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Vorrichtung zum Abscheiden fester, in einem Casstrom enthaltener Bestandteile
Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abscheiden fester Bestandteile,
z. B. Staub, der in einem Strom eines gasförmigen Mediums, beispielsweise einem
Gasstrom, enthalten ist.
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Es. sind in der Technik derartige Geräte bekannt, bei den.en ein
Gasstrom, der feste Teilchen mit sich führt, in einem scharfen Winkel gegen die
innere oder äußere Wandung eines mit Mischungen versehenen Filterkonus geleitet
wird, der in einem Gehäuse untergebracht ist und den Zweck hat, den Staub an der
Filterwandung abzuscheiden. Der staubfreie oder gereinigte größere Teil des Gasstromes
wird durch die Filterlochungen abgeleitet, während der kleinere Teil, der im wesentlichen,
alle die Teilchen trägt, die an der Filterwandung abgeschieden wurden, von der Filterkonusoberfläche
abgelassen wird.
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Einer der Nachteile der bisher bekannten Ge räte ist der, daß die
Konzentration der Teilchen schnell nach dem engen Filterende zu nimmt.
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Dementsprechend nimmt die Abscheidungsleistung in Richtung auf das
enge Filterende zu schnell ab.
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Der hier gebrauchte Ausdruck Filterkonus bezieht sich auf hahle Rotationskörper,
die gleichmäßig oder in Absätzen im Durchmesser abnehmen..
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Es ist eine der Hauptaufgaben der Erfindung, einen allgemein verwendbaren
neuen und verbesserten Abscheider zu schaffen, der eine höhere Abscheidungsleistung
als bisher erreicht.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen.
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Abscheider zu schaffen, bei dem die Ansammlung fester Bestandteile
entlang der Filteroberfläche verhältuismäßig gering ist. Diese geringe Ansammlung
fester Teile ist für eine hohe Abscheidungsleistung günstig.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Abscheider zu schaffen,
bei dem die Geschwindigkeit des Gasstromes im wesentlichen entlang der
ganzen
Länge des Filters aufrechterhalten wird trotz der bremsenden Wirkung der an der
Filterwandung abgeschiedenen Teilchen auf die Strömungsgeschwindigkeit. Diese Aufgabe
wird dadurch erfüllt, daß dem Gasstrom eine schraubenlinienförmige Bewegung von
dem weiten Filterkonusende auf das enge Filterkonusende zu erteilt wird.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, daß bei einem Abscheider
die bereits an der Außenseite des Filters abgeschiedenen Teilchen. zu einem gewissen
Grade durch die den Teilchen innewohnende Zentrifugalkraft von. dem Filter abgeschleudert
werden. Diese Wirkung wird um so mehr erreicht, je mehr der Filterkonusdurc:hmesser
gegen das enge Filterkonusende zu abnimmt.
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Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus den
Ansprüchen und der- folgenden Beschreibung mehrerer in der schematischen Zeichnung
dargestellter Ausführungsbeispiele hervor. Es zeigt Fig. I einen Schnitt durch einen
üblichen AShscheider, Fig. 2 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten
Abscheider, Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2, Fig. 4 einen.
Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 2, Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie
V-V in Fig. 2, Fig. 6 einen Schnitt durch eine Abwandlung eines Abscheiders gemäß
der Erfindung, Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine weitere Ab wandlung eines erfindungsge'mäß
ausgebildeten Ab scheider, Fig. 8 eine Draufsicht auf Fig. 7, Fig. 9 eine Abwicklung
eines Teiles d.er Filterkonusoberfläche in vergrößertem Maßstab in Draufsicht, Fig.
10 einen Schnitt entlang der Linie X-X in Fig. 9, Fig. 11 eine Teilansicht mit einer
Abwandlung der Filterzungen, Fig. 12 eine Teilansicht der F'ilterkonusoberfläche,
um den Verlauf des Gasstromes darzustellen, und Fig. 13 eine Abwandlung der Filterkonusoberfläche,
als Abwicklungsdraufsicht dargestellt.
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Der bekannte Abscheider nach Fig. 1 hat einen an beiden Enden offenen
F'ilterkonus, dessen Filterwan dung Durchbohrnngen in bekannter Ausführung aufweist.
Der Filterkonus, der von jeder beliebigen Größe und Form sein kann, ist in einem
Gehäuse 3 untergebracht. Dieses Gehäuse ist an seiner Seite an dem weiten. Konusende
mit einem Einlaß 4 für den Gasstrom, der die alblzusch.eiden, den festen. Teilchen,
z. B. Staub, mit sich führt, und mit einem Auslaß 5 für das abgezweigte und gereinigte
Gas versehen. Der Auslaß 5 ist in der Nähe des mittleren Teiles des Filterkonus
angebracht. Ein zweiter Auslaß 6 ist am engen F'ilterkonus ende angeordnet.
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Der frische Gasstrom strömt durch den. Einlaß 4 ein und wird in spitzem.
Winkel gegen die innere Wandung des Filterkonus gelenkt. Dazu ist zu bemerken, daß
die folgende Wirkungsangabe auch dann gilt, wenn der Gasstrom gegen die äußere Wandung
des Filterkonus gerichtet wird. Der größere oder Hauptteil des Gasstromes strömt
durch die Durchlochungen 2 und durch den Auslaß 5. Die Teilchen, die dem Hauptteil
des Gasstromes nicht durch die Filterdurchlochungen folgen, können, werden mit dem
kleineren oder Nebenteil des Gasstromes infolge der im wesentlichen parallel zu
der Filteroberfläche verlaufenden Bewegungskomponente des Gasstromes mitgerissen,
und zwar in einer Schicht, die gegen den Auslaß 6 zu zimmer mehr und mehr mit Staubteilchen
angereichert ist. Der gesammelte Staub zusammen mit dem kleineren Teil des Gasstromes
wird dann durch den Auslaß 6 ausgeblasen und kann in einem zweiten Abscheider abgeschieden
werden.
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Die Theorie und. praktische Versuche zeigen, daß es für eine wirksame
Abscheidung wesentlich ist, die Geschwindigkeit des Gasstromes an. der gesamten
Filteroberfläche entlang aufrechtzuerhalten. Versuche mit einem üblichen. Abscheider
zeigen, daß infolge der zunehmenden Staubkonzentration gegen den Auslaß 6 zu die
Geschwindigkeit des Gasstrom mes mehr und mehr abnimmt, wodurch eine entsprechende
Abnahme der Abscheidungsleistung bedingt ist. Daraus ergibt sich, daß eine geringe
Staubkonzentration auf der Filteroberfläche erstrebenswert ist, um eine große Abscheidungsleistung
zu erreichen.
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Eine geringe Staubkonzentration kann offensichtlich dadurch erreicht
werden, daß die Querschnittsfläche an dem engen Filterende vergrößert wird. Eine
solche Anordnung hat jedoch den großen Nachteil, daß das Volumen des Nebengasstromes,
der den niedergeschlagenen Staub enthält, ebenfalls vergrößert werden muß, um die
Geschwindigkeit des Gas stromes aufrechtzuerhalten, die nötig ist, um den Staub
niederzu'schl'agen. Die Vergrößerung des Nebengasstromes beeinflußt jedoch wiederum
die endgültige Abscheidung des Staubes ungünstig.
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Die vorstehend erläuterten Nachteile der üblichen Abscheider gemäß
Fig. 1 werden. dadurch vermieden, daß ein erfindungsgemäß ausgebildeter Abscheider,
wie er in Fig. 2 und Fig. 3, 4 und 5 gezeigt ist, verwendet wird.
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Der Abscheider nach Fig. 2 umfaßt wiederum einen -Filterkonus I,
der ähnlich dem Filterkonus I der Fig. I ist. Der Filterkonus I ist innerhalb eines
Gehäuses 10 angeordnet, das koaxial mit dem F'ilterkonus. montiert ist, so d:aß
ein Zwischenraum oder Kanal II zwischen dem Filterkonus und dem Gehäuse allmählich
in seiner Querschnittsfläche gegen das enge Filterkonusende zu abnimmt. Das weite
Ende des Gehäuses geht iln eine Kammer 8 über, die mit einem Einlaß 7 und einem
Gebläse7' für den die abzuscheidenden Staubteilchen enthaltenden Gasstrom in Verbindung
steht. Zwischen dem weiten und dem engen Ende des Filterkonus, vorzugsweise nahe
dem weiten Ende des
Konus, sind Mittel vorgesehen, um dem Gasstrom
eine schraubengangförmige Bewegung zu erteilen, die nach dem engen Filterende zu
zunimmt. Wie aus Fig. 4 und 5 am besten ersichtlich. ist, umfassen diese Mittel
einen offenen. Mantel 9, der eine Vielzahl von Leitbllechen. g' trägt, die in gleichem
Ab stand um den Mantel 9 herum und so im Winkel angeordnet sind, daß sie dem Gasstrom
d.ie gelwünschte kreisende Bewegung geben.
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Infolge des geringer werdenden Radius des an der Filteroberfläche
entlang fließenden Gasstromes, infolge des abnehmenden Durchmessers des Gehäusekonus
und des Filterkonus, kann die erforderliche Geschwindigkeit des Gasstromes entlang
der gesamten Filteroberfläche trotz der blremsenden Wirkung der an der Filteroberfläc.he
abgeschiedenen Staubteilchen aufrechterhalten werden. Bekanntlich ist die tangentiale
Geschwindigkeit an jeldem Punkt umgelkehrt proportional dem Abstand zwischen jedem
Punkt und der Achse des kreisenden Stromes, der eine zentripetale Spirale oder einen
reibungsfreien Gegenstrom bildet. Erfindungsgemäß wird der zentripetale Gegenstrom
benutzt, um die Bremswirkung auszugleichen, die normalerweise durch den Staub erzeugt
wird, der an der Filterfläche niedergeschlagen wird und in der Menge gegen das enge
Ende des Filterkonus zu zunimmt. Da.s Vorhandensein des konischen Gehäuses 10 hat
die zusätzliche Wirkung, daß die axiale Komponente der Geschwin,digkeit des Gasstromes
entlang der gesamten Filteroberfläche in dem gewünschten Ausmaß aufrechterhalten
bleibt.
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Die erfindungsgemäß vorgesehene schraubengangförmige Bewegung des
Gasstromes gegen das enge Filterkonusende zu hat auch noch den Vorteil, daß ein
immer größer werdender Teil des bereits an der Filteroberfläche niedergeschlagenen
Staubes, der an ihr entlang auf das enge Konusende zu m.itgenommen. wird, einer
Zentrifugalkraft unterworfen ist, die von der Filteroberfläche weggerichtet ist.
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Der Gasstrom an der Filteroberfläche braucht daher keine derartigen
5 Staubansammlungen mitzuführen wie der entsprechende Gasstrom eines in Fig. I gezeigten
üblichen Abscheiders. Demnach bleibt die Geschwindigkeit des Gasstromes entlang
der gesamten Filteroberfläche entsprechend hoch. Dadurch bleibt auch die Abscheidungsleistung
des Filters entlang d.er gesamten Filteroberfläche hoch.
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Der gereinigte, abgezweigte größere oder Hauptteil des Gasstromes
strömt durch einen Auslaß I2, der in Linie mit dem weiten Filterkonusende liegt,
ah, während der kleinere oder Nebenteil des Gasstromes, der im wesentlichen alle
Staubteilchen enthält, durch einen Auslaß 14 a,usgeblasen wird, der in Linie mit
dem engen Filterkonusende liegt. Der Auslaß 14 steht in. Verbindung mit einem Auslaßrohr
15. Ein Gebläse I3 dient dazu, das Gas aus dem Zwischenraum oder Kanal 11 durch
den Auslaß I4 und das Rohr 15 abzusaugen. Der Nehengasstrom wird in. einen zweiten
Abscheider, allgemein mit 17 bezeichnet, geleitet. Dieser Nebenabscheider, der von
üblicher Bauart sein kann, dient dazu, die Staubteilchen abzuscheiden, die von dem
Nehengasstrom mitgeführt werden. Die abgeschiedenen Teilchen werden in einem Behälter
16 gesammelt, aus dem sie durch eine übliche Entleerungsöffnung 16' entfernt werden
können, und der Nebengasstrom, mehr oder weniger gereinigt, wird durch ein Gebläse
I3 durch ein Umkehrrohr 25 in die Kammer 8 zurückgepupt. Wie am besten aus Fig.
3 ersichtlich ist, sind. die Du.rchlbohrungen des Filterkonus von Zungen begrenzt,
die gegenüber der Filterachse schräg liegen, wie dies im folgenden näher erläutert
ist.
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Der größere Hauptgasstrom, der den Filterkonus durch den Auslaß 12
verläßt, wird am Ende durch eine Auslaßleitung 20, die gegenüber dem Auslaß 12 tangential
angeordnet ist zum Zwecke des Wiedererreichens des Gasdruckes, ausgeblasen.
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Die Abwandlung gemäß Fig. 6 ist im Prinzip ähnlich der Bauart gemäß
Fig. 2 bis 5, mit der Ausnahme, daß der Nebenabscheider 17 direkt mit dem engen
Ende des Gehäuses 10 neben dem engen Filterkonusende verbunden. ist. Darüber hinaus
ist die Nebengasrückleitung 25 innerhalb des Gehäuses untergebracht, und der Filterkonus
liegt damit koaxial.
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Die kreisende Bewegung d.es Gasstromes, die gemäß Fig. 2 dadurch
verursacht wird, daß Führungsbleche 9' angeordnet sind, wird nach Fig. 6 dadurch
erreicht, daß der Einlaß 7 gegenüber der Kammer 8 tangential angeordnet ist.
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Die Wirkungsweise des Abscheiders nach Fig. 6 geht aus den vorhergehenden
Erläuterungen hervor.
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In Fig. 2 ist eine horizontale Anordnung des Abscheiders dargestellt
und in Fig. 6 a eine senkrechte Anordnung. Dazu wird bemerkt, daß die winkelmäßige
Stellung der Abscheiderachse für die Wirkungsweise der Erfindung unwesentlich und
daß jede beliebige Anordnung der Abscheiderachse möglich ist.
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Fig. 7 und 8 zeigen eine weitere Abwandlung eines senkrecht angeordneten
Abscheiders. Die Abwandlung gemäß Fig. 7 und 8 ist im Prinzip ähnlich der vorstehend
beschriebenen. Abwandlung.
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Die Rückleitung 25 endet im Staubbehälter, während sie bei den vorher
beschriebenen Abfwandlungen in. dem oberen Teil des Nebenabscheiders endet.
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Der Filterkonus nach Fig. 7 besteht aus zwei zylindrischen Teilen
I' und I", die durch den konischen Teil 1"' verbunden sind. Der Durchmesser des
Filterteiles I" ist geringer als der des Filterteiles I', SO daß man in der Wirkung
ein konisches Filter erhält.
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Das enge Filterende I" kann m.it Hilfe einer Verschlußplatte 22 geöffnet
und geschlossen werden, die in beliebiger Weise betätigt werden kann, beispielsweise
durch eine von außen zugängliche Stange 21, wie dies am besten aus Fig. 7 hervorgeht.
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Die kreisende Bewegung des Gasstromes, die nach dem engen Filterende
zu zunimmt, wird in ähnlicher Weise wlie bei dem Beispiel nach F.ig. 6 durch erreicht,
daß der Einlaß 7 tangential zur Kammer 8 angeordnet ist. Die Auslaßleitung 20 ist
ebenfalls tangential angeordnet, um den Gasstromdruck wieder herzustellen.
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Aus den vorstehenden Erläuterungen geht hervor, daß die kreisende
Bewegung des Gasstromes um den Filterkonus Zentrifugalkräfte um den Konus herum
erzeugt, die den statischen Druck an der Filteroberfläche veranlassen, nach dem
weiten Filterkonusende hin zuzunehmen. Wenn die kreisende Bewegung des Gasstromes
beim Durchtreten des Gases durch die Filterdurchlochungen aufhören würde, dann würde
der statische Druck innerhalb des Filterkonus an allen Punkten. innerhalb des Filterkonus
ungefähr gleich sein. Als Ergebnis würde der Druckunterschied zwischen der Außen
seite und der Innenseite' des Filterkonus, und damit die Gasdurchlaufgeschwindigkeit
und -menge in der Richtung vom engen Filterende auf das weite Filterende zu zunehmen.
Wenn die kreisende Bewegung beim Durchtritt des Gases durch die Filterdurchlochungen
gleichgehalten werden könnte, dann würden andererseits die zentrifugalen Kräfte,
die an, der Außenseite und an der Innenseite des Filters wirksam sind, im Gleichgewicht
sein, mit dem Ergebnis, daß die Durchtrittsgeschwindigkeit an der gesamten Filteroberfläche
gleichmäßig bleiben würde. In der Praxis stellt das Verhalten des durch die Filteröffnungen
durchfließenden Gasstromes einen Kompromiß zwischen den beiden vorstehend erläuterten
Arten dar. Die kreisende Bewegung wird zum Teil aufrechterhalten, wenn das Gas d.urch
die Filterdurchloehun,gen hindurchströmt, obwohl die Richtung der Bewegung geändert
wird.
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Deshalb sind gemäß der Erfindung besondere und neue Mittel erforderlich,
um eine gleichmäßige Verteilung des Gases über die gesamte. Filteroberfläche sicherzustellen.
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Eines der für einen solchen Zweck geeigneten Mittel sind die Zungen
I8, die die Filterd,urchlochungen begrenzen. Diese Zungen sind so angeordnet, daß
der Winkel zwischen den Zungen und der Oberfläche des. Filters 1 in, Richtung auf
das weite Filterkonusende zu abnimmt (Fig. g und 10). Eine solche Anordnung hat
zwei Vorteile, nämlich1 die Gesamtfläche der Filterdurchlochungen nimmt: pro Einheit
der Filterfläche ab, und die Richtung des Gasstromes gegenüber der Filteroberfläche
ist um so mehr tangential, je mehr der Winkel a abnimmt.
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Als Ergebnis wird. ein Widerstand an. dem weiten Filterkonusende geschaffen.
Dieser Widerstand hat die Tendenz, den Durchlauf des Gasstromes, der andernfalls
zu hoch wäre, abzubremsen oder zu verlangsamen.
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Ein anderes neues Mittel, um eine einheitliche Verteilung des Gases
durch; die gesamte Filteroberfläche zu erzielen, ist der Einbau eines nicht durch
lochten konischen Bauteiles 19 in den Filterkonus I und koaxial hierzu, wie in Fig.
2 gezeigt ist. Dieser an beiden Enden offene, konische Bauteil dient als Saugvorrichtung
zum Absaugen des Gasstromes, der gegen das enge Filterende zu fließt. Er verengt
auch das weite Filterkonusende in der Nähe seines Auslaßendes.
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Der günstigste Abscheideeffekt wird erreicht, wenn der Gasstrom seine
kreisende Bewegung im wesentlichen heim Durchlauf durch die Filterdurchlochungen
beibehalten kann.
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Zu diesem Zwecke ist es in vielen Fällen vor teil haft, den in Fig.
ii gezeigten Zungen eine gebogene Form zu geben, ferner den Winkel a2 zwischen den
Außenrändern der Zungen und der Filteroberfläche verhältnismäßig klein zu wählen,
so daß der Gasstrom möglichst tangential gerichtet ist Der Winkel a2 darf jedoch
nicht so klein gewählt werden, daß das durch eine Durchlochung strömende Gas mit
der Zunge zusammenstößt, die die nächstfolgende Öffnung begrenzt. Vorzugsweise wird
der Winkel a2 so gewählt, daß der Gasstrom, der von einer vorhergehenden Zunge kommt,
gerade noch eine Tangente mit der darauffolgenden. Zunge bildet (Fig. 11). Die Bedingung
für dieses Verhältnis ist, das sin α2 = 0,4 + t, wobei # die Materialstärke
der Zunge ist und t der Abstand zwischen zwei Durchlochungen.
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Um die kreisende Bewegung des Gasstromes innerhalb des Filterkonus
noch, mehr zu fördern und damit den! Druck innerhalb und außerhalb des Filterkonus
auszugleichen, können dieDurchlochungen (Fig. I2) so angeordnet und verteilt sein,
daß der Winkel ß zwischen einer Tangente a-a des Konus senkrecht zur Längsachse
der Durchbrechnngs,schl;itze und einer Ebeneo-o senkrecht zur Achse des Konus geringer
ist als der Winkel yt zwischen dem Gas strom, der gegen die Filteroberfläche gerichtet
ist, und der genannten Querebene o-o. Der Gasstrom, der an der Innenseite des Filterkonus
fließt, bildet dann einen Winkel y, mit der genannten Ebene o-o, der kleiner ist
als der Winkel y. Das Ergebnis ist eine Vergrößerung der Projektion der Gasgeschwindigkeit
auf die Ebene o-o und demzufolge eine Vergrößerung der Drehkomponente des Gasstromes.
Infolgedessen trägt eine Verringerung des Unterschiedes zwischen y und fl in der
Richtung auf das enge Konusende zu zu einer gleichmäßigeren Verteilung des Gasdurchtritts
durch die gesamte Länge der Filteroberfläche bei.
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Ein anderes neuartiges Mittel, um eine gleichmäßige Verteilung des
Gases durch die gesamte Filteroberfläche zu erreichen, besteht darin, daß das Verhältnis
zwischen dem Durchmesser des engen Konusendes und dem Durchmesser des weiten Konusendes
so gewählt wird, daß dieses Verhältnis ungefähr gleich ist dem Verhältnis an dem
weiten Konusende zwischen. der Drchkomponente der Gasgeschwindigkeit und. der parallel
zur Erzeugenden des Konus gerichteten Komponente der Gasgeschwindigkeit.
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Fig. 13 zeigt eine Abwandlung der durchbrochenen Filteroberfläche,
wie sie in. Fig. g gezeigt ist. Nach Fig. I3 sind die Reihen der Filterdurchbrüche
in, senkrechten Ebenen zur Konusachse angeordnet, während nach Fig. 9 die Filterdurchlochungen
spitze Winkel mit der Erzeugenden des Filterkonus bilden.
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Während die Erfindung im einzelnen im Hinblick auf einzelne bevorzugte
Ausführungsbeispiele
beschrieben, wurde, liegen für den Fachmann
bei Kenntnis der Erfindung die verschiedensten Abwandlungen nahe, ohne daß derartige
Abwandlungen aus dem Schutzbereich der Erfindung herausfallen.