DE2631012A1

DE2631012A1 - Hochgeschwindigkeits-einfriersystem

Info

Publication number: DE2631012A1
Application number: DE19762631012
Authority: DE
Inventors: Hugues G Benois
Original assignee: Airco Inc
Current assignee: Airco Inc
Priority date: 1975-07-10
Filing date: 1976-07-09
Publication date: 1977-01-20
Also published as: GB1520328A; DE2631012C2; FR2317606A1; FR2317606B1; US4103507A; JPS529144A

Description

MANITZ, FINSTERWALD &GRÄMKOW

,.·. , j -ί' -JULI

München, den

P/2/Co-A 31 10

AIRCO INC.
575 Mountain Avenue
Murray Hill, New Jersey 079?^

Hochgeschwindigkeits-Einfriers ystem

Schnelliriersysteme für die Behandlung von Nahrungsmitteln wie z.B. Fleisch, Früchten, Gemüsen usw. wurden in der Lebensmittelindustrie für viele Jahre in sehr großem Umfang benutzt, um für eine ökonomische Verwendung über das ganze Jahr hinweg saisonabhängige Nahrungsmittel und Nahrungsmittel, deren Herstellung den veränderlichen Einflüssen der wirtschaftlichen Bedingungen unterworfen ist, zu konservieren und zu lagern. Zusätzlich zur Lagerung ist es nach einem wichtigen kommerziellen Gesichtspunkt erforderlich, daß der natürliche Geschmack, die Saftigkeit, der Nährgehalt, die Farbe und das Aussehen der Nahrungsmittel soweit als praktisch irgend möglich, erhalten bleiben. In dieser Hinsicht ist eine hohe Sinfrierrate ein wichtiger Gesichtspunkt.

Die im allgemeinen verfügbaren, dem Stand der Technik entsprechenden Systeme für diesen Zweck haben erhebliche Nachteile, die die

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DR. C. MANITZ · D1PL.-1NC. M. FINSTERWALD DIP L.-IN G. W. G R A M K. O W ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN

β MÖNCHEN 22. ROBERT-KOCH-STRASSE 1 7 STUTTGART SO (BAD CANNSTATTI MÖNCHEN. KONTO-NUMMER 7270

TEL. (089) 22 42 II. TELEX 5-29672 PATMF SEELBERCSTR. 23/25. TEL.(07ll>56 72 61 POSTSCHECK: MÖNCHEN 7 706 2- 805

Erfindung überwinden soll; so ist z.B. in dem bekannten KaItluft-Gebläsesystern der Einfriervorgang nicht genügend schnell, um eine gewisse Dehydration zu vermeiden, wobei eine entsprechende Abnahme in der Qualität des eingefroreren Produktes auftritt. Auch wurde ein Verfahren verwendet, bei dem flüssiges Kohlendioxid in die Einfrierkammer gesprüht wurde, wo es verdampfte und die Nahrungsmittel umströmte, doch hat sich in manchen Fällen ebenfalls gezeigt, daß dieses System nicht eine genügend hohe Sinfriergeschwindigkeit für die erwünschte Produktion aufwies. Bei einem anderen bekannten System, bei dem das Einfrieren in einem sogenannten Flüssigstickstoff-Tunnel stattfindet, ist der Betrieb im allgemeinen aufgrund der Kosten der Lagerungs- und Übertragungsrohrleitungen, die für seine Handhabung erforderlich sind, weit teurer; auch verliert man Produktionszeit während des Wartens auf das Abkühlen des Tunnels. Andere Einfriersysteme, die Stickstoff anstelle von Kohlendioxid-Spray verwenden, wurden erprobt, doch waren sie, soweit dem Anmelder bekannt ist, im allgemeinen aufgrund nicht sachgemäßer Handhabungstechniken für den Stickstoffspray nicht erfolgreich, bei dem Versuch, ein zufriedenstellendes Einfrieren zu erzielen.

Die Erfindung betrifft ein hochwirksames Hochgeschwindigkeits-Einfriersystem das in vorteilhafter Weise flüssigen Stickstoff-Spray verwendet und das hinsichtlich der Ausrüstungskosten, der Betriebskosten und der Unterhaltskosten äußerst wirtschaftlich arbeitet.

Gemäß der Erfindung wird ein äußerst schnelles und wirksames Einfrieren von Nahrungsmitteln auf wirtschaftliche Weise durch ein neues und verbessertes System erreicht, indem die wesentlichsten Eigenschaften voryeinigen Teilsystemen, nämlich

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1. eine Einfrierkammer mit einem spiralartigen Fördersystem, das vjie in einer senkrechten Helix eine Vielzahl von Lagen bzw. Etagen aufweist,

£. eine Versorgungsquelle für flüssigen Stickstoff (LQN) mit einem Speisesystem, das durch einen Temperaturfühler geregelt wird, der in geeigneter Weise in der Einfrierkammer angeordnet ist, und

3. eine Mehrfachsprühanordnung und -Verteilerleitung, die mit dem Speisesystem für den flüssigen Stickstoff verbunden ist,

in vorteilhafter Weise miteinander im Inneren eines isolierenden Gehäuses oder einer Einfrierkammer kombiniert werden, um in neuartiger Weise ein wirksames Hochgeschwindigkeits-Einfrieren zu erzielen.

Insbesondere weist die Sprüh-Verteilerleitung, die als Schleife odgl. ausgebildet ist, eine Vielfachanordnung von Sprühdüsen auf, die einem gebogenen Abschnitt einer einzelnen Etage der Fördervorrichtung gegenüberliegen und auf diesen einwirken, so daß sie vorzugsweise in der oberen Etage der Fördervorrichtung und wesentlich vor der Austrittsöffnung für das Produkt eine einzelne sehr kalte Zone erzeugen. In dieser Anordnung fällt der LQN-Spray, der nicht direkt auf das Produkt selbst auffällt, weiter durch das üblicherweise maschen- bzw. gitterförmige Förderband auf das Produkt in der nächsttieferen

Wärme des Etage, wobei vollständig und in wirksamer· Weise-die/Verdampfungsfaktas für eine schnelle Wärmeübertragung und ein fortschreitendes Kühlen des Produkts verwendet wird; zusätzlich kühlt das nun verdampfte kalte Stickstoffgas (Np) weiterhin die auf den tieferen Etagen ankommenden Produkte, während sich das Ήρ durch die Fördervorrichtung aufgrund der Wirkung eines herkömmlichen Ventilators oder Gebläses nach unten bewegt. Unter dem Gebläse-

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druck tritt der Stickstoff schließlich durch die Eingangsöffnung für die Produkte aus, wobei er in wirksamer Weise dazu dient, die eintretenden Produkte vorzukühlen.

Es ist daher ein wesentliches Ziel der Erfindung, ein neues und verbessertes Einfriersystem und -verfahren zu schaffen, bei dem flüssiger Stickstoff-Spray zum Einfrieren von Nahrungsmitteln verwendet wird, das eine außerordentlich rasche Einfrierfähigkeit aufweist, um eine verbesserte Qualität der eingefrorenen Produkte zu erhalten, und das wirksam und wirtschaftlich hinsichtlich der Produktionszeit, des Betriebs und des Unterhalts ist.

DieErfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 einen geschnittenen Teilaufriß der Nahrungsmitteleinfriervorrichtung mit einer spiralförmigen Fördereinrichtung gemäß der Erfindung, und

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung längs der Schnittlinie 2-2 in Fig. 1.

Fig. 1 zeigt den oberen Teil der Einfrierkammer und der Einfriervorrichtung, der im wesentlichen die Grundkomponenten

untere gemäß der Erfindung umfaßt, wobei sich der/Rest des Gehäuses und der Vorrichtung aus der Schnittansicht in Fig. 2 ergibt. Die Grundkomponenten bestehen aus einem isolierenden Gehäuse 10, das eine Gefrierkammer bzw. ein Einfrierabteil 12 bildet, in dem eine Nahrungsmittel-Transport- bzw. -fördereinrichtung 1/f angeordnet ist. Das isolierende Gehäuse mit geeigneten Zugangstüren usw. und die Fördervorrichtung können im wesentlichen

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den in der US-PS 3 733 8^-8 beschriebenen Aufbau besitzen. Der untere Abschnitt des Abteilgehäuses (nicht dargestellt) hat eine Produkteingangsöffnung oder Tür 16, die einer Förderetage gegenüberliegt (wie es in Fig. 2 gezeigt ist) und der in Fig. 1 gezeigte obere Teil hat eine Produktaustrittsöffnung oder Tür 18 auf der gegenüberliegenden Seite des Abteils, durch die die Produkte von der entsprechenden Förderer-Etage hinaustreten. Die Wirkungsweise dieser Türen kann gegebenenfalls umgekehrt werden, d.h. die Eingangstür kann am oberen Teil des Gehäuses liegen und die Austrittstür kann am unteren Ende liegen, wobei angenommen wird, daß die Einfriervorrichtungen wie sie unten beschrieben sind, in geeigneter Weise angeordnet werden.

Die Fördervorrichtung ist vorzugsweise spiralförmig in der Konfiguration einer senkrechten Helix aufgebaut. Wie Fig. 1 zeigt wird eine Vielzahl von ansteigenden Fluchten oder Stockwerken bzw. Etagen 20 von einem fortlaufenden Band 22 gebildet, das die einzufrierenden Produkte längs der Spirale von der Eintrittsöffnung 16 zur Austrittsöffnung 18 nach oben trägt. Das Förderband 22, das vorteilhafterweise aus einem Edelstahlnetz bzw. -gitter bestehen kann, ist in dem Gehäuse in irgendeiner geeigneten Weise montiert, angetrieben und geführt, wie es z.B. in der US-PS 3 733 8^-8 beschrieben ist. In der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform mündet die Eintrittsöffnung 16 auf die Rampe der untersten Etage der Fördervorrichtung (Fig. 2) und in der obersten Etage 2.1+ tritt an deren Rampe 2Zf¹ das Produkt durch die Öffnung 18 aus.

Das Einfrieren der Produkte wird durch den LQN-Spray bewirkt, der durch eine Vielfach-Sprühdüsenanordnung an einer Verteilerleitung 26 von oben direkt auf die Produkte gerichtet wird, die sich, wie in Fig. 1 gezeigt, längs der oberen Etage 2.1+

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"bewegen. Die Verteilerleitung in dem vorliegenden Beispiel bildet eine Doppelschleife (Fig. 2) und weist eine vergleichsweise große Zahl von Strahlsprühdüsen 28 auf, die dicht angeordnet sind, um sicherzustellen, daß sich die jeweiligen Sprühmuster so miteinander zusammenfügen, daß sie im wesentlichen die Förderbandfläche der Etage unter der Verteilerleitung überdecken.

Sine Belüftungsdüse 27, die als Gasentspannungsventil bzw. Gasüberstromventil wirkt, ist auf der oberen Seite der Verteilerleitung an jedem ihrer-Enden befestigt, um eine Anhäufung von Kp-Dampfin der Verteilerleitung aufgrund eines Wärmeeintrittslecks zu verhindern. Dies sorgt für eine Angleichung des Drucks an den jeweiligen Sprühdüsen, einen Fluß der flüssigen Phase nur von LQN durch die Düsen für einen wirklichen Wärmeübertrag von der Flüssigkeit auf die Produkte und für eine wirksame und gleichförmige Nutzungdes überschüssigen LQF für die Produkte auf der nächstfolgenden, darunterliegenden Etage.

Wie gezeigt, deckt die Sprüh-Verteilerleitung 2.G nur einen kleinen Teil der oberen Etage 2if ab, so daß der flächenkonzentrierte LQN-Spray eine einzige, sehr kalte Zone lediglich in diesem Bereich bildet. In dem dargestellten Beispiel liegt die Verteilerleitung ungefähr einem 90°-Sektor der Etage 2.Ij. gegenüber, wobei dieser Sektor ungefähr 180° (oder 1/2 Umdrehung) vor der Austrittsöffnung 18 liegt. Dies sorgt für eine praktische Temperaturangleichung bevor das Produkt austritt. Die kalte Zone liegt entfernt von geschmierten Lagern usw. des spiralförmigen Fordersystems, die durch die sehr niedrigen Temperaturen nachteilig beeinflußt werden könnten. Der direkte LQN-Produkt-Kontakt sorgt für ein optimales Temperaturgefälle und einen optimalen Wärmeübertragungskoeffizienten.

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Die Regulierung des LQN-Sprays erfolgt vorteilhafter Weise in Abhängigkeit von einem Signal eines Temperaturfühlers 30, der an einem geeigneten Platz in der Einfrierkammer angeordnet ist, z.B. 4-5 vor dem kalten Sektor, wobei sich der Fühler vorzugsweise über dem oberen Etagenband befindet, wie es in Pig* 1 angegeben ist. Das Temperatursignal, das sich auf einen voreingestellten Temperaturwert bezieht, wird in bekannter Weise für eine elektronische Steuerung bzw. Regelung eines elektrischen Servomotors 32 verwendet, der ein Modulationsventil JA- gemäß der Größe und dem Vorzeichen des Signals betätigt. Das Ventil 3.4, das die LQN-Versorgungsleitung 36 zwischen einer geeigneten LQN-Quelle J8 und der Schleifenverteilungsleitung 26 steuert, reguliert die Menge des LQN-Sprays, die (gemäß der Temperatureinstellung) an den oben beschriebenen kalten Sektor geliefert wird. Es ist klar, daß ein Teil des LQN-Sprays direkt auf das Gitter-Etagenband statt auf die Produkte fällt; in diesem EaIl fällt der LQN-Spray durch das Band auf die Produkte auf der nächsttieferen Etage, wodurch eine optimale Wärmeübertragung durch den LQN-Prοdukt-Kontakt vervollständigt wird. Demgemäß wird nur die Eigenwärme des ^-"Dampfes auf die Produkte in den übrigen Etagen des Gefrierers mittels der üblichen Umwälzventilatoren oder Gebläse übertragen. Dies stellt insbesondere im unteren Teil des Gehäuses, der das mechanische Antriebsgetriebe usw. enthält, Temperaturen sicher, die mit der Spiral-Fördereinrichtung kompatibel bzw. verträglich sind.

Der austretende Stickstoff (Np) tritt unter dem Gebläsedruck lediglich durch die Produkteintrittsoffnung 16 aus, wie bereits oben erwähnt wurde, wobei er die hereinkommenden Produkte vorkühlt und auf diese Weise die sogenannte 'Verweilt emperatur¹ verringert. In Praxis tritt der Stickstoff bei ungefähr -18^Q G (O⁰ F) aus. Diese vergleichsweise hohe

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Temperatur zeigt deutlich an, daß ein hoher Grad von Kühlung von der LQN-Phase und der I^-Phase erzielt wird, was seinerseits einen verringerten Verbrauch von LQN zur Folge hat.

Um zu ermöglichen, daß der Stickstoff lediglich durch die
Eintrittsöffnung 16 (Fig. 2) austritt und um eine fortschreitende Kühlung der Produkte von dem Moment an zu erzielen,
in dem sie in das Kühlabteil eintreten, werden die austretenden Np-Därapxe mittels eines Auspuffventilators (nicht dargestellt ) durch einen aus Edelstahlblech bestehenden Kanal ^O geleitet, der den vergleichsweise geradlinigen Abschnitt der Förderbandrampe umgibt, der von der Öffnung 16 wegführt.

Insgesamt gesehen bildet die Erfindung ein verbessertes und hochwirksames ßchnelleinfriersystem, das die besonderen Vorteile der spiralförmigen Produkt-Fördereinrichtung mit einer intensiven und direkten Anwendung von LQH-Spray auf das Produkt lediglich innerhalb eines begrenzten Sektors einer einzelnen Stage verbindet. Diese Anwendung des LQN-Sprays,
wesentlich vor dem Austritt der Produkte^ erzeugt die einzelne und allein intensiv kalte Zone in der Gefrier&ämmer.

sämtlichen

Die Verwendung/ überschüssigen LQN-Sprays für eine direkte Kühlung der Produkte auf der nächstfolgenden Etage zusammen mit der wirksamen Verwendung der Eigenwärme in dem verbleibenden Np-Dampf vor dem Austreten aus der Gefrierkammer steigert die Wirksamkeit des Gefrierprozesses erheblich, wodurch in optimalem Ausmaß das zugeführte LQN genutzt wird. Eine hohe Wirksamice it ist weiterhin durch die Verwendung
einer proportionalen Flußventilsteuerung vom modulierten Typ sichergestellt, die in Abhängigkeit von einem voreingestellten Temperaturfühlersignal vorgenommen wird.

Alternativ zu dem oben gegebenen Äusführungsbeispiel muß die LQN-Spray-Verteilerleitung nicht notwendigerweise über der

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obersten Förderband-Etage angebracht sein und kann z.B. über einer niedrigeren Etage angebracht werden, wo eine wirksame Järiaeübert ragung vom LQN auf das Produkt erzielt wird.

Gemäß der Erfindung umfaßt also ein Schnelleinfriersystem ein isolierendes Gehäuse für eine Produkt-Förderstrecke von der Art einer senkrechten Helix bzw. Spirale, wobei die obere bzw. untere Schleife (oder Etage) der Helix die Produkte gegebenenfalls an ProduktÖffnungen (oder Türen) in dem Gehäuse abgibt bzw. aufnimmt , eine Vielfach-Sprühdüsen-Anordnung an einer Verteilerleitung, die eine regulierte Zufuhr von flüssigem Stickstoff durch eine modulierende Servo-Ventil-Steuerung gemäß einer voreingestellten Gefriertemperatur aufnimmt, wobei die Verteilerleitung lediglich einem begrenzten Sektor einer oberen Förderstrecken-Etage gegenüberliegt, um eine Wärmeübertragung durch direkten Kontakt zwischen dem flüssigen Stickstoff und den Produkten zu bewirken und eine einzelne, äußerst kalte Zone wesentlich vor der Austrittsöffnung zu erzeugen, und bei der der austretende Stickstoff-Dampf durch die Wirkung eines Gebläses durch die Produkt-Eintrittsöffnung hinausgedrückt wird.

- Patentansprüche -

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Claims

- ίο -

Patentansprüche

Hochgeschwindigkeits-Einfriersystem, das ein isolierendes, ein Gefrierabteil mit einer Eintrittsöffnung und einer Austrittsöffnung für die einzufrierenden Produkte bildendes Gehäuse und eine spiralförmige Produktförderstrecke in dem Abteil umfaßt, deren Endetagen an der Eintritts- bzw. Austrittsöffnung angeordnet sind, gekennzeichnet durch eine Verteilerleitung, die eine Vielzahl von Sprühdüsen in einer kompakten Anordnung längs und über einer der Spiraletagen aufweist, die lediglich einen Abschnitt der Etage überdecken, durch eine Quelle für flüssigen Stickstoff, die über ein Steuerventil mit der Verteilerleitung und den Sprühdüsen verbunden ist, und durch eine Flußsteuerungsvorrichtung zum Einstellen bzw. Justieren des Steuerventils gemäß einem voreingestellten Gefriertemperaturwert, wobei der Spray des flüssigen Stickstoffs lediglich auf die Produkte innerhalb des Etagenabschnitts beschränkt wird, um eine sehr kalte Wärmeübertragungszone zu bilden.

2. Gefriersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Etagenabschnitt, der von der Sprühdüsenanordnung überspannt wird, kleiner als 180° ist.

3. Gefriersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenanordnung über einer Etage angeordnet ist und. sich wesentlich vor der Austrittsöffnung befindet.

km Gefriersystem nach Anspruch 3» dadurch g e k e η η -

der zeichnet, daß die Austrittsöffnung der oberen Etage /Spiral förderstrecke , daß die Eintrittsöffnung der unteren Etage gegenüberliegt und daß die Düsenanordnung über einem Abschnitt der oberen Etage angeordnet ist.

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5. Gefriersystem nach Anspruch A-, dadurch gekennzeichnet, daß der Etagenabschnitt, der von der Düsenanordnung überspannt wird, ungefähr 90° beträgt, und daß die Anordnung ungefähr 180° vor der Austrittsöffnung angeordnet ist.

6. Gefriersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühmuster bzw. Sprühbereiche der jeweiligen Düsen ineinander übergehen und so die Fläche der Förderstreckenetage innerhalb des überspannten Abschnitts überdecken.

7. Gefriersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Steuerung bzw. Regelung des Flusses einen Servo-Motor umfaßt, der in

. Abhängigkeit von Signalen eines Temperaturfühlers innerhalb des Abteils die Arbeitsweise des Ventils moduliert bzw. verändert.

8. Gefriersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen-Verteilungsleitung als längliche Schleife ausgebildet ist und daß eine Vielzahl von Sprühdüsen von der unteren Seite der Schleife herabhängt ·

9· Gefriersystern nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Gas-Belüftungsvorrichtungen mit der Verteilerleitungsschleife an voneinander beabstandeten Punkten an der oberen Seite der Verteilerleitung verbunden sind, um einen wirklichen Flüssigphasen-Strom an den jeweiligen Düsen aufrechtzuerhalten.

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10. Gefriersystem nach Anspruch 9_S dadurch g e k e η η -

ζ ei c h η e t, daß die längliche Schleife eine gebogene Form aufweist, so daß sie dem überspannten Etagenabschnitt entspricht, und daß die Schleife an ihrem zentralen Teil eine Querverbindung aufweist, die ihrerseits mit der Versorgungseinrichtung für den flüssigen Stickstoff verbunden ist.

11. Gefrierverfahren, bei dem die einzufrierenden Produkte durch eine Eintrittsöffnung in eine Gefrierkammer und auf eine Etage einer spiralförmigen Produkt-Fördereinrichtung gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß flüssiger Stickstoff von oben direkt auf die sich bewegenden Produkte, die sich innerhalb eines begrenzten Abschnitts einer einzelnen Stage befinden, gesprüht wird, um durch direkte übertragung der Verdampfungswärme des flüssigen Stickstoffs eine sehr kalte WärmeÜbertragungszone zu schaffen, wobei die Fördereinrichtung weitere Produkte in diese Zone hineinbewegt, daß die Eigenwärme des Stickstoffdampfes für eine Kühlung der Produkte auf den folgenden Etagen verwendet wird, und daß der Verfahrens-Stickstoffdampf lediglich durch die Eintrittsöffnung des Abteils abgelassen wird.

12. Gefrierverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Stickstoff, der zusätzlich zu dem vorhanden ist, der direkt die Produkte berührt und von diesen in der kalten Zone verdampft wird, dazu benützt wird, die Produkte auf der nächstfolgenden Etage zu berühren und so die direkte Übertragung der Verdampfungswärme zu vervollständigen.

13· Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Stickstoff in einem kompakten Muster bzw. in einem kompakten Bereich von einer fest angebrachten Sprüh-Verteilungsleitung auf die Fördereinrichtungs-Etage über einem gekrümmten Abschnitt dieser Etage aufgesprüht wird.

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Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der gekrümmte Bereich weniger als 180° umfaßt, und daß die Sprüh-Verteilungsleitung ungefähr einen halben Umlauf der Etage vor der Austrittsöffnung des Abteils angeordnet ist.

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