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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Fluidbehandlungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der Gebrauchsmusterschrift
DE 20 2004 012 440 U1 ist eine Spiralfeder bekannt, welche durch die Spiralfeder fließendes Wasser verwirbelt. Die gesamte Spiralfeder ist dabei in eine Drehrichtung gewickelt, sodass eine Verwirbelung entlang dieser Drehrichtung erzeugt wird. Ferner ist aus der
WO 2015/177 061 A1 eine Vorrichtung zur Behandlung eines Fluids mit mehreren derartigen Spiralfedern in einem gemeinsamen zylinderförmigen Durchflussgehäuse bekannt, wobei die Spiralfedern alle denselben Drehsinn aufweisen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Fluidbehandlungsvorrichtung mit vorteilhaften Eigenschaften hinsichtlich einer Fluidverwirbelung bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
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Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einer Fluidbehandlungsvorrichtung zur Behandlung eines in eine Nettoflussrichtung fließenden Fluids, mit zumindest einer ersten Verwirbelungseinheit, welche zur Verwirbelung des Fluids in eine erste Verwirbelungsrichtung vorgesehen ist.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Fluidbehandlungsvorrichtung zumindest eine strömungstechnisch hinter der ersten Verwirbelungseinheit angeordnete zweite Verwirbelungseinheit aufweist, welche zur Verwirbelung des Fluids in eine von der ersten Verwirbelungsrichtung verschiedene zweite Verwirbelungsrichtung vorgesehen ist.
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Insbesondere fließt das Fluid in zumindest einem Betriebszustand durch ein Inneres der Fluidbehandlungsvorrichtung. Vorzugsweise fließt das Fluid in dem Betriebszustand durch ein Inneres jeder Verwirbelungseinheit der Fluidbehandlungsvorrichtung. Unter einem Fluid soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Flüssigkeit oder ein Gas oder eine Dispersion, insbesondere mit einem flüssigen und/oder gasförmigen Dispersionsmedium, verstanden werden. Insbesondere verläuft die Nettoflussrichtung zumindest im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung der ersten Verwirbelungseinheit. Unter „zumindest im Wesentlichen parallel“ soll hier insbesondere eine Ausrichtung einer Richtung relativ zu einer Bezugsrichtung, insbesondere in einer Ebene, verstanden werden, wobei die Richtung gegenüber der Bezugsrichtung eine Abweichung insbesondere kleiner als 8°, vorteilhaft kleiner als 5° und besonders vorteilhaft kleiner als 2° aufweist. Insbesondere entspricht die Verwirbelungsrichtung in einem beliebigen Punkt innerhalb der Fluidverwirbelungsvorrichtung einer Flussrichtung des Fluids in diesem Punkt. Vorzugsweise ist die Verwirbelungsrichtung ein Vektorfeld. Vorteilhaft verläuft die Nettoflussrichtung parallel zu einer Komponente der Verwirbelungsrichtung entlang einer Haupterstreckungsrichtung der entsprechenden Verwirbelungseinheit. Beispielsweise kann die Fluidbehandlungsvorrichtung länglich ausgebildet und entlang einer Längsrichtung von dem Fluid durchfließbar sein. Die Nettoflussrichtung verläuft dann zumindest im Wesentlichen parallel zu der Längsrichtung. Ist die Fluidbehandlungsvorrichtung beispielsweise in Form eines gewundenen länglichen Körpers ausgebildet, so verläuft die Nettoflussrichtung jeweils entlang des Körpers und folgt insbesondere dessen gewundenem Verlauf.
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Darunter, dass „die erste Verwirbelungsrichtung von der zweiten Verwirbelungsrichtung verschieden“ ist, soll insbesondere verstanden werden, dass die erste Verwirbelungsrichtung und die zweite Verwirbelungsrichtung punktweise unterschiedlich sind und/oder verschiedene Vektorfelder sind, die vorzugsweise mittels einer Linearverschiebung und/oder einer Rotation nicht ineinander überführbar sind. Vorzugsweise fließt das Fluid in dem Betriebszustand zuerst durch die erste Verwirbelungseinheit und anschließend durch die zweite Verwirbelungseinheit. Vorteilhaft ist die zweite Verwirbelungseinheit unmittelbar hinter der ersten Verwirbelungseinheit angeordnet. Besonders vorteilhaft ist die erste Verwirbelungseinheit einteilig mit der zweiten Verwirbelungseinheit verbunden. Es ist aber auch denkbar, dass die zweite Verwirbelungseinheit an der ersten Verwirbelungseinheit anliegt und insbesondere formschlüssig mit dieser verbunden ist. Insbesondere weist die erste Verwirbelungseinheit und/oder die zweite Verwirbelungseinheit einen zumindest im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf. Darunter, dass ein Objekt einen „zumindest im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt“ aufweist, soll dabei insbesondere verstanden werden, dass für wenigstens 60 %, vorteilhaft für wenigstens 70 %, besonders vorteilhaft für wenigstens 80 % und bevorzugt für wenigstens 90 % aller Querschnitte des Objekts entlang zumindest einer Richtung ein Flächeninhalt einer Differenzfläche des Querschnitts und eines kleinsten den Querschnitt umgebenden Kreises maximal 30 %, vorteilhaft maximal 20 %, besonders vorteilhaft maximal 10 % und bevorzugt maximal 5 % des Flächeninhalts des Kreises beträgt. Es ist denkbar, dass die zweite Verwirbelungseinheit spiegelsymmetrisch zu der ersten Verwirbelungseinheit ausgebildet ist.
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Durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung kann insbesondere eine vorteilhafte Verwirbelung eines Fluids erzeugt werden. Vorteilhaft kann eine Reinigung des Fluids durch die erzeugte Verwirbelung erzielt werden. Insbesondere kann eine Abgasbehandlung und/oder eine Abwasserbehandlung durchgeführt werden. Ferner können vorteilhaft Kontaminationen eines Fluids, beispielsweise durch Chemikalien und/oder Partikel und/oder insbesondere giftige und/oder schädliche Gase reduziert werden. Vorteilhaft können Bestandteile des Fluids durch eine erzeugte Verwirbelung behandelt, verändert und/oder zerstört werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass in einer Projektion entlang der Nettoflussrichtung die erste Verwirbelungsrichtung einen anderen Drehsinn aufweist als die zweite Verwirbelungsrichtung. Beispielsweise kann die erste Verwirbelungsrichtung im Uhrzeigesinn und die zweite Verwirbelungsrichtung gegen den Uhrzeigersinn verlaufen oder umgekehrt. Ist die zweite Verwirbelungseinheit unmittelbar hinter der ersten Verwirbelungseinheit angeordnet, bildet sich insbesondere zumindest ein Umkehrpunkt aus, in welchem sich eine Wirbelrichtung schlagartig ändert. Insbesondere verlaufen die erste Verwirbelungsrichtung und die zweite Verwirbelungsrichtung in unmittelbarer Nähe des Umkehrpunkts in entgegengesetzte Richtungen. Hierdurch können vorteilhaft hohe Scherkräfte auf ein Fluid und insbesondere auf seine Bestandteile erzeugt werden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass zumindest einer der Verwirbelungseinheiten ein als gewundener Draht ausgebildetes Verwirbelungselement aufweist. Vorzugsweise weist das Verwirbelungselement einen zumindest im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf. Besonders bevorzugt ist der Draht, insbesondere dicht, zu einer Spirale gewickelt, die sich vorteilhaft entlang der Nettoflussrichtung erstreckt. Vorteilhaft weist zumindest eine der Verwirbelungseinheiten eine Mehrzahl von insbesondere unmittelbar hintereinander angeordneten Verwirbelungselementen auf. Vorzugsweise weisen die meisten, vorzugsweise alle, Verwirbelungseinheiten der Fluidbehandlungsvorrichtung jeweils eine Mehrzahl an Verwirbelungselementen auf, wobei unterschiedliche Verwirbelungseinheiten eine unterschiedliche Anzahl an Verwirbelungselementen aufweisen kann, die insbesondere zumindest teilweise unterschiedlich und/oder zumindest teilweise identisch ausgebildet sein können. Besonders vorteilhaft bildet die Mehrzahl von Verwirbelungselementen die entsprechende Verwirbelungseinheit aus. Insbesondere kann der Draht aus Edelstahl gefertigt sein, es sind aber auch andere Metalle denkbar, wie beispielsweise Aluminium und/oder Silber und/oder Gold und/oder Platin und/oder Kupfer. Hierdurch kann vorteilhaft eine einfache Herstellung ermöglicht werden. Ferner können vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich einer Verwirbelung eines Fluids, insbesondere aufgrund einer gewundenen und/oder geriffelten Oberfläche, erzielt werden.
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Alternativ ist auch denkbar, dass zumindest ein Verwirbelungselement aus einem von einem Metall verschiedenen Material wie beispielsweise aus einer Keramik und/oder aus Glas und/oder aus einem Kunststoff ausgebildet ist. Insbesondere kann das Verwirbelungselement dabei eine Oberfläche und/oder eine Struktur und/oder eine Form aufweisen, wie sie ein aus einem Draht gewundenes Objekt aufweist, oder eine davon abweichende Form, beispielsweise mit zumindest einer glatten Oberfläche. Generell ist denkbar, dass zumindest ein Verwirbelungselement eine raue oder eine glatte Oberfläche aufweist. Insbesondere können verschiedene Verwirbelungselemente verschiedene Oberflächenstrukturen aufweisen. Eine Rauigkeit einer Oberfläche kann dabei im nm-Bereich oder im µm-Bereich oder im mm-Bereich liegen, wobei insbesondere auch hierarchische Oberflächenrauigkeiten denkbar sind. Hierdurch kann eine gezielte Verwirbelung durch eine Oberflächenstruktur erzielt werden.
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Unabhängig von dem Material und der Ausgestaltung eines Verwirbelungselements ist es denkbar, dass das Verwirbelungselement zumindest eine Beschichtung aufweist, beispielsweise aus Gold und/oder aus Silber und/oder aus Platin und/oder aus Kupfer und/oder aus einem Metalloxid und/oder aus einem Kunststoff. Insbesondere können verschiedene Verwirbelungselemente verschiedene Beschichtungen aufweisen. Beispielsweise können alle Verwirbelungselemente einer Verwirbelungseinheit und/oder unterschiedlicher Verwirbelungseinheiten dieselbe Beschichtung oder unterschiedliche Beschichtungen aufweisen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass zumindest eine der Verwirbelungseinheiten zumindest ein Verwirbelungselement aufweist, dessen Querschnitt sich entlang der Nettoflussrichtung verändert. Beispielsweise kann das Verwirbelungselement als eine Spirale, insbesondere aus einem gewunden Draht, mit einem sich entlang einer Längsrichtung der Spirale ändernden Durchmesser ausgebildet sein. Vorteilhaft weist zumindest eine der Verwirbelungseinheiten mehrere Verwirbelungselemente mit verschiedenen Querschnittsverläufen auf, die insbesondere unmittelbar hintereinander angeordnet sind. Insbesondere verjüngt sich zumindest eine der Verwirbelungseinheiten entlang ihrer Haupterstreckungsrichtung mehrfach und/oder weitet sich mehrfach auf. Hierdurch kann vorteilhaft ein insbesondere wiederholtes Beschleunigen und Abbremsen des Fluids sowie eine insbesondere periodische Entspannung des Fluids erzielt werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass zumindest eine der Verwirbelungseinheiten, zumindest zwei unterschiedlich lange, vorteilhaft strömungstechnisch hintereinander angeordnete, Verwirbelungselemente aufweist, insbesondere gemessen entlang der Nettoflussrichtung. Insbesondere können die beiden Verwirbelungselemente die oben beschriebenen Eigenschaften aufweisen. Vorzugsweise sind die beiden Verwirbelungselemente unmittelbar hintereinander angeordnet. Insbesondere ändert sich ein Querschnitt beider Verwirbelungselemente jeweils über eine gesamte Länge der Verwirbelungselemente, wodurch vorteilhaft eine unterschiedliche Änderung des entsprechenden Querschnitts entlang des entsprechenden Verwirbelungselements vorliegt. Hierdurch können vorteilhaft verschiedene Raten für eine Kompression des Fluids erzielt werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die erste Verwirbelungseinheit zumindest ein Verwirbelungselement aufweist, das einstückig mit einem Verwirbelungselement der zweiten Verwirbelungseinheit verbunden ist. Unter „einstückig“ soll insbesondere zumindest stoffschlüssig verbunden, beispielsweise durch einen Schweißprozess, einen Klebeprozess, einen Anspritzprozess und/oder einen anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Prozess, und/oder vorteilhaft in einem Stück geformt verstanden werden, wie beispielsweise durch eine Herstellung aus einem Guss und/oder durch eine Herstellung in einem Ein- oder Mehrkomponentenspritzverfahren und vorteilhaft aus einem einzelnen Rohling. Insbesondere sind die Verwirbelungselemente aus einem gemeinsamen Draht ausgebildet. Es ist aber auch denkbar, dass die Verwirbelungselemente als separate Bauteile ausgebildet sind, die miteinander verbunden sind, beispielsweise mittels eines Klebens oder eines Laserschweißens. Hierdurch können ungewollte Verwirbelungen an Verbindungsstellen vorteilhaft vermieden werden. Ferner kann hierdurch eine einfache Herstellung ermöglicht werden.
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Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Verwirbelungselemente der ersten und der zweiten Verwirbelungseinheit als ein zusammenhängender, in zumindest zwei verschiedene Richtungen gewundener länglicher Körper, insbesondere als ein gewundener Draht ausgebildet sind. Insbesondere sind die meisten, vorzugsweise alle, Verwirbelungseinheiten der Fluidbehandlungsvorrichtung aus einem gemeinsamen Draht gewunden. Alternativ ist es auch denkbar, dass einzelne oder mehrere hintereinander angeordnete Verwirbelungseinheiten aus einem gemeinsamen Draht gewunden sind und/oder mehrere Gruppen mit einer oder mehreren aus einem gemeinsamen Draht gewundener Verwirbelungseinheiten aneinander anliegend angeordnet und/oder verschweißt und/oder verklebt sind. Hierdurch kann vorteilhaft eine Fertigung aus einem einzelnen und/oder aus wenigen Drähten ermöglicht werden. Ferner kann hierdurch eine homogene Oberfläche, insbesondere mit wenigen Verbindungsstellen, bereitgestellt werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Fluidbehandlungsvorrichtung zumindest eine strömungstechnisch hinter der zweiten Verwirbelungseinheit angeordnete dritte Verwirbelungseinheit aufweist, welche zur Verwirbelung des Fluids in eine von der zweiten Verwirbelungsrichtung verschiedene dritte Verwirbelungsrichtung vorgesehen ist. Insbesondere weist die dritte Verwirbelungsrichtung einen anderen Drehsinn auf als die zweite Verwirbelungsrichtung. Vorteilhaft weist die dritte Verwirbelungsrichtung denselben Drehsinn auf wie die erste Verwirbelungsrichtung. Vorzugsweise weist die Fluidbehandlungsvorrichtung eine Mehrzahl von strömungstechnisch hintereinander angeordneten Verwirbelungseinheiten zur Verwirbelung des Fluids in Verwirbelungsrichtungen mit abwechselnd jeweils entgegengesetztem Drehsinn auf. Beispielsweise kann eine strömungstechnisch vorderste Verwirbelungseinheit eine Verwirbelung im Uhrzeigersinn verursachen, eine unmittelbar dahinter angeordnete Verwirbelungseinheit eine Verwirbelung im Gegenuhrzeigersinn, eine nächste Verwirbelungseinheit eine Verwirbelung im Uhrzeigersinn und möglicherweise folgende Verwirbelungseinheiten in analoger Weise abwechselnd. Alternativ kann eine strömungstechnisch vorderste Verwirbelungseinheit eine Verwirbelung im Gegenuhrzeigersinn verursachen, eine unmittelbar dahinter angeordnete Verwirbelungseinheit eine Verwirbelung im Uhrzeigersinn, eine nächste Verwirbelungseinheit eine Verwirbelung im Gegenuhrzeigersinn und möglicherweise folgende Verwirbelungseinheiten in analoger Weise abwechselnd. Hierdurch kann vorteilhaft eine Verwirbelung mit periodisch abwechselnder Wirbelrichtung erzeugt werden. Ferner kann hierdurch vorteilhaft eine Mehrzahl von Umkehrpunkten erzeugt werden, in welchen sich eine Strömungsrichtung eines Fluids spontan umkehrt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die erste Verwirbelungseinheit eine andere Länge aufweist als die zweite Verwirbelungseinheit. Vorzugsweise ist die erste Verwirbelungseinheit doppelt so lang wie die zweite Verwirbelungseinheit. Insbesondere weist die dritte Verwirbelungseinheit eine andere Länge auf als die erste Verwirbelungseinheit und die zweite Verwirbelungseinheit. Prinzipiell ist aber auch denkbar, dass zumindest einige Verwirbelungseinheiten der Fluidbehandlungsvorrichtung jeweils dieselbe Länge aufweisen. Bevorzugt weist die Fluidbehandlungsvorrichtung insgesamt 13 Verwirbelungseinheiten auf. Besonders bevorzugt weist eine strömungstechnisch vorderste Verwirbelungseinheit eine Länge L auf. Insbesondere beträgt die Länge L wenigstens 10 mm, vorteilhaft wenigstens 100 mm, besonders vorteilhaft wenigstens 200 mm und vorzugsweise wenigstens 300 mm. Bevorzugt beträgt die Länge höchstens 2000 mm, vorteilhaft höchsten 1000 mm, besonders vorteilhaft höchstens 600 mm und vorzugsweise höchstens 400 mm. Insbesondere folgen auf die strömungstechnisch vorderste Verwirbelungseinheiten vier Verwirbelungseinheiten mit einer Länge L/2. Vorteilhaft folgen darauf vier Verwirbelungseinheiten mit einer Länge L/4. Besonders vorteilhaft folgen darauf vier Verwirbelungseinheiten mit einer Länge L/8. Bevorzugt verursachen die Verwirbelungseinheiten dabei, wie oben beschrieben, Verwirbelungen mit jeweils abwechselndem Drehsinn. Ebenso ist denkbar, dass die Längen der Verwirbelungseinheiten genau umgekehrt verteilt sind. Beispielsweise weisen in diesem Fall die strömungstechnisch vordersten vier Verwirbelungseinheiten jeweils eine Länge von L/8 auf. Hierdurch kann vorteilhaft eine Verwirbelung mit einer sich während eines Durchflusses verändernden Verwirbelungs- und/oder Kompressionsrate eines Fluids erzeugt werden.
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Es sind darüber hinaus andere Anzahlen und/oder Längenverteilungen denkbar, beispielsweise können mehrere Verwirbelungseinheiten gleich lang ausgebildet sein. Bevorzugt weist zumindest eine der Verwirbelungseinheiten einen maximalen Durchmesser von wenigstens 2 mm, vorteilhaft von wenigstens 10 mm und besonders vorteilhaft von wenigstens 40 mm auf. Ferner sind je nach Anwendungsgebiet auch gänzlich andere Abmessungen denkbar. Insbesondere kann zumindest eine der Verwirbelungseinheiten eine Länge und/oder einen Durchmesser aufweisen, die/der wesentlich größer ist/sind als oben angegebene Werte. Beispielsweise kann die Länge 3 m oder 5 m oder 10 m oder 20 m betragen. Beispielsweise kann der Durchmesser 5 cm oder 10 cm oder 20 cm oder 50 cm oder 100 cm oder mehr betragen.
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Ferner ist denkbar, dass die Fluidbehandlungsvorrichtung eine Mehrzahl an Gruppen von hintereinander angeordneten Verwirbelungseinheiten aufweist, beispielsweise drei Gruppen oder vier Gruppen oder fünf Gruppen oder zehn Gruppen oder 20 Gruppen oder 50 Gruppen, wobei die Gruppen insbesondere nebeneinander angeordnet sind. Insbesondere sind die Gruppen in einer Betrachtung parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung der Fluidbehandlungsvorrichtung dicht gepackt, beispielsweise nach Art einer dichtesten Kreispackung angeordnet. Vorteilhaft sind die Gruppen zueinander identisch. Es ist aber auch denkbar, dass die Gruppen einen identischen Querschnittsverlauf aufweisen, aber sich entsprechende Verwirbelungseinheiten verschiedener Gruppen unterschiedliche Verwirbelungen erzeugen, insbesondere Verwirbelungen mit unterschiedlichem Drehsinn. Hierdurch kann vorteilhaft ein großer Gesamtdurchmesser erzielt werden, insbesondere für große Durchflussmengen eines Fluids.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Fluidbehandlungsvorrichtung zumindest einen, insbesondere in Nettoflussrichtung, von dem Fluid durchflossenen Behälter aufweist, in welchem die erste Verwirbelungseinheit und die zweite Verwirbelungseinheit zumindest teilweise angeordnet sind. Insbesondere weist der Behälter entlang der Nettoflussrichtung einen sich verändernden Querschnitt auf. Vorteilhaft ist ein innerer Querschnitt des Behälters an einen Querschnitt der Verwirbelungseinheiten angepasst. Bilden die Verwirbelungseinheiten in einer Betrachtung parallel zu der Haupterstreckungsrichtung der Fluidbehandlungsvorrichtung mehrere nebeneinander angeordnete Gruppen, insbesondere jeweils mit mehreren hintereinander angeordneten Verwirbelungseinheiten, können Zwischenräume zwischen den Gruppen, beispielsweise mit einem Metall und/oder einem Kunststoff, zumindest teilweise, vorteilhaft vollständig ausgefüllt sein. Das Fluid strömt in diesem Fall lediglich durch ein Inneres der Verwirbelungseinheiten. Alternativ ist es denkbar, dass zumindest einer der Zwischenräume offen ist. Das Fluid strömt dann zumindest teilweise durch den Zwischenraum. Vorteilhaft ist der Behälter zumindest teilweise, besonders vorteilhaft vollständig, aus Edelstahl und/oder einem anderen, insbesondere korrosionsbeständigen, Metall und/oder einem Kunststoff ausgebildet. Vorzugsweise weist der Behälter zumindest einen Zulauf und zumindest einen Ablauf für das Fluid auf. Vorteilhaft ist der Zulauf mit der strömungstechnisch vordersten Verwirbelungseinheit verbunden. Besonders vorteilhaft ist der Ablauf mit einer strömungstechnisch hintersten Verwirbelungseinheit verbunden. Hierdurch kann vorteilhaft eine Beschädigung von Bauteilen vermieden werden. Ferner können hierdurch Verwirbelungseigenschaften gezielt an eine Anwendung angepasst werden.
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Ferner ist denkbar, dass die Fludibehandlungsvorrichtung zusätzlich zu einem Mischen des Fluids mit zumindest einem weiteren Fluid vorgesehen ist. Insbesondere kann das Fluid behandelt und mit dem weiteren Fluid gemischt werden. Beispielsweise können Bestandteile des Fluids verändert und/oder beschädigt und/oder zerstört werden und/oder sich mit Bestandteilen des weiteren Fluids vermischen und/oder verbinden. Beispielsweise kann dabei das Fluid und/oder das weitere Fluid zumindest ein polares und/oder unpolares Lösungsmittel enthalten. Insbesondere können das Fluid und das weitere Fluid unterschiedliche Polaritäten aufweisen.
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Vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich einer Gasreinigung und/oder einer Reduktion und/oder Zerstörung von Schadstoffen in gasförmigen Medien können mit einem Abgasbehandlungsgerät, insbesondere mit einem Verbrennungsabgasbehandlungsgerät, mit zumindest einer erfindungsgemäßen Fluidbehandlungsvorrichtung erzielt werden. Beispielsweise kann das Abgasbehandlungsgerät ein Fahrzeugabgasbehandlungsgerät sein. Es ist aber auch denkbar, dass das Abgasbehandlungsgerät für eine Verwendung in und/oder vor und/oder hinter einem Schlot oder einem Schornstein, beispielsweise einem Fabrikschlot oder einem Kraftwerksschlot oder einem Wohnhausschornstein oder dergleichen, vorgesehen ist. Eine Dimension der Fluidbehandlungsvorrichtung und/oder der Verwirbelungseinheiten der Fluidbehandlungsvorrichtung kann dabei an eine zu erwartende Fluiddurchflussrate angepasst sein.
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Vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich einer Flüssigkeitsaufbereitung und/oder einer Reduktion und/oder Zerstörung von Schadstoffen in Flüssigkeiten können mit einer Vorrichtung zur Behandlung von Abwasser, Lösungsmittelabfällen oder anderen verschmutzten oder kontaminierten Flüssigkeiten mit zumindest einer Fluidbehandlungsvorrichtung erzielt werden. Eine Dimension der Fluidbehandlungsvorrichtung und/oder der Verwirbelungseinheiten der Fluidbehandlungsvorrichtung kann dabei an eine zu erwartende Fluiddurchflussrate angepasst sein.
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Die erfindungsgemäße Fluidbehandlungsvorrichtung soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Fluidbehandlungsvorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
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Zeichnungen
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind vier Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen:
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1 eine Abgasbehandlungsgerät mit einer erste Fluidbehandlungsvorrichtung in einer Schnittdarstellung,
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2 eine Verwirbelungsspirale der ersten Fluidbehandlungsvorrichtung in einer schematischen Seitenansicht,
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3 eine zweite Fluidbehandlungsvorrichtung in einer schematischen Darstellung,
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4 einen Querschnitt der zweiten Fluidbehandlungsvorrichtung in einer schematischen Darstellung,
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5 eine dritte Fluidbehandlungsvorrichtung in einer schematischen Darstellung
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6 einen Querschnitt der dritten Fluidbehandlungsvorrichtung in einer schematischen Darstellung und
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7 eine Vorrichtung zur Behandlung von Abwasser mit einer vierten Fluidbehandlungsvorrichtung in einer schematischen Darstellung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt ein Abgasbehandlungsgerät 44a mit einer ersten Fluidbehandlungsvorrichtung 42a in einer Schnittdarstellung. Die 2 zeigt eine Verwirbelungsspirale 58a der ersten Fluidbehandlungsvorrichtung 42a in einer schematischen Seitenansicht. Die erste Fluidbehandlungsvorrichtung 42a ist zur Behandlung eines in eine Nettoflussrichtung 10a fließenden Fluids vorgesehen. Die erste Fluidbehandlungsvorrichtung 42a weist eine erste Verwirbelungseinheit 12a auf, welche zur Verwirbelung des Fluids in eine erste Verwirbelungsrichtung 14a vorgesehen ist. Die erste Verwirbelungsrichtung 14a weist in einer Projektion entlang der Nettoflussrichtung 10a einen Drehsinn auf, der einem Uhrzeigersinn entspricht. Die erste Fluidbehandlungsvorrichtung 42a weist eine strömungstechnisch hinter der ersten Verwirbelungseinheit 12a angeordnete zweite Verwirbelungseinheit 18a auf, welche zur Verwirbelung des Fluids in eine zweite Verwirbelungsrichtung 16a vorgesehen ist. Die zweite Verwirbelungsrichtung 16a weist in einer Projektion entlang der Nettoflussrichtung 10a einen Drehsinn auf, der einem Gegenuhrzeigersinn entspricht. Sämtliche Verwirbelungsrichtungen sind in den 1 bis 7 lediglich schematisch eingezeichnet und geben jeweils einen Drehsinn der entsprechenden Verwirbelungsrichtung betrachtet entlang einer entsprechenden Nettoflussrichtung an, stellen diesen jedoch perspektivisch nicht korrekt dar. Die Verwirbelungsrichtungen selbst sind jeweils ein Vektorfeld, das beispielsweise von einer Flussrate in die entsprechende Nettoflussrichtung abhängt und aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist.
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Die erste Fluidbehandlungsvorrichtung 42a weist eine strömungstechnisch hinter der zweiten Verwirbelungseinheit 18a angeordnete dritte Verwirbelungseinheit 20a auf, welche zur Verwirbelung des Fluids in eine von der zweiten Verwirbelungsrichtung 16a verschiedene dritte Verwirbelungsrichtung 38a vorgesehen ist. Ferner weist die Fluidbehandlungsvorrichtung 42a weitere Verwirbelungseinheiten 46a, 48a, 50a, 52a, 54a, 56a auf, die Verwirbelungen des Fluids mit jeweils abwechselndem Drehsinn erzeugen.
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Die erste Verwirbelungseinheit 12a weist eine Länge 60a auf, die von einer Länge 62a der zweiten Verwirbelungseinheit 18a verschieden ist. Die Verwirbelungseinheiten 12a, 18a, 20a, 46a, 48a, 50a, 52a, 54a, 56a weisen teilweise verschiedene Längen auf.
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Die erste Verwirbelungseinheit 12a weist zumindest ein Verwirbelungselement 22a, im vorliegenden Fall fünf Verwirbelungselemente 22a, 24a, 26a, 28a, 30a, auf, die als gewundener Draht ausgebildet ist/sind, im vorliegenden Fall als gewundener Edelstahldraht. Die fünf Verwirbelungselemente 22a, 24a, 26a, 28a, 30a sind aus einem gemeinsamen Draht 64a ausgebildet. Der Draht 64a ist zu einer dichten Spirale mit einem kreisförmigen Querschnitt gewickelt. Im vorliegenden Fall weist der Draht 64a eine Silberbeschichtung auf. Die erste Verwirbelungseinheit 12a wird im vorliegenden Fall von den fünf Verwirbelungselementen 22a, 24a, 26a, 28a, 30a ausgebildet.
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Die erste Verwirbelungseinheit 12a weist zumindest ein Verwirbelungselement 22a auf, dessen Querschnitt sich entlang der Nettoflussrichtung 10a verändert. Im vorliegenden Fall weisen alle Verwirbelungselemente 22a, 24a, 26a, 28a, 30a der ersten Verwirbelungseinheit 12a sich verändernde Querschnitte auf, die sich insbesondere entlang der Nettoflussrichtung 10a abschnittsweise aufweiten und verjüngen. Die Querschnitte sind im vorliegenden Fall kreisförmig. Die erste Verwirbelungseinheit 12a weist zwei unterschiedlich lange Verwirbelungselemente 22a, 30a auf. Im vorliegenden Fall weisen die Verwirbelungselemente 22a, 24a, 26a, 28a, 30a alle verschiedene Längen, insbesondere entlang der Nettoflussrichtung 10a, auf. Es ist aber auch denkbar, dass eine Verwirbelungseinheit mehrere Verwirbelungselemente derselben Länge aufweist.
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In analoger Weise weist die zweite Verwirbelungseinheit 18a zwei unterschiedlich lange Verwirbelungselemente 32a, 34a mit sich entlang der Nettoflussrichtung 10a verändernden Querschnitten und unterschiedlichen Längen auf. Die erste Verwirbelungseinheit 12a weist das Verwirbelungselement 30a auf, das einstückig mit dem Verwirbelungselement 32a der zweiten Verwirbelungseinheit 18a verbunden ist. Die Verwirbelungselemente 22a, 24a, 26a, 28a, 30a der ersten Verwirbelungseinheit 12a und die Verwirbelungselemente 32a, 34a der zweiten Verwirbelungseinheit 18a sind als ein zusammenhängender, in zumindest zwei verschiedene Richtungen gewundener länglicher Körper ausgebildet. Im vorliegenden Fall bildet der Draht 64a sämtliche Verwirbelungseinheiten 12a, 18a, 20a, 46a, 48a, 50a, 52a, 54a, 56a der Fluidbehandlungsvorrichtung 42a aus sowie deren Verwirbelungselemente. Der Draht 64a ist zu einer Spirale gewunden, deren Drehrichtung sich in Verbindungsbereichen 66a, 68a, 70a, 72a, 74a, 76a, 78a, 80a jeweils ändert. Der Draht 64a bildet die Verwirbelungsspirale 58a aus. Es ist auch denkbar, dass einzelne Verwirbelungseinheiten jeweils aus einem Draht geformt und Drahtenden anschließend miteinander verschweißt werden. Ferner ist denkbar, dass einzelne Verwirbelungseinheiten jeweils aus einem Draht geformt und anschließend aneinander anliegend angeordnet werden.
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Die Fluidbehandlungsvorrichtung 42a weist einen von dem Fluid durchflossenen Behälter 40a auf, in welchem die erste Verwirbelungseinheit 12a und die zweite Verwirbelungseinheit 18a zumindest teilweise, im vorliegenden Fall vollständig, angeordnet sind. Der Behälter 40a ist im vorliegenden Fall aus Edelstahl ausgebildet. Der Behälter 40a weist einen inneren Querschnitt auf, der an einen äußeren Querschnitt der Verwirbelungsspirale 58a angepasst ist. Das Fluid kann durch ein Inneres der Verwirbelungsspirale 58a fließen. Es ist auch denkbar, einen Behälter mit einem konstanten inneren Querschnitt zu verwenden, wodurch sich Zwischenräume zwischen einer Verwirbelungsspirale und dem Behälter ergeben, welche ebenfalls von Fluid durchflossen werden können.
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In den 2 bis 7 sind ein drei weiteres Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen und die Zeichnungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der 1 und 2, verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 und 2 nachgestellt. In den Ausführungsbeispielen der 3 bis 7 ist der Buchstabe a durch die Buchstaben b bis d ersetzt.
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Die 3 zeigt eine zweite Fluidbehandlungsvorrichtung 42b in einer schematischen Darstellung. Die zweite Fluidbehandlungsvorrichtung 42b ist zur Behandlung eines in eine Nettoflussrichtung 10b fließenden Fluids vorgesehen. Die zweite Fluidbehandlungsvorrichtung 42b weist eine erste Verwirbelungseinheit 12b auf, welche zur Verwirbelung des Fluids in eine erste Verwirbelungsrichtung 14b vorgesehen ist. Die erste Verwirbelungsrichtung 14b weist in einer Projektion entlang der Nettoflussrichtung 10b einen Drehsinn auf, der einem Gegenuhrzeigersinn entspricht. Die zweite Fluidbehandlungsvorrichtung 42b weist eine strömungstechnisch hinter der ersten Verwirbelungseinheit 12b angeordnete zweite Verwirbelungseinheit 18b auf, welche zur Verwirbelung des Fluids in eine zweite Verwirbelungsrichtung 16b vorgesehen ist. Die zweite Verwirbelungsrichtung 16b weist in einer Projektion entlang der Nettoflussrichtung 10b einen Drehsinn auf, der einem Uhrzeigersinn entspricht.
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Die erste Verwirbelungseinheit 12b weist eine Länge 60b eines Betrags L auf, die doppelt so groß wie eine Länge 62b der zweiten Verwirbelungseinheit 18b ist. Im vorliegenden Fall weist die Fluidbehandlungsvorrichtung 42b vier Verwirbelungseinheiten 18b, 20b, 46b, 48b mit einer Länge von jeweils L/2 auf. Ferner weist die zweite Fluidbehandlungsvorrichtung 42b vier Verwirbelungseinheiten 50b, 52b, 54b, 56b mit einer Länge von jeweils L/4 auf. Außerdem weist die zweite Fluidbehandlungsvorrichtung 42b vier Verwirbelungseinheiten 59b, 82b, 84b, 86b mit einer Länge von jeweils L/8 auf.
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Die 4 zeigt einen Querschnitt der zweiten Fluidbehandlungsvorrichtung 42b in einer schematischen Darstellung. Die zweite Fluidbehandlungsvorrichtung 42b weist einen zylinderförmigen Behälter 40b aus Edelstahl auf. In dem Behälter 40b sind drei Verwirbelungsspiralen 58b, 88b, 90b angeordnet. Im vorliegenden Fall sind die Verwirbelungsspiralen 58b, 88b, 90b dicht gepackt. Es ist auch eine größere Anzahl an Verwirbelungsspiralen denkbar, die beispielsweise in mehreren Kränzen, insbesondere um eine oder zwei oder drei zentral angeordnete Verwirbelungsspiralen herum, angeordnet sein können. Die Verwirbelungsspiralen 58b, 88b, 90b bilden gemeinsam in Abschnitten entlang der Nettoflussrichtung 10b die Verwirbelungseinheiten 12b, 18b, 20b, 46b, 48b, 50b, 52b, 54b, 56b, 59b, 82b, 84b, 86b aus. Das Fluid kann durch ein Inneres der Verwirbelungsspiralen 58b, 88b, 90b fließen. Zwischen den Verwirbelungsspiralen 58b, 88b, 90b angeordnete Zwischenräume 92b, 94b, 96b, 98b können ebenfalls von dem Fluid durchflossen werden.
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Die 5 zeigt eine dritte Fluidbehandlungsvorrichtung 42c in einer schematischen Darstellung. Die dritte Fluidbehandlungsvorrichtung 42c ist zur Behandlung eines in eine Nettoflussrichtung 10c fließenden Fluids vorgesehen. Die dritte Fluidbehandlungsvorrichtung 42c weist eine erste Verwirbelungseinheit 12c auf, welche zur Verwirbelung des Fluids in eine erste Verwirbelungsrichtung 14c vorgesehen ist. Die erste Verwirbelungsrichtung 14c weist in einer Projektion entlang der Nettoflussrichtung 10c einen Drehsinn auf, der einem Gegenuhrzeigersinn entspricht. Die dritte Fluidbehandlungsvorrichtung 42c weist eine strömungstechnisch hinter der ersten Verwirbelungseinheit 12c angeordnete zweite Verwirbelungseinheit 18c auf, welche zur Verwirbelung des Fluids in eine zweite Verwirbelungsrichtung 16c vorgesehen ist. Die zweite Verwirbelungsrichtung 16c weist in einer Projektion entlang der Nettoflussrichtung 10c einen Drehsinn auf, der einem Uhrzeigersinn entspricht. Im vorliegenden Fall sind die erste Verwirbelungseinheit 12c und die zweite Verwirbelungseinheit 18c gleich lang.
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Die 6 zeigt einen Querschnitt der dritten Fluidbehandlungsvorrichtung 42c in einer schematischen Darstellung. Analog zu dem Ausführungsbeispiel der 3 und 4 weist die dritte Fluidbehandlungsvorrichtung 42c drei Verwirbelungsspiralen 58c, 88c, 90c auf, die in einem Behälter 40c angeordnet sind. Ein innerer Querschnitt des Behälters 40c ist an die Form der Verwirbelungsspiralen 58c, 88c, 90c angepasst, sodass Zwischenräume 92c, 94c, 96c, 98c in Nettoflussrichtung 10c verschlossen sind. Das Fluid kann lediglich durch ein Inneres der Verwirbelungsspiralen 58c, 88c, 90c fließen.
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Die 7 zeigt eine Vorrichtung 100d zur Behandlung von Abwasser, Lösungsmittelabfällen oder anderen verschmutzen oder kontaminierten Flüssigkeiten mit einer vierten Fluidbehandlungsvorrichtung 42d in einer schematischen Darstellung. Die vierte Fluidbehandlungsvorrichtung 42d ist zur Behandlung eines in eine Nettoflussrichtung 10d fließenden Fluids vorgesehen. Die vierte Fluidbehandlungsvorrichtung 42d weist eine erste Verwirbelungseinheit 12d auf, welche zur Verwirbelung des Fluids in eine erste Verwirbelungsrichtung 14d vorgesehen ist. Die erste Verwirbelungsrichtung 14d weist in einer Projektion entlang der Nettoflussrichtung 10d einen Drehsinn auf, der einem Gegenuhrzeigersinn entspricht. Die vierte Fluidbehandlungsvorrichtung 42d weist eine strömungstechnisch hinter der ersten Verwirbelungseinheit 12d angeordnete zweite Verwirbelungseinheit 18d auf, welche zur Verwirbelung des Fluids in eine zweite Verwirbelungsrichtung 16d vorgesehen ist. Die zweite Verwirbelungsrichtung 16d weist in einer Projektion entlang der Nettoflussrichtung 10d einen Drehsinn auf, der einem Uhrzeigersinn entspricht. Im vorliegenden Fall sind die erste Verwirbelungseinheit 12d und die zweite Verwirbelungseinheit 18d gleich lang.
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Die vierte Fluidbehandlungsvorrichtung 42d weist eine strömungstechnisch hinter der zweiten Verwirbelungseinheit 18d angeordnete dritte Verwirbelungseinheit 20d auf, welche zur Verwirbelung des Fluids in eine von der zweiten Verwirbelungsrichtung 16d verschiedene dritte Verwirbelungsrichtung 38d vorgesehen ist.
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Im vorliegenden Fall weist die vierte Fluidbehandlungsvorrichtung 42d drei weitere Verwirbelungseinheiten 20d, 46d, 48d auf, die strömungstechnisch hinter der ersten Verwirbelungseinheit 12d und der zweiten Verwirbelungseinheit 18d angeordnet sind. Die Verwirbelungseinheiten 12d, 18d, 20d, 46d, 48d sind in Windungen in einem Behälter 40d angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Nettoflussrichtung
- 12
- Verwirbelungseinheit
- 14
- Verwirbelungsrichtung
- 16
- Verwirbelungsrichtung
- 18
- Verwirbelungseinheit
- 20
- Verwirbelungseinheit
- 22
- Verwirbelungselement
- 24
- Verwirbelungselement
- 26
- Verwirbelungselement
- 28
- Verwirbelungselement
- 30
- Verwirbelungselement
- 32
- Verwirbelungselement
- 34
- Verwirbelungselement
- 38
- Verwirbelungsrichtung
- 40
- Behälter
- 42
- Fluidbehandlungsvorrichtung
- 44
- Abgasbehandlungsgerät
- 46
- Verwirbelungseinheit
- 48
- Verwirbelungseinheit
- 50
- Verwirbelungseinheit
- 52
- Verwirbelungseinheit
- 54
- Verwirbelungseinheit
- 56
- Verwirbelungseinheit
- 58
- Verwirbelungsspirale
- 59
- Verwirbelungseinheit
- 60
- Länge
- 62
- Länge
- 64
- Draht
- 66
- Verbindungsbereich
- 68
- Verbindungsbereich
- 70
- Verbindungsbereich
- 72
- Verbindungsbereich
- 74
- Verbindungsbereich
- 76
- Verbindungsbereich
- 78
- Verbindungsbereich
- 80
- Verbindungsbereich
- 82
- Verwirbelungseinheit
- 84
- Verwirbelungseinheit
- 86
- Verwirbelungseinheit
- 88
- Verwirbelungsspirale
- 90
- Verwirbelungsspirale
- 92
- Zwischenraum
- 94
- Zwischenraum
- 96
- Zwischenraum
- 98
- Zwischenraum
- 100
- Vorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202004012440 U1 [0002]
- WO 2015/177061 A1 [0002]
