DE3002712A1

DE3002712A1 - Vorrichtung zur messung der druckdifferenz und des stroemungsvolumens in einer leitung

Info

Publication number: DE3002712A1
Application number: DE19803002712
Authority: DE
Inventors: Pauli Groenberg
Original assignee: Fincoil Teollisuus Oy
Current assignee: Fincoil Teollisuus Oy
Priority date: 1979-01-25
Filing date: 1980-01-25
Publication date: 1980-08-07
Also published as: GB2043917A; NO800161L; NO155905B; SE8000477L; US4290315A; CA1134173A; DK31180A; SE441704B; GB2043917B; DE3002712C2; NO155905C

Description

Vorrichtung zur Messung der Druckdifferenz und des Strömungsvolumens in einer Leitung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung der Druckdifferenz und des Strömungsvolumens in einer Leitung, wie diese Vorrichtung im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben ist.

Aus dem Stand der Technik sind Verfahren uiid Vorrichtungen zur Messung des Strömungsvolumens, d. h. des Volumens eines strömenden Fluids in einer Leitung bekannt. Es ist dabei ein ungestörtes, laminares Strömungsprofil am Ort der Messung notwendig, damit Meßfehler ohne außerordentlichen Aufwand klein gehalten werden können. In der Praxis sind bei Installationen die Strömungsprofile allgemein nicht genügend ungestört, ohne daß spezielle richtende Wirkungen und/oder Egalisierungsmaßnahmen vorgenommen werden. Zum Beispiel haben Strömungsleitungen nicht genügend lange gerade Leitungsanteile, in denen sich die Strömung egalisieren könnte. In solche Fällen sind zuverlässige Messungen mit erträglichem Aufwand überhaupt nicht zu erhalten.

Bisher sind solche Meß- und Kontrollvorrichtungen nicht verfügbar gewesen, mit denen das Strömungsvolumen bzw. die volumetrische Strömung unter Turbulenzbedingungen leicht und für den jeweiligen Zweck genügend genau gemessen und kontrolliert werden konnte.

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Mehr als die Hälfte der Energieverluste in Gebäuden gehen heute auf das Konto der Ventilation= Zukünftige Energieeinsparungsmaßnahmen werden genügend genaue Kontrolle der Energieströme erforderlich machen. Dies ist aber nicht durchführbar ohne zuverlässigere und mehr reproduzierbare Messung und Kontrolle bzw. Steuerung der Strömungsvolumina der Ventilation bzw. der Airconditioner-Einrichtungen.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Bestimmung des Strömungsvolumens eines Fluids anzugeben, wobei diese Vorrichtung im Besonderen für die Messung von Luftströmungen in Ventilationen bzw» Lüftungen und/oder in Airconditioner- bzw. Klimaanlagen geeignet sein soll. Insbesondere soll die Vorrichtung genaue Meßwerte auch bei stark gestörten Strömungsprofilen liefern. Eine wie mit der Erfindung zu schaffende Vorrichtung soll derart sein, daß sie für dauernd in der Lüftungs- bzw. Klimaanlage installiert sein kann. Diese Vorrichtung soll verwendbar sein in Strömungsleitungen und öffnungen, die kreisförmigen, ovalen, rechteckigen oder anderen Querschnitt haben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Weiterentwicklung der Meßverfahren und der Meßvorrichtungen der älteren finnischen Patentanmeldungen 78.0740 und 78.2384 anzugeben.

Diese Aufgabe wird mit einer Meßvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Kennzeichens des Patentanspruches 1 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Mit einer wie erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich eine größere und genauere Meßangabe erreichen und es kann somit eine größere Genauigkeit der Messung eines Strömungsvolumens erreicht werden. Mit der Erfindung läßt sich insbesondere eine höhere Meßgenauigkeit bei speziell stark gestörter Strömung, z. B. bei asymmetrischen Strömungsprofilen erreichen. Es läßt sich mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung

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eine Meßgenauigkeit erzielen, die unterhalb 5 bis 10 % selbst bei schwierigen Meßbedingungen und Strömungsbedingungen liegt.

Ein Hauptmerkmal der Erfindung isjb ein ringförmiger Durchlaß zwischen dem äußeren Umfang der ringförmigen Platte und der Innenwandung der Leitung. Eine spezielle Ausführungsform der Vorrichtung hat eine ringförmige Platte, mit deren Hilfe man die (zur Messung) notwendige Druckdifferenz erzeugt. Die äußere Abmessung, z. B. der äußere Durchmesser, der Platte ist wesentlich kleiner als die entsprechende Innenabmessung (z.B. Durchmesser) der Leitung. Auf beiden Seiten der Platte sind Rohre vorgesehen, die z. B. auf beiden Seiten öffnungen haben. Diese öffnungen können Löcher mit kleinen Abmessungen oder Schlitze sein, durch die bzw. mit deren Hilfe der jeweilige Druck auf den beiden Seiten der einen Strömungswiderstand bildenden Platte bestimmt werden kann. Vorzugsweise ist die ringförmige Platte mit den darauf angebrachten Rohren koaxial in der Strömungsleitung angebracht.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß wenigstens eines der Rohre in einem Abstand von der ringförmigen Platte derart angebracht ist, daß wenigstens ein Loch oder ein Schlitz in Richtung auf die ringförmige Platte gerichtet ist.

Mit wenigen Worten zusammengefaßt, hat die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung von Druckdifferenz und Strömungsvolumen in einer Leitung eine ringförmige, z. B. 'auch ein Rechteck, bildende Platte, die im wesentlichen koaxial in der Leitung oder in einem mit offenem Ende versehenen Gehäuse, das ein Teil der Leitung bildet, anzubringen ist. Diese ringförmige Platte hat in der Mitte eine öffnung bzw. einen Durchlaßquerschnitt für das strömende Fluid. Auf jeder Seite der ringförmigen Platte ist eine Rohrschleife mit je einer Reihe von öffnungen angebracht. Diese öffnungen sind z. B. Löcher oder Schlitze mit relativ kleinen Abmessungen. Sie dienen dazu, eine Druckdifferenz zwischen Stellen

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(der Strömung) zu bestimmen, die bezogen auf die Platte stromaufwärts und stromabwärts liegen. Auf Druck ansprechende Einrichtungen sind betriebsmäßig mit den öffnungen verbunden, womit sich die Druckdifferenz zwischen den beiden einander gegenüberliegenden Seiten der Platte bestimmen läßt. Zwischen dem äußeren Umfang der ringförmigen Platte und der Innenwandung der Leitung oder des am Ende offenen Gehäuses ist ein zusätzlicher ringförmiger Durchgang bzw. Durchlaß für das strömende Fluid vorhanden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet eine Reihe von praktischen Vorteilen? zu denen insbesondere gehören;

- Strömungsturbulenzen haben keinen wesentlichen Einfluß auf die Arbeitsweise und Meßgenauigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung?

- das Strömungsvolumen läßt sich leicht mit Hilfe einer einzigen Druckdifferenzmessung bestimmen!

- die erfindungsgemäße Vorrichtung kann sowohl bei geringen als auch bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten angewendet werden;

- die Druckdifferenz, ist groß vergleichsweise zum Strömungswider stand, der durch die erfindungsgemäße Vorrichtung verursacht wird;

- die erfindungsgemäße Vorrichtung hat einen einfachen Aufbau;

- die zu messende Druckdifferenz bleibt stabil;

- mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich? ausreichend hohe Meßgenauigkeit selbst bei. turbulenter Strömung zu erhalten;

- die erfindungsgemaße Vorrichtung läßt sich in Strömungsleitungen oder Strömungsöffnungen verwenden, die unterschiedlichen Querschnitt haben, d. h. in bzw» im Zusammenhang mit den Einlaß- und den Auslaß-Bauelementen, einer Ventilations- bzw = Lüftungsanlage;

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- die erfindungsgemäße Vorrichtung ist für die Messung von Strömungsvolumina sowohl von Gasen als auch von Flüssigkeiten geeignet;

- die Strömungsrichtung hat auf die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung keinen Einfluß;

- die erfindungsgemäße Vorrichtung benötigt keinen Raum außerhalb der Strömungsleitung bzw. der öffnung;

- die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich auch in Verbindung mit einer Steuerungseinrichtung für Strömungsvolumina, d. h. in einer Meß- und Steuervorrichtung verwenden.

Die nachfolgende weitere Beschreibung erläutert die Erfindung anhand der Figuren und gibt bevorzugte Ausführungsbeispiele wieder.

Fig. 1 zeigt einen axialen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie sie in einer Luftleitung angebracht ist.

Fig. 2 zeigt eine teilweise geschnittene Darstellung der Ausführungsform nach Fig. 1, gesehen in Strömungsrichtung.

Fig. 3 zeigt eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung einer anderen Ausführungsform, wie sie in einer Leitung mit rechteckigem Querschnitt zu verwenden ist.

Fig. 4 zeigt eine ins Einzelne gehende Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 5 bis 7 zeigen Querschnitte zu verschiedenen Anordnungen der Rohre in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 8 bis 12 zeigen verschieden geformte Profile der ringförmigen Platte einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Wie dies auch aus den Figuren 1 und 2 hervorgeht, ha.t eine wie erfindungsgemäße Meßvorrichtung eine ringförmige Platte 10 mit ringförmigen Rohren 12, die sich auf je einer Seite der Platte 1Q befinden. Das Innere der Rohre 12 ist mit dem Außenraum der Leitung 16 durch die Rohre 15 verbunden. Die äußeren Enden dieser Rohre 15 sind mit auf Druck ansprechendenEinrichtungen verbunden, die (nicht dargestellt)

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prinzipiell bekannt sind= Eine solche auf Druck ansprechende Einrichtung kann z. B. ein Manometer sein, wie es in der US-Patentschrift 3 759 098 beschrieben ist. Vorzugsweise haben die Rohre 12 Löcher 13 mit kleinem Durchmesser. Die Richtung dieser Löcher ist derart, daß sie im wesentlichen senkrecht zur Flußrichtung F ausgerichtet sind. Mit Hilfe der Löcher, d. h. durch die Löcher hindurch, ist die Druckdifferenz Δ ρ festzustellen, die infolge des Strömungswiderstandes, in diesem Falle des der ringförmigen Platte 10, auftritt. Bezüglich der Meßmethode sei auf die älteren finnischen Patentanmeldungen 78.0740 und 78.2384 der Anmelderin zur vorliegenden Erfindung hingewiesen.

Der mittlere Durchmesser c der ringförmigen Rohre 12 und der ringförmigen Platte 10 ist wesentlich kleiner als der Durchmesser d der Leitung 16. Diese Abmessung d ist wesentlich größer als der äußere Durchmesser b der ringförmigen Platte 10. Damit ergibt sich zwischen der inneren Oberfläche der Leitung 16 und dem äußeren Umfang der ringförmigen Platte 10 ein ringförmiger Zwischenraum B, durch den hindurch ein Anteil des Durchflusses hindurchgehen kann. Die ringförmige Platte 10 hat außerdem eine öffnung A mit einem Durchmesser a. Durch diese öffnung A kann der andere Anteil der in der Leitung 16 fließenden Strömung hindurchtreten. Die oben angegebenen Abmessungen a, h, c und d sind so gewählt/ daß eine maximale Meßgenauigkeit bei den verschiedenen Meßbedingungen zu erhalten ist. Als Beispiel für eine passende Dimensionierung für eine Vorrichtung nach den Figuren 1 und 2 sei ein Verhältnis von d/c-5^1,3 angegeben.

Entsprechend der Figur 3 befindet sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Leitung 16" mit rechteckigem Querschnitt. Bei dieser Ausführungsform dient eine rechteckige Platte als Strömungswiderstand. Diese Platte 10" hat eine zentrale öffnung A¹ und ein umlaufender Zwischenraum B" liegt zwischen dem äußeren Rand der Platte 10" und der inneren Oberfläche der Leitung 16' vor.

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Die Rohre 12' befinden sich wie bei dem voranstehend beschriebenen Beispiel auf beiden Seiten der Platte 10', die hier trotz ihrer rechteckigen Form ebenfalls als ringförmige Platte bezeichnet sei. Die Rohre 12* haben auf der jeweils äußeren und inneren Seite wie schon oben erwähnte Löcher 13 mit denen eine Druckdifferenz <ü ρ zu messen ist, die in der rechteckigen Leitung 16' auftritt.

Für die in den Figuren 1, 2 und 3 angegebenen Bezeichnungen a, b usw. der Leitung 16, 16' und der ringförmigen Platte 10, 10' läßt sich als charakteristische Gleichung angeben:

1 t^d/c ^ 3 und 1 ^d'/C ^3,

worin das bevorzugte Ausführungsbeispiel mit d/c <*^1,3 enthalten ist.

In Figur 3 ist eine Dimensionierung angegeben, die derjenigen der Figur 1 entspricht. Die Dimensionierungen a, b, c und d geben die waagerechten Abmessungen der rechteckigen Platte wieder. Die Abmessungen a¹, b¹, c' und d¹ entsprechen den dazu vertikalen Dimensionierungen. Entsprechend Figur 3 sind die Wände der Leitung 16' und die rechteckige Platte 10' koaxial zueinander angeordnet.

Entsprechend Figur 4 sind zwei Rohre 12' auf der ringförmigen Platte 10 befestigt. Die Befestigung ist mit Hilfe von Biegezungen bzw. Biegelappen 20 ausgeführt. Diese Lappen bzw. Zungen sind durch Durchbrechen oder Ausstanzen des Materials der inneren Kante der ringförmigen Platte 10 gebildet. Die Zungen bzw. Lappen dringen bzw. greifen über Halter bzw. Konsolen 17 (siehe auch die Darstellung der Fig, 4), die auf einer Innenseite der Rohre 12' ausgebildet sind. Die Seitenflächen 18 der Rohre 12', die diesen Haltern 17 gegenüberliegen, sind eben bzw. abgeflacht. Die Rohre haben Löcher 13 mit geringem Durchmesser, wie dies oben beschrieben wurde.

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Das Profil der Rohre 12" nach Fig«, 4 und die Befestigungsweise sind spezielle vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung,

Entsprechend der Fig. 5 sind die beiden Rohre 12 in einem Abstand e von der ringförmigen Platte 10 entfernt positioniert. Sie hat ein gerades Profil. Der Abstand e beträgt z. B. 30 bis 150 % des äußeren Durchmessers des Rohres 12. In der Darstellung der Fig. 5 beträgt der Abstand 3 50 % des äußeren Durchmessers des Rohrs 12. Die Löcher 13 sind in beiden Rohren 12 aufeinander zu und auf die Platte 10 hin gerichtet. Bei einer solchen Ausführungsform läßt sich eine sehr gute und genaue Druckdifferenzmessung zwischen den Rohren erreichen.

Entsprechend Fig. 6 ist das eine Rohr 12 in einem Abstand e in Flußrichtung F von der ringförmigen Platte 10 entfernt angeordnet. Das zweite Rohr 12 dagegen befindet sich auf oder nahe der ringförmigen Platte 10 (siehe Fig. 6). Bei einer solchen Ausführungsform sind die Löcher 13 in beiden Rohren 12 so angeordnet, daß ihre öffnungen im wesentlichen in Flußrichtung F zeigen»

Entsprechend der Fig. 7 ist die Anordnung der beiden Rohre und die Anordnung der Löcher 13 in dem ersten Rohr, und zwar jeweils bezogen auf die ringförmige Platte 10, so wie bei Fig. 6. Die Löcher 13 des zweiten Rohrs 12 sind dagegen so angeordnet, daß sie im wesentlichen in Richtung quer zur Strömungsrichtung F weisen.

Es sei darauf hingewiesen, daß zusätzlich zu der Positionierung der Rohre 12 und/oder der in den Rohren befindlichen Löcher oder Schlitze 13 die Meßgenauigkeit durch Veränderung des Profils der ringförmigen Platte 10 in jeweils geeigneter Weise beeinflusst bzw» verbessert werden kann. In diesem Sinne vorteilhafte Plattenprofile zeigen die Figuren 8 bis

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In Fig. 8 ist eine Konstruktion gezeigt, bei der die äußere Kante der ringförmigen Platte mit einem axialen Flansch versehen ist.

Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform, bei der die innere Kante der ringförmigen Platte einen axialen Flansch hat.

Fig. 10 zeigt einen Aufbau mit sowohl an dem inneren Rand als auch an dem äußeren Rand vorhandenen axialen Flanschen.

Die in Fig. 11 wiedergegebene Ausführungsform hat zwei zueinander koaxiale Sicken mit runden Profilen. Die ringförmige Platte nach Fig. 12 hat ein vollständig gewölbtes Profil, und zwar derart, daß dieses Profil einem Kreisbogen, z. B. einem Halbkreis, entspricht.

Die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Rohre 12 sind als mit Löchern 13 mit kleinem Durchmesser beschrieben worden. Es liegt aber im Rahmen der Erfindung, anstelle von Löchern auch irgendwie anders geformte öffnungen vorzusehen, wie z. B. einen oder mehrere Schlitze oder Löcher, die verschieden großen Querschnitt haben.

Es sei des weiteren darauf hingewiesen, daJ5 entsprechend der Erfindung auch das zweite Rohre 12 (gesehen in Flußrichtung F) in einem Abstand von der ringförmigen Platte 10 angebracht sein kann, wohingegen das erste Rohr 12 sich auf oder nahe der Platte 10 befindet.

Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung kann bei ganz verschiedenen Leitungsquerschnitten verwendet werden, sogar bei solchen Querschnitten, bei denen die Leitungswände aus einer Kombination von ebenen bzw. flachen und von gewölbten Oberflächen bestehen.

Es liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung, mehrere als nur eine wie oben beschriebene Kombination aus Rohren und einen Strömungswiderstand bildenden Platte zu verwenden

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und/oder worin solche Kombinationen eine Ausgestaltung haben, die von der oben als bevorzugt beschriebenen Ausführung mit geschlossener Rohrschleife verschieden ist» Bei einer solchen Ausführungsform sind zwei oder mehrere koaxiale ringförmige Platten vorgesehen, die eine Form entsprechend dem Querschnitt der Leitung haben» Diese Platten haben Paare von Rohren 12 derart, daß zusätzlich zu einem äußeren ringförmigen Durchgang Durchgänge zwischen den einander koaxialen Platten vorgesehen sind.

Die voranstehende Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung beschränkt nicht den Rahmen des Erfindungsgedankens und der nachfolgenden Patentansprüche»

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Claims

Dipl.-Ing. H, MITSCHERLICH D-8000 M D NCH EN 2

Diρ!.-Ing. K. GUNSCHMANK' Steinsdoifstraße

Dr.rer.no». W. KÖRBER ^ ⁽⁰⁸⁹⁾ * ^{29 66}

Dipl.-Ing. J. SCHMIDT-EVERS
PATENTANWÄLTE

FINCOTL-teolisuus Oy ' 25.1.198o

Kuussilantie 18

SF - 01230 Vantaa 23

FINNLAND

Vorrichtung zur Messung der Druckdifferenz und des Strömungsvolumens in einer Leitung

PATENTA NS P R Ü C HE

Vorrichtung zur Bestimmung der Druckdifferenz und des Strömungsvolumens eines Fluid in einer Leitung, wobei diese Vorrichtung eine ringförmige Platte hat, die im wesentlichen koaxial in der Leitung so anzuordnen ist, daß eine vorzugsweise im Mittelbereich der Platte liegende Öffnung für die Strömung vorhanden ist, wobei wenigstens zwei Rohrschleifen vorgesehen sind, die im wesentlichen koaxial zu der Platte jeweils auf den einander gegenüberliegenden Seiten dieser Platte angebracht sind, wobei diese Rohrschleifen eine Anzahl von Öffnungen mit relativ kleinen Abmessungen zur Feststellung des jeweiligen Druckwertes an verschiedenen Orten haben, die bezogen auf die Platte stromaufwärts und stromabwärts liegen und wobei auf Druck ansprechende Einrichtungen vorgesehen sind, die mit den Öffnungen der Rohrschleifen betriebsmäßig in Verbindung stehen und mit denen Druckunterschiede zwischen den gegenüberliegenden Seiten der Platte zu bestimmen sind, gekennzeichnet durch einen ringförmigen Durchlaßbereich (B) zwischen dem äußeren Umfang der ringförmigen Platte (10,10°) und der Innenwandung der Leitung (16)»

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch , daß die Querausdehnung der Rohrschleifen (12,12') innerhalb des inneren und des äußeren ümfanges der ringförmigen Platte (10,1O¹) liegt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Querausdehnung der ringförmigen Platte (10, 10') wesentlich kleiner als die entsprechende Querausdehnung der inneren Wandung des Gehäuses oder der Leitung (16) ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Rohrschleifen (12,12") nahe der Platte (10,1O¹) angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß wenigstens eine der Rohrschleifen (12,12') auf der einen Seite der Platte (10,10') in einem Abstand von der Oberfläche dieser Platte (10,10") angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß wenigstens eine Rohrschleife (12,12") auf beiden Seiten der Platte (10,10") in einem Abstand von der Oberfläche dieser Platte (10,10") angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet dadurch, daß dieser Abstand 30 bis 150 %, vorzugsweise 50 %, des äußeren Durchmessers der Rohre (12,12') beträgt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Rohrschleifen (12,12") mit Halterungen (17) und die Platte (10,10") mit zungenförmigen Teilen (20), eingeprägt in den inneren Umfang der Platte (10,10' versehen sind, wobei die Halterungen (17) und die Zungen (20) zum Befestigen der Rohrschleifen (12,12') auf der Platte (10,10') zusammenwirken.

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9» Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß wenigstens eine Anzahl der Öffnungen

(13) der Rohrschleifen (12,12') auf die Platte (10,10") hin gerichtet sind
10„ Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Öffnungen (13) im wesentlichen in Flußrichtung ausgerichtet sind»
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Öffnungen (13) in den Rohrschleifen (12,12·) in Stromrichtung oberhalb der Platte (10,10') im wesentlichen in axialer Richtung ausgerichtet sind und stromab bezogen auf die Platte (10,10°) im wesentlichen in einer zur axialen Richtung transversalen Richtung gerichtet sind.

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