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Die
Erfindung betrifft ein Heizungssystem zur Erwärmung von Räumen und/oder Objekten. Ferner richtet
sich die Erfindung auf ein Gesamtheizungssystem zur Erwärmung von
Räumen
und/oder Objekten. Vorzugsweise werden mit dem erfindungsgemäßen System
Räume von
Gebäuden
beheizt. Unter den zu erwärmenden
Objekten werden hier Komponenten, wie Heizkessel, Heizflächen, Heizkörper oder
Warmwasserspeicher, verstanden. Die Heizflächen schließen auch Fußbodenheizungen ein.
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Als
Brennstoff für
Heizungen kommen beispielsweise derzeit Heizöl, Kohle oder Holz zur Anwendung.
Aus dem Stand der Technik sind auch Heizungen bekannt, die elektrisch
betrieben werden. Nachteilig sind bei diesen Heizungen die hohen
Betriebskosten. Außerdem
erfordern diese bekannten Heizungen oftmals einen äußerst hohen
Raumbedarf.
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Aus
der
US 4 341 936 A ist
eine Vorrichtung bekannt, die durch Induktion ein Fluid eines Hausheizungssystems
erhitzt. Die Vorrichtung umfasst ein Heizbehältnis, in dem magnetisierbare
Kugeln angeordnet sind. Um das Heizbehältnis läuft eine Induktionsheizspule
herum, die an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist. Über eine
Zuführleitung
kann Wasser aus einem Vorratsbehälter
in das Heizbehältnis
geführt
werden. Das in dem Heizbehältnis
befindliche Wasser kann durch die Kugeln verdampft werden, indem
in den Kugeln ein Induktionsstrom durch die Induktionsspule erzeugt
wird. Der erzeugte Dampf wird dann über eine Abführleitung
zu einer Dampfnutzungseinrichtung geführt, die eine Dampfmaschine
sein kann. Zwischen der Dampfnutzungseinrichtung und dem Vorratsbehälter ist
eine Rückführleitung
für das
in der Dampfnutzungseinrichtung entste hende Kondensat angeordnet.
Die Vorrichtung weist einen äußerst komplizierten
Aufbau auf.
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Aus
dem „Taschenbuch
für Heizung
+ Klimatechnik”,
Oldenbourg Industrieverlag, 03/04 von Recknagel, Sprenger, Schramek
sind verschiedene Rohrverlegungsarten von Fußbodenheizungen bekannt. Entsprechende
Heizrohre können
mäanderförmig und/oder
spiralförmig
verlegt sein. Ferner ist ein Heizkessel mit Speisewasserrohren offenbart,
die mäanderförmig verlaufen.
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In
der
DE 60 2006
000 137 T2 ist ein Lebensmittel-Zubereitungsmixer offenbart.
Der Mixer umfasst einen einen ferromagnetischen Teil aufweisenden
Behälter
für ein
zu bearbeitendes Lebensmittel. Der ferromagnetische Teil liegt in
Form einer äußeren Stahlschicht
an einem unteren, im Wesentlichen zylindrischen Teil des Behälters vor.
Ferner ist eine Induktionsheizvorrichtung vorgesehen, um den Behälter bzw.
das in diesem befindliche Lebensmittel zu erwärmen. Die Induktionsheizvorrichtung
umläuft
den ferromagnetischen Teil des Behälters, wenn der Behälter in
eine entsprechende Aufnahme eingesetzt ist. Ein Heizungssystem für Gebäude ist
nicht offenbart.
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Aus
der
DE 103 23 591
A1 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Gases aus einem
Sublimationsgut bekannt. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel ist
in einem Behälter
eine ferromagnetische Platte angeordnet. Unterhalb des Behälterbodens
ist eine Induktionsspule vorgesehen. Die Induktionsspule erzeugt
im Betrieb ein elektromagnetisches Wechselfeld, welches durch den
Behälterboden
hindurch die ferromagnetische Platte erwärmt. Ferner weist der Behälter einen
Gasauslass auf, an den eine Gasleitung ange schlossen ist. Die Gasleitung
führt zu
einen Abgassystem eines Motors. Ein Heizungssystem für Gebäude ist
nicht offenbart.
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Aus
der
DE 21 49 122 A ist
eine Anlage zum Sterilisieren von mit Gut gefüllten Packungen bekannt. Die
Anlage hat einen Förderkanal
mit einem Vorwärmbereich
und einem Sterilisationsbereich. Der Vorwärm- und der Sterilisationsbereich
weisen zusammen einen eigenen aufheizbaren Flüssigkeitskreislauf auf. Ein
weiterer Flüssigkeitskreislauf
ist für einen
Kühlbereich
vorgesehen. Die am Ende des Sterilisationsbereichs austretende Flüssigkeit
kann wieder aufgeheizt werden und zur erneuten Verwendung rückgeführt werden.
An dem Förderkanal
sind Heizungen angeordnet, die als Induktivheizungen ausgebildet
sein können.
Die Flüssigkeit
dient zur Förderung
der Packungen und zur Wärmeübertragung.
Ein Heizungssystem für
Gebäude
ist nicht offenbart.
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In
der
DE 100 21 803
B4 ist eine elektrische Heizmatte offenbart. Die Heizmatte
ist verformbar und kann als flexible Flächenheizung in Wohnräumen eingesetzt
werden. Die Heizmatte hat einen äußerst hohen
Energiebedarf.
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Aus
der nachveröffentlichten
WO 2008/145 367 A1 ist
ein längliches
Behältnis
bekannt, welches vorzugsweise eine Flüssigkeitszuleitung für Kraftstoff in
einem Verbrennungsmotor ist. Das Behältnis ist von Spulen umgeben,
die innerhalb des Behältnisses ein
magnetisches Wechselfeld erzeugen. In dem Behältnis befindet sich ein Heizelement,
das aus einem ferromagnetischen oder magnetostriktiven Werkstoff besteht.
Die Magnetfelder der Spulen können
eine Erwärmung
des Heizelements durch Induktion bewirken. Ein Heizungssystem für Gebäude ist
nicht offenbart.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Heizungssystem bzw. ein
Gesamtheizungssystem bereit zu stellen, das im Betrieb äußerst wirtschaftlich
ist. Außerdem
soll lediglich ein äußerst geringer
Raumbedarf zur Unterbringung notwendig sein.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
in den Ansprüchen
1 und 15 angegebenen Merkmale gelöst. Der Kern der Erfindung
liegt darin, dass in das metallische Material des Bodens des Flüssigkeitsbehälters ein
Induktionsstrom bzw. Wirbelstrom induzierbar ist, was eine Erwärmung des
Bodens und somit auch der in dem Flüssigkeitsbehälter aufgenommenen
Flüssigkeit
zur Folge hat. Die angeschlossenen Räume und/oder Objekte können dann durch
erwärmte
Flüssigkeit
erwärmt
werden.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Durch
die Ausgestaltung nach Anspruch 2 wird eine besonders gute bzw.
schnelle Erwärmung der
Flüssigkeit
in dem Flüssigkeitsbehälter erzielt. Durch
ferromagnetisches Material wird das von der Erwärmungseinrichtung erzeugte
Magnetfeld äußerst gut
gebündelt,
sodass die abgestrahlte Energie gezielt in den Boden übertragen
wird.
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Der
Flüssigkeitsbehälter nach
dem Anspruch 3 und/oder 4 hat eine besonders kleine Bauform. Ein hoher
Raumbedarf ist somit zur Unterbringung desselben nicht erforderlich.
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Der
Boden nach dem Anspruch 5 weist einerseits eine ausreichende Tragfähigkeit
für die
aufgenommene Flüssigkeit
auf. Andererseits ist der Boden schnell durch die Erwärmungseinrichtung
aufheizbar.
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Die
Ausbildung des Heizungssystems nach Anspruch 6 zeichnet sich durch
ihre hohe Energieeffizienz aus.
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Durch
die Ausgestaltungen nach den Ansprüchen 7, 8 und/oder 9 werden
besonders gute Wärmeübertragungen
zwischen der Flüssigkeit
in dem Flüssigkeitsbehälter und
einer in der Rohrleitung befindlichen Flüssigkeit erzielt.
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Durch
die Ausgestaltung nach Anspruch 10 wird – soweit möglich – ein Entweichen thermischen Energie
aus dem Flüssigkeitsbehälter verhindert.
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Durch
die Ausgestaltung nach den Ansprüchen
11, 12, 13 und/oder 14 wird eine besonders gute Wärmeübertragung
zwischen der Erwärmungseinrichtung
und der Flüssigkeit
in dem Flüssigkeitsbehälter erzielt.
Energieverluste aufgrund von Luftspalten zwischen der Tragplatte
und dem Boden werden so besonders gut vermieden.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung eine bevorzugte
Ausführungsform
der Erfindung beispielhaft erläutert.
Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Gesamtheizungssystems.
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Das
in der Figur dargestellte Gesamtheizungssystem ist für ein Wohngebäude vorgesehen. Es
umfasst einen Flüssigkeitsbehälter 1,
der mit einer zu erwärmenden
Flüssigkeit 2,
vorzugsweise Wasser oder Öl,
nahezu vollständig
gefüllt
ist und beispielsweise in dem Keller des Wohngebäudes untergebracht ist. Der
Flüssigkeitsbehälter 1 steht
auf einer separaten Induktions-Erwärmungseinrichtung 3,
die zur Erwärmung
der Flüssigkeit 2 in
dem Flüssigkeitsbehälter 1 dient.
In dem Flüssigkeitsbehälter 1 befindet
sich ein Rohrleitungsübertragungssystem 4,
das mit einem Vorlauf 5 und einem Rücklauf 6 strömungstechnisch
verbunden ist. Der Vorlauf 5 und der Rücklauf 6 sind in dem
Wohngebäude
verlegt und stehen außerdem
mit einem Heizkörper 7 in
Strömungsverbindung,
der in einem entfernten Wohnraum des Wohngebäudes stehen kann. Durch die
Erwärmungseinrichtung 3 kann
die Flüssigkeit 2 in
dem Flüssigkeitsbehälter 1 erhitzt
werden. Durch die Erwärmung
der Flüssigkeit 2 in
dem Flüssigkeitsbehälter 1 wird
dann auch eine in dem Rohrleitungsübertragungssystem 4 befindliche
Flüssigkeit,
vorzugsweise Wasser oder Öl,
erwärmt,
die über
den Vorlauf 5 zu dem Heizkörper 7 zur Erwärmung desselben bzw.
des entsprechenden Wohnraums geführt
wird. In dem Heizkörper 7 wird
Wärme durch
Kon vektion der Luft an den zu beheizenden Wohnraum abgegeben. Die
abgekühlte
Flüssigkeit
wird dann über
den Rücklauf 6 in
das Rohrleitungsübertragungssystem 4 zurückgeführt.
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Der
Flüssigkeitsbehälter 1 ist
topfartig ausgebildet. Er weist einen ebenen Boden 8 und
eine von dem Boden 8 nach oben verlaufende Seitenwandung 9 auf.
Der Flüssigkeitsbehälter 1 ist
einstückig ausgebildet
und besteht aus einem ferromagnetischen, nicht-rostenden Material,
wie Stahl.
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Der
Flüssigkeitsbehälter 1 weist
hier einen kreisförmigen
Boden 8 auf, an den sich fluiddicht die Seitenwandung 9 anschließt. Die
Seitenwandung 9 ist im Querschnitt kreisringförmig ausgebildet.
Der Boden 8 weist eine Bodenfläche auf, die zwischen 200 cm2 und 1.500 cm2,
vorzugsweise zwischen 500 cm2 und 1.200
cm2, liegt. Er besitzt eine konstante Dicke
von 1 mm bis 10 mm, vorzugsweise von 2 mm bis 7 mm. Die Bodenfläche des
Bodens 8 überschreitet bezüglich ihrer
Abweichung von einer idealen Ebene und ihrer Rauhigkeit in einem
Temperaturbereich zwischen der Raumtemperatur und der Betriebstemperatur
des Bodens 8 nicht 0,1 mm. Der Flüssigkeitsbehälter 1 hat
ein Fassungsvolumen von 5 Liter bis 20 Liter, vorzugsweise von 10
Liter bis 15 Liter.
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Gemäß einer
alternativen Ausführungsform ist
der Flüssigkeitsbehälter 1 aus
einem nicht-ferromagnetischen Material gebildet, wobei in dem Boden 8 mindestens
eine ferromagnetische Platte bzw. Platine eingesetzt ist. Der Flüssigkeitsbehälter 1 kann auch
eine Form aufweisen, die sich von der oben beschriebenen Form unterscheidet.
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An
die Seitenwandung 9 grenzt außen eine bekannte Wärmeisolierung 10 zur
Wärmeisolierung des
Flüssigkeitsbehälters 1 an.
Sie ist im Querschnitt kreisringförmig ausgebildet und erstreckt
sich über die
gesamte Höhe
der Seitenwandung 9. Eine Wärmeisolierung verläuft auch
oberhalb des Flüssigkeitsbehälters 1,
so dass dieser auch nach oben wärmeisoliert
ist. Die Wärmeisolierung
kann beispielsweise aus Schaumstoff oder Styropor bestehen.
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In
der Flüssigkeit 2 in
dem Flüssigkeitsbehälter 1 ist
das Rohrleitungsübertragungssystem 4 angeordnet,
das einen Wärmetauscher
darstellt. Das Rohrleitungsübertragungssystem 4 ist
durch eine mänderförmige Rohrleitung 11 gebildet,
die im Wesentlichen aus Kupfer besteht und eine Wandstärke von
etwa 0,5 mm bis 3 mm aufweist. Die Rohrleitung 11 erstreckt
sich dabei nahezu über
den gesamten Durchmesser des Flüssigkeitsbehälters 1 und
verläuft
in verschiedenen, übereinander
liegenden Ebenen. Die Höhe
des eigentlichen Rohrleitungsübertragungssystems 4 ist
geringfügig
kleiner als der Stand der Flüssigkeit 2 in
dem Flüssigkeitsbehälter 1.
Das Rohrleitungsübertragungssystem 4 weist
somit eine äußerst große Übertragungsoberfläche auf.
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An
dem stromabwärtigen
Ende des Rohrleitungsübertragungssystems 4 ist
der Vorlauf 5 angeschlossen, der mit dem Eingang 12 des
Heizkörpers 7 in
Strömungsverbindung
steht. Der Rücklauf 6 ist mit
dem Ausgang 13 des Heizkörpers 7 und dem stromaufwärtigen Ende
des Rohrleitungsübertragungssystems 4 strömungstechnisch
verbunden. Der Vorlauf 5, der Rücklauf 6 und das Rohrleitungsübertragungssystem 4 bilden
zusammen einen geschlossenen, separaten Strömungskreislauf für die darin
geführte
Flüssigkeit.
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Unmittelbar
unter dem Boden 8 des Flüssigkeitsbehälters 1 befindet
sich die Induktions-Erwärmungseinrichtung 3,
die im Wesentlichen ein bekann tes Induktions-Heizfeld ist. Die Erwärmungseinrichtung 3 weist
ein kastenförmiges
Gehäuse 14 auf, das
oben durch eine aus Glaskeramik bestehende, ebene Tragplatte 15 verschlossen
ist. In dem Gehäuse 14 ist
eine Induktionseinheit 16 untergebracht, die eine elektrische
Spule zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfelds umfasst. Die
Tragplatte 15 dient zur Abstützung des Flüssigkeitsbehälters 1 und
liegt an dessen Boden 8 an. Sie weist eine Fläche auf,
die geringfügig
größer als
die Bodenfläche
des Bodens 8 ist, so dass der Flüssigkeitsbehälter 1 sicher
auf der Tragplatte 15 stehen kann. Die Bodenfläche des
Bodens 8 kann somit vollständig oben auf der Tragplatte 15 aufliegen.
Die Bodenfläche
des Bodens 8 und die Tragplatte 15 sind so aneinander
angepasst, dass ihre Abstände
voneinander in einem Temperaturbereich zwischen der Raumtemperatur
und der Betriebstemperatur des Bodens 8 0,1 mm nicht überschreiten.
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Zwischen
dem Rohrleitungsübertragungssystem 4 und
dem Heizkörper 7 ist
in dem Vorlauf 5 eine bekannte elektrische betätigbare
Umwälzpumpe 17 angeordnet.
Zwischen dem Rohrleitungsübertragungssystem 4 und
der Umwälzpumpe 17 befindet sich
in dem Vorlauf 5 eine Temperatur- und Druckanzeige 18 für die Flüssigkeit
in dem Vorlauf 5. Zwischen der Umwälzpumpe 17 und dem
Heizkörper 7 ist
in dem Vorlauf 5 ein Druckausgleichs- und Vorratsbehälter 19 für die geförderte Flüssigkeit
angeordnet, der ein Überdruckventil 20 besitzt.
In der den Flüssigkeitsbehälter 1 oben
bedeckenden Wärmeisolierung ist
außerdem
ein Überdruckventil 21 vorgesehen.
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Zwischen
der Umwälzpumpe 17 und
dem Druckausgleichs- und Vorratsbehälter 19 ist an dem Vorlauf 5 über eine
Leitung 28 ein Brauchwasserbehälter 29 angeschlossen.
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Die
Umwälzpumpe 17 und
die Induktionseinheit 16 stehen über separate Stromleitungen 22, 23 mit
einem Stromverteiler 24 in elektrischer Verbindung. Der
Stromverteiler 24 wird von einer Stromquelle 25 gespeist.
Bei der Stromquelle 25 kann es sich um die üblicherweise
in Gebäuden
installierte 230 Volt-Energieversorgung handeln. Zwischen der Stromquelle 25 und
dem Stromverteiler 24 ist ein Thermostat 26 angeordnet.
An dem Heizkörper 7 ist außerdem ein
Thermostat 27 angeschlossen.
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Nachfolgend
wird die Funktion des erfindungsgemäßen Systems beschrieben. Durch
das Thermostat 26, 27 wird die in dem Wohnraum
herrschende Raumtemperatur gemessen und entsprechend über das
erfindungsgemäße System
geregelt. Wenn die in dem Wohnraum vorliegende Ist-Raumtemperatur kleiner
als die gewünschte
Soll-Raumtemperatur ist, wird Strom von der Stromquelle 25 über den
Stromverteiler 24 und die Stromleitung 23 durch
die Spule der Induktionseinheit 16 geschickt. Dabei erzeugt
die dann stromdurchflossene Spule ein magnetisches Wechselfeld.
Dieses induziert durch die Tragplatte 15 hindurch durch
Induktion Wirbelströme
in dem ferromagnetischen Boden 8 des direkt auf dieser
stehenden Flüssigkeitsbehälters 1. Die
erzeugten Wirbelströme
heizen den Boden 8 bzw. den Flüssigkeitsbehälter 1 selbst
und dann durch Wärmeübertragung
die aufgenommene Flüssigkeit 2 auf.
Der Boden 8 erreicht dabei eine Temperatur zwischen 200°C und 300°C. Die dabei üblicherweise
angewandten Frequenzen der Induktionseinheit 16 liegen
im Bereich von etwa 25 bis 50 kH. Je nach Wärmebedarf wird die Spule derart
angesteuert, dass die Flüssigkeit 2 eine
Temperatur zwischen 30°C
und 90°C
hat. Die Tragplatte 15 wird dabei im Wesentlichen nicht
erwärmt.
Ein Überdruck
in dem Flüssigkeitsbehälter 1 kann
durch das Ventil 21 abgebaut werden.
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Die
erhitzte Flüssigkeit 2 in
dem Flüssigkeitsbehälter 1 gibt
dabei Wärme
an die in dem Rohrleitungsübertragungssystem 4 geförderte Flüssigkeit ab,
die über
den Vorlauf 5 gemäß dem Strömungspfeil 30 aus
dem Flüssigkeitsbehälter 1 und über den Rücklauf 6 gemäß dem Strömungspfeil 30 wieder
zurück
in den Flüssigkeitsbehälter 1 strömt. Die
für den Umlauf
sorgende Umwälzpumpe 17 wird
durch den Stromverteiler 24 über die Leitung 22 entsprechend angesteuert.
Die geförderte
Flüssigkeit
kann beispielsweise zur Erwärmung
von Brauchwasser bzw. Nutzwasser verwendet werden, das über den Brauchwasserbehälter 29 entnommen
werden kann. Die Flüssigkeit 2 in
dem Flüssigkeitsbehälter 1 ist selbst
quasi „stehend”. Sie wird
nicht aus dem Flüssigkeitsbehälter 1 gefördert bzw.
in Umlauf gebracht. Sie dient im Prinzip lediglich zur Wärmeübertragung zwischen
dem aufheizbaren Boden 8 und der in dem Rohrleitungsübertragungssystem 4 geführten Flüssigkeit.
Es findet somit eine indirekte Erwärmung der geförderten
Flüssigkeit
statt.
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Die
geförderte
Flüssigkeit
kann aber auch über
den Druckausgleichs- und Vorratsbehälter 19 und den Eingang 12 durch
den Heizkörper 7 geführt werden.
Dort findet ein Wärmeübergang
auf den Heizkörper 7 und
ein Wärmeübergang
zu der Umgebungsluft statt. Die abgekühlte Flüssigkeit tritt dann aus dem
Ausgang 13 des Heizkörpers 7 wieder
aus und wird über
den Rücklauf 6 zurück in das
Rohrleitungsübertragungssystem 4 geführt.
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Gemäß einer
alternativen Ausführungsform wird
die unmittelbar durch die Induktionseinheit 16 erwärmte Flüssigkeit 2 in
dem Flüssigkeitsbehälter 1 zur
Erwärmung
der Räume
und/oder Objekte 7, 29 direkt verwendet. Ein Wärmetauscher
bzw. separater Kreislauf ist nicht vorgesehen. Die Flüssigkeit 2 wird somit
gefördert
und beispielsweise durch den Heizkörper 7 geführt.