DE1751349A1 - Combustion device with a combustion chamber and method for carrying out the combustion in this chamber - Google Patents
Combustion device with a combustion chamber and method for carrying out the combustion in this chamberInfo
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Description
A 36 490 hA 36 490 h
Packard Instrument Company, Inc., Downers Grove, Illinois, U.S.A.Packard Instrument Company, Inc., Downers Grove, Illinois, U.S.A.
Verbrennungsvorrichtung mit einer Verbrennungskammer und Verfahren zur Durchführung der Verbrennung in dieser Kammer. Combustion device with a combustion chamber and method for carrying out the combustion in this chamber.
Die Erfindung betrifft eine Verbrennungsvorrichtung mit einer Verbrennungskammer zum Verbrennen von Material zur Erzeugung gasförmiger Verbrennungsprodukte und ein Verfahren zur Durchführung des Verbrennungsvorganges.The invention relates to a combustion device with a combustion chamber for burning material for Generation of Gaseous Combustion Products and a Process to carry out the combustion process.
Der Erfindung lag die Aufgäbe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zum Verbrennen von Material zur Erzeugung gasförmiger Verbrennungsprodukte zu schaffen, in welcher inabesondere auch Materialproben zur Rückgewinnung von in ihnen enthaltenen radioaktiven Isotopen verbrannt werden können. Dabei sollte auch in einer bestimmten Zeiteinheit eine größere Anzahl von Proben verbrannt werden können und eine Abführung sämtlicher gasförmiger Verbrennungsprodukte gewährleistet sein. The invention was based on the object, an improved Device for burning material for production to create gaseous combustion products, in which in particular also material samples for the recovery of in the radioactive isotopes they contain can be incinerated. This should also take place in a certain unit of time a larger number of samples can be burned and a discharge of all gaseous combustion products can be guaranteed.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Verbrennungsvorrichtung gelöst, die durch eine Einrichtung an der Spitze der Verbrennungskammer zum. kontinuierlichen Ausstoßen der gasförmigen Verbrennungsprodukte aus der Verbrennungskammer und ein Behältnis innerhalb des unteren Teiles der Verbrennungskammer zum Halten des zu verbrennenden Materials gekennzeichnet ist, und bei welcher die Seitenwände der Verbrennungskammer oberhalb des Behältnisses nach oben einwärts geneigt verlaufen, dergestalt, daß der Kammerquerschnitt annähernd die Form der Flamme des brennenden Materials annimmt und dadurch der freie Raum zwischen der Flamme und der Wandung auf einem minimalen Volumen gehalten ist.This object is achieved according to the invention with a combustion device solved by a device at the top of the combustion chamber for. continuous ejection of the gaseous products of combustion from the combustion chamber and a receptacle within the lower part of the Combustion chamber is characterized for holding the material to be burned, and in which the side walls of the combustion chamber extend inwardly inclined upward above the container, such that the chamber cross-section approximately assumes the shape of the flame of the burning material and thereby the free space between the flame and the Wall is kept to a minimum volume.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Verbrennungsvorrichtung weist eine Einrichtung zur gesteuerten Zufuhr von Sauerstoff in die Verbrennungskammer während der Verbrennung des Materials und eine Steuereinrichtung für die Zufuhr eines inerten Gases in die Verbrennungskammer nach Beendigung der Verbrennung einer Materialprobe auf. Außerdem ist eine Einrichtung zum Vorwärmen der Wände der Verbrennungskammer vorgesehen, damit diese Wände auf einer Temperatur gehalten werden, die oberhalb der Kondensationstemperatur der in den Verbrennungsprodukten enthaltenen Dämpfe liegt.The combustion device designed according to the invention has a device for the controlled supply of oxygen into the combustion chamber during the combustion of the material and a control device for the supply of an inert gas into the combustion chamber after the combustion of a material sample has ended. Further comprising means for preheating the walls of the combustion chamber is provided so that these walls are kept at a temperature which is above the condensation temperature of the vapors contained in the combustion products.
Die rasche Beschickung der Verbrennungsvorrichtung wivd durch eine zusätzliche Einrichtung erzielt, die zum Bewegen The rapid loading of the combustion device is achieved by an additional device that moves
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des Behältnisses aus der VerhrerLnungskainmer heraus zwecks Beschickung mit neuen Materialproben und zum Wiedereinbringen in die Verbrennungskammer dient. Das Behältnis zur Aufnahme des zu verbrennenden Materials kann aus einem elektrisch leitenden Material bestehen und als Widerstand in einen elektrischen Zündkreis gelegt sein.the container out of the VerhrerLnungskainmer for the purpose of It is used to load new material samples and to return them to the combustion chamber. The container for Recording of the material to be burned can consist of an electrically conductive material and act as a resistor be placed in an electrical ignition circuit.
Gemäß dem Verfahren zur Durchführung des Verbrennungsvorganges wird in der Verbrennungskammer die Verbrennung der Materialproben bei einem leichten SauerstoffÜberschuß in der die Flamme umgebenden Atmosphäre durchgeführt und nach Beendigung des Verbrennungsvorganges nach Abschaltung der Sauerstoffzufuhr ein inertes Gas in die Verbrennungskammer zum Herausspülen eventueller restlicher gasförmiger Verbrennungsprodukte geleitet.According to the method for carrying out the combustion process, the combustion is carried out in the combustion chamber Material samples with a slight excess of oxygen in the atmosphere surrounding the flame and after the end of the combustion process after switching off the Oxygen supply of an inert gas into the combustion chamber to flush out any residual gaseous combustion products directed.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, die eine schematische Darstellung der ganzen Verbrennungseinrichtung mit einer Schnittdarstellung der Verbrennungsvorrichtung zeigt.Other features and advantages of the present invention result from the following description in conjunction with the drawing, which is a schematic representation shows the entire incinerator with a sectional view of the incinerator.
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Figur 1 zeigt einen Teil einer Einrichtung zur Verwendung bei der Behandlung von Materialproben für Studien mit radioaktiven Leitisotopen.. Solche Studien erstrecken sich beispielsweise auf die Stoffverteilung und die Stärke von Rückständen von Düngemitteln oder Drogen in Pflanzen und Tieren. Bei der Behandlung zwecks Zubereitung «pon Meßproben wird eine Materialprobe des das radioaktive Leitisotop enthaltenden Ausgangsmaterials,, beispielsweise eine Probe des pflanzlichen oder tierischen Stoffes, verbrannt, um den im Ausgangsmaterial enthaltenen Kohlenstoff in Kohlenstoffdioxyd und den Wasserstoff in Wasser zu verwandeln. Anschließend wird das radioaktive Leitisotop aus den sich ergebenden Verbrennungsprodukten zurückgewonnen. Wenn beispielsweise als besonderes radioaktives Leitisotop C verwendet wird, enthalten die Terbrennungsprodukte COp Gas. Dient als Träger Tritium ( H), tritt bei der Verbrennung HgO in Form von kondensierbarem Dampf auf, ObwohlFigure 1 shows part of a device for use in the treatment of material samples for studies with radioactive lead isotopes. Such studies extend for example on the substance distribution and the strength of residues of fertilizers or drugs in plants and Animals. During the treatment for the purpose of preparation of the test samples becomes a material sample of the radioactive lead isotope containing starting material ,, for example a sample of the vegetable or animal matter, burned to to convert the carbon contained in the raw material into carbon dioxide and the hydrogen into water. The radioactive lead isotope is then recovered from the resulting combustion products. For example, if is used as a special radioactive lead isotope C, the combustion products contain COp gas. Tritium (H) serves as a carrier, HgO occurs in the form of condensable vapor during combustion, although
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C und "Ή die gebräuchlichsten Leitisotope sind, könnenC and "Ή are the most common lead isotopes, can
natürlich auch eine Reihe anderer radioaktiver Isotope verwendet werden, beispielsweise S, das bei der Verbrennung in Sulfat umgewandelt wird.Of course, a number of other radioactive isotopes can also be used, for example S, which is used in combustion is converted to sulfate.
Um Meßproben anzufertigen, die auf ihren Radioaktivitätsgrad analysiert werden können, werden die Komponenten, welche die Leitisotope enthalten, aus den Verbrennungsprodukten wiedergewonnen und von allen anderen darin ent- In order to prepare test samples based on their level of radioactivity can be analyzed, the components that contain the lead isotopes are recovered from the combustion products and
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haltenen Materialien getrennt, die bei der Radioaktivi-[tätsbestimmung störend wirken könnten. Beispielsweise wirdkept materials separated during the determination of radioactivity could be disturbing. For example, will
H2O durch ein Abkühlen der Verbrennungsprodukte und eine .Kondensation der darin enthaltenen Dämpfe, eins chlie ßlich dem HpO, gewonnen, und anschließend werden die konden-H 2 O by cooling the combustion products and condensing the vapors contained therein, including HpO, and then the condensate
14 sierten Dämpfe von den verbleibenden Gasen getrennt. COp kann auch durch Kondensation oder Ausfrieren bei extrem niedrigen Temperaturen gewonnen werden, beispielsweise durch die Anwendung von flüssigem Stickstoff. Es ist jedoch geläufiger, COp mit einem flüssigen Bindestoff, wie Ethanolamine, in Reaktion zu bringen. Das Reaktionsprodukt wird dann aufgefangen und mit einem flüssigen Scintillator zu einer Meßprobe gemischt, die bei der Durchführung einer Radioaktivitätsbestimmung verwendet werden kann.14 separated vapors from the remaining gases. COp can also be obtained by condensation or freezing out at extremely low temperatures, for example through the use of liquid nitrogen. However, it is more common to use a liquid binder such as COp Ethanolamines, in reaction. The reaction product is then caught and treated with a liquid scintillator mixed to a test sample which can be used when carrying out a radioactivity determination.
Bei" der in Figur 1 dargestellten Einrichtung wird die zu verbrennende Materialprobe in einem Probenkorb 10 angeordnet , der einen Teil eines elektrischen Zündsystems darstellt und außerdem als Katalysator für eine wirkunsvolle Verbrennung der in ihm enthaltenen Materialprobe dient. Der Korb 10 ist zweckmäßig aus Platin oder einer Platin-Rhodium-Legierung gefertigt, so daß er sowohl als elektrischer Widerstand in einem Zündsystem als auch als Katalysator beim Verbrennen der Probe dienen kann. Von einer Tragplatte 13 stehen zwei elektrische Leiter 11 und 12 nach oben ab und halten den Probenkorb 10 an seinem unterenIn "the device shown in Figure 1, the to burning material sample arranged in a sample basket 10 which is part of an electrical ignition system and also as a catalyst for an effective one Combustion of the material sample contained in it is used. The basket 10 is expediently made of platinum or a platinum-rhodium alloy manufactured so that it can be used both as an electrical resistor in an ignition system and as a catalytic converter can serve when burning the sample. Two electrical conductors 11 and 12 stand from a support plate 13 up and hold the sample basket 10 at its lower
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und an seinem oberen Ende. Sie bilden gleichzeitig elektische Anschlüsse am Probenkorb, die ihn mit einem elektrischen Zündsystem verbinden. Die leiter 11 und 12 verlaufen in vertikaler Richtung durch die Platte 13 hindurch nach unten und enden in unterhalb der Tragplatte angeordneten Yerbindungsstiften.and at its upper end. At the same time they form electrical ones Connections on the sample basket that connect it to an electrical ignition system. Ladders 11 and 12 run in the vertical direction through the plate 13 down and end in below the support plate arranged connecting pins.
Um das aufeinanderfolgende Einbringen von Materialproben zu erleichtern, ist die Tragplatte 13 auf der Oberseite einer kleinen Plattform 14 angebracht, die ihrerseits auf das Ende der Kolbenstange 15 eines pneumatisch betätigten Kolbens aufgeschraubt ist. Zum Einbringen einer Materialprobe in den Probenkorb 10 wird der Kolben mit seiner Kolbenstange 15 in den Druckluftzylinder 16 eingeschoben, wodurch der Probenkorb 10 durch eine Öffnung 17 im Boden einer Verbrennungskammer 18 hindurch nach außen bewegt wird. Die Materialprobe läßt sich nun in den Korb einbringen, anschließend wird der Druckluftzylinder 16 in umgekehrtem Sinne betätigt und dadurch der Kolben mit der Kolbenstange 15 zum Einschieben des Korbes 10 durch die öffnung 17 in die Verbrennungskammer 18 bewegt. Beim Eintauchen der Plattform H in die Öffnung 17 kommt ein in einer Nut am Außenrand der Plattform 14 angeordneter Dichtungsring 19 zur Anlage gegen die geneigten Wände der öffnung 17 und gewährleistet einen gasdichten Verschluß dieser öffnung, wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich ist.About the successive introduction of material samples To facilitate, the support plate 13 is attached to the top of a small platform 14, which in turn the end of the piston rod 15 of a pneumatically operated piston is screwed on. For introducing a material sample In the sample basket 10, the piston with its piston rod 15 is pushed into the compressed air cylinder 16, whereby the sample basket 10 moves outwardly through an opening 17 in the bottom of a combustion chamber 18 will. The material sample can now be placed in the basket, then the compressed air cylinder 16 is reversed Senses actuated and thereby the piston with the piston rod 15 for inserting the basket 10 through the Opening 17 moved into the combustion chamber 18. When the platform H is immersed in the opening 17 comes a in a groove on the outer edge of the platform 14 arranged sealing ring 19 to rest against the inclined walls of the Opening 17 and ensures a gas-tight seal this opening, as can be seen from FIGS. 1 and 2.
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Zürn Entzünden einer im Probenkorb 10 untergebrachten Probe nach dem Einbringen des Korbes in die Verbrennungskammer 18, werden die von der Tragplatte 13 abstehenden VerbindungssteGker in zugeordnete elektrische Steckbuchsen 20 auf der Oberseite der Plattform 14 eingesetzt. Die Buchsen 20 sind ihrerseits mit einem elektrischen Zündkreis verbunden, der'eine Stromquelle, beispielsweise eine Batterie 21, und einen Zündschalter 22 aufweist, mit dessen Hilfe eine elektrische Spannung an den Korb 10 gelegt werden kann. Der Probenkorb wirkt als Widerstandsheizelement im Zündsystem. Zum Entzünden der Materialprobe braucht also nur der Schalter 22 geschlossen werden, der nach dem Einleiten des Verbrennungsvorganges wieder geöffnet werden kann.Zürn igniting one accommodated in the sample basket 10 After the basket has been placed in the combustion chamber 18, the samples protruding from the support plate 13 are removed Connecting bars inserted into associated electrical sockets 20 on the upper side of the platform 14. The sockets 20 are in turn with an electrical Ignition circuit connected, der'eine power source, for example a battery 21, and an ignition switch 22, with the aid of which an electrical voltage is applied to the basket 10 can be laid. The sample basket acts as a resistance heating element in the ignition system. For igniting the material sample so only the switch 22 needs to be closed, which again after the initiation of the combustion process can be opened.
Zur Zuführung des für die Verbrennung benötigten Sauerstoffes, wird reiner Sauerstoff über ein Ventil 23 f ein Dosiergerät 24 und ein Paar ineinandermündende Durchlaßkanäle 25 und 2.6 in der Plattform 14 und der Tragplatte hindurch in die Verbrennungskammer 18 geleitet. Der Gasauslaßkanal 26 in der Tragplatte 13 ist direkt unterhalb des Zentrums des Probenkorbes 10 angeordnet, so daß der Sauerstoff direkt in die Verbrennungszone hineingeleitet wird. Die Stärke der Sauerstoffzufuhr läßt sich mit Hilfe des Ventils 23 und des Dosiergerätes 24 auf eine Stärke einstellen, die etwas oberhalb des Wertes liegt, der zurTo supply the oxygen required for the combustion, pure oxygen is passed through a valve 23 f, a metering device 24 and a pair of intermingling passage channels 25 and 2.6 in the platform 14 and the support plate into the combustion chamber 18. The gas outlet channel 26 in the support plate 13 is arranged directly below the center of the sample basket 10 so that the oxygen is conducted directly into the combustion zone . The strength of the oxygen supply can be adjusted with the aid of the valve 23 and the metering device 24 to a strength that is slightly above the value that is used for
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Unterstützung der Verbrennung der im Korb 10 angeordneten Probe erforderlich ist. Damit ist ein leichter Säuerstoffüberschuß in der Verbrennungskammer gewährleistet. Folglich befindet sich im allgemeinen eine relativ dünne Schicht einer sauerstoffreichen Atmosphäre zwischen der Verbrennungsflamme und den Innenwänden der Verbrennungskammer 18, welche Schicht in Figur 1 durch Pfeile angedeutet ist. Der überschüssige Sauerstoff steigt durch die Verbrennungskammer nach oben und wird zusammen mit den Verbrennungsprodukten durch einen seitlichen Auslaß 27 an der Spitze der Kammer abgeführt.Support of the combustion of the sample arranged in the basket 10 is required. This means there is a slight excess of oxygen guaranteed in the combustion chamber. As a result, there is generally a relatively thin one Layer of oxygen-rich atmosphere between the combustion flame and the inner walls of the combustion chamber 18, which layer is indicated by arrows in FIG. 1. The excess oxygen rises through the Combustion chamber upwards and is opened together with the combustion products through a side outlet 27 Discharged at the top of the chamber.
Die Verbrennungskammer ist am oberen Ende offen und die Seitenwände sind nach oben hin oberhalb des Probenkorbes nach einwärts geneigt, so daß der Querschnitt der Kammer etwa die Form der Flamme der brennenden Probe hat. Dadurch wird das Volumen der sauerstoffreichen Atmosphäre rund um die Flamme auf einem minimalen Wert gehalten. Die Wände der Verbrennungskammer sind vorgewärmt, so daß die Wandtemperatur oberhalb der Kondensationstemperatur der Dämpfe bleibt, die in den Verbrennungsprodukten enthalten sind. Bei dieser Ausbildung der Vorrichtung werden die Verbrennungserzeugnisse direkt in den Auslaß 27 befördert, wobei die aufsteigende Schicht von sauerstoffreicher Atmosphäre entlang der Kammerwände die Tendenz hat, die Verbrennungsprodukte von einer Berührung mit den Seitenwänden The combustion chamber is open at the top and the side walls by inclined towards the top above the sample basket inwardly, so that the cross section of the chamber has approximately the shape of the flame of the burning sample. This increases the volume of oxygen-rich atmosphere is approximately held to the flame to a minimum value. The walls of the combustion chamber are preheated so that the wall temperature remains above the condensation temperature of the vapors contained in the combustion products . In this embodiment of the device, the combustion products are conveyed directly into the outlet 27, wherein the ascending layer of oxygen-rich atmosphere along the chamber walls tends to said combustion products from contact with the side walls
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zu isolieren. Außerdem verbleiben Irgendwelche Verbrennungsprodukte, die mit den Kammerwänden in Berührung kommen, in ihrem gasförmigen Zustand selbst während der Anfangsphase der Verbrennung, da die Wände vorgewärmt und auf einer oberhalb der Kondensationstemperatur liegenden Temperatur gehalten sind. So verlaufen auch bei dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Verbrennungskammer die Wände der Verbrennungskammer 18 am Probenkorb 10 vorbei vertikal nach oben und sind dann oberhalb des Korbes 10 nach einwärts geneigt, so daß die Wandung etwa die Form der mit unterbrochenen Linien eingezeichneten Flamme annimmt. Rund um die Verbrennungskammer 18 ist ein zylindrisches Gefäß 30 angeordnet, das mit der Außenwand der Verbrennungskammer 18 einen Ringraum begrenzt, in welchen eine vorerwärmte Flüssigkeit eingebracht werden kann. Zum Zentrieren der Verbrennungskammer 18 innerhalb des Gefäßes 30 steht das obere Ende des Gefäßes mit einem komplementären Lagerorgan 31 der Verbrennungskammer in Berührung, während das untere Ende der Verbrennungskammer in einem komplementären Halter an der Bodenwand des Gefäßes 30 sitzt.to isolate. In addition, any products of combustion that come into contact with the chamber walls will remain in their gaseous state even during the initial stages of combustion because the walls are preheated and maintained at a temperature above the condensation temperature. In the embodiment of a combustion chamber shown in FIGS. 1 and 2, the walls of the combustion chamber 18 run vertically upwards past the sample basket 10 and are then inclined inwards above the basket 10 so that the wall approximately has the shape of the broken lines Flame accepts. A cylindrical vessel 30 is arranged around the combustion chamber 18, which with the outer wall of the combustion chamber 18 delimits an annular space into which a preheated liquid can be introduced. For centering the combustion chamber 18 within the vessel 30 is the upper end of the vessel with a complementary bearing element 31 of the combustion chamber in contact, while the lower end of the combustion chamber in a complementary holder on the bottom wall of the vessel sitting 30th
Vor dem Entzünden der in den Korb 10 eingebrachten Materialprobe wird die in dem Ringraum zwischen der Verbrennungskammer 18 und dem Gefäß 30 vorhandene Flüssigkeit mit Hilfe einer am unteren Ende des Ringraumes angebrach-Before the material sample placed in the basket 10 is ignited becomes the one in the annulus between the combustion chamber 18 and the vessel 30 existing liquid with the help of an attached at the lower end of the annular space
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ten Heizwindung 32 erwärmt. Die Flüssigkeit verteilt diese Wärme über die ganze Wandung der Verbrennungskammer 18, so daß diese Wandung gleichmäßig auf eine Temperatur erwärmt ist, die oberhalb der Kondensationstemperatur der in den erzeugten Verbrennungsprodukten enthaltenen Dämpfe liegt. Es hat sich gezeigt, daß das Vorwärmen der Verbrennungswände zum Halten der Verbrennungsprodukte in gasförmigem Zustand selbst während des Zündvorganges, in Verbindung mit der Flammenform der Kammer, eine gleichmäßige Abführung der Verbrennungsprodukte aus der Verbrennungskammer erlaubt, und zwar so wirkungsvoll, daß tatsächlich kein Rückstand von an den Kammerwänden niedergeschlagenen Verbrennungsprodukten vorhanden ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird auch eine Kondensation innerhalb des Auslaßteils 27 der Verbrennungskammer 18 vermieden, da der Auslaßteil ebenfalls von der vorerwärmten Flüssigkeit im Ringraum zwischen der Verbrennungskammer 18 und dem Gefäß 31 umgeben ist.th heating coil 32 heated. The liquid distributes this heat over the entire wall of the combustion chamber 18, so that this wall is heated evenly to a temperature above the condensation temperature of the lies in the vapors contained in the combustion products produced. It has been shown that preheating the combustion walls to keep the combustion products in gaseous state even during the ignition process, in connection with the flame shape of the chamber, a uniform Allowing the combustion products to be discharged from the combustion chamber so effectively that in fact no residue from deposited on the chamber walls Combustion products is present. In the illustrated embodiment, there is also condensation avoided within the outlet part 27 of the combustion chamber 18, since the outlet part is also preheated by the Liquid in the annular space between the combustion chamber 18 and the vessel 31 is surrounded.
Die ausströmenden Gase gelangen vom,.-Auslaß 27 in eine Rohrleitung 34 und über ein T-VeTbindungsstück 40 in einen Wärmetauscher 41 zum Kühlen der Verbrennungsprodukte und zum Kondensieren der darin enthaltenen Dämpfe. Der Wärmetauscher weist einen Innenkörper 42 auf, der einen Flüssigkeitsdurchlaß bildet und zur Aufnahme der Verbrennungaprodukte aus der Rohrleitung 34 dient. Der Innen-The gases flowing out pass from the outlet 27 into a Pipeline 34 and via a T-connector 40 into one Heat exchanger 41 for cooling the products of combustion and for condensing the vapors contained therein. Of the The heat exchanger has an inner body 42 which forms a liquid passage and for receiving the combustion products from the pipeline 34 is used. The interior
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