DE2336278A1 - GAS / LIQUID SEPARATOR - Google Patents

GAS / LIQUID SEPARATOR

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DE2336278A1
DE2336278A1 DE19732336278 DE2336278A DE2336278A1 DE 2336278 A1 DE2336278 A1 DE 2336278A1 DE 19732336278 DE19732336278 DE 19732336278 DE 2336278 A DE2336278 A DE 2336278A DE 2336278 A1 DE2336278 A1 DE 2336278A1
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D45/00—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
    • B01D45/12—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces
    • B01D45/16—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces generated by the winding course of the gas stream, the centrifugal forces being generated solely or partly by mechanical means, e.g. fixed swirl vanes
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C15/00—Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
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Description

Gas/Flüssigkeits-TrennerGas / liquid separator

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gas-ZFlüssigkeits-Trenneinheit, wie sie beispielsweise in Kernreaktoren verwendet wird.The invention relates to a gas / liquid separation unit, as used, for example, in nuclear reactors.

Gas/Flüssigkeits- oder Dampf/Wasser-Trenner bzw. Abscheider, wie sie beispielsweise für eine Verwendung im Druckbehälter eines Kernreaktor-Dampfgenerators geeignet sind, sind in den US-Patentschriften 3 216 182, 3 329 130 und 3 603 062 beschrieben. In-derartigen Anordnungen sind zahlreiche eng beabstandete Abscheidereinheiten auf einem Dom oder Deckel an der Oberseite einer Dampfkammer über dem Reaktorkern montiert.Gas / liquid or steam / water separator or separator, such as are suitable, for example, for use in the pressure vessel of a nuclear reactor steam generator, are in the U.S. Patents 3,216,182, 3,329,130 and 3,603,062. In-such arrangements are numerous closely spaced Separator units mounted on a dome or cover on the top of a steam chamber above the reactor core.

Fortgesetzte Verbesserungen in Kernreaktor-Dampfgeneratoren haben zu einer erhöhten Ausgangsleistung mit höheren Mischungsund Dampfströmungsmengen und höherer Dampfqualität (Gew.-? Dampf in der Mischung) an den Abscheidereinlässen geführt. InContinued improvements in nuclear reactor steam generators have resulted in increased output power with higher mixing rates Steam flow rates and higher steam quality (weight? Steam in the mixture) are guided to the separator inlets. In

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dem Bestreben, die Größe des kostspieligen Druckbehälters auf ein Minimum herabzusetzen, sind fortgesetzte Verbesserungen wünschenswert, um die Größe der Abscheidereinheiten herabzusetzen und deren Wirkungsgrad zu vergrößern.efforts to minimize the size of the expensive pressure vessel are continued improvements desirable in order to reduce the size of the separator units and to increase their efficiency.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß Abscheidereinheiten geschaffen werden, die jeweils primäre, sekundäre und tertiäre Vortex- bzw. Wirbelröhren aufweisen, die an ihren Enden aneinander angrenzend angeordnet sind, wobei die primäre Vortex-Röhre ein Einlaßende aufweist, das einen Wirbelgenerator zur Aufnahme einer Gas/Flüssigkeitsmischung enthält und einen Gaswirbel hervorruft, der von einem Flüssigkeitswirbel umgeben ist. Jede Wirbelröhre enthält nahe ihrem Auslaßende einen koaxial angeordneten, ringförmigen Flüssigkeits-Aufnahmering. Jede Wirbelröhre ist von einem Auslaßkanal umgeben. Derjenige Auslaßkanal, der die erste Wirbelröhre umgibt, enthält einen die Fläche für die Auslaßströmung verkleinernden Ring, um das. im Wasser enthaltene Gas zu steuern.This is achieved according to the invention in that separator units are created, each having primary, secondary and tertiary vortex tubes attached to their Ends are disposed adjacent one another, the primary vortex tube having an inlet end which is a vortex generator for taking up a gas / liquid mixture and causes a gas vortex that is generated by a fluid vortex is surrounded. Each vortex tube contains a coaxially arranged, annular fluid-receiving ring near its outlet end. Each vortex tube is surrounded by an outlet channel. That outlet channel surrounding the first vortex tube contains a ring reducing the area for the outlet flow to control the gas contained in the water.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Durchmesser der Wirbelröhren, die die Auslaßkanäle umgeben, die gleichen, während in einem anderen Ausführungsbeispiel die Durchmesser unterschiedlich sind, um für ein größeres Gasvolumen über dem Flüssigkeitsbad unter den Abscheidereinheiten zu sorgen. In weiteren Ausführungsbeispielen sind die sekundären und tertiären Wirbelröhren divergierend.According to a further embodiment of the invention, the diameters of the vortex tubes surrounding the outlet channels are same, while in another embodiment the diameters are different in order for a larger gas volume above the liquid bath under the separator units. In other embodiments, the secondary and tertiary vortex tubes diverging.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung verschiedener Ausfuhrungsbeispielo näher erläutert.The invention will now be based on further features and advantages the following description and the drawing of various exemplary embodiments explained in more detail.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung von einem Siedewasser-Reaktorsystem, das die erfindungsgemäßen Gas/Flüssigkeitstrenneinheiten verwendet.Fig. 1 is a schematic representation of a boiling water reactor system, using the gas / liquid separation units of the invention.

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Fig. 2 ist eine teilweise im Längsschnitt gezeigte Seitenansicht ■von einem ersten Ausführungsbeispiel einer Trenneinheit gemäß der vorliegenden Erfindung.FIG. 2 is a side view, shown partially in longitudinal section, of a first exemplary embodiment of a separating unit according to the present invention.

Fig. 3 stellt die Wirkung der Auslaßkanalverengung auf das im Wasser mitgerissene Gas (Dampf) dar.Fig. 3 shows the effect of the exhaust port constriction on the im Water entrained gas (steam).

Fig. 1J ist eine teilweise im Längsschnitt dargestellte Seitenansicht von einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Trenneinheit.Fig. 1J is a side view of a second embodiment of a separation unit, partially in longitudinal section.

Fig. 5 stellt eine Modifikation der Trenneinheiten gemäß der Fig. 2 und 4 dar.5 shows a modification of the separation units according to FIGS. 2 and 4.

Fig. 6 stellt eine weitere Modifikation der erfindungsgemäßen Trenneinheit dar.Fig. 6 shows a further modification of the separation unit according to the invention.

Fig. 7 und 8 stellen weitere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Trenneinheit dar.7 and 8 show further embodiments of the invention Separating unit.

In Fig. 1 ist schematisch ein Beispiel von einem Kernreaktor-Dampf generatorsystem des Siedewasser-Typs gezeigt. Das Reaktorsystem umfaßt einen Druckbehälter 10, der einen Brennstoffkern 11 enthält. Der Kern 11 ist von einer Umhüllung 12 umgeben, die eine Wassereinlaßkammer 13-unterhalb des Kerns, eine Dampf/Wasser-Mischkammer IM oberhalb des Kerns und eine Dampfkammer Io oberhalb des Wasserspiegels bildet, der durch eine gestrichelte Linie 17 angegeben ist.In Fig. 1 is schematically an example of a nuclear reactor steam Boiling water type generator system shown. The reactor system includes a pressure vessel 10 having a fuel core 11 contains. The core 11 is surrounded by a casing 12 which has a water inlet chamber 13-below the core, a Steam / water mixing chamber IM above the core and a steam chamber Io forms above the water level, which is indicated by a dashed line 17.

Unter Druck stehendes Wasser wird der Einlaßkammer 13 beispielsweise durch eine Umwälzpumpe 18 zugeführt, durch die das Wasser durch eine Vielzahl von öffnungen 19 hindurch nach oben an dem Kernbrennstoff des Kernes 11 vorbeigedrückt wird, wodurch ein Teil des Wassers in Dampf umgewandelt wird. Die dabei entstehende Dampf/Wassermischung in der Kammer lh strömt durch eine Vielzahl von Gas/Flüssigkeits-Trenneinheiten 21 hindurch,Pressurized water is supplied to the inlet chamber 13, for example by a circulating pump 18, by means of which the water is forced through a plurality of openings 19 upwards past the nuclear fuel of the core 11, as a result of which part of the water is converted into steam. The resulting steam / water mixture in the chamber lh flows through a large number of gas / liquid separation units 21,

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die auf einem Dom oder Deckel 15 montiert sind. Jede dieser Trenneinheiten 21 umfaßt erfindungsgemäß erste oder primäre, zweite oder sekundäre und dritte oder tertiäre Trennerabschnitte 22,23 bzw. 24. Diese Trenneinheiten 21 stoßen den Dampf in die Kammer 16 aus und leiten das V/asser zum WAsserbehälter zurück, der die Trenneinheiten in dem Druckbehälter umgibt. Der Dampf strömt von der Kammer 16 durch eine Trockneranordnung 25 hindurch, die Restfeuchtigkeit entzieht, und wird von dem Druckkessel zu einer Nutzeinrichtung geleitet, die beispielsweise eine Dampfturbine 26 sein kann. Die Turbinenausströmung wird in einem Kondensor 27 kondensiert und durch eine Pumpe 28 zum Druckbehälter zurückgeleitet.which are mounted on a dome or cover 15. Any of these According to the invention, separation units 21 comprise first or primary, second or secondary and third or tertiary separator sections 22, 23 and 24. These separation units 21 push the steam into the chamber 16 and direct the water back to the water container which surrounds the separation units in the pressure vessel. Of the Steam flows from chamber 16 through a dryer assembly 25 which removes residual moisture and is removed from the pressure vessel routed to a utility device, which can be a steam turbine 26, for example. The turbine outflow is in condensed in a condenser 27 and returned to the pressure vessel by a pump 28.

Ein erstes Ausführungsbeispiel einer Gas/Flüssigkeits-Trenneinheit 21 gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt, wobei die Abschnitte 22,23 und 24 Wirbelröhren 32,33 bzw. 34 enthalten. Die Dampf/Wassermischung (aus der Mischkammer 14 gemäß Fig. 1) tritt in eine Standleitung 30 ein und wird durch diese zu einem Wirbelgenerator 31 geleitet. Der Wirbelgenerator 31 enthält einen WirbeJerzeugende Mittel, wie beispielsweise eine zentrale Nabe 36, die von zahlreichen gekrümmten bzw. gewölbten Schaufeln 37 umgeben ist. Dies ist in der bereits erwähnten US-Patenschrift 3 216 182 näher beschrieben. Der Wirbelgenerator erteilt somit der Dampf/Wassermischung eine Drehbewegung, wenn sie nach oben in das Einlaßende der ersten oder primären Wirbelröhre 32 des Trenners bzw. Abscheiders strömt. Die daraus resultierende Zentrifugalkraft ruft eine Trennung von Dampf und Wasser in einen inneren Dampfwirbel hervor, der von einem Wasserwirbel umgeben ist, der entlang der Innenwand der Wirbelröhre 32 nach oben strömt.A first embodiment of a gas / liquid separation unit 21 according to the present invention is shown in FIG. 2, with sections 22,23 and 24 vertebral tubes 32,33 and 34 included. The steam / water mixture (from the mixing chamber 14 according to FIG. 1) enters a dedicated line 30 and is passed through this to a vortex generator 31. The vortex generator 31 includes a vortex generating means such as a central hub 36 curved by numerous or curved blades 37 is surrounded. This is described in more detail in the aforementioned US Pat. No. 3,216,182. The vortex generator thus gives the steam / water mixture a Rotational motion as it is up into the inlet end of the first or primary vortex tube 32 of the separator flows. The resulting centrifugal force causes a separation of steam and water into an internal steam vortex, which is surrounded by a water vortex, which flows along the inner wall of the vortex tube 32 upwards.

Die erste Wirbelröhre 32 umgibt koaxial eine erste äußere Röhre 38, die einen ringförmigen Wasserausfluß oder Wasserauslaßkanal 39 zwischen den Röhren 32 und 38 bildet. An der Oberseite der äußeren Röhre 38 wird ein mit öffnungen versehener Deckel 4l gehalten. Die Abdeckung 4l haltert einen primären Aufnahmering 42 in einer koaxial angeordneten Relation zum AuslaßendeThe first vortex tube 32 coaxially surrounds a first outer tube 38, which forms an annular water outlet or water outlet channel 39 between the tubes 32 and 38. At the top of the A cover 4l provided with openings is held in the outer tube 38. The cover 4l holds a primary retainer ring 42 in coaxially arranged relation to the outlet end

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der Wirbelröhre 32, um einen ringförmigen Wasserabnahmekanal zu bilden.of the vortex tube 32 to form an annular water take-off channel.

Somit strömt ein wesentlicher Teil des Wasserwirbels, der entlang der Innenwand der Wirbelröhre 32 nach oben fließt, durch den Druchlaß 43 und wird durch die Abdeckung 4l nach unten in den Auslaßkanal 39 geleitet. Um die Drehbewegung des Wassers zu bremsen, sind zwischen den Röhren 32 und 38 in dem Auslaßkanal 39 zahlreiche vertikale Leitbleche 44 angeordnet. Beispielsweise können diese Leitbleche 44 vier im gleichen Abstand angeordnete rechtwinklige Streifen sein. Der Auslaßkanal 39 ist an seinem unteren Ende offen, um das abgetrennte Wasser zum Wasserbehälter zurückzuleiten.Thus, a substantial part of the water vortex flowing up the inner wall of the vortex tube 32 flows through the Passage 43 and is through the cover 4l down into the Outlet channel 39 passed. In order to brake the rotation of the water, are between the tubes 32 and 38 in the outlet channel 39 numerous vertical baffles 44 are arranged. For example, these baffles 44 can be four equally spaced be right-angled strips. The outlet channel 39 is open at its lower end to allow the separated water to flow to the water tank to redirect.

in
Ferner ist-dem Auslaßkanal 39 ein ringförmiger Verengungsring 46 vorgesehen, der den Strömungsquerschnitt des Auslaßkanales verkleinert, um für einen eingeengten Auslaßkanal 47 zu sorgen. Dieser begrenzte Auslaßkanal 47 sorgt für einen Gegendruck, der dazu beiträgt, daß eine erforderliche Dicke des Wasserwirbels zu dem Zweck aufrechterhalten bleibt, daß der im Wasser, das zum Wasserbehälter zurückgeleitet wird, enthaltene Dampf möglichst klein ist. Es wurde gefunden, daß für einen minimalen Dampfgehalt des zum Wasserbehälters zurückgeleiteten Wassers die Fläche des Auslaßkanales 47 40-80 % des Ringkanales 43 zwischen der Wirbelröhre 32 und dem Aufnahmering 42 betragen sollte. Dies ist in Fig. 3 dargestellt, die eine Schar von Kurven A und B des Verhältnisses von Dampfgehalt zu minimalem Dampfgehalt über dem Verhältnis der Fläche des Auslaßkanales zur Fläche des Abnahmekanales 43 für Mischungsströmungsdurchsätze von etwa 100 % (Kurve A) und 140 % (Kurve B) der Nennströmungsmenge zeigt.in
Furthermore, an annular constriction ring 46 is provided for the outlet channel 39, which reduces the flow cross-section of the outlet channel in order to ensure a narrowed outlet channel 47. This limited outlet channel 47 provides a back pressure which helps to maintain a required thickness of the water vortex for the purpose that the steam contained in the water that is returned to the water container is as small as possible. It has been found that for a minimum steam content of the water returned to the water tank, the area of the outlet channel 47 should be 40-80 % of the annular channel 43 between the vortex tube 32 and the receiving ring 42. This is shown in Fig. 3, which is a family of curves A and B of the ratio of steam content to minimum steam content versus the ratio of the area of the outlet channel to the area of the take-off channel 43 for mixed flow rates of about 100 % (curve A) and 140 % (curve B) shows the nominal flow rate.

Der Dampfwirbel und zusätzlich ein restlicher Wasserwirbel strömt nach oben durch die Öffnung im Aufnahmering 42 hindurch in das Einlaßende der sekundären Wirbelröhre 33. Die Wirbelröhre 33 ist koaxial umgeben von einer zweiten äußeren Röhre 48, um einen zweiten Auslaßkanal 49 zu bilden. An der Ober-The steam eddy and, in addition, a remaining water eddy flows upwards through the opening in the receiving ring 42 into the inlet end of the secondary vortex tube 33. The vortex tube 33 is coaxially surrounded by a second outer tube 48 to form a second outlet channel 49. At the upper

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seite der äußeren Röhre 48 befindet sich eine mit öffnungen versehene Abdeckung 51, die einen sekundären Aufnahmering 52 trägt, der koaxial neben dem Auslaßende der Wirbelröhre 33 angeordnet ist, um einen sekundären ringförmigen Wasseraufnahmekanal 53 zu bilden. Somit strömt ein wesentlicher Teil des restlichen Wasserwirbels, der entlang der Innenwand der Wirbelröhre 33 nach oben fließt, durch den Durchlaß 53 hindurch und wird durch die Abdeckung 51 in den Auslaßkanal 49 geleitet. In dem Kanal 49 können zwischen den Röhren 32 und 48 zahlreiche Leitbleche 54 angeordnet sein, um die Drehbewegung des Wassers zu bremsen. Erne Vielzahl von Auslaßöffnungen 55, die in dem unteren Ende der Röhre 48 ausgebildet sind, gestatten eine Strömung des Wassers durch den Kanal 49 hindurch zum Außenraum der Trenneinheit und somit zu dem umgebenden Wasserbehälter. On the side of the outer tube 48 is one with openings provided cover 51, which has a secondary receiving ring 52 which is disposed coaxially adjacent the outlet end of the vortex tube 33, around a secondary annular water receiving channel 53 to form. Thus a substantial part of the remaining water vortex flows along the inner wall of the vortex tube 33 flows upwards, through the passage 53 and is passed through the cover 51 into the outlet channel 49. Numerous baffles 54 can be arranged in the channel 49 between the tubes 32 and 48 in order to prevent the water from rotating to break. A plurality of outlet openings 55 formed in the lower end of the tube 48 permit one Flow of the water through the channel 49 to the outside the separation unit and thus to the surrounding water tank.

Somit entfernt der sekundäre Abschnitt 23 der Trenneinheit 21 zusätzliches Wasser, und der Dampfwirbel plus der Rest des Wasserwirbels strömen nach oben durch die Öffnung im Aufnahmering 52 hindurch in das Einlaßende der dritten oder tertiären Wirbelröhre 34. Die.Wirbelröhre 34 ist koaxial umgeben von einer dritten äußeren Röhre 58, um einen dritten Wasserauslaßkanal 59 zu bilden. Oberhalb der Röhre 58 befindet sich eine mit öffnungen versehene Abdeckung βΐ,νοη der ein tertiärer Aufnahmering 62 herabhängt, der koaxial in der Nähe des Auslaßendes der Wirbelröhre 3.4 angeordnet ist, um einen ringförmigen Wasseraufnahmekanal 63 zu bilden. Somit strömt der Restteil des Wasserwirbels, der entlang der Innenwand der Wirbelröhre 34 nach oben fließt, durch den Durchlaß 63 hindurch und wird durch die Abdeckung 6l nach unten in den Auslaßkanal 59 geleitet. Wiederum können zahlreiche Leitbleche 64 vorgesehen sein, um die Drehbewegung des Wassers zu bremsen, und das Wasser, wird durch zahlreiche Öffnungen 65 im unteren Ende der äußeren Röhre 58 hindurch zum Außenraum der Trenneinheit abgeleitet. Der Dampfwirbel tritt durch eine öffnung im Aufnahmering 62 hindurch aus der Trenneinheit 21 aus und in die Dampfkammer 16 (siehe Pig.l) ein.Thus, the secondary section 23 of the separation unit 21 removes additional water, and the vortex plus the remainder of the Eddy currents flow up through the opening in the receiving ring 52 through into the inlet end of the third or tertiary vortex tube 34. The vortex tube 34 is coaxially surrounded by a third outer tube 58 to form a third water outlet passage 59. Above the tube 58 is a with Covering provided with openings βΐ, νοη a tertiary receiving ring 62, which is arranged coaxially in the vicinity of the outlet end of the vortex tube 3.4, around an annular water receiving channel 63 to form. Thus, the remaining part of the water vortex that flows along the inner wall of the vortex tube 34 flows after flows above, through the passage 63 and is passed through the cover 6l down into the outlet channel 59. In turn Numerous baffles 64 can be provided to brake the rotation of the water, and the water is through numerous openings 65 in the lower end of the outer tube 58 are discharged through to the exterior of the separation unit. The steam vortex exits the separating unit 21 through an opening in the receiving ring 62 and into the steam chamber 16 (see Pig. 1) a.

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Der primäre Durchlaß 43 zwischen der Wirbelröhre 32 und dem Abnahme.ring 42 empfängt einen großen Prozentsatz des Wasserwirbels im Vergleich zum Wasser, das durch den sekundären Auslaß 53 und den tertiären Auslaß 63 aufgenommen wird. Deshalb ist die Strömungsfläche des Auslasses 43 größer gemacht, als die Strömungsflächen der Auslässe 53 und 63. Aus ähnlichen Gründen kann die Strömungsfläche des sekundären Auslasses 53 größer gemacht sein, als die Strömungsfläche des tertiären Auslasses 63. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 haben die Wirbelröhren 32-34 den gleichen Durchmesser. Deshalb kann die gewünschte Differenz in der Strömungsfläche des Auslässe dadurch herbeigeführt werden, daß Aufnahmeringe von entsprechend unterschiedlichen Innendurchmessern gewählt werden. Das bedeutet, daß der Innendurchmesser des primären Aufnahmeringes 43 kleiner ist als der Innendurchmesser des sekundären Aufnahmeringes 52, der seinerseits einen kleineren Innendurchmesser aufweisen kann als der tertiäre Aufnahmering 62.The primary passage 43 between the vortex tube 32 and the Decrease ring 42 receives a large percentage of the water vortex compared to the water received through secondary outlet 53 and tertiary outlet 63. That's why the flow area of the outlet 43 is made larger than the flow areas of the outlets 53 and 63. For similar reasons, the flow area of the secondary outlet 53 be made larger than the flow area of the tertiary outlet 63. In the embodiment according to FIG. 2, the Vortex tubes 32-34 have the same diameter. Therefore, the desired difference in the flow area of the outlet can thereby be brought about that receiving rings are selected from correspondingly different inside diameters. That means, that the inner diameter of the primary receiving ring 43 is smaller than the inner diameter of the secondary receiving ring 52, which in turn has a smaller inner diameter may have than the tertiary receiving ring 62.

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel der Abscheidereinheit gemäß Fig. 2 betragen die Gesamthöhe der Einheit etwa 230 cm (90 Zoll), der Außendurchmesser etwa 25 cm (10 Zoll), der Innendurchmesser der Wirbelröhren etwa 21,5 cm (8,5 Zoll), die Innendurchmesser der Aufnahmeringe 42,52 und 62 etwa 17,15 cm (6,75 Zoll), 19 cm (7,5 Zoll) bzw. 19,7 cm (7,75 Zoll) und die radialen Weiten der Ringkanäle 43,53. und 63 etwa 1,9 cm (0,75 Zoll), 0,96 cm (0,38 Zoll) bzw. 0,63 cm (0,25 Zoll).In a practical embodiment of the separator unit according to FIG. 2, the total height of the unit is approximately 230 cm (90 inches), the outside diameter about 25 cm (10 inches), the inside diameter of the vortex tubes about 21.5 cm (8.5 inches), the inside diameters the receiving rings 42.52 and 62 are approximately 17.15 cm (6.75 inches), 19 cm (7.5 inches) and 19.7 cm (7.75 inches), respectively, and the radial ones Widening of the ring channels 43, 53. and 63 about 1.9 cm (0.75 inches), 0.96 cm (0.38 in) or 0.63 cm (0.25 in).

In Fig. 4 ist eini'ab gestuftes" Ausführungsbeispiel einer Trenneinheit 121 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Trenneinheit 121 umfaßt einen primären Abschnitt 122, einen sekundären Abschnitt 123 und einen tertiären Abschnitt 124. Der Aufbau der Trenneinheit 121 ist im allgemeinen ähnlich wie derjenige der Einheit 21 gemäß Fig. 2, außer, daß die Komponenten des sekundären Abschnittes 123 und des tertiären Abschnittes 124 kleinere Durchmesser aufweisen, um für die abgestufte Konfiguration zu sorgen. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, sind diese Durchmesserverkleinerungen möglichst groß gemacht, d.h. die sekundäre4 shows an exemplary embodiment of a separating unit that is stepped 121 in accordance with the present invention. The separation unit 121 comprises a primary section 122, a secondary Section 123 and a tertiary section 124. The construction of the separation unit 121 is generally similar to that of the unit 21 of FIG. 2, except that the components of the secondary section 123 and the tertiary section 124 are smaller Have diameters to provide the stepped configuration. As shown in Figure 4, these are diameter reductions Made as large as possible, i.e. the secondary

'309885/0 56 2'309885/0 56 2

Wirbelröhre 133 hat den. gleichen Innendurchmesser wie der primäre Aufnahmering 142, und die tertiäre Wirbelröhre 134 hat den gleichen Innendurchmesser wie der sekundäre Aufnahmering 152. Es könnten jedoch auch Durchmesser verwendet werden, die zwischen den in Fig. 2 und 4 gezeigten liegen. Ferner könnte auch ein zweistufiges Ausfuhrungsbeispiel mit sekundären und tertiären Wirbelröhren und äußeren Röhren des gleichen Durchmessers gebildet sein. Der Vorteil des abgestuften Ausführungsbeispieles liegt darin, daß es eine größere freie Fläche zwischen den Trenneinheiten für den gleichen Trenneinheitenabstand auf dem Dom 15 (siehe Fig. 1) liefert.Vortex tube 133 has the. same inside diameter as the primary receiving ring 142, and the tertiary vortex tube 134 has the same inside diameter as the secondary retainer ring 152. However, diameters between those shown in FIGS. 2 and 4 could also be used. Furthermore could also a two-stage exemplary embodiment with secondary and tertiary vortex tubes and outer tubes of the same diameter be educated. The advantage of the stepped embodiment is that there is a larger free area between the separation units for the same separation unit spacing on the dome 15 (see Fig. 1).

Ein anderes Ausfuhrungsbeispiel der erfindungsgemäßen Trenneinheit ist in Fig. 5 als eine Trenneinheit 221 gezeigt, in der die zylindrischen sekundären und tertiären Wirbelröhren 33 und 34 gemäß Fig. 1 durch divergierende oder invertierte konische sekundäre und tertiäre Wirbelröhren 233 und 234 ersetzt sind. Die Innendurchmesser der oberen Enden der konischen Wirbelröhren 233 und 234 sind die gleichen, wie die Innendurchmesser der zylindrischen Wirbelröhren, die sie ersetzen, während an ihren unteren Enden ihre Innendurchmesser gleich den entsprechenden Innendurchmessern der benachbarten Aufnahmeringe 42 und 52 sind. Der Trenneraufbau ist ansonsten ähnlich mit dem in Fig. 2 gezeigten, außer daß geeignet abgeschrägte Leitbleche 254 und 264 verwendet werden. Die konischen Wirbelröhren eliminieren die Taschen oberhalb der Aufnahmeringe 4J und 51, wodurch die Möglichkeit beseitigt wird,daß Wasser darin eingefangen und von dort wieder mitgerissen wird. Sie reduzieren auch Druckverluste, indem eine abrupte Expansion vermieden und die Strömungsgeschwindigkeit verringert wird, wodurch ein höherer Grad an Druckrückgewinnung erzielt· wird. Die divergierenden Wirbelröhren sorgen auch für eine vorteilhafte divergierende Form für die Auslaßkanäle 249 und 259, die die Wirbelröhren umgeben. Dieses Ausführungsbeispiel kann auch auf die abgestufte Trenneinheit gemäß Fig. 4 in solchen Fällen angewendet werden, wo die Innendurchmesser der sekundären und tertiären Aufnahmeringe 133 und 134 größer sine als die entsprechenden benachbarten Aufnahmeringe 142 und 152.Another exemplary embodiment of the separation unit according to the invention is shown in Fig. 5 as a separation unit 221 in which the cylindrical secondary and tertiary vortex tubes 33 and 34 according to FIG. 1 by diverging or inverted conical secondary and tertiary vortex tubes 233 and 234 are replaced. The inner diameters of the upper ends of the conical vortex tubes 233 and 234 are the same as the inner diameters of the cylindrical vortex tubes, which they replace, while at their lower ends their inner diameters are equal to the corresponding ones Inner diameters of the adjacent receiving rings 42 and 52 are. The separator structure is otherwise similar to that shown in Fig. 2, except that suitably tapered baffles 254 and 264 be used. The conical vortex tubes eliminate the pockets above the receiving rings 4J and 51, creating the possibility is eliminated that water is trapped in it and carried away from there again. They also reduce pressure losses by abrupt expansion is avoided and the flow rate is reduced, thereby allowing a higher degree of pressure recovery is achieved. The diverging vortex tubes also provide an advantageous divergent shape for the outlet channels 249 and 259 surrounding the vertebral tubes. This embodiment can also be applied to the stepped separation unit shown in FIG. 4 in those cases where the inner diameter of the secondary and tertiary retainer rings 133 and 134 are larger than the corresponding adjacent retainer rings 142 and 152.

' 309885/0562'309885/0562

Ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Vereinfachung des Aufbaues ist in Fig. 6 gezeigt, in der die äquivalenten Mittel für die
primären und sekundären Aufnahmeringe 42 und 52 durch verlängerte untere Abschnitte 342 und 352 der divergierenden sekundären und tertiären Wirbelröhren 333 und 334 gebildet sind.Another embodiment for simplifying the structure is shown in Fig. 6, in which the equivalent means for the
primary and secondary receiving rings 42 and 52 are formed by elongated lower portions 342 and 352 of diverging secondary and tertiary vertebral tubes 333 and 334.

In den in den Fig. 5 und 6 gezeigten Trenneinheiten sind die
Divergenzwinkel der sekundären und tertiären Wirbelröhren durch die Längen der Röhren und durch die Verhältnisse ihrer Einlaß- und Auslaßdurchmesser bestimmt. Diese Parameter sind durch verschiedene Gestaltungsüberlegungen hinsichtlich des Trenners bestimmt, wozu die Strömungserfordernisse des Flüssigkeitswirbels durch die sekundären und tertiären Aufnahmekanäle 53 und
63 hindurch gehören. Somit können es kollidierende Gestaltungsforderungen schwierig machen, die Divergenzwinkel der sekundären und tertiären Wirbelröhren zu optimieren.In the separation units shown in Figs. 5 and 6, the
The angle of divergence of the secondary and tertiary vortex tubes is determined by the lengths of the tubes and the ratios of their inlet and outlet diameters. These parameters are determined by various design considerations with regard to the separator, including the flow requirements of the fluid vortex through the secondary and tertiary receiving channels 53 and
63 belong through it. Thus, colliding design requirements can make it difficult to optimize the angles of divergence of the secondary and tertiary vortex tubes.

Die in den Fig. 7 und 8 dargestellten Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Abscheidereinheit sorgen für eine Anordnung, durch die die Divergenzwinkel der sekundären und tertiären
Wirbelröhren im wesentlichen unabhängig von anderen Auslegungsparametern des Trenners optimiert werden können.The exemplary embodiments of the separator unit according to the invention shown in FIGS. 7 and 8 provide an arrangement through which the divergence angles of the secondary and tertiary
Vortex tubes can be optimized essentially independently of other design parameters of the separator.

In Fig. 7 ist die sekundäre Wirbelröhre durch einen divergierenden Abschnitt 433 gebildet, der ein zylindrischer Abschnitt 401 folgt. In ähnlicher Weise ist die tertiäre Wirbelröhre aus einem divergierenden Abschnitt 434 gebildet, dem sich ein zylindrischer Abschnitt 402 anschließt. Mit diesem Aufbau können die relativen Längen der divergierenden und zylindrischen Abschnitte der Wirbelröhren so ausgewählt werden, daß sie Divergenz-Halbwinkel bilden, die zu maximaler Druckrückgewinnung und demzufolge minimalen DruckVerlusten führen.In Fig. 7 the secondary vertebral tube is divergent through a Section 433 is formed which has a cylindrical section 401 follows. Similarly, the tertiary vortex tube is formed from a diverging section 434 that is followed by a cylindrical Section 402 follows. With this structure, the relative lengths of the diverging and cylindrical sections of the vortex tubes are selected to form half-angles of divergence leading to maximum pressure recovery and consequently result in minimal pressure losses.

Die optimalen Kalbwinkel A und B können für einen bestimmten
Anwendungsfall am besten durch systematische experimentelleThe optimal calf angles A and B can be for a given
Use case best through systematic experimental

309885/0562309885/0562

Änderung ermittelt werden. Aufgrund der Wirbelströmung sind die optimalen Divergenz-Halbwinkel größer als für eine gleichförmige axiale Strömung ohne Wirbel oder in der Größenordnung von etwa 3 - 7 °. Für das bereits genannte praktische Ausführungsbeispiel können die Abmessungen der sekundären und tertiären Wirbelröhren wie folgt sein. Für die sekundäre Wirbelröhre betragen die axiale Länge des divergierenden Abschnittes 433 etwa 25 cm (10 Zoll), die axiale Länge des zylindrischen Abschnittes 401 etwa 11,5 cm (4,5 Zoll) und der Divergenz-Halbwinkel A etwa 5°· Für die tertiäre Wirbelröhre betragen die axialen Längen für den divergierenden Abschnitt 434 und den zylindrischen Abschnitt 402 jeweils etwa 18,5 cm (7,25 Zoll) und der Divergenz-Halbwinkel B etwa 4°.Change can be determined. Because of the eddy currents are the optimal divergence half-angles greater than or on the order of magnitude for uniform axial flow with no eddies from about 3 - 7 °. For the practical embodiment already mentioned, the dimensions of the secondary and tertiary Vortex tubes be as follows. For the secondary vortex tube, the axial length of the diverging section is 433 about 25 cm (10 in), the axial length of the cylindrical Section 401 is about 11.5 cm (4.5 inches) and the divergence half-angle A about 5 ° · For the tertiary vortex tube, the axial lengths for the diverging section are 434 and 434 cylindrical portion 402 about 18.5 cm (7.25 inches) each; and divergence half-angle B about 4 °.

In Fig. 8 ist der Aufbau dadurch vereinfacht, daß die zylindrischen Abschnitte 401 und 402 verlängert sind, wodurch die divergierenden Abschnitte 433 und 434 in einer tieferen Lage angeordnet werden, so daß deren untere Enden die äquivalenten Mittel für die Aufnahmeringe 42 und 52 bilden.In Fig. 8, the structure is simplified in that the cylindrical Sections 401 and 402 are elongated, placing the diverging sections 433 and 434 in a lower position are arranged so that their lower ends form the equivalent means for the receiving rings 42 and 52.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Abscheidersystems gegenüber den bekannten Anordnungen können wie folgt zusammengefaßt werden: Für eine Abscheidereinheit gegebener Größe wird die Dampfströmungskapazität für die gleichen Grenzen der Wasserübertragung und des Dampfgehaltes wenigstens 30 % erhöht und die Trenneinheit hält einen zufriedenstellenden Betrieb über Erhöhungen der Einlaßqualität von wenigstens 30 % aufrecht. Der herabgesetzte Durchmesser der Trenneinheit gestattet eine verminderte Teilung (engeren Abstand) der Einheiten auf dem Dom 15 der Dampfkammer (siehe Fig. 1). Somit kann eine größere Anzahl von Einheiten auf einem Dom gegebener Größe untergebracht werden, wodurch sich der gesamte Druckabfall durch das Trennsystem vermindert. Alternativ sorgt für einen gegebenen Abstand der Trenneinheiten der kleinere Durchmesser für eine größere freie Fläche zwischen den Trennereinheiten, so daß infolgedessen weniger Wasser in dem Dampf mitgerissen wird, der aus dem umgebenden Wasserbehälter aufsteigt. Dieser Vorteil wird durch das abgestufte Aus- The advantages of the separator system according to the invention over the known arrangements can be summarized as follows: For a separator unit of a given size, the steam flow capacity for the same limits of water transfer and steam content is increased at least 30% and the separator unit maintains satisfactory operation over increases in inlet quality of at least 30 % upright. The reduced diameter of the separating unit allows a reduced pitch (closer spacing) of the units on the dome 15 of the steam chamber (see FIG. 1). Thus, a larger number of units can be accommodated on a dome of a given size, thereby reducing the overall pressure drop through the separation system. Alternatively, for a given spacing of the separation units, the smaller diameter provides a larger free area between the separation units, so that as a result less water is entrained in the steam rising from the surrounding water container. This advantage is achieved through the graded training

309885/0562309885/0562

führungsbeispiel gemäß Fig. 1J noch verstärkt. Darüber hinaus werden die vorgenannten Verbesserungen der Leistungsfähigkext durch einen vereinfachten weniger kostspieligen Aufbau ohne verwickelte oder komplizierte Komponenten erzielt.management example according to FIG. 1 J is reinforced. In addition, the aforesaid improvements in performance are achieved through a simplified, less expensive structure with no intricate or complicated components.

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Claims (13)

PatentansprücheClaims Gas/Flüssigkeits-Trenneinheit, gekennzeichnet durch eine erste langgestreckte Wirbelröhre (32) mit einem Einlaß- und einem Auslaßende, einen Wirbelgenerator (36) zur Aufnahme einer Gas/Flüssigkeitsmischung, durch den in der ersten Wirbelröhre (32) ein Gas—wirbel erzeugbar ist, der von einem Flüssigkeitswirbel umgeben ist, einen ersten Aufnahmering (42), der koaxial neben dem Auslaßende der ersten Wirbelröhre (36) angeordnet ist und einen ersten Durchlaß zur Aufnahme eines wesentlichen Teiles des Flüssigkeitswirbels bildet, eine zweite langgestreckte Wirbelröhre (33) mit einem Auslaßende und einem Einlaßende, das neben dem Auslaßende der ersten Wirbelröhre (32) angeordnet ist, zur Aufnahme des Gaswirbels und eines Restteils des Flüssigkeitswirbels, einen zweiten Abnahmering (52), der koaxial neben dem Auslaßende der zweiten Wirbelröhre (33) angeordnet ist und einen zweiten Durchlaß (53) zur Aufnahme eines wesentlichen Teiles des Restteiles des Flüssigkeitswirbels bildet, eine dritte langgestreckte Wirbelröhre (3*0 mit einem Auslaßende und einem Einlaßende, das neben dem Auslaßende der zweiten Wirbelröhre (33) angeordnet ist, zur Auf' nähme des Gaswirbels und eines Restteiles des Flüssigkeitswirbels und einen dritten Aufnahmering (62), der koaxial neben dem Auslaßende der dritten Wirbelröhre (34) angeordnet ist und einen dritten Durchlaß (63) zur Aufnahme eines wesentlichen Teiles des Restteiles des Flüssigkeitswirbels bildet.Gas / liquid separation unit, marked by a first elongated vortex tube (32) with an inlet and an outlet end, a vortex generator (36) for receiving a gas / liquid mixture through the a gas vortex can be generated in the first vortex tube (32), surrounded by a fluid vortex, a first receiving ring (42) coaxially adjacent the outlet end of the first Vortex tube (36) is arranged and a first passage for receiving a substantial part of the fluid vortex forms, a second elongated vortex tube (33) having an outlet end and an inlet end adjacent to the The outlet end of the first vortex tube (32) is arranged to receive the gas vortex and a remainder of the liquid vortex, a second removal ring (52) disposed coaxially adjacent the outlet end of the second vortex tube (33) and a second passage (53) for receiving a substantial portion of the remainder of the fluid vortex forms, a third elongated vortex tube (3 * 0 with an outlet end and an inlet end adjacent to the outlet end the second vortex tube (33) is arranged to ' would take the gas vortex and a remaining part of the liquid vortex and a third receiving ring (62), which is coaxial located adjacent the outlet end of the third vortex tube (34) and a third passage (63) for receiving a substantial portion of the remainder of the fluid vortex forms. 2. Trenneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Auslaßkanal (39) die erste Vortex-Röhre (32) umgibt und mit dem ersten Auslaß (43) zur Aufnahme des Teiles des Flüssigkeitswirbels in Verbindung steht, ein zweiter Auslaßkanal (49) die zweite Wirbelröhre (33) umgibt und mit dem zweiten Durchlaß (53) in Verbindung steht und ein dritter Auslaßkanal (59) die dritte Wirbelröhre (34) umgibt und mit dem dritten Durchlaß (63) in Verbindung steht. ' 309885/05622. Separation unit according to claim 1, characterized in that a first outlet channel (39) is the first Surrounds vortex tube (32) and communicates with the first outlet (43) for receiving part of the fluid vortex stands, a second outlet channel (49) surrounds the second vortex tube (33) and with the second passage (53) in connection stands and a third outlet channel (59) surrounds the third vortex tube (34) and with the third passage (63) in connection stands. '309885/0562 3· Trenneinheit nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet , daß zahlreiche im wesentlichen longitudinal angeordnete Teile (2I11,54, 64) in den ersten, zweiten und dritten Auslaßkanälen (39,49,59) vorgesehen sind zur Bremsung der Wirbelströmung des Flüssigkeitswirbels.3. Separation unit according to claim 2, characterized in that numerous essentially longitudinally arranged parts ( 2 I 1 1, 54, 64) are provided in the first, second and third outlet channels (39, 49, 59) to brake the eddy flow of the fluid vortex . 4. Trenneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten, zweiten und dritten Wirbelröhren (32,33,34) etwa den gleichen Innendurchmesser aufweisen und die ersten, zweiten und dritten Aufnahmeringe (42,52,62) mit zunehmend größerem Innendurchmesser versehen sind.4. Separation unit according to claim 1, characterized in that that the first, second and third vortex tubes (32,33,34) have approximately the same inner diameter have and the first, second and third receiving rings (42,52,62) provided with increasingly larger inner diameter are. 5. Trenneinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß in dem ersten Auslaßkanal (39) ein die Strömungsfläche reduzierendes Teil (46) vorgesehen ist zur Verkleinerung der Strömungsfläche im ersten Auslaßka- · nal (39) auf zwischen etwa 40 und 80 % der Strömungsfläche zwischen der ersten Wirbelröhre (32) und dem ersten Aufnahmering (42).5. Separating unit according to claim 2, characterized in that a flow area reducing part (46) is provided in the first outlet channel (39) to reduce the flow area in the first outlet channel (39) to between about 40 and 80 % of the flow area between the first vortex tube (32) and the first receiving ring (42). 6. Trenneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne t, daß der Innendurchmesser der zweiten Wirbelröhre (133) kleiner ist als der Innendurchmesser der ersten Wirbelröhre (132) und der Innendurchmesser der dritten Wirbelröhre (13'I) kleiner ist als der Innendurchmesser der zweiten Wirbelröhre (133).6. Separation unit according to claim 1, characterized marked t that the inner diameter of the second vortex tube (133) is smaller than the inner diameter of the first vortex tube (132) and the inner diameter of the third vortex tube (13'I) is smaller than the inner diameter the second vortex tube (133). 7. Trenneinheit nach Anspruch 6, dadurch geke η η -zeichnet, daß der Innendurchmesser der zweiten Wirbelröhre (133) etwa der gleiche ist wie der Innendurchmesser des ersten Aufnahme ringes (142) und der Innendurchmesser der dritten Wirbelröhre (134) etwa der gleiche ist wie der Innendurchmesser des zweiten Aufnahmeringes (152).7. Separation unit according to claim 6, characterized in that geke η η drawn, that the inner diameter of the second vortex tube (133) is about the same as the inner diameter of the first receiving ring (142) and the inner diameter of the third vortex tube (134) is about the same as that Inner diameter of the second receiving ring (152). 309885/0562309885/0562 8. Trenneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,daß die zweiten und dritten Wirbelröhren (233,234) eine divergierende konische Form aufweisen.8. Separation unit according to claim 1, characterized that the second and third vortex tubes (233,234) have a diverging conical shape. 9. Trenneinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet ,daß der Innendurchmesser des Einlaßendes der zweiten Wirbelröhre/im wesentlichen gleich dem Innen-9. Separation unit according to claim 8, characterized in that the inner diameter of the inlet end of the second vertebral tube / essentially equal to the inner (34 27(34 27 (34 27(34 27 durchmesser des ersten Aufnahmerinces/und der Innendurchmesser des Einlaßendes der dritten Wirbelröhre/im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des zweiten Aufnahmeringes (352) ist.diameter of the first receiving strand / and the inner diameter of the inlet end of the third vortex tube / substantially is equal to the inner diameter of the second receiving ring (352). 10. Trenneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die zweiten und dritten Wirbelröhren (i*33>i*3iO mit divergierenden unteren Abschnitten und zylindrischen oberen Abschnitten versehen sind.10. Separation unit according to claim 1, characterized in that the second and third vortex tubes ( i * 33> i * 3 i O are provided with diverging lower sections and cylindrical upper sections. 11. Trenneinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Einlaßendes der zweiten Wirbelröhre (433) im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des ersten Aufnahmeringes (42) und der Innendurchmesser des Einlaßendes der dritten Wirbelröhre (434) im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des zweiten Aufnahmeringes (52) ist.11. Separation unit according to claim 10, characterized in that that the inner diameter of the inlet end of the second vortex tube (433) is substantially equal to that Inner diameter of the first receiving ring (42) and the inner diameter of the inlet end of the third vortex tube (434) is essentially equal to the inner diameter of the second receiving ring (52). 12. Trenneinheit nach Anspruch 10,dadurch gekennzeichnet , daß der Divergenz-Halbwinkel (A) des divergierenden Abschnittes der zweiten Wirbelröhre (433) etwa 5 ° und der Divergenz-Halbwinkel (B) des divergierenden Abschnittes der dritten Wirbelröhre (434) etwa 4 ° beträgt.12. Separation unit according to claim 10, characterized that the divergence half-angle (A) of the diverging portion of the second vortex tube (433) is about 5 ° and the divergence half-angle (B) of the diverging section of the third vortex tube (434) is approximately 4 °. 13. Trenneinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß diese in einem Kernreaktor mit einem Kern, der in einem Druckbehälter zur Erzeugung einer Gas/Flüssigkeit§mischung enthalten ist, in einem System zum Trennen des Gases von der Mischung angeordnet ist.13. Separation unit according to one or more of claims 1-12, characterized in that it is in a nuclear reactor with a core contained in a pressure vessel for generating a gas / liquid mixture is arranged in a system for separating the gas from the mixture. ' 309885/0562'309885/0562
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