EP0809081B1 - Hybrid-Plattenwärmetauscher - Google Patents

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EP0809081B1
EP0809081B1 EP97250157A EP97250157A EP0809081B1 EP 0809081 B1 EP0809081 B1 EP 0809081B1 EP 97250157 A EP97250157 A EP 97250157A EP 97250157 A EP97250157 A EP 97250157A EP 0809081 B1 EP0809081 B1 EP 0809081B1
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plate
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plate heat
comb
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Osama Dipl.-Ing. Nasser
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APV Thermotech GmbH
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APV Thermotech GmbH
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/001Casings in the form of plate-like arrangements; Frames enclosing a heat exchange core
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0037Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the conduits for the other heat-exchange medium also being formed by paired plates touching each other
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/007Auxiliary supports for elements
    • F28F9/0075Supports for plates or plate assemblies
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00Fastening; Joining
    • F28F2275/20Fastening; Joining with threaded elements
    • F28F2275/205Fastening; Joining with threaded elements with of tie-rods

Definitions

  • the invention relates to a plate heat exchanger from plate packs with a variety from under Formation of wavy channels and tubular channels embossed and / or corrugated stainless steel plates in which countercurrent heat transfer, flowing Media can be moved past each other, and the plate packs through pressure plates and between them transverse tie rod screws guided in screw sleeves are held together.
  • Such plate heat exchangers serve two separate media with different temperatures to lead past each other.
  • the media for example a hot gas and a colder coolant, are in the so-called cross countercurrent passed each other. Between the corrugated sheets and heat transfer takes place in the hollow walls instead of. Since streaming media can be quite aggressive and corrosion of the plate packs are they are made of stainless steel.
  • the object of the present invention is the stainless steel content in the case of a plate heat exchanger described type to reduce the processing facilitate and ensure functional safety.
  • the task is solved in that the wavy Channels on both sides through a hood and an end plate are covered, the corrugated channels belonging to each other Channels and the tubular channels in the area of the hood closed at the end by stainless steel comb plates are, the comb plates with comb bindings the face plates are welded, the plate packs on both sides with relatively thin stainless steel Side plates are sealed and the side plates held by pressure holding plates made of structural steel and are supported.
  • the stainless steel parts serve only the actual corrosion protection, while the strength and stability tasks through so-called black material, that means structural steel like ST37, ST52, etc. are manufactured.
  • the thin-walled Stainless steel plates with a wall thickness of approx. 0.8 mm existing plate packs are also thin-walled Stainless steel side plates welded into one unit. Because the pressure holding plates with this unit they are not welded but screwed together expand freely when exposed to heat. This allows very high temperature differences between both between the two media as well as between the medium and the environment.
  • Such a plate heat exchanger can thereby be the same Functional reliability and corrosion resistance also for media with very high. Temperatures and temperature differences be used.
  • the plate heat exchanger 10 shown in FIG. 1 consists of a variety of plate packs 11, such as they are indicated in FIG. 3.
  • the plate packs 11 are held together by pressure holding plates 20, as shown in the lower parts of Figures 1 and 3 are.
  • the plate packs 11 consist of embossed and / or corrugated plates, the wavy channels 31 and form tubular channels 32, as shown in FIG Are shown in detail.
  • the wavy channels 31 are through a hood 14 and an end plate 15 covered.
  • the end plate 15 is held in rectangular flanges 13, which in turn with a Rectangular lid 12 are connected.
  • the rectangular lid 12 is provided with a pipe-side connection 35.
  • the rectangular lid 12 consists of normal Mild steel and is thin on the inside Cover lining 16 made of stainless steel.
  • the hood 14 is provided with a connecting flange 19 on the shaft side.
  • the shaft side is in the area the hood 14 through a comb plate 17 from the tube side separated.
  • the comb plates 17 are welded 18 in the area of a comb 33 with the welded free end of the end plate 15.
  • the hood 14 is also welded to the end plate 15.
  • the Comb plate 17 is made of stainless steel and is relatively thin executed against the face plate 15. It just points about 1/4 the thickness of the end plate 15.
  • a vacuum can occur in the hoods 14; she are therefore, as shown in Figure 3, with inside Support tubes 38 reinforced.
  • the support tubes 38 are in welds 39 connected with support tube reinforcement plates 37.
  • the Support tube reinforcement plates 37 are the support tubes 38 held on the relatively thin side plates 22.
  • the Side plates 22 are made of stainless steel and are, like the figure 3 shows in its lower part of the massive Pressure holding plates 20 held from a normal Structural steel exist.
  • FIG. 5 further shows, are in front of the plate packs 11 extending screw sleeves 21 through the side plates 22 out.
  • the screw sleeves 21 are at the ends with weld seams 26 with the relatively thin side plates 22 welded.
  • the side plates 22 consist of Stainless steel and are practically just a cladding for the stronger pressure holding plates arranged behind 20, made of normal structural steel, so-called black material, are made.
  • Tension bolts 23 are through the screw sleeves 21 led the opposing pressure plates 20 via nuts 24 against the side plates 22 or hold the plate packs 11. Support the nuts 24 itself over lugs 25 in the holes 36 of the pressure holding plates 20.
  • the holes 36 have a larger diameter than the outside diameter the screw sleeves 21 corresponds to the pressure holding plates 20 of the welds 26 of the stainless steel side plates 22 to be kept free.
  • FIGS. 6 and 7 show, are between the plate packs 11 and the rectangular flanges 13 lateral Deflection plates 27 and 29 are provided.
  • the other free ends are in the area of the rectangular flange 13 freely in V-shaped deflection profiles 28 held.
  • the baffles 27 are thereby with one end freely movable and can compress.
  • the second, somewhat smaller baffles 29 are on held at one end by the comb-shaped plate packs 11. On the other hand, it is with a weld 30 connected with the same screw sleeves 21 the larger baffles 27.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher, bestehend aus Plattenpaketen mit einer Vielzahl aus unter Bildung wellenförmiger Kanäle und rohrförmiger Kanäle geprägter und/oder gewellter Edelstahl-Platten, in denen im Kreuzgegenstrom wärmezuübertragende, strömende Medien aneinander vorbeiführbar sind, und die Plattenpakete durch Druckhalteplatten und zwischen diesen querverlaufende, in Schraubhülsen geführte Zugankerschrauben zusammengehalten sind.
Derartige Plattenwärmetauscher, wie sie beispielsweise aus der DE-A-1751976 bekannt sind, dienen dazu, zwei voneinander getrennte Medien mit unterschiedlichen Temperaturen aneinander vorbei zu führen. Die Medien, beispielsweise ein heißes Gas und eine kältere Kühlflüssigkeit, werden dabei im sogenannten Kreuzgegenstrom aneinander vorbei geführt. Zwischen den Wellblechen und den hohlen Wandungen findet dabei ein Wärmeübergang statt. Da strömenden Medien recht aggressiv sein und eine Korrosion der Plattenpakete bewirken können, sind sie aus Edelstahl gefertigt.
Edelstahl ist relativ teuer und äußerst schwierig zu ver- und bearbeiten. Zur Kostensenkung ist es dazu aus der DE 40 31 436 A1 bekannt, die Plattenwärmetauscher modular aus Stapelgestellen aufzubauen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Edelstahlanteil bei einem Plattenwärmetauscher der eingangs beschriebenen Art zu verringern, die Verarbeitung zu erleichtern und die Funktionssicherheit zu gewährleisten.
Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass die wellenförmigen Kanäle auf beiden Seiten durch je eine Haube und ein Stirnblech abgedeckt sind, wobei die jeweils zweinander gehörenden Kanäles der wellenförmigen Kanäle und der rohrförmigen Kanäle im Bereich der Haube durch aus Edelstahl bestehende Kammbleche endseitig verchlossen sind, die Kammbleche über Kammeinbindungen mit den Stirnblechen verschweißt sind, die Plattenpakete beidseitig mit aus Edelstahl bestehenden, relativ dünnen Seitenblechen abgedichtet sind und die Seitenbleche von aus Baustahl bestehenden Druckhalteplatten gehalten und abgestützt sind.
Durch diese Maßnahmen wird ein Plattenwärmetauscher geschaffen, bei dem die Edelstahlbauteile keine tragende Funktion mehr auszuüben haben. Die Edelstahlanteile dienen lediglich dem eigentlichen Korrosionsschutz, während die Festigkeits- und Stabilitätsaufgaben durch sogenanntes Schwarzmaterial, daß heißt Baustahl wie ST37, ST52 usw. gefertigt sind. Die aus dünnwandigen Edelstahl-Platten mit einer Wanddicke von ca. 0,8 mm bestehenden Plattenpakete sind mit ebenfalls dünnwandigen Edelstahl-Seitenblechen zu einer Einheit verschweißt. Da die Druckhalteplatten mit dieser Einheit nicht verschweißt sondern verschraubt sind, kann sie sich bei Wärmeeinwirkung frei ausdehnen. Dadurch können sehr hohe Temperaturdifferenzen sowohl zwischen den beiden aneinander vorbeigeführten Medien als auch zwischen dem Medium und der Umgebung aufgenommen werden. Ein solcher Plattenwärmetauscher kann dadurch bei gleicher Funktionssicherheit und Korrosionsbeständigkeit auch für Medien mit sehr hohen. Temperaturen und Temperaturdifferenzen eingesetzt werden.
Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Die Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben; es zeigt:
Figur 1
die Seitenansicht, teilweise ohne und teilweise mit Druckhalteplatten, eines erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers, mit durch eine Haube abgedeckter Seite der wellenförmigen Kanalmündungsseite, die mit einer Edelstahl-Kammblechabtrennung gegenüber der Rohrseite verschweißt und aus Schwarzmaterial gefertigt ist, mit innenseitigen Stützrohren;
Figur 2
die Detaildarstellung der Edelstahl-Kammblechabdeckung gemäß dem Ausschnitt II in der Figur 1;
Figur 3
die Vorderansicht eines Plattenwärmetauschers nach der Figur 1, dargestellt teilweise ohne und teilweise mit Druckhalteplatten, mit zwischen den beidseitigen Druckhalteplatten angeordneten Plattenpaketen, die durch in Schraubhülsen verlaufenden Zugankerschrauben mit-einander verbunden sind, und mit durch innere Stützrohre abgestützten wellenseitigen Hauben;
Figur 4
die Detaildarstellung eines inneren Stützrohres zur Abstützung der wellenseitigen Hauben eines Plattenwärmetauschers gemäß dem Ausschnitt IV in der Figur 3;
Figur 5
die Einzelheit "Z" in der Figur 3, mit Darstellung der Verbindung zwischen den dünnen Edelstahl-Seitenblechen und den Schraubhülsen, die von Druckhalteplatten aus Schwarzmaterial gehalten werden;
Figur 6
die Draufsicht auf einen Plattenwärmetauscher nach der Figur 1, teilweise geschnitten, mit an einer Schraubhülse verschweißten Umlenkblechen;
Figur 7
den Schnitt gemäß der Linie VII-VII in der Figur 6 in Draufsicht.
Der in der Figur 1 dargestellte Plattenwärmetauscher 10 besteht aus einer Vielzahl von Plattenpaketen 11, wie sie in der Figur 3 angedeutet sind. Die Plattenpakete 11 werden von Druckhalteplatten 20 zusammengehalten, wie sie in den unteren Teilen der Figuren 1 und 3 dargestellt sind.
Die Plattenpakete 11 bestehen aus geprägten und/oder gewellten Platten, die wellenförmige Kanäle 31 und rohrförmige Kanäle 32 bilden, wie sie in der Figur 5 im Detail dargestellt sind. Dabei verläuft die sogenannte Wellenseite, die aus wellenförmig geprägten und zusammengeschweißten Platten 34 besteht, quer zu der sogenannten Rohrseite, die aus rohrförmig geprägten Platten 34 besteht.
Die wellenförmigen Kanäle 31 sind durch eine Haube 14 und ein Stirnblech 15 abgedeckt. Das Stirnblech 15 ist in Rechteckflanschen 13 gehalten, die wiederum mit einem Rechteckdeckel 12 verbunden sind. Der Rechteckdeckel 12 ist mit einem rohrseitigen Anschluß 35 versehen. Der Rechteckdeckel 12 besteht aus normalem Baustahl und ist auf der Innenseite mit einer dünnen Deckelauskleidung 16 aus Edelstahl versehen. Die Haube 14 ist mit einem wellenseitigen Anschlußflansch 19 versehen.
Wie die Figur 2 zeigt, ist die Wellenseite im Bereich der Haube 14 durch ein Kammblech 17 von der Rohrseite abgetrennt. Die Kammbleche 17 sind über eine Schweißnaht 18 im Bereich einer Kammeinbindung 33 mit dem freien Ende des Stirnbleches 15 verschweißt. Die Haube 14 ist ebenfalls mit dem Stirnblech 15 verschweißt. Das Kammblech 17 besteht aus Edelstahl und ist relativ dünn gegenüber dem Stirnblech 15 ausgeführt. Es weist nur etwa 1/4 der Stärke des Stirnbleches 15 auf.
Die strömenden Medien sind einerseits relativ aggresiv und müssen andererseits von einander getrennt gehalten werden. Da die Plattenpakete 11 an ihren Endseiten zunächst offen sind, müssen die durch sie gebildeten Kanäle 31 bzw. 32 gegeneinander abgedichtet werden; dies geschieht durch die Kammbleche 17, die in die durch das Aufeinanderlegen der Platten 34 entstandenen Kammeinbindungen 33 eingeschweißt werden. Dadurch werden die jeweils zueinander gehörenden Kanäle endseitig verschlossen. Die überstehenden Seiten der Kammbleche 17 werden dann mit den endseitigen Hauben 14 verschweißt.
In den Hauben 14 kann ein Unterdruck auftreten; sie sind deshalb, wie die Figur 3 zeigt, mit innen verlaufenden Stützrohren 38 verstärkt. Wie die Figur 4 im Detail zeigt, sind die Stützrohre 38 in Schweißungen 39 mit Stützrohrverstärkungsblechen 37 verbunden. Mit den Stützrohrverstärkungsblechen 37 sind die Stützrohre 38 an den relativ dünnen Seitenblechen 22 gehalten. Die Seitenbleche 22 bestehen aus Edelstahl und werden, wie die Figur 3 in ihrem unteren Teil zeigt, von den massivereh Druckhalteplatten 20 gehalten, die aus einem normalen Baustahl bestehen.
Wie die Figur 5 weiter zeigt, sind vor den Plattenpaketen 11 verlaufende Schraubhülsen 21 durch die Seitenbleche 22 geführt. Die Schraubhülsen 21 sind endseitig mit Schweißnähten 26 mit den relativ dünnen Seitenblechen 22 verschweißt. Die Seitenbleche 22 bestehen aus Edelstahl und sind praktisch lediglich eine Plattierung für die dahinter angeordneten stärkeren Druckhalteplatten 20, die aus normalen Baustahl, sogenanntem Schwarzmaterial, gefertigt sind.
Durch die Schraubhülsen 21 sind Zugankerschrauben 23 geführt, die die einander gegenüberliegenden Druckhalteplatten 20 über Muttern 24 gegen die Seitenbleche 22 bzw. die Plattenpakete 11 halten. Die Muttern 24 stützen sich dabei über Ansatzscheiben 25 in den Bohrungen 36 der Druckhalteplatten 20 ab. Die Bohrungen 36 weisen einen größeren Durchmesser auf, als es den Außendurchmessern der Schraubhülsen 21 entspricht, um die Druckhalteplatten 20 von den Schweißnähten 26 der Edelstahlseitenbleche 22 freizuhalten.
Wie die Figuren 6 und 7 zeigen, sind zwischen den Plattenpaketen 11 und den Rechteckflanschen 13 seitliche Umlenkbleche 27 und 29 vorgesehen. Die ersten, etwas größeren Umlenkbleche 27 sind, wie die Figur 7 zeigt, an einem Ende über Schweißnähte 30a mit den Schraubhülsen 21 verbunden. Die anderen freien Enden sind im Bereich des Rechteckflansches 13 frei in V-förmigen Umlenkprofilen 28 gehalten. Die Umlenkbleche 27 sind dadurch mit einem Ende frei beweglich und können einfedern.
Die zweiten, etwas kleineren Umlenkbleche 29 sind an einem Ende von den kammförmigen Plattenpaketen 11 gehalten. Auf der anderen Seite ist es mit einer Schweißnaht 30 mit den gleichen Schraubhülsen 21 verbunden wie die größeren Umlenkbleche 27.
Bezugszeichen
10
Plattenwärmetauscher
11
Plattenpaket
12
Rechteckdeckel
13
Rechteckflansch
14
Haube
15
Stirnblech
16
Deckelauskleidung
17
Kammblech
18
Schweißnaht
19
wellenseitiger Anschlußflansch
20
Druckhalteplatte
21
Schraubhülse
22
Seitenblech
23
Zugankerschraube
24
Mutter
25
Ansatzscheibe
26
Schweißnaht
27
Umlenkblech
28
Umlenkprofil
29
Umlenkblech
30, 30a
Schweißnaht
31
wellenförmiger Kanal
32
rohrförmiger Kanal
33
Kammeinbindung
34
Platte
35
rohrseitiger Anschluß
36
Bohrung
37
Stützrohrverstärkungsblech
38
Stützrohr
39
Schweißung

Claims (12)

  1. Plattenwärmetauscher, bestehend aus Plattenpaketen (11) mit einer Vielzahl aus unter Bildung wellenförmiger Kanäle (31) und rohrförmiger Kanäle 32) geprägter und/oder gewellter Edelstahl-Platten (34), in denen im Kreuzgegenstrom wärmezuübertragende, strömende Medien aneinander vorbeiführbar sind, und die Plattenpakete (11) durch Druckhalteplatten (20) und' zwischen diesen querverlaufende, in Schraubhülsen (21) geführte Zugankerschrauben (23) zusammengehalten sind, dadurch gekennzeichnet, dass die wellenförmigen Kanäle (31) auf beiden Seiten durch je eine Haube (14) und ein Stirnblech (15) abgedeckt sind, wobei die jeweils zweinander gehörenden Kanäle der wellenförmigen Kanäle (31) und der rohrförmigen Kanäle (32) im Bereich der Haube (14) durch aus Edelstahl bestehende Kammbleche (17) endseitig verschlosen sind, die Kammbleche (17) über Kammeinbindungen (33) mit den Stirnblechen (15) verschweißt sind, die Plattenpakete (11) beidseitig mit aus Edelstahl bestehenden, relativ dünnen Seitenblechen (22) abgedichtet sind und die Seitenbleche (22) von aus Baustahl' bestehenden Druckhalteplatten (20) gehalten und abgestützt sind.
  2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckhalteplatten (20) von den in den Schraubhülsen (21) geführten Zugankerschrauben (23) gegen die Seitenblechen (22) gehalten sind.'
  3. Plattenwärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubhülsen (21) mit den Seitenblechen (22) verschweißt sind.
  4. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die wellenförmigen Kanäle (31) abdeckenden Stirnbleche (15) in Rechteckflanschen (13) gehalten sind, die wiederum mit einem Rechteckdeckel (12) verbunden sind.
  5. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Plattenpaketen (11) und dem gegenüberliegenden Rechteckflanschen(13) Umlenkbleche (27, 29) vorgesehen sind.
  6. Plattenwärmertauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkbleche (29) kammförmig ausgebildet und jeweils mit einer Schraubhülse (21) verschweißt sind.
  7. Plattenwärmetauscher nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Umlenkblech (27) an seinem einen freien Ende mit einer Schraubhülse (21) verschweißt und an seinem anderen freien Ende in einem V-förmigen Umlenkprofil (28) unverbunden gehalten ist.
  8. Plattenwärmetauscher nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Umlenkblech (29) an seinem einen freien Ende mit einer Schraubhülse (21) verschweißt und an seinem anderen freien Ende von dem kammförmigen Plattenpaket (11) gehalten ist.
  9. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammbleche (17) im Plasma-Schweißverfahren ausgeschnitten sind.
  10. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckhalteplatten (20) und die Seitenbleche (22) miteinander unverbunden sind.
  11. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Hauben (14) Stützrohre (38) vorgesehen sind.
  12. Plattenwärmetauscher nach den Ansprüchen 11 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Hauben (14) vorgesehenen Stützrohre (38) mit Stützrohrverstärkungsblechen (37) an den relativ dünnenwandigen Seitenblechen (22) gehalten sind.
EP97250157A 1996-05-22 1997-05-16 Hybrid-Plattenwärmetauscher Expired - Lifetime EP0809081B1 (de)

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DE19620543A DE19620543C2 (de) 1996-04-19 1996-05-22 Hybrid-Plattenwärmetauscher
DE19620543 1996-05-22

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EP0809081A2 EP0809081A2 (de) 1997-11-26
EP0809081A3 EP0809081A3 (de) 1999-03-10
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