DE1501488A1

DE1501488A1 - Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE1501488A1
Application number: DE19661501488
Authority: DE
Inventors: Jean Comte
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1965-10-04
Filing date: 1966-10-01
Publication date: 1969-10-30
Also published as: BE687373A; LU52091A1; NL6613958A; GB1166043A; FR1460728A; US3401921A; DE1501488B2

Description

Jean Comte , 143, rue du General de Gaulle, Longeville-Iis-JIetz, ™

Moselle, Frankreich

Wärmeaustauscher

Die Erfindung bezieht sich auf Wärmeaustauscher und inabesondere auf Vorrichtungen, wie Winderhitzer vom System Cowper von einfachem, robustem Aufbau, mit deren Kilfe die Perioden der Aufheizung und Abkühlung ohne Nachteile durchgefühi-t werden können und die insbesondere geschaffen wurden, um die Einflüsse der Wärmeausdehnung zu verringern. Ferner können diese Vorrichtungen mit Abmessungen hergestellt werden, die kleiner sind als die klassischen Cowper-Apparate, jedoch das gleiche Reulatat ergeben.

Ein Wärmeaustauscher vom Typ Cowper gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß er ein rohrförmiges Gehäuse besitzt,

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in welchem festes, loses üTaterial eingeschlossen ist, das eine Isolierwand ausbildet, die an das rGhrfcrmige Gehäuse anschließt, ferner eine axiale, feuerfeste, gasdurchlässige Masse mit wenigstens einem freien Raum am Ausgang wenigstens einer Düse, der unterhalb des Gewölbes in einem axialen Schnitt sägezahnförmig ausgebildet ist, welches durch ringförmige, übereinanderangeorur.ete Elemente gebildet wird, deren Abmessungen von unten nach oben im Gewölbe abnehmen und die- frei ^ehalten sowie durch ein Llaterialbett getrennt sind, welches auf den Elementen ^ im freien Böschungswinkel aufliegt, und dal?- das untere ringförmige Element in gleicher ?eise frei auf einem Bett aus dem besagten Material ruht.

Ein Brenner kann sich in axialer Richtung in Je:, freien Raum öffnen. Las Gehäuse kann eine konische Gestalt annel.rr.en, wobei der gro?e Teil in Höhe des Brenners liegt. Las Geh?Vusn kann ferner in seinem oberen Teil mit Ausnahme des Durchganges für wenigstens eine Düse, die zur Spitze eines axialen Gewölbes fuhrt, das die Isolierwand des oberen Teiles des Gehäuses tre.gt, geschlossen sein. las Gehäuse kann auch wenigstens an einem Ende durch eine Vorrichtung geschlossen sein, die die geometrische Gestalt eines Kegel stumpfes oder eir.er Fugelkalotte aufweist. Eine Vorrichtung geinäi der Erfindung kann an ihrer Basis ein in axialer Richtung verlaufendes Gewölbe aufweisen und das Gehäuse kann ferner oben und unten mit Ausnahme der Durchgänge für die koaxialen, sich gegenüberstehenJen Lüsen geschlossen sein. Andererseits kann die offene Basis des Gehäuses auf einem ringförmigen Bett aus schüttf'higem Material auf einem ebenen Sockel ruhen, wobei der Böschungswinkel in gleicher Weise das ebene, ringförmige, untere Element eines in

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Richtung verlaufenden Gewölbes aufnimmt, das auf eine I,'"se zentriert ist, welche quer zum Sockel verläuft. E_aß Gehäuse kann auch an seinem oberen Teil geöffnet sein, wodurch sich eine vereinfachte Ausführung, form ergibt.

"achstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung unhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Ee zeigern

Fi.;. 1 eine scheniati:-che Ansicht eines Gewölbes eines Wärmeaustauschers gerne3 der Erfindung in axialem Schnitt, M Figuren 2, 5 und 4 perspektivische Ansichten von festen Materialien, die zum losen Ausfüllen eines Wärmeaustauschers gemäß

der Erfindung verwendbar sind,
Fij. 5 eine schematische Ansicht eines Wärmeaustauschers gemäß

der Erfindung in axialem Schnitt, Ii(Cm 6 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausfiihrungsform gemäß der Erfindung in vereinfachter Darstellung in

axialem Schnitt,
Fig. 7 eine schetratische Ansicht und teilweise einen Schnitt

durch eine Gruppe von Cowper-Apparaten gemäß der Erfindung, I

und
Fig. 8 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform, die besonders für Cowper-Apparate gemäß der Erfindung geeignet ist, nach einem axialen Schnitt.

Der Aufbau der Gewölbe gemäß der Erfindung nach Fig. 1 zeigt als wesentlichen Vorteil, daß man mit einfachen, billigen Materialien arbeiten kann und daß die Vorrichtung praktisch unempfindlich gegenüber Einflüssen aufgrund der Wärmeausdehnung

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i I, so daß es möglich iüt, tie hau pt εί; chi J-ο he η IIachteile, die im lalle klassischer Cowper-Apparate auftreter., zu verringern. Wie in Pig. 1 dargestellt, besteht ein derartiges Gewölbe aus gen&u ebenen Elementen und Mngen 1, die (-ine solche Abmessung besitzen, daß ihr Durchmesser von unten nach oben im Gewölbe abnimmt. Diese Elemente können ζ. ü. aus Beton, aus gepreßtem Material, aus Metall u. ogl. bestehen. Ihre Verwirklichung in einem oder mehreren Elementen mit den anregebenen Dimensionen stellt keinerlei Schwierigkeiten dar.

fc Kfj ist möglich, sie an Ort und Stelle aus einem Stück und aus einem Llaterial :-uf der Easi s von Zement zu gießen. Ihr Querschnitt kann leicht profiliert sein, um folgende Vorteile zu erreichen: Hobustheit, Zentrierung, Zurückhaltung von Material 3> wie be"^;rn Element 1' in Fig. 1 gezeigt ist. Las obere Element kar.n aus einer Scheibe hergestellt sein, die in gleicher Weise aufgebaut ist wie die Eingelemente 1. Alle Elemente sind gegeneinander durch ein Material 3 loser Beschaffenheit getrennt, wobei ein Durchgang für die Gasstrome zwischen den Elementen, ciie das Gewölbe darstellen, frei bleibt. Das Material 3 ruht

" auf jedem Element frei mit einem natürlichen Böschungswinkel α auf. Die ringförmigen, unteren Elemente ruhen in gleicher Weise auf einem Materialbett 3 auf. Auch kann das ausgebildete Gewölbe unter dem Einfluß der 'A'j-irmeausdehnung ohne Bruehgefahr für die Tragelemente freies Spiel haben. Wahlweise können die Dimensionen der ringförmigen Elemente so gewählt werden, daß das Gewölbe eine vorgegebene Form erhält.

Fig. 2 zeigt einen Itashig-Eing, der in einfacher Weise zum Auffüllen der Absorptionstürme verwendet wird und der als

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ScLUttm&terial für das Auffüllen eines Wärmeaustauschers gemäß uer Erfindung dienen kann. Solche Ringe haben in der Praxis die geometrische Form eines Zylinders, der in einenilubus einbeschrieben wird.

Die Fig. 3 stellt eine andere Ausführungsform des y.ateriales dar, das zum Auskleiden eines Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung dienen kann. las dargestellte Element hat die Form eines U, das in einen KuLus einbeschrieben wird. Elemente mit dieser Gestalt haben die besondere Eigenschaft, da, 3ie ein loses !»'ate rial ausbilden, deseen Gleichförmigkeit durch uie Wahl der !Dimensionen der Elemente regelbar und steuerbar ist. Las Material besitzt ausgezeichnete mechanische Eigenschaften. Ein derartiges loses Llaterial weist eine gro^e Permeabilität gegenüber Gas, eine gute Wärmeleitfähigkeit und eine _öute spezifische Masse auf. Es enthalt zahllose Kanäle. Die spezifische Kontaktoberflüche >ann zwischen ίο und 2oo m /m je nach Wailder Dimensionen (Dicke und Raumbedarf) der Elemente in Form des U gewählt werden. Die Anordnung kann praktisch in Hinblick auf die zufälligen Bruckstücke nicht verstopfen und es kann kein Nachteil auftreten, wenn die Wärmeausdehnung sich ändert.

Die Elemente in Form des U wie euch die Rashing-Ringe nach Fig. 2 können vorteilhafterweise aus Tonsilikat, sogar zweiter Wahl hergestellt sein und können in großer Menge nach den Herstellverfahren zur Erzeugung von Drainrohren erzeugt werden, wie sie zur Trockenlegung des Erdbodens verwendet werden, wobei die Fabrikation durch Pressen erfolgt. Solche Elemente können

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vorteilhafterweise oine xacke zwischen 3 und 15 mm L:ufv.eisen, vobei ihr Raumbedarf dem eines Kubus mit einer S-'.-i tenab...esi;ung von 1o χ 1oo mm entspricht.

In gleicher Weise kann man zur Auskleidung der 7/:;rmeaustauscher gemäß der Erfindung auch aus dem Steinbruch anfalende Produkte, die gesiebt und sortiert sinJ, Verwender) z. E. ^uar-it M/17¹, Porphyrit 33/5o und entsprechende materialien, die untei· anderem den Verteil aufweisen, da.? sie ihr Verhalten bzw. ihre eigenschaften nicht ändern, dal? uie relativ billig sinci jnd da.? ui e auf dem Markt leicht erhältlich sind.

Ler Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung nach Fig. 5 ist eir, Beispiel für die Anpassung an einen Wärmeregler f^:.'r eine zyklische Arbeitsweise mit nach abwärts gerichteter Verbrennung. Lie Vorkehrungen für oie gesamte Anordnung wie auch für^inzelteile hiervon können in weitem Maße abgeändert werden, ao daß die Erfindung insgesamt tine sehr anpassungsfähige λ.-.Ordnung ergibt.

lie erfindungsiemäße Vorrichtung nimmt an ihrem oberen Teil einen Hohlraum 4 in Form eines Gewölbes auf, wie dies Fig.1 zeigt; dieser Hohlraum dient abwechselnd als Verbrennungskammer oder als Sammelraum für Warmluftströme. Am unteren Teil dieser Vorrichtung ist ein weiterer Hohlraum 5 vorgesehen, der in analoger Weise wie der obere Teil abwechselnd als Sammler für die Rauchgase und als Verteiler für die Kaltluft dient. Lie ringförmigen Elemente, die die beiden Gewölbe darstellen, kennen ggf. perforiert sein, da.~it deyturch^ng der Gasströme weiter vereinfacht wird, und es kann vorteilhaft sein, den Raum 4 mit

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_t ι·'.\.-(ΤΡΐκ Lur-; Lm ν:; j: ο γ auszuführen alt: >ien I-aum S, dar.i' der aktive '- *·■■; .1 . γι· Voj-i'i v.-Ktunj,- eine umgekehrt konifere l'orm f.;rh^:"^; J t,

" · ..:;.]: ei '.-Le V.rteile in Linblick ;.uf Ji e the.-.v i .vjhe <.uf- * ei IUtI₁. and >'.\> > l.i rkulati on der strümender. ...dien erfnbi. ,.er nutzbare IeΠ 3 der Vorriehtun_c kann ti, ■ t. f eu ^: J'f 'is ten !.itst· rialien .ef^:;i3t sein, wie sie in den Fi;uren Z, 3 und 4 _{;t'i;ei, I sin j , wobei der Raumbedarf und aie Licke der zusa-.n.oni.oi3ctγ-;*.er: Elemente am unteren Teil der Vorrichtung gröicei¹ yei η kVnn^n sls im oberen Τ^Π , wei] die vu übei'fr^;o:.e \\c-ni._er wirksam ist als <-i»^j Stärke am unteren Teil der V. rri clitunt.» w^:"nrerd daa Uni£oke:;7 t(^; am oberen Teil der .r-'all i r;t. Lit· ^iene, rin f'"'rmige, untere .'latte des oberen Jow'^vlbet3 4 b- stimmt eine zylindern ^cLe, vertikale Zone ^, auu der üassti'i';::c/iUGtrcten und die die ;%ui'_c;ate 'uit, _;;e_ on eine ÄiuOil ei iutifj aut.^; Ziegeln 7 zu isolieröl., .iie inn-i'Lalb ύπ-·ϋ ■"uiiereti !.lan ι el η b aus Blech vorgesehen i-ind. Die Zone kann auch au β iUialo^.en Liaterialien ähnlich denen, die den mittleren Teil 3 uarsi. eilen oder aus Isol iermateri::! ien hergestellt sein, die auc feuerfesten, grobgesiebten Brur.hfitiick e: , aus {-ebi-cchenem Kiesel ^erin^en Lux-chiessers, aus rrobem Car.d, aus Split u. d^l. bestehet.. Lin derartiges Icoliei-niaterial kann in gleicher Vioitt sur AUükleiäuii;. '. dec oberen Uewölbet- 4 verwendet werden. Ler Grundteil der Vorrichtung ruht über ei.: ri n₆fcr ..i^us untere.; £le:ient der unteren Sewc'lbes auf einer £öscLun_o 1u, die ebenfalls aus feu:-rf O;.-tem Isoliermate-ial besteht, Jas f'-r Gucsti'öiiio du:'cLl:.'-S..-i _a ist und auf den. Eoden Ii --ü^ciunet ist. Lie 3ösel:an_£:- 1ü .,ird von einer rin.f'riui^en, dichten Hülle 12 umschlossen, welche mit eine::: Sa:n.ler 13 in Verbindung .-vent. Ein Rohrs tut ...Uo 14, über den kalte lift eingec- ·:Λ^1 /.ird,

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in die !«litte der Vorrichtung am Boden/fres unteren Gewölbes 5· Ler Sammler 13 dient aur Abführung der Hauchgase, während in der Latte der Vorrichtung an der Spitze des oberen Gewölbes 4- ein oder mehrere konzentrisch angeordnete Warmluftausla'sse 15 in eine oder mehrere Zuleitungen 16 für Verbrennungsgas und eine oder mehrere Zuleitungen 17 für Verbrennungeluft einer ringförmigen Brenneranordnung 18 einmünden, die an der Spitze des Gewölbes 4 vorgesehen ist. Biese Möglichkeiten lassen eine Einwirkung auf die Aufteilung der Ströme in der Mitte der iiasse des Materiales 3 zu, wozu in gleicher Weise das Vorhandensein eines kreisförmigen Elementes und einer Schutzvorrichtung 2' oder das Profil beiträgt, das der Hasse 3 der oberen Fläche gegeben wird (vgl. Fig. e).

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist das Gehäuse an seinem oberen Ende durch einen Teil in Form von luehrfach-Kegelstümpfen abgeschlossen.

Die Arbeitsweise einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ähnlich dem klassichen Cowper-Apparati In einem ersten Arbeitszyklus wird das Material 3 mit Hilfe des Erenners 18 erwärmt, wodurch die Rauchgase durch die Sammelvorrichtung 13 entweichen, und in einem-zweiten Arbei ·. szyklus wird Kaltluft durch die Rohrleitung 14 eingeführt, wodurch die "v/armluft durch das Rohr gesammelt wird. Sobald sich die I^asse abgekühlt hat, wird die Aufheizung von neuem begonnen, usw.

Eine vereinfachte Ausführungsform, die in Fig. 6 mit ansteigender /erbiennung dargestellt ist, kann verwendet werden, wenn die

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Warmluft beim Ansaugen zirkulieren kann. Bei dieser Ausfuhrungsform erfolgt die Abführung der Eauchgase durch natürlichen Zug, und das Ansaugen der Umgebungsluft stellt die Kaltluftquelle dar.

Eine vereinfachte AusfUhrungsform weist am unteren Teil einen Kohlraum 19 auf, der unterhalb eines Gewölbes angeordnet ist, day identisch mit dem in Fig. 1 gezeigten ist. In der Achse und am unteren Teil des Hoilraumes mündet eine Rohrleitung 2o zum Ansaugen von Warmluft ein, ebenso ein ringförmiger ,

Brenner 21 analog dem Brenner 18 nach Fig. 5, der mit Brennstoff und mit Verbrennungsluft aus zwei Kanälen 22 und 23 gespeist wird. Die Anordnung besitzt ein äußeres Gehäuse in Form eines Kegelstumpf es 24, das am oberen Teil 'reöffnet ist, und das mit feuerfestem Material 25 gefüllt ist sowie dicht auf dem Boden 26 aufsitzt.

Die in Fig. 7 dargestellte Anlage ist ein Beispiel für die Anwendung von Cowper-Hochöfen. Die Wahl eines Paares von zwei Warmlufterzeugern mit abwechselnden Arbeitsspielen gemäß der ^ Erfindung, wobei jede Düse des Hochofens individuell oder mit Gruppen von zwei oder drei symmetrisch angeordneten Düsen ausgestattet ist, ergibt zahlreiche Vorteile, insbes. eine exakte gleiche Verteilung der Warmluft und eine besonders wichtige Verringerung der Abmessungen aufgrund einer systematischen Arbeitsweise mit sehr geringer Dauer des Arbeitsspieles. Bei einer derartigen Anordnung genügen 4oo Tonnen eines wärmebeständigen billigen Hateriales, um einen Warmluftdurchsatz von mehr als 1oo ooo ι /h (das Volumen bezieht sich auf normale Umgebungsbedin^ungen) bei einer Temperatur von 1.2oo ⁰G

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zu erzielen. Die Vorrichtung ermöglicht es, praktisch die gesamte Wärmeträgheit mit sehr geringen Temperaturubwoichungen der Warmluft zu unterdrücken. Alle Sicherhei t;avurV.ehrun;--en können vereinfacht ausgetihrt werden. 3s gibt auch keine Beschränkung in bezug auf die Verbrennun^stemperatur am 5r nner. Es ist ferner auch möglich, automatische Sinrichtun en systematisch zu verwenden, und ein zyklisches automatisches Arbeiten zu erreichen, und aufgrund bekannter Einrichtungen ein regel-

^ bares Programm zu gestalten, wobei im Rahmen des Bekannten analoge Einrichtungen angewendet werden können. ^ine derartige Anordnung ermöglicht es, den !Durchmesser der unterschiedlichen Kanäle zu verringern, wie auch ein System für eine dichte Absperrung zur Verwendung bei hohen Temperaturen aus anaeren Gebieten der Technik im Falle der Erfindung anzuwenden, v.obei die gleichen zusätzlichen Vorteile erzielt werden, nämlich eine Verringerung des Gewichtes, aes rreises, des Raumbedarfes und der Verluste, wie auch die Möglichkeit, die Elemente völlig in der Fabrik herzustellen und als einzige Vorgänge an Ort und

P Stelle das Auffüllen mit feuerfesten Gegenstanden sowie die Herstellung von Verbindungen durchzuführen.

Bei der Anlage nach der Fig. 7 dient der Kanal 27 zur Abführung der Warmluft, so lange die Kanäle 28 und 28' für die Speisung der Brenner in dem Gowper-Apparat dienen. Der Kanal 29 dient zur Abführung der Rauchgase und die Rohrleitung 3o zur Einspeisung von Kaltluft. Zwei Gewölbe ;1 und 32 sind am Boden und am oberen Teil jeder Vorrichtung wie im Beispiel nach Fig. 5 angeordnet, so·lange ein Spielraum in den Ventilen 33» 34, 35 und 36 es ermöglicht, die unterschiedlichen Kanäle

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im Kreis und außerhalb des Kreises mit der einen oder anderen uer Vurrichtunken 37 und 58 zu verbinden, die in an sich bekannter V/eioe -.'.irken, v.obei der eine die Warmluft liefert, während der andere durch die Brenner aufgeheizt wird, v.obei die beiden Vorrichtungen 37 und 38 identisch sind.

Eine andere Ausführungsform der in den Figuren 5 und 7 dargestellten Vorrichtungen ist schematich in Fig. 8 gezeigt. Ler obere Teil besitzt eine halbkugelförmige Gestalt, an deren Stel.e der umgekehrte Kegelstumpf nach Fig. 7 oder die Jiberein-'.nder angeordneten lehrfnchkegelst"iii^fe/iach Fig. b bestimmte Vereinf: chungen im Aufbau, in der Hobustheit, in der Wärmeabgabe, im Zugang und in der Verbindung für bestimmte Anv.endun :--- f:^:lle darsteiler,. Diese Ausführunguform ^ibt die maximalen Vorteile in Hinblick :;uf die Ausgestaltung und die Verwendung der Volumina unterschiedlicher aktiver und isolierender Zcnen von Auffüllmaterialien an, wenn man die Unterschiede des Volumens von Jas auf unterschiedlichem Niveau der einen Anordnung in Vergleich zu den Unterschieden der Ie:r.ceratur auf diesem Kiveau setzt.

Kachstehende Tabelle gibt verschiedene praktische Daten für zwei Ausführungsformen des Cowper-Hcchofens fur spezifische Durchsätze an V.arnfuft von 6.000 und 4.000 m ' ' Volumina sind auf normale Umgebun^bedingungen lezo;;en). In dieser Tabelle sind alle Angaben in m auf das Volumen bei normalen Uni/ ebungstemperaturen bezogen.

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Claims

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Patentansprüche

( 1 .JWärmeaustauscher vom Cowper-Typ, dadurch gekennzeichnet, daß er ein rohrförmiges Gehäuse (8) besitzt, in welchem festes, loses Material (3) eingeschlossen ist, das eine Isolierwand ausbildet, die an das rohrformige Gehäuse (8) anschließt, ■ ferner eine axiale, feuerfeste, casdurchläseige Masse mit wenigstens einem freien Raum (4» 5) am Ausgang wenigstens einer Düse, der unterhalb des Gewölbes in einem axialen Schnitt sägezahnförmig ausgebildet ist, welches durch ringförmige, übereinander angeordnete Elemente (1) gebildet wird, deren Abmessungen von unten nach oben im Gewölbe abnehmen und die frei gehalt en und durch ein Materialbett getrennt sind, welches auf den Elementen im freien Böschungswinkel aufliegt, und daß das untere ringförmige Element in gleicher Weise frei auf einem Bett (Z) aus dem besagten liiaterial ruht.
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, jai ein Brenner (18; 21) oder eine Gruppe von Brennern sich in einen freien Raum (4; 19) in axialer Sichtung öffnen.
3. "rirmeaustauf/cher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, d-s.7 das Gehäuse (24) eine konische Form besitzt, wobei der £.rcie leil in Höhe des Brenners (18) Ii-.τΐ.
4. T/^;irrneaustauscher nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Boden ein axiales Gewölbe vorgesehen ist.

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5. Y/ärmeaustauBcher^ach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der offene Boden des Gehäuses (8) auf einem kreisförmigen ^laterialbett (io) ruht, dasauf einem ebenen Sockel (11 ) im freien Böschungswinkel angeordnet ist, und daß die Böschung ebenfalls das untere, ebene, kreisförmige Element eines axialen Gewölbes trügt, das auf wenigstens eine Düse zentriert ist, die sich quer zum Sockel erstreckt.
6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1-5» dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse wenigstens an einem Ende durch eine Vorrichtung geschlossen ist» die eine kegelstumpfförmige und/oder kugel- % kalottenförmige Gestalt aufweist.
7. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1- 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse am oberen Teil geöffnet ist.
8. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse an seinen; oberen Teil mit Aut-nar.me Jes Durchganges für wenigstens eine Düse, die zur Spitze eines

axialen GewölbeB führt, das die Isolierwand des oberen Teiles des Gehäuses trägt, geschlossen ist.
9. Wärmeaustauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

daß das Gehäuse oben und unten mit Ausnahme der Durchgänge für die Düsen oder koaxialen Düsenringe, die sich gegenüberstehen,

geschlossen ist.
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