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Vorrichtung zum Anlagern von Partikeln oder gasförmigen Beimischungen
aus einem Gasstrom an eine Waschflüssigkeit Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Anlagern von Partikeln oder gasförmigen Beimischungen aus einem Gasstrom an
eine Waschflüssigkeit, mit einer im wesentlichen rotationssymmetrischen Wirbelkammer,
mit Mitteln zum Einleiten des Gasstromes mit einer Umfangsgeschwin.
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digkeitskomponente am Umfang der Kammer, mit einer axial angeordneten
Gasaustrittsöffnung, deren Durchmesser wesentlich kleiner ist als der Durchmesser
der Kammer, und mit Mitteln zum Zuführen von Waschflüssigkeit in die Kammer.
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Es ist bereits eine Vorrichtung dieser Gattung bekannt, bei der die
zu reinigenden Gase mit hoher Geschwindigkeit durch einen tangentialen Gaseintrittsstutzen
der Wirbelkammer in diese hineingesaugt und zum axialen Gasaustritt hin in einer
Wirbelsenke auf ein Vielfaches
ihrer Eintrittsgeschwindigkeit beschleunigt
werden.
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Eine Flüssigkeit wird zentral in den Gasaustritt eingedüst. Zur Erzeugung
des Gasstromes ist bei dieser Vorrichtung ebenso wie bei bekannten Naßentstaubern
anderer Bauart ein Ventilator erforderlich, der ein separates Aggregat bildet und
durch eine Rohrleitung mit dem Gasaustritt der Wirbelkammer verbunden-ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der angegebenen
Gattung zu schaffen, die sich bei erhöhter Wirksamkeit durch eine besonders kompakte
und daher kostengullstige Bauweise auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs
1 gelöst.
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Zwei alternative Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen
2 und 3 angegeben.
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Gemäß Anspruch 4 wird auch ein Nachabscheider in das Aggregat einbezogen.
Bei einem solchen Aggregat entfallen
alle Verbindungskanäle und
Umlenkungen, die bei vergleichbaren bekannten Vorrichtungen zwischen den einzelnen
Apparaten, die oft nur eine Funktionszone darstellen, erforderlich sind. Das zu
reinigende Gas durchströmt in einer-einzigen ununterbrochenen -Rotationsströmung
ohne Umkehrung des Drehsinns alle Verfahrensabschnitte.
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Eine besonders kompakte Bauweise ist in Anspruch 5 angegeben.
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Die Ausführungsform gemäß Anspruch 6 ist besonders einfach.
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Bei dar alternativen Ausführung gemäß Anspruch 7 ist die Gestaltung
der Wirbelkammer unabhängig von der Seitenfläche des Laufrades (als laufrads ist
hier und im weiteren Text stets ein Ventilatorlaufrad bezeichnet), so daß es möglich
ist, die Zuströmbedingungen zur Wirbelkammer zu verbessern und die W#rbelkammer
größer auszubilden.
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Das Merkmal des Anspruches 8 gestattet eine Beeinflussung der Umfangsgeschwindigkeitskomponente
zur Herstellung optimaler Betriebsbedingungen.
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Die Ansprüche 9 und 10 enthalten zwei alternative Möglichkeiten für
die Anordnung der Waschflüssigkeitszuführung.
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Bei der Ausführung gemäß Anspruch 11 wird das Laufrad als Zerstäuberscheibe
genutzt. Wie bei den bekannten Zerstäubern mit schnell rotierenden Scheiben löst
sich die Waschflüssigkeit zerstäubt von der Laufradscheibe und wird in Form feiner
Partikel in die Waschzone geschleudert. Hierdurch wird ohne zusätzlichen Bauaufwand
die Erzeugung feiner Partikel mit einer großen Summe effektiver Oberflächen ermöglicht.
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Dieser Effekt wird durch das Merkmal des Anspruches 12 noch erhöht.
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Nachdem sich überraschender Weise gezeigt hat, daß bei bei vorgegebenem
VolumenstromVeiner bestimmten Breite der
Wirbelkammer der Abscheidegrad
bei konstantem Wasserdurchsatz ein Maximum bzw. der Wasserverbrauch bei konstantem
Abscheidegrad ein Minimum hat, wird durch das Merkmal des Anspruches 13 eine weitere
einfache Möglichkeit zur Optimierung der Funktion angegeben.
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Eine weitere Verbesserung der Wirksamkeit, die sich insbesondere auf
einen verminderten Wasserdurchsatz bei unverändertem Abscheidegrad auswirkt, wird
durch das Merkmal des Anspruches 14 erzielt.
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Die Zeichnung dient zur Erläuterung der Erfindung.
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Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 2 zeigt ausschnittsweise
ein geringfügig abgeändertes Ausführungsbeispiel, Fig. 3 zeit ausschnittsweise ebenfalls
ein abgeändertes Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 4 zeigt ausschnittsweise
ein weiteres abgeändertes Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 5 zeigt ein weiteres
Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Gemäß Fig. 1 ist auf einem Grundrahmen 1 ein Elektromotor 2 angeordnet,
der Über eine Leistungsübertragung 3
die Welle4 eines Radiallaufrades
5 antreibt, die in Lagern 6 und 7 läuft. Das Laufrad 5 besteht im wesentlichen aus
einer ebenen, geschlossenen Nabenscheibe 8, einer Anzahl von im wesentlichen radialen,
gegebenenfalls auch gekrümmten Schaufeln 9 und einer ringartigen Einströmscheibe
10, die einen äußeren ebenen Ringbereich und einen inneren konischen oder trompetenartig
geformten Ringbereich aufweist. In die axiale Saugöffnung 11 der Scheibe 10 mündet
das feststehende Ansaugrohr 12.
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Das Laufrad 5 ist von einem Gehäuse umschlossen, welche im wesentlichen
durch die Stirnwand 13, ein Zylinderteil 14 und die Seitenwand 15 eines Ringkörpers
16 gebildet ist. Die Wand 15 hat einen äußeren, gegenüber dem Laufrad 5 etwas zurückweichenden
Bereich, einen ebenen mittleren Bereich, der im wesentlichen gegenüber dem ebenen
Bereich der Scheibe 10 mit Abstand von diese angeordnet ist und einen inneren konischen
Bereich mit einer Öffnung, die den trompetenartig geformten Teil der Scheibe 10
des Laufrades, in Pen das Ansaugrohr 12 mündet, mit radialem Abstand konzentrisch
umgibt. Der Durchmesser der Öffnung des Ringkörpers 16 ist wesentlich
kleiner
als der Durchmesser des Laufrades 5, z.B.
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etwa halb so groß.
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Das Zylinderteil 14 besteht aus zwei seitlichen ringförmig gebogenen
Blechen 17 und 18, die mit der Stirnwand 13 bzw. der Seitenwand 15 ringsum verbunden
sind, und aus einem weiteren ringförmig gebogenen Blech 19,.
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welches den Zwischenraum zwischen den Blechen 17 und 18 Überbrückt
und diese beiden Bleche unter Belassung eines radialen Abstandes 20 teilweise überlappt.
Zwischen dem Zylinderteil 14 und dem Umfang des Laufrades 5 besteht ein Abstand,
der annähernd dem gegenseitigen Abstand der beiden Laufradscheiben 8 und 10 en#spricht.
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Der Ringkörper 16 ist in einem zylindrischen Mantel 21 in axialer
Richtung verschieblich. In dem Spalt zwischen dem Mantel 21 und der Außenwand 22
des Ringkö-pers 16 ist eine umlaufende Dichtung 23 angeordnet. Ein Hydraulikkolben
24 bewirkt über ein Gestänge 2f, Winkelhebel26 Gelenkstangen 27 und axial geführte
Schubstangen 28, von denen mehrere in gleichen Abständen auf dem Umfang verteilt
sind, eine Parallelverschiebung des Ringkörpers 16.
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Der Blechring 19 ist von einem ringförmig gebogenen Rohr 29 umgeben,
das über einen Anschluß 30 mit einer Wasserleitung verbunden ist. Das Rohr 29 ist
mit einer Anzahl von radial gerichteten Einspritzdüsen 31 versehen, die den Blechring
19 durchdringen. Die aus den Teilen 19, 29, 30 und 31 bestehende Einheit ist als
Ganzes axial verschieblich, um eine optimale Einstellung zu ermöglichen.
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Auf der dem Laufrad 5 abgekehrten Seite des Ringkörpers 16 befindet
sich ein im wesentlichen zylindrischer Raum 32, der auf der anderen Seite durch
eine ringförmige Zwischenwand 33 begrenzt ist, deren kreisförmige Öffnung 34 das
Ansaugrohr 12 mit radialem Abstand konzentrisch umgibt.
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Über die Öffnung 34 steht der Raum 32 mit dem Inneren einer in üblicher
Weise etwa schneckenartig geformten Leitvorrichtung 35 in Verbindung, die ebenfalls
das Ansaugrohr 12 umgibt und einen Auslaßstutzen 36 aufweist.
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Der Mantel. 21 ist beiderseits des Ringkörpers 16 mit Je einem Abfluß
37, 38 versehen. Ebenso weist auch die Leitvorrichtung 35 einen Abfluß 39 auf.
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Im Betrieb wird das durch das Ansaugrohr 12 einströmende Gas durch
das schnell rotierende Laufrad 5 gefördert und tritt#aus diesem am Umfang mit hoher
Umfangsgeschwindigkeitskomponente als Wirbelquelle aus. Unmittel bar anschließend
wird der Gasstrom, wie durch den Pfeil 40 angedeutet, umgelenkt und bildet in dem
Bereich, der auf der in Fig. 1 links gezeichneten Seite, durch die Seitenwand 15
des Ringkörpers 16 und auf der rechten Seite, abgesehen von dem ganz rußen befindliche
Bereich, durch die Seitenscheibe 10 des Laufrades 5 begrenzt ist, eine Wirbelsenke.
Dieser Bereich wird daher der Kürze halber als Wirbelkammer bezeichnet. Die Wirbelkammer
hat im wesentlichen die Form einer Scheibe, d.h. ihre axiale Ausdehnung ist durchweg
klein im Vergleich zum Radius.
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Durch die Einspritzdüsen 31 wird dauernd Waschflüssigkeit in die Wirbelkammer
eingespritzt. Diese wird durch
den rotierenden Gasstrom in feine
Partikel zerrissen.
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Die Flüssigkeitspartikel werden Je nach Form und Größe zum Teil durch
die Zentrifugalkraft nach außen abgeschleudert, wo die Flüssigkeit durch die zwischen
dem Blech 19 und den Blechen 17 bzw. 18 bestehenden Spalte abläuft und zu dem Abfluß
37 gelangt. Der Hauptteil der eingespritzten Flüssigkeit wird durch die Schleppkraft
des Gasstromes nach innen mitgenommen. Die radial Komponente des Gasstromes in der
Wirbelsenke, die für diesen Effekt ursächlich ist, läßt sich durch axiale Verschiebung
des Ringkörpers 16, d.h. durch Änderung der Breite der Wirbelkammer beeinflussen.
Die optimale Einstellung wird experimentell ermittelt und-kann, wie im einzelnen
nicht dargestellt, automatisch oder von Hand entsprechend den Betriebsbedingungen
nachgestellt werden. In der Wirbelsenke, und zwar insbesondere in der Zone, die
von den innen Bereichen der Einströmscheibe 10 und der Seitenwand 15 seitlich begrenzt
ist, reichern sich die Flüssigkeitspartikel auf einer mehr oder weniger großen Zahl
von Umlaufbahnen mit den Verunreinigungen des Gasstromes an. Diese Zone in der Wirbelkammer
wird daher kurz als Waschzone bezeichnet.
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Sie hat die Form einer flachen Ringscheibe, d.h. ihre axiale Abmessung
ist klein im Vergleich zur radialen Abmessung.
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Danach durchströmt das Gas die sich in Strömungsrichtung erweiternde
Zone zwischen dem trompetenartigen Teil der Einströmscheibe 10 des Laufrades 5 und
dem konischen Wandteil des Ringkörpers 16. In dieser Zone tritt infolge der durch
die Erweiterung bedingten Verminderung der radialen Komponente der Strömungsgeschwindigkeit
eine Agglomeration der Partikel der Waschflüssigkeit ein.
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Durch die Öffnung des Ringkörpers 16 gelangt das Gas in den Raum 32
und passiert diesen mit schraubenförmiger Dralls-trömung. Der Raum 32 dient als
Abscheidezone. Diemit angelagerten Verunreinigungen behafteten Waschflüssigkeitspartikel
werden durch die Zentrifugalkraft an den Mantel 21 geschleudert, laufen daran ab,
sammeln sich und werden durch den Abfluß 38 abgeleitet.
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Durch die Öffnung 34 der Wand 33 verläßt das Gas die Abscheidezone
und gelangt in die Leitvorrichtung 35, in der die Drallströmung mit Druckrückgewinn
in eine gerade gerichtete Strömung umgelenkt wird, die die Apparatur durch den Stutzen
36 verläßt. Etwaige Flfissigkeitsreste
werden durch Zentrifugalkraft
abgeschieden und gelangen in den Abfluß 39.
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Von dem bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel unterscheidet sich
das in Fig. 2 ausschnittsweise <Cargestellte Ausführungsbeispiel nur durch die
abgewandelte Form der dem Laufrad 5 zugekehrten Seitenwand 15a des Leitkörpers 16a.
Der im wesentlichen dem ebenen Ringbereich der Laufradwand 10 zugekehrte Ringbereich
der Wand 15a ist schwach konisch ausgebildet, wobei der Konuswinkel X etwa 750 beträgt.
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Die Breite der Waschzone, d.h. ihre axiale Abmessung, nimmt also zur
Achse hin zu. Im Vergleich zu der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ist also in
den achsennäheren Teilen der Waschzone die radiale Geschwindig keitskomponente des
Gasstromes vermindert. Es hat sich gezeigt, daß hierdurch der Wirkungsgrad der Vorrichtung
verbessert wird.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 weist im Gegensatz zu den bisher
beschriebenen Ausführungsbeispielen
zwischen dem Ringkörper 16b
und dem Laufrad 5 einen feststehenden ringförmigen Leitkörper 41 auf. Dieser ist
mit seinem inneren Rand an einem Flansch 42 des Ansaugrohres 12 rundum dicht befestigt.
Die dem Laufrad 5 zugewandte Fläche 43 ist konisch und reicht etwa bis zum Umfang
der Einströmscheibe 10 des Laufrades, mit dem sie einen schmalen Ringspalt bildet..
An dieser Stelle geh' sie in eine strömungsgünstig geformte, aus mehreren Blechstreifen
zusammengesetzte, im Schnitt etwa halbkreisförmige Umfangsfläche 44 über. Die dem
Ringkörper 16b zugekehrte Seite des Leitkörpers 41 ist im äußeren Bereich 45 schwach
konisch ausgebildet und zwar spiegelsymmetrisch zu dem gegenüberliegenden Ringbereich
der Wand 15b, so daß sich die dazwischen liegende Waschzone in Richtung auf die
Achse erweitert.
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Der Konustinkelp B ist in diesem Fall etwa 850. An den konischen Teil
45 schließt sich eine ebene innere Ringfläche 46 an.
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Auf der Umfangsfläche 44 sitzen in gleichen kurzen Winkelabständen
Drallschaufeln 47 auf. Diese sind mittels Wellen 48, die den zylindrischen Mantel
49 durchdringen, um eine radiale Achse drehbar. Ein Mechanismus
50
ermöglicht ähnlich wie bei der bekannten Ventilatoren-Drallregelung die gleichzeitige
Verdrehung oder Arretierung aller Drallschaufeln. Mit Hilfe der Drallschaufeln läßt
sich die Umfangsgeschwindigkeitskompo neunte des Gasstromes, der gemäß Pfeil 40b
die U#mfangsfläche 44 umströmt, variieren.
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Die axiale Lage des Ringkörpers 16b ist nicht veränderlich. Der Ringkörper
ist mit dem Mantel 2ib fest verbunden, der mit der Flanschverbindung 51 an dem Mantel49
angeschlossen ist. Er überlappt diesen mit radialem Abstand, so daß dazwischen ein
umlaufender Ablaufkanal 52 für die ausgeschleuderte Waschflüssigkeit verbleibt.
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Die Einspritzdüsen 31b für die Waschflüssigkeit sind bei diesem Ausführungsbeispiel
axial ausgerichtet und durchdringen die Seitenwand 15b des Ringkörpers -16b.
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Die Einspritzung erfolgt also unmittelbar in die Wasch-Zone. Die Ringleitung
29b, die über den Anschluß 30b mit einer Wasserleitung verbunden ist, liegt innerhalb
des Ringkörpers 16b.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 sind die Einspritzdüsen 31c,
die auf der Ringleitung 29c sitzen, ähnlich wie bei-Fig. 3 angeordnet, allerdings
nicht am äußeren Rand, sondern etwa in der Mitte der Waschzone.
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An der unmittelbar gegenüber befindlichen Wand 10 des Laufrades 5
ist ein Zerstäuberring 52 angebracht, der einen schwach konisch sich nach außen
verbreiternden inneren Teil 53 mit einer Abreißkante 54 aufweist.
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Der Ringkörper 16c ist ähnlich wie bei der Ausführung gemäß Fig. 1
und 2 in axialer Richtung verschieblich.
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Bedingt durch die verschiebliche Anordnung des Ringkörpers 16 ist
das Zuleitungsrohr 30c rechtwinklig abgebogen und mit einer gleitenden Durchführung
56 durch die Stirnwand 13 nach außen geführt.
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Das in Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel ist gegen ~ über den
übrigen Ausführungsbeispielen stärker abgewandelt. Auf einem Gestell 1d ist ein
Elektromotor 2d angeordnet, der über eine Kupplung 57 die Welle 4d eines Axiallaufrades
5d antreibt, die in Lagern 6d und 7d beidseitig gelagert ist.
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Der Ansaugkanal 12d ist von unten her in einen Saugkasten 58 geführt.
Von diesem geht waagerecht der aus den starr miteinander verbundenen, im wesentlichen
rotationssymmetrischen Teilen 59, 60, 61, 62 bestehende Mantel aus, der koaxial
die Welle 4d umschließt.
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In dem sich in der Zeichnung von links nach rechts trompetenartig
verjüngenden Teil 59 befindet sich mit geringem Spiel am Umfang das Axiallaufrad
5d. Dieses hat eine geschlossene Nabe 63, die mit einer Anzahl von Schaufeln 64
bestückt ist, die in gleichmäßigen Winkelabständen auf dem Umfang verteilt sind.
Die Oberfläche der Nabe 63 hat auf der Lufteintrittsseite die Form einer Kalotte
71. Auf der anderen Seite bildet die Wand 10d gemeinsam mit der zu ihr spiegelsymmetrischen
Wand 15d des Ringkörpers 16d im Querschnitt etwa ein X, so daß der Ringspalt zwischen
den beiden Flächen sich von außen nach innen zunächst verengt und dann auf dem größten
Teil seiner radialen Ausdehnung erweitert. Der letztere Teil bildet die Waschzone.
Der Eonuswinkel cr beträgt in diesem Falle etwa 750.
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Der Ringkörper 16d ist in axialer Richtung mittels Gewindestangen
65 und Handrädern 66 verstellbar. In seinem
Inneren befindet sich
die Ringleitung 29d, die die Einspritzdüsen 31d mit Waschflüssigkeit versorgt.
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An den Mantelteil 60, der den Ringkörper 16d umgibt, schließt sich
der Teil 61 an, dessen Innenraum 32d über die ver#engte Öffnung 34d mit dem Nachleitapparat
67 in Verbindung steht, der durch konische Erweiterung des Mantelteils 62 als Diffusor
ausgebildet ist. Er ist ähnlich wie bei Axialgeblasen nzit Nachleitschaufeln 68
ausgerüstet, die zwischen Mantel 62 und Diffusornabe 69 sitzen.
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Bei dieser Ausführungsform wird das durch das Ansaugrohr 12deinströmende
Gas nach rechtwinkliger Umlenkung in dem Saugkasten 58 durch das Axiallaufrad 5d
in eine schraubenförmige Drallsbimung versetzt. Diese braucht im Gegensatz zu den
mit Radiallaufrädern ausgerüsteten Ausführungen, bei denen nach dem Austritt aus
dem Laufrad eine Umlenkung von insgesamt 1800 erforderlich ist, gemäß Pfeil 40d
nur um 900 umgelenkt zu werden.
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Das Gas gelangt nach Passieren der Verengung zwischen den Wänden 10d
und 15d in die sich zur Achse hin verbreiternde
Waschzone, wo
es mit der eingesprühten Waschflüssigkeit in Kontakt kommt. Es verläßt die Waschzone
durch die Öffnung des Ringkörpers 16d, gelangt in den Abscheider 32d und von dort
zu dem Nachleitapparat 67, wo d#ie kinetische Energie der Drallströmung durch die
Nachleitschaufeln 68 in statischen Druck umgewandelt wird. Das gereinigte Gas verläßt
den Apparat durch das Rohr 70 Das Ventilatorlaufrad (5, 5d) kann bei allen Ausführungsbeispielen
so ausgelegt werden, daß der Druck am Ausgang der erfindungsgemäßen Vorrichtung
größer ist als am Eingang, so daß diese Druckdifforenz für die fiberwindung der
Widerstände in anderen Anlagenteilen zur Verfügung steht, an denen die Vorrichtung
angeschlossen ist, z.B. an einer Drehtrommel oder einer Müllverbrenntingsanlage.
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Patentansprüche: