DE2723420A1 - Waermeaustauscher - Google Patents
WaermeaustauscherInfo
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- F28D3/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium flows in a continuous film, or trickles freely, over the conduits
- F28D3/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium flows in a continuous film, or trickles freely, over the conduits with tubular conduits
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Description
Patentanwälte Kador« Klunker KnoAtlrtr. 36 8 München 22
PATEOTANWÄLTE DR. KADOR & DR. KLUNKER
DR. INC. H. F. KLUNKER (DIPL INC.) DR. RER. NAT. U. KADOR (DIPI. CHEM.)
D-8 München 22
Telefon:0D9-224I64
Telex: 5-22903
Ihr Zeichen:/Your irf.:
Betr.:/Re:
IWr Zeichen :/Our ref.: K 11879/3 STag/ Date
Commissariat ä 1'Energie Atomique
29, rue de la Federation
F-75752 Paris Cedex 15 / Frankreich
wanwauatauecher
709850/0837
Die vorliegende Erfindung befaßt «ich mit einem Wärmeaustauscher
mit im wesentlichen vertikal angeordneten elastischen Rohren, der als Abstrom-Wärmeauatauacher bezeichnet wird und insbesondere
zum Verdampfen einer Salzlösung bestimmt ist.
Ein Wärmeaustauscher mit im wesentlichen vertikal angeordneten Verdampferrohren zur Erhitzung eine· zweiten Fluide· durch «in
erste· Fluid wird als Abstrom-Wärmeaustauscher bezeichnet, wenn da· zweite Fluid aufgrund der Schwerkraft in einem dünnen Film
an der Außenwand der Verdampferrohre entlangfließt, in denen
da· ernte Fluid geführt ist.
Die Erfindung betrifft Insbesondere einen Wärmeaustauscher»
fassend einen dicht abgeschlossenen Behälter, eine Vielzahl von im wesentlichen vertikal angeordneten, aus einem elastischen
Material hergestellten Bohren, in denen ein erstes
entlängstrtet, mindestens eine im wesentlichen horizontal angeordnete und mit Durchtrittsöffnungen versehene Platte sowie
Suf Ohrmittel für das erste Fluid, wobei die Platte in dem oberen Teil des Behälters eine Kammer zur Zufuhr des zweiten Fluide·
begrenzt, durch welche die zuführmittel für das erste Fluid hin«·
durchgeführt sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Wärmeaustauscher
der vorstehend genannten Art Mittel anzugeben, mit Hilfe derer die elastischen Bohre mit ihren oberen Enden befestigt
werden können und mit Hilfe derer an der Außenwand der Bohre ein dünner ununterbrochener abwärt· strömender Film
des zu erhitzenden zweiten Fluides erzeugt werden kann.
Zur Losung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
das jedes Bohr mit seinem oberen Ende an einer relativ zur
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Rohrachse drehbaren ,an der Platte anliegenden und mit den Zuführmitteln
für das erste Fluid verbundenen Durchführungsanordnung befestigt ist, die in ihrem Inneren einen Durchfluftkanal
für das erste Fluid aufweist, daft die Durchführungsanordnung
ein erstes Teil mit mindestens einer Auftenkonusfläche umfaßt,
die so ausgebildet ist, daft sie im Zusammenwirken mit einer komplementär ausgebildeten Innenkonusfläche einer Gleithülse
die Befestigung eines Rohres ermöglicht, und daft die Durchführungsanordnung einen zweiten Teil mit einer an seinem Auften-
umfang ausgebildeten Zylinderfliehe umfaftt, in der über eine
mindestens der Dicke der Platte entsprechende Höhe Nuten ausgeformt sind, die mit der Innenwand einer Durchtrittsöffnung
in der Platte Verteilerkanäle für das «weite Fluid bilden. Dabei kann das sweite Teil an seinem unteren Ende mit einem
oberen Bndabschnitt des ersten Teiles und an seinem oberen Ende mit der Zuführvorrichtung für das erste Fluid fest verbunden
sein.
Dank der erfindungsgemlften Durchführungsanordnung, die so konzipiert
ist, daft sie einen geringen Raumbedarf in radialer Ri chtung besitzt, ermöglicht der vorstehend beschriebene erfindungsgemlfte
wärmeaustauscher in vorteilhafter Weise
a) eine bei den für die Herstellung des genannten ersten Teiles bevorzugten Abmessungen ein· besonders widerstandsfähige
Befestigung der Bohre,
b) eine geeignete Verteilung des zweiten Fluides im Hinblick auf die Ausbildung eines ununterbrochenen dünnen
Filmes längs der Rohre, und
c) die Zufuhr des ersten Fluides zu den Rohren mit einem
minimalen Verlust.
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GealB einer speziellen λα*führung·fora der Erfindung 1st die
an dem ua die Rohrachse drehbaren ersten Teil ausgebildete und zur Befestigung des Rohres bestirnte Konusfliehe in der Weise
ausgerichtet, daft ihr oberes Ende alt einem la wesentlichen dea Innendurchmesser des Rohres entsprechenden Auftandurchmaaser
das durchaasserkleinere Ende darstellt. Bs versteht sich la übrigen, daß die genannte Konusfläche relativ zur Achse derart
geneigt ist, daft die Wand des Rohres in geeigneter Weise aanuell an die Konusfliehe angelegt werden kann.
GealB einer weiteren speziellen Ausführung·fön der Erfindung
sind in der an dea zweiten Teil vorgesehenen Zylinderfliehe
schraubenförmig verlaufende Nuten alt elnea variablen Querschnitt in der Weise ausgebildet, daB die Zuführung des zweiten
Fluides alt einer leichten Drallbewegung erfolgt, ua das Herunterf Heften des zweiten Fluides an den Rohren in einea
ununterbrochenen FlIa zu bewirken.
Geaift einer weiteren Variante der erfindungsgealBen Anordnung
weist das genannte erste Teil zwei einander benachbarte Konusflachen auf, von denen die eine, oben liegende Konusfliehe
die zur Befestigung des Rohres dienende Konusfliehe 1st.
Gealft einer anderen Variante der erfindungsgealBen Anordnung
weist das zweite Teil auf seinea Aulenuafaag eine Kegelfllche auf, welche die genannte Syllnderfliehe nach unten hin verlängert, wobei diese Kegelfllche derartig ausgebildet ist, daft
der gröftere Durohmesser der Kegelfllche am unteren Rand derselben
liegt und im wesentlichen gleich dem AuBendurehmesser des Gleitringes 1st.
Weitere Harkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, welche ein Ausfflh-
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rungsbeispiel eines Verdampfers mit abwärts strömendem fluiden Film wiedergibt, wie er beispielsweise zum Verdampfen einer
Salzlösung verwendet wird.
Die beiliegenden Figuren erläutern die Erfindung anhand eines AusfOhrungsbeispiels. Es stellen dar;
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Verdampfers mit abwärts strömendem Flulden-Film, und
welche die erfindungsgemäBen Mittel zur Befestlgung
der elastischen Verdampferrohre und das
Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf den in Fig. 1 dargestellten
Typ von Wärmeaustauscher beschränkt. Jedoch ist, wie man bemerken wird, ein derartiger Wärmeaustauscher, der
als Verdampfer für ein zweites Fluid wie beispielsweise eine * Salzlösung dient, zur Verwirklichung der Erfindung besonders
geeignet.
Wie man in Fig. 1 erkennt, 1st der erfindungsgemäBe verdampfer
in einem dicht abgeschlossenen Behälter 2 angeordnet, der in Verbindung mit einer horizontalen, flüssigkeitsdicht mit den
Seitenwändea des Behälters 2 verbundenen Platte 4 eine Wärmeaustauschkammer
6 begrenzt. Im Inneren der Wärmeauetauschkammer 6 sind im wesentlichen vertikal verlaufende elastische
Kunststoffrohre 8 angeordnet. Die dünne Wand der Kunststoffrohre 8 mit einer Wandstärke von kleiner oder gleich loo .n
definiert eine Wärmeauetauschfläche zwischen einem ersten heißen Fluid, das im vorliegenden Aueführungsbeispiel von
einem Gas wie etwa Wasserdampf gebildet 1st, und einem zweiten
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zu verdampfenden Fluid» das la vorliegenden Ausftthrungsbeispiel
aus einer Salzlösung besteht.
Die Kunststoffrohre 8 sind mit ihren oberen Enden mit der
aus Metall oder Kunststoff hergestellten Platte 4 in Bereich von in der Kunststoffplatte 4 ausgebildeten Durchtritteöffnungen
1o verbunden. Mit ihren unteren Enden sind die Kunststoff rohre 8 an Saunier 12 angeschlossen, die eine Abflußleitung
16 aufweisen« wobei diese den Behälter 2 an einer abgedichteten Stelle durchsetzt.
Wie später noch näher ausgeführt werden wird, werden die Kunststoffrohre
8 an der horizontalen Platte 4 durch Mittel gehalten/ die gemäß der Erfindung in der Welse ausgebildet sind, daß sie
die Kunststoffrohre 8 an ihren oberen Enden festhalten und
gleichzeitig die Zufuhr von Gas zu den Kunststoffrohren 8 und die Verteilung der Salzlösung in der Weise sicherstellen, daß
sich auf der Außenumfangsfläche der Kunststoffrohre 8 ein dünner abwärts fließender Film der Salzlösung ausbilden kann«
In dem in Flg. 1 dargestellten Verdampfer erfolgt die Verdampfung
der in Form eines dünnen Filmes auf der Außenumfangs fläche der Kunststoffrohre abwärts fließenden Salzlösung durch das im
Inneren der Kunststoffrohre 8 zirkulierende heiße Gas.
Die Kunststoffrohr 8 sind mit ihren unteren Enden an den
Sammler 12 durch Anschlußmittel angeschlossen, die eine freie Ausdehnung der Kunststoffrohre 8 in Längsrichtung zulassen.
Diese wiederum können etwa in der Weise ausgebildet sein, wie sie in der von der Anmelderin am 7.9.1973 eingereichten
französischen Patentanmeldung 73 32372 beschrieben wurden.
in dem oberen Teil des Behälters 2 eine Kammer 18 begrenzt, die
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- 1ο -
ihrerseits wiederum in zwei Teilkammern 18a und 18b unterteilt ist. Die Teilkammern 18a und 18b dienen zur Zufuhr der zu verdampfenden
Salzlösung bzw. des heißen Gases durch Zuleitungen 2o bzw. 22.
in der Kammer 18 sind Rohrelemente 24 im Bereich der Durchtrittsöffnungen
1o der Platte 4 im wesentlichen vertikal angeordnet, die mit ihren oberen Enden in die mit dem heißen Gas gefüllte
Teilkammer 18b hineinragen und mit ihren unteren Enden in die Kunststoffrohre 8 einmünden.
wie man sieht, können die Teilkammern 18a und 18b dicht durch
eine Zwischenwand voneinander getrennt sein, die vorzugsweise aus einem Elastomer hergestellt ist und Offnungen 29 zum Durchtritt
der Rohrelemente 24 aufweist. Die auf Schultern der Rohrelemente 24 aufliegende Zwischenwand 27 kann durch Gleitringe
festgehalten werden, die an mindestens einigen der Rohrelemente 24 angeordnet sind.
Es versteht sich, daß ohne die Zwischenwand 27 das Niveau der Grenzschicht zwischen Flüssigkeit und Gas durch geeignete Mittel
ständig unterhalb der oberen Enden der Rohrelemente 24 gehalten werden muß.
Der in Fig. 1 dargestellte Verdampfer arbeitet auf folgende Welse. Wie bereits beschrieben, wird das erste gasförmige Fluid
durch die Zuleitung 22 in die Kammer 18 eingeführt. Von dort tritt es durch die Rohrelemente 24 hindurch an den oberen Enden
der Kunststoffrohre 8 in diese ein, verläßt die Kunststoffrohre
8 an deren unteren Enden und wird über den Sammler 12 und die Abflußleitung 16 abgeführt.
Das von der Salzlösung gebildete zweite Fluid wird durch die Zuleitung 2ο in die Kammer 1B eingeführt. Von dort gelangt es
durch die Platte 4 hindurch in die Wlrmeaustauschkasmer 6 in
der Weise, dae es an den Kunststoffrohren 8 als dünner Film
entlangfliest, um sehlieslich durch eine Auffangleitung 26 abgeführt
zu werden.
In Flg. 2 ist eine teilweise schematische Teilansicht des in Fig. 1 gezeigten Verdampfers dargestellt, die die erfindungsgemäBe
neue Anordnung der Mittel wiedergibt, mit Hilfe derer die Kunststoffrohre 8 an der horizontalen Platte 4 gehalten
werden.
Xn der Flg. 2 sind die bereite in Fig. 1 beschriebenen Teile
wieder mit den gleichen Besugsziffern versehen. Man erkennt also die genannten Kunststoffrohre 8, die horizontale Platte
und ein mit einem Kunststoffrohr 8 verbundenes Rohrelement sur zuleitung des ersten Fluides.
Wie man aus Flg. 2 entnehmen kann, umfaBt der erfindungsgemtse
Verdampfer sur Halterung des Kunststoffrohres 8 an der Platte
eine vorzugsweise aus Kunststoff hergestellte, allgemein mit 28 bezeichnete Durchführungsanordnung. Diese ermöglicht einerseits eine geeignete Ableitung des zweiten Fluides durch die
Platte 4 hinduroh und andererseits eine bequeme Montage der Kunststoffrohre 8 in dem Verdampfer.
Die Durchführungsanordnung 28 umfast einen Rohrstutzen 3o, der in das obere Bade des Kunststof frohres 8 eingesetzt 1st.
Bine gleitend angeordnete und an der AuBenseite des Kunststoffrohre·
8 anliegende Klemmhülse 32 wirkt mit dem Rohrstutzen in der Weise zusammen,das sie das Kunststoffrohr 8 festklemmt.
Man erkennt ferner ein Verteilerrohr 34, das über einen Flansch 36 nahe seinem oberen Bnde auf der horizontalen Platte 4 aufliegt.
Der Verteiler 34 bildet, wie man welter unten noch sehen
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wird, längs der Innenwand der Durchtrittsöffnung Io Kanäle für
die Ableitung des zweiten Fluides. Mit seinen äußeren Enden ist der Verteiler 34 einerseits mit dem Rohrstutzen 3o und
andererseits mit dem Rohrelement 24 verbunden.
Wie man sieht, weisen der Rohrstutzen 3o und der Verteiler
Innenbohrungen 33 und 35 auf, welche für das erste Fluid einen Durchflußkanal konstanten Querschnittes durch die
Durchführungsanordnung 28 hindurch bilden.
3o weist auf seiner Außenseite zwei einander benachbarte Flächen 3oa und 3ob auf, die relativ zur Achse 9 geneigt verlaufen und den Mantelflächen zweier Kegelstümpfe entsprechen,
die mit ihren Basisflächen aneinanderliegen, wobei der Durchmesser der Basisflächen etwas größer ist als der Innendurchmesser
des Kunststoffrohres 8. Wie man sieht, ist der Durchmesser der Basisfläche und die Konizität der Kegelfläche 3o
so gewählt, daß sich die elastische Wand des Schlauches oder . Kunststoffrohres 8 zuverlässig an der Kegelfläche 3oa anlegt
und daß der Platzbedarf für den Rohrstutzen 3o in radialer .
Richtung minimal ist. Auf der anderen Seite ist die neigung der entsprechenden Kegelfache 3ob so gewählt, daß die Einführung
des Rohrstutzens 3o in das obere Ende des Kunststoffrohres 8 erleichtert wird. Es muß im übrigen betont werden,
daß es genügt, wenn der Rohrstutzen 3o nur die zur Befestigung des Kunststoffrohres 8 dienende Kegelfläche 3oa aufweist.
Die Kegelfläche 3ob dient lediglich dazu, das Einführen des Rohrstutzens 3o in das Kunststoffrohr 8 zu erleichtern.
In Fig. 2 erkennt man, daß der um die Achse 9 drehbare Verteiler 34 in seinem äußeren Profil ausgehend von dem Flansch 36 zunächst
eine Zylinderfläche 4o und dann eine Konusfläche 42
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aufweist. Die Zylinderfläche 4o liegt an der Innenwand der Durchtrittsöffnung 1o an und weist Nuten 44 auf, die zwischen
dem Verteiler 34 und der Innenwand der Durchtrittsöffnung die genannten Kanäle zur Ableitung des zweiten Fluides begrenzen.
Wie man ferner sieht, ist die Konusfläche in der Weise ausgebildet, daß ihr unterer Rand einen Durchmesser
aufweist, der im wesentlichen gleich dem AuBendurchmesser der Klemmhülse 32 an ihrem oberen Ende ist.
GemäB der Erfindung sind die Nuten 44 in der Zylinderfläche
vorzugsweise schraubenförmig ausgebildet, wobei ihre Schraubenganghöhe und ihr Querschnitt so gewählt sind, daß sie dem zweiten
Fluid eine Drallbewegung erteilen. Diese Drallbewegung ermöglicht die Ausbildung eines auf der Außenfläche der■Kunststoffrohre
8 gleichmäßig verteilten Filmes trotz der Nichtbenetzbarkeit des zur Herstellung der Rohre 8 verwendeten
Kunststoffes.
Ferner erkennt man, daß der Rohrstutzen 3o in seinem oberen Bereich eine zylindrische Verlängerung 46 aufweist, die in
eine komplementär ausgeformte Aussparung in der Innenwand des Verteilers 34 eingreift. Die Verlängerung 46 ist mit einem
Gewinde versehen, das mit einem komplementär ausgebildeten Innengewinde in der Aussparung 48 in der Weise zusammenwirkt,
daß der Rohrstutzen 3o an dem Verteiler 34 befestigt werden kann.
Es muß betont werden, daß die Verlängerung 46 des Rohrstutzens
3o und die Aussparung 48 in dem Verteiler 34 so ausgebildet sind, daß die Innenbohrungen 33 und 35 einen Durchflußweg durch
die Durchfünrungsanordnung 28 hindurch begrenzen, der keinerlei Diskontinuität aufweist.
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Der Rohrstutzen 3o und der Verteiler 34 können natürlich auch auf irgendeine andere Weise fest miteinander verbunden werden,
wie beispielsweise durch Induktionsschweißen oder durch einen Bajonettverschluß. Das gleiche gilt für die starre Verbindung
des Verteilers 34 mit dem Rohrelement 24, die bei der Ausführungsform
nach Fig. 2 durch eine Schraubverbindung 5o hergestellt ist.
Wenn die Länge der Zylinderfläche 4o und die Dicke der Platt·
verschiedene Werte haben, kann dem Verteiler 34 eine nicht dargestellte zylindrische Hülse in der Welse zugeordnet werden,
daß die Kanäle zur Ableitung des zweiten Pluides auf eine der Zylinderfläche 4o entsprechende Länge gebracht werden.
Aufgrund der oben beschriebenen Konzeption der Durchführungeanordnung
28 kann die Montage der Kunststoffrohre 8 bei einer geeigneten Wahl der Durchmesser der die Durchführungsanordnung
28 bildenden Teile auf einfache Weise durchgeführt werden. Zunächst wird hierzu ein Kunststoffrohr 8 mit der Durchführungeanordnung
verbunden, indem man das Kunststoffrohr 8 zwischen dem Rohrstutzen 3o und dem Klemmring 32 befestigt und dann den
Verteiler 34 mit dem Rohrstutzen 3o verbindet. Danach wird der Verteiler 34 mit dem Rohrelement 24 verbunden und die gesamt·
Durchführungsanordnung 28 zusammen mit dem Kunststoffrohr 8 und dem Rohrelement 24 in eine Durchtrittsöffnung 1o der Platt·
eingeführt, bis der Flansch 36 auf der Platte 4 aufliegt.
kann die aus einem Elastomer bestehende Zwischenwand 27 zur Unterteilung der Kammer 18 in die Teilkammern 18a und 18b zur
Aufnahme einer Flüssigkeit bzw. eines Gases eingesetzt werden. Die Zwischenwand 27 wird auf nicht dargestellte Schultern aufgelegt,
die an den Rohrelementen 24 unter Verwendung von alt mindestens einigen mit den Rohrelementen 24 verbundenen Ringen aus-
gebildet sind. 709850/0837
Claims (7)
- PitintaniprQchiIjJwgrmeaus tauscher, umfassend einen dicht abgeschlossenen Behilter, eine Vielzahl von in wesentlichen vertikal angeordneten, aus einem elastischen Material gefertigten Rohren, in denen ein erstes Fluid geführt ist und an deren Aulenwinden ein «weites Fluid abwärtsströmt, Mindestens eine im wesentlichen horiiontal angeordnete und mit Durchtrittsöffnungen versehene Platte, sowie Mittel sur Zufuhr des ersten Fluides, wobei die Platte in da· oberen Teil des Behälters eine Kammer sur Zufuhr des zweiten Fluides begrenzt, durch welche die Mittel sur Zufuhr des ersten Fluides geführt sind, dadurch gekennzeichnet , daft jedes Rohr (8) alt seineai oberen Ende an einer relativ sur Rohrachse drehbaren, an der Platte (4) anliegenden und alt den Zufuhrmitteln (24) für das erste Fluid verbundenen Durchführungsanordnung (28) befestigt 1st, das dl· Durchführungsanordnung (28) In ihrem Innere» einen DurohfluBkanal (33, 35) für das erste Fluid aufweist, das die Durchführungsanordnung (28) ein erstes Teil (3o) mit mindestens einer Außenkonusfläche (3oa) umfast, die so ausgebildet ist, daB sie im Zusammenwirken mit einer komplementär ausgebildeten Imemkonusfliehe einer Gleithülse (32) die Befestigeng eines Rohres (8) ermöglicht, und daß die Durohführungsaaordnung (28) ein zweites Teil (34) umfaet mit eimer an seinem AuBenumfang ausgebildeten Zylinderfliehe (4o), in der über eine mindestens der Dicke der Platte (4) entsprechende Höhe Muten (36) ausgeformt sind, die mit der Innenwand einer Durchtrittsöffnung (1o) in der Platte (4) Verteilerkanile für das zweite Fluid begrenzen.709850/0837OBIQINAt INSPECTED
- 2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkonusfläche (3oa) des ersten Teiles (3o) so ausgerichtet ist, daß sich das Ende der Konusfläche (3oa) mit dem kleinsten Außendurchmesser, der im wesentliehen gleich dem Innendurchmesser des Rohres (8) ist, oben befindet.
- 3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil (3o) zwei übereinander angeordnete, aneinander angrenzende Konusflächen (3oa, 3ob) aufweist, von denen die obere Konusfläche (3oa) mit der Innenkonus£lache der Gleithttlse (32) zusammenwirkt.
- 4. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (36) in dem zweiten Teil (34) schraubenlinienförmig ausgebildet sind.
- 5. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Teil (34) eine Konusfläche (42) aufweist, welch· die Zy Under fläche (4o) nach unten hin verlängert und so ausgebildet ist, daß das durchmessergrößere Ende unten liegt.
- 6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der die Zylinderfläche (4o) verlängernden Konus fläche (42) an ihrem unteren Ende im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser der Gleithttlse (32) ist.
- 7. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Zylinderfläche (4o) an dem zweiten Teil (34) eine Höhe aufweist, die größer ist709850/0837al· dl« Dick· der Platt· (4), und da0 de« «weiten Teil (34) •in« ·· abgebende Hüls· derart zugeordnet let, dafl el· sueaa-■en alt den Muten (36) Vtertellerkaiiile für da· zweit· Fluid bildet, die eich über die Höhe der XylinderflSöhe (4o) erstrecken .709850/0837
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