DE2460214A1 - Verfahren und vorrichtung zur aufteilung eines stroemenden fluessigkeits- gas-gemisches in mehrere teilstroeme - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur aufteilung eines stroemenden fluessigkeits- gas-gemisches in mehrere teilstroemeInfo
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Description
MANITZ, FI N STE RWALD. & G RAM KOW
■ München, den 1 9. OEZ. 197*
P/Cr - K 2014; ■
KUBA Kühlerfabrik Baierbriinn H. W. Schmitz
8Q2T Baierbrunn b. München, Postfach 59
Verfahren und Vorrichtung zur Aufteilung eines strömenden Flüssigkeits-Gas-Gemisches
in mehrere Teilströme
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufteilung eines strömenden Flüssigkeits-Gas-Gemisches in mehrere Teilströme
mit vorgebbaren Verhältnissen von Flüssigkeits- zu Gasmassenstrom sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens.
In einer Reihe von technischen Anlagen ist es erforderlich
und zumindest erwünscht, ein strömendes Flüssigkeits-Gas-Gemisch in mehrere Teilströme zu unterteilen, die vorgebbare
Verhältnisse von Flüssigkeits- zu Gasmassenstrom aufweisen. Insbesondere wird vielfach angestrebt, bei einer derartigen
Aufteilung eines Flüssigkeits-Gas-Gemisches jeweils gleiche Teilströme zu erzielen, d.h. Teilströme, in denen die Flüssigkeits-
und Gasmassenströme in jedem Teilstrom gleich sind.
In der Praxis entstehen dabei jedoch erhebliche Schwierig-
β MÖNCHEN 22. ROBERT-KOCH-STRASSEJ . . * w r * '▼*». Π MÖNCHEN. KONTO-NUMMER 7270
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keiten, da ,je nach Massenstrom, und Gasgehalt des Gemisches,
worunter das Verhalt ds von Gasnassonstrom zu i-esaiatraassenstrom
verstanden wird, und. je nach den Stoffeigenschaften der "beiden
Phasen die Zvjeiphasenströraur^ verschiedene Strömungsf omen,
a.ii. eine ebene oder wellige Strömunpsform annimmt und demgemäss
die beiden Phasen über den Ströman-^sq.uersclinitt nicht
'leichmässi-: verteilt sind, !Sine weitere Schwierigkeit bei der
Aufteilung eines jTüssigkeits-Gas-Gemisches in mehrere gleiche
Teilströme resultiert daraus, dass bei vielen Anwendungsfallen
die an die Teilstrornleitun^en angeschlossenen Verbraucher unterschiedliche
'Jiderstande aufweisen und diesem Sachverhalt bei der Aufteilung des ströiaenden I^lüssiEkeits-Gas-femisches praktisch
nicht Rechnung getragen werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfach zu realisierendes
Verfahren zur Aufteilung eines strömenden Flüssigkeits-Gas-Geinisches
in mehrere 'Teilströme mit vorgebbaren Verhältnissen von Flüssigkeits- zu Gasnassenstrom zu schaffen, das praktisch
unabhängig von den jeweils vorliegenden Strömungsformen der
Zweiphasenströmung arbeitet und eine problemfreie Vorgabe des jeweiligen Verhältnisses von Plüssigkeits- zu Gasmassenstrom
in den einzelnen Teilströmen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass zunächst die beiden Phasen des !flüssigkeit s-Gas-Gemisches voneinander
getrennt werden, dass dann die einzelnen Phasen jeweils in wenigstens zwei Einzelphasen-Teilströme aufgeteilt
werden und dass anschliessend jeweils ein Plüssigkeits-Teilstrom
mit einem Gas-Teilstrom gemischt wird.
Durch die praktisch vollständige Trennung der flüssigen Phase von der gasförmigen Phase im Verlauf der Aufteilung des Flüssigkeits-Gas-Gemisches
werden jegliche von der jeweils gegebenen Strömungsform des Gemisches herrührende Störeinflüsse bei
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der Aufteilung ausgeschaltet, und es wird dadurch erreicht, dass die jexveiligeii Einzelphasen-Teilströme in sowohl strömungsmässig
als auch mengenmässig definierter Weise zu Misch-Teilströmen
zusammengeführt werden können.
Das Verfahren nach der Erfindung wird vorzugsweise in der
Kälteltechnik . angewendet, wobei als ITlüssigkeits-Gas-Gemisch
ein Gemisch von Kältemittel und Kältemitteldampf vorliegt und dabei die Flüssigkeits- und Dampfniassenströme in
den jeweiligen Einzelphasen-Teilströmen im wesentlichen gleich
gewählt werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zur Trennung des Flüssigkeits-Gas-Geinisches
ein Abscheider mit wenigstens einer Zuführleitung für das Gemisch vorgesehen ist, dass in oberen Bereich des Abscheiders
eine erste Gruppe von Abfuhrleitungen für Gas-Teilströme und im unteren Bereich des Abscheiders eine zweite Gruppe von Abfuhrleitungen
für Flüssigkeits-Teilströme angeschlossen ist, und dass zumindest ,jeweils eine einen Gas-Teilstrom führende- ----Leitung
mit zumindest einer einen Flüssigkeits-Teilstrom führenden Leitung verbunden ist.
Es ist ersichtlich, dass mittels einer derartigen Vorrichtung das Verfahren nach der Erfindung in besonders einfacher V/eise
realisiert werden kann, wobei günstig ist, dass bezüglich des Abscheiders keine besonderen konstruktiven Anforderungen zu
stellen sind, da durch die Querschnittserweiterung beim Übergang von der Zuführleitung zum Abscheiderraum im allgemeinen
ohne Schwierigkeiten eine solche Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit
erhalten wird, dass sich eine problemfreie Trennung der beiden Phasen ergibt. Zweckmässigerweise mündet die,
Zuführleitung tangential in den zylindrisch ausgebildeten Ab-
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scheide?. Die Strömungsgeschwindigkeit im Abscheider wird in
Abhängigkeit von dem zu trennenden .Gemisch gewählt und beträgt
bei einem Gemisch von Kältemittel und Kälteinitteldampi etwa
bis zu 0,5 m/sec.
Zweckmässigerweise sind sowohl die im oberen Bereich des Abscheiders
angeschlossenen Abfuhrleitungen für die Gas-Teilströme
als auch die im unteren Bereich des Abscheiders angeschlossenen Abfuhrleitungen für die Flüssigkeits-ibilströme
am Abscheider symmetrisch verteilt angeordnet.
Die Zuführleitung für das Flüssigkeits-Gas-Gemisch mündet im Abscheider zweckmässigerweise oberhalb des Flüssigkeitssammelraums
und mit Abstand zu den Gasabfuhrleitungen, um zu gewährleisten, dass in die Gasabfuhrleitungen möglichst keine oder
nur eine vernachlässigbar geringe Menge an Flüssigkeit mitgerissen wird. Prinzipiell wäre es auch möglich, die Zuführleitung
für das Flüssigkeits-Gas-Genisch im Flüssigkeitssamrnelraum münden zu lassen, aber dies erbringt zumindest im Falle
der Anwai dung in der Kältetechnik ■ . zur Trennung von Kältemittel
und Kältemitteldampf keinen besonderen Vorteil.
Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung sind die
Abfuhrlei tungen für die Gas- und/oder Flüssigkeits-Teilströme
radial aus dem Abscheider geführt, wodurch in konstruktiver Hinsicht, insbesondere im Hinblick auf einen raumsparenden
Aufbau, Vorteile erzielbar sind.
Bei radial nach aussen geführten Abfuhrleitungen für die Flüssigkeits-Teilströme
wird als Abscheider zweckmässigerweise eine
zylindrische Kammer verwendet, die im Betrieb derart angeordnet ist, dass ihre Längsachse bezüglich der Vertikalen geneigt ist.
Dadurch erhält man auf einer Seite des Abscheiders einen höheren Flüssigkeitsstand, der es ermöglicht, die Abfuhrleitungen ein-
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seitig übereinander anzuordnen* Gleichzeitig wird dadurch,
sichergestellt, dass bei schwankendem Flüssigkeitsstand- die Abfuhrlei tunken, für die Flüssigkeits-Teilströme stets unterhalb
des Flüssigkeitspegels liegen.
Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin,
dass der durch Querschnitt und Länge der einzelnen Abfuhrleitungen bedingte Druckabfall für die Gas-Teilströme pdeich gross
ist und dass auch der durch Querschnitt und Länge der einzelnen Abfuhrleitungen bedingte Druckabfall für die Flüssickeits-Teilströme
gleich gross ist. In diesem Zusammenhang; ist auch der statische Druckabfall zu berücksichtigen. Durch diese
konstruktiv mit keinen Schwierigkeiten verbundenen Forderungen wird gewährleistet, dass die Flüssigkeits- und Gasmassenströme
in jedem Teilstrom zumindest im wesentlichen gleich gross sind..
Bevoi-zugt treffen die ,jeweils zusammengeführten Abfuhrleitungen
für einen Gas-Teilstrom und einen Flüssigkeits-Teilstrom unter einem spitzen Winkel aufeinander. Dabei sei auch erwähnt, dass
nicht notwendigerweise jeweils eine einzige Abfuhrleitung für einen Gas-Teilstrom einer einzigen Abfuhrleitung für einen
Flüssigkeitsteilstrom zugeordnet sein muss. Je nach den in einem bestimmten Anwsndungsfall geforderte/2 Gegebenheiten können
auch mehrere Teilstromleitungen zu jeweils einer Teil-Sammelleitung zusammengeführt werden.
Im Bereich der Zusammenführung von Flüssigkeits- und Gas-Teilströmen
kann eine Mischkammer herkömmlicher Bauart angeordnet werden.
Bei einer sich durch ihre Einfachheit auszeichnenden Ausführungsform
der Erfindung durchdringen die Abfuhrleitungen für einen Gas-Teilstrom eine Wandung der jeweils zugehörigen Abfuhrleitung
für einen Flüssigkeits-Teilstrom und münden in
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Strömungsrichtung der flüssigkeit. Durch diese Massnahme wird
sichergestellt, dass der jeweilige Gasstrom bereits mit einer im wesentlichen der ITlüssigkeitsströmungsrichtung entsprechenden
Strömungsrichtung in den Flüssigkeitsstrom eingeleitet
und damit praktisch ausgeschlossen wird, dass Gasblasen in die B'lüssigkeits-Teilstrornleitung und damit zurück in den Abscheider
gelangen.
uei einer bevorzugten Ausführungsform ist der durch Strömungsquerschnitt und Länge der die gemischten Teilströme führenden
Sammelleitungen bedingte Druckabfall in allen Sammelleitungen gleich gross. Dies ist zweckmässigerweise dann der Fall» wenn
im wesentlichen gleiche Teilströme angestrebt werden und die Strömungswiderstände der angeschlossenen Organe ebenfalls im
wesentlichen gleich gross sind.
Durch Wahl unterschiedlicher Querschnitte der die gemischten Teilströme führenden Sammelleitungen kann nach der Erfindung
auch denjenigen Anwendungsfällen Rechnung getragen werden, bei
sind
denen gleiche Misch-Teilströme erwünscht, jedoch die angeschlossenen
Organe unterschiedliche Strörnuiigswiderstände besitzen.
Durch die dann nach der Erfindung mögliche spezielle Querschnittswahl kann erreicht werden, dass trotz dieser unterschiedlichen
Widerstände eine im wesentlichen gleiche Beaufschlagung der einzelnen Organe und damit eine optimale Ausnutzung
dieser Organe sichergestellt wird.
Sweckmässigerweise sind in den die gemischten Teilströme führenden
Sammelleitungen zumindest teilweise Drosselstellen vorgesehen. Durch die Verwendung derartiger Drosselstellen ist es
möglich, praktisch einen Standardverteiler zu verwenden und trotzdem über die Möglichkeit der Anpassung eines derartigen
Verteilers an die jeweils gegebenen Bedingungen in der Praxis zu verfügen.
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Die Drosselstellen können aus in einem Verbindimgsteil auswechselbar
angebrachten Einsätzen bestehen, die vorgegebene Öffnungsquerschnitte besitzen. Derartige Einsätze können einerseits
einfach und kostengünstig hergestellt und andererseits auch problemfrei ausgewechselt werden, so dass die Anpassung
eines Verteilers in der Praxis keine besonderen Schwierigkeiten bereitet und auch mit keinem übermässigen Aufwand verbunden ist.
Es ist auch möglich, die Drosselstellen regelbar auszubilden und damit jeweils eine optimale Anpassung auch dann zu erreichen,
wenn die Gegebenheiten in der Praxis zunächst nichtgenau bekannt sind und stark vom Einsatzort des Verteilers abhängig
sind.
Eine konstruktive besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung
nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass, die Leitungen für die Gas- und Flüssigkeits-Teilströme zumindest
teilweise als Bohrungen im Abscheiderkörper ausgebildet sind. Damit erhält man auch einen kompakten und robusten
Aufbau des Abscheiders.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Figui? der Zeichnung zeigt in schematischer Weise
das Prinzip eines Abscheiders, mittels dessen ein in einer Kälteanlage vorkommendes Gemisch von Kältemittel und Kältemittel-■
dampf auf mehrere Teilströme gleichmässig verteilt werden kann.
In einen als zylindrischer Behälter ausgebildeten Abscheider 1 mündet vorzugsweise tangential eine Rohrleitung 2, die von einer
Expansionsstelle 3 kommt.
Das im allgemeinen einen Dampfgehalt von 0,15 - 0,4-0 besitzende
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Gemisch gelangt oberhalb eines Flüssigkeitsrauinos 6 im Abscheider
1 in einen Gasraum 7 und- verringert dabei aufgrund der sich ergebenden
Querschnittserweiterung seine Strömungsgeschwindigkeit so stark, dass die Flüssigkeitstropfchen nach unten .fallen und
der Dampf sich im Gasraum sammelt, so dass die angestrebte (Trennung der flüssigen Phase von der gasförmigen Phase erreicht
wird.
Zur Abführung des Dampfes aus demGassammelraum 7 sind im oberen
Bereich des Abscheiders 1 mehrere, vorzugsweise gleichmässig verteilt angeordnete Abfuhrleitungen 5 für Dampf- bzw· Gas-Teilströme
vorgesehen.
Zur Abführung der Flüssigkeit aus dem Abscheider 1 sind im unteren Bereich des Abscheiders mehrere Abfuhrleitungen 4 für
Flüssigkeits-Teilströme vorgesehen. Die Anzahl der Leitungen für Gas-Teilströme und Flüssigkeits-Teilströme ist zwar im allgemeinen
gleich, muss aber nicht notwendigerweise gleich sein.
In dem darges1&Llten Ausführungsbeispiel sind lediglich zwei
Abfuhrleitungen für Gas-Teilströme und zwei Abfuhrleitungen für Flüssigkeits-Teilströme gezeigt, da dies zur Erläuterung des
Prinzips ausreichend ist. Jeweils eine Gasabfuhrleitung 5 ist mit einer Flüssigkeitsabfuhrleitung 4 zusammengeführt, und zwar
in einem Bereich 8, an den sich eine jeweils einen gemischten Teilstrom führende Sammelleitung 9 anschliesst.
Im Bereich 8 der Zusammenführung der Einzelphasen-Abfuhrleitungen kann jeweils eine Mischkammer bekannter Bauart vorgesehen
•sein. Zweckmässigerweise wird jedoch jeweils die einen geringeren
Querschnitt aufweisende Abfuhrleitung 5 für einen Dampf-Teilstrom
in die einen grösseren Querschnitt aufweisende Abfuhrleitung 4 für einen Flüssigkeits-Teilstrom unter Durchdringung
der V/and dieser Flüssigkeits-Teilstromleitung 4 hin-
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eingeführt und ist in dieser Leitung dann so in Strömungsrichtung gebogen, dass der Gas-Teilstrom die Mündung der Leitung
in Strömungsrichtung der Flüssigkeit verlässt.
Die Querschnitte der Abfuhrleitungen 4 und 5 und die Länge
dieser Leitungen werden, so bemessen, dass bei angestrebter
Gleichverteilung der Gesantdruckabfall in den jeweils zugeordnet
en Leitungen gleich gross ist, und zwar unter "berücksichtigung
des statischen Druckabfalls.
Im Falle der bevorzugten Anwendung des Verteilers nach der Erfindung
zur gleichmässigen Verteilung eines Genisches von Kältemittel und Kältemitteldampf auf die verschiedenen Pässe
eines Verdampfers kann auda ein Ausgleich der geodätischen Höhenunterschiede der Eintritte der Verteilerrohre in einen
Verdampfer in relativ einfacher Weise dadurch erfolgen, dass in Abhängigkeit von den sich darbietenden Strömungswiderständen
die Druckabfälle in den die gemischten Teilströme führenden San-delleitungen unterschiedlich gewählt bsxv. angepasst v/erden.
Diese Anpassung kann durch feste oder einstellbare Drosselstellen
erfolgen, wodurch in vorteilhafter Weise.eine gleichmassige
Beaufschlagung der einzelnen Pässe eines Verdampfers
und damit dessen optimale Ausnutzung ermöglicht wird.
- Patentansp? üche -
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Claims (1)
- - ίο -P a t e η t a η s ρ r ii c h e1.j Verfahren zur Aufteilung eines strömenden J?lüssip:keits-G as-Ge mis cli o.3 i"-.i mehrere Teilströme mit vorr;ebbaren Verliältnissen von ÜPlüssigkeits- zu Gasmassenstron, dadurch gekennzeichnet , daß sunäcliat die beiden Phasen des I'Tüssi^keits-G-as-Gemisches voneinander getrennt v/erden, dass dann die einseinen Phasen jeweils in wenigstens zwei Einüelphasen-Teilströme aufgeteilt werden und daß anschließend jeweils ein jTlüssigkeits-Teil-8 t rom mit einem Gas-Teil st ran f/emisdtt wird.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e 1ε e η η ζ e i c h net , daß die j'lüssiRkeits- und Gasmassenströme in den jeweiligen Sinzelpiiasen-Teilströmen im wesentlichen gleich gewählt werden.5- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η a e i c h net , daß als Plüssigkeits-Gas-Gemisch ein Gemisch von Kältemittel und Kältemitteldampf verwendet wird.4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Trennung des Flüssigkeits-Gas-Gemisches ein Abscheider (1) mit wenigstens einer Zuführleitung (2) für das Gemisch vorgesehen ist, daß im oberen Bereich des . Abscheiders (1) eine erste Gruppe von Abfuhrleitungen (5) für Gas-Teilströme und im unteren Bereich des Abscheiders (1) eine zweite Gruppe von Abfuhrleitungen (4) für Flüssigkeits-Teilströme angeschlossen ist, und daß zumindest jeweils eine einen Gas-Teilstrom führende Leitung (5) mit zumindest einer einen Plüssigkeits-Teilstrom führenden Leitung (4) verbunden ist.609826/0133BAD ORiGlNAL2A602H5i Vorrichtung nach .Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die im oberen Bereich des Abscheide© (1) angeschlossenen Abfuhrleitungen (5) für die Gas-Teilströme am Abscheider symmetrisch verteilt angeordnet sind.6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die im unteren Bereich des Abscheiders (1) angeschlossenen Abfuhrleitungen (4) für die Flüssigkeits-Teilströme symmetrisch verteilt am Abscheider angeordnet sind.7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zuführung des Flüssigkeits-Gasgemisches zum Abscheider (1) eine einzige Zuführleitung (2) vorgesehen ist, die oberhalb des Flüssigkeitssammelraums und mit Abstand zu den Gasabfuhrleitungen (5) im Abscheider (1) mündet.8. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Abfuhrleitungen (4,5) für die Gas- und/oder Flüssigkeits-Teilströme radial aus dem Abscheider (1) geführt sind.9- Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abscheider (1) im wesentlichen als zylindrische Kammmer ausgebildet .und im Betrieb derart angeordnet ist, daß seine Längsachse bezüglich der Vertikalen geneigt ist.10. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet., daß der durch Querschnitt und Länge der einzelnen Abfuhrleitungen (5) bedingte Druckabfall für die Gas-Teilströme gleich groß ist.60 9 826/0 1332A602U11. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der/durch Querschnitt und Länge der einzelnen Abfuhrleitungen (4) bedingte Druckabfall für die Flüssigkeits-Teilströme gleich groß ist.12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß die jeweils zusammengeführten Abfuhrleitungen (4,5) für einen Gas-Teilstrom und einen Flüssigkeits-Teilstrom unter einem spitzen Winkel aufeinander treffen.1J. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich Ii e t , daß im Bereich der Zusammenführung (8) von E1IUs si gkeits- und Gas-Teilströmen eine Mischkammer vorgesäien ist.14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich net, daß die Abfuhrleitungen (5) für einen Gas-Teilstrom eine Wandung der jeweils zugehörigen Abführleitungen (4) für einen Flüssigkeits-Teilstrom durchdringen und in Strömungsrichtung der Flüssigkeit münden.15· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Gas-Teilströme führenden Leitungen (5) unterhalb des Abscheiders (1) in die B1IUssigkeits-Teilströme führenden Leitungen (4) münden.16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 15} dadurch gekennzeichnet , daß der durch Querschnitt und Länge der die gemischten Teilströme führenden Sammelleitungen (9) bedingte Druckabfall in allen Sammelleitungen gleich groß ist.609828/013324602U -13-17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Querschnitte der die gemischten Teilströme führenden Sammelleitungen (9) unterschiedlich gewällt sind.18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß in den die gemischten Teilströme führenden Sammelleitungen (9) zumindest teilweise Drosselstellen vorgesehen sind.19· Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennze ichn e t , daß Drosselstellen einstellbar sind.20. Vorrichtung nach Anpruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß die Drosselstellen durch in einem Verbindungsteil auswechselbar angebrachte Einsätze mit vorgegebenen Öffnungsquerschnitt gebildet sind.21. Vorrichtung nach einem der Anbrüche 4- bis 16, dadurch gekennzeichnet , daß die Leitungen für die Gas- und Flüssigkeits-Teilströme (4->5,9) zumindest teilweise als Bohrungen im Abscheiderkörper ausgebildet sind.22. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch geknnz e ichnet , daß die Zuführleitung (2) tangential in den Abscheider (1) mündet.60 9 8 2670 133Leerseite
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