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Diese
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trocknen eines Gases.
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Ein
unter Druck stehendes Gas kann durch einen Durchgang über eine
Menge eines Adsorptionsmaterials getrocknet werden. Es ist bei industriellen
Anwendungen bekannt, ein Adsorptionsmaterial, wie z. B. ein Trockenmittel,
in einer Beziehung zu einem strömenden
Gas zu platzieren, so dass dies derart geleitet wird, dass es über das
Trockenmittel strömt,
um eine Feuchtigkeit aus dem Gas zu entfernen. Dies kann erfolgen,
indem ein Adsorptionsmaterial in einem Gehäuse angeordnet wird, welches
einen Einlass für
das Gas und einen Auslass aufweist, wobei das Gehäuse mit
den Rohrleitungen für
das Gas verbunden ist. Ein auf diese Weise eingesetztes Adsorptionsmaterial
kann verwendet werden, um kontaminierende Substanzen aus dem Gas
zu entfernen, welche in der Form einer Flüssigkeit (einschließlich von
feinen Tropfen in der Form eines Aerosols) wie auch von Dampf, welcher
auf den Oberflächen
des Adsorptionsmaterials kondensiert, vorhanden sein können.
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Ein
Gas, welches in sich signifikante Mengen einer Flüssigkeit,
zum Beispiel in der Form von feinen Tropfen, mitreißt, kann
bewirken, dass ein Adsorptionsmaterial rasch gesättigt wird, so dass es nicht mehr
länger
in der Lage ist, Flüssigkeit,
zum Beispiel Flüssigkeit,
welche in dem Gas in der Form eines Dampfes vorhanden ist, welcher
dann auf dem Adsorptionsmaterial kondensiert, zu adsorbieren. Es
ist bekannt, Adsorptionsmaterial in modularen Kassetten bereitzustellen,
welche einen Austausch ermöglichen.
Die Anforderung die Trocknungskomponenten in einem System von komprimiertem
Gas herauszunehmen während
eine Kassette ausgetauscht wird, kann lästig sein und kann unerwünschte Auswirkungen
auf die Betriebskosten aufweisen.
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Die
US-4361425 offenbart einen
Entfeuchter zum Einsatz in einem System von komprimierter Luft. Sie
umfasst eine Feuchtigkeit aufsammelnde Kammer. Ein Hochgeschwindigkeitsgebläse, welches
neben der Kammer angeordnet ist, bewirkt, dass die komprimierte
Luft, welche durch die Kammer verläuft, zentrifugalen Kräften ausgesetzt
wird. Ein Flügel
ist vorhanden, um der Luft, welche einer Trennkammer zugeführt wird,
eine Hochgeschwindigkeitsdrehbewegung zu verleihen, um eine Trennung
von kontaminierenden Partikeln aus der Luft zu fördern.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Trockenvorrichtung bereit, in
welcher eine Adsorptionsmaterialkassette derart ausgestaltet ist,
dass sie eine primäre
Tren nung von Flüssigkeit,
welche in einem Gasstrom mitgerissen wird, durch das Vorhandensein
von Flügeln
unterstützt,
welche verdreht sind, um so dem Gas welches zu trocknen ist, wenn es
in die Kassette eindringt, einen Strom in Umfangsrichtung zu verleihen.
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Gemäß einem
Aspekt stellt die Erfindung eine Vorrichtung zum Trocknen eines
Gases bereit, welche ein längliches
Gehäuse,
welches einen Einlassanschluss und einen Auslassanschluss für das Gas
aufweist, wobei das Gehäuse
mindestens zwei axial trennbare Teile umfasst, welche derart getrennt werden
können,
dass ein Zugang zu dem Inneren des Gehäuses ermöglicht wird, und eine Kassette umfasst,
welche ein Adsorptionsmaterial enthält, durch welches ein Gas axial
von einem Einlassende, welches sich in einer Fluidverbindung mit
dem Einlassanschluss zu dem Gehäuse
befindet, in Richtung eines Auslassendes, welches sich in einer
Fluidverbindung mit dem Auslassanschluss von dem Gehäuse befindet,
strömen
kann, wobei die Kassette mehrere flexible Flügel, welche aus einem elastisch
verformbaren Material ausgebildet sind, an dem Einlassende aufweist,
welche die Innenwand des Gehäuses
in Richtung auf ein Ende davon berühren, so dass, wenn sich die
Kassette in dem Gehäuse
befindet, die Flügel
als Ergebnis des Schrittes eines Schließens des Gehäuses spiralförmig verdrehen,
so dass das Gas, welches über
die Flügel
strömt,
einen Strom in Umfangsrichtung aufweist, welcher bei ihm um die
Achse der Kassette herum hervorgerufen wird, wobei die elastische
Verformbarkeit der Flügel bewirkt,
dass auf sie eine Kraft ausgeübt
wird, wenn sie versuchen ihre unverdrehte Form zurückzugewinnen.
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Die
Vorrichtung der Erfindung weist den Vorteil auf, dass der Strom
in Umfangsrichtung, welcher dem Gas verliehen wird, wenn es in die
Adsorptionsmaterialkassette eindringt, eine primäre Trennung von Flüssigkeit,
welche in dem Gasstrom mitgerissen wird, ermöglicht. Diese Flüssigkeit
kann in der Kassette gesammelt werden und strömt daher nicht mit dem Gas über das
Adsorptionsmaterial zur Absorption. Daher wird die Belastung auf
das Adsorptionsmittel in der Kassette verringert, wodurch die Haltbarkeit der
Kassette erhöht
wird.
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Die
Flügel
sind aus einem Material hergestellt, welches elastisch verformbar
ist, so dass nach einer Verformung der Flügel, so dass sie eine spiralförmig verdrehte
Form aufweisen, eine Kraft ausgeübt
wird, als ob sie versuchen würden,
ihre unverdrehte Form zurückzugewinnen.
Die Flügel
müssen ihre
unverdrehte Form nicht vollständig
vor einer Montage des Gehäuses
der Vorrichtung zurückgewin nen.
Vorzugsweise üben
sie fortgesetzt eine gewisse Kraft aus, wenn sie versuchen, sich
zurückzuverformen;
dies kann den Vorteil aufweisen, dass die Kassette aktiv in dem
Gehäuse
gehalten wird, zum Beispiel so, dass die Adsorptionsmaterialkassette
in einer abdichtenden Verbindung mit dem Gehäuse gehalten wird.
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Vorzugsweise
werden die Flügel
derart konstruiert, dass sie eine gesteuerte Verformung in ihre verdrehte
Konfiguration unterstützen,
wenn das Gehäuse
geschlossen wird. Die Konstruktion der Flügel hängt von der erwünschten
verdrehten Konfiguration und auch von der Art und Weise, in welcher
das Gehäuse
geschlossen wird, ab. Zum Beispiel können die Flügel eine Schwachstelle in sich
aufweisen, welche die Flügel
darin unterstützt,
sich an einem bestimmten Punkt zu falten, wenn sie zusammengedrückt werden.
Bei einer anderen Anordnung können die
Flügel
derart konstruiert sein, so dass sie vor einem Verschließen des
Gehäuses
teilweise verdreht werden. Auf diese Weise erhöht die Wirkung eines Verschließens des
Gehäuses
den Umfang der Verdrehung, indem bei den Flügeln eine Verformung hervorgerufen
wird. Dies kann vorteilhaft sein, um die Richtung der verdrehten
Verformung (im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn) zu
steuern, welche bei den Flügeln
hervorgerufen wird, insbesondere zum Beispiel wenn das Verschließen des Gehäuses keine
relative Drehung zwischen den axial trennbaren Teilen des Gehäuses umfasst.
Dies kann zum Beispiel auch bei einem Gehäuse angewendet werden, bei
welchem die trennbaren Teile mittels eines Bajonettverschlusses
verschlossen werden, wenn die Verformung der Flügel vor irgendeiner relativen
Drehung stattfindet, wenn die Teile axial zusammen bewegt werden.
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Vorzugsweise
weist die Adsorptionsmaterialkassette mindestens 4 Flügel und
besser mindestens 6 Flügel,
zum Beispiel mindestens ungefähr
8 Flügel auf.
Vorzugsweise sind die Flügel
an ihren Wurzeln auf der Kassette angeordnet, so dass sie sich näherungsweise
radial von der Mitte der Kassette nach außen erstrecken.
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Vorzugsweise
wird die effektive Höhe
der Flügel
als ein Ergebnis der Verformung um mindestens ungefähr 5% und
besser um mindestens ungefähr
10% verringert.
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Vorzugsweise
sind die Flügel
als ein Teil eines Endaufsatzes auf der Adsorptionsmaterialkassette
vorhanden. Die Kassette kann dann einen Kanister für das Adsorptionsmaterial
umfassen. Der Kassettenkanister kann an einem Ende verschlossen werden
und kann beispielsweise durch Ausformen ausgebildet sein.
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Andererseits
kann er einen konstanten Querschnitt aufweisen (zum Beispiel wenn
er durch Extrudieren ausgebildet worden ist) und kann an jedem Ende
mittels eines Endaufsatzes verschlossen sein. Es kann für die Flügel vorteilhaft
sein, als ein Teil eines Endaufsatzes auf der Adsorptionsmaterialkassette
vorhanden zu sein, da dieses ermöglicht,
dass der Kassettenkanister und der Endaufsatz aus unterschiedlichen
Materialien oder durch unterschiedliche Verfahren (Extrudieren,
Ausformen usw.) ausgebildet sind.
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Vorzugsweise
ist der Endaufsatz der Adsorptionsmaterialkassette aus einem elastischen
verformbaren Material, wie z. B. einem Polymermaterial ausgebildet.
Beispiele von geeigneten Materialien umfassen Polyolefin (speziell
Polyethyl und Polypropylen), bestimmtes Polyamid und Polyester.
Andere Polymere können
für andere
Anwendungen geeignet sein. Die Polymere werden entsprechend den
physikalischen Eigenschaften, welche für den Endaufsatz erforderlich
sind und im Hinblick darauf gewählt,
unerwünschte
chemische Wechselwirkungen zwischen dem Material des Endaufsatzes
und den Materialien, mit welchen der Endaufsatz in Kontakt tritt,
wenn sich die Vorrichtung im Einsatz befindet, zu vermeiden.
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Die
Kassette und das Gehäuse
sind derart angeordnet, dass die Kassette relativ zu dem Gehäuse verdreht
sein muss, wenn das Einlassende der Kassette in das Gehäuse eingepasst
ist. Ein Verdrehen der Kassette relativ zu dem Gehäuse weist
den Vorteil auf, dass es zu einer geeigneten Verformung der Flügel auf
dem Endaufsatz der Kassette führen kann,
um ihnen eine spiralförmige
oder eine verdrehte Form zu verleihen. Die Verformung kann dann
aus einem Eingriff mittels Reibung zwischen den Flügeln und
der Innenwand des Gehäuses
resultieren. Ein Verdrehen der Kassette relativ zu dem Gehäuse kann
insbesondere sicherstellen, dass die Flügel alle in derselben Weise
(im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn) verformt werden.
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Vorzugsweise
ist die Länge
der Adsorptionsmaterialkassette, welche zwischen den Punkten auf den
gegenüberliegenden
Enden, an welchen sie sich mit den inneren Endwänden des Gehäuses in
Eingriff befinden, gemessen wird, vor einer Verformung der Flügel zwischen
der Strecke zwischen den Eingriffspunkten auf den Endwänden des
Gehäuses
größer. Auf
diese Weise führt
ein Verschließen
des Gehäuses
dazu, dass die Flügel
aufgrund eines Eingriffs mit der Endwand des Gehäuses verformt werden.
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Vorteilhafterweise
weist die Innenwand des Gehäuses
eine konkave, im Allgemeinen runde Form an dem Einlassende auf.
Die Flügel
auf der Trockenmittelkassette können
dann eine Form aufweisen, welche weniger abgerundet ist, so dass
die Ränder der
Flügel
mit der Innenwand des Gehäuses
in Eingriff kommen, wenn die Kassette eingeführt wird.
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Vorzugsweise
werden die axial trennbaren Teile des Gehäuses miteinander verbunden,
indem ein Teil relativ zu dem anderen Teil gedreht wird. Zum Beispiel
können
die Teile zusammenpassende Gewinde aufweisen, durch welche sie miteinander
verbunden werden können.
Bei einer anderen Anordnung können
die Teile eine Bajonettverschlussanordnung aufweisen, wobei in diesem
Fall die elastische Verformbarkeit der Flügel für einen Widerstand gegenüber einer
unerwünschten
Trennung der Gehäuseteile
sorgen kann.
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Vorzugsweise
können
die axial trennbaren Teile des Gehäuses voneinander zu dem Ende
des Gehäuses
hin getrennt werden, in welchem sich der Einlassanschluss befindet.
Das Gehäuse
kann dann zum Beispiel ein Gehäuseteil
und einen Endaufsatz umfassen. Der Endaufsatz kann an dem Ende des Gehäuses vorhanden
sein, welches sich mit dem Einlassende der Kassette in Eingriff
befindet. Bei dieser Anordnung kann die Kassette innerhalb des Gehäuseteils
des Gehäuses
angeordnet sein. Das Einlassende der Kassette ragt dann von dem
Gehäuseteil
des Gehäuses
hervor. Das Gehäuse
kann dann verschlossen werden, indem das Gehäuseteil und der Endaufsatz
ineinander greifen. Wenn das Gehäuseteil
und der Endaufsatz durch eine relative Drehung (speziell mittels
zusammenwirkender Gewinde) verschlossen werden, kann ein Reibungseffekt
zwischen der Innenwand des Endaufsatzes und den Flügeln dafür sorgen,
dass sich die Flügel
verformen, so dass sie eine spiralförmige Konfiguration annehmen
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Es
wird insbesondere bevorzugt, dass das Gehäuse ein Gehäuseteil und zwei trennbare
Endaufsätze
umfasst. Vorzugsweise befindet sich der Einlass für das komprimierte
Gas in einem der Endaufsätze
und der Auslass für
das komprimierte Gas befindet sich in dem anderen Endaufsatz. Das
Gehäuseteil
des Gehäuses
kann einen konstanten Querschnitt (abgesehen von Merkmalen, durch
welche der Querschnitt speziell modifiziert wird, zum Beispiel um
Befestigungspunkte für
andere Komponenten der Vorrichtung oder um Abdichtungen zu anderen
Komponenten bereitzustellen) entlang einer Länge aufweisen, wie es zum Beispiel
aus einer Ausbildung des Gehäuseabschnitts
durch Extrudieren resultieren kann.
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Vorzugsweise
weist die Adsorptionsmaterialkassette Öffnungen zwischen den Flügeln auf,
durch welche Gas in die Kassette eindringen kann. Vorzugsweise umfasst
die Vorrichtung eine Abdichtung zwischen der Außenseite der Kassette und der
Innenwand des Gehäuses,
um einen Strom von Gas zu minimieren, welcher nicht durch die Öffnungen
für das
Gas in die Kassette eindringt.
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Vorzugsweise
weist die Vorrichtung eine Dichtungsanordnung an dem Auslassende
der Kassette auf, welche sicherstellt, dass Gas, welches die Kassette
verlässt,
nicht in den Raum innerhalb des Gehäuses zwischen der Innenwand
des Gehäuses und
der Kassette eindringt. Zum Beispiel kann die Kassette eine Düse aufweisen,
welche in eine Bohrung in dem Gehäuse mit einer geeigneten Dichtung zwischen
der äußeren Oberfläche der
Düse und
der inneren Oberfläche
der Bohrung aufgenommen ist. Die Dichtung kann zum Beispiel mit
einem komprimierbaren O-Ring bereitgestellt sein. Eine Kraft, welche
durch die Flügel
auf das Gehäuse
ausgeübt
wird, wenn die Flügel
versuchen, ihre unverformte Konfiguration zurückzugewinnen, kann helfen,
die Kassette in dem Gehäuse
mit der Düse
innerhalb der Bohrung an dem Auslassende der Kassette und mit einem
komprimierbaren O-Ring (wenn er für die Dichtung verwendet wird),
welcher zwischen der Kassette und dem Gehäuse zusammengedrückt wird,
anzuordnen. Dies kann darüber
hinaus durch eine Feder verstärkt
werden, welche zwischen der Kassette und dem Gehäuse an dem Einlassende wirkt.
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Materialien
für das
Gehäuse
werden entsprechend Faktoren ausgewählt, wie z. B. dem Druck, welchem
das System für
komprimiertes Gas ausgesetzt ist, wenn es sich im Einsatz befindet,
den Materialien (speziell Fluids und anderen kontaminierenden Stoffen,
welche in dem komprimierten Gas strömen), welchen die Vorrichtung
ausgesetzt ist, wenn sie sich im Einsatz befindet, und so weiter.
Im Allgemeinen wird bevorzugt, das Gehäuse aus einem oder aus mehreren
Metallen auszubilden. Aluminium und seine Legierungen werden für viele
Anwendungen aufgrund der Kombination einer hohen Festigkeit und
eines geringen Gewichtes und auch aufgrund seiner Widerstandsfähigkeit
gegenüber Korrosion
bevorzugt. Das Gehäuse
kann vorteilhafterweise aus metallischen Materialien durch Prozesse
ausgebildet werden, welche Extrudieren (zum Beispiel wenn das Gehäuse einen
Gehäuseabschnitt
mit einem konstanten Querschnitt umfasst) und Giesverfahren umfasst.
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Die
Vorrichtung kann eingesetzt werden, um eine Flüssigkeit und andere kontaminierende
Stoffe aus einem komprimierten Gas zu entfernen. Das Adsorptionsmaterial,
welches in der Kassette vorhanden ist, wird gemäß der Eigenschaft der Materialien, welche
aus dem Gas zu entfernen sind, gewählt. Häufig ist es wichtig, Wasser
aus dem Gas zu entfernen. Andere Materialien, welche entfernt werden können, indem
das Gas durch die Kassette verläuft, umfassen
Kompressorenöl
und Materialien in Partikelform. Geeignete Materialien zur Zuführung in
eine Kassette des allgemeinen Typs sind gut bekannt. Sie umfassen
Molekularsiebmaterialien. Die Materialien können zum Beispiel auf Aktivkohle
oder aktiviertem Aluminiumoxid basieren.
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Erfindungsgemäße Ausführungen
werden nun in Form von Beispielen mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung,
welche eine teilweise aufgeschnittene Perspektivdarstellung einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Trocknen von Gas ist, beschrieben.
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Mit
Bezug auf die Zeichnung umfasst eine Vorrichtung 2 zum
Trocknen eines Gases ein Gehäuse 4 und
eine Kassette 6. Die Kassette 6 weist ein Einlassende 8 und
ein Auslassende 10 auf. Sie umfasst ein Gehäuseteil 12,
welches sich zu dem Auslassende 10 verjüngt, und einen Verschlussaufsatz 14 an
dem Einlassende. Die Kassette enthält ein granulöses Molekularsiebmaterial 16 einer
Art darin, welche für
erwünschte
Adsorptionseigenschaften bekannt ist. Es gibt eine Auslassdüse 17 an
dem Auslassende der Kassette.
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Der
Verschlussaufsatz 14 weist mehrere zackenförmige Flügel 18 auf,
welche um seinen Umfang herum angeordnet sind und welche sich von
der Oberfläche
des Verschlussaufsatzes in der Richtung im Allgemeinen entgegen
der Richtung eines Stromes von Gas von dem Einlassende der Kassette
zu dem Auslassende nach oben erstrecken. Öffnungen 20 sind zwischen
benachbarten Flügeln
vorhanden, damit das Gas in die Kassette strömt.
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Das
Gehäuse 4 umfasst
ein Gehäuseteil 30, einen
oberen Endaufsatz 32 und einen unteren Endaufsatz 34.
Das Gehäuseteil
weist einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt auf und ist in
einer Länge
durch Extrudieren ausgebildet. Es kann mit einer Vertiefung 36 ausgebildet
sein, welche sich entlang seiner Länge erstreckt und welche verwendet werden
kann, um das Gehäuse
anzubringen oder um eine Platte aufzunehmen, welche einen Namen
oder andere identifizierende Markierungen trägt. Vertiefungen, Gewinde oder
andere Ausbildungen können an
jedem Ende vorhanden sein, damit das Gehäuseteil mit dem oberen und
dem unteren Endaufsatz 33, 34 verbunden wird.
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Der
obere und der unteren Endaufsatz des Gehäuses werden durch ein Giesverfahren
ausgebildet. Der obere Endaufsatz 32 weist einen zentralen Einlassanschluss 38 auf,
durch welchen Gas derart in die Vorrichtung gelenkt wird, dass es
durch eine Kassette 2 strömt. Der Einlassanschluss weist
ein Innengewinde zur Verbindung mit Rohrleitungen für komprimiertes
Gas auf. Eine Feder 40 ist neben dem Einlassanschluss vorhanden.
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Der
untere Endaufsatz 34 des Gehäuses weist einen Auslassanschluss 42 auf.
Der Auslassanschluss weist ein Innengewinde zur Verbindung mit Rohrleitungen
für komprimiertes
Gas auf. Der untere Endaufsatz weist eine vergrößerte Bohrung 44 auf,
welche mit dem Auslassanschluss kommuniziert, um die Auslassdüse 17 auf
der Kassette 6 aufzunehmen.
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Eine
Einlassenddichtung 50 ist zwischen der Kassette und dem
Gehäuse
stromabwärts
der Öffnungen 18 in
der Kassette vorhanden. Dies stellt sicher, dass das Gas in die
Kassette strömt
und nicht in den Raum zwischen der Kassette und dem Gehäuse strömt. Eine
Auslassenddichtung 52 ist zwischen der Auslassdüse 17 auf
der Kassette und der vergrößerten Bohrung 44 auf
dem unteren Endaufsatz 34 vorhanden.
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Die
Vorrichtung wird zusammengebaut, indem zuerst der obere Endaufsatz 32 von
dem Gehäuseteil 30 des
Gehäuses
getrennt wird. Die Adsorptionsmaterialkassette 6 wird dann
mit der Auslassdüse 17 in
der vergrößerten Bohrung 44 innerhalb
des Gehäuses
angeordnet, so dass die Auslassenddichtung 52 zusammengedrückt ist.
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Der
obere Endaufsatz 32 des Gehäuses wird dann mit dem Gehäuseteil 30 verbunden,
indem die zusammenpassenden Gewinde in Eingriff gebracht werden.
Dies bewirkt, dass die Feder 40 zwischen dem Verschlussaufsatz 14 der
Kassette und dem oberen Endaufsatz zusammengedrückt wird. Die effektive Länge des
Gehäuses,
welche zwischen den inneren Oberflächen des oberen und des unteren Endaufsatzes
gemessen wird, verkleinert sich, wenn der obere Endaufsatz auf das
Gehäuse
geschraubt wird. Reibungskräfte
zwischen den zackenartigen Flü geln 18 und
der inneren Oberfläche
des oberen Endaufsatzes führen
dazu, dass die Flügel
verdreht werden. Die Verformung der Flügel ist derart, dass sie versuchen,
ihre Konfiguration vor der Verformung zurückzugewinnen. Die Kombination
aus den Kräften,
welche durch die Flügel
auf den oberen Endaufsatz wirken, und den Kräften, welche durch die Feder zwischen
dem Verschlussaufsatz auf der Kassette und dem oberen Endaufsatz
des Gehäuses
ausgeübt
werden, stellen sicher, dass die Kassette aktiv in dem Gehäuse angeordnet
ist, wobei sich die Auslassdüse
auf der Kassette in der vergrößerten Bohrung
bei dem Auslassende des Gehäuses
befindet.
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Experimente
haben gezeigt, dass der Einsatz von Rippen, welche zu einem Ansteigen
eines Stromes in Umfangsrichtung bei dem Gas führen, welches in die Adsorptionsmaterialkassette
eindringt, eine Haltbarkeit der Kassette um 10% oder mehr steigern
kann.