DE3049805A1 - Heating plant - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizanlage für den Betrieb mit. Heizöl, Heizgas oder anderen flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aufgrund der weltweiten Energiekrise sind in den letzten Jahren große Anstrengungen gemacht worden, auf dem Gebiet der Heizanlagen, insbesondere der mit Öl betriebenen Heizanlagen, eine volle Ausnutzung der aus den Brennstoffen gewonnenen Wärme zu erreichen. So wurde ein mit hohem Wirkungsgrad arbeitender Brenner mit blauer Flamme entwickelt, der in keinem Falle Ruß erzeugt (sh. die Broschüre "Verbrennung total" RE von M.A.N. Brennerbau, Rossweg 6, 2000 Hamburg). Selbst mit einem solchen Brenner ist die Verbrauchseinschränkung im Heizbetrieb nicht ideal, da ein Teil der Wärme aus dem Verbrennungsgas ungenutzt in der Kaminluft abgeführt wird. In Verbindung mit einem solchen Brenner ist versucht worden, die in der Kaminluft ungenutzt abgeführte Wärme zu regenerieren, bislang jedoch ohne großen Erfolg. In diesem Zusammenhang wird auf einen in "IngeniszSren", Nr. 49

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vom 8. Dezember 1978 erschienen Artikel mit dem Titel "Oliefyret minikedel uden forurening Og med 100% nyttevirkning" (Umweltfreundlicher ölbeheizter Minikessel mit 100% Wirkungsgrad) verwiesen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die im Heizbetrieb sparsamer ist als herkömmliche Heizanlagen dieser Gattung.

Die Heizanlage gemäß der Erfindung zeichnet sich durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale aus. Es wurde die überraschende Feststellung gemacht, daß die erfindungsgemäße Heizanlage im Heizbetrieb beträchtlich sparsamer ist als herkömmliche Anlagen dieser Gattung.

Bei der Heizanlage gemäß der Erfindung wird die von der Flamme erzeugte Wärme zuerst auf übliche Weise mittels eines oder mehrerer Wärmetauscher ausgenutzt, die mit der Brennkammer verbunden sind. Danach wird das Verbrennungsgas durch die Perlvorrichtung hindurchperlen gelassen, bei der die Fläche, an der stattfindet, mit steigendem Rauchdruck einen immer größeren Anteil der Durchdringungsfläche ausmacht. In der vorliegenden Beschreibung und in den Patentansprüchen wird unter dem Wäscher die mit Wasser gefüllte Perlvorrichtung verstanden. In diesem Zusammenhang ist es von größter Wichtigkeit, daß der mit hohem Wirkungsgrad arbeitende Brenner, bei dem kein Ruß in irgendeiner Form erzeugt wird, benutzt wird, da sonst die Perlvorrichtung in kurzer Zeit zugesetzt sein würde. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß die so ausgebildete Perlvorrichtung aus dem vorhandenen Wasserdampf, der durch die Verbrennung und durch die im Verbrennungsgas herrschende Wärme entstanden ist, die Kondensationswärme auf überaus wirkungsvolle Weise aufnehmen kann. Außerdem wurde die überraschende Feststellung gemacht, daß

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der Wärmetauscher, der den zumindest annähernd waagerechten Abschnitt des Domes kühlt, für die erfindungsgemäße Heizanlage notwendig ist, weil der ungefähr waagerechte Abschnitt der Perlvorrichtung andernfalls während des Betriebes zu heiß und dadurch verformt werden würde. Dadurch bestünde die große Gefahr, daß einige der Durchdringungen über das Flüssigkeitsniveau in der Perlvorrichtung verlagert werden und somit die Wirksamkeit der Heizanlage in hohem Maße gemindert wird. Dies trifft zu, wenn die Perlvorrichtung aus Metall, vorzugsweise aus rostfreiem bzw. korrosionsfestem Stahl, ihrem üblichen Werkstoff, hergestellt ist. Wenn die Perlvorrichtung beispielsweise aus keramischem Werkstoff ist, ist der Wärmetauscher, der den ungefähr waagerechten Abschnitt der Perl- - vorrichtung kühlt, nicht unbedingt notwendig.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Heizanlage gemäß der Erfindung hat die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 2 angegebenen Merkmale. Hiermit wird ein besonders sparsamer Heizbetrieb erreicht.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Heizanlage gemäß der Erfindung hat die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 3 angegebenen Merkmale. Hiermit wird eine außergewöhnlich gute Aufnahme des Wärmeinhalts des Verbrennungsgases im Rauchwäscher erreicht, da unerwünschtes Pulsieren vermieden wird.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Heizanlage gemäß der Erfindung hat die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 4 angegebenen Merkmale. Hiermit wird im Gegensatz zu den Fällen, wo die Durchdringungen lochförmig sind, eine zuverlässigere Verbrennung ohne das unerwünschte Pulsieren erreicht. Vom technischen Standpunkt her ist dies eine außergewöhnlich gute Ausführungsform für die Herstellung der Perlvorrichtung.

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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Heizanlage gemäß der Erfindung hat die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 5 angegebenen Merkmale. Hiermit wird eine außergewöhnlich gute Ausnutzung der Wärme im Verbrennungsgas erreicht.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Heizanlage gemäß der Erfindung hat die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 6 angegebenen Merkmale. Hiermit wird eine außergewöhnlich gute Ausnutzung der Wärme im Verbrennungsgas und daher ein außergewöhnlich hoher Gesamtwirkungsgrad der Heizanlage als Ganzes erreicht. Die Wärme im Verbrennungsgas kann deshalb so besonders gut ausgenutzt werden, weil die Temperatur in der Kondensationsrohrschlange der Wärmepumpe weit unter die Temperatur des kalten Stranges im anderen Wärmetauscher abgesenkt werden kann. Es ist daher von größter Wichtigkeit, daß die Wärmepumpe Ln der erfindungsgemäßen Heizanlage die Vorrichtung ist, welche am wenigsten Wärme aufnimmt. Bei richtigem Betrieb kann erreicht werden, daß der stromabwärts von der Kühlrohrschlange der Wärmepumpe gelegene Abschnitt des Kamins nicht mehr als Kamin, sondern als Luftleitung wirkt. Der Zeitabschnitt, in dem die Wärmepumpe arbeiten muß, kann beispielsweise der Zeitabschnitt sein, während dem die Heizanlage eingeschaltet ist, plus einem bestimmten Zeitabschnitt von beispielsweise 2 (zwei) Minuten nach dem Abschalten der Heizanlage. Die verschiedenen Wärmetauscher in der erfindungsgemäßen Heizanlage können getrennt oder in beliebiger Kombination arbeiten. Wenn die Heizanlage eine Wärmepumpe hat, muß diese jedoch stets getrennt arbeiten.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Heizanlage gemäß der Erfindung hat die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 7 angegebenen Merkmale. Die Schwingungsschutzwanne muß reichliche Durchdringungen für Rauchrohr und Verbindungsrohre zu den Wärmetauschern aufweisen, und es hat sich

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herausgestellt, daß die Schwingungsschutzwannen die Schwingungen in der Wassermasse des Rauchwäschers, die insbesondere beim Einschalten des Brenners entstehen, unterdrücken. Auch hierdurch wird die Wirtschaftlichkeit des Heizbetriebes verbessert.

Eine besonders bevorzugte Ausfuhrungsform der Heizanlage gemäß der Erfindung hat die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 8 angegebenen Merkmale. Hierdurch wird der Verbrennungsvorgang eingeleitet, ohne daß Schwingungen ausgelöst werden. Das von einem Bimetallelement gesteuerte Umleitventil ist mit Vorteil so ausgebildet, daß es schließt, sobald der Brenner etwa eine Minute lang gearbeitet hat, worauf die volle Leistung der Perlvorrichtung erreicht wird. Mit dieser Ausführungsform wird die Wirtschaftlichkeit des Heizbetriebes weiter erhöht.

Es scheint, daß die erfindungsgemäße Heizanlage bei Ölheizung eine Ausnutzung der Wärme des Öls von 107 Prozent seines unteren Heizwertes und boi Gasheizung mit bestimmten Brenngasen, d.h. mit Naturgas, eine Ausnutzung von 110 Prozent, ebenfalls auf den unteren Heizwert dieser Gase gerechnet, erreichen kann, in beiden Fällen sogar ohne Wärmepumpe.

In Fig. 1 ist eine besonders bevorzugte Ausführungsform dargestellt. Die einzelnen Bauteile dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizanlage sind in der nachstehenden Zusammenstellung aufgeführt:

1. Ofenkammer

2. Brenner

3. Rauchrohr

4. Verbrennungsgaswanne

5. Wasserkühlung

6. Schlitze in Rauchwannen (Perlvorrichtung)

7. Wärmetauscher - Leitungswasser

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8. Wärmetauscher - Heizung

9. Ableitungsrohr - Verbrennungsluft

10. Kühlmittel von Wärmepumpe

11. Wärmepumpe

12. Neutralisator, elektronisch gesteuert

13. elektronische Steuereinrichtung zum Steuern des 01-brenners gegenüber der Wärmepumpe

14. elektrisches Kabel

15. Warmwasser aus Wärmepumpenableitung

16. Ableitung - warmes Leitungswasser

17. Ableitung - warmes Heizwasser :

18. Rücklaufwasser - Heizung (aus den Radiatoren)

19. Zulauf für kaltes Leitungswasser

20. Überlauf
21'. Wasser
22. Kessel

Es folgt eine genauere Beschreibung der einzelnen Bauteile: Punkt 22 zeigt eine vollständige Kesseleinheit, bei der Punkt 1 die Ofenkammer, Punkt 2 ein mit blauer Flamme arbeitender Ölbrenner, Punkt 3 das Verbrennungsgasventil, Punkt 4 der Dom (Perlvorrichtung) mit durchsetzten Seiten, Punkt 6 , und Punkt 5 ein Wärmetauscher ist. Punkt 7 ist ein Wärmetauscher für warmes Leitungswasser. Punkt 8 ist ein Verbrennungsgas-Kondensations-Wärmetauscher, und Punkt

9 ist das eigentliche Verbrennungsgas-Ableitungsrohr. Punkt 10 ist ein Rohr mit gekühltem Kühlmittel, Punkt 11 eine Wärmepumpen-Einheit. Punkt 12 ist eine Neutralisierungseinheit und Punkt 13 ist eine elektronische Steuereinheit, wogegen unter Punkt 14 Kabel angegeben sind, mit denen zu Steuerungszwecken der Kessel und die Wärmepumpe angeschlossen sind. Punkt 15 zeigt ein Rohr, das Warmwasser aus der Wärmepumpe führt. Punkt 16 ist die Ableitung für Leitungswasser, Punkt 17 die Ableitung für Heizwasser. Punkt 18 zeigt Rücklaufwasser aus der Heizung, Punkt 19 den Zulauf für kaltes Leitungswasser. Punkt 20 zeigt ein als Überlauf dienendes Rohr, und Punkt 21 ist Wasser.

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Die Arbeitsweise der dargestellten Ausführungsform der Heizanlage ist folgende:

Punkt 22 zeigt den Kessel. Der Brenner 2 brennt in der Ofenkammer 1, aus der das Verbrennungsgas nach oben durch das Rauchrohr 3 ausgestoßen wird. Wenn das Verbrennungsgas auf die Perlvorrichtung 4 trifft, preßt es sich am gesamten Umfang der Perlvorrichtung aufgrund des erzeugten Druckes unter Blasenbildung durch die Durchdringungen 6 hindurch und überträgt auf diese Weise Wärme und chemische Abfallprodukte auf das Wasser 21. Die Verbrennungsgaswärme überträgt Wärme auch auf den Wärmetauscher 5. Nach Austreten aus dem Wasser wird das Verbrennungsgas weitergedrückt und vom Wärmetauscher 8 gekühlt, wodurch es kondensiert und Wärme an den Wärme-" tauscher 8 abgibt. Danach tritt das Verbrennungsgas mit niedriger Temperatur durch das Ableitungsrohr 9 hindurch aus dem Kessel aus. Punkt 7 ist ein Wärmetauscher, der Wärme aufnimmt und an Leitungswasser abgibt. Die Wärmetauscher 5 und 8 werden zur Aufnahme von Wärme zu Heizzwecken benutzt. Punkt 12 ist eine Neutralisationseinheit, die bei Bedarf das Wasser 21 neutralisiert. Punkt 11 ist eine Wärmepumpe, deren Aufgabe darin besteht, das Verbrennungsgas bis nahezu zur vollständigen Kondensation abzukühlen. Die heiße Seite der Wärmepumpe wird zum Vorwärmen des kalten Leitungswassers 19 benutzt, das dem Zulauf 15 zum Leitungswasser-Wärmetauscher 7 zufließt. Ferner wird auf eine elektronisch gesteuerte Einrichtung 13 verwiesen, deren Aufgabe es ist, die Wärmepumpe 11 abhängig vom Ölbrenner 2 ein- und auszuschalten, um eine gegenseitige Störung auszuschließen.

Eine andere besonders bevorzugte Ausführungsform der Heizanlage gemäß der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt, bei der die Bezugszeichen bis einschließlich dem Bezugszeichen 22 die im Zusammenhang mit Fig. 1 angegebenen Bedeutungen haben.

Bei dieser Ausführungsform fehlen die folgenden, in Fig. 1 angegebenen Bezugszeichen:

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7. Wärmetauscher - Leitungswasser

10. Kühlmittel von der Wärmepumpe

11. Wärmepumpe

12. Neutralisator

13. elektronische Steuereinrichtung

14. elektrisches Kabel

15. Warmwasser aus Wärmepumpenablei"uung 1.6. Ableitung - warmes Leitungswasser 19. Zulauf für kaltes Leitungswasser

Diese Ausführungsform weist ferner auf:

23. Schwingungsschutzwanne

24. Umleitventil

24a Umleitventil - Detailzeichnung

24b' Umleitventil - Kalt- oder Offen.stellung 24c Umleitventil - V/arm- oder Schließstellung

25. wärmeaustauschende Wasserkammer

26. Trennplatte zwischen Rauchwäscherwasser und Zentralheizungswasser

Eine genauere Beschreibung der verschiedenen Bauteile ergibt sich aus dem Nachstehenden, da die Punkte 1 bis 22 die gleichen wie bei Fig. 1 sind und die Punkte 7, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 und 19 aus Gründen der Übersichtlichkeit in diese Zeichnung nicht eingetragen sind. Daneben enthält die Zeichnung Bauteile, die sich aus folgendem ergeben: Punkt 23 ist eine Schwingungsschutzwanne, welche die Schwingungen in der Wassermasse unterdrückt. Punkt 24 ist ein Umleitventil, das in der Detailzeichnung mit 24a, 24b (kalt) und 24c (warm) bezeichnet ist. Punkt 25 ist eine wärmeaustauschende Wasserkammer, die den in Fig. 1 dargestellten Rohrwärmetauscher ersetzt. Punkt 26 ist eine Platte, die das Zentralheizungswasser vom Rauchwaschwasser trennt.

Die Arbeitsweise der dargestellten Ausführungsform der Heizanlage ist die gleiche wie bei der Heizanlage gemäß Fig. 1,

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enthält jedoch zusätzlich die folgenden Elemente:

Punkt 23 ist eine Schwingungsschutzwanne, welche die Schwingungen in der Wassermasse 21 unterdrückt, insbesondere bei Einschaltung in kaltem Zustand. Punkt 24 leitet den Druck beim Einschalten im Innern der Perlvorrichtung 4 so lange um, wie die Perlvorrichtung 4 und das Ventil 24 kalt sind. Punkt 24a ist eine Detailzeichnung des Umleitventils 24, wobei mit der gestrichtelten Linie eine Durchdringung in der Perlvorrichtung 4 dargestellt ist. Punkt 24b ist das Umleitventil in Kaltstellung. Durch das Einschalten des Brenners 2 wird das Umleitventil 24 geöffnet. Es schließt, wie in Punkt 24c dargestellt, nach einer Betriebszeit von etwa einer Minute. •Zusammen mit der Schwingungsschutzwanne 23 sorgt dies für eine weiche Einschaltung und einen stetigen, ruhigen Betrieb der Anlage.

Eine dritte besonders bevorzugte Ausführungsform der Heizanlage gemäß der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt, bei der die Bezugszeichen 1 bis 26 grundsätzlich die gleiche Bedeutung haben wie in Verbindung mit Fig. 1 und 2 angegeben.

Bei dieser Aüsführungsform fehlen die folgenden, in Fig. 1 angegebenen Bezugszeichen:

10. Kühlmittel von der Wärmepumpe

11. Wärmepumpe
1.2. Neutralisator

13. elektronische Steuereinrichtung

14. elektrisches Kabel

15. Warmwasser aus Wärmepumpenableitung

Bei dieser Ausführungsform sind ersetzt:

8. durch einen Luft/Luft-Kreuzstrom-Wärmetauscher 8a,

17. durch eine Wärmeableitung - Heizluft - 17a,

18. durch Rücklaufluft - Heizung - 18a,

25. durch eine wärmeaustauschende Luftkammer 25a.

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Diese Ausführungsform enthält ferner:

27. eine Umwälzpumpe,

28. ein Gebläse,

29. Verbindungsrohre.

Eine genauere Beschreibung der einzelnen Bauteile ergibt sich aus dem Nachstehenden, wobei die Punkte 1 bis 26 grundsätzlich die gleiche Bedeutung haben wie im Zusammenhang mit Fig. 1 und 2 angegeben. Jedoch ist Punkt 8a ein Luft/Luft-Wärme tauscher, Punkt 17a eine Warmluftableitung für Heizzwecke, Punkt 18a die gekühlte Rücklaufluft, der Frischluft zugemischt sein kann, Punkt 25a eine wärmetauschende Luftkammer, Punkt 27 eine Umwälzpumpe zum Umwälzen des Rauchwäscherwassers, Punkt 28 ein motorisch angetriebenes Gebläse, das die Zentralheizungsluft umwälzt, und Punkt 29 ein Verbindungsrohr zwischen dem oberen und dem unteren wärmeaustauschenden Teil.

Die Arbeitsweise der dargestellten Ausführungsfprm der Heizanlage ist derjenigen der Ausführungsformen gemäß Fig. 1 und 2 ähnlich, weist jedoch die folgenden Änderungen oder Erweiterungen auf:

Der obere Wärmetauscher 8, bei dem der Wärmetausch zwischen Luft und Wasser stattfindet, ist durch einen Luft/Luft-Kreuzstrom-Wärmetauscher 8a ersetzt, da die heißen Verbrennungsgase nach dem Durchtritt durch die Perlvorrichtung 4 den Kreuzstrom-Wärmetauscher 8a durchströmen und ihre Wärme an die Rückluft 18a aus der Heizung abgeben. Diese zurückgeführte Luft 18a wird durch das Verbindungsrohr 29 hindurchgepreßt, durchströmt die wärmeaustauschende Luftkammer 25a und wird durch die Wärmeableitung 17a als warme Heizluft ausgestoßen, wenn das Gebläse 28 die Luft umwälzt. Punkt 27 ist eine Umwälzpumpe, die das Rauchwäscherwasser 21 zwischen dem Rauchwäscher 4 und 21 und dem Leitungswasser-Wärmetauscher 7 umwälzt. Gleichzeitig wird der ungefähr waagerechte Abschnitt des Domes 5 gekühlt.

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Claims (8)

-Ji- Patentansprüche

1.J Heizanlage für den Betrieb mit Heizöl, Heizgas oder anderen flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen mit einem nichtrußenden Hochleistungs-Blaubrenner und einer als Dom ausgebildeten Perlvorrichtung mit durchsetzten Seiten, bei denen die am weitesten oben gelegenenen Teile der Durchdringungen tiefer als das Niveau der Flüssigkeit im Rauchwäscher angeordnet sind, dadurch gekenn zeich net , daß die Seitenwände der Perlvorrichtung abhängig vom Druck und von der volumetrischen Geschwindigkeit, die bei normalem Betrieb vorherrschen, eine zwischen 20 und 500 mm betragende Mindesthöhe haben, wodurch unerwünschtes Pulsieren vermieden wird, daß der Anteil der Durchdringungen der Perlvorrichtung an der Fläche der Seüenwände so ist, daß bei normalem Betrieb der Verbrennungsgasstrom nur durch die Durchdringungen hindurchströmt und unterhalb des unteren Abschnitts der Seitenwände der Perlvorrichtung keine Blasen erzeugt, und daß die Perlvorrichtung auch einen Wärmetauscher aufweist, der den zumindest annähernd waagerechten Abschnitt des Domes kühlt.

2. Heizanlage nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß sie ferner einen der Perlvorrichtung nachgeschalteten Wärmetauscher enthält.

3. Heizanlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet , daß die Durchdringungen der Perlvorrichtung zwischen 1 und 50 Prozent der Fläche der Seitenwände ausmachen.

4. Heizanlage nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet , daß die Durchdringungen der Perlvorrichtung schlitzartig sind.

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5. Heizanlage nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet , daß die Schlitze durch Erzeugen senkrechter schmaler Durchdringungen gestaltet worden sind, wobei nach außen und nach innen gebogene Abschnitte der so gestalteten Seitensektionen miteinander abwechseln.

6. Heizanlage nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet , daß eine Verdampferrohrschlange der Wärmepumpe hinter dem Rauchwäscher an einer stromabwärts vom Wärmetauscher gelegenen Stelle mit dem Verbrennungsgasrohr verbunden ist und die Wärmepumpe so ausgebildet ist, daß sie nur während Zeitabschnitten eingeschaltet werden kann, welche auf die Zeitabschnitte, in denen die Heizanlage arbeitet, abgestimmt sind.

7. Heizanlage nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet , daß unter der Perlvorrichtung eine Schwingungsschutzwanne angeordnet ist, die dadurch die Gestalt eines Behälters .hat, wobei dessen Boden am unteren Rand der Seitenwände der Perlvorrichtung anliegt oder unter diesem Niveau angeordnet ist und der obere Abschnitt seiner Seitenwände über dem Flüssigkeitsniveau angeordnet ist.

8. Heizanlage nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch ge kennzeichnet , daß in den Seitenwänden der Perlvorrichtung über dem Flüssigkeitsniveau ein mit einem Bimetallelement gesteuertes Entlastungsventil angeordnet ist, welches dadurch bei niedriger Temperatur geöffnet und bei hoher Temperatur geschlossen ist.

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