DE10322848A1 - Explosion-protected measurement gas cooler incorporates heat exchanger and gastight capsule through which cooling fluid flows and has temperature monitor downstream of gas compressor - Google Patents

Explosion-protected measurement gas cooler incorporates heat exchanger and gastight capsule through which cooling fluid flows and has temperature monitor downstream of gas compressor Download PDF

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Abstract

The gas compressor (1) may be used to compress cooling fluid. There are temperature monitors (20.2,20.3) and a pressure monitor (20.1) downstream of the gas compressor. A control circuit (20.0) is accommodated in a pressure-tight housing. There is a temperature monitor (9.1) connected to a load regulating valve. The measurement gas or sample gas (11) passes through the heat exchanger (7) and is cooled to a safe temperature.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen explosionsgeschützten Messgaskühler für Probengas mit mindestens einem Wärmetauscher, der von dem Probengas umströmbar ist und der an einen Kältemittelkreislauf angeschlossen ist, der einen Kondensator und einen Kompressor aufweist, der in einer gasdichten Kapsel angeordnet ist, die von dem Kühlmittel durchströmbar ist.The The present invention relates to an explosion-protected sample gas cooler for sample gas at least one heat exchanger, which can be flowed around by the sample gas is connected to a refrigerant circuit is connected, which has a condenser and a compressor, which is placed in a gas-tight capsule by the coolant flow through is.

Messgaskühler werden heutzutage immer öfter auch in explosionsfähigen Atmosphären eingesetzt.Sample gas cooler more and more these days even in explosive atmospheres used.

Es bestand deshalb die Aufgabe, einen Messgaskühler zur Verfügung zu stellen, der in einer explosiven Umgebung einsetzbar ist.It there was therefore the task of providing a sample gas cooler place that can be used in an explosive environment.

Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß mit einem explosionsgeschützten Messgaskühler für Probengas mit mindestens einem Wärmetauscher, der von dem Probengas umströmbar ist und der an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossen ist, der einen Kondensator und einen Kompressor aufweist, der in einer gasdichten Kapsel angeordnet ist, die von dem Kühlmittel durchströmbar ist, wobei er eine Drucküberwachung, mit der ein Mindestdruck in der Kapsel und ein Maximaldruck am Ausgang des Kompressors überwachbar ist und eine Temperaturüberwachung, mit der die Temperatur der Leitung am Ausgang des Kompressors überwachbar ist, aufweist.Is solved the task according to the invention with a explosion-proof Gas cooler for sample gas with at least one heat exchanger, the can flow around the sample gas is connected to a coolant circuit is connected which has a condenser and a compressor which is placed in a gastight capsule by the coolant flow through being a pressure monitor, with a minimum pressure in the capsule and a maximum pressure at the outlet of the compressor can be monitored is and temperature monitoring, with which the temperature of the line at the outlet of the compressor can be monitored is.

Es war für den Fachmann überaus erstaunlich und nicht zu erwarten, dass ein derartiger Messgaskühler in einer explosionsgefährdeten Atmosphäre einsetzbar ist. Der erfindungsgemäß Messgaskühler ist einfach und kostengünstig herzustellen und zu betreiben. Der Messgaskühler ist unter atmosphärischen Bedingungen insbesondere für den Einsatz in den Zonen 1 und 2 (Gerätekategorie 2G) geeignet. Darüber hinaus erfüllt der erfindungsgemäße Messgaskühler die Anforderungen an die Temperaturklassen T4 (Oberflächentemperatur < 135 °C) sowie an die Explosionsgruppe IIC. Der Fachmann versteht, das der erfindungsgemäße Messgaskühler auch unter Bedingungen mit geringeren Anforderungen einsetzbar ist.It was for the specialist extremely amazing and not to be expected that such a sample gas cooler in an explosive the atmosphere can be used. The sample gas cooler according to the invention is simple and inexpensive to manufacture and operate. The sample gas cooler is under atmospheric Conditions especially for suitable for use in zones 1 and 2 (device category 2G). Furthermore Fulfills the sample gas cooler according to the invention Requirements for temperature classes T4 (surface temperature <135 ° C) as well to explosion group IIC. The person skilled in the art understands that the sample gas cooler according to the invention also can be used under conditions with lower requirements.

Vorzugsweise weist der Messgaskühler eine weitere Temperaturüberwachung auf, die im Bereich des Gehäuses, d.h. der Kapsel, angeordnet ist. Durch diese Temperaturüberwachung wird vermieden, dass das Gehäuse bzw. die Kapsel eine Temperatur erreicht, durch die die explosive Atmosphäre gezündet werden kann.Preferably shows the sample gas cooler another temperature monitoring on that in the area of the case, i.e. the capsule. Through this temperature monitoring will avoid the housing or the capsule reaches a temperature at which the explosive Atmosphere can be ignited can.

Vorzugsweise ist an der Kapsel ein vorzugsweise druckfester Anschlussraum angebracht, vorzugsweise angelötet, der die Anschlussklemmen für den Kompressor aufweist. Die Lötunge stellt eine nicht lösbare Verbindung dar. Vorzugsweise ist der Anschlussraum mit Kugel, vorzugsweise Glaskugeln und oder Sand gefüllt. Vorzugsweise beträgt der Durchmesser der Kugeln bzw. Glaskugeln < 1 mm.Preferably a preferably pressure-resistant connection space is attached to the capsule, preferably soldered, the the terminals for the Compressor has. The soldering represents a non-solvable Connection is preferably the connection space with ball, preferably Glass balls and or sand filled. Preferably is the diameter of the balls or glass balls <1 mm.

Vorzugsweise ist an dem Anschlussraum eine explosionsgeschützte Verschraubung angeordnet, durch die die Kabel, die den Kompressor mit Energie versorgen, in den Anschlussraum geführt werden.Preferably an explosion-proof screw connection is arranged on the connection compartment, through which the cables that supply the compressor with energy, in led the connection room become.

Vorzugsweise sind alle elektrischen Bauteile, insbesondere jene elektrischen Bauteile, die ein explosionsfähiges Gemisch zünden könnnen d.h. nicht explosionsgeschützte elektrische Bauteile, in einem Gehäuse eingeschlossen, das vorzugsweise so ausgelegt ist, das es dem Druck, der bei einer Explosion auftritt, stand hält und somit die Übertragung der Explosion auf die das Gehäuse umgebende Atmosphäre verhindert.Preferably are all electrical components, especially those electrical Components that are explosive Ignite mixture könnnen i.e. not explosion-proof electrical components, enclosed in a housing, which preferably is designed to withstand the pressure that occurs during an explosion withstands and thus the transfer the explosion on the the housing surrounding atmosphere prevented.

Der Messgaskühler ist unter atmosphärischen Bedingungen insbesondere für den Einsatz in den Zonen 1 und 2 (Gerätekategorie 2G) geeignet. Darüber hinaus erfüllt der erfindungsgemäße Messgaskühler die Anforderungen an die Temperaturklassen T4 (Oberflächentemperatur < 135 °C) sowie an die Explosionsgruppe IIC.The Gas cooler is under atmospheric Conditions especially for suitable for use in zones 1 and 2 (device category 2G). Furthermore Fulfills the sample gas cooler according to the invention Requirements for temperature classes T4 (surface temperature <135 ° C) as well to explosion group IIC.

Im folgenden wird die Erfindung der 13 erläutert.In the following the invention of the 1 - 3 explained.

1 zeigt ein Schließschema des erfindungsgemäßen Messgaskühlers und 1 shows a closing diagram of the sample gas cooler according to the invention and

2 zeigt den Anschluss des Anschlussraumes an die Kapsel. 2 shows the connection of the connection space to the capsule.

3 zeigt den elektrischen Schaltplan des Massgaskühlers. 3 shows the electrical circuit diagram of the mass gas cooler.

1 zeigt ein R+I-Schema des erfindungsgemäßen Messgaskühlers. Der Messgaskühler besteht aus einem Wechselwärmetauscher 7, der von dem Probengas durchströmt wird und das dabei abgekühlt wird. Das entstehende Kondensat wird durch die Leitungen 8 abgeleitet. Die Wärmetauscherorgane 6 des Verdampfers 5 sind an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossen, der einen Kältemittelkompressor 1 aufweist, mit dem das dampfförmige Kältemittel komprimiert wird. Durch den nachfolgenden luftgekühlten Kältemittelverflüssiger 2 wird das dampfförmige Kältemittel durch Abkühlen verflüssigt und fließt dann durch den Kältemitteltrockner 3 und das Drosselorgan 4. Das Drosselorgan 4 wird das flüssige Kältemittel von einem hohen Druck, beispielsweise 1100 kPa, auf einen niedrigen Verdampfungsdruck, beispielsweise 210 kPa, entspannt. Dieses entspannte und flüssige Kältemittel strömt dann in die Wärmetauscherschlangen 6 des Verdampfers 5, wobei es durch Energiezufuhr (Abkühlung des Probengases 11) im Wechselwärmetauschers 7 verdampft. Das flüssige Kältemittel kühlt den Wechselwärmetauscher und damit das durchströmende Messgas auf eine Temperatur von beispielsweise 3 °C ab. Der Kältemittelverdichter 1 saugt das verdampfte Kältemittel über den Flüssigkeitsabscheider 10 wieder an. 1 shows an R + I scheme of the sample gas cooler according to the invention. The sample gas cooler consists of an exchange heat exchanger 7 which is flowed through by the sample gas and which is thereby cooled. The resulting condensate is through the lines 8th derived. The heat exchanger elements 6 of the evaporator 5 are connected to a refrigerant circuit, which is a refrigerant compressor 1 with which the vaporous refrigerant is compressed. By the following air-cooled refrigerant condenser 2 the vaporous refrigerant is liquefied by cooling and then flows through the refrigerant dryer 3 and the throttle body 4 , The throttle body 4 the liquid refrigerant is expanded from a high pressure, for example 1100 kPa, to a low evaporation pressure, for example 210 kPa. The This relaxed and liquid refrigerant then flows into the heat exchanger coils 6 of the evaporator 5 , whereby it by energy supply (cooling of the sample gas 11 ) in the heat exchanger 7 evaporated. The liquid refrigerant cools the heat exchanger and thus the sample gas flowing through to a temperature of, for example, 3 ° C. The refrigerant compressor 1 sucks the evaporated refrigerant over the liquid separator 10 back to.

Durch unterschiedliche Messgasvolumenströme und schwankende Eingangstemperaturen bzw. Taupunkte des Probengases 11 passt sich der Messgaskühler über einen Leistungsregler 9 den entsprechenden Begebenheiten an. Der temperatur- und druckgesteuerte Leistungsregler 9 hält die Messgaskühltemperatur (Taupunkt) durch einen Bypass von der Druck- zur Saugseite auf einer konstanten Temperatur von 3 °C. Der Leistungsregler 9 ist grundsätzlich druckgesteuert. Durch einen integrierte Temperaturmessung 9.1 passt sich der Regler in Feinabstimmung der Temperatur des Messgases an und verhindert dadurch Temperaturschwankungen. Die Temperaturüberwachung 21 überwacht die Taupunkttemperatur und setzt bei unzulässiger Temperaturüber- oder unterschreitung einen entsprechenden Alarm ab.Due to different sample gas volume flows and fluctuating inlet temperatures or dew points of the sample gas 11 the sample gas cooler adapts via a power controller 9 the corresponding circumstances. The temperature and pressure controlled power controller 9 maintains the sample gas cooling temperature (dew point) by a bypass from the pressure to the suction side at a constant temperature of 3 ° C. The power regulator 9 is basically pressure controlled. Through an integrated temperature measurement 9.1 the controller adjusts itself to the temperature of the sample gas and thereby prevents temperature fluctuations. The temperature monitoring 21 monitors the dew point temperature and issues an alarm if the temperature is too high or too low.

Die Drucküberwachung 20.1 überwacht den Kältemitteldruck und schaltet bei Überschreitung des zulässigen Höchstdruckes am Ausgang 14 den Kältemittelkompressor 1 ab. Der Niederdruckbegrenzer 20.1 überwacht den Kältemitteldruck in der Kapsel 13 und schaltet bei Erreichen eines Mindestdrucks des Kompressors 1 ab. Dadurch wird vermieden, dass zum einen der Kompressor einen unzulässig hohen Druck erzeugt und zum anderen, dass der Kompressor nicht immer von Kältemittel umströmt ist und/oder eine explosionsfähige Atmosphäre in die Kapsel eindringt.The pressure monitoring 20.1 monitors the refrigerant pressure and switches when the maximum pressure at the outlet is exceeded 14 the refrigerant compressor 1 from. The low pressure limiter 20.1 monitors the refrigerant pressure in the capsule 13 and switches when the compressor reaches a minimum pressure 1 from. This avoids that on the one hand the compressor generates an impermissibly high pressure and on the other hand that refrigerant does not always flow around the compressor and / or an explosive atmosphere penetrates into the capsule.

Die Sicherheitstemperaturbegrenzung 20.1 ist auf der Druckleitung 15 am Ausgang des Kältemittelverdichters angebracht. Er überwacht die verdichtete Temperatur und schaltet den Kompressor 1 bei Überschreiten einer zulässigen Temperatur ab.The safety temperature limit 20.1 is on the pressure line 15 attached to the outlet of the refrigerant compressor. It monitors the compressed temperature and switches the compressor 1 when a permissible temperature is exceeded.

Der Sicherheitstemperaturbegrenzer 20.3 ist an dem Gehäuse der Kapsel 13 befestigt. Er überwacht die Oberflächentemperatur der Kapsel und schaltet den Kompressor 1 bei Überschreiten der zulässigen Temperatur ab.The safety temperature limiter 20.3 is on the housing of the capsule 13 attached. It monitors the surface temperature of the capsule and switches the compressor 1 when the permissible temperature is exceeded.

Die Steuereinheit 20.0 ist in einer druckfesten Kapselung mit erhöhter Sicherheit gemäß IEC 60 079-7 bzw. EN 50 019 angeordnet, weil sie nicht ex-geschützte Bauteile aufweist.The control unit 20.0 is arranged in a flameproof enclosure with increased security in accordance with IEC 60 079-7 or EN 50 019 because it does not have explosion-proof components.

2 zeigt die Kapsel 13 und den Anschlussraum 16, der an die Kapsel gelötet ist. Die Kapsel stellt das Gehäuse für den Kompressor dar. In dem Anschlussraum 16 sind die Anschlussklemmen für das Auflegen der elektrischen Kabel angebracht. Die Kabel werden durch eine explosionsgeschützte Schraubverbindung 17 in den Raum 16 geführt. Nach dem Anschluss der Kabel an die entsprechenden Anschlussklemmen wird der Raum 16 mit Glaskugeln (nicht dargestellt), die einen Durchmesser < 1 mm aufweisen, gefüllt, um das mit explosivem Gas befüllbare Volumen und damit die Auswirkungen einer möglichen Explosion zu reduzieren. 2 shows the capsule 13 and the connection space 16 that is soldered to the capsule. The capsule represents the housing for the compressor. In the connection compartment 16 the connection terminals for the connection of the electrical cables are attached. The cables are connected by an explosion-proof screw connection 17 in the room 16 guided. After connecting the cables to the appropriate terminals, the room becomes 16 filled with glass balls (not shown), which have a diameter <1 mm, in order to reduce the volume that can be filled with explosive gas and thus to reduce the effects of a possible explosion.

An der Oberseite der Kapsel 13 ist eine Anschlussplatte 19 angeordnet, mit der ein Temperaturschalter auf der Kapsel befestigbar ist.At the top of the capsule 13 is a connection plate 19 arranged with which a temperature switch can be attached to the capsule.

Zwischen druckfestgekapselten Raum und Anschlussraum 16 sind spezielle Aderdurchführungen für den EEx-Bereich eingebaut.Between the flameproof enclosure and the connection compartment 16 special wire bushings for the EEx area are installed.

3 zeigt den elektrischen Schaltplan. Der Kompressor wird über das Relais K1 ein- und ausgeschaltet. Nachfolgend dem Schaltkontakt K1 ist ein Geräteschutzschalter F1 angeordnet, welcher bei einem Überschreiten der zulässigen Stromstärke den Verdichter M1 abschaltet. Dieser Geräteschutzschalter muss von Hand zurückgesetzt werden. 3 shows the electrical circuit diagram. The compressor is switched on and off via relay K1. A circuit breaker F1 is arranged downstream of the switch contact K1, which switches off the compressor M1 when the permissible current strength is exceeded. This circuit breaker must be reset by hand.

Das Relais K1 wird von der Auswertelektronik A1 angesteuert. Die Auswertelektronik A12 überwacht mit einem „eigensicheren Stromkreis" die Sicherheitsorgane 20.1 bis 20.3 und schaltet im Störfall über das Relais K1 den Kompressor ab.Relay K1 is controlled by evaluation electronics A1. The evaluation electronics A12 monitors the safety devices with an "intrinsically safe circuit" 20.1 to 20.3 and switches off the compressor in the event of a fault via relay K1.

Die Sicherheitsorgane 20.1 bis 20.3 müssen nach einem Störfall von Hand zurückgesetzt werden.The security organs 20.1 to 20.3 must be reset manually after an accident.

11
Kompressorcompressor
22
Kondensatorcapacitor
33
KältemitteltrocknerRefrigerant dryer
44
Drosselorganthrottle member
55
VerdampferEvaporator
66
Wärmetauscherorganheat exchanger body
77
WechselwärmetauscherChange heat exchangers
88th
Kondensatableitungcondensate drainage
99
Leistungsreglerpower controller
9.19.1
Temperaturmessungtemperature measurement
1010
Flüssigkeitsabscheiderliquid separator
1111
Probengassample gas
1212
KühlmittelkreislaufCoolant circuit
1313
Kapselcapsule
1414
Ausgangoutput
1515
Leitungmanagement
1616
Anschlussraumconnection space
1717
Ex-geschützte VerschraubungEx-protected screw connection
1818
Elektrische Anschlüsseelectrical connections
1919
Kontaktplattecontact plate
20.020.0
Steuereinheit in einem druckfesten Raumcontrol unit in a pressure-resistant room
20.120.1
Drucküberwachungpressure monitoring
20.220.2
Temperaturüberwachungtemperature monitoring
20.320.3
Temperaturüberwachungtemperature monitoring
A1A1
EEx-i Doppelverstärker untergebracht im druckfestgekapselten RaumEx-i dual amplifier housed in a flameproof enclosure
der erste Doppelverstärker gibt in die Anlage einen eigensicherenthe first double amplifier gives an intrinsically safe in the system
Stromkreis welcher die Schaltkontakte der Sicherheitsorgane – F2 / – F3 (circuit which the switching contacts of the safety organs - F2 / - F3 (
20.1) – F4 (20.3) und – F5 (20.2) in Reihe verbindet. Öffnet einer der 20.1 ) - F4 ( 20.3 ) and - F5 ( 20.2 ) connects in series. One of the opens
Kontakte im Ereignisfall so wird über ein Relais im Verstärker dascontacts in the event of an incident, a relay in the amplifier the
Schaltrelais K1 ausgeschaltet und der Kältemittelverdichter bleibt stehen.switching Relays K1 switched off and the refrigerant compressor stands still.
EEx-i Doppelverstärker untergebracht im druckfestgekapselten RaumEx-i dual amplifier housed in a flameproof enclosure
der zweite Doppelverstärker gibt an die Temperaturüberwachung B1 einenthe second double amplifier gives to the temperature monitoring B1 one
eigensicheren Stromkreis und schaltet einen Wechselkontakt.intrinsically safe Circuit and switches a changeover contact.
Dieser Wechselkontakt ist potentialfrei und kann vom Kunden als AlarmThis Changeover contact is potential-free and can be used by the customer as an alarm
oder Betriebsmeldung genutzt werden.or Operating message can be used.
F1F1
Geräteschutzschalter für Kältemittelverdichter untergebracht imCircuit Breakers for refrigerant compressors housed in
druckfestgekapselten Raum der Geräteschutzschalter schaltet denflameproof Device protection switch room switches the
Kältemittelverdichter bei einer zu hohen Stromaufnahme direkt aus.Refrigerant compressor if the current consumption is too high,
Er muss nach Behebung des Fehlers von Hand zurückgesetzt werdenHe must be reset manually after the error has been rectified
K1K1
Schaltrelais Kältemittelverdichter untergebracht im druckfestgekapseltenswitching Relays Refrigerant compressor housed in flameproof
Raum das Schaltrelais schaltet den Laststrom des Kältemittelverdichterroom the switching relay switches the load current of the refrigerant compressor
durch und wird von – A1 angesteuertby and is from - A1 actuated
R1R1
Anlaufrelais untergebracht im druckfestgekapselten Raumstarting relay housed in a flameproof enclosure
das Anlaufrelais gibt beim Anlaufen der Kältemittelverdichters Spannungthe Start-up relay provides voltage when the refrigerant compressor starts up
auf die Anlaufwicklung und schaltet nach dem anlaufen die Spannungon the starting winding and switches the voltage after starting
wider ab.contrary from.
C1C1
Anlaufkondensator untergebracht im druckfestgekapselten Raumstart capacitor housed in a flameproof enclosure
der Anlaufkondensator erhöht durch seine Aufladung die Leistung auf diethe Starting capacitor increased by charging the power to the
Anlaufwicklung und gibt dem Kältemittelverdichter ein höheresstarting winding and gives the refrigerant compressor a higher one
Analufmoment.Analufmoment.
Der Anlaufkondensator ist mit einem Entladewiderstand ausgestattet,The Starting capacitor is equipped with a discharge resistor,
welcherwhich one
Nach dem abschalten des Anlaufrelais den Kondensator entlädt.To when the starting relay is switched off, the capacitor discharges.

Claims (6)

Explosionsgeschützter Messgaskühler für Probengas mit einem Wärmetauscher (7), der von dem Probengas (11) umströmbar ist und der an ein Kühlmittelkreislauf (12) angeschlossen ist, der einen Kondensator (2) und einen Kompressor (1) aufweist, der in einer gasdichten Kapsel (13) angeordnet ist, die von dem Kühlmittel durchströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Drucküberwachung (20.1), mit der ein Mindestdruck in der Kapsel (13) und ein Maximaldruck am Ausgang (14) des Kompressors (1) überwachbar ist und eine Temperaturüberwachung (20.2, mit der die Temperatur der Leitung (15) am Ausgang (14) des Kompressors (1) überwachbar ist, aufweist.Explosion-proof sample gas cooler for sample gas with a heat exchanger ( 7 ) from the sample gas ( 11 ) can be flowed around and connected to a coolant circuit ( 12 ) connected to a capacitor ( 2 ) and a compressor ( 1 ) in a gas-tight capsule ( 13 ) is arranged, through which the coolant can flow, characterized in that it has a pressure monitor ( 20.1 ) with which a minimum pressure in the capsule ( 13 ) and a maximum pressure at the outlet ( 14 ) of the compressor ( 1 ) can be monitored and temperature monitoring ( 20.2 with which the temperature of the line ( 15 ) at the exit ( 14 ) of the compressor ( 1 ) can be monitored. Messgaskühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Temperaturüberwachung (20.3) im Bereich des Gehäuses des Kompressors (1) aufweist.Sample gas cooler according to claim 1, characterized in that it has a temperature monitoring ( 20.3 ) in the area of the compressor housing ( 1 ) having. Messgaskühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kapsel (13) ein vorzugsweise druckfester Anschlussraum (12) angebracht, vorzugsweise angelötet ist, der die Anschlussklemmen für den Kompressor aufweist.Sample gas cooler according to claim 1 or 2, characterized in that on the capsule ( 13 ) a preferably pressure-resistant connection space ( 12 ) attached, preferably soldered, which has the connecting terminals for the compressor. Messgaskühler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussraum mit Kugeln, vorzugsweise Glaskugeln, besonders bevorzugt mit einem Durchmesser < 1 mm gefüllt ist.Gas cooler according to claim 3, characterized in that the connection space with balls, preferably glass balls, particularly preferably with a Diameter <1 mm filled is. Messgaskühler nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabeldurchführung in den Anschlussraum durch eine explosionsgeschützte Verschraubung (17) erfolgt.Sample gas cooler according to claim 3 or 4, characterized in that the cable bushing into the connection space through an explosion-protected screw connection ( 17 ) he follows. Messgaskühler, dadurch gekennzeichnet, dass er für Zündklasse T4 zugelassen ist.Gas cooler, characterized in that it is approved for ignition class T4.
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