DE2300794A1

DE2300794A1 - Kernreaktor

Info

Publication number: DE2300794A1
Application number: DE2300794A
Authority: DE
Inventors: Piotr Stanislaw Burylo; Dennis John Hughes
Original assignee: English Electric Co Ltd
Current assignee: English Electric Co Ltd
Priority date: 1971-01-21
Filing date: 1973-01-08
Publication date: 1974-07-11
Also published as: US3883392A; FR2209982A1; GB1306037A; FR2209982B1; CH542496A

Description

Paienicmwalie

Dr.-Ing. Wilhelm Mcliel

DipL-Ing. Wolfgang Mchel . 7265

6 Frankfurt a. M. 1 ====

Parksiraße 13

THE 5SIGLISH EIECTRIC COMPANY LIMITED'/ London, England

Kernreaktor

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kernreaktor, in dessen Druckgefäßwand ein Durchlaß vorgesehen ist, in dem sich ein Wärmetauscher einer Turbomaschine befindet, wobei der Durchlaß durch eine primäre Verschlußvorrichtung verschlossen ist, die ihn gasdicht abdichtet, und ferner durch eine zweite Verschlußvorrichtung, die das Ausströmen von Gas aus dem Durchlaß begrenzt, wenn die primäre Verschlußvorrichtung zerstört wird.

In den Durchlässen der Druckgefäßwände eine» Kernreaktors befindet sich Gas, beispielsweise Helium, das eine hohe i'emperatur aufweist und unter hohem Druck steht· Um das Ausströmen dieses Gases in die Atmosphäre zu verhindern, werden diese Durchlässe abgedichtet.

Bei den bekannten derartigen Durchlässen, die eine primäre Verschlußvorrichtung aufweisen, die für den Durchlaß eine gasdichte Abdichtung bildet, ist die sekundäre Verschlußvorrichtung aus üründen der Sicherheit vorgesehen, da sie das Ausströmen von Gas auf annehmbare Werte begrenzt, bis die primäre Verschlußvorrichtung in einem Austauscharbeitsgang ersetzt worden ist.

Es ist ferner bekannt, daß die primäre Verschlußvorrichtung und die sekundäre Verschlußvorrichtung derartige Doppelver-

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. ORIGINAL INSPECTEi

schlußvorriehtungen (wie aie im folgenden beschrieben sind) durch Druckplatten gebildet werden, die die Durchlässe ver-' schließen, wobei dann die primäre Verschlußvorrichtung eine gasdichte Abdichtung und die sekundäre Verschlußvorriclitung eine leckende Abdichtung bildet.

Die erfindungsgemäße Anordnung der eingangs erwähnten Art ist dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verschlußvorrichtung durch einen Wasserbehälter des Wärmetauschers gebildet ist,

ZwGckmäßigerwoise weiat der Durchlaß an seinem Ende ein zylindrisches Metallfutter auf, an dessen·äußeren Ende die primäre Verschlußvorrichtungj beispielsweise in Form,einer napfförmigen Metallplatte abgedichtet angebracht ist, und der Wasserbehälter verschließt den Durchlaß des !"utters innerhalb der primären Verschlußvorrichtung.

Der wasserbenälter besteht zweckmäßigerweise aus zwei Platten, die au ihren Ränder miteinander dicht verbunden sind und die so geformt sind, daß zwischen ihnen ein Hohlraum entsteht, wobei eine Irennwand den Hohlraum vorzugsweise in eine Zufuhrkammer und eine Ablasskammer unterteilt.

Der V/asserbehälter weist vorzugsweise an seinem Umfang einen ringförmigen flansch auf, von dem mehrere voneinander getrexinte Vorsprünge in radialer Richtung wegragen, während das Putter an seiner Innenseite einen ringförmigen Rand aufweist, der einen Sitz für den Plansch bildet, und der Wasserbehälter wird ferner in dem Putter durch mehrere voneinander getrennte Vorsprünge gehaltert, die in die Vorsprünge des Wasserbehälters an der dem Rand gegenüberliegenden Seite eingreifen, so. daß

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der Flansch mit dem Rand in Berührung bleibt.

Die Breite der Zwischenräume zwischen den Vorsprüngen des Futters ist zweckmäßigerwelse größer als die Breite der Vorsprünge des Wasserbehälters in Umfangsrichtung. Dadurch läßt sich der Wasserbehälter in seine Betriebsstellung in dem Futter durch eine axiale Bewegung einpassen, bei der die Vorsprünge des Wasserbehälters zwischen den Vorsprüngen des Futters hindurch bewegt werden, so daß sie in den Rand eingreifen, worauf hin dann eine teilweise Drehung ausgeführt wird, damit die zusammenpassenden Oberflächen des Wasserbehälters und der Vorsprünge des Futters ineinander eingreifen. Eine derartige Anordnung eignet sich für Doppelverschlüsse, bei denen verschiedene Ausführungsformen von sekundären Verschlußvorr-ichtungen verwendet werden können.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Turbomaschine mit geschlossenem Kreislauf, die in Durchlässen einer Druckgefäßwand eines Kernreaktors untergebracht ist,

Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt durch einen Teil der Fig. 1, der die Verschlußvorrichtungen in Einzelheiten zeigt,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine gegenüber Fig. 2 abgewandelte Ausführungsform und

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Bajonetthalterung, die bei den Verschlußvorrichtungen nach den Fig. und 3 verwendet wird.

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Nach Fig. 1 wird Heliumgas, das in einer (nicht dargestellten) Kernspaltzone eines Kernreaktors erhitzt worden ist, von der Kernspaltzone durch eine Durchführung 1 in einer Druckgefäßwand 2 des Kernreaktors geleitet. Das Gas bewegt sich von der Durchführung 1 durch eine Hochdruckturbine 3, die in einer Bohrung 4 in der Druckgefäßwand 2 angeordnet ist, wobei die Turbine 3 .zusammen mit einem Hochdruckkompressor 6 und einem Niederdruckkompressor 7 eine gemeinsame Welle 5 aufweist und diese antreibt, und das Gas wird ferner von dem Auslaß des Niederdruckkompressors durch einen Zwischenkühler 8 zum Einlaß des Hochdruckkompressors geleitet. Auf der Welle 5 ist aucit ein Startmotor 9 angeordnet.

Nachdem das Gas durch die Turbine 3 geleitet worden ist, bewegt es sich, wie man in Fig. 1 erkennt, bis zum Grund der Bohrung 4 nach unten und anschließend nach oben durch eine Niederdruckturbine 10, die sich in einer L-förmigen Durchführung 11 befindet, die in der Bohrung 4 vorgesehen ist. Der eine Arm der Durchführung 11 wirkt als Durchführungsauslaß und er führt das Gas von der Niederdruckturbine 10 über eine Verbindungsbohrung 12 einem Gasvorwärmer 13 zu.

Die Turbine 10 und ein Wechselstromgenerator 15 weisen eine gemeinsame Welle 14 auf, die von der Turbine 10 angetrieben wird. Der Wechselstromgenerator ist in vertikaler Richtung außerhalb der Druckgefäßwand angeordnet und es ist das untere'" Ende der Bohrung 4 mit Hilfe einer primären Verschlußplatte 16 und einer sekundären Verschlußplatte 17 verschlossen. Das andere Ende der Bohrung 4 ist in ähnlicher Weise durch eine primäre Verschlußplatte 18 und eine sekundäre Verschlußplatte 19 verschlossen.

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Die primären Verschlußplatten 16 und 18 sind mit einer gasdichten Abdichtung auf die Bohrung 4 aufgesetzt und sie verhindern das Ausströmen von Gas aus der Bohrung 4, während die sekundären Verschlußplatten 17 und 19 vorgesehen sind, das Ausströmen von Gas aus der Bohrung 4 zu begrenzen, wenn die primären Verschlußplatten nicht mehr gasdicht sind. Das Ausströmen des Gases wird auf annehmbare Anteile begrenzt, bis eine Abhilfsmaßnahme durchgeführt wird, um die beschädigten primären Verschlußplatten zu ersetzen. Da Gas an den sekundären Verschlußplatten 17 und 19 vorbeiströmen kann, wird sich der Raum zwischen den zugehörigen primären und sekundären Verschlußplatten 18, 19 und 16, 17 mit Gas des gleichen Drucks füllen, wie es das Gas in der Bohrung 4 zwischen den sekundären Verschlußplatten 17 und 19 aufweist. Der Gasvorwärmer 13 ist in einer zweiten Bohrung 20 in der Druckgefäßwand parallel zu der Bohrung 4 angeordnet, wobei sich in dem unteren Ende der Bohrung 20 (wie man in Fig. 1 erkennt) ein Wärmeableitungskühler 21 befindet und wobei sich die Verbindungsbohrung 12 in die Bohrung 20 zwischen dem Gasvorwärmer 13 und dem Wärmeableitungskühler 21 öffnet. Eine zweite Verbindungsbohrung 22 verbindet die Bohrung 4 mit dem Wärmeableitungskühler 21 und in dieser Bohrung 22 befindet sich eine Nebenweg-Absperranordnung, die allgemein mit dem Bezugszeichen 23 bezeichnet ist und die so wirkt, daß sie das Gas direkt dem Wärmeableitungskühler 21 zuleitet, ohne daß es die Niederdruckturbine 10 durchströmt. Der Wärmeableitungskühler kühlt das Gas genügend, daß es dem Gasvorwärmer 13 zugeführt werden kann.

Eine derartige Betriebsweise wird beispielsweise dann eingestellt, wenn die Last von der Welle 14 des Wechselstromgenerators weggenommen wird, damit die Turbine 10 dann keine zu großen Drehzahlen erreicht.

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In der Bohrung 20 befindet sich über dem Gasvorwärmer 13 ein Vorkühler 24 und nachdem das Gas durch den Gasvorwärmer nach oben geströmt ist, wird es durch den Vorkühler 24 geleitet. Das Gas wird von dem Vorkühler 24 durch eine dritte Verbindungsbohrung 25 in die Bohrung 4 geleitet.

Das Gas strömt dann durch den Niederdruckkompressor 7, den Zwischenkühler 8 und den Hochdruckkompressor 6 in eine vierte Verbindungsbohrung 26, die das Gas in die Bohrung 20 zurück- ^ '' leitet, so daß es rings um die Rohre des Gasvorwärmers 13 nach unten geleitet wird, wobei durch die Rohre des Gasvorwärmers 13 nach oben strömendes Gas erwärmt wird. Schließlich wird das Gas über eine Auslaßdurchführung 27, die mit der Bohrung 20 verbunden ist, der Kernspaltzone wieder zugeführt.

Die meisten der oben beschriebenen Merkmale liegen auch bei einer Gasturbinenanordnung mit geschlossenem Kreislauf vor, deren Betriebsweise und Wirkungsweise bekannt sind und daher im folgenden nicht weiter beschrieben werden.

Der Vorkühler 24 und der Wärmeableitungskühler 28 sind ähnlich aufgebaut und sie befinden sich an einem Ende der Bohrung 20.Diese enthält unter hohem Druck stehendes Heliumgas und sie muß ebenso wie die Bohrung 4 mit primären und sekundären Verschlußplatten versehen sein, damit kein Gas aus der Bohrung austritt.

Wie dies nun erreicht wird, wird im folgenden anhand von Fig. beschrieben, in der die Einzelheiten des Vorkühlers 24 dargestellt sind. In der Bohrung 20 befindet sich an ihrem Ende ein zylindrisches Futter 30, an dem eine napfförmige Verschlußplatte 32 bei 31 festgenietet und angeschweißt ist, deren konvexe Oberfläche in die Bohrung hineinragt", so wie es dargestellt ist. An dem aus Stahl bestehenden Futter sind innerhalb der Verschlußplatte 32 napfförmige Platten

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napfförmige Platten 33 und 34 angeordnet, deren konvexen Oberflächen auch nach innen weisen und wobei der Raum zwischen den Platten 33 und 34 einen Wasserbehälter für den Vorkühler 24 bildet. Dieser Raum ist in eine Innenkammer 35, die sich radial innerhalb einer ringförmigen Wand befindet, die mit den beiden Platten verbunden ist, und einer Außenkammer 37 aufgeteilt, die sich radial außerhalb der Wand 36 befindet. In Öffnungen der unteren Platte 34 sind Düsen 38 eingeschweißt und es sind mehre U-förmige Rohre 39 mit den Düsen 38 verbunden, so daß ein Ende jedes Rohres, das über eine Düse mit der Außenkammer 37 verbunden ist und das andere Ende dieses Rohres über eine Düse 38 mit der Innenkammer 35 verbunden ist.

Durch die äußere Verschlußplatte 32 ragen Einlaßrohre 40, die mit ihren Enden in Öffnungen in der Platte 33 festgeschweißt sind und sie leiten Kühlwasser in die Außenkammer 37. Dieses Kühlwasser strömt durch die U-förmigen Rohre 39 und nimmt die Wärme des Gases in der Bohrung auf und wird dann in die Innenkammer 35 abgegeben. Wenn auch jedes einzelne Rohr 39 in der Zeichnung als ein Rohr zur besseren Übersicht dargestellt ist, so werden doch für diese Rohre normalerweise sehr viele Rohre mit kleinem Durchmesser verwendet.

Das erwärmte Wasser wird aus der Kammer 35 über Auslaßrohre 41 abgeleitet, die durch die primäre Verschlußplatte 32 hindurchragen und an ihren Enden mit öffnungen in der Platte 33 verschweißt sind. Die Rohre 40 und 41 sind gekröpft, damit sie irgend eine thermische Ausdehnung kompensieren können und sie sind in Öffnungen in der Platte 32 eingeschweißt, durch die sie hindurch führen. Spannungskompensationsplatten 43 sind um alle Öffnungen in den Platten 32 und 33 herum geschweißt.

Der Wasserbehälter, d.h. die Platten 33 und 34 bilden das zweite Verschlußteil für die Bohrung 20 und sie werden in der

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folgenden Weise befestigt.

Die Platte 34 weist einen Umfangsflansch 44 auf, die an einen Umfangsflansch 53 an der Platte 33 an aneinandergrenzenden Flächen 45 genietet und geschweißt ist. Die Platte 34 weist auch einen zweiten Umfangsflansch 46 auf, an dessen Rand radial herausragende Vorsprünge (siehe Fig. 4) vorgesehen sind. Der Flansch 46 verläuft zwischen einem festen Umfangsrand und radialen Vorsprüngen 51, die von dem Rand an der Innenfläche des Futters 30 in einem bestimmten Abstand angeordnet sind. Die Zahl und der Abstand der VorSprünge 51 an dem Futter sind ebenso groß wie die der Vorsprünge 47 an dem Flansch 46 und wenn sich die Platte 34 in dem Futter 30 in ihrer Arbeitsstellung befindet, dann greifen die Vorsprünge 47 an dem Rand 48 des Flansches 46 in Aussparungen 52 ein, die zwischen den Vorsprüngen 51 und dem festen Rand 49 des Futters bestehen und der Flansch 46 stößt gegen und ruht auf dem festen Rand 49 des Futters 30, so wie es dargestellt ist.

Um.die Platte 34 in dem Futter 30 in die richtige Lage zu bringen, wird sie zunächst so in das Futter 30 eingesetzt, daß die Vorsprünge 47 an ihrem Flansch 46 durch die Durchbrüche 50 zwischen den Vorsprüngen 41 an der Innenfläche des Futters hindurch gehen und an dem festen Rand 49 aufsitzen. Die Platte 34 wird dann gegenüber dem Futter verdreht, so daß die Vorsprünge 47, 51 ausgerichtet werden, wodurch der Flanscaio· 46 fest gegen den Rand 49 gedrückt wird. Diese Anordnung bildet eine Bajonetthalterung für die Platte 34 in dem Futter 30. Die sich berührenden Oberflächen des Flansches 46 und des Rands bilden eine Abdichtung zwischen der Bohrung 20 und dem Raum zwischen der primären Verschlußplatte 32 und der Platte 33.

Es strömt gas von der Bohrung 20 in diesen Raum, in dem es durch die primäre Verschlußplatte 32 gehalten wird. Wenn die Platte 32 beschädigt wird, dann strömt Gas aus diesem Raum aus, jedoch ist das Ausströmen des Gases aus der Bohrung 20

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auf einen angemessenen Wert durch die Dichtungswirkung des Rands 49 begrenzt, bis durch eine entsprechende Hilfsmaßnahme die zerbrochene primäre Verschlußplatte ersetzt worden ist.

Der Aufbau des Vorkühlers 24, der in Fig. 3 dargestellt ist, ähnelt dem Aufbau der zuvor beschriebenen Anordnung mit der Ausnahme, daß die Einlaßrohre 40 und 41 mit Ausdehnungsmanschetten 60 versehen sind, die zwischen der Verschlußplatte 32 und der Platte 33 angeordnet sind und die thermische Aus- ■■"■ todehnungen ausgleichen sollen, denen die Rohre 40 und 41 ausgesetzt sind.

Der Wärmeableitungskühler 21 ist ähnlich aufgebaut wie der Vorkühler 24 und der Wasserbehälter des Kühlers 21 bildet einen zweiten Verschluß für das andere Ende der Bohrung. .

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Claims

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Patentansprüche

Kernreaktor, in dessen Druckgefäßwand ein !Durchlaß vorgesehen ist, in dem sich ein Wärmetauscher einer Turbomaschine befindet, wobei der Durchlaß durch eine primäre Verschlußvorrichtung verschlossen ist, die ihn gasdicht abdichtet, und ferner durch eine zweite Verschlußvorrichtung, die das Ausströmen von Gas aus- dem Durchlaß begrenzt, wenn die primäre Verschlußvorrichtung zerstört wird,

dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verschlußvorrichtung durch einen Wasserbehälter (33,34 usw.) des Wärmetauschers gebildet ist.
2. Kernreaktor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet," daß die erste Verschlußvorrichtung (32) das äußere Ende eines hohlen Zylinders verschließt, der ein Putter (30) am Ende des Durchlasses (20) bildet,und daß sich der Wasserbehälter (33, 34 usw.) in. der Bohrung des Zylinders weiter innen als die primäre Verschlußvorrichtung (32) befindet.
3. Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g.e kennzeichnet, daß der Wasserbehälter zwei Platten (33, 34) aufweist, die an ihren Rändern (44, 53) dicht verbunden sind und die so geformt sind, daß ein Hohlraum (35, 37) zwischen ihnen vorliegt.
4. Kernreaktor nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,-daß zwischen den Platten eine Trennwand (36) vorgesehen ist, die den Hohlraum in mindestens zwei Kammern (35,37)

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aufteilt.
5. Kernreaktor nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet,, daß die Trennwand (36) ringförmig ist und den Hohlraum in eine innere Kammer (35) radial innerhalb der Trennwand und in eine äußere Kammer (37) radial außerhalb der Trennwand aufteilt.
6. Kernreaktor nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Innenkammer (35) eine Abflußkammer darstellt und die Außenkammer (37) eine Zufuhrkammer darstellt.
7. Kernreaktor nach Anspruch 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,

daß der Wasserbehälter an seinem Umfang einen ringförmigen Flansch(46) aufweist, der mehrere voneinander getrennte und radial herausragende Vorsprünge (47) enthält, daß das zylindrische Futter an der Innenseite einen ringförmigen Rand (49) aufweist, der einen Sitz für den Flansch (46) bildet, daß der Wasserbehälter (33, 34) innerhalb des zylindrischen Futters (30) durch mehrere voneinander getrennte Vorsprünge (51) gehaltert ist, die in die Vorsprünge (47) des Wasserbehälters auf der von dem Rand (49) entfernten Seite eingreifen, so daß sie den Flansch (46) in Berührung mit dem Rand (49) halten,und daß die Größe der Abstände zwischen den Vorsprüngen (51) des zylindrischen Futters (30) größer ist als die Breite der Wasserbehältervorsprünge (47) in Ümfangsrichtung, so daß der Wasserbehälter in seine Arbeitsstellung in dem zylindrischen Futter (30) dadurch eingepaßt werden kann, daß eine axiale Bewegung ausgeführt wird, durch die die Wasserbehältervorsprünge (47). zwischen die Vorsprünge (51) des zylindrischen Futters gelangen, bis sie auf dem Rand (49)

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aufsitzen, so daß bei einer folgenden teilweisen Drehung die zusammenwirkenden Flächen der Vorsprünge des Wasserbehälters und des zylindrischen Futters ineinander greifen.
8. Kernreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß Rohre (40, 41) durch die primäre Verschlußvorrichtung (32) gasdicht hindurchgeführt sind und daß diese Rohre zwischen dem Wasserbehälter (33, 34) und der primären Verschlußvorrichtung (32) zur Ermöglichung thermischer Ausdehnung gekröpft sind.
9. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

daß Rohre (40, 41), die dem Wasserbehälter Wasser zuleiten und von ihm abführen, durch die primäre Verschlußvorrichtung gasdicht hindurchgeführt sind und daß sie zwischen dem Wasserbehälter (33, 34) und der primären Verschlußvorrichtung (32) Ausdehnungsmanschetten (60) für die thermische Ausdehnung aufweisen,
10. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

daß die primäre Verschlußvorrichtung (32) eine napfförmige Metallplatte aufweist, die an dem Ende des zylindrischen Futters (30) festgenietet und festgeschweißt ist, wobei ihre konvexe Oberfläche nach innen gerichtet ist (Fig. 2 und 3).
11. Kernreaktor nach Anspruch 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserbehälter durch zwei napfförmige⁴ Platten (33, 34) gebildet ist, die ineinandergepaßt sind, daß die innere Platte einen Umfangsflansch (53) aufweist, der mit dem Rand (44) der äußeren Platte (34) dicht verbunden ist und daß der Wasserbehälter so in dem zylindrischen Futter

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(30) angeordnet ist, daß die konvexen Oberflächen der Platten nach innen in den Durchlaß gerichtet sind.
12. Kernreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß (20), in dem sich ein Wärmetauscher befindet, an beiden Enden durch eine primäre Verschlußvorrichtung (z.B. 32) abgedichtet ist, die eine gasdichte Abdichtung an dem entsprechenden Ende des Durchlasses (20) bildet und ferner durch jeweils eine sekundäre Verschlußvorrichtung (z.B. 33» 34) abgedichtet ist, die durch einen Wasserbehälter des Wärmetauschers gebildet ist, der sich innerhalb der primären Verschlußvorrichtung befindet.
13. Kernreaktor nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet-,

daß der Wasserbehälter an dem einen Ende des Durchlasses einen Teil eines Wärmeableitungskühlers (21) und der Wasserbehälter an dem anderen Ende des Durchlasses einen Teil eines Vorkühlers (24) bildet.

Rei/Pi.

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