie, frühzeitig zu erkennen, um geeignete Gegenmaßnahmen ergreifen zu können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Einlass
- 3
- erster Auslass
- 4
- Feststoffstrom
- 5
- zweiter Auslass
- 6
- Gasstrom
- 7
- Feststoff-Gas-Mischungstrom
- 8
- Innenraum
- 9
- Längsachse des Gehäuses
- 10
- Mantelteil des Gehäuses
- 11
- Auslassrohr
- 12
- Deckenteil des Gehäuses
- 13
- Radarvorrichtung
- 14
- strahlungstransparenter Wandabschnitt
- 15
- Strahlungsquelle der Radarvorrichtung
- 16
- Empfänger der Radarvorrichtung
- 17
- Feststoff
- 18
- Anhaftung des Feststoffs
- 19
- elektromagnetische Wellen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012003948 A1 [0006, 0017]
