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Bodenkolonne Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Bodenkolonnen
für den Stoffaustausch zwischen flüssigen und gasförmigen Phasen, insbesondere auf
solche Bodenkolonnen, deren Bodendurchmesser mehrere Meter beträgt.
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Die Böden solcher Stoffaustauschkolonnen werden insbesondere als Siebböden
oder Glockenböden ausgebildet. Hierbei sind die Sieblöcher bzw. die Glocken in relativ
großer Anzahl vorzugsweise in Reihen auf den Böden angeordnet. Im nachfolgenden
werden sowohl z.B. Glocken- als. auch Siebbodenöffnungen unter dem Sammelbegriff
Durchtrittsöffnungen für die gasförmige Phase zusammengeraßt, weil insofern ahrbliche
Überlegungen für diese beiden oder andere Typen von Böden gelten.
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An große Böden werden erhebliche Anforderungen hinsichtlich der Planheit
der Böden gestellt. Auch Böden von mehreren Metern Durchmesser dürfen insoweit nur
Planheitstoleranzen in der Größenordnung einiger mm aufweisen. Dies führt dazu,
daß man die Böden aus einer Vielzahl von einzelnen Blechen aufbauen muß, was insbesondere
bei zylindrischen Kolonnen eine entsprechende Anzahl von Werkzeugen für eine rationelle
Fertigung erfordert. Diese Bleche müssen auf Träger, die sich teilweise über den
ganzen Durchmesser oder Teile des Durchmessers erstrecken, aufgelegt werden XJ.I
Durchbiegungen möglichst zu vermeiden.
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Eine andere Technik besteht darin, anstelle von Trägern seitlich flanschförmig
abgebogene Blechsegmente zu verwenden, die mit den Flanschzonen aneinandergelegt
und miteinander verbunden werden» wobei die Flanschteile die Träger und Versteifungsfunktion
übernehmen. Abgesehen davon, daß diese Technik auf nicht allzu große Kolonnenabmessungen
beschränkt ist, ergibt sich der Nachteil einer umständlichen Befestigung und eines
großen Lohnanteils bei der Herstellung solcher Kolonnen.
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Ein weiteres Problem, welches bei der Konstruktion derartiger Kolonnen
eine Rolle spielt, ist die Zu- und die Abführung der flüssigen Phase zu bzw. von
den Böden. Hier gibt es zwei Gruppen von Bodentypen, nämlich die sogenannten Querstromböden
und die Böden, welche eine Vielzahl von Zu- bzw.
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Abflußsystemen innerhalb der Bodengrenzen aufweisen. Die Querstromböden
sind relativ einfach im Auf-bau, weisen aber den Nachteil auf» daß. sich zwischen
dem an einer Seite stattfindenden Zufluß und dem auf der anderen Seite vorgetsehenen
Abflußwehr sehr leicht ein schädliches Gefälle der flüssigen Phase bildet, durch
welche eine Ungleichmäßigkeit des Stoffaustausches in den einzelnen Bereichen des
Bodens hervorgerufen wird. Während an der Zuflußstelle die Gefahr einer Überbelastung
des Bodens gegeben ist, weil die Flüssigkeit so hoch steht, daß der statische Druck
derselben zu einem Durehregnen führt, ergibt sich an den Stellen mit geringerer
Flüssigkeitsbelastung ein sehr intensiver Stoffaustausch. Dies führt dazu,daß der
Boden sehr ungleich-E arbeitet und an der Auf'###eseite des #odens befindliche Bereiche
für den Austausch völlig wertlos sind. Man versucht nun diese Nachteile bei einer
anderen Gattung solcher Böden dadurch zu vermeiden, daß man 7 @eine Mehrzahl unterein@nder
paralleler trogförmiger Ab@lüsse vorsi@ht, während die Flüssigkeitszuführung durch
ei@ Verteilerrinnensystem ähnli@her, vorzugsweise trogförmige@ Ausbildung erfolgt.
Diese Kolonnen vermeiden zwar im wesentlichen das
schädliche Gefälle,
weil der Boden gewissermaßen zwischen den aneinander parallel arbeitenden Trögen
eine reduzierte Weglänge aufweist, längs der sich kein nennenswertes Gefälle ausbilden
kann. Der Aufbau derartiger Böden ist aber sehr kompliziert und betriebstechnisch
ergibt sich der Nachteil, daß je größer die Anzahl der parallelen Tröge und damit
die Vermeidung der Gefällewirkung der flüssigen Phase ist, ein um so größerer Teil
des Bodens für den Stoffaustausch verlorengeht, weil der von den Trögen umgrenzte
Bereich für den Stoffaustausch ausfällt, ein Einfluß, der insbesondere. deswegen
nicht zu vernachlässigen ist, weil der Abstand der beiden LängsSlächen der Tröge,
die gleichzeitig das Überlaufwehr für die Flüssigkeit bilden, nicht unter ein gewisses
Mindestmaß herabgesetzt werden kann, wenn die Entgasung der Flüssigkeit noch einwandfrei
funktionieren soll.
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Gemäß einem neueren, noch nicht dem Stande der Technik agehörendefl
Vorschlag kann man zwar den Nachteil der mit schmalen untereiander parallelen Trögen
versehenen Böden in bezug auf den Verlust wirksamer Bodenflächen dadurch verbeiden,
daß man anstelle der Tröge in entsprechenden Reihen angeordnete Einzelabflüsse mit
in sich geschlossenen Wehren verwendet. Aber auch diese Böden weisen einen verhältnismäßig
großen Herstellungsaufwand auf und erfordern die Aufteilung der Böden in eine Mehrzahl
von Blechsegmenten.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Aufteilung der Böden
in eine größere Anzahl von Bodenteilen zu vermeiden und die plane Lage der Bleche
ohne Biegeerscheinungen zu ermöglichen, ohne daß nennenswerte Teile der Bodenoberfläche
durch Abflußsysteme eingenommen werden bzw.
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Teile des Bodens hierfür ausgespart werden müssen, Ne dies bei den
Querstromböden der Fall ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, trotz
des einfachen Aufbaues und ohne besondere Maßnahmen zu erreichen, daß die flüssige
Phase
auf übereinanderliegenden Böden gleichsinnig strömt, was wichtig für den Wirkungsgrad
der Kolonnen ist. Außerdem sollen die Stromfäden zwi,schen Zu- und Abfluß ohne ins
Gewicht fallende zusätzliche Maßnahmen etwa über den ganzen Bodenbereich gleichlang
gestaltet werden. Schließlich hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, den Aufbau
technischer Stoff austauschkolonnen wesentlich zu vereinfachen.
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Die Erfindung löst die vorstehend beschriebenen Aufgaben dadurch,
daß eine zentrale zur Abstützung der Böden dienende Säule vorgesehen ist, in der
Öffnungen für auf den Böden vorgesehene Abflußrinnen für die flüssige Phase vorgesehen
sind, und daß an der zentralen Säule ein weiteres zugeordnetes System von Öffnungen
vorgesehen ist, von denen aus die auf Sammlern, die im Innern der zentralen Säule
entsprechend der Anzahl der Böden vorgesehen sind, zusammenfließende flüssige Phase
über ein Verteilersystem dem nächstunteren Boden zuführbar ist.
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Die Aufteilung der Böden, die beim Gegenstand der Erfindung entweder
gänzlich unterbleiben oder auf ein Mindestmaß reduziert werden kann, erfolgt vorzugsweise
längs der von der Kolonnenwand zur zentralen Säule verlaufenden Abflußrinne, die
sich somit zwischen zwei benachbarten Bodenteilen erstrecken, wobei an den Stoßstellen
zwischen der Rinne und den beiden seitlich davon verlaufenden Bodenteilen je ein
Wehr vorgesehen ist, über welches die flüssige Phase in die Rinne fließt.
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Die zentrale Säule kann von quadratischem, kreisförmigem oder polygonalem
Querschnitt sein.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die zentrale Säule aus
einer Mehrzahl in Achsrichtung aufeinanderliegender, Abschnitte zusammengesetzt.
Hierbei können an den freien Enden der Rohrabschnitte Ringflansche befestigt werden,
wobei aneinanderstehende Ringflansche benachbarter Abschnitte untereinander verbunden
sind. Die Befestigung der Ringflansche bzw.
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die Verbindung der Ringflansche miteinander kann durch Verschrauben,
Verschweißen oder dgl. erfolgen. Die Aufteilung der zentralen Säule in Abschnitten
erfolgt vorzugsweise an den Stellen, an denen die z.B. aus einer horizontalen Platte
bestehenden Sammler oder die Böden eingesetzt werden. Hierbei kann die Befestigung
der Böden oder der Sammler durch Einklemmen zwischen den Ringflanschen benachbarter
Säulenabschnitte oder durch Aufschrauben, Aufschweißen oder sonstiges Befestigen
der Böden oder Sammler an den inneren bzw. äußeren Teilen der Ringflansche vorgenommen
werden. Die Ringform der Ringflansche muß natürlich an die Querschnittsform der
zentralen Säule angepaßt werden, so daß neben kreisförmigen auch polygonale, quadratische
oder elliptische Ringformen Anwendung finden können. Die Ringflansche können nach
innen und nach außen über die Wandungen der zentralen Säule als Auflager vorstehen.
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Die vorgenannte Ausführungsform, die sich durch große Einfachheit
auszeichnet, kann bei extrem geringen Flüssigkeitsbelastungen zu gewissen Schwierigkeiten
führen. Diese Schwierigkeiten, die im allgemeinen keine Rolle spielen, #können durch
ein trompetenförmiges Tauchverschlußrohr vermieden werden, welches an der Innenwandung
der zentralen Säule oberhalb der Öffnungen für die auf den Boden vorgesehenen Abflußrinnen
gasdicht befestigt wird, während es mit seinem unteren freien Ende kurz oberhalb
der Sammleroberfläche unterhalb der Öffnungen für das Verteilersystem endet.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die zentrale
Säule zumindest teilweise doppelwandig ausgebildet, wobei die Öffnungen für die
Bodenabflußrinnen im doppelwandigen Bereich münden. Für den Fall, daß die Säule
teilweise doppelwandige Bereiche und teilweise einwandige Bereiche aufweist, können
sich die Öffnungen für das Verteilersystem im einwandigen Bereich befinden. Die
Innenwandungen des doppelwandigen Bereiches dienen dann gleichzeitig als Tauchbleche
und weisen
oberhalb der Sammleroberfläche Öffnungen auf, um das
Einfließen der flüssigen Phase auf den zentralen Bereich des Sammlerbodens zu ermöglichen.
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Hierbei braucht das Innenwandsystem der Doppelwand nicht zwischen
zwei Böden aufgetrennt und aufgehängt zu werden, was aus Gründen der Festigkeit
unerwünscht wäre, sondern es ist lediglich erforderlich, daß die Innenwandungen
der doppelwandigen Bereiche im unteren Bereich oberhalb des Bodens der zugeordneten
Schale Öffnungen auSweisen, durch welche die Flüssigkeit in den Innenraum zwischen
den Innenwänden eintreten kann, um von dort aus über Rinnen oder Rohr systeme nach
außen zum Verteiler für den nächstunteren Boden aus der Säule hinausgeleitet werden
zu können. Die Abflußöffnungen für die Flüssigkeit zum Verteilersystem des nächstunteren
Bodens müssen natürlich oberhalb der in den Innenwänden der doppelwandigen Bereiche
vorgesehenen Öffnungen liegen, die in der Nähe des z.B. schalenförmigen Sammlers'vorgesehen
sind, während die Zuflußöffnungen von den Bodenabflußrinnen zu dem in der Säule
angeordneten Sammler natürlich oberhalb der Abflußöffnungen liegen.
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Im Falle eines zylindrischen Kolonnenmantels können die Böden aus
zwei halbkreisförmigen Teilen bestehen, wobei an der diagonalen Stoßstelle der Bleche
Rinnen vorgesehen sind, die gegenüber den Bodenflächen beidseitig durch Wehre abgegrenzt
sind. Die Befestigung der Bodenflächen kann einerseits am inneren umfänglichen Rande
des Kolonnenmantels und andererseits an der zentralen Abfluß säule erfolgen. Falls
die zentrale Abflußsäule nicht aus Abschnitten aufgebaut ist, die durch Ringflansche
miteinander verbunden sind, an denen die Böden befestigt werden können, so können
sowohl an der zentralen Säule als auch am Kolonnenmantel Auflager, z.B. Winkeleisen,
angebracht sein, auf denen die Böden oder die Bodenteile aufgelegt sind, die dann
durch Verschweißen, Verschrauben oder dgl. befestigt werden.
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Die Erfindung bietet den Vorteil, daß die Wehriänge gegenüber den
Querströmböden wesentlich vergrößert werden kann, weil das Abflußwehr erstens im
Durchmesserbereich der Kolonne liegt und außerdem wegen der beiderseitig begrenzten
Sammelrinne naturgemäß eine doppelt wirksame Länge hat. Das gleiche gilt natürlich
für das Verteilersystem. Durch die mittlere stabile Säule wird einerseits die Festigkeit
des gesamten Aufbaues wesentlich erhöht und macht Versteifungs-und Abkantungsarbeiten
an den den Boden bildenden Blechen, deren Zahl auf ein Minimum reduziert werden
kann, weitestgehend überflüssig. Hinzu kommt, daß das Abflußsystem sehr einfach
gestaltet wird und kaum ein nennenswerter Teil der Bodenfläche geopfert werden muß,
um das Gefälle zwischen Zufluß und Abfluß klein zu halten. Es können auch Versetzungen
von Abflußsystemen der jeweils übereinanderliegenden Böden, die häufig zwangsläufig
zu zwei verschiedenen Bodentypen führen, vermieden werden. Eine gleiche mittlere
Weglänge der Strömungsbahnen der Flüssigkeit im ganzen Bodenbereich läßt sich durch
relativ einfache Zusatzmaßnahmen - wie die Anbringung der flügelförmigen Ansätze
-währleisten. Die Befestigung der Bodenteile an den Abflußrinnen, die ein gebogenesWund
damit relativ steifes Element darstellen, trägt zusätzlich zur Versteifung der Böden
bei, zumal die Bodenrinne als Stützelement gebildet werden kann, die gewissermaßen
eine Rostunterstützung überflüssig macht, was in Verbindung mit der Abstützung der
Boden bzw.
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Bodenteile zu eines weiteren Verbesserung der statischen Verhältnisse
führt.
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Die zentrale Säule-hat bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
einen quadratischen Querschnitt, wobei innerhalb der zentralen Säule zwei Innenwandungen
vorgesehen sind, die parallel zu zwei gegenüberliegenden Wandungen der Säule verlaufen
und wobei die Öffnungen für die Bodenabflußrinne gegenüber den Öffnungen für das
Verteilersystem an der Säule um 900 zueinander versetzt sind. Hierbei verlaufen
die Sammlerschalen in der zentralen Säule #wischen den Innenwandungen eben, während
sie in dem doppelwafidigen Bereich eine rampenförmige
Gestalt unterhalb
der Öffnungen der Bodenabflußrinnen aufweisen. Eine günstige Verteilung der Flüssigkeit
bei dieser Ausführungsform kann durch flügelförmige Ansätze verbessert werden, die
mit den einwandigen Bereichen fluchtend senkrecht zu und über die doppelwandigen
Bereiche hinaus in die Bodenflüssigkeit vorragen.
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Die zentrale Säule kann auch beispielsweise aus zwei konzentrischen
Rohren bestehen, wobei die auf den Böden vorgesehenen Abflußrinnen gegenüber den
zugeordneten Verteilerrinnen oder Verteilerrohren um die Hälfte des Winkels zueinander
versetzt sind, der zwischen zwei Bodenabflußrinnen liegt.
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Das Verteilersystem kann aus Rinnen oder mit Öffnungen versehenen
Rohren bestehen und eine kreuzförmige Sturktur aufweisen, bei der die einzelnen
Längsrinnen mit einer oder mehreren senkrecht oder schräg dazu -verlaufenden Querrinnen
verbunden sind.
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Unterhalb der gasdicht mit den zentralen Säule verbundenen Sammlerböden
oder Sammlerschalen können in der Wandung bzw.
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den Wandungen der zentralen Säule Offnungen vorgesehen sein, welche
einen Druckausgleich der in der zentralen Säule sich sammelnden gasförmigen Phase
mit den zwischen zwei Böden liegenden Räumen der Kolonnen ermöglichen, was insbesondere
bei starken Flüssigkeitsbelastungen einmal erforderlich werden kann, wenn die Öffnungen
für die Bodenabflußrinnen z.B. bei einer Betriebsstörung verschlossen werden.
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Als Böden können alle Arten von Stoffaustaushböden, insbesondere Siebbödenoder
Glockenbönden, Anwendung finden.
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Die Erfindung ist anhand der anliegenden Zeichnungen, die Jedoch lediglich
bevorzugte Ausführungsformen des Erfindungsgedankens darstellen, beispielsweise
näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Längssohnitt durch einen Kolonnenmantel mit
einer einwandiffen zentralen Säule,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch
einen Kolonnenmantel mit einer einwandigen zentralen Säule und eingesetzten Tauchverschlüssen,
'Fig., 7 einen Längsschnitt durch einen Kolonnenmantel mit einer teilweise doppelwandigen
zentralen Säule, Fig. 4 einen Grundriß eines erfindungsgemäßen Bodens für das Abflußsystem
gemäß Pfeilrichtung in Fig. 3, Fig. 5 einen Querschnitt durch eine Rinne gemäß Schnittlinien
V-V in Fig. 4, Fig. 6 einen Grundriß eines erfindungsgemäßen Bodens für das Verteilersystem
mit einer aus Längsund Querrinnen bestehenden Rinnenanordnung gemäß Schnittlinien
VI-VI in Fig. 5 und Fig. 7 einen Grundriß einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Bodens für das Verteilersystem mit um 450 versetzten Rinnen und bei einer als Doppelrohr
ausgebildeten Säule.
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In den Fig. 1 bis 5 sind zwecks Vereinfachung der Darstellung und
Erhaltung der Übersichtlichkeit jeweils nur zwei übereinanderliegende Böden des
Abflußsystems dargestellt. Das jeweils dazwischen sich befindende Verteilersystem
ist im Grundriß in den Fig. 6 und 7 anhand von Ausführungsbeispielen veranschaulicht.
Um die Übersichtlichkeit der Darstellung zu erhalten, ist in den Fig. 1 bis 5 das
Abflußsysteni höher über dem Verteilersystem, welches etwa in Höhe der Austrittsöffnungen
liegt, dargestellt als dieses in Wirklichkeit der Fall ist.
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Gemäß Fig. 1 sind der äußere Kolonnenmantel mit 1, die Böden mit 15
und die zentrale Säule mit 2 bezeichnet. Die zentrale Säule 2 ist aus zusammengeflansohten
Säulenabschnitten 2a und 2bzusammengesetzt. Innerhalb der Säule sind die Schalen
3 angebracht, auf denen die aus den Rinnen 4 durch die Öffnungen 5 eintretende Flüssigkeit
gesammelt wird, und dann durch die Austrittsöffn-?ungen 6 auf das hier nicht dargestellte
Verteilersystem gelangt.
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Die Säulenabschnitte 2a sind am unteren Ende mit einem dem Querschnittsprofil
der Säule 2 angepaßten Flansch 7 versehen, der mit Hilfe der Kehlnähte 8 durch Schweißen
befestigt ist Der Flansch 7 weist einen inneren und einen äußeren Flanschteil auf.
Am inneren Flanschteil sind die Böden 3 zum Beispiel durch Punktschweißen befestigt,
während der äußere Flanschteil zur Befestigung des folgenden Säulenabschnittes 2b
dient, der nur einen Flansch 7' mit einem äußeren Flanschteil aufweist. Dieser Flansch
7t ist ebenfalls mit Kehlnähten 8 am Säulenabschnitt 2b verschweißt. Die Befestigung
benachbarter Säulenabschnitte 2a und 2b erfolgt im allgemeinen durch Verschrauben
der äußeren Flanschteile. Die Böden 15 werden ebenfalls auf äußeren Flanschteilen
der Säulenabschnitte 2b befestigt.
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Die Darstellung in Fig. 2 unterscheidet sich von der in Fig. 1 dadurch,
daß in die Säule 2 Tauchverschlüsse 10 eingesetzt sind, die an der Säule 2 befestigt
werden.
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Die Tauchverschlüsse 10 erstrecken sich in ihrer Länge an der untersten
Stelle über die Austrittsöffnungen 6 hinaus, so daß das Ende in den Spiegel der
auf den Schalen 3 stehenden Flüssigkeit hineinragt. Die aus den Rinnen 4 ausfließende
Flüssigkeit gelangt durch die Säulenöffnung 5 sowie den Raum zwischen dem Mantel
der Säule und dem Tauchverschluß auf die Schale 3.
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In den Fig. 1 bis 3 sind die an den Seiten der Rinnen 4 sich befindenden
Uberlaufwehre (s.Fig. 5) mit 11 bezeichnet. Gemäß Fig. 3 besteht die zentrale Säule
2 an den Seiten, wo sich die Zulaufrinnen 4 befinden, aus Doppelwänden 2' und 2"
(s. auch Fig. 4). Die Schalen 3 sind nur im mittleren Bereich eben, während der
zwischen den beiden Wänden 2' und 2 " sich befindende Teil in Richtung auf die darüber
angeordnete Zulaufrinne 4 mit geneigten Flächen 3' versehen ist. Die aus den Rinnen
4 durch die Öffnungen 5 austretende Flüssigkeit.läuft somit auf den geneigten Flächen
3' ab und tritt durch die Öffnungen 5' hindurch auf den zentralen Teil der Schale
3 und dann durch die höher liegende Austrittsöffnung 6 wieder aus,
um
auf das (hier nicht dargestellte) Verteilersystem z.B. gemäß Fig. 6 oder~7 zu gelangen.
Mit 12 sind unterhalb der Schalen angebrachte Druckausgleichsföffnungen bezeichnet.
Durch die Doppelwandungen der Säule 2 werden Kammern 13 (s.auch Fig. 4) gebildet,
welche eine Entgasung der in den Schalen 3 gesammelten Flüssigkeit ermöglichen.
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Gemäß Darstellung in Fig. 4 besteht der Boden aus den beiden Bodenhälften
15 und 15', zwischen denen sich zwei längs einer Piagonalen verlaufende#Rinnen 4
und die zentrale Säule 2 befinden. In dieser Darstellung besteht die zentrale Säule
2 aus einem im Querschnitt quadratischen Profil, wobei die beiden den Rinnen zugewandten
Seitenwände doppelwandig ausgebildet sind. Die Befestigung der Bodenhälften 15 und
15' am Kolonnenmantel 1 kann durch Anschrauben an den Winkelpröfilen 9 (z.B. gemäß
Fig. 3) erfolgen.
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Der Ausfluß der Flüssigkeit aus der zentralen Säule 2 erfolgt durch
die oben beschriebenen Austrittsöffnungen 6, von denen aus ein rohrförmiges oder
rinnenförmiges Verteilersystem 16 beaufschlagt wird, welches in Fig. 6 dargestellt
ist und aus einer längsrinne 16a und einer Querrinne 16b besteht. Die zentrale Säule
2 weist Ansätze 14 auf, um welche die Flüssigkeit, die in der Nähe der Säule 2 auf
den Boden aufgegeben wird, herumfließen muß, so daß insgesamt die mittlere Weglänge
der Strömungsfäden Zwischen den einzelnen zugeordneten Zufluß-und Abflußstellen
die gleiche ist, wie dieses mit dem durch Stromlinien angedeuteten Strömungsbild
veranschaulicht ist.
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Die Austrittsöffnungen der Säule sind gegenüber den Eintrittsöffnungen
um 900 versatz In Fig. 7 ist ein auch für sehr große Böden geeignetes System veranschaulicht,
bei dem die zentrale Säule 2 aus zwei miteinander verbundenen konzentrischen Rohren
besteht. Insgesamt sind vier Rinnen 4 vorgesehen, so daß der Boden in vier gleiche
Sektoren aufgeteilt ist, zwischen denen sich dann die Rinnen befinden. Die ZufUhrungsrinnen
17 verlaufen zu den Abflußrinnen 4 Jeweils um 450 versetzt. Die Sektorenboden sind
mit 15a bis 15d bezeichnet. Ansprüche