DE2638644A1

DE2638644A1 - Vorrichtung zum anlagern von partikeln oder gasfoermigen beimischungen aus einem gasstrom an eine waschfluessigkeit

Info

Publication number: DE2638644A1
Application number: DE19762638644
Authority: DE
Inventors: Heinrich Winters
Original assignee: Buettner Schilde Haas AG
Current assignee: Grenzebach GmbH and Co KG
Priority date: 1976-08-27
Filing date: 1976-08-27
Publication date: 1978-03-02
Also published as: US4171961A

Description

Dy^"\f"»m 4150 Krefeld, den 25. August 1976

V Ju^A ■ ^PAT ~ SCHI/wey - K 76/09

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Büttner-Schilde-Haas Aktiengesellschaft, Krefeld-Uerdingen

Vorrichtung zum Anlagern von Partikeln oder gasförmigen Beimischungen aus einem Gasstrom an eine Waschflüssigkeii

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anlagern von Partikeln oder gasförmigen Beimischungen aus einem Gasstrom an eine Waschflüssigkeit, mit einer Wirbelkammer, an deren Umfang Einspritzdüsen angeordnet sind und die einen oder mehrere tangentiale Gaseintritte und einen axialen Gasaustritt aufweist.

Aus der DT-OS 24 16 958 ist eine Vorrichtung der genannten Gattung bekannt, bei der der Wirbelkammer ein in einem gemeinsamen zylindrischen Gehäuse neben der Wirbel kammer angeordnetes koaxiales Ventilatorlaufrad vorgeschaltet ist und die eine als Tropfenfänger wirkende zylindrische Kammer aufweist.

Der Reinigungseffekt, d.h. die Auswaschung der Partikel und gasförmigen Beimischungen ist um so größer, je langer die Verweilzeit der Waschflüssigkeitströpfchen in

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Büttner-Schüde-Haas AG

der Wirbelkammer ist. Diese Erhöhung des Wirkungsgrades wurde bisher erreicht durch eine Veränderung der Breite der Wirbelkammer, insbesondere durch eine konische Verengung oder Erweiterung der Seitenwände. Die als optimal • angesehene Bemessung der Breite der Wirbelkammer wurde bisher experimentell gefunden, wodurch erhebliche Zeit- und Kostenaufwendungen erforderlich waren.

Bei der bekannten Vorrichtung wird die Drallströmung am Austritt der Waschzone so in einen Tropfenfänger umgelenkt, daß sie in diesem als schraubenförmige Drallströmung für die Abscheidung der mitgerissenen kleinen Tröpfchen benutzt werden kann.

Bekannterweise erfordern heiße und chemische aggressive Gase, die abzukühlen sind, besondere Schutzmaßnahmen gegen Korrosion, Bei der bekannten Vorrichtung sind in dem kritischen Bereich, in dessen unmittelbarer Nähe das schneilaufende Ventilatorrad angeordnet ist, Stutzen, Leitschaufeln und Fangtaschen bzw. Fangrinnen für den Ablauf des Wassers angeordnet, so daß eine an sich bekannte keramische Auskleidung nur mit Schwierigkeiten zur Anwendung kommen kann.

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Bütiner-Schüde-Haas AG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aufgezeigten Nachteile zu beseitigen und eine Verminderung des Leistungsbedarfs für den Ventilatorantrieb zu erreichen und eine Möglichkeit zur Bemessung der Breite der Wirbelkammer anzugeben, mit der ohne großen Aufwand eine optimale Verweilzeit der Waschflüssigkeitströpfchen bzw. -partikel in der Wirbelkammer erreichbar ist. Außer dem soll in dem kritischen Bereich eine relativ einfache beständige Auskleidung ermöglicht werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß sich an die Wirbelkammer mittig die zylindrische Kammer und das in einem Gehäuse angeordnete Ventilatorlaufrad anschließen, wobei der Eintrittswinkel der Laufradschaufeln zum stoßfreien Eintreten des einen Mitdrall aufweisenden Gases in die Schaufelkanäle bemessen ist, und für das Verhältnis der Breiten der Wirbelkammer gilt

B₁.

1,75 < ?± <7
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unter Beachtung des Verhältnisses

0,35 < =± <O,65

mit Rj. als Radius für die größte Breite B_ und mit IL.

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als Radius für die kleinste Breite B . Das Ventilatorgehäuse kann wahlweise spiralförmig bzw. teilweise spiralförmig und teilweise rund ausgebildet sein. Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn das Ventilatorgehäuse im Bereich des Ventilatorlaufrades rum und im Bereich eines zwischen der zylindrischen Kammer und dem Ventilatorlaufrad angeordneten zylindrischen Ansatzes spiralförmig ausgebildet ist. Zwischen dem runden und dem spiralförmigen Teil des Ventilatorgehäuses kann eine Blende angeordnet sein, deren lichte Weite kleiner ist als der Außendurchmesser des Ventilatorlaufrades.

Das Gas kann an einer oder an mehreren Stellen in die Wirbelkammer eintreten, wobei jeder Gaseintritt mit einer stufenlos verstellbaren Klappe versehen sein kann, die sich vom Anlenkungspunkt aus strömungsgünstig verjüngen. Zweckmäßigerweise reichen die Klappen über die Breite der Wirbelkammer.

Zur Abführung der ausgeschiedenen Waschflüssigkeit ist es vorteilhaft, in der Wirbelkammer, der zylindrischen Kammer, in dem spiralförmigen Teil und dem runden Teil des Ventilatorgehäuses je einen Abflußstutzen anzuordnen Den Abflußstutzen kann je eine Auffangrinne oder insbe-

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sondere bei der zylindrischen Kammer ein Ringkanal zugeordnet sein.

Die Einspritzdüsen sind vorteilhafterweise ringförmig ein- oder beidseitig in der Wandung der Wirbelkammer angeordnet. Diese Anordnung kann in einem oder mehreren Ringen erfolgen. Bekannterweise sind bei derartigen Anordnungen die Einspritzdüsen an einer oder mehreren Ringleitungen angeschlossen. Es ist zweckmäßig, die Einspritzdüsen zwischen der konischen Verengung und der Wandung der zylindrischen Kammer bzw. deren Verlängerung anzuordnen.

Vor dem Eintritt in das Ventilatorlaufrad kann eine konische Düse mit gerundeter Mündung angeordnet sein, die im Abstand von der Wandung der zylindrischen Kammer beginnt und damit einen Abschälschlitz bildet. Ist die konische Düse an den zylindrischen Ansatz angebunden, wird der Abschälschlitz durch den zwischen den Wandungen der zylindrischen Kammer und dem zylindrischen Ansatz vorhandenen Abstand gebildet.

In der Waschzone werden die Abgase, die in den meisten 8 0 98 0 9/"0*31 5

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Fällen eine höhere Temperatur haben, fast bis auf den Taupunkt abgekühlt. Dadurch entsteht eine wesentliche Verminderung des Volumens annähernd proportional zur absoluten Gastemperatur. Für den Leistungsbedarf des Ventilatorlaufrades gilt das Proportionalitätsgesetz im gleichen Sinne, so daß sich durch die Abkühlung vor dem Laufrad eine sehr wesentliche Verminderung des Leistungsbedarfs ergibt. Eine weitere Verminderung des Leistungsbedarfs für den Ventilatorantrieb ergibt sich daraus, daß der Drall, mit dem das Gas die Wirbelkammer und die zylindrische Kammer bzw. den zylindrischen Ansatz verläßt, als Mitdrall am Laufradeintritt benutzt wird. Eine Keramikauskleidung ist in den entsprechenden Querschnitten ohne besondere Schwierigkeiten möglich.

Durch die vorgeschlagene Bemessung der Wirbelkammer wird die radiale Gasgeschwindigkeitskomponente so ausgelegt, daß sich Flüssigkeitströpfchen von einer gewissen Größe während einer relativ langen Zeit etwa kreisförmig bewegen. Die Umfangsgeschwindigkeit der Tröpfchen ist dabei nach ungefährem Abschluß der Tangentialbeschleunigung etwa so groß wie die tangentiale Gasgeschwindigkeit skomponente. Die Relativgeschwindigkeit zwischen Tröpfchen und Gas ist bei annähernden Kreisbahnen der Tröpfchen'der radialen Komponente der Gasge-

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schwindigkeit der Größe nach ungefähr gleich. Durch diese Relativgeschwindigkeit wirken auf die Tröpfchen einer gewissen Größe also Strömungswiderstände, die mit deren Zentrifugalkräften bei entsprechender Umfangsgeschwindigkeit auf der betreffenden Kreisbahn im Gleichgewicht stehen.

Die vorgeschlagene Bemessung am äußeren und inneren Umfang der Wirbelkammer bewirkt, daß ohne zusätzlichen Aufwand relativ einfach die optimale Abmessung konstruktiv festgelegt werden kann, bei der die Relativgeschwindigkeit der Waschflüssigkeitströpfchen nahezu konstant und ihre Verweilzeit in dem zu behandelnden Gas wesentlich verlängert wird, wodurch sich die Auswaschung der Partikel und gasförmigen Beimischungen verbessert.

Die erfindungsgemäße Ausbildung ist auch bei Vorrichtungen mit vertikaler Achse anwendbar.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

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Büttner-Schllde-Haa· AG

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Vorrichtung mit einem spiralförmigen Ventilatorgehäuse gemäß Schnitt C-D der Fig. 2;

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie A-B der Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Vorrichtung mit einem spiralförmigen und einem runden Teil des Ventilatorgehäuses gemäß Schnitt C-D der Fig. 4;

Fig. 4 einen Schnitt gemäß Linie A-B der Fig. 3.

Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung soll als Wäscher zur Abscheidung von Schadgasen und Partikeln aus einer Gasströmung dienen.

Das Rohgas tritt durch den tangential angeordneten Gaseintritt sstutz en 1 in die Wirbelkammer 2 ein, die mit einer Keramikauskleidung 22 versehen ist. Durch den tangentialen Gaseintritt in die Wirbelkammer 2 und den axialen Gasaustritt entsteht in der Wirbelkammer

2 eine Drallströmung (Wirbelsenke). Die Düsen 5 für die Einspritzung der Waschflüssigkeit in die Wirbelkammer 2 sind über den Umfang beidseitig in je einem Ring gleichmäßig verteilt. Den Düsen 5 wird über die Ringleitungen 6 die Waschflüssigkeit zugeführt. Wie aus den Fig. 1 und

3 ersichtlich ist, sind die Düsen 5 zwischen der konischen Verengung und der Wandung der zylindrischen Kammer 8 bzw. deren Verlängerung angeordnet.

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Büttner-Schilde-Haas AG ' T

An die Wirbelkammer 2 schließt sich mittig die im Durchmesser kleinere zylindrische Kammer 8 und das in einem Gehäuse 15 bzw. 15' angeordnete Ventilatorlaufrad 12 an. Von großer Bedeutung hierbei ist, daß der Eintrittswinkel der Laufradschaufeln 12 zum stoßfreien Eintreten des einen Mitdrall aufweisenden Gases in die Schaufelkanäle bemessen ist. Gemäß Fig. 1 und 2 ist das Ventilatorgehäuse 15 spiralförmig und gemäß Fig. 3 und 4 im Bereich des Ventilatorlaufrades 12 rund und im Bereich des zwischen der zylindrischen Kammer 8 und dem Ventilatorlaufrad 12 angeordneten zylindrischen Ansatzes 4 spiralförmig ausgebildet, wobei zwischen dem runden Teil 15' und dem spiralförmigen Teil 15 des Ventilatorgehäuses eine Blende 21 angeordnet ist. Die lichte Weite der Blende 21 ist kleiner als der Außendurchmesser des Ventilatorlaufrades 12.

In der Nähe des Tangierungspunktes des Gaseintrittsstutzens 1 mit der Wandung der Wirbelkammer 2 ist eine stufenlos verstellbare Klappe 3 angeordnet, die sich vom Anlenkungspunkt aus strömungsgünstig verjüngt. Diese Klappe 3 ist zweckmäßigerweise über die Breite der Wirbelkammer 2 reichend angeordnet.

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Büttner-Schilde-HaaiAG

Die Wirbelkammer 2, das spiralförmige Ventilatorgehäuseteil 15 und das runde Ventilatorgehäuseteil 15' weisen je eine Auffangrinne mit Abflußstutzen 7; 14 und 20 auf. Dem Abflußstutzen 10 der zylindrischen Kammer 8 ist ein Ringkanal 9 zugeordnet. Aus stromungstechnischen Gründen verlaufen die seitlichen Begrenzungswände der Wirbelkammer 2 von der Verengung aus bis zur Wandung der sich anschließenden zylindrischen Kammer 8 konisch zueinander. Unter Verwendung einer entsprechenden Einrichtung kann die Breite der Wirbelkammer 2 durch axiale Verschieben einer oder beider Seitenwände variiert werden. Die größte Breite B der Wirbelkammer 2 verkleinert sich entsprechend dem Abstand von der Mittellinie und erreicht mit dem Radius E-. die kleinste Breite Β_κ· Dabei bestehen die Verhältnisse

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und

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O_f35 < =i < 0,65,

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wobei R_ der Radius für die größte Breite B₁ und R_R der Radius für die kleinste Breite B_x, sind. Diese Ausbildung

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der Waschzone kann auch Anwendung finden bei Vorrichtungen ohne integriertes Laufrad.

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Büttner-Schiide-Haas AG

Vor dem Eintritt in das Ventilatorlaufrad 12 ist eine konische Düse 11 mit gerundeter Mündung angeordnet. Diese konische Düse 11 dient einmal als Einströmdüse für das Ventilatorlaufrad 12 und zum anderen zur Bildung des Abschälschlitzes 13. Hierzu ist die Düse 11 im Abstand von der Wandung der zylindrischen Kammer 8 angeordnet (Fig. 1) bzw. an den zylindrischen Ansatz 4 angebunden (Fig. 3), wobei zwischen den Wandungen der zylindrischen Kammer 8 und dem zylindrischen Ansatz 4 ein Abstand vorhanden ist, der der Breite des Abschälschlitzes 13 entspricht.

Das gereinigte Gas verläßt das spiralförmige Ventilatorgehäuse 15 über den tangentialen Austrittsstutzen 16. Die Welle und Lagerung 17, der Riemenantrieb 18 und der Motor 19 sind normale Bauteile. Die gesamte Vorrichtung lagert auf einem Grundrahmen 23 auf.

Durch die verstellbare Klappe 3 kann die tangentiale Geschwindigkeitskomponente der Drallströmung beeinflußt werden. Nach dem Passieren der Wirbelkammer 2 tritt die Gasströmung in die zylindrische Kammer 8 und passiert die se als schraubenförmige Drallströmung. Die Kammer 8 dient als Tropfenfänger. Die ausgeschleuderte Waschflüssigkeit

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Biittner-Schllde-Haaa AG

- wird über den Abschälschlitz 13 undden Ringkanal 9 dem Abflußstutzen 10 zugeführt. Vom Ventilatorlaufrad 12 gelangt das Gas in das spiralförmige Ventilatorgehäuse 15 üblicher Bauart, vergleiche Fig. 1. Ein geringer Anteil der Waschflüssigkeit wird als feine Tröpfchen im Gas dem Ventilatorlaufrad 12 zugeführt. Durch die Beschleunigungskräfte im Ventilatorlaufrad 12 bilden dann die Tröpfchen auf den Vorderseiten der Laufradschaufeln 12 einen Flüssigkeitsfilm, der am äußeren Durchmesser an den Schaufelenden abreißt. Bei diesen Ausführungen werden diese Tropfen zum Teil gegen das Ventilatorgehäuse 15 geschleudert und durch eine Fangrinne mit Abflußstutzen 14 abgeführt.

Eine wesentlich bessere Abscheidung der Tropfen in diesem Bereich wird erreicht, wenn, wie in Fig. 3 dargestellt, das Ventilatorgehäuse 15' im Bereich des Ventilatorlaufrades 12 rund und im Bereich des zylindrischen Ansatzes 4 spiralförmig ausgebildet ist. Die Flüssigkeitströpfchen werden, sobald sie das Ventilatorlaufrad 12 verlassen haben, gegen den zylindrischen Teil des Ventilatorgehäuses 15' geschleudert. Das gereinigte Gas verläßt das Ventilatorgehäuse 15' durch die von der Blende 21 begrenzte öffnung und tritt in der spiralförmigen Teil des Ventilatorgehäuses 15 ein. Die

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Büttner-Schilde-Haos AG

Blende 21 verhindert, daß der Flüssigkeitsfilm in den spiralförmigen Teil 15 des Ventilatorgehäuses abfließen kann und erzeugt gleichzeitig den Effekt einer Wirbelsenke, -in der die sich in der Gasströmung frei bewegenden Tropfen durch die Zentrifugalkräfte nach außen wiederum gegen den zylindrischen Teil 15' des Ventilatorgehäuses geschleudert werden.

Durch die unterschiedliche konstruktive Gestaltung des Ventilatorgehäuses wird der Wirkungsgrad der Tropfenabscheidung wesentlich verbessert. Diese Ausbildung des Ventilatorgehäuses kann auch für andere Wäscher, wie zum Beispiel Venturi-Waseher als Wasserabscheider, verwendet werden.

Patentansprüche:

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Claims

O C O Q g L I f v. J I 4150 Krefeld, den 25'. August 1976 -^W 1.^.Jl pAT _ SCHI/wey _ K 76/09 Büttner-Schilde-Haas AG . Büttner-Schilde-Haas Aktiengesellschaft, Krefeld-Uerdingen Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Anlagern von Partikeln oder gasförmigen Beimischungen aus einem Gasstrom an eine Waschflüssigkeit, mit einer Wirbelkammer, an deren Umfang Einspritzdüsen angeordnet sind und die einen oder mehrere tangentiale Gaseintritte und einen axialen Gasaustritt aufweist und mit einem Ventilatorlaufrad sowie einer als Tropfenfänger wirkenden zylindrischen Kammer, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Wirbelkammer (2) mittig die zylindrische Kammer (8) und das in einem Gehäuse (15; 15") angeordnete Ventilatorlaufrad (12) anschließen, wobei der Eintrittswinkel der Laufradschaufeln zum stoßfreien Eintreten des einen Mitdrall aufweisenden Gases in die Schaufelkanäle bemessen ist, und für das Verhältnis der Breiten der Wirbelkammer gilt

1,75 < =i <7
B_K

unter Beachtung des Verhältnisses

R
0,35 < =i < 0,65

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J I

Bütiner-Schiide-Haa» AG

mit R₁ als Radius ^ür die größte Breite B und mit als Radius für die kleinste Breite B .

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilatorgehäuse (15; 15') spiralförmig bzw. teilweise spiralförmig und teilweise rund ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventxlatorgehäuse (15; 15') im Bereich des Ventilatorlaufrades (12) rund und im Bereich eines zwischen der zylindrischen Kammer (8) und dem Ventilatorlaufrad (12) angeordneten zylindrischen Ansatzes (4) spiralförmig ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem runden Teil (15') und dem spiralförmigen Teil (15) des Ventilatorgehäuses eine Blende (21) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lichte Weite der Blende (21) kleiner ist als

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BüBner-Schllde-Haa» AG

der Außendurchmesser des Ventilatorlaufrades (12).

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas an einer oder an mehreren Stellen in die Wirbelkammer (2) eintritt, wobei jeder Gaseintritt mit einer stufenlos verstellbaren Klappe (3) versehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Klappen (3) vom Anlenkungspunkt aus strömungsgünstig verjüngen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen (3) über die Breite der Wirbelkammer (2) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (2), die zylindrische Kammer (8), das spiralförmige Ventilatorgehäuseteil (15) und das runde Ventilatorgehäuseteil (15¹) je einen Abflußstutzen (7; 10; 14; 20) aufweisen.

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Büttner-Schilde-Haas AG

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet daß den Abflußstutzen (7; 10; 14; 20) je eine Auffangrinne oder ein Ringkanal (9) zugeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Einspritzdüsen (5) ringförmig ein- oder beidseitig in der Wandung der Wirbelkammer (2) angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnei daß die Einspritzdüsen (5) in einem oder in mehreren Ringen angeordnet sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüsen (5) an eine oder mehrere Ringleitungen (6) angeschlossen sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüsen (5) zwischen der konischen Verengung und der Wandung der zylindrischen Kammer (8) bzw. deren Verlängerung angeordnet sind.

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Büttner-Schilde-Hass AG

15. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Eintritt in das Ventilatorlaufrad (12) eine konische Düse (11) mit gerundeter Mündung angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet daß die konische Düse (11) im Abstand von der Wandung der zylindrischen Kammer (8) angeordnet ist und damit ein Abschälschlitz (13) gebildet ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Düse (11) an den zylindrischen Ansatz (4) angebunden ist und der Abschälschlitz (13) durch den zwischen den Wandungen der zylindrischen Kammer (8) und dem zylindrischen Ansatz (4) vorhandenen Abstand gebildet ist.

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