DE2210743A1

DE2210743A1 - Heat exchanger

Info

Publication number: DE2210743A1
Application number: DE19722210743
Authority: DE
Inventors: Robert Ferolles Attilly Guyard (Frankreich)
Original assignee: BSL Bignier Schmidt Laurent SA
Current assignee: BSL Bignier Schmidt Laurent SA
Priority date: 1971-03-05
Filing date: 1972-03-06
Publication date: 1972-09-28
Also published as: FR2128127B1; FR2128127A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zum Austauschen von Wärme zwischen zwei Flüssigkeiten, von denen eine in einem Rohrbündel mit metallenen Rohren und die andere um diese Rohre herum in einer das Rohrbündel aufnehmenden Kammer strömt.The invention relates to a heat exchanger for exchanging heat between two liquids, one of which is in one Tube bundle with metal tubes and the other flows around these tubes in a chamber receiving the tube bundle.

Die Erfindung bezweckt hauptsächlich, einen Wärmetauscher dieser Art so auszugestalten, daß die Anzahl der Rohre des Rohrbündels an die jeweils gewünschte Leistung des Wärmeaustauschers leicht angepaßt werden kann, ohne daß das Außengehäuse des Wärmetauschers verändert werden muß, wobei der Wärmetauscher den selben, so klein wie möglich gehaltenen Platz-bedarf beansprucht.The main purpose of the invention is to design a heat exchanger of this type in such a way that the number of tubes in the tube bundle can be easily adapted to the respective desired performance of the heat exchanger without the outer housing of the heat exchanger must be changed, the heat exchanger taking up the same space requirement, which is kept as small as possible.

Mit der Erfindung sollen insbesondere die Schwierigkeiten beseitigt werden, die bei Wärmetauschern zum Heizen von im Haushalt zu verwendenden Wasser auftreten, das zum Verbrauch in Ein- oder Mehrfamilien-Wohngebäuden bestimmt ist und mit unter DruckWith the invention in particular the difficulties that occur in heat exchangers for heating water to be used in the household, which is used for consumption in or multi-family residential buildings is intended and with under pressure

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stehenden, zu einem derartigen Verbrauch ungeeignetem Wasser aufgeheizt wird.standing water that is unsuitable for such consumption is heated will.

Verständlicherweise ist bei einem derartigen Anwendungsfall die Anzahl der Rohre des Rohrbündels des Wärmeaustauschers abhängig von der Anzahl der Verbraucher zu wählen. Es ist daher zweckmäßig, einen Wärmeaustauscher einzusetzen, der aufgrund seiner Konzeption einfach an den jeweils vorliegenden Durchschnittsverbrauch anpaßbar ist. Understandably, in such an application, the number of tubes in the tube bundle of the heat exchanger is dependent to choose from the number of consumers. It is therefore advisable to use a heat exchanger which, due to its Conception is easily adaptable to the prevailing average consumption.

Die bekannten Wärmeaustauscher, von denen unterschiedliche Ausführungsbeispiele schematisch in den Fig. 1 bis 4 dargestellt und mit den Bezugszeichen 1 bis 4 bezeichnet sind, wobei die Rohre schlangenförmig in einem Zylinder (Fig. 1) oder haarnadelförmig (Fig. 2) oder mit im wesentlichen geradlinigen Abschnitten (Fig. 3 und 4) ausgebildet sind, können in der oben beschriebenen Hinsicht nicht befriedigen.The known heat exchangers, of which different exemplary embodiments are shown schematically in FIGS and denoted by the reference numerals 1 to 4, the tubes being serpentine in a cylinder (Fig. 1) or hairpin-shaped (Fig. 2) or with substantially rectilinear sections (Fig. 3 and 4) are formed, can be described in the above Respect not satisfactory.

Die gestellte Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß jedes Rohr eine Spirale bildet, bei der der Abstand zwischen zv/ei aufeinander folgenden Windungen höchstens gleich dem Außendurchmesser des Rohres ist, daß die so gebildeten Spiralen koaxial und derart geschichtet sind, daß in der von ihnen gebildeten Anordnung der Abstand einer beliebige Windung eines beliebigen Rohres von dem ihm benachbarten Rohr oder von den ihm benachbarten Rohren höchstens gleich dem halben Außendurchmesser des Rohres ist, und daß die Enden der Rohre des Rohrbündels mit außerhalb des Rohrbündels angeordneten Sammlern verbunden sind. Eine derartige Konzeption eines Wärmeaustauschers ermöglicht, Rohre mit nahezu gleich großen Innenquerschnitten und nahezu gleichen Längen zu verwenden, derart, daß zwei beliebige Rohre eines Rohrbündels keinen Innendurchmesser- oder Längenunterschied von mehr als 10 % haben. Die Windungen eines beliebigen Rohres des Rohrbündels oder der Rohrschichtung können teilweise aberThe object is achieved according to the invention in that each tube forms a spiral in which the distance between zv / ei successive turns is at most equal to the outer diameter of the tube, that the spirals thus formed are coaxial and layered in such a way that in the The arrangement formed by them is the distance of any turn of any tube from the tube or tubes adjacent to it at most equal to half the outer diameter of the tube, and that the ends of the tubes of the tube bundle are connected to collectors arranged outside the tube bundle. Such a conception of a heat exchanger makes it possible to use tubes with almost the same size inside cross-sections and almost the same lengths, in such a way that any two tubes in a tube bundle do not have an inside diameter or length difference of more than 10 % . However, the turns of any tube of the tube bundle or the tube layering can partially

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auch nur teilweise zwischen die Windungen des oder der "benachbarten Rohre eindringen.also only partially between the turns of the "neighboring" Penetrate pipes.

Ein Wärmeaustauscher nach der Erfindung ist in mehreren Ausführunsformen realisierbar. Bei einer Ausführungsform ist jede Spirale im Raum gemäß einem Kegelstumpf gestaltet, wobei dann das Rohrbündel eine kegelstumpfförmige Gestalt hat. Bei einer anderen Ausführungsform ist jede Spirale in einer Ebene angeordnet, wobei dann das Rohrbündel zylindrische Gestalt hat.A heat exchanger according to the invention is available in several embodiments realizable. In one embodiment, each spiral in space is designed according to a truncated cone, in which case the Tube bundle has a frustoconical shape. With another Embodiment, each spiral is arranged in a plane, the tube bundle then has a cylindrical shape.

Die Erfindung und vorteilhafte Ausführungen ■" Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungtbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention and advantageous embodiments ■ "invention are explained in more detail below with reference to schematic drawings of several exemplary embodiments. Show it:

Fig. 1 bis h je einen bekannten Wärmetauscher;Fig. 1 to h each show a known heat exchanger;

Fig. 5 ein Rohr eines Wärmetauschers nach der Erfindung;5 shows a tube of a heat exchanger according to the invention;

Fig. 6 einen Schnitt durch den Abschnitt eines Wärmetauschers mit Rohren nach Fig. 5;6 shows a section through the section of a heat exchanger with tubes according to FIG. 5;

Fig. 7 eine Ansicht auf eine der Spiralen des Wärmetauschers nach Fig. 6;FIG. 7 shows a view of one of the spirals of the heat exchanger according to FIG. 6;

Fig. 8 bis 13 je einen Wärmetauscher der Bauart nach Fig. 6 mit unterschiedlich gestaltetem Zu- oder Ablauf für die das Rohrbündel umströmende Flüssigkeit;8 to 13 each have a heat exchanger of the type according to FIG. 6 with a differently designed inlet or outlet for the Fluid flowing around a tube bundle;

Fig. 14 eine Draufsicht auf ein Rohr eines abgewandelten Wärmetauschers nach der Erfindung und14 shows a plan view of a tube of a modified heat exchanger according to the invention and

Fig. 15 ein Rohrbündel nach der Erfindung mit Rohren nach Fig.14.■15 shows a tube bundle according to the invention with tubes according to FIG

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Die in den Fig. 5 bis 13 gezeigten Wärmetauscher betreffen einen Wärmetauscher einer Bauart, bei der jedes Rohr des Rohrbündels von einer Spirale gebildet ist, die sowohl außen als auch innen als Einhüllende einen Kegelstumpf hat.The heat exchangers shown in Figures 5 to 13 relate to a heat exchanger of a type in which each tube of the tube bundle is formed by a spiral which is both external and has a truncated cone inside as an envelope.

Fig. 5 zeigt eine solche Spirale 5, welche in dem gezeigten Beispiel die Windungen A bis J aufweist. Außerdem hat das Rohr noch abgebrochene Endstücke, von denen nur die Abschnitte A, A¹ und J, J¹ gezeigt sind und die zur Verbindung des Rohres mit den Sammlern des Wärmeaustauschers bestimmt sind, zu dem das Rohr gehört .Fig. 5 shows such a spiral 5, which has the turns A to J in the example shown. In addition, the tube still has broken end pieces, of which only sections A, A ¹ and J, J ^{1 are} shown and which are intended to connect the tube to the headers of the heat exchanger to which the tube belongs.

In Fig. 5 ist zu erkennen, daß der Abstand e zwischen zwei benachbarten Windungen kleiner als der Außendurchmesser des Rohrs ist. Vorzugsweise ist dieser Abstand so gewählt, daß das Verhältnis von Abstand zu Außendurchmesser kleiner als O, 8 ist.In Fig. 5 it can be seen that the distance e between two adjacent turns is smaller than the outer diameter of the pipe. This distance is preferably chosen so that the ratio from the distance to the outer diameter is less than 0.8.

Fig. 6 zeigt einen Wärmeaustauscher mit einem von sechs Rohren 6-11 gebildeten Rohrbündel, dessen Rohre im Prinzip identisch sind und je wie das Rohr nach Fig. 5, jedoch mit einer größeren Anzahl von Windungen gestaltet sind.6 shows a heat exchanger with a tube bundle formed by six tubes 6-11, the tubes of which are identical in principle are and depending on the tube of FIG. 5, but with a larger one Number of turns are designed.

Die Rohre sind koaxial derart geschichtet, daß sie eine kompakte Anordnung bilden, die durch zwei kegelstumpfförmige Wände 12 und 13 zusammengehalten ist, welche die Wände einer Kammer 14 bilden, in der das Rohrbündel aufgenommen ist.The tubes are layered coaxially to form a compact assembly defined by two frustoconical walls 12 and 13 is held together, which form the walls of a chamber 14 in which the tube bundle is received.

Der gewünschte Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Rohren des Rohrbündels oder der Rohrschichtung ist mittels zwischengeschalteten Bändern erhalten, welche die Verschiebungen im Rohrbündel aufgrund der Temperaturänderungen aushalten, z.B. Wände aus Glasfasergewebe einer entsprechend den gewünschten Abständen gewählten Stärke von z.B. 0,2 bis 0,8 mm, wobei die Rohre oder nur jeweils eines von zwei Rohren z.B. mit mehreren verteilt an-The desired distance between the consecutive tubes of the tube bundle or the tube layering is obtained by means of intermediate bands, which the displacements in the tube bundle withstand due to the temperature changes, e.g. walls made of glass fiber fabric one according to the desired spacing selected thickness of e.g. 0.2 to 0.8 mm, whereby the pipes or only one of two pipes e.g. with several

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geordneten Bändern versehen ist, von denen jedes eine Umwickelung um die Windungen des Rohres, einer Erzeugenden des Kegels folgend, bildet.ordered ribbons is provided, each of which is wrapped around it around the turns of the pipe, following a generatrix of the cone.

Die äußeren Enden des Rohrbündels sind im Winkel derart zueinander versetzt, daß sie aus der Kammer durch die Mitte des Rohrbündels und durch die Umschließung des Rohrbündels austreten können.The outer ends of the tube bundle are so at an angle to one another offset so that they can exit the chamber through the center of the tube bundle and through the enclosure of the tube bundle.

So sieht man in Fig. 6 die Eintrittsenden (oder Austrittsenden) 6A, 9A, 1OA und 11A der Rohre 6, 9, 10 und 11 aus der Kammer 14 in der Mitte des Rohrbündels und die Austrittsenden (oder Eintrittsenden) 6b und 9B der Rohre 6 und 9 aus der Kammer 14 am Umfang des Rohrbündels austreten, wobei die anderen Rohrenden zur Vermeidung von Unklarheit der Zeichnung nicht dargestellt sind. Fig. 7 zeigt schematisch die Verteilung der äußeren Rohrenden in der Mitte des Rohrbündels und einen Abschnitt des Rohres 6.Thus, in Fig. 6 one can see the entry ends (or exit ends) 6A, 9A, 10A and 11A of the tubes 6, 9, 10 and 11 from the chamber 14 in the middle of the tube bundle and the exit ends (or entry ends) 6b and 9B of the tubes 6 and 9 from the chamber 14 at the periphery of the tube bundle, the other tube ends not being shown to avoid confusion in the drawing. FIG. 7 shows schematically the distribution of the outer tube ends in the middle of the tube bundle and a section of the tube 6.

zum Austauschen Die Flüssigkeit, die in der Kammer um das Rohrbündel/vonfor replacement The liquid in the chamber around the tube bundle / from

Wärme mit der innerhalb der Rohre strömenden Flüssigkeit strömt, kann auf unterschiedliche Weise zu- und abgeführt werden.Heat flows with the liquid flowing inside the tubes can be supplied and removed in different ways.

Die Kammer 14 kann an ihrem äußeren, nahe der kleinen Grundfläche des Kegelstumpfes gelegenen Ende einen zentralen Kanal 15 und an ihrem anderen Ende einen Ringkanal 16 aufweisen (Fig 8 bis 13).The chamber 14 can have a central channel 15 at its outer end near the small base of the truncated cone and have an annular channel 16 at their other end (FIGS. 8 to 13).

Außerdem können die kegelstumpfförmigen Wände der Kammer Flüssigkeitskanäle 17 umfassen (Fig. 9).In addition, the frustoconical walls of the chamber can include fluid channels 17 (FIG. 9).

Die Kammer kann eine das Rohrbündel umgebende starre zylindrische Wand 18 haben, die koaxial zum Rohrbündel angeordnet ist und mit Flüssigkeitskanälen 19 versehen ist (Fig. 13). Diese Wand 18 kann zweckmäßigerweise zum Halten des Rohrbündels in der beschriebenen Anordnung dienen.The chamber may have a rigid cylindrical wall 18 which surrounds the tube bundle and which is arranged coaxially with the tube bundle and is provided with liquid channels 19 (Fig. 13). This wall 18 can expediently for holding the tube bundle in the described Serve arrangement.

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Die Kammer kann in der Mitte des Rohrbündels eine zylindrische starre Wand 20 aufweisen, die koaxial mit dem Rohrbündel ist und Flüssigkeitskanäle 21 aufweist (Fig. 12 und 13). Diese Wand 20 kann ebenso wie die Wand 18 zum Halten des Rohrbündels dienen.The chamber may have a cylindrical rigid wall 20 in the center of the tube bundle which is coaxial with the tube bundle and liquid channels 21 (Figs. 12 and 13). This wall 20, like the wall 18, can serve to hold the tube bundle.

Der Zusammenhalt des Rohrbündels kann auch durch den Wänden 18 und 20 entsprechende, jedoch nicht perforierte Wände sichergestellt werden, wie die Wände 22 und 23 (Fig. 9 und 10).The cohesion of the tube bundle can also be achieved by the walls 18 and 20 corresponding, but not perforated walls are ensured, such as the walls 22 and 23 (Fig. 9 and 10).

Die Kammer 14 ist normalerweise in einem Gehäuse 24 angeordnet, das mit der Kammer gemeinsame Wände haben kann.The chamber 14 is normally arranged in a housing 24 which may have walls in common with the chamber.

Das Gehäuse 24 des Wärmetauschers hat in bekannter Weise Kanäle 25 und 26 zum Zuleiten (oder Ableiten) und zum Ableiten (oder Zuleiten) der um die Rohre strömenden Flüssigkeit.The housing 24 of the heat exchanger has, in a known manner, channels 25 and 26 for supply (or discharge) and for discharge (or Feeding) the liquid flowing around the tubes.

Schließlich umfaßt der Wärmetauscher Sammler 27 und 28 zum Zuführen und Ableiten der durch die Rohre strömenden Flüssigkeit.Finally, the heat exchanger comprises collectors 27 and 28 for supplying and discharging the liquid flowing through the tubes.

Da die Rohre dünnwandig sind (niedrigste Wandstärke bei 1 mm) und aus schmelzschweißbarem Metall bestehen, können ihre Enden vorzugsweise verschweißt sein und zwar jedes Ende mit einem entsprechenden Kragen in dem zugehörigen Sammler, wie einem Kragen 35 gemäß Fig. 13.Since the tubes are thin-walled (lowest wall thickness at 1 mm) and made of fusion-weldable metal, their Ends are preferably welded, each end to a corresponding collar in the associated header, such as a collar 35 according to FIG. 13.

Fig. 14 zeigt ein Rohr mit einer ebenen Spirale 30 mit vier Windungen, die bei einem abgewandelten Wärmetauscher nach der Erfindung verwendbar ist. Man erkennt, daß der Abstand e zwischen zwei aufeinander folgenden Windungen kleiner als der Außendurchmesser des Rohres ist.Fig. 14 shows a tube with a flat spiral 30 with four turns, which in a modified heat exchanger according to the invention is usable. It can be seen that the distance e between two consecutive turns is smaller than the outer diameter of the pipe is.

Fig. 15 zeigt ein Rohrbündel aus vier Rohren 31, 32, 33, 34 von denen jedes wie das Rohr nach Fig. 14 gestaltet ist und die zu einer zylindrischen Anordnung geschichtet sind.FIG. 15 shows a tube bundle made up of four tubes 31, 32, 33, 34, each of which is designed like the tube according to FIG. 14 and which are layered in a cylindrical arrangement.

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Bei dieser Ausführung sind die Enden der Rohre im Winkel in ähnlicher Weise wie bei dem Wärmeaustauscher nach Fig. 6 versetzt, so daß die einen Rohrenden in der Mitte und die anderen Rohrenden am Umfang des Rohrbündels angeordnet werden können.In this embodiment, the ends of the tubes are offset at an angle in a manner similar to that of the heat exchanger according to FIG. 6, so that one tube ends can be arranged in the middle and the other tube ends on the circumference of the tube bundle.

Die beiden beschriebenen Ausführungsformen haben gemeinsam den Vorteil, daß aufgrund der Spiralform der Rohre die Schwierigkeiten bei der differentiellen Ausdehnung zwischen den einzelnen Rohren und den Wänden des Wärmeaustauschers vermindert sind, daß die Rohre hinsichtlich Querschnitt und Länge identisch sein können und daß die Anzahl der Rohre eines Rohr^-lndels einfach abgeändert werden kann, so daß Baureihen von Wärmeaustauschern hergestellt werden können, deren Typen sich nur durch die Anzahl der Rohre in dem betreffenden Rohrbündel unterscheiden.The two embodiments described have the common advantage that the difficulties due to the spiral shape of the tubes are reduced in the differential expansion between the individual tubes and the walls of the heat exchanger, that the tubes can be identical in terms of cross-section and length, and that the number of tubes in a tube coil is simple can be modified so that series of heat exchangers can be produced, the types of which can only be distinguished by the number of the tubes in the tube bundle in question.

Wie bei dem bekannten Wärmeaustauscher können die Rohre mit Rillen oder Rippen zum Verbessern des Wärmeaustausches versehen sein. Im letztgenannten Fall ist der Außtendurchmesser des Rohres durch den Außendurchmesser der Rippen bestimmt.As in the known heat exchanger, the tubes can be provided with grooves or ribs to improve the heat exchange be. In the latter case is the outside diameter of the pipe determined by the outside diameter of the ribs.

Im einzelnen kann der Wärmeaustauscher nach der Erfindung noch wie folgt ausgestaltet sein:In detail, the heat exchanger according to the invention still be designed as follows:

Die Sammler 27, 28 können außerhalb des Rohrbündels angeordnet sein;The collectors 27, 28 can be arranged outside the tube bundle;

Dieses Röhrt ^del kann vorzugsweise geringe Querabmessungen haben, wobei der Außendurchmesser des Rohrbündels kleiner als 100 cm gehalten werden kann, während der Innendurchmesser kleiner als 35 cm ist. Ein so gestalteter Wärmeaustauscher ist besonders zweckmäßig bei der Erwärmung von Flüssigkeiten zum Verbrauch im Haushalt.This tube can preferably have small transverse dimensions have, whereby the outer diameter of the tube bundle can be kept smaller than 100 cm, while the inner diameter is smaller than 35 cm. A heat exchanger designed in this way is particularly useful when heating liquids for consumption in the Household.

Ansprüche:Expectations:

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Claims

Expectations

M J heat exchanger for exchanging heat between two liquids, of which one in a tube bundle with metal tubes and the other around these tubes in a tube bundle receiving chamber flows, characterized in that each tube (5; 6-11; 31-34) forms a spiral in which the Distance (e) between two consecutive turns (A-J) is at most equal to the outer diameter of the pipe, so that the so formed spirals are coaxial and layered such that in the arrangement formed by them the distance of any Winding of any tube from the tube adjacent to it or from the tubes adjacent to it is at most equal to half that The outer diameter of the tube is, and that the ends of the tubes of the tube bundle with collectors arranged outside the tube bundle are connected.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the tubes of the tube bundle have approximately the same internal cross-sections and have about the same length.

3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that each spiral (5; 6-11) has the shape of a Has a truncated cone and that the tube bundle is also frustoconical is trained.

4. Heat exchanger according to claim 3, characterized in that the chamber (14) has two frustoconical walls (12, 13) that cling to the tube bundle inside and outside.

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5. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that each spiral (31-34) is flat and that the Tube bundle has a cylindrical shape.

6. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the tubes of the tube bundle are held in a compact arrangement by the walls of the chamber.

7. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the chamber has a rigid peripheral wall disposed around the tube bundle which is cylindrical and is formed coaxial with the tube bundle.

8. Heat exchanger according to claim 7, characterized in that that the peripheral wall has channels for the other liquid.

the

9. Heat exchanger according to one / preceding claims, characterized

characterized in that the chamber in the center of the tube bundle has a central rigid wall which is cylindrical and is formed coaxially with the tube bundle.

10. Heat exchanger according to claim 9, characterized in that the cylindrical rigid wall channels for the other Has liquid.

11. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the chamber has at least one Annular channel for the other liquid at one end of the tube bundle having.

1-2. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the chamber at the two ends of the tube bundle has walls which have passages for the inlet and outlet of the other liquid.

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221U743 10 221U743 10

with a

13. Heat exchanger according to one of the preceding claims / supply

Collector and a drain collector for those in the tubes of the tube bundle circulating liquid, characterized in that the tubes have thin walls and are made of weldable material Metal, with the ends of each tube being passed through the wall into the corresponding collector which the end in question is welded by forming a collar.

14. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the ends of the tubes are offset at an angle, with one ends running through the center of the tube bundle and the other ends from the circumference of the Put away the tube bundle.

15. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the desired distance between the successive tubes of the tube bundle is obtained by means of intermediate bands that control the displacements in the tube bundle due to the temperature changes

the

hold, e.g. tapes made of glass fiber fabric of a corresponding / desired Distances selected thickness (0.2 to 0.8 mm), with the pipes or only one of two pipes / several distributed arranged bands is provided, each of which is wrapped around the turns of the pipe, a generatrix of the Following Kegele forms.

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