CH680159A5 - - Google Patents

Description

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CH 680 159 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsofen mit einem als Festbrennstoffbrennkammer ausgebildeten Füllschacht für zu verbrennende Festbrennstoffe, der über einen Einzugskanal mit einer Rauchgas-Nachverbrennungskammer und letztere über eine oberseitige Abzugsöffnung mit nachgeordneten Rauchgaszügen verbunden ist, wobei die Rauchgas-Nachverbrennungskammer eine erste Kammerwand umfasst, an der die Rauchgase im wesentlichen tangential eingeleitet werden.

Ein Verbrennungsofen der vorgenannten Art ist aus DE-PS 3 524 962 bekannt, bei welchem die bei der Verbrennung von Feststoffen entstehenden Rauchgase zusätzlich in einer sog. Rauchgas-Nachverbrennungskammer in Form einer Wirbelkammer verbrannt werden, um einen höheren Wirkungsgrad der Brennstoffe einhergehend mit einer sehr guten schadstoffarmen Verbrennung zu erzielen. Die bekannte Rauchgas-Nachverbrennungskammer umfasst eine erste Kammerwand, an der die Rauchgase im wesentlichen tangential eingeleitet werden. Am Ausgang der Rauchgas-Nachverbrennungskammer sind zwei gegenüberliegende zueinander versetzte Nasen vorgesehen, wobei die erste Nase der ersten Kammerwand radial näher zum Zentrum der (ringförmigen) Rauchgas-Nachverbren-nungskammer gelegen ist als die zweite Nase der gegenüberliegenden Kammerwand, um eine Verwir-belung im Brennbetrieb einzurichten. Die inneren Oberflächen beider Kammerwände weisen im Querschnitt Konkavform auf, was die Wirbelbildung unterstützt. Zwar erzielt der bekannte Verbrennungsofen eine sehr gute Nachverbrennung; hierfür ist jedoch die Rauchgas-Nachverbrennungskammer vergleichsweise aufwendig konzipiert. Der bekannte Verbrennungsofen eignet sich nur für einen Singularbetrieb mit Festbrennstoffen. Der Austritt aus der Nachverbrennungskammer im Bereich der beiden gegenüberliegenden feststehenden Nasen erlaubt keine Nachregelung. Die spitze Nase der zweiten Kammerwand der Rauchgas-Nachverbrennungskammer im Bereich des schrägen tangentialen Einzugskanais unterstützt zwar die Wirbelbildung, verhindert jedoch in vielen Fällen ein «Rückzüngeln» der Flamme von der Nachverbrennungskammer in den Füllschacht, was bei bestimmten Brennbetrieben erwünscht ist.

Aufbauend auf dem vorgenannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen Verbrennungsofen der eingangs genannten Art zu schaffen, der insbesondere im Bereich der Rauchgas-Nachverbrennungskammer sehr einfach aufgebaut ist und gleichwohl eine äusserst schadstoffarme Nachverbrennung ermöglicht und darüber hinaus für verschiedene Betriebsarten geeignet ist.

Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Mittel.

Vorteilhaft weitergebildet wird der Erfindungsgegenstand durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche 2 bis 13.

Wesen der Erfindung ist mithin die Ausbildung einfacher Kammerbestandteile im Bereich der

Rauchgas-Nachverbrennungskammer. Die erste Kammerwand im Anschluss an die tangentiale Zuführung der Rauchgase weist eine piane im wesentlichen vertikale innere Oberfläche auf, während die gegenüberliegende innere Oberfläche der zweiten im wesentlichen vertikal angeordneten Kammerwand wellenförmig ist, insbesondere zwei rippenartige Vorsprünge besitzt, welche eine im wesentlichen horizontale Einbuchtung ausbilden. Das wellenförmige Profil weist keine scharfen Kanten auf, ist vielmehr stetig gewölbt.

Vorzugsweise ist der Abstand zwischen dem Boden der Einbuchtung und der ersten gegenüberliegenden Kammerwand kleiner als die obere Kammerbreite.

Der obere Abschluss der Rauchgas-Nachver-brennungskammer wird durch eine plane Deckplatte mit einer Längsaussparung ausgebildet, die die obere Abzugsöffnung von der Kammer zu den nachgeordneten Rauchgaszügen bestimmt.

Zweckmässigerweise ist die Deckplatte wechselweise in den Ofen einsetzbar. Dadurch kann einmal die obere Abzugsöffnung angrenzend an die zweite Kammerwand positioniert werden, um beispielsweise eine grössere Verwirbelung einzurichten. Soll ein grösserer Durchzug in der Nachverbrennungskammer geschaffen werden, so wird die Deckplatte um 180° auf ihre andere Breitseite in der Nachverbrennungskammer positioniert, um die obere Abzugsöffnung angrenzend an die piane erste Kammerwand anzuordnen.

Erste und zweite Kammerwand sowie Deckplatte sind vorzugsweise separate Bauteile und lösbar im Ofen angeordnet. Sie bestehen zweckmässigerweise aus Feuerbeton oder aus Schamotte.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass in einer im wesentlichen vertikalen Seitenwand der Rauchgas-Nachverbrennungskammer in Höhe der Einbuchtung eine Durchtrittsöffnung für einen Anschluss eines Öl- oder Gasbrenners vorgesehen ist. Ist ein Öl- oder Gasbrenner mit einer speziellen langgestreckten Brennkammer mit seitlicher hinterer Austrittsöffnung angeschlossen, so können durch den Öl- oder Gasbrenner die Festbrennstoffe in der Feststoffbrennkammer angezündet werden, wobei sich die Anlage nach einem Anzünden automatisch abschaltet. Nach einem Ausbrand der Festbrennstoffe in der Feststoff-Brennkammer bzw. im Füllschacht kann der Öl- oder Gasbrennerbetrieb in einem gleitenden Übergang wieder aufgenommen werden.

Im unteren Bereich des Einzugskanals zur Nachverbrennungskammer ist vorzugsweise ein (an sich bekannter) Gasmischkopf vorgesehen, beispielsweise in Verbindung mit mehreren Durchgangsbohrungen in einer Wand des Einzugskanals, die einen Durchgang für einen Sekundärluftstrom zum Glutbett in der Festbrennstoffkammer schaffen, wobei ferner eine Klappe vorgesehen ist, mit der der Durchtritt der Sekundärluftströmung durch die Bohrungen steuerbar ist (vgl. DE-OS 3 406 763).

Der Verbrennungsofen eignet sich nicht nur für einen Festbrennstoff-Brennbetrieb und/oder einen Öi- oder Gasbrennbetrieb, sondern es ist auch der

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Ofen selbst unter Ausnutzung der vorgenannten Vorteile selbst als Heizkessel oder als Kachelofen mit Hilfe einfacher Mittel konzipierbar. Beispielsweise können am Heizkessel oder am Kachelofen an den Aussenseitenwänden Wassertaschen und/ oder Luftrippen vorgesehen sein, wie auch zwischen den inneren Rauchgaszügen innere Wassertaschen ausgebildet sein können. Die Wassertaschen können beispielsweise mit einem Brauchwasserboiler, einer Fussbodenheizung oder mit Warmwasser-Heizkörpern verbunden sein. Es können mithin zusätzliche Wasseraufsatzgeräte entfallen, die bei herkömmlichen Heizkesseln oder Öfen verwendet sind.

Durch die Erfindung ist mithin in einem Verbrennungsofen ein reiner unterer Feststoffabbrand möglich, wobei alle entstehenden Schwelgase nachverbrannt werden. Die Nachverbrennung findet in einer sog. heissen Brennkammer statt, die nicht nur bei einem normalen Festbrennstoffbetrieb eine rauchfreie, d.h. sehr schadstoffarme Verbrennung ermöglicht, sondern auch in der Anheizphase der Festbrennstoffe durch einen angekoppelten Öl-oder Gasbrenner, dessen Flamme in die Nachverbrennungskammer des Verbrennungsofens hineinzüngelt bis hin in den Füllschacht bzw. in die Festbrennstoff-Brennkammer. Gleichwohl tritt hinlängliche Verwirbelung in der Rauchgas-Nachverbrennungskammer ein, ausschliesslich initiiert durch das wellenförmige Innenprofil der zweiten Kammerwand der Rauchgas-Nachverbrennungskammer in Kombination mit der gegenüberliegenden planen ersten Kammerwand und der oberen planen Deckplatte. Ein gleitender Übergang von einem Festbrennstoffbetrieb auf einen Ol- oder Gasbrennerbetrieb ist nach Ausbrand der Festbrennstoffe möglich.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Vertikalschnitt durch einen Verbrennungsofen mit einem seitlichen Öl-brenner,

Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch den Verbrennungsofen einschliesslich Ölbrenner längs der Linie A-A,

Fig. 3 eine perspektivische Vorderansicht der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2,

Fig. 4 eine perspektivische Vorderansicht einer anderen Ausführungsform mit geteilter Frontplatte ähnlich der Fig. 3,

Fig. 5 die Rauchgas-Nachverbrennungskammer des Verbrennungsofens in einer perspektivischen Schnittansicht, und

Fig. 6 die Rauchgas-Nachverbrennungskammer der Fig. 5 in einer anderen Perspektive.

Gemäss Zeichnung ist ein Verbrennungsofen 1 mit einem seitlichen Ölbrenner 15 gezeigt, dessen langgestreckte zylindrische Brennkammer 20 einen seitlichen Durchgang 35 aufweist, welcher mit einer Brennkammer 2 des Verbrennungsofens 1 verbunden ist, insbesondere mit der Rauchgas-Nachverbrennungskammer 4 des Verbrennungsofens, wie nachfolgend noch beschrieben wird.

Ölbrenner 15 und Feststoffverbrennungsteil des Verbrennungsofens 1 liegen hierbei in einer parallelen Anordnung und weisen eine gemeinsame Frontplatte 22 gemäss Fig. 3 oder eine geteilte Frontplatte 23 gemäss Fig. 4 auf, an der die Brennerplatte 24 angeflanscht und oberhalb der Brennerplatte 24 die Schalttafel 37 für die gesamte elektrische Steuerung der Heizanlage befestigt ist. Die einteilige Frontplatte 22 oder geteilte Frontplatte 23 nimmt verbrennungsofenseitig eine obere Füllschachtklappe 25, eine mittlere Umsteilklappe 26 und eine untere Aschenklappe 27 auf, so dass insgesamt zusammen mit dem Ölbrenner 15 ein gutes optisches Erscheinungsbild gegeben ist. Der Ölbrenner 15 liegt in etwa in mittlerer Höhe bezüglich des Verbrennungsofens 1 und verläuft von vorne nach hinten. Durch eine geteilte Frontplatte 23 kann er nachträglich an einen bereits installierten Verbrennungsofen 1 angeflanscht werden.

Durch die Kombination mit einem Ölbrenner 15 (oder Gasbrenner) lassen sich Festbrennstoffe in der Festbrennstoffkammer 2 des Verbrennungsofens 1 im Bereich des Füllschachtes anzünden, wobei sich die Anlage nach einem Anzündvorgang automatisch abschaltet. Nach einem Ausbrand der Festbrennstoffe im Verbrennungsofen 1 ist ein gleitender Übergang im Brennbetrieb auf Öl (oder Gas) möglich. Hierbei gibt die Ölbrennkammer, die nicht wassergekühlt ist, Wärme an den Verbrennungsofen im Bereich der Rauchgas-Nachverbrennungs-kammer 4 sowie an eine mögliche Raumheizung ab. Die Rauchgas-Nachverbrennungskammer 4 ist eine sog. heisse Brennkammer, die eine optimale rauchfreie bzw. sehr schadstoffarme Nachverbrennung der Brennstoffe ermöglicht (Festbrennstoffe bei Feststoffbrennbetrieb, Öl bzw. Gas bei Öl- oder Gasbetrieb).

Der Verbrennungsofen 1 umfasst äussere seitliche Wassertaschen 17 sowie innere Wassertaschen 19 im Bereich der hinteren Rauchgaszüge 6 sowie einen Sammler 18 auf der Rückseite des Gerätes. Gegebenenfalls können auch Luftrippen für einen Warmluftbetrieb vorgesehen sein. Mithin eignet sich der Verbrennungsofen 1 sowohl für einen Warmluft- als auch für einen Warmwasser-Heizbetrieb, wodurch eine Bodenheizung oder Warmwasserheizkörper oder auch ein Brauchwasser-Boiler beheizt werden können. Die seitlichen äusseren Wassertaschen 17 sind zweckmässigerweise fest mit dem Gerät verschweisst. Ein zusätzliches Wasseraufsatzgerät zur Beheizung von Wasser wie nach dem Stand der Technik kann entfallen.

Der Verbrennungsofen 1 umfasst im einzelnen einen vorderen Füllschacht für die Aufnahme von Festbrennstoffen durch die Füllschachtklappe 25, wobei der vordere Füllschacht gleichzeitig als vertikale Festbrennstoffkammer 2 ausgebildet ist mit einem unteren Stehrost und einer vorgelagerten Primärluftzuführung 28 im Bereich der Frontplatte 22. Hierbei kann die Primärluftzuführung 28 durch die Umstellklappe 26 dem Füllschacht oberseitig gemäss Fig. 1 zugeführt werden oder nach Umstellung der Umstellklappe 26 unterseitig. Vor der eigentlichen Umstellklappe 26 ist gemäss Fig. 1 eine Ver5

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schlussklappe 29 vorgesehen, um die Primärluft vollständig zu unterbinden, beispielsweise bei einem Ölbrennbetrieb.

Der Festbrennstoffkammer 2 nachgeordnet ist die bereits angesprochene Rauchgas-Nachverbrennungskammer 4, welche einen unterseitigen Einzugskanal 3 und eine oberseitige Abzugsöffnung 5 in Richtung der sich anschliessenden hinteren Rauchgaszüge 6 aufweist. Gemäss Zeichnung sind zwei hintere Rauchgaszüge 6 vorgesehen mit einer oberen Anheizklappe 38, die für einen Anheizbetrieb in die strichpunktierte Stellung gemäss Fig. 1 geschwenkt ist. Es können auch mehrere Rauchgaszüge mit entsprechend grösserer Anzahl an inneren Wassertaschen 19 vorgesehen sein.

Die Rauchgas-Nachverbrennungskammer 4 umfasst insbesondere eine hintere im wesentlichen vertikale plane erste Kammerwand 7 mit einer unteren tangentialen Schräge im Bereich des Einzugskanals 3, eine zweite der ersten Kammerwand 7 entgegengesetzte vertikale Kammerwand 8 zwischen Feststoffbrennkammer 2 und Nachverbrennungskammer 4 sowie eine obere Deckplatte 12, welche an einer Seitenlänge eine Aussparung besitzt, die die obere Abzugsöffnung 5 bestimmt. Sämtliche vorgenannten Bauteile der Nachverbrennungskammer 4 sind aus Feuerbeton oder aus Schamotte. Sie sind separate Teile und lösbar im Ofen angeordnet. Hierbei kann die plane Deckplatte 12 in zwei unterschiedlichen Stellungen positioniert werden. In der in Fig. 1, 5 und 6 gezeigten Stellung befindet sich die obere Abzugsöffnung 5 im Bereich der zweiten Kammerwand 8. Wird die Deckplatte 12 mit ihrer anderen Flachseite im Ofen eingelegt, liegt die obere Abzugsöffnung 5 im Bereich der ersten Kammerwand 7 und schafft einen direkten Durchzug in der Rauchgas-Nachverbrennungskammer 4. In der erstgenannten gezeigten Stellung der Deckplatte 12 tritt bei einem Feststoffbrennbetrieb des Verbrennungsofens 1 Verwirbelung in der Nachbrennkammer 4 ein, die für eine optimale schadstoffarme Nachverbrennung der Rauchgase sorgt. Die Verwirbelung wird insbesondere durch das wellenförmige Innenprofil der zweiten Kammerwand 8 erreicht, wobei ein erster runder Vorsprung 9 und ein zweiter runder Vorsprung 10 vorgesehen sind, die stetig miteinander verbunden sind und eine horizontale Einbuchtung 11 ausbilden. Der Abstand a zwischen dem Boden der Einbuchtung 11 und der gegenüberliegenden ersten Kammerwand 7 ist hierbei kleiner als die obere Kammerbreite b nach dem zweiten Vorsprung 10, wie dies insbesondere der Fig. 5 zu entnehmen ist. Es hat sich gezeigt, dass bei einer derartigen Konfiguration mit Hilfe einfacher Mittel sich eine optimale Nachverbrennung erzielen lässt, welche bei jedem Brennbetrieb eine rauchfreie bzw. sehr schadstoffarme Verbrennung ermöglicht. Durch die heisse Nachverbrennungskammer ist es möglich, ohne Rauchgas-Entstaubung zu heizen. Folgende Betriebsarten sind möglich:

1. Separater Feststoffbrennbetrieb des Verbrennungsofens 1 (der Abbrand ist ein reiner unterer Abbrand, wobei alle entstehenden Schwelgase nachverbrannt werden).

2. Separater Öl- oder Gasbetrieb des Öl- oder Gasbrenners 15.

3. Separater Öl- oder Gasbrennbetrieb des Öl-brenners unter Ausnutzung der Rauchgas-Nachverbrennungskammer 4.

4. Anheizbrennbetrieb der Festbrennstoffe im Verbrennungsofen 1 durch einen angeschlossenen Öl- oder Gasbrenner 15.

5. Öl- oder Gasbrennbetrieb nach einem Ausbrand der Festbrennstoffe bei gleitendem Übergang des Brennbetriebs.

Die Rauchgas-Nachverbrennungskammer 4 steht vorzugsweise im Bereich des unteren schrägen Einzugskanals 3 mit einem Gasmischkopf 16 in Verbindung, beispielsweise gemäss DE-OS 3 406 763, wobei im unteren Bereich der Festbrennstoffkammer 2 ein Sekundärluftstrom 30 durch eine Mehrzahl von Bohrungen 31 dem Glutbett im Füllschacht zuführbar ist. Ferner ist eine Klappe 32 vorgesehen, mit der der Durchtritt des Sekundärluftstromes durch die Bohrungen steuerbar ist.

Die Primärluftregelung erfolgt beispielsweise gemäss DE-PS 3 344 669.

Der Ölbrenner 15 umfasst eine Brennerdüse, welche vor der Frontplatte 22 bzw. 23 an die Brennerplatte 24 angeflanscht ist. Hinter der Brennerplatte 24 bzw. hinter der Frontplatte 22 bzw. 23 ist in zentraler Ausrichtung die langgestreckte zylindrische Öl- oder Gasbrennkammer 20 angeflanscht, welche an der der Brennerdüse 33 abgelegenen Stirnseite 34 geschlossen ist. Im Bereich der Stirnseite 34 ist auf dem Mantelumfang ein seitlicher Durchgang 35 in Form eines Anschlussstutzens vorgesehen, welcher mit einer seitlichen Durchtrittsöffnung 14 in einer der beiden Seitenwände 13 der Rauchgas-Nachverbrennungskammer 4 ausgerichtet und abdichtend mit dieser verbunden ist.

Die langgestreckte zylindrische Öl- oder Gasbrennkammer 20 weist im praktischen Ausführungsbeispiel eine Länge von ca. 450 mm auf und ist über ihren gesamten zylindrischen Bereich einschliesslich Anschlussstutzen bzw. Durchgang 35 (mit Ausnahme des Bereichs der Brennerdüse 33) mit einem Isolationsmaterial wie beispielsweise «Kapyrok» ausgebildet (Keramikfaser-Dämmplattenmaterial mit sehr hohen Isolierwerten, welches bei einem Öl- oder Gasbrennbetrieb innenseitig glüht und dadurch bei einer angeschlossenen Rauchgas-Nachverbrennungskammer 4 eine heisse Nachverbrennungskammer einrichtet).

Claims (13)

Patentansprüche

1. Verbrennungsofen (1) mit einem als Festbrennstoffbrennkammer (2) ausgebildeten Füllschacht für zu verbrennende Festbrennstoffe, der über einen Einzugskanal (3) mit einer Rauchgas-Nachverbrennungskammer (4) und letztere über eine oberseitige Abzugsöffnung (5) mit nachgeordneten Rauchgaszügen (6) verbunden ist, wobei die Rauchgas-Nachverbrennungskammer (4) eine erste Kammerwand (7) umfasst, an der die Rauchgase im wesentlichen tangential eingeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die der ersten Kammerwand

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(7) der Rauchgas-Nachverbrennungskammer (4) entgegengesetzte im wesentlichen vertikale zweite Kammerwand (8) mit einer wellenförmigen inneren Oberfläche ausgebildet ist, während die innere im , wesentlichen vertikale Oberfläche der ersten Kam merwand (7) plan ist.

2. Verbrennungsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wellenförmige Oberfläche

* der zweiten Kammerwand (8) zwei kammerinnenseiti-

ge rippenartige Vorsprünge (9, 10) besitzt, die eine im wesentlichen horizontale Einbuchtung (11) ausbilden.

3. Verbrennungsofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (a) zwischen dem Boden der Einbuchtung (11) und der ersten Kammerwand (7) kleiner als die obere Kammerbreite (b) der Rauchgas-Nachverbrennungskammer (4) ist.

4. Verbrennungsofen nach einem der Ansprüche

1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauchgas-Nachverbrennungskammer (4) eine Deckplatte (12) mit einer Längsaussparung aufweist, die die oberseitige Abzugsöffnung (5) der Rauchgas-Nachverbrennungskammer (4) zu den nachgeordneten Rauchgaszügen (6) bestimmt.

5. Verbrennungsofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckplatte (12) der Rauchgas-Nachverbrennungskammer (4) wechselseitig einsetzbar ausgebildet ist.

6. Verbrennungsofen nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Kammerwand (7 bzw. 8) sowie die Deckkpiatte (12) als separate Teile ausgebildet und lösbar im Ofen angeordnet sind.

7. Verbrennungsofen nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Kammerwand (7 bzw. 8), der Einzugskanal (3) sowie die Deckplatte (12) aus Feuerbeton oder aus Schamotte ausgebildet sind.

8. Verbrennungsofen nach einem der Ansprüche

2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einer im wesentlichen vertikalen Seitenwand (13) der Rauchgas-Nachverbrennungskammer (4) in Höhe der Einbuchtung (11) eine Durchtrittsöffnung (14) für einen Anschluss eines Öl- oder Gasbrenners (15) vorgesehen ist.

9. Verbrennungsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Einzugskanal (3) unterseitig mit einem Gasmischkopf (16) versehen ist.

10. Verbrennungsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass er als Heizkessel oder Kachelofen ausgebildet ist.

11. Verbrennungsofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an den Aussenseiten-wänden des Ofens Wassertaschen (17) und/oder Luftrippen vorgesehen sind.

12. Verbrennungsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauchgaszüge (6) innere Wassertaschen (19) aufweisen.

13. Verbrennungsofen nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wassertaschen (17, 19) mit einem Boiler, einer Fussbodenheizung oder mit Heizkörpern verbindbar sind.

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