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Info

Publication number: DE2026941A1
Application number: DE19702026941
Authority: DE
Priority date: 1969-06-05
Filing date: 1970-06-02
Publication date: 1970-12-10
Also published as: NL161863C; JPS4716565B1; ES380367A1; DE2026941B2; DE2026941C3; GB1314244A; NL7008250A; FR2045854B1; NL161863B; FR2045854A1; CH502553A; SE360921B; US3720046A

Description

Anmelder^ General Electric Company, 159 Madison Ave., New York, N. Y. 10016, USA

Vorrichtung zum Behandeln eines strömenden Fließmittels

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Behandeln eines strömenden Fließmittels, wobei die Vorrichtung a) eine Einlaßseite und eine Auslaßseite; b) ein exnlaßseitiges Sammelstück in Nachbarschaft der Einlaßseite der Behandlungseinrichtungen zum Aufnehmen des Fließmittels und zum Richten des Fließmittels durch die Behandlungseinrichtungen, wobei das Fließmittel in das einlaßseitige Sammelstück in einer Richtung eintritt, welche verschieden ist von der gewünschten Richtung des Fließmittelstromes durch die Behandlungseinrichtungen; und c) ein auslaßseitiges Sammelstück in Nachbarschaft der Auslaßseite zum Richten des Fließmittels in einer Richtung, welche von der gewünschten Richtung des Fließmittelstromes durch die Behandlungsexnrxchtungen verschieden ist; aufweist.

Es gibt zahlreiche Beispiele von Behandlungsvorrichtungen für Fließmittel, welche eine Steuerung der Verteilung des durchgehenden Fließmittelströmes erfordern. Ein Beispiel ist das Gleichmäßigmachen der Verteilung eines Dampfstromes durch einen Dampftrockner, insbesondere des Schaufeltyps oder "Chevron-" Bzw. "Winkel-"typs.

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Die meisten Fälle des Dampfgebrauchs in der Industrie for-'

dern, daß der Dampf "trocken" ist» Beispielsweise darf der Dampf, welcher zum Betrieb einer Antriebsmaschine, beispielsweise einer Dampfturbine;, verwandet wird, nux eine bestimmte/ festgelegte Maximalmenge mitgerissenen Wassers in flüssiger Phase enthalten.

Daher weist ein typisches Dampferzeugungsystem eine Trennanordnung auf, welche den Dampf von dem Gäs-Flüssigkeits-Gemisch abtrennt, welch letzteres vom Dampfgea@rator oder Beuler empfangen wird. Der abgetrennte Dampf geht dann durch einen Gastrockner, welcher die restliche Flüssigkeit entfernt»

Zu der neuerlichen Entwicklung von Dampfanlagen zählt die Verwendung von Kernzertrümmerungsreäktoren als Wärmequelle. In früheren Kernanlagen wie dem Dampf generator Dresden I, vra Icher auf der Dresden Power Station ia d©r Heilte von Chicago,? Illinois, verwendet wird, ist der Sfuklearreäktor in seinem eigenen Druckgefäß enthalten, während die Daiapftrenn- und-trockenanordnung in einem separaten, relativ großen Dampfbshäiter enthalten ist.

Bei späteren Kernanlagen wurde gefunden, daß eine wesentliche Kostenverminderung erzielt werden könnte, indem man die Dampftrenn- und -trockenanordnung innerhalb des Kernreaktordruckgefäßes unterbringt» Ein solches inneres Trenn- und Trockensystem findet Anwendung im Kernreaktordampfgenerator des Kernkraftwerkes RWE-Bayerwerk in der Mähe von Gundremmingen. Bei einem solchen System wird das Dampf-Wasser-Gemisch vom Kernreaktorteil einer Reihe an Separatoren zugeführt, welche einen wesentlichen Teil der Flüssigkeit aus dem Gemisch entfernen=

Ein wirksames Arbeiten von Trocknern dieses Typs erfordert, daß der Dampf in einer Richtung hindurchgeht* welche senkrecht zu den Trocknerschaufeln liegt. Daher besitzt die oben erwähnte Trockneranordnung ein einlaßseitiges Sammelstück für jeden Trockner, um den vertikal aufsteigenden Dampf durch den Trockner hindurchzurichten, sowie ein auslaßseitiges Sammelstück, um den

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Dampf nach aufwärts zu entleeren, nachdem er den Trockner passiert hat.

Es besteht eine Tendenz zum Arbeiten der Kernreaktorteile mit höherer Energiedichte. Dies bedeutet, daß von einem Kernteil gegebener Größe mehr Wärme entwickelt wird, was zu einer erhöhten Fließgeschwindigkeit des Gemisches und der Erzeugung größerer Dampfmengen führt. Diese größeren Dampfmengen erfordern eine erhöhte Kapazität des Trockners. Jedoch arbeiten die in Rede stehenden Trockner des Chevron-Typs oder Schaufel-Typs nur befriedigend bis zu einer bestimmten, berechneten maximalen Dampfgeschwindigkeit. Daher erfordert eine Kapazitatssteigerung auch eine Steigerung des Strömungsquerschnittbereiches des Trockners und damit eine Erhöhung des Raumes, welcher von der Trockneranordnung im Reaktorgefäß belegt wird. Die Kosten und andere Betrachtungen bestimmen, daß der vergrößerte Gefäßraum, welcher für größere Trockner benötigt wird, dadurch erzielt wird, daß man die Ausdehnung der Trockneranordnung vertikal statt seitlich gestaltet.

Fließmittelbehandlungsvorrichtungen dieses Typs zeichnen sich durch niedrigen Strömungswiderstand aus, das heißt, der Druckverlust durch den Trockner hindurch ist gering, verglichen mit dem dynamischen Druck des Gasstromes, welcher am eiiiläisseitigen Sammelstück eintritt (der dynamische Druck des Gasstromes, welcher am einlaßseitigen Sammelstück eintritt, ist proportional dem Quadrat der Einlaßgeschwindigkeit). Dieser niedrige Strömungswiderstand schafft eine kleine Hilfe beim Egalisieren der Strömungsverteilung durch die Vorrichtung hindurch. Auch ist der Widerstand gegen den Gasstrom durch den Trockner hindurch nicht isotrop, das heißt, der Strömungswiderstand ist größer in einer Richtung senkrecht zu den Rücken der Trocknerschaufeln und ist am geringsten in einer Richtung parallel zu den Rücken in den Trocknerschaufeln. Die Druckdifferenzen über den Einlaß des

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Trockners neigen dazu, nichtsenkreehte Geschwindigkeitskomponenten im Gasstrom durch den Trockner hindurch zu erzeugen.

Eine gesteigerte Höhe der Trockner und der Vertikaldimensionen der einlaßseitigen und auslaßseitigen Sammelstücke führen zu höheren DampfStromgeschwindigkeiten in den einlaßseitigen und auslaßseitigen Sammelstücken, während diese beim Aufrechterhalten seitlicher Dimensionen im wesentlichen die gleichen bleiben. Die Kombination einer gesteigerten Sammelstücklänge und einer gesteigerten Dampfgeschwindigkeit in den Sammelstücken erschwert daher das Problem des Aufrechterhaltens einer einheitlichen Strömungsverteilung durch die Trockner hindurch, und das Problem des Aufrechterhaltene, der Dampfstromrichtung senkrecht zu den Trocknerschaufeln=

Es ist erwünscht, die -DampfStromgeschwindigkeiten durch die Trockner hindurch gleichmäßig zu gestalten und die nichtsenkrechten Geschwindigkeitskomponenten ohne wesentlichen zusätzlichen Druckabfall auf ein Mindestmai herabzusetzen« Die Erfindungsziele werden erreicht durch das Schaffen von Stromsteuerungseinriefotuncjon, welche am Einlaß und AuslaB des Trockners unterschiedlich verteilte Strömungsbereiche besitzen» Bei einer weiter unten veranschaulichten Ausführungsform der Erfindung bestehen die Strömungssteuereinrichtungen aus durchlöcherten bzw« mit Öffnungen versehenen Platten,, wobei die GrOBe₄, die Anzahl und die Verteilung der l$urelilöch@riingexi so ausgewählt" sind, dag die Einheitlichkeit der Strömung durch den Trockner hin-durch ein Höchstaia® erreicht, wnä die raiditseakreeihteB Geschwindigkeitskomponentea des Stromes auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden.,

Die Erfindung beirahaltiSt ein®
tion fur das Verteilen des Strome® eines Flielmittels durch eine

feels* beispielsweise ctartih einen Gastrockner hindurch_ff welcher

sich zwischen Parallelstrom- oder Gegenstromsammelstücken befindet. '

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Behandeln eines strömenden Fließmittels, wobei die Vorrichtung die folgenden Teile aufweist: a) eine Einlaßseite und eine Auslaßseite; b) ein einlaßseitiges Sammelstück in Nachbarschaft der Einlaßseite von Behandlungseinrichtungen für das Aufnehmen des Fließmittels und für das Richten des Fließmittels durch diese Behandlungseinrichtungen hindurch, wobei das Fließmittel in das einlaßseitige Sammelstück in einer Richtung eintritt, welche von der gewünschten Richtung des Fließmittelstromes durch die Behandlungseinrichtungen hindurch verschieden ist? und c) ein auslaßseitiges Sammelstück in Nachbarschaft der Auslaßseite für das Richten des Fließmittels in eine Richtung, welche von der gewünschten Richtung des Fließmittelstromes durch die Be- * handlungseinrichtungen hindurch verschieden ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch: 1) erste Strömungssteuereinrichtungen, welche sich zwischen dem einlaßseitigen Sammelstück und den Behandlungseinrichtungen befinden, wobei diese ersten Strömungssteuereinrichtungen einen fortschreitend steigenden Strömungsdurchgangsbereich in der allgemeinen Richtung des Fließmittelstromes in das einlaßseitige Sammelstück schaffen? und 2) zweite Strömungssteuereinrichtungen, welche sich zwischen dem auslaßseitigen Sammelstück und den Behandlungseinrichtungen befinden, wobei die zweiten Strömungssteuereinrichtungen einen fortschreitend sich vermindernden Strömungsdurchgangsbereich in der allgemeinen Richtung des Fließmittelstromes vom auslaßseitigen Sammelstück schaffen.

Die Erfindung sei nachstehend unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen eingehender beschrieben.

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Fig. 1 der Zeichnungen ist eine schematisehe Darstellung eines Kernreaktorsystems mit siedendem Wasser, bei ifelehem eine Reihe innerer Dampftrockner gemäl der Erfindung verwendet wird?

F'ig. 2a ist eine Längsschnittansicht bzw,, eine seitliche Querschnittansicht eines der Trockner aus der Trocknerreihe von Fig. 1;

Fig. 2b ist eine gekreuzte Querschnittansicht .bzw. horizontale Querschnittansicht des Trockners von Fig» 2a? und

Fig. 3 ist eine Frontansicht bzw. ÄufriBansieht eines Beispieles einer durchlöcherten Platte, i-jalche die Veranschaulich= te Strömungssteuereinriehtung bildet.

Fig. 1 E©igt schematisch ein Esispiel eines Kernreaktor-Dampfgeneratorsystems des _ Siedewg.issertyps. Zu dem Reaktorsystem gehört ein Druckgefäß 10, welches den Riukleärbrennstoffteil 11 enthält. Der Teil 11-ist von einer Utamantelung 12 umgeben, welcher eine Wassereinlaßanfüllraag 13 unterhalb des Teiles 11, eine Dampf-Wasser-Gemisch-Kanmer 14 oberhalb des Teiles 11 und eine Dampfkammer 16 oberhalb des durch eine gestrichelte Linie 17-angedeuteten Wasserspiegels bildet.

Zu der Wassereinlaßanfüllung 13 wird, beispielsweise durch eine Umwälzpumpe 18, Wasser unter Druck zugeliefert, wodurch das Wasser durch eine Anzahl öffnungen 19 nach aufwärts am Nuklearbrennstoff des Kernes 11 vorbei gedrückt· wird, wodurch sich ein Teil des Wassers in Dampf umwandelt«. Das sich in Kammer 14 ergebende Dampf-Wasser-Gemisch fließt in eine Anzahl Gäs-Flüssigkeits-Trenneinheiten 21, welche dazu ausgebildet sind, einen wesentlichen Teil des Wassers vom Gemisch abzutrennen und den Dampf in die Kammer 16 zu entleeren. Der Dampf geht von der Kammer 16 durch eine Trockneranordnung 24, welche restliche Feuchtigkeit extrahiert, und er wird vom Druckgefäß abgezogen zu einer Verwendungseinrichtung, beispielsweise einer Dampfturbine 26. Der Turbinenabzug kann kondensiert und mittels einer

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Pumpe 27 als Speisewasser zum Druckgefäß zurückgeführt werden.

Die Trockneranordnung 24 besteht aus einer Reihe an Trocknereinheiten 28 (Fig. 1, 2a und 2b), welche als im Abstand voneinander befindliche Zeilen angeordnet sind. Abteile 29 zwischen den Trocknereinheiten 28 und Leitwände 31 zwischen den Reihen der Trocknereinheiten bilden Einlaßkanäle bzw. Sammelstücke 32 und Auslaßkanäle bzw. Sammelstücke 33. Der vertikal von den Separatoren 21 in die Kammer 16 aufsteigende Dampf tritt daher in die einlaßseitigen Sammelstücke 32 ein und Wird dadurch horizontal durch die Trocknereinheiten 28 gerichtet. % Die auslaßseitigen Sammelstücke 33 richten dann den getrockneten Dampf nach aufwärts in die Kuppel des Druckgefäßes 10. Zu

den Trocknereinheiten 28 gehören (nicht gezeigte) Flüssigkeitsabläufe für das Rückkehren des entfernten Wassers in das Becken des Gefäßes. Wenn auch die Trockner 28 in Fig. 1 vertikal angebracht sind, so liegt es trotzdem im Rahmen der Erfindung, wenn die Anbringung in anderer Weise als vertikal erfolgt. Die Trockner können beispielsweise in schräggestellter Anordnung arbeiten, wobei durch die Erfordernisse der Flüssigkeitsablaufanordnung eine Grenze gesetzt ist.

Wie oben erwähnt, wurde es zur Steigerung der Größe unf da~

M her der Kapazität der Trocknereinheiten als erwünscht befunden, ^ ihre Höhe zu steigern anstatt ihrer seitlichen Dimensionen einschließlich der Querschnittsbereiche der einlaßseitigen und auslaßseitigen Sammelstücke 32 und 33 zu erhöhen. Die sich ergebende größere Länge der Sammelstücke und die gesteigerte Dampfgeschwindigkeit in den Sammelstücken neigt dazu, eine uneinheitliche Dampfstromverteilung durch die Trockner hindurch hervorzurufen. Es besteht für den Dampf auch eine erhöhte Neigung, die Trocknereinheiten in nichthorizontaler Richtung zu passieren, das heißt, in einer Richtung, welche nicht senkrecht zu den Schaufeln des Trockners steht, mit der Folge einer Wirksam-

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keitsverminderung der Trockner.

Gemäß der veranschaulichten Ausführungsform der Erfindung wird eine einheitliche Strömungsverteilung aufrecht erhalten und es werden die vertikalen Geschwindigkeitskomponenten mit steigender Höhe der Troeknereinheiten auf ein Mindestmaß herabgesetzt, indem durchlöcherte StrömungsSteuerplatten an den Einlassen und den Auslassen der Troeknereinheiten 28 geschaffen werden, welche mit einem geeignet graduierten Strömungsdur chgangsbere ich ausgestattet sind. Solche Strömungssteuerplatten sind in Seitenansicht in Fig. 2a gezeigt als einlaßseitige Strömungssteuerplatte 34 zwischen dem einlaßseitigen Sainmelstück 3 2 und der Trocknereinheil: 28, und als auslaßseitige Strömungssteuerplatte 36 zwischen dem Auslaß der Trocknereinheit und dem auslaßseitigen Sammelstück 33.

Ein Beispie] einer einlaßseitigen Strömungssteuerplatte ist in .Frontansicht bzw. Aufrißansicht in Fig. 3 veranschaulicht. Gröfln , Anzahl und Verteilung der Löcher kann am besten durch Versuch gewartet werden, um die Einheitlichkeit der Strömung durch die Tiocknereinheit auf ein Höchstmaß zu bringen. Für die-gezeigte Anordnung ist der Strömungsdurchgangsbereich der einlaßseitigen Strömungssteuerplatte im allgemeinen vom Unterteil zum Obertei1 steigend, während umgekehrt der Strömungsdurchgang sbere ich der auslaßseitigen Si.römungssteuerplatte vom Unterteil zum Oberteil fallend ist. In Idealfall sollte der Strömungsbereioh bzw* der prozentuale Oiίnungsbereich längs der Vertikal dimension der Strömungssteuerplatte kontinuierlich variieren. Für praktisehe Zwecke jedoch kann die Platte in eine Anzahl von Abschnitten a bis f unterteilt sein, welche verschiedene Prozentsätze an Strömungsbereich bzw. Durchlöcherungsdichten aufweisen.

Bei der in Fdg. 3 veranschaulichten Strömungssteuerplatte besitzen die Löcher beispielsweise einen Durchmesser von 6,3 5 mm

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und sind in gestaffelten Zentren angebracht, um den gewünschten Prozentsatz an offenem Bereich zu schaffen, wobei die Abstände von einem Zentrum zum anderen zwischen den Durchlöcherungen variieren. Jedoch kann aber auch der Strömungsbereich variiert werden, indem man Löcher unterschiedlicher Durchmesser anwendet.

Die einlaßseitigen und auslaßseitigen Strömungssteuerplatten sind in den entsprechenden Sammelstücken so abgedichtet, daß der gesamte Strom die Löcher passieren muß. Um die Stromentwicklung zu gestatten und um unwiderbringliehen Druckabfall herabzumindern, steht die einlaßseitige Platte 34 vom Einlaß der Trocknereinheit 28 in einem Abstand W. (von beispielsweise 6,35 bis 19,05 mm), während die auslaßseitige Tafel 36 vom Auslaß der Trocknereinheit in einem Abstand W (von beispielsweise 6,35 bis 12,7 mm) steht.

Die folgende Tabelle gibt dem prozentualen Öffnungsbereich bzw. Strömungsbereich von beispielhaften einlaßseitigen und auslaßseitigen Strömungssteuerplatten an, welcher zur Verwendung in einer Trockneranordnung als geeignet befunden wurde, wobei die Trocknerhöhe etwa 1,83 m beträgt, der Strömungsquer-

schnittsbereich des Trockners etwa 0,5 m (5,4 square feet) ist, der Einlaßquerschnittsbereich des einlaßseitigen Sammel-

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Stückes etwa 1.032 cm beträgt, der Auslaßquerschnittsbereich

des auslaßseitigen Sammelstückes etwa 1.032 cm beträgt und die Dampfstromungsgeschwindigkeit etwa 1.740 m (60.000 Kubikfuß) je Stunde ist.

prozentualer Offnungsbereich

(oben)

(unten)

Abschnitt	einlaßseitige	auslaßseitige
	Platte	Platte
a	32	15
b	30	17,5
C	28	20
d	25	22,5
e	23	24
f	20	30

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Diese Trockneranordnung schafft einen austretenden Dampf, welcher etwa 0,1 oder weniger Gewichts-% an Flüssigkeit enthält gegenüber dem eintretenden Dampf mit einem Gehalt an etwa 10 Gewichts-% Flüssigkeit. Der unwiederbringliche Druckabfall beträgt etwa 0,02 kg/cm . Ohne die Strömungssteuerplatten 34 und 36 enthält der austretende Dampf mindestens 2 Gewichts-% Flüssigkeit gegenüber einem Dampf der gleichen Eintrittsbeschaffenheit. Die Strömungssteuerplatten schaffen daher eine wesentliche Verbesserung der Trocknerarbeit.

Beschrieben wurde eine grdrungene und wirksame Trockneranordnung hoher Leistung, welche nur einen nominellen Druckabfall verursacht.

Wenn auch die Erfindung hier in einer Gastrockneranordnung beschrieben wurde, so kann doch der erfindungsgemäße Strömungsverteilungsaufbau auch mit Vorteil verwendet werden, um eine Strömung durch andere Vorrichtungen hindurch zu steuern und zu verteilen, beispielsweise als Wärmeaustauschermatrix oder dergleichen, welche zwischen parallelen oder querstehenden oder sich im Gegenstrom befindlichen einlaßseitigen und auslaßseitigen Sammelstüeken gelagert ist.

Patentansprüche

BAD

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Claims

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Paten tansprüehe

[ 1_T' Vorrichtung zum Behandeln eines strömenden Fließmittels, wobei die Vorrichtung die folgenden Teile aufweist: a) eine Einlaßseite und eine Auslaßseitej b) ein einlaßseitiges .Sammelstück in Nachbarschaft der Einlaßseite von Behandlungseinrichtungen für das Aufnehmen des Fließmittels und für das Richten des Fließmittels durch diese BehandlungEOinrichtungen hindurch, wobei das Flioß:::i tto-1 in das einlaßseitige Sammelstück in einer Richtunu eintritt, welche von der gewünschten Richtung der Fließmittelstror..f?f? durch die Behandlungseinrichtungen hindurch verschieden ist; und c) ein auslaßseitiges Sarrjnelstück in liachbarschaft der .VsI art sei te für das Richten des Fließmittels in eine Richtung, welche von der gewünschten Richtung des Fließmitlel-■stroir.es dui ch die Behänd!ungsoinricht ungen hindurch verschieden ist, q · }: e η η ζ e i c h η ο t durch : 1) erste Strömuiivfsstovaereinrichtungen 34, welche sich zwischen dem einlaSseitigeii Saninelstück 32 und den Behandlungseinrichtunyen 28 befinden, wo}: i diese erstcxi St römuntjsssteucreinrichtungen einen fortschreit-rul steigenden Ströraungsduxcl'.gangsbereich. "»n der allgemeinen Richttmg des FließroittoJ st rcr.es in das einlaisei tige Sammelstücl; oehaffen; und 2) zweite Ströinungssteue^rcjr.richtungen 36, weldie sich zwischen den· aus!aßseitigen San.T.· istviok 33 und den Behajidlungseinrichtungen 20 befinden, wobei die zweiten St rüimingsE-t euere inrichtungen ein-m fortschreitend sie;· vermindernden Strömungsdurchgangsbereich in der allgemeinen Richtung des Fließmittel stromes vom auslahsoitigen Sammel-stüc); schaffen.
2. Verrichtung uach Ansjjruch 1, d a d υ r c h ge k e η η reich i: t , daß die eisten Strömungssteue: ί inri rh\ ungen 34 und die rweiten S tr ömungs~ teuere inri chtungen -^; pich in; Abstand von den Behänd]ungseinrichtungen 2Π befinde⁵·

0 0 9 8 5 0/1 h 5 9 BAD ORIGINAL.
3. Vorrichtung nach Anspruch' 1, gekennzeichnet durch eine erste" durchlöcherte StrömungsSteuerplatte 34 im einlaßseitigen SammeIstück 32 und in Nachbarschaft der Einlaßseite der Behandlungseinrichtungen 28; ein auslaßseitiges Sammelstück 33 in Nachbarschaft der Auslaßseite der Behandlungseinrichtungen 28 für das Aufnehmen und Entleeren von Fließmittel von den Behandlungseinrichtungen; und eine zweite durchlöcherte Strömungssteuerplatte 36 im auslaßseitigen Sammelstück 33 und in Nachbarschaft der Auslaßseite der Behandlungseinrichtungen 28, wobei die Größe, die Anzahl und die Verteilung der Löcher in erster und zweiter Strömungssteuerplatte so gewählt ist, daß sich eine gleichmäßige Strömungsverteilung des Fließmittels durch die Behandlungseinrichtungen hindurch ergibt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch'gekennzeich net, daß die Strömungssteuerplatten 34, 36 sich im Abstand von den Behandlungseinrichtungen 28 befinden.

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