DE1761443A1

DE1761443A1 - Dichtung fuer Filtersysteme

Info

Publication number: DE1761443A1
Application number: DE19681761443
Authority: DE
Inventors: Kanyok Anthony J
Original assignee: American Standard Inc
Current assignee: Trane US Inc
Priority date: 1967-05-22
Filing date: 1968-05-21
Publication date: 1971-07-01
Also published as: GB1208034A; FR1064048A; JPS5140032B1; US3480147A; BE514578A; FR1565993A; BE715374A

Description

"Dichtung für Filtersysteme"

Die Erfindung bezieht sich auf einen Expansionsstopfen aus elastischem Material, der als Strömungsmitteldichtung in der offenen Mündung rohrförmiger Elemente Verwendung findet, wie sie beispielsweise in Ultra-Filtrationssystemen benutzt werden, zum Beispiel bei der Wasserentsalzung, bei der eine osmotische, röhrenförmige Membran den gelösten Stoff aus der Lösung abtrennt.

Bei den Wasserentsalzungssystemen, wie sie in den USA-Patentanmeldungen Serial No. 508 052 j 508 037J und 567 304 der Anmelderin beschrieben worden sind, wird das Salzwasser mit Hilfe von Rohren durch die Innenseite eines porösen Stützrohres gefördert, das mit einem eine osmotische Membran bildenden Rohr auegekleidet ist. Das Frischwasser wird auf der Außenseite des porösen Rohres gesammelt. Deshalb muß verhindert werden, daß das

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Salzwasser rings um die Umfangskante der osmotischen Membran in das Krischwasser einsickert. Dies wird erfindungsgemäß mit Hilfe eines elastischen, rohrförmigen ExpansionsStopfens erreicht, dessen Wanddicke auf wenigstens einen Teil seiner Länge ringförmig größer gemacht worden ist als der Spalt zwischen dem Inneren der salzwässerfUhrenden Leitung und dem Inneren des porösen Stützrohres mit der osmotischen, rohrförmigen Membranauskleidung.

Die erfindungsgemäße wasserdichte Dichtung lässt sich vorzugsweise so einbauen, daß der elastische, rohrförmige Expansionsstopfen innerhalb der Mündung des porösen Stützrohres angeordnet und dann das Salzwasserförderrohr durch die in dem elastischen Expansionsstopfen befindliche Öffnung hindurchgedrückt werden. Das Salzwasserzufuhrrohr und das poröse Slitzrohr sind im Vergleich zu dem verformbaren, elastischen Stopfei starre Körper, so daß, wenn das Salzwasserförderrohr durch die in dem elastischen Stopfen vorhandene Öffnung hindurchgedruckt wird, der vergrösserte Ringteil des elastischen Materials eine Verformung erfährt und dicht in den Ringspalt zwischen das relativ steife Förderrohr und das poröse Rohr mit der osmotischen, rohrförmigen Membranauskleidung gepresst wird. Durch diese Pressung des elastischen Materials wird erst eine wasserdichte Abdichtung erreicht, die verhindert, daß Salzwasser zwischen dem osmotiahen Rohr und dem Salzwasserförderrohr in das Frischwasser eindringen kann, das auf der Außenseite des porösen StUtzrohres gesammelt wird.

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Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung, auf die sich die folgende Beschreibung bezieht, schematisch dargestellt. In der Zeichnung zeigen:

Figur 1 eine Möglichkeit der Benutzung des erfindungsgemäßen, elastischen, rohrförmigen Expansionsstopfens zur Herstellung einer flüssigkeitsdichten Abdichtung in dem Zwischenraum zwischen den rohrförmigen Körpern,

Figur 2A bis F verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen elastischen, rohrförmigen Expansionsstopfens,

Figur 3 eine zweite Möglichkeit für die Verwendung des erfindungsgemäßen elastischen, rohrförmigen Expansionsstopfens zur Herstellung einer flüssigkeitsdichten Abdichtung zwischen den beiden Rohrkörpern und

Figur 4 Einzelheiten einer vorteilhaften Einbaumöglichkeit des Stopfens in das in Figur 3 gezeigte Rohr·

In Figur i ist der neuartige elastische, rohrförmige Expansionsstopfen 10 in einer Lage innerhalb der Mündung eines porösen Stützrohres 12 dargestellt, das mit einem Rohr einer osmotischen Membran Ik des Types ausgekleidet ist, wie er in Wasserentsalzungssystemen Verwendung findet. Das Stiitzrohr 12 kann aus einem porösen Keramikmetall oder aus einem Glasfasergewebe gefertigt sein, und die osmotische, rohrförmige Auskleidung, wie sie beispielsweise die gezeigte Zelluloseacetatfolie darstellt, ist nur wenige Tausendstel Millimeter dick. Durch das Innere des osmotischen Rohres wird mit Hilfe einer Rohrleitung 10 Salzwasser gefiirdert, wahrend das FrJsch-

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wasser auf der Außenseite des porösen Stützrohres gesammelt wird. Der rohrförmige Expansionsstopfen 10 besteht aus einem elastischen, kompressiblen Elastomer, beispielsweise Gummi und bei der bevorzugten, gezeigten Konstruktion aus Silikongummi mit einer Shore-Härte A von etwa 55 bis 60. Wie im obigen bereits hervorgehoben wurde, sind das poröse Stützrohr 12 und die Förderrohrleitung 16 im Vergleich zu dem elastischen, kompressiblen Stopfen 10 starre Körper· Das hat zur Folge, <feß das Förderrohr 16 die Wandung des elastischen Stopfens verformt und gegen die Wandung des Stutzrohres drückt, ohne daß sich dabei das verhältnismässig starre Förderrohr selbst verformt.

Einzelheiten der Bauweisen des elastischen, rohrförmigen Expansionsstopfens 10 sind in Figur 2A dargestellt. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist der Außendurchmesser des rohrförmigen Stopfens so gewählt, daß der Stopfen leicht Jh die Mündung des osmotischen Rohres i4 hineinpasst, wobei, wie aus Figur 1 ersichtlich, der ganze Körper des Stopfens von der Wandung des porösen Stutzrohres 12 umschlossen wird. Der Innendurchmesser der öffnung 18 am Kopfe 20 des Stopfens 10 ist so gewählt, daß die Salzwasserförderrohrleitung 16 leicht in das öffnungsinnere am Kopfe des Stopfens hineinpasst. Bei dieser AusfUhrungsform wird der Ringkörper aus elastischem, kompressiblen Material mit einer Dicke, ;die grosser 1st als der zwischen der Salzwasserförderleitung und der Innenwand des osmotischen Rohres vorhandene Spalt,durch Einschnürung der durch den Stopfen hindurchgehenden Öffnung mit Hilfe einer

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Abschrägung 22 gebildet, die die Öffnung so verengt, daß der Innendurchmesser am Boden 2h des Stopfens 10 kleiner ist als der Außendurchmesser der Salzwasserförderleitung. Bei dem Ausführungsbeispiel beträgt der Außendurchmesser der Förderleitung annähernd 7,92 mm, während der Innendurchmesser der Öffnung am Boden des Stopfens etwa 5,08 mm groß ist.

Die in Figur i gezeigte Vorrichtung lässt sich sehr einfach zusammenbauen, indem der Stopfei 10 in das Innere der Mündung des osmotischen Rohres lh gesteckt wird. Der Boden des Kragens 26, dessen Außendurchmesser größer ist als der Innendurchmesser des osmotischen Rohres sitzt auf der Oberseite des Randes des porösen Stützrohres 12 auf, wodurch der Kragen mithilft, den rohrförmigen Expansionsstopfen in seiner Lage in der Mündung des oano tischen Rohres zu halten. Nachdem der Stopfen in das Innere der Mündung des osmotischen Rohres eingesetzt worden ist, wird die Salzwasserförderrohrleitung 16 nach unten durch die Öffnung des Expansions8topfens hindurchgedruckt, und sobald der Rand des verhältnismässig steifen Förderrohres sich an der Abschrägung 22 vorbeischiebt, dehnt er die Öffnung und verformt dadurch das elastische Material des Stopfens in der Weise, daß das Material in dem Ringspalt zwischen der Salzwasserförderrohrleitung und dem Inneren des osmotischen Rohres zusammengedruckt wird. Dadurch entsteht die wasserdichte Ab dichtung, die verhindert, daß Salzwasser aus dem Inneren des oamotischen Rohres in das auf der Außenseite des porösen Stütz- rohres 12 gesammelte Frischwasser ausläuft· Wie am besten bei

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28 in Figur 1 ersichtlich ist, braucht der obere Teil der Öffnungswandung im Stopfen nicht mit dem Salzwasserförderrohr oder der osmotisehen, rohrförmigen Membran in Berührung zu stehen, da die Abdichtung des zusammengepressten, elastischen Materials im Bodenteil des Stopfens ausreicht, um Salzwasserleckage in den Randteil der Mündung des Rohres zu verhindern. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, als Kompressionsdichtung einen Ringkörper zu verwenden, der auf der Innenseite der Mündung des osmotischen Rohres in geringer Entfernung vom Rande des porösen Rohres anzuordnen, da dann die Gestalt des Randes des osmotischen Rohres nicht genau der Gestalt des Randes des porösen Rohres zu entsprechen braucht. Das ganze Salzwasser, das mit dem porösen Rohr in Berührung kommt, kann frei durch die Wandung des porösen Rohres hindurchströmen und sich mit dem frischen Wasser auf der Außenseite des osmotischen Rohres vereinigen.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Kompressionsdichtung besteht darin, daß das zusammengepresste, elastische Material im Ringkörper der Dichtung sich ausdehnt und zusammenzieht, um dadurch die ungleichmässige Expansion und Kontraktion der Salzwasserförderrohrleitung in bezug auf das keramische Stutzrohr auszugleichen, wie sie bei Veränderung der Temperatur der umgebenden Atmosphäre und des zugeführten Wassers zu erwarten sind. Noch ein Vorteil des elastischen, rohrförmigen Stopfens ist darin zu sehen, daß sich die wasserdichte Abdichtung durch Entfernung des Stopfens und der Förderrohrleitung zum Zwecke der Inspektion oder Reinigung des os

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sehen Rohres unterbrechen lässt, und daß dann derselbe Stopfen wieder benutzt werden kann, wenn nach der Kontrolle die wasserdichte Abdichtung wieder hergestellt wird.

Bei der in Figur i gezeigten Bauweise ist am Kopfteil rund um die Außenfläche des porösen Stützrohres 12 ein mit Gewinde versehener Kragen 30 angebracht, während eine Kappenmutter 32 über den Expansionsstopfen iO geschraubt ist und mithilft, den Stopfen in seiner Abdichtlage im osmotischen Rohr zu halten.

Wie am besten aus Figur 2 ersichtlich ist, lässt sich der Ringkörper des elastischen Materials, der eine grössere Dicke besitzt als der Ringspalt zwischen dem Salzwasserförderrohr und dem osmotischen Rohr breit ist, auf verschiedene Weise herstellen. In Figur 2B ist die Öffnung im elastischen, rohrförmigen Stopfen 3k mit einer steilen Abnahme des Innendurchmessers des Rohres bei 36 versehen, wodurch im Endteil der Wandung des Stopfens ein Ringkörper aus elastischem, kompressiblen Material entsteht, der die wasserdichte Dichtung in einem Bereich bildet, der eine merkmlich kürzere Höhe aufweist als im Falle des Stopfens 10. In gewissen Anwendungsfällen kann eine ringförmige V-Nut 37 in der Bodenfläche des Stopfens erwünscht sein. Diese V-förmige Nut unterstitzt die Bildung der wasserdichten Kompressionsdichtung aufgrund der Tatsache, daß der Druck des auf die Seiten des V einwirkenden Salzwassers ausgenutzt wird, um das elastische Material dicht an das Salzwasserförderrohr und das osmotische Rohr anzudrücken.

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In Figur 2C ist der elastische, rohrförmige Stopfen 38 mit den Stopfen 10 von Figur 2A identisch mit Ausnahme eines Ringwulstes 40 auf der Außenfläche des unteren Endteiles des Stopfens· Der Wulst verstärkt die wasserdichte Abdichtung des Stopfens. Bei der AusfUhrungsform nach Figur 2D ist der Innendurchmesser der Öffnung in dem elastischen, rohrförmigen Stopfen 42 vom Kopf bis zum Fuß des Stopfens gleich groß, und die Dicke der Wandung des Stopfens ist annähernd gleich oder ein bisschen kleiner als die Breite des Spaltes zwischen dem Salzwasserförderrohr und der Innenfläche der οsmotischen Membran. Der Ringkörper aus elastischem Material, dessen Dicke grosser ist als die Spaltbreite zwischen dem Förderrohr und der osmotischen Membran entsteht durch Formung eines oder mehrerer Riimrulste kh rund um die Außenfläche des Rohres. Duch Zusammendrücken des elastischen Materials im Bereich des Ringwulstes entsteht eine wasserdichte Abdichtung gegen Salzwasserleckage· Der Ringwulst kk braucht kein integraler Bestandteil der Wandung des Stopfens zu sein. Er kann beispielsweise aus einem 0-förmigen Gummiring bestehen, der rund um die Außenfläche der Stopfenwandung befestigt ist. Bei dieser Bauweise wird beim Hindurch»tecken des Förderrohres durch die öffnung des Stopfens die elastische Wandung des Stopfens im Bereich des Ringwulstes zusammengedruckt, und der Kompressionsdruck des elastischen Materials drückt den 0-Iting nach außen gegen die Wandung des osmotischen Rohres, wobei gleichzeitig die Stopfenwandung nach innen gegen das Förderrohr gedrückt wird, so daß eine wasserdichte Abdichtung entsteht« Der in Figur 2E dargestellte elastische, rohr-

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förmige Stopfen k6 ist dem in Figur 2D gezeigten Stopfen k2 gleich mit Ausnahme der Tatsache, daß ein oder mehrere elastische Ringwülste 48 an der Innenwandung der durch den Stopfen führenden Öffnung und nicht auf der Außenseite der Wandung des Stopfens wie in Figur 2D vorgesehen sind.

Bei der in Figur 2F gezeigten Ausführungsform erstreckt sich die Öffnung über die ganze Länge des rohrförmigen Stopfens 50, und ihr Durchmesser ist annähernd gleich oder etwas kleiner als der Außendurchmesser der Salzwasserförderrohrleitung· Der Außendurchmesser des Stopfenbodens ist so gewählt, daß der Boden leicht in die Mündung des osmotischen Rohres hineinpasst. Der Ringkörper des elastischen Materials, dessen Dicke grosser ist als die Breite des zwischen der Salzwasserförderleitung und der Innenseite des osmotischen Rohres vorhandenen Spaltes, ist durch Abschrägung der Außenwand des Stopfens, und zwar in Richtung zum Kopf des Stopfens nach außen zu, geschaffen worden, wodurch der Außendurchmesser des Stopfenkopfes grosser ist als der Innendurchmesser des osmotischen Rohres« In diesem Falle entsteht die flüssigkeitsdichte Abdichtung durch Zusammendrücken des elastischen Materials im Kopfteil des Stopfens.

Die in Figur 3 dargestellte Bauform enthält mehrere poröse StUtzrohre 12, die alle mit einer geeigneten osmotischen Membran Ik ausgekleidet sind. Zur Vereinfachung der Darstellung sind in der Zeichnung nur ein osmotisches Rohr und sein poröses StUtzrohr wiedergegeben. Das Salzwasser wird dem ersten oamoti-

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sehen Rohr mittels eines Förderrohres 70 zugeführt, und jedes der folgenden osmotischen Rohre ist wiederum mit Hilfe der Säzwasserförderrohre 52 und der Kanäle 53 angeschlossen, die in eine Endverzweigungsplatte 54 eingeschnitten sind. Das konzentrierte Salzwasser verlässt die Anordnung durch das Austrittsförderrohr 72. Durch beliebige Einrichtungen, die nicht dargestellt sind, wird das Frischwasser außerhalb der porösen Stützrohre 12 gesammelt.

Aus den Figuren 3 und k ist ersichtlich, daß bei der in Figur 3 dargestellten Anordnung jedes der entgegengesetzten Enden des porösen Stutzrohres in einem Rohrboden 52 vorzugsweise mit Hilfe eines geeigneten Klebstoffes befestigt ist. Vie am besten aus Figur k ersehen werden kann, stösst das Ende jedes porösen Stutzrohres gegen eine Schulter 54 des Rohrbodens 52. Nachdem die Stützrohre in dem Rohrboden befestigt sind, wird in der Mündung jedes osmotischen Rohres 14 ein elastischer Expansionsstopfen 10 angeordnet. Die Schulter 26 des elastischen Expansionsstopfens greift in den Rohrboden ein, so daß der Boden der Schulter des Stopfens an einer zweiten Schulter 56 des Rohrbodens 52 anliegt. Danach werden die Salzwasserförderrohre 16 in die öffnung jedes elastischen Expansionsstopfens eingesetzt, so daß das Ende der Förderrohre nahezu mit der äusseren Oberfläche des Rohrbodens 52 bündig ist. Dann wird auf die Außenseite des Rohrbodens eine Dichtung 58 gelegt und eine metallene Distanzplatte 60 an der Dichtung zur Anlage gebracht. Die metallene Distanzplatte besitzt geeignete öffnungen,

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die mit den Öffnungen der Salzwasserförderrohre fluchten. Die A Ordnung wird darauf durch Anbringung einer zweiten Dichtung 62 vervollständigt, die an der metallenen Distanzplatte 60 anliegt, und die Endverzweigungsplatte 6k wird auf die Dichtung gesetzt und die ganze Anordnung mit Hilfe der Schraubenbolzen 66 fest verspannt. Die Endverzweigungsplatte 6k besitzt mehrere Kanäle 68, die in die Oberfläche der Platte eingeschnitten sind und zwischen den benachbarten Salzwasserförderleitungen 16 eine Verbindung schaffen, wie dies am besten in Figur 3 ersichtlich ist.

Wie im obigen bereits im Zusammenhang mit der in Figur 1 gezeigten Konstruktion ausgeführt wurde, drücken die Salzwasserförderrohre das elastische Material der Stopfen in den Spalt zwischen die Förderrohre und den Innenraum der osmotischen Rohre, um dadurch eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zu schaffen. Dem ersten osmotischen Rohr wird das Salzwasser über die Leitung 70 zugeführt, das dann durch jedes der aufeinanderfolgenden Rohre, die mit Hilfe der Kanäle 68 in der Endverzweigungsplatte in Verbindung stehen, strömt. Die konzentrierte Salzlauge verlässt die Anordnung durch das Rohr 72. Das Frischwasser wird auf der Aussenseite der porösen StUtzrohre 12 mit Hilfe irgendeiner geeigneten, nicht gezeigten Vorrichtung gesammelt.

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Claims

Patentanmeldung; "Dichtung für Filtersysteme"

PATENTANSPRÜCHE

1. Filtrationssystem, gekennzeichnet durch einen rohrförmigen Filtrationskörper (12, 14); einen elastischen, rohrförmigen Stopfen (10, 38, 42, 50), der im Inneren der offenen Mündung des rohrförmigen Filtrationskörpers angeordnet ist; eine in der durch den elastischen, rohrförmigen Stöpsel (ΙΟ, 38, 42, 50) hindurchgehende Öffnung, in der ein Flüesigkeitsförderrohr (l6) angeordnet ist; wobei wenigstens ein Teil des Körpers des elastischen, rohrförmigen Stöpsels verformt und in den Ringspalt zwischen dem FlUssigkeitsförderrohr (l6) und dem rohrförmigen Filtrationskörper (12, 14) eingepresst ist, um eine flUssigkeitsdichte Abdichtung gegen Leckage von Flüssigkeit aus dem Inneren des Filtrationsröhres (12, 14) zu schaffen«

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Körper des rohrförmigen Stopfens (iO, 38, 42) innerhalb des Körperteiles des Stopfens, der in dem Ringspalt zwischen dem Fliissigkeitsförderrohr (i6) und dem Filtrationsrohr (12, 14) zusammengepresst ist, wenigstens ein aus elastischem Material bestehender Wulst (40, 44) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der freiliegenden Oberfläche an dem einen Ende des Stopfens (34) eine etwa V-förmige Ringnut (37) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Öffnung in dem elastischen, rohrförmigen Stopfen (lO, 34, 38, 42, 46, 50) in wenigstens einem Teil des Stopfenkörpers vor dem Einbau des Stopfens in das Filtrationsrohr (l2, 14) kleiner ist als der Außendurchmesser des Flüssigkeitsförderrohres (l6).

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein O-Ring (44) auf dem Körper dee elastischen, rohrförmigen Stopfens (42) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Körper des rohrförmigen Stopfens (38) ein mit dem Stopfen aus einem Teil bestehender Wulst angeordnet ist, der die Dicke des Ringkörper« grösHor macht als die Spaltbreite in einem Ringraum zwischen den inneren und äußeren rohrförmigen Körpern (l6j 12, 14) groß ist.

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, 7. Vorrichtung nach Anspruch \_t dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des rohrförmigen, elastischen Stopfens (iO, 34, 38, 42, 46) etwa gleich dem Innendurchmesser des äußeren rohrförmigen Körpers (12, 14) ist, und daß der Innendurchmesser der öffnung in dem rohrförmigen Stopfen in wenigstens einem Teil des rohrförmigen Stopfenkörpers kleiner ist als der Außendurchmesser des inneren rohrförmigen Körpers (l6), um dadurch in dem Stopfen den Ringkörper zu schaffen, der größer ist als der Ringspalt zwischen den beiden rohrförmigen Köipern (12, 14; 16).

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der in dem rohrförmigen Stopfen befindlichen Öffnung nahezu gleich dem Außendurchmesser des inneren rohrförmigen Körpers (l6) ist, und daß der Außendurchmesser von wenigstens einem Teil des Stopfenkörpers grosser ist als der Innendurchmesser des äusseren, rohrförmigen Körpers (12, 14), um dadurch den Ringkörper im Stopfen zu bilden, der grosser ist als der Ringspalt zwischen den beiden rohrförmigen Körpern.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kragen (26) vorgesehen ist, dessen Außendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Körpers des Stopfens (iO, 34, 38, 42, 46) und der an dein einen Ende des rohrförmigen Stopfens rund um den äußeren Rand der Mündung angeordnet ist.

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10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet; 'i.;ß Flüssigkeitsförderrohre (l6) vorgesehen sind, derer, benachbarte Enden durch eine Verzweigungsplatte (6k) verbunden
sind, so daß die Flüssigkeit nacheinander durch jeden der rohrförmigen Körper (12, Ik) leitbar ist.

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