WO1998028041A1 - Agent for cooling hot gases - Google Patents

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WO1998028041A1
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cooling
adsorbent
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Michael Modigell
Hans-Peter Mackowiak
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Dynamit Nobel Gmbh Explosivstoff- Und Systemtechnik
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    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62D—CHEMICAL MEANS FOR EXTINGUISHING FIRES OR FOR COMBATING OR PROTECTING AGAINST HARMFUL CHEMICAL AGENTS; CHEMICAL MATERIALS FOR USE IN BREATHING APPARATUS
    • A62D1/00—Fire-extinguishing compositions; Use of chemical substances in extinguishing fires
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62D—CHEMICAL MEANS FOR EXTINGUISHING FIRES OR FOR COMBATING OR PROTECTING AGAINST HARMFUL CHEMICAL AGENTS; CHEMICAL MATERIALS FOR USE IN BREATHING APPARATUS
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    • A—HUMAN NECESSITIES
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Definitions

  • the present invention relates to a means for cooling hot gases, its use for cooling a pyrotechnically produced aerosol-containing gas and a device for cooling hot gases
  • Patent EP 0 637 458 describes a method and a device for producing a fire-extinguishing mixture.
  • a pyrotechnic charge hereinafter referred to as a batch
  • an aerosol-containing gas being produced in the form of a reaction product a jet emerges from the hollow housing and acts as an extinguishing agent.
  • the temperature of the aerosol-containing gas is approximately 1,400 ° C.
  • the object of the present invention was to provide an agent with which hot gases, for example aerosol-containing gases which are used, inter alia, as extinguishing agents, can be cooled. Another object was then to provide a device which facilitates the practical use of the agent according to the invention
  • the high evaporation enthalpy of the water is used for cooling the hot gases, the water being adsorptively bound to a suitable solid.
  • the binding of the water to a solid leads to the coolant having a physically practical form
  • all solids are suitable that can bind water adsorptively and that lose practically no water under normal temperature and humidity conditions.
  • Solids are therefore used as water-carrying adsorbents according to the invention which have an adsorption isobar such that desorption of the water only takes place noticeably when the temperature is noticeably higher than the ambient temperature. This ensures the above condition.
  • Silica gels, silicas or zeolites are preferably used. These agents have a high water absorption capacity. It is an advantage of these adsorbents that they can additionally ensure the moisture content of the extinguishing charge in the optimal range when storing the extinguishing device by a suitable choice of the kink point of the isobars. It is particularly advantageous in the case of the agents mentioned that they are chemically inert and therefore no health-endangering substances are released when they are used for cooling.
  • the masses of agent according to the invention which are required for cooling the hot gases are small.
  • An extinguishing agent set for the pyrotechnic generation of aerosol-containing gas of 100 g releases about 50 I (i.N.) aerosol-containing gas.
  • I i.N.
  • aerosol-containing gas that is 1,400 ° C hot
  • 20 g of water is required, assuming complete conversion.
  • the above-mentioned preferred adsorbents have an absorption capacity of at least 30% by mass for water, so that only about 80 g of dry adsorbent material are required.
  • the agent according to the invention can be arranged in a first embodiment as a fixed bed before the hot gases exit.
  • the adsorbent is used in the form of particles with an average diameter of a few millimeters and with water load it. The diameter of the particles is chosen so large that discharge of solid particles with the gas is reliably prevented.
  • the geometric configuration of the particles and their size are adjusted so that on the one hand the pressure loss of the bed is as small as possible, but on the other hand sufficiently good mass and heat transfer effects between gas and the agent according to the invention are achieved. This is possible, for example, with cylindrical particles with a height-diameter ratio of 2 to 3.
  • Another embodiment provides that the water-laden adsorbent is mixed with the gas to be cooled and the cooling process is carried out along the flow path of the gas.
  • the adsorbent is used in a very fine form (grain diameter approx. ⁇ m) and loaded with water.
  • the advantage here is that it provides a very large specific surface area, thus ensuring optimal heat and mass transfer ratios and thus cooling conditions.
  • the water-laden adsorbent has a similar aerodynamic behavior as the aerosol. As a result, it is led to the extinguishing point with the aerosol-containing gas like the aerosol.
  • it can also act as an extinguishing agent, either through water evaporation or as a shock partner in the course of the combustion reaction to absorb thermal energy.
  • the agent according to the invention can advantageously be used in a device which contains a pyrotechnic charge in a hollow housing for generating an aerosol-containing gas and the agent according to the invention in an annular chamber which is arranged concentrically around the axis of the hollow housing.
  • This annular chamber thus forms an inner channel through which the aerosol-containing gas flows.
  • the inner channel has openings towards the annular chamber which are covered with a low-melting film.
  • the contour of the inner channel is designed so that the gas flowing through the channel has an injector effect.
  • the inner channel is preferably designed as an injector nozzle with a diameter ratio of approximately 3.
  • the openings to the annular chamber are at the narrowest point of the inner channel.
  • the initially flowing hot aerosol-containing gas initially melts the film, so that the subsequent aerosol-containing gas can draw in the agent according to the invention from the annular chamber. Due to the turbulence in the gas jet, the water-laden adsorbent is distributed over the jet cross section and can develop its cooling effect.

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Abstract

The invention relates to an agent for cooling gases, its use for cooling a pyrotechnically produced aerosol-containing gas as well as to a device for cooling hot gases.

Description

Mittel zur Kühlung von heißen Gasen Means for cooling hot gases
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Mittel zur Kühlung von heißen Gasen, dessen Verwendung zur Kühlung eines pyrotechnisch erzeugten aerosolhal- tigen Gases sowie eine Vorrichtung zur Kühlung heißer GaseThe present invention relates to a means for cooling hot gases, its use for cooling a pyrotechnically produced aerosol-containing gas and a device for cooling hot gases
In der Patentschrift EP 0 637 458 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Feuerloschmischung beschrieben Bei diesem Verfahren wird in einem Hohlgehause eine pyrotechnische Ladung (im weiteren Loschsatz ge- nannt) verbrannt, wobei als Reaktionsprodukt ein aerosolhaltiges Gas erzeugt wird, das in Form eines Strahls aus dem Hohlgehause austritt und als Loschmittel wirkt Die Temperatur des aerosolhaltigen Gases betragt etwa 1 400°C Die Verwendung dieses Verfahrens zum Loschen von warmeempfindlichen Objekten und in Gegenwart von Personen ist ohne Kühlung des aerosolhaltigen Gases nicht möglichPatent EP 0 637 458 describes a method and a device for producing a fire-extinguishing mixture. In this method, a pyrotechnic charge (hereinafter referred to as a batch) is burned in a hollow housing, an aerosol-containing gas being produced in the form of a reaction product a jet emerges from the hollow housing and acts as an extinguishing agent. The temperature of the aerosol-containing gas is approximately 1,400 ° C. The use of this method for extinguishing heat-sensitive objects and in the presence of people is not possible without cooling the aerosol-containing gas
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war, ein Mittel bereitzustellen, mit dem heiße Gase, beispielsweise aerosolhaltige Gase, die u a als Loschmittel verwendet werden, gekühlt werden können Eine weitere Aufgabe bestand dann, eine Vor- nchtung bereitzustellen, die die praktische Anwendung des erfindungsgemaßen Mittels erleichtertThe object of the present invention was to provide an agent with which hot gases, for example aerosol-containing gases which are used, inter alia, as extinguishing agents, can be cooled. Another object was then to provide a device which facilitates the practical use of the agent according to the invention
Erfindungsgemaß gelost wird diese Aufgabe durch ein Mittel mit den Merkmalen des Hauptanspruchs sowie durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 8 Vorzugs- weise Ausgestaltungen sind in den Unteranspruchen charakterisiertAccording to the invention, this object is achieved by means having the features of the main claim and by a device according to claim 8. Preferred embodiments are characterized in the subclaims
Erfindungsgemaß wird für die Kühlung der heißen Gase die hohe Verdampfungs- enthalpie des Wassers genutzt, wobei das Wasser adsorptiv an einem geeigneten Feststoff gebunden vorliegt Die Bindung des Wassers an einem Feststoff fuhrt dazu, daß das Kuhlmittel eine physikalisch praktikable Form aufweist Als Feststoff für die Adsorption des Wassers sind an sich alle Feststoffe geeignet, die Wasser adsorptiv binden können und die unter normalen Temperatur- und Feuchteverhältnissen praktisch kein Wasser verlieren. Als wassertragende Ad- sorbentien werden erfindungsgemäß daher Feststoffe eingesetzt, die eine Ad- sorptionsisobare in der Art aufweisen, daß eine Desorption des Wassers erst dann merklich stattfindet, wenn die Temperatur merklich höher als die Umgebungstemperatur ist. Dies gewährleistet die obengenannte Bedingung. Erst bei der Beaufschlagung des wasserbeladenen Adsorbens mit den heißen Gasen kommt es durch Verdampfung zu einer Freisetzung des Wassers, und damit zur Trocknung des Feststoffes. Bevorzugt eingesetzt werden Kieselgele, Kieselsäuren oder Zeolithe. Diese Mittel weisen ein hohes Aufnahmevermögen für Wasser auf. Vorteilhaft bei diesen Adsorbentien ist, daß sich bei diesen durch eine geeignete Wahl des Knickpunkts der Isobaren zusätzlich der Feuchtegehalt des Löschsatzes im optimalen Bereich bei der Lagerung der Löscheinrichtung si- cherstellen läßt. Besonders vorteilhaft bei den genannten Mitteln ist, daß sie chemisch inert sind, und somit bei ihrem Einsatz zur Kühlung keine gesundheits- gefährdenden Stoffe freigesetzt werden.According to the invention, the high evaporation enthalpy of the water is used for cooling the hot gases, the water being adsorptively bound to a suitable solid. The binding of the water to a solid leads to the coolant having a physically practical form As a solid for the adsorption of water, all solids are suitable that can bind water adsorptively and that lose practically no water under normal temperature and humidity conditions. Solids are therefore used as water-carrying adsorbents according to the invention which have an adsorption isobar such that desorption of the water only takes place noticeably when the temperature is noticeably higher than the ambient temperature. This ensures the above condition. Only when the water-laden adsorbent is exposed to the hot gases does evaporation release the water and thus dry the solid. Silica gels, silicas or zeolites are preferably used. These agents have a high water absorption capacity. It is an advantage of these adsorbents that they can additionally ensure the moisture content of the extinguishing charge in the optimal range when storing the extinguishing device by a suitable choice of the kink point of the isobars. It is particularly advantageous in the case of the agents mentioned that they are chemically inert and therefore no health-endangering substances are released when they are used for cooling.
Die Massen an erfindungsgemäßem Mittel, die zur Kühlung der heißen Gase be- nötigt werden, sind gering. Ein Löschmittelsatz zur pyrotechnischen Erzeugung von aerosolhaltigem Gas von 100 g setzt etwa 50 I (i.N.) aerosolhaltiges Gas frei. Soll beispielsweise ein aerosolhaltiges Gas, das 1.400°C heiß ist, auf 400°C abgekühlt werden, sind etwa, vollständigen Umsatz vorausgesetzt, 20 g Wasser notwendig. Die obengenannten bevorzugt einzusetzenden Adsorbentien weisen eine Aufnahmekapazität von wenigstens 30 Ma% für Wasser auf, so daß nur etwa 80 g trockenes Adsorbensmaterial benötigt werden.The masses of agent according to the invention which are required for cooling the hot gases are small. An extinguishing agent set for the pyrotechnic generation of aerosol-containing gas of 100 g releases about 50 I (i.N.) aerosol-containing gas. For example, if an aerosol-containing gas that is 1,400 ° C hot is to be cooled to 400 ° C, 20 g of water is required, assuming complete conversion. The above-mentioned preferred adsorbents have an absorption capacity of at least 30% by mass for water, so that only about 80 g of dry adsorbent material are required.
Voraussetzung für die Kühlwirkung ist, daß die heißen Gase mit dem erfindungsgemäßen Mittel in engen Kontakt kommen. Dazu kann das erfindungsgemäße Mittel in einer ersten Ausführungsform als Festbettschüttung vor dem Austritt der heißen Gase angeordnet werden. Das Adsorbens wird dazu in Form von Partikeln mit einem mittleren Durchmesser von einigen Millimetern eingesetzt und mit Was- ser beladen. Der Durchmesser der Partikel wird dabei so groß gewählt, daß ein Austrag von Feststoffpartikeln mit dem Gas sicher verhindert wird. Um eine hohe Kühlwirkung zu erreichen, werden die geometrische Ausbildung der Partikel und deren Größe so eingestellt, daß einerseits der Druckverlust der Schüttung mög- liehst gering ist, andererseits aber ausreichend gute Stoff- und Wärmeübertragungseffekte zwischen Gas und erfindungsgemäßem Mittel erreicht werden. Dies gelingt z.B. mit zylinderförmigen Partikeln mit einem Höhen-Durchmesserverhältnis von 2 bis 3.A prerequisite for the cooling effect is that the hot gases come into close contact with the agent according to the invention. For this purpose, the agent according to the invention can be arranged in a first embodiment as a fixed bed before the hot gases exit. The adsorbent is used in the form of particles with an average diameter of a few millimeters and with water load it. The diameter of the particles is chosen so large that discharge of solid particles with the gas is reliably prevented. In order to achieve a high cooling effect, the geometric configuration of the particles and their size are adjusted so that on the one hand the pressure loss of the bed is as small as possible, but on the other hand sufficiently good mass and heat transfer effects between gas and the agent according to the invention are achieved. This is possible, for example, with cylindrical particles with a height-diameter ratio of 2 to 3.
Eine andere Ausführungsform sieht vor, das wasserbeladene Adsorbens mit dem zu kühlenden Gas zu vermischen und den Kühlprozeß längs des Strömungsweges des Gases ablaufen zu lassen. Dazu wird das Adsorbens in sehr feiner Form verwendet (Korndurchmesser etwa μm) und mit Wasser beladen. Vorteilhaft hierbei ist, daß damit eine sehr große spezifische Oberfläche zur Verfügung gestellt wird, und somit optimale Wärme- und Stoffübertragungsverhältnisse und damit Kühlverhältnisse gewährleistet werden. Beim Einsatz dieser Ausführungsform zur Kühlung aerosolhaltiger Gase als Löschmittel ist vorteilhaft, daß das wasserbeladene Adsorbens ein ähnliches aerodynamisches Verhalten wie das Aerosol aufweist. Dadurch wird es wie das Aerosol mit dem aerosolhaltigem Gas zur Lösch- stelle geführt. Hier kann es entweder durch Wasserverdampfung oder als Stoßpartner im Ablauf der Verbrennungsreaktion zur Aufnahme thermischer Energie zusätzlich als Löschmittel wirken.Another embodiment provides that the water-laden adsorbent is mixed with the gas to be cooled and the cooling process is carried out along the flow path of the gas. The adsorbent is used in a very fine form (grain diameter approx. Μm) and loaded with water. The advantage here is that it provides a very large specific surface area, thus ensuring optimal heat and mass transfer ratios and thus cooling conditions. When using this embodiment for cooling aerosol-containing gases as an extinguishing agent, it is advantageous that the water-laden adsorbent has a similar aerodynamic behavior as the aerosol. As a result, it is led to the extinguishing point with the aerosol-containing gas like the aerosol. Here it can also act as an extinguishing agent, either through water evaporation or as a shock partner in the course of the combustion reaction to absorb thermal energy.
Vorteilhafterweise kann das erfindungsgemäße Mittel in einer Vorrichtung einge- setzt werden, die in einem Hohlgehäuse eine pyrotechnische Ladung zur Erzeugung eines aerosolhaltigen Gases und das erfindungsgemäße Mittel in einer ringförmigen Kammer enthält, die konzentrisch um die Achse des Hohlgehäuses angeordnet ist. Diese ringförmige Kammer bildet so einen Innenkanal, durch den das aerosolhaltige Gas strömt. Um die Vermischung des aerosolhaltigen Gases mit dem erfindungsgemäßen Mittel zu gewährleisten, weist der Innenkanal zur ringförmigen Kammer hin Öffnungen auf, die mit einer niedrig schmelzenden Folie abgedeckt sind. Die Kontur des Innenkanals ist so ausgebildet, daß das durch den Kanal strömende Gas eine Injektorwirkung ausübt. Vorzugsweise ist der Innenkanal als Injektordüse mit einem Durchmesserverhältnis von etwa 3 ausgebildet. Die Öffnungen zur ringförmigen Kammer befinden sich an der engsten Stelle des Innenkanals. Das anfänglich durchströmende heiße aerosolhaltige Gas schmilzt zunächst die Folie auf, so daß das nachfolgende aerosolhaltige Gas aus der ringförmigen Kammer das erfindungsgemäße Mittel einziehen kann. Durch die Turbulenz im Gasstrahl wird das wasserbeladene Adsorbens über den Strahlquerschnitt verteilt und kann seine Kühlwirkung entfalten. The agent according to the invention can advantageously be used in a device which contains a pyrotechnic charge in a hollow housing for generating an aerosol-containing gas and the agent according to the invention in an annular chamber which is arranged concentrically around the axis of the hollow housing. This annular chamber thus forms an inner channel through which the aerosol-containing gas flows. In order to ensure the mixing of the aerosol-containing gas with the agent according to the invention, the inner channel has openings towards the annular chamber which are covered with a low-melting film. The contour of the inner channel is designed so that the gas flowing through the channel has an injector effect. The inner channel is preferably designed as an injector nozzle with a diameter ratio of approximately 3. The openings to the annular chamber are at the narrowest point of the inner channel. The initially flowing hot aerosol-containing gas initially melts the film, so that the subsequent aerosol-containing gas can draw in the agent according to the invention from the annular chamber. Due to the turbulence in the gas jet, the water-laden adsorbent is distributed over the jet cross section and can develop its cooling effect.

Claims

Patentansprüche claims
1. Mittel zur Kühlung heißer Gase, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem wasserbeladenen Adsorbens besteht, das bei Beaufschlagung mit dem heißen Gas Wasser freisetzt.1. Means for cooling hot gases, characterized in that it consists of a water-loaded adsorbent which releases water when acted upon by the hot gas.
2. Mittel gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte Adsorbens unter normalen Temperatur- und Feuchteverhältnissen praktisch kein Wasser verliert.2. Composition according to claim 1, characterized in that the adsorbent used loses practically no water under normal temperature and humidity conditions.
3. Mittel gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Adsorbens Stoffe eingesetzt werden, die eine Adsorptionsisobare aufweisen.3. Composition according to one of claims 1 or 2, characterized in that substances are used as adsorbent, which have an adsorption isobaric.
4. Mittel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Adsorbens Stoffe eingesetzt werden, die chemisch inert sind.4. Composition according to one of claims 1 to 3, characterized in that substances are used as adsorbent which are chemically inert.
5. Mittel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Kieselgele, Kieselsäuren oder Zeolithe als Adsorbens eingesetzt werden.5. Composition according to one of claims 1 to 4, characterized in that silica gels, silicas or zeolites are used as the adsorbent.
6. Verwendung des Mitteis gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Kühlung eines pyrotechnisch erzeugten aerosolhaltigen Gases.6. Use of the medium according to one of claims 1 to 5 for cooling a pyrotechnically generated aerosol-containing gas.
7. Verwendung des Mittels gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kühlung von etwa 50 I (i.N.) aerosolhaltigem Gas von etwa 1 .400°C auf7. Use of the agent according to claim 6, characterized in that for cooling about 50 I (i.N.) aerosol-containing gas of about 1,400 ° C
400°C eine Menge des Mittels gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 eingesetzt wird, die etwa 20 g Wasser freisetzt.400 ° C an amount of the agent according to any one of claims 1 to 5 is used, which releases about 20 g of water.
8. Vorrichtung zur Kühlung heißer Gase, dadurch gekennzeichnet, daß das heiße Gas mit dem Mittel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 in engen8. Device for cooling hot gases, characterized in that the hot gas with the agent according to one of claims 1 to 5 in narrow
Kontakt kommt. Contact comes.
9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 als Festbettschüttung vor dem Austritt des heißen Gases angeordnet ist.9. The device according to claim 8, characterized in that the agent according to one of claims 1 to 5 is arranged as a fixed bed before the outlet of the hot gas.
10. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 in Form von Partikeln mit einem mittleren Durchmesser von einigen Millimetern eingesetzt wird.10. Device according to one of claims 8 or 9, characterized in that the agent according to one of claims 1 to 5 is used in the form of particles with an average diameter of a few millimeters.
11. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel ge- maß einem der Ansprüche 1 bis 5 mit dem heißen Gas vermischt wird.11. The device according to claim 8, characterized in that the agent according to one of claims 1 to 5 is mixed with the hot gas.
12. Vorrichtung gemäß Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 ein ähnliches aerodynamisches Verhalten wie das heiße Gas aufweist.12. The device according to claim 11, characterized in that the agent according to one of claims 1 to 5 has a similar aerodynamic behavior as the hot gas.
13. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich in einem Hohlgehäuse eine pyrotechnische Ladung zur Erzeugung eines aerosolhaltigen Gases befindet und das Mittel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 sich in einer ringförmigen Kammer befindet, die konzen- trisch um die Achse des Hohlgehäuses angeordnet ist, und so einen Innenkanal bildet, durch den das aerosolhaltige Gas strömt, wobei der Innenkanal zur ringförmigen Kammer hin Öffnungen aufweist, die mit einer niedrig schmelzenden Folie abgedeckt sind.13. Device according to one of claims 1 1 or 12, characterized in that there is a pyrotechnic charge for generating an aerosol-containing gas in a hollow housing and the agent according to one of claims 1 to 5 is in an annular chamber which is concentric is arranged around the axis of the hollow housing, and thus forms an inner channel through which the aerosol-containing gas flows, the inner channel having openings towards the annular chamber which are covered with a low-melting film.
14. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur des Innenkanals so ausgebildet ist, daß das durch den Kanal strömende aerosolhaltige Gas eine Injektorwirkung ausübt.14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the contour of the inner channel is designed so that the aerosol-containing gas flowing through the channel exerts an injector effect.
15. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenka- nal als Injektordüse mit einem Durchmesserverhältnis von etwa 3 ausgebildet ist. 15. The apparatus according to claim 13, characterized in that the inner channel is designed as an injector nozzle with a diameter ratio of about 3.
16. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Öffnungen zur ringförmigen Kammer an der engsten Stelle des Innenkanals befinden. 16. The device according to one of claims 13 to 15, characterized in that the openings to the annular chamber are located at the narrowest point of the inner channel.
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