WO2013135541A2 - Wärmetauscher mit einem rohrboden sowie ein hierfür bestimmter rohrboden - Google Patents

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WO2013135541A2
WO2013135541A2 PCT/EP2013/054516 EP2013054516W WO2013135541A2 WO 2013135541 A2 WO2013135541 A2 WO 2013135541A2 EP 2013054516 W EP2013054516 W EP 2013054516W WO 2013135541 A2 WO2013135541 A2 WO 2013135541A2
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    • F28F2275/12—Fastening; Joining by methods involving deformation of the elements
    • F28F2275/122—Fastening; Joining by methods involving deformation of the elements by crimping, caulking or clinching

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger with a water tank and a tube plate, wherein the tube plate has a plurality of openings with a respective
  • Opening has peripherally enclosing edge, wherein in each case an exchanger tube is enclosed by one of the apertures and sealingly connected to the tubesheet along the upstanding edge. Furthermore, the invention relates to a tube plate for such a heat exchanger.
  • Heat exchanger such as a cooler includes.
  • the heat released from the internal combustion engine is transferred to a coolant flowing through the internal combustion engine to cool the internal combustion engine.
  • Heat exchanger In the heat exchanger, the heat is released from the coolant to the ambient air, which flows around the exterior of the heat exchanger.
  • DE 10 2004 040 988 A1 describes a collector for a heat exchanger comprising a largely flat base region and step regions.
  • the collector is also on its length is equipped with a plurality of mostly parallel, spaced-apart slots. Each slot has a width across the width of the slot
  • Base extending elongated section and end sections, which protrude from the elongated section in the step areas of the collector.
  • DE 10 2006 057 851 A1 relates to a tube plate part for a collecting box of a heat exchanger, which can be connected to a cover part, wherein the tube plate part has a central part which contains openings for receiving Conssteckender tubes, in particular flat tubes, and has a plurality of curvatures.
  • the tube plate part has a central part which contains openings for receiving Conssteckender tubes, in particular flat tubes, and has a plurality of curvatures.
  • the invention has for its object to further improve a heat exchanger and a specific for the heat exchanger tubesheet of the type mentioned.
  • a heat exchanger in which the tubesheet and the water tank are sealingly connected and in which the tubesheet has outside, in particular designed as flanged bellows deformation regions which undercut or embrace corresponding formations of the channel box on the outside.
  • the molding forms a laterally projecting edge, which in its cross-section has a preferably continuous geometry, in particular so is rounded, so as to the surface conditioning of
  • the formations can at least
  • the sections have a circular arc-shaped course in the cross-sectional plane.
  • the extent of the protruding formation is adapted to the deformation properties, so that the regions of the deformation regions forming the undercut are arranged, for example, facing each other and pointing radially inwards.
  • the deformation regions of the tube bottom surround the formation of the channel box at least 180 °, in particular at least 270 °, so that the forces occurring between the water tank and the tube sheet are transmitted without the
  • a particularly practical embodiment is also achieved when the seal for sealing the tube bottom relative to the water box on the one hand and for sealing the exchanger tube opposite to the tube plate on the other hand is executed.
  • a double function of the seal is realized in a simple manner, which serves both the sealing of the tube plate relative to the water tank and the sealing of the exchanger tube relative to the tube sheet.
  • the seal is designed as a sealing ring with a particular circular cross-sectional shape and thereby both a simplified positioning allows as well as an improvement of the sealing effect is ensured.
  • commercially available sealing rings known per se can also be used.
  • it has proved to be particularly relevant to practice when the exchanger tubes are guided by a negatively bulged, in particular dome-shaped opening in the tube sheet. By the exchanger tubes are guided against the negative curved pipe passages of the opening, a particularly small space is realized, which is used for the peripheral seal.
  • the seal is determined by the arranged in the opening of the tube plate exchanger tubes in a defined position and brought by the joining process between the water tank and the tube sheet in the predetermined desired position.
  • the seal is positioned on the one hand through the arranged in the tube plate exchanger tubes and on the other in the joining process between the water tank and the tube sheet through the
  • the object according to the invention is furthermore achieved by means of a tube plate for such a heat exchanger, the outside of which, in particular designed as flanging straps, undercut the corresponding formations of the channel box due to deformation following the predetermined relative positioning of the channel box relative to the tubesheet.
  • Fig. 1 is a perspective view of a heat exchanger according to the invention with
  • Fig. 2 is an enlarged perspective view of a connecting portion
  • Fig. 3 in a sectional view a section in the region of the tube plate
  • Fig. 4 in a sectional view a section in the region of the tube plate
  • FIG. 2 shows an enlarged perspective view of a connection region between the tubesheet 2 and a plurality of exchanger tubes 3.
  • the heat exchanger 1 further comprises on both sides in each case a sealing strip 4, a side part 5, a blade 6 and a pipe 7.
  • a seal 9 is arranged, the example below of the figures 3 and 4 will be explained in more detail.
  • the tube plate 2 has a plurality of apertures 10 with a respective, the openings 10 circumferentially enclosing edge 1 1, wherein in each case an exchanger tube 3 in one of the openings
  • the tube bottom 2 and the water box 8 are connected to one another by way of deformation regions 12 designed as a flange, so that the seal 9 is enclosed in a form-fitting manner.
  • the exchanger tubes 3 are first guided through the respective opening 10, so that their peripheral surface against the edge
  • Deformation areas 12 initiated such that an undesirable loading of the seal 9 is avoided.
  • the desired seal between the tube sheet 2 and the water box 8 is achieved at the same time a small tube bottom projection and thus a reduced space.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem Wasserkasten (8) und einem Rohrboden (2), wobei der Rohrboden (2) eine Mehrzahl von Durchbrechungen (10) mit einem die jeweilige Durchbrechung (10) umlaufend einschließenden Rand (11) aufweist. Der Rohrboden (2) und der Wasserkasten (8) sind derart miteinander durch Verformungsbereiche (12) verbunden, dass die Dichtung (9) formschlüssig eingeschlossen ist. Hierzu werden die Tauscherrohre (3) zunächst durch die jeweilige Durchbrechung (10) geführt, sodass deren Umfangsfläche gegen den Rand (11) anliegt. Anschließend werden die Verformungsbereiche (12) verformt, sodass eine Hinterschneidung der entsprechenden Ausformungen (14) des Wasserkastens (8) sichergestellt ist. Die Fixierkraft wird dadurch zwischen den Verformungsbereichen (12) derart eingeleitet, dass eine unerwünschte Belastung der Dichtung (9) vermieden wird. Hierdurch wird die gewünschte Abdichtung zwischen dem Rohrboden (2) und dem Wasserkasten (8) bei einem zugleich geringen Rohrbodenüberstand und damit einem reduzierten Bauraum erreicht.

Description

Beschreibung
Wärmetauscher mit einem Rohrboden sowie ein hierfür bestimmter Rohrboden
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem Wasserkasten und einem Rohrboden, wobei der Rohrboden eine Mehrzahl von Durchbrechungen mit einem die jeweilige
Durchbrechung umlaufend einschließenden Rand aufweist, wobei jeweils ein Tauscherrohr von einer der Durchbrechungen eingeschlossen und entlang des aufragenden Randes dichtend mit dem Rohrboden verbunden ist. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Rohrboden für einen derartigen Wärmetauscher.
In der Praxis sind Kraftfahrzeuge mit einem Kühlsystem ausgestattet, das einen
Wärmetauscher, beispielsweise einen Kühler, umfasst. Bei laufender Brennkraftmaschine wird die freigesetzte Wärme von der Brennkraftmaschine auf ein Kühlmittel übertragen, das durch die Brennkraftmaschine strömt, um die Brennkraftmaschine zu kühlen. Von der
Brennkraftmaschine fließt das Kühlmittel durch eine Reihe von Rohrleitungen zum
Wärmetauscher. Im Wärmetauscher wird die Wärme vom Kühlmittel an die Umgebungsluft abgegeben, die das Äußere des Wärmetauschers umströmt.
Aus der Praxis ist es bekannt, mit Tauscherrohren dichtend verlötete Rohrböden herzustellen, bei denen ein Rand der von den Tauscherrohren durchdrungenen Durchbrechungen aufragt, wodurch eine Verbesserung der mechanischen Stabilität der Rohrboden-Tauscherrohr- Verbindung erreicht ist.
Die DE 10 2008 033 594 A1 offenbart bereits einen Rohrboden für einen Wärmetauscher, wobei der Rand der Durchbrechung um eine Höhe über einer Bezugsebene des Rohrbodens aufragt und jeweils ein Tauscherrohr zur dichtenden Verbindung mit dem Rohrboden in eine der Durchbrechungen einschiebbar ist. Um eine besonders sichere Festlegung von Tauscherrohren an dem Rohrboden auch bei hohen auf die Verbindungsstelle einwirkenden Kräften mit einfachen Mitteln zu gewährleisten, variiert der Rand in seiner Höhe über die Bezugsebene. Durch die Änderung der Höhe des Randes lässt sich eine bessere Verteilung der durch beispielsweise eine Wärmeausdehnung bedingt über das Tauscherrohr in die Verbindungsstelle eingeleiteten Kraft erzielen. Hierdurch können die erforderlichen Materialstärken klein gehalten werden oder bei unveränderten Materialstärken die Zuverlässigkeit der Rohrboden- Tauscherrohr-Verbindung weiter erhöht werden.
Die DE 10 2004 040 988 A1 beschreibt einen Sammler für einen Wärmetauscher umfassend einen größtenteils ebenen Basisbereich und Stufenbereiche. Der Sammler ist außerdem auf seiner Länge mit einer Vielzahl von größtenteils parallelen, in einem Abstand zueinander befindlichen Schlitzen ausgestattet. Jeder Schlitz hat eine sich über die Breite des
Basisbereichs erstreckende längliche Sektion und Endsektionen, die von der länglichen Sektion in die Stufenbereiche des Sammlers hineinragen.
Die DE 10 2006 057 851 A1 betrifft einen Rohrbodenteil für einen Sammelkasten eines Wärmetauschers, der mit einem Deckelteil verbindbar ist, wobei der Rohrbodenteil einen Mittelteil aufweist, der Öffnungen zum Aufnehmen einzusteckender Rohre, insbesondere Flachrohre, enthält und mehrere Wölbungen aufweist. Dadurch wird eine Steigerung der Festigkeit des Rohrbodenteils, der Verbindungen zwischen diesem und den Rohren und der Rohre erreicht.
Die DE 10 2007 027 706 A1 offenbart bereits einen Wärmetauscher mit Flachrohren, bei dem an Rändern des Sammelkastens in Abständen angeordnete Vorsprünge angeordnet sind, die in Längsränder des Rohrbodens eingreifen und zwischen den Flachrohren sitzen. Hierdurch wird eine gegenüber Temperaturwechselbelastungen widerstandsfähige Konstruktion erreicht.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher sowie einen für den Wärmetauscher bestimmten Rohrboden der eingangs genannten Art weiter zu verbessern.
Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einem Wärmetauscher gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 . Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also ein Wärmetauscher vorgesehen, bei dem der Rohrboden und der Wasserkasten eine Dichtung einschließend verbunden sind und bei dem der Rohrboden außenseitige, insbesondere als Bördellaschen ausgeführte Verformungsbereiche aufweist, welche entsprechende Ausformungen des Wasserkastens außenseitig hinterschneiden oder umgreifen. Hierdurch wird in einfacher Weise eine optimale Dichtung zwischen dem Rohrboden und dem Wasserkasten erreicht, wobei der Wasserkühler einen im Vergleich zum Stand der Technik geringen Rohrbodenüberstand aufweist und somit einen reduzierten Bauraum bei unveränderter Leistung des Wärmetauschers erfordert. Zugleich wird dabei in einfacher Weise die Position und Lage der Dichtung definiert, sodass eine fehlerhafte Montage oder eine spätere unterwünschte Verlagerung im Betrieb des Wärmetauschers weitgehend vermieden wird. Darüber hinaus kann bereits konstruktiv eine Beschädigung des Wasserkastens während des Fügeprozesses zwischen dem Wasserkasten und dem Rohrboden verhindert werden, weil die Verformungsbereiche die entsprechende Ausformung des Wasserkastens außenseitig umgreifen. Das sichere Erreichen der vorbestimmten relativen Sollposition wird dabei durch eine einfache visuelle Überprüfbarkeit der Verbindung wesentlich erleichtert.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass die Ausformungen quer zu einer Fügerichtung zwischen dem Rohrboden und dem
Wasserkasten vorspringend ausgeführt sind. Dadurch bildet also die Ausformung einen seitlich vorstehenden Rand, welcher in seinem Querschnitt eine vorzugsweise stetige Geometrie aufweist, insbesondere also abgerundet ist, um so die flächige Anlage der
Verformungsbereiche zu unterstützen. Die Ausformungen können dabei zumindest
abschnittsweise einen kreisbogenförmigen Verlauf in der Querschnittsebene aufweisen. Dabei wird das Maß der vorspringenden Ausformung an die Verformungseigenschaften angepasst, sodass die die Hinterschneidung bildenden Bereiche der Verformungsbereiche beispielsweise einander zugewandt angeordnet sind und dabei radial nach innen weisen.
Bevorzugt umschließen die Verformungsbereiche des Rohrbodens die Ausformung des Wasserkastens mindestens 180°, insbesondere mindestens 270°, sodass die auftretenden Kräfte zwischen dem Wasserkasten und dem Rohrboden übertragen werden, ohne die
Dichtung in unerwünschter Weise zu belasten. Insbesondere wird also eine zuverlässige Dichtungswirkung auch bei hohen thermischen Beanspruchungen gewährleistet und ein frühzeitiger Verschleiß der Dichtung ausgeschlossen.
Zu diesem Zweck hat es sich bereits als besonders Erfolg versprechend erwiesen, wenn die Dichtung von dem Verformungsbereich formschlüssig eingeschlossen ist, um so einerseits eine definierte Position und Orientierung der Dichtung sicherzustellen, andererseits die Dichtwirkung durch eine Vergrößerung der Anlagefläche zu verbessern.
Eine besonders praxisgerechte Ausgestaltung wird auch dann erreicht, wenn die Dichtung zur Abdichtung des Rohrbodens gegenüber dem Wasserkasten einerseits sowie zur Abdichtung des Tauscherrohrs gegenüber dem Rohrboden andererseits ausgeführt ist. Hierdurch wird in einfacher Weise eine Doppelfunktion der Dichtung realisiert, die dabei sowohl der Abdichtung des Rohrbodens gegenüber dem Wasserkasten als auch der Abdichtung des Tauscherrohrs gegenüber dem Rohrboden dient.
Besonders Erfolg versprechend ist es dabei auch, wenn die Dichtung als ein Dichtring mit einer insbesondere kreisförmigen Querschnittsform ausgeführt ist und dadurch sowohl eine vereinfachte Positionierung ermöglicht als auch eine Verbesserung der Dichtungswirkung sichergestellt wird. Hierzu können auch an sich bekannte, handelsübliche Dichtringe eingesetzt werden. Weiterhin hat es sich als besonders praxisrelevant erwiesen, wenn die Tauscherrohre durch eine negativ aufgewölbte, insbesondere kalottenförmige Durchbrechung in dem Rohrboden geführt sind. Indem die Tauscherrohre entgegen der negativ gewölbten Rohrdurchzüge der Durchbrechung geführt sind, wird ein besonders geringer Bauraum realisiert, welcher für die umlaufende Dichtung genutzt wird.
In bevorzugter Weise wird die Dichtung durch die in der Durchbrechung des Rohrbodens angeordneten Tauscherrohre in einer definierten Lage festgelegt und durch den Fügeprozess zwischen dem Wasserkasten und dem Rohrboden in der vorbestimmten Sollposition gebracht. Indem also zunächst die Tauscherrohre durch den negativen und optimal aufgewölbten bzw. aufgetulpten Durchzug der Durchbrechung geführt werden, wird die Dichtung zum einen durch die in dem Rohrboden angeordneten Tauscherrohre positioniert und zum anderen bei dem Fügeprozess zwischen dem Wasserkasten und dem Rohrboden durch die
Verformungsbereiche des Rohrbodens in die richtige Abdichtposition gebracht und dort fixiert.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin noch mit einem Rohrboden für einen derartigen Wärmetauscher gelöst, dessen außenseitige, insbesondere als Bördellaschen ausgeführte Verformungsbereiche die entsprechenden Ausformungen des Wasserkastens aufgrund einer Verformung im Anschluss an die vorbestimmte relative Positionierung des Wasserkastens gegenüber dem Rohrboden hinterschneiden.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers mit
einem Rohrboden und einem Wasserkasten;
Fig. 2 eine vergrößerte perspektivische Darstellung eines Verbindungsbereichs
zwischen dem Rohrboden und den Tauscherrohren;
Fig. 3 in einer Schnittdarstellung einen Ausschnitt im Bereich des Rohrbodens und
des Wasserkastens während des Fügeprozesses eines Tauscherrohres;
Fig. 4 in einer Schnittdarstellung einen Ausschnitt im Bereich des Rohrbodens und
des Wasserkastens mit den in der Fixierposition verformten Verformungsbereichen. Ein mit einem Rohrboden ausgestatteter Wärmetauscher 1 wird nachstehend anhand der Figuren 1 und 2 näher beschrieben, wobei Figur 2 eine vergrößerte perspektivische Darstellung eines Verbindungsbereichs zwischen dem Rohrboden 2 und mehreren Tauscherrohren 3 zeigt. Der Wärmetauscher 1 umfasst weiterhin an beiden Seiten jeweils eine Dichtleiste 4, ein Seitenteil 5, eine Lamelle 6 sowie ein Rohr 7. Zwischen dem hier links und rechts dargestellten Rohrboden 2 und einem Wasserkasten 8 ist eine Dichtung 9 angeordnet, die nachstehend am Beispiel der Figuren 3 und 4 näher erläutert wird. Wie zu erkennen weist der Rohrboden 2 eine Mehrzahl von Durchbrechungen 10 mit einem jeweiligen, die Durchbrechungen 10 umlaufend einschließenden Rand 1 1 auf, wobei jeweils ein Tauscherrohr 3 in eine der Durchbrechungen
10 hineinreicht und entlang des aufragenden Randes 1 1 dichtend mit dem Rohrboden 2 verbunden ist. Die Tauscherrohre 3 sind hierbei entgegen der negativ aufgewölbten, kalottenformigen Durchbrechung 10 in dem Rohrboden 2 geführt. Hierdurch wird ein besonders geringer Bauraum realisiert, welcher für die umlaufende Dichtung 9 genutzt wird, wie dies in den Figuren 3 und 4 ersichtlich ist.
Wie in den Figuren 3 und 4 zu erkennen sind der Rohrboden 2 und der Wasserkasten 8 derart miteinander durch als Bördelung ausgeführte Verformungsbereiche 12 verbunden, dass die Dichtung 9 formschlüssig eingeschlossen ist. Hierzu werden die Tauscherrohre 3 zunächst durch die jeweilige Durchbrechung 10 geführt, sodass deren Umfangsfläche gegen den Rand
1 1 anliegt. Anschließend werden die Verformungsbereiche 12 wie in der Figur 4 gezeigt in Pfeilrichtung 13 verformt, sodass eine Hinterschneidung der entsprechenden Ausformungen 14 des Wasserkastens 8 sichergestellt ist. Die Fixierkraft F wird dadurch zwischen den
Verformungsbereichen 12 derart eingeleitet, dass eine unerwünschte Belastung der Dichtung 9 vermieden wird. Hierdurch wird die gewünschte Abdichtung zwischen dem Rohrboden 2 und dem Wasserkasten 8 bei einem zugleich geringen Rohrbodenüberstand und damit einem reduzierten Bauraum erreicht.
Bezugszeichenliste
1 Wärmetauscher
2 Rohrboden
3 Tauscherrohr
4 Dichtleiste
5 Seitenteil
6 Lamelle
7 Rohr
8 Wasserkasten
9 Dichtung
10 Durchbrechung
1 1 Rand
12 Verformungsbereich
13 Pfeilrichtung
14 Ausformung F Fixierkraft

Claims

Ansprüche
1. Wärmetauscher (1 ) mit einem Wasserkasten (8) und einem Rohrboden (2), wobei der
Rohrboden (2) eine Mehrzahl von Durchbrechungen (10) mit einem umlaufenden Rand (1 1 ) aufweist, wobei jeweils ein Tauscherrohr (3) von einer der Durchbrechungen (10) eingeschlossen und entlang des Randes (1 1 ) dichtend mit dem Rohrboden (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrboden (2) und der Wasserkasten (8) eine Dichtung (9) einschließend verbunden sind und dass der Rohrboden (2) außenseitige, insbesondere als Bördellaschen ausgeführte Verformungsbereiche (12) aufweist, welche entsprechende Ausformungen (14) des Wasserkastens (8) außenseitig hinterschneiden.
2. Wärmetauscher (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ausformungen (14) im Wesentlichen quer zu einer Fügerichtung zwischen dem Rohrboden (2) und dem Wasserkasten (8) vorspringend ausgeführt sind.
3. Wärmetauscher (1 ) nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformungsbereiche (12) des Rohrbodens (2) die Ausformung (14) des Wasserkastens (8) mindestens 180°, insbesondere mindestens 270°, umschließen.
4. Wärmetauscher (1 ) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Dichtung (9) von dem Verformungsbereich (12) formschlüssig eingeschlossen ist.
5. Wärmetauscher (1 ) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Dichtung (9) zur Abdichtung des Rohrbodens (2) gegenüber dem Wasserkasten (8) einerseits sowie zur Abdichtung des Tauscherrohrs (3) gegenüber dem Rohrboden (2) andererseits ausgeführt ist.
6. Wärmetauscher (1 ) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Dichtung (9) als ein Dichtring mit einer insbesondere
kreisförmigen Querschnittsform ausgeführt ist.
7. Wärmetauscher (1 ) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Tauscherrohre (3) durch eine negativ aufgewölbte, insbesondere kalottenförmige Durchbrechung (10) in dem Rohrboden (2) geführt sind.
8. Wärmetauscher (1 ) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (9) durch die in der Durchbrechung (10) des
Rohrbodens (2) angeordneten Tauscherrohre (3) in einer definierten Lage festgelegt sind.
9. Wärmetauscher (1 ) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Dichtung (9) durch den Fügeprozess des Wasserkastens (8) und des Rohrbodens (2) in der vorbestimmten Sollposition festgelegt sind.
10. Rohrboden für einen derartigen Wärmetauscher (1 ) nach zumindest einem der
vorangehenden Ansprüche, dessen außenseitige, insbesondere als Bördellaschen ausgeführte Verformungsbereiche (12) die entsprechenden Ausformungen (14) des Wasserkastens (8) aufgrund einer Verformung im Anschluss an die vorbestimmte relative Positionierung des Wasserkastens (8) gegenüber dem Rohrboden (2) hinterschneiden.
PCT/EP2013/054516 2012-03-10 2013-03-06 Wärmetauscher mit einem rohrboden sowie ein hierfür bestimmter rohrboden WO2013135541A2 (de)

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