DE2905891A1

DE2905891A1 - Integral gekuehlte elektrische durchfuehrung

Info

Publication number: DE2905891A1
Application number: DE19792905891
Authority: DE
Inventors: Edward Francis Cronin
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1978-02-21
Filing date: 1979-02-16
Publication date: 1979-08-23
Also published as: NL7900333A; JPS54126925A; US4169965A; IT1110660B; ES477891A1; GB2018047A; CA1118061A; IT7920341A0; FR2417830A1

Description

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Durchführungen, die aus einem Porzellangehäuse bestehen, das konzentrisch um einen metallischen Durchführungsleiter herum angeordnet ist. Das Porzellangehäuse verhindert, daß elektrische Entladungen zwischen dem elektrischen Leiter und dem Transformatagehäuse auftreten, wenn die Durchführung in das Gehäuse eingebaut ist.

Um zu verhindern, daß die Durchführung überhitzt wird, wenn hohe Ströme in und aus dem Transformator geleitet werden, enthält das Porzellangehäuse im allgemeinen eine Füllung aus Isolieröl als ein flüssiges Kühlmittel. Die natürliche Konvektion des Öles innerhalb der abgedichteten Durchführungseinheit schützt die Durchführung vor einer überhitzung. Das Öl führt auf wirksame Weise Wärme von den heißeren Bereichen der Durchführung zu den kühleren Bereichen in einem kontinuierlichen Konvektionsprozeß.

Wenn sehr hohe Spannungen und Ströme durch die mit öl gefüllten Durchführungen geführt werden sollen, muß ein Leiter mit einer beträchtlichen Größe vorgesehen sein, um eine ausreichende Kühlung sicherzustellen, oder es müssen mehrere Durchführungen elektrisch parallel geschaltet sein. Bei einigen Anwendungsfällen ist eine Öffnung in dem unteren Abschnitt der Durchführung vorgesehen, die mit dem Transformatoröl in Verbindung steht. Das öl von dem Transformator selbst zirkuliert dann durch die Durchführung, um den Durchführungsleiter zu isolieren und zu kühlen. Die US-PS 3 626 beschreibt eine elektrische Durchführung, die Kühlöl des Transformators zur Kühlung des Durchführungsleiters verwendet.

Ein alternatives Verfahren zur Kühlung von Hochleistungs-Durchführungen besteht darin, daß eine getrennte Wärmetauscher- und Pumpanordnung vorgesehen ist, um Öl zu Kühlzwecken durch die Durchführung zu leiten. Die US-PS 1 983 731 beschreibt eine Hochtemperatur-Durchführung mit einem getrennten Wärmetauscher zum Kühlen des Durchführungsöles.

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Wegen der kürzlichen Restriktionen bezüglich der Art des Transformator-Kühlöles kann der Preis für geeignetes Öl in großen Leistungstransformatoren unerträglich werden. Die Verwendung einer Mehrzahl großer, mit Öl gefüllter Durchführungen vergrößert weiter die gesamte Ölmenge und vergrößert ferner den gesamten Aufwand des Systems.

Eine elektrische Durchführung für Hochleistungstransformatoren gemäß der Erfindung wird integral gekühlt, indem das Transformator-Kühlmittel in einem vorgegebenen thermischen Zwangszyklus geteilt wird. Wenn der Transformator ein mit Öl gefüllter Transformator mit einem Hilfswärmetauscher ist, wird das gekühlte Transformatoröl zunächst durch die Durchführung gepumpt, um die Durchführung zu kühlen, bevor es in den Transformator eintritt. Wenn der Transformator ein durch Verdampfung gekühlter Transformator ist, wird das kondensierte Kühlmittel zunächst durch die Durchführung geleitet, bevor es zum Transformator zurückgeleitet wird.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält die Durchführung eine äußere Porzellanhülle, die das Porzellangehäuse der Durchführung umgibt, um das Kühlmittel einzuschließen. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Abstandsvorrichtung verwendet, um das Kühlmittel entlang dem Durchführungsleiter zu leiten, um die Menge des verwendeten Kühlmittels wesentlich zu verkleinern.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Figur 1 ist eine Draufsicht auf die integral gekühlte Durchführung gemäß der Erfindung. ^r

Figur 2 ist eine ausexnandergezogene Draufsicht auf die in Fig. 1 gezeigte Durchführung.

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Figur 3 ist eine Schnittansicht des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispieles .

Figur 4 ist eine Schnittansicht von einem anderen Ausführungsbeispiel der integral gekühlten Durchführung gemäß der Erfindung.

Figur 5 ist eine Seitenansicht von einem Öltransformator mit Hilfskühlung, der die integral gekühlte Durchführung gemäß der Erfindung aufweist.

Figur 6 ist eine Seitenansicht von einem verdampfungsgekühlten Transformator mit integral gekühlten Durchführungen gemäß der Erfindung.

Figur 1 zeigt eine integral gekühlte Durchführung 10 mit einem Porzellangehäuse 11, das zahlreiche ümfangsrippen 12 aufweist, um einen Überschlag zwischen dem Anschluß 14 und der metallischen Erdhalterung zu verhindern, wenn die Durchführung 10 in ein Transformatorgehäuse eingebaut wird.

Zwischen dem oberen Anschluß 14 und dem unteren Anschluß 19 ist eine durchgehende elektrische Verbindung vorgesehen, da beide Anschlüsse mit einem durchgehenden, einstückigen Metalleiter verbunden sind. Um das Porzellangehäuse 11 herum ist eine äußere Porzellanhülle 15 vorgesehen, um die Strömung von einem Transformator-Kühlmittel innerhalb der Durchführung 10 in einer noch zu beschreibenden Weise einzuschließen und zu steuern. Das Transformator-Kühlmittel tritt in die Durchführung 10 über ein Paßstück bzw. Fitting 16 ein, und die Hülle 15 ist mit dem Befestigungsflansch 31 durch eine Dichtung 21 abgedichtet. Die gesamte Durchführungsanordnung ist durch einen Leiter 26 unter Federspannung zusammengehalten, der den oberen Anschluß 14 und den unteren Anschluß 19 verbindet. Um die Relation zwischen der Porzellanhülle 15 und den Anschlüssen 14 und 19 zu zeigen, wird nun auf Figur 2 eingegangen.

Figur 2 zeigt die Durchführungskomponenten, bevor sie zu dem in Fig. 1 gezeigten Körper zusammengesetzt werden. Das Porzellange-

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häuse 11 ist dicht schließend an dem oberen Anschluß 14 befestigt und paßt mit einer Umfangsdichtung 21 zusammen, die auf der obersten Umfangsrippe sitzt und die zur Abdichtung des Porzellangehauses 11 dient. Das Leitungspaßstück 16 wird durch eine Halterung 31 getragen und bildet ein zweckmäßiges Mittel zum übertragen von Öl in den zwischen der äußeren Porzellanhülle 15 und dem Gehäuse 11 gebildeten Raum. Es können zwar auch andere Mittel zur Ausbildung des äußeren Porzellangehauses 15 vorgesehen sein, aber das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist leicht an derzeit gefertigte Gehäuse 11 anpaßbar, so daß nur geringe Änderungen erforderlich sind, um die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile zu erhalten. Figur 3 ist eine detaillierte Schnittansicht des montierten Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 1. Das Gehäuse 11 ist durch eine Dichtung 21 mit der oberen Elektrode 14 und mit dem Leitungspaßstück 16 der Halterung 31 durch zwei Dichtungen 21 abgedichtet, wobei die eine auch zur Abdichtung des äußeren Porzellanmantels 15 an dem einen Ende dient, und das andere Ende des Mantels 15 ist durch eine Dichtung 21 mit einer unteren Scheibe 17 abgedichtet.

Um für eine ausreichende Spannung während der ersten Installation zu sorgen und um Änderungen in den thermischen Expansionen und Kontraktionen des Leiteres 26 aufzunehmen, sind zwischen den unteren Scheiben 17 und 22 mehrere Federn 23 eingesetzt.

Ein zylindrischer Metalleiter 26 bildet die elektrische Verbindung zwischen dem oberen Anschluß 14 und dem unteren Anschluß 19. Der Leiter 26 ist an der oberen Elektrode 14 durch einen Gewindeeinsatz auf dem Leiter 26 und einem komplimentären Gewindeabschnitt auf dem Ende der Elektrode 14 befestigt. Die untere Elektrode 19 enthält ebenfalls einen Gewindeabschnitt für eine Verbindung mit dem gegenüberliegenden Gewindeende des Leiters 26. Die Schraubanordnung an beiden Enden des Leiters 26 dient dazu, die gesamte Durchführungsanordnung 10 zusammenzuhalten und um den notwendigen Druck auf die Hülle 15 und die Dichtungen 21 auszuüben. Die konzentrische Anordnung zwischen dem Außenmantel 15 und dem Gehäuse 11 bildet einen Kanal 27 für die Umwälzung von Kühlmittel. Ein zweiter Kanal 28 ist zwischen dem elektrischen Leiter 26 und dem Gehäuse 11 für den

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Transport von Kühlmittel entlang dem Leiter 26 vorgesehen, und ein Zugang zwischen dem Kanal 27 und dem Kanal 28 ist durch eine Öffnung 5 geschaffen. Ein dritter Kanal 29 wird durch das Einsetzen einer Verdrängungseinrichtung 24 geschaffen, die den größeren Teil des dem elektrischen Leiter 26 zugeordneten Volumens füllt. Diese Verdrängungseinrichtung 24 dient nicht nur dazu, die Kühlmittelströmung sehr nahe an den elektrischen Leiter 26 zu drängen, sondern auch um das Volumen innerhalb der Durchführung 1O zu verändern, das anderenfalls mit teurem Öl gefüllt sein würde. Die Verdrängungseinrichtung 24 kann aus einem Zylinder aus entweder elektrisch leitfähigem oder elektrisch isolierendem Material bestehen. Eine ideale Konfiguration für die Verdrändungseinrichtung 24 könnte ein Aluminium-Zylinder sein. Das Aluminiummaterial würde eine Wärmesenke für die Durchführung 10 ausbilden bei einer überlastung des Transformators, und es würde für eine Wärmeabfuhr aus der Nähe des elektrischen Leiters 26 weg dienen, der die Hauptwärmequelle innerhalb der Durchführung 10 ist. Um den Umfang der Verdrängungseinrichtung 24 sind mehrere Abstandszapfen 25 vorgesehen, um die richtigen Abmessungen für den dritten Kanal 29 auszubilden, die von den thermischen Belastungen der Durchführung 10 abhängen. Eine Verbindung zwischen dem Kühlkanal 28 und dem dritten Kanal 29 wird durch eine Öffnung 7 durch den oberen Anschluß 14 hindurch oder durch eine Vielzahl von Löchern hergestellt. Durch den unteren Anschluß 19 führt eine Ausgangsöffnung 30 hindurch, um das Öl zum Transformator zu transportieren, wenn die Durchführung 10 in einen Transformator eingesetzt und an dem Transformator durch einen Plansch 31 befestigt ist. Zwischen den Porzellan- und Metallteilen bestehende Berührungspunkte können durch O-Ringdichtungen 6 abgedichtet sein, wo der untere Anschluß 19 auf den elektrischen Leiter 26 trifft. Die Abstandszapfen 25 können aus elektrisch leitenden oder elektrisch isolierenden Materialien hergestellt sein.

Figur 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer elektrischen Durchführung 10 gemäß der Erfindung. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist das Gehäuse in zwei Abschnitte unterteilt, wie beispielsweise in einen oberen Abschnitt 11a und einen unteren

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Abschnitt 11b. Das Leitungspaßstück 16 ist zwischen den oberen und unteren Gehäuseabschnitten 11a, 11b durch zwei Dichtungen 21 angeschlossen. Der Vorteil des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. liegt in der Verwendung eines Leiters 18 mit einer eine abgestufte Beanspruchung aufweisenden Isolierschicht 32, die mehrere leitfähige Streifen 18' umfaßt. Die Zusammenfassung des Leiters 18 und der Isolation 32 sorgt für eine Kapazitätskopplung zwischen den elektrischen Leitern und dem geerdeten Flansch 31. Die Kapazitätskopplung sorgt für eine kleine HF-Spannung für die Durchführungen 10, um die Erzeugung von hochfrequenten Rauschspannungen zu verkleinern. Eine Verdrängungseinrichtung 24 ist zusammen mit Abstandszapfen 25 zu dem gleichen Zweck verwendet, wie es vorstehend für das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 beschrieben wurde. Es sind auch der dritte Kanal 29, der zweite Kanal 28 und der erste Kanal aus den vorstehend beschriebenen Gründen vorgesehen. Ein neuer Kanal 13 ist zwischen den Gehäuseabschnitten 11b und 11a und der elektrischen Leitung 18 ausgebildet, um eine Menge an Isolieröl 4 der Durchführung aufzunehmen. Das Isolieröl 4 bleibt stationär, wogegen das Transformatoröl mit Zwangsströmung dem durch Pfeile angezeigten Pfad in einer Weise folgt, wie es vorstehend für das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 beschrieben wurde. Dieses Öl tritt über eine Ausgangsöffnung 30 in den Transformator ein. Die gemeinsame Verwendung des Isolieröls der Durchführung und des für eine abgestufte Beanspruchung ausgelegten Isoliermaterials 32 sorgt für die geringen HF-Spannungen, wogegen das zirkulierende Kühlmittel zur Kühlung der Elektrode 26 dient, wie es vorstehend beschrieben wurde.

Ein effizientes integrales Kühlsystem, das die integral gekühlten elektrischen Durchführungen 10 gemäß der Erfindung verwendet, ist in Figur 5 gezeigt. Ein mit Öl gefüllter Transformator 34 weist mehrere Durchführungen 10 auf, die aui der Oberfläche durch mehrere entsprechende Flansche 31 befestigt sind. Der Transformator 34 weist eine Zwangskühlung auf, die einen Wärmetauscher 35 mit mehreren Kühlgebläsen 36 aufweist, die auf einem geeigneten Stützrahmen 37 montiert sind. Das Transformatoröl tritt aus dem Transformator

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durch eine obere Leitung 38 aus, wobei es durch den Wärmetauscher 35 geleitet und zum Transformator 34 durch eine Ölumwälzpumpe über eine untere Leitung 39 zurückgeleitet wird. Das Transformator-Kühlöl wird deshalb von dem oberen Pegel des Transformators 34 bei einer bestimmten Temperatur abgezogen, in den Wärmetauscher transportiert, wo Kühlluft eine wesentliche Wärmemenge von dem Öl abzieht, und zu dem unteren Abschnitt des Transformators 34 bei einer niedrigeren Temperatur zurückgeleitet. Die integral gekühlten Durchführungen 10 sind an dem für die Kühlung des Transformatoröles verwendeten Wärmeaustauschmechanismus in der folgenden Weise beteiligt= Ein Teil des gekühlten Transformatoröles wird über eine vertikale Leitung 4 in einen Verteiler 41 geleitet. Der Verteiler 41 weist mehrere Verbindungsleitungen 9 auf, die mit den Leitungspaßstücken 16 an jeder Durchführung 10 verbunden sind. Ein Teil des gekühlten Transformatoröles wird also durch jede der Durchführungen 10 geleitet und kühlt die Durchführung, die Leiter 26 und die Anschlüsse 14 und 19 in dem Verfahren. Da die Menge des durch die Durchführungen 10 transportierten Öles vernachlässigbar ist relativ zur Gesamtmenge des im Transformator 34 verwendeten Öles, wird das Transformatoröl durch die Kühlung der Durchführungen 10 nur wenig erwärmt. Der Surömungsdurchsatz an Transformatoröl durch die Durchführungen 10 kann durch ein Ventil 3 gesteuert werden, um für einen ausreichenden Strömungsdurchsatz in Abhängigkeit von den Lastbedingungen des Transformators 34 zu sorgen.

Ein anderes Anwendungsbeispiel der integral gekühlten Durchführungen gemäß der Erfindung ist in Figur 6 gezeigt, in der ein verdampf ungsgekühlter Transformator 34 dargestellt ist. Das in dem Transformator 34 verwendete Kühlmittel umfaßt im allgmeinen einen Fluorkohlenwasserstoff, wie er gegenwärtig in Klimageräten verwendet wird.

Der verdampfungsgekühlte Transformator 34 verwendet einen Wärmetauscher 42, in dem das Kühlmittel kondensiert, um seine Wärme als Kondensationswärme abzugeben, und es fließt dann zum Transformator 34 über eine Kondensat-Rückleitung 43 zurück. Die auf der Oberseite

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des Transformators 34 montierten Durchführungen 10 werden durch einen Leitungsverteiler 41 gekühlt, der mit der Kondensat-Rückleitung 43 verbunden ist, die mit dem Verteiler 41 über ein Ventil 2 in Verbindung steht. Das kondensierte Kühlmittel tritt über das Leitungspaßstück 16 und eine Verbindungsleitung 4 ein, wie es in Fig. 6 gezeigt ist. Das in die Durchführung 10 eintretende kondensierte Kühlmittel absorbiert Wärme von dem Leiter 26 und tritt durch die Unterseite der Durchführung 10 aus, wie es bereits in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 3 und beschrieben wurde.

Die integral gekühlte Durchführung gemäß der Erfindung nutzt das für den Transformator verwendete Kühlmittel in mehrfacher Weise aus, um auch die Leiterelemente innerhalb der Durchführung zu kühlen. Die effiziente Ausnutzung eines gemeinsamen Kühlmittels für sowohl die Durchführungen als auch die inneren Bauteile des Transformators stellt wesentliche Einsparungen an Transformator-Kühlmittel dar und vergrößert den gesamten betrieblichen Wirkungsgrad des Transformators.

Die integral gekühlten elektrischen Durchführungen gemäß der Erfindung wurden vorstehend zwar in Verbindung mit durch Öl und Kondensation gekühlten Transformatoren als Anwendungsbeispiele beschrieben. Die integral gekühlten Durchführungen können jedoch überall Anwendung finden, wo Durchführungen verwendet werden und wo Durchführungen auch mit Mehrfachausnutzung das Kühlmittel der jeweiligen elektrischen Einrichtung verwenden können.

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L e e r s e i t e

Claims

Ansprüche

Integral gekühlte elektrische Durchführung, insbesondere für eine elektrische Einrichtung mit einem umgewälzten Kühlmittel, mit einem elektrischen Leiter in einem Isoliergehäuse und zwei Anschlüssen an jedem Ende des Leiters zur Herstellung einer durch das Gehäuse hindurchführenden elektrischen Verbindung, gekennzeichnet durch einen äußeren Mantel (15), der das Gehäuse zumindest teilweise strömungsmitteldicht umgibt zum Einschluß von Kühlmittel zum Kühlen der Durchführung, wenigstens einen Einlaß (16) und einen Auslaß (30) zur Zu- und Abfuhr des Kühlmittels und eine in dem Gehäuse (11) enthaltene Verdrängungseinrichtung (24) für das Strömungsmittel zur Ausbildung eines minimalen Strömungsmittel-Übertragungspfades durch das Gehäuse.

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2. Durchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Leiter (26) eine rohrförmige elektrische Leitung ist, die sich zwischen den Anschlüssen (14,19) erstreckt.
3. Durchführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Leiter (26) und. der Verdrängungseinrichtung (24) Abstandsmittel (25) angeordnet sind, die einen ringförmigen Kühlkanal (29) durch das Gehäuse hindurchführend ausbilden.
4. Durchführung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängungseinrichtung (24) einen Zylinder aus leitfähigem Material für eine verbesserte Wärmeübertragung innerhalb des Gehäuses aufweist.
5. Durchführung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsmittel (25) eine Mehrzahl von Zapfen umfassen, die auf dem Umfang der Verdrängungseinrichtung (24) befestigt sind.
6. Durchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite ringförmige Kanäle (27, 28) auf jeder Seite des Gehäuses und eine Öffnung (5) zwischen den ersten und zweiten Kanälen vorgesehen ist für eine Übertragung von Kühlmittel von dem ersten zum zweiten Kanal.
7. Durchführung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß ein Kanal (29) vorgesehen ist, der die ersten und zweiten Kanäle (27,28) verbindet und zwischen der Verdrängungseinrichtung (24) und dem elektrischen Leiter (26) ausgebildet ist zur Übertragung von Strömungsmittel von dem zweiten Kanal zum ersten Kanal.
8. Durchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Strömungsmitteleinlaß (16) durch ein Paßstück gebildet ist, das mit dem Außenmantel (15) und mit

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einem Teil des Gehäuses (11) durch zwei Dichtungen (21) hermetisch abgedichtet ist.
9. Durchführung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Paßstück (16) zwischen den Durchführungsanschlüssen (14,19) angeordnet ist und der Auslaß (30) an dem einen Ende der Durchführung (10) angeordnet ist.
10. Durchführung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß ein Vorratskanal (4) zwischen den ersten und zweiten Kanälen (27,28) vorgesehen ist zur Aufnahme einer Ölmenge für die Durchführung zur Ausbildung einer zusätzlichen Kühlung der Durchführung.
11. Durchführung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 für eine Verwendung bei einer elektrischen Einrichtung mit einem isolierenden Kühlmittel und einem Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von integral gekühlten Durchführungen (10) vorgesehen ist, die mit der elektrischen Einrichtung (34) verbunden sind, die Durchführungen Verdrängungseinrichtungen (24) enthalten zur Ausbildung eines Übertragungspfades für das Strömungsmittel innerhalb der Durchführungen und durch Rohrverbindungen für eine Rückleitung (39) von dem Wärmetauscher (35;42) und den Durchführungen (10) für den Transport von Kühlmittel von dem Wärmetauscher zu den Durchführungen.
12. Durchführung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß jede Durchführung einen Auslaß aufweist, der die Durchführung mit der elektrischen Einrichtung verbindet, um das Kühlmittel zu der elektrischen Einrichtung zurückzuleiten.
13. Durchführung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß das Kühlmittel ein Transformatoröl ist.
14. Durchführung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventil (2;3) zwischen dem Wärme-

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tauscher (35;42) und den Durchführungen (10) vorgesehen ist zum Steuern der Kühlmittelströmung von dem Wärmetauscher zu den Durchführungen.
15. Durchführung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß das Kühlmittel ein verdampfbares Strömungsmittel ist.

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