DE1432769A1

DE1432769A1 - Vakuumzentrifuge

Info

Publication number: DE1432769A1
Application number: DE19641432769
Authority: DE
Inventors: Brunati Dr-Ing Enrico
Original assignee: SEPERATOR AB
Current assignee: SEPERATOR AB
Priority date: 1963-01-21
Filing date: 1964-01-07
Publication date: 1968-11-28
Also published as: AT258814B; US3300129A; GB983689A; GB983690A

Description

, Patentanwälte Drying. HANS RUSCHKE Diph-lng. HEINZ AGULAR §MBndMn27₍ PianzwiauwrStr. 2

S 944

A.B. Separator, Stockholm, Schweden

Vakuumzentrifuge

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trennen von Stoffen aus einer Flüssigkeit, die flüchtiger als die Flüssigkeit sind.

Beispielsweise enthält gebrauchtes Transformatorenöl gewähnlich Feuchtigkeit und Luft gelöst sowie oft sogar freies Wasser und feste Verunreinigungen in Suspension, wodurch seine Isolierungs- und Kühlungseigensohaften wesentlich beeinträchtigt werden. Wasser und feste Teilchen lassen sich leicht durch Zentrifugieren und Filtrieren entfernen, jedoch muß auch die im Ol gelöste Feuch-

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tigkeit und Luft entfernt werden, damit äas öl seine Aufgabe zisfriedenstellenä erfüllen kann. Dies kann nur dadurch g®f ©liehen, daß Um öl auf ©ine Temperatur erhitzt wird, b©£ v/elcher das Wasser sieö©t_s wob®i, &m ein© sshädliche Überhitzung des Öls zu verhindern das heiße Öl gewöhnlieh einer Vakuumkasssier zugeführt wird₉ in welcher das Wasser bei einer vergleichsweise niedrigen Temperatur, die für das öl unschädlich ist, verdampft. Eine rasch© Verdampfung wird durch Dispergieren oder Zerstäuben des Öls in einem Vakuum, beispielsweise mit Hilfe von Nuten oder Strahldüsen in der Vakuumkammer, erzielt·

Eine sehr feine Zerstäubung (Oberflächenvergrößerung) des Öls läßt sich mit Hilfe eines Zentrifugenrotors erreichen, von dem das Öl in das Sammelgehäuse der Zentrifuge in Form von Hebel ausgeschleudert wirdο Dieses Verfahren wurde zum Trooknen und Entlüften von Transformatorenöl angewendet, wobei das Sammelgehäuse der Zentrifuge einem Vakuum ausgesetzt wird. In der Zentrifuge wird das öl dann von den festen Verunreinigungen und Wasser in Suspension durch Zurückhalten im Zentrifugenrotor sowie

von gelöster Feuchtigkeit und Luft durch Verdampfen im Sammelgehäuse, wenn ein Vakuum besteht, befreit.

Es wurde jedoch festgestellt, daß diese Verdampfung in der Zentrifuge infolge des Umstandes nicht ausreichend ist, daß der Raum im Sammelgehäuse so begrenzt ist, daß

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die ausgeschleuderten feinen Öltröpfchen mit der Wand des :

Saminelgehäüses in Kontakt kommen, bevor öl» Feuchtigkeit und Luft Zeit zur Verdampfung gehabt haben, und caß das öl im ganzen dem Vakuum nur während einer sehr kurzen Zeit ausgesetzt v/ird. Ferner kondensiert die Feuchtigkeit an der Innenseite der Wand und vermischt sich wieder mit dem Öl. Das zentrifugierte und teilweise getrocknete und entlüftete öl wird daher gewöhnlich aus der Sa_mmel- j kammer zu einem Vakuumbehälter gefördert, der solche Ab-

messungen hat, daß die Öloberflache und die Verweilzeit ^!

für eine wirksame Verdampfung der reetlichen Feuchtigkeit j und Luft ausreicht« Die Wände des Vakuumbehälters sind gewöhnlich wärmeisoliert, um kostspielige Wärmestrahlungsverluste und eine schädliche Dampfkondensation herabzusetzen. Hierbei ist es jedoch nicht möglich, völlig zu verhindern, daß ein Bruchteil des verdampften Wasserdampfes im Behälter an den inneren Wandflachen desselben kondensiert, von denen es aus dem Vakuumbehälter herausgepumpt wird»

Sine herkömmliche Anlage für ein solches Heinigen und !Trocknen von Transformatorenöl besteht daher im wesent- . liehen aus einem Durchlauferhitzer, einer Vakuumzentrifuge mit einem Sammelgehäuse, einem Vakuumbehälter, einer Vakuumpumpe und Ölpumpen, die gesondert eingebaut und durch entsprechende Rohre verbunden sind* Die Hachteile

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einer solchen Anlage sind beträchtlich»

ο Große Wärmestrahlungsflächen vom Ölerhitser sum Vakuum«- behälter einschließlieh diesem^ was su einem teilweisen Kondensieren des in der Zentrifuge und im Vakuumbehälter abgetrennten Wasseröampfes sowie zu Wärmeverlusten und zu einem Temperaturabfall während des Behandlungavor·= gangs führt. Dieser Nachteil macht sich besonders bemerkbar, wenn die Anlag® im Winter Im"Freien in offenen Transformatorentation@n arbeitet₉ was oft der Fall ist.

2. Schwierigkeiten in der Vermeidung von luftundichtheiten in allen Rohrleitungen - und Verbindungen des Vakuumsystems, wodurch das Vakuum und der Wirkungsgrad der Anlage beeinträchtigt wird und die Gefahr einer Oxydation des Öls durch Eindringen von Luft in das System besteht.

3. Die Anlage wird vergleichsweise sperrig und schwer, was ein wesentlicher Nachteil ist, da sie gewöhnlich leicht transportfähig sein soll.

Die Erfindung ist auf eine Vorrichtung gerichtet, mit deren Hilfe alle vorerwähnten Nachteile ausgeschaltet werden und welche sich von den bekannten Vorrichtungen durch eine wirksame Reinigung und Trocknung, beispielsweise von Transformatorenöl ohne Kondensation und Wieder-

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Vermischung von Wasser mit dem öl, eine gute Wärmebilanz, eine vernachläsaigbare Gefahr der Luftundichtheit sowie durch einen geringen Raumbedarf und ein geringes Gewicht unterscheidet.

Ein Hauptmerkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht im wesentlichen darin, daß das Sammelgehäuse eine Außenwand besitzt, die mit einer Heizeinrichtung versehen ist, wodurch die Kondensation von Dampf zu Wasser an einer sonst kühleren Wand, das sich wieder mit dem öl vermischt, verhindert wird.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Außenwand des Sammelgehäuses sich in einem größeren Abstand von der Welle befindet, als es gewöhnlich in Zentrifugen der erwähnten Art der PrII. ist, so daß der Weg der Flüssigkeit von der Austrittsöffnung in der Zentrifuge zur Wand langer als sonst wird und auch die Zeit langer ist, während welcher der Vakuumsog auf die »erstäubte Flüssigkeit einwirken kann, was für die Verdampfung der flüchtigeren Phase und der Entfernung der letzteren von Vorteil ist.

Gemäß einem dritten Merkmal ist das Sammelgehäuse auch in der axialen Richtung größer gebaut und kann die ganze Zentrifuge umgeben, so daß das Sammelgehäuse auch als

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Vakuumbehälter dient und ein besonderer Vakuuiabehältsr daher nicht mehr erforderlich ist_c

Gemäß einem vierten Merkmal ist eine besondere Kammer um das Sammelgefäß herum angeordnet ₉ wodurch eine gedrängte Bauform von geringem Raumbedarf erhalten wird« Durch die Verwendung einer Heizeinrichtung für die Kammer erübrigt sich eine besondere Heizeinrichtung für die Außenwand des Sammelgehäuses. Da die zu erwärmende Flüssigkeit zuerst in der Kammer erwärmt und-dann zum Einlaß der Zentrifuge gefördert wird, kann derjenige Teil der Plüssigkeitswärme_P der sonst durch die Kammerwand verloren gehen würde, in der Weise wiedergewonnen werden, daß er dazu verwendet wird, die Außenwand des Sammelgefäßes warm zu haltern Die Außenwand der Kammer sowie die übrigen feile des die Zentrifuge umgebenden Gehäuses werden an einem Wärmeverlust dadurch gehindert, daß sie mit einer wärmeisolierenden Außenschioht versehen sind.

Infolge der gedrängten Bauform der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die WärmeVerluste an die Umgebung auf ein Mindestmaß herabgesetzt und wird gleichzeitig die Zahl der Rohre und Verbindungen klein gehalten, wodurch die Gefahr, daS luft in die Flüssigkeit eindringen kann,, herabgesetzt wird» Weitere Merkmale der Erfindung, die hieraus erzielbaren Vorteile sowie die Arbeitsweise

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der erfindungsgemäeen Vorrichtung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der beiliegenden schematischen Zeichnung einer bevorzugten Aueführungsform der Erfindung, welche einen axialen Schnitt darstellt.

Ein Zentrifugenrotor 1 arbeitet in an sich bekannter Weise in einem Innengehäuse 2, welches von einem Sammelgehäuse 3 für die behandelte Flüssigkeit umgeben ist, welches mit einer Absaugvorrichtung verbunden iste Kur der oberste, diametral kleinste Teil des Zentrifugenrotors, an welchem sich der Einlaß und der Auslaß befinden, erstreckt sich durch eine in der Zeichnung dargestellte kreisförmige öffnung nach oben, welche in der Mitte des geringfügig konischen oberen Endes des Innengehäuses 2 vorgesehen ist. Das Sammelgehäuse 3 ist seinerseits von einer geschlossenen ringförmigen Kammer 4 umgeben, der Wärme durch eine in ihr angeordnete Heizvorrichtung 5 zugeführt wird, die vorzugsweise aus einem elektrischen Heizelement besteht.

Die Kammer 4 ist mit einem Einlaß 6 für die zu behandelnde Flüssigkeit versehen und steht über eine Leitung 7 mit dem Einlaß des Zentrifugenrotors an dessen oberem Ende in Verbindung_β Der Zentrifugenrotor ist mit einem Auslaß versehen, welcher radial außerhalb des Einlasses und

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unmittelbar oberhalb des Innengehäuses 2 vorgesehen ist,; und durch welchen die abgetrennte flüssigkeit in Form : feiner Tropfen ausgestoßen bzw. ausgeschleudert wird. Der Rotor kann ferner mit einer Vorriehtung suin ständigen Abschälen des bereits abgetrennten nicht-gelösten Wassers

versehen sein. Die oberen Teile der Gehäuse 2 und 3 können abgenommen bsw» geöffnet werden, so daß der Rotor 1 von oben zugänglich wird*. · '

XJm das Abziehen behandelter Flüssigkeit aus dem Sammelgehäuse 3 zu ermöglichen, ist dieses mit einem senkrechten Rohr 9 versehen_f das in das Sammelgehäuse durch dessen Boden eintritt und an diesem befestigt ist. Das Rohr 9 ist ah seinem oberen Ende offen und in Abständen über seine "Länge mit Öffnungen versehen, deren Durchmesser sum Boden des Sammelgehäuses hin abnimmt. Das untere Ende des Rohres 9 ist außerhalb der Sammelkainmer mit einer nicht-geseigten Saugpumpe verbunden, v/elehe die Aufgabe hat, die behandelte Flüssigkeit aus dem Sammelgehause trotz des in diesem herrschenden Vakuums abzusaugeno

Infolge der Lage und der Bemessung der Öffnungen wirkt das Rohr 9 als Höhenregler für die Flüssigkeit im Sammelgehäüeeβ da bei einem höheren Flüssigkeitsspiegel eine größere Zahl von größeren öffnungen den Durchflußquerschnitt a,us dem Sammelgehäuse in das Rohr 9 bilden, während bei einemniedrigeren Flüssigkeitsspiegel der

entsprechende Burchflußcperschnitt durch weniger und kleinere öffnungen gebildet wird« Die Größe und die lage der Öffnungen ist so gewählt» daß der Flüssigkeitsspiegel zwischen der unteren und der oberen Grense für die Verweilzeit der Flüssigkeit im Samraelgehäuse selbsttätig aufrechterhalten wird, ohne daß die Gefahr besteht» daß Flüssigkeit oder Schaum in das Gehäuse 2 fließt· Der Sand des oberen offenen Endes des Rohres 9 liegt etwas tiefer als die vorerwähnte Mittelöffnung am oberen Ende des Innengehäuses 2, wodurch erreicht wird» daß₈ wenn der Gesamtdurchflußquerschnitt der öffnungen im Bohr 9 aus irgendeinem Grunde ungenügend wird, so daß der Flüssigkeitsspiegel bis zum oberen Band des Rohres 9 ansteigt, die Flüssigkeit über diesen Hand in das Jlohr 9 überläuft und aus diesem afegeeaugt wird, to daß die Flüssigkeit - ; daran gehindert wird» durch die HitteisißhnkBg lii :$a*.v-Innengehäuse 2 zu gelangen«

Farner ist das Rohr 9 tor einem Rohr 10 umgeben, das an beiden Bnden offen ist und dessen Innendurchmesser größer als der Außenäurchmesser des Rohres 9 ist und das sich τοη der Hähe des Bodene des Sammelgehäuses bis zu dessen oberen Seil erstreckt. Das Rohr 10 wirkt als Flüssigkeitsdichtung und verhindert, daß Schaum, der sich im Sasimelgehäuse bildet und gewöhnlich beträchtliche Mengen Feuchtigkeit, und Luft enthält, in daa Rohr 9 susammen mit der

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endbehandelten Flüssigkeit gesaugt und mit dieser ver~ ^miseht wirdj wodurch natürlich das Ergebnis der Behandlung in einem größeren oder geringeren Maß verdorben v/ird_o -Sie Flüssigkeit wird in den Zwischenraum zwischen dsm Rohr B und dem Rohr 10 aus der Bodennähe des Samme!gehäuses gesaugt j was in der Zeichnung durch zwei kleine nach oben gekrümmte Pfeils angedeutet ist.·

Um im Sammelgeliäuse 3 in einfacher und praktischer Weise durch die Verbindung mit einer nichtige zeigten Vakuum·= pumpe ein Vakuum, zu erzeugen»-ist'das Gehäuse mit einem senkrechten Rohr 11 versehen, welches in dieses durch seinen Boden, eintritt» an dam es befestigt ist« Das Rohr Λ'-. erstreckt sich vom Boden des Sammelgehäases bis au desser. oberen, 3?eil mifc einer solchen Höhe, daß keine * Gefahr besteht, daß.Schaum in die Vakuumpumpe eingesaugt wird.

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Die geschlossene,, ringförmige Kammer 4 ist sumindest an einer Stelle ihres U_mfangs mit einem Kanal. 12 verse-hen, dar durch dia Kammer" verläuft und von diese:? vollständig abgegrenzt isto Die innere Öffnung dieses Kanals 12 steht mit dem Sammelgehäuse 3 in Verbindung_Q wä'arsnu di« äußere Öffnung des Kaimls vakUumdiciit durch eine-" transparente 'Glasscheibe-13 abgeschlossen isto Der Kanal 12 ΙχβΛ die Aufgabe",. die Beobachtung des Flüssigkeitsspiegele von außerhalb der G-lassoheibe und bis zu einem -gewissei.:

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Grade auch die Schaumbildung im Sammelgehäuse zu ermöglichen» Der maximale !Flüssigkeitsspiegel, "bei welchem die Vorrichtung sufriedenstellend arbeitet _s ist in der Zeichnung durch eine strichpunktierte. Linie und durch eine Höhenraarkierung angedeutet.

Trots des Omstandes, daß infolge der gedrängten Bauform der Vorrichtung die Wäriaeabs trahlungsf lachen im Vergleich au dan bisher bekannten Vorrichtungen der gleichen Art wesentlich verringert sind, wird erfindungsgemäß angeyjsiiamen, daß die Kammer 4 im v/es ent lieh en auf ihrer ganaen Außenseite mit einer Wärmeisolierung H versehen ist.

Um au vermeiden^ daß sieh möglicherweise bildender Schaum bis aum oberen Teil der Zentrifuge ansteigt und in die Rohre 10 und 11 durch deren obere offene Enden eingesaugt wird, kann eine perforierte Platte oder eine IPil-Jergasse 15 über ü®m ganzen Sammelgehäuse 3 angeordnet werden, in welchem. 3?alle die oberen Enden der Rohre 10 und 11 natürlich oberhalb dieser Platte bzw« liltergaze liegen müssenf wie in der Zeichnung gezeigt«

Gemäß einer besonderen Ausftihrungsform der Erfindung kann der Zentrifugenmotor in einer solchen Höhe im Sasamelgehäuse angeordnet werden, daß sich der ganze Hotor

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oberhalb des höchstmöglichen Plliseiglceitsepiegels im Sam·= melgehäuse während des Betriebs befindet»

Wenn beispielsweise Transformatorenöl behandelt wird_s &r~ beitet die erfindungsgemäße Vorrichtung wie folgts Das Öl wird dem Einlaß - β äer Kammer 4 durch Pumpen oder Gefälle zugeführts in welcher es auf die erforderliehe Tem-. peratur duroh die Heizvorrichtung 5 erwärmt wird₉ welche "vorzugsweise duroh elektrische Heizelemente gebildet wird j die in der ganzen Kammer gleichmäßig verteilt angeordnet sind mit Ausnahme des für den Kanal 12 vorgesehenen Raumes«, Aus der Kammer 4 wird das erwärmte Öl über üie Leitung 7 von Qlasn in den Zentrifugenrotor gefördert, in welchem feste Verunreinigungen und das im Öl dispergierte nicht-gelöste Wasser in an sich bekannter Weise unter der Wirkung der Fliehkraft abgetrennt wird.

Da der Gehalt an dispergiertem und daher trennbarem Wasser in gebrauchtem Transformatorenöl gewöhnlich sehr klein ist, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung beträchtliche Ölmengen behandeln, bevor das abgetrennte Wasser aus dem Rotor entfernt wei-den muß, z.B. durch die vorerwähnte Schälvorrichtung oder durch das Anhalten und Entleeren des Rotors. Das abgetrennte Öl wird mit hoher Geschwindigkeit durch den Auslaß 8 des Zentrifugenrotors in Form sehr kleiner Tropfen ausgeschleudert, so daß die

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Oberfläche des öle je Volumeneinheit sehr groß wird. Die öltropfen treffen auf die senkrechte erwärmte Wand des Sammelgehäuses 3 auf und werden gegen diese Wand zerschmettert, welche von der Kammer 4 aus beheizt wird, und das öl läuft in Form einer dünnen Schicht längs der Wand zum Boden des Sammelgehäuses, auf welchem sich eine ringförmige ölflache bildet. Infolge der hohen Temperatur und des im Sammelgehäuse bestehenden Vakuums sowie wegen der großen freien Öloberfläche wird das öl praktisch völlig von gelöster Feuchtigkeit und luft befreit. Da die Innenwand der Kammer 4 gut beheizt gehalten wird, kann kein Wasserdampf an dieser Wand kondensieren, so daß eine "Verunreinigung" des fertig behandelten Öls mit Kondensat völlig unmöglich ist. Aller Wasserdampf und alle Luft, die aus dem Öl entfernt, worden sind, werden durch das Rohr 11 mit Hilfe der nicht-gezeigten Vakuumsaugvorrichtung abgesaugt,und das fertig behandelte Öl kann durch das Rohr 9 abgezogen werden, wie vorangehend beschrieben.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

( 1. !vorrichtung zum Trennen von einer Flüssigkeit von —^Stoffen, die flüchtiger als die Flüssigkeit sind, mittels einer unter Vakuum arbeitenden Zentrifuge, deren Rotor von einem Sammelgehäuse für die zentrifugierte Flüssigkeit umgeben ist, an das eine Vakuumsaugpumpe angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Sammelgehäuse (3)eine Außenwand hat, die mit einer Heizeinrichtung(5)versehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand des Sammelgehäuses in einem größeren Abstand von der Welle des Zentrifugenrotors angeordnet ist, als dies in Zentrifugen der erwähnten Art gewöhnlich der Fall ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Sammelgehäuse in der axialen Richtung zu mindest bis zum unteren Teil aea eigentlichen Zentrifugenrotors erstreckt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sammelgehäuse von einer Kammer (4) umgeben ist. -

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5· Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer geschlossen ist.

o. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer mit einem Einlaß (6) für die zu behandelnde Flüssigkeit versehen ist und über ein Rohr (7) mit dem Einlaß des Zentrifugenrotors (1) in Verbindung steht.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung für die Rotorwand des Sammelgehäuses in der Kammer untergebracht ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung durch elektrische Heizelemente (5) gebildet wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sammelgehäuse mit einer Einrichtung zum Abziehen der behandelten Flüssigkeit und zur Aufrechterhaltung eines im wesentlichen gleichbleibenden Flüssigkeitsspiegel im Sammelgehäuse versehen ist und daß der Auslaß für die behandelte flüssigkeit aus der Zentrifuge sich oberhalb des Plüseigkeitsspiegels befindet.

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10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Abziehen der behandelten Flüssigkeit und zur Konstanthaltung des Flüssigkeitsspiegels durch ein senkrechtes Bohr (9) gebildet wird, das in das Sa_mme!gehäuse durch dessen Boden eingeführt und an diesem befestigt ist und das an seinem oberen Ende offen und in seiner Längsrichtung mit voneinander in Abstand befindlichen Öffnungen versehen ist, deren Querschnittsfläche zum Boden des Sammelgehäusee hin abnimmt; das Rohr (9) ferner von einem weiteren Rohr (10) umgeben ist, das an seinen beiden Enden offen ist und dessen Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des Rohres (9) ist, wobei sich das äußere Rohr von der Nähe des Bodens des Sammel» gehäuses nach oben bis zu dessen oberen Teil oberhalb des Flüssigkeitsspiegel erstreckt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sammelgehäuse mit der Vakuumsaugvorrichtung über ein senkrechtes Rohr (11) in Verbindung steht, das in das Sammelgehäuse durch dessen Boden eingeführt und an diesem befestigt ist und das sich von diesem nach Oben zum oberen Seil des Sammelgehäuses erstreckt»

12. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (4) mit einem Kanal (12) versehen

ist, der quer zur Kammer von deren Außenwand zu ihrer Innenwand angeordnet ist, das innere Ende des Kanals mit dem Sammelgehäuse in Verbindung steht, während sein äußeres Ende vakuumdicht von einer transparenten Scheibe (13)bedeckt ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch eine äußere Wärmeisolierung (14).

H. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrifugenrotor (1) mit einer Einrichtung zum kontinuierlichen Abschälen der im Rotor abgetrennten spezifisch schwereren flüssigen Phase versehen ist.

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