DE3211376A1

DE3211376A1 - Durchlaufwassererhitzer

Info

Publication number: DE3211376A1
Application number: DE3211376A
Authority: DE
Inventors: Hermann 5090 Leverkusen Müschenborn
Original assignee: Individual
Current assignee: MUESCHENBORN, KARL-HERMANN, 63067 OFFENBACH, DE
Priority date: 1982-03-27
Filing date: 1982-03-27
Publication date: 1983-10-20
Also published as: DE3211376C2

Description

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D-40O0 DÜSSELDORF I · S C HA DOWPLATX 9

VNR: 109126

Düsseldorf, 26. März
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Hermann Müschenborn
5090 Leverkusen 3

Durchlaufwassererhitzer

Die Erfindung betrifft einen Durchlaufwassererhitzer, bestehend aus einem Wärmetauscher mit einem Wärmetauschkreislauf für Heißwasser und einem Wärmetausciikanal für aufzuheizendes Wasser,
insbesondere Brauchwasser.

Derartige Durchlaufwassererhitzer sind bekannt und werden beispielsweise in Verbindung mit Zentralheizungsanlagen verwendet, bei denen in einem Gas- oder ölkessel durch das dort verbrannte Gas oder öl Wasser erwärmt wird, welches dann einem meist
in Form eines größeren Speichers vorgesehenen Warmwasserbereite in einem Wärmetauschkreislauf zugeführt wird, welcher Wasserspeicher aus einer zentralen Wasserversorgung stammendes Wasser enthält, das von einem in dem Wasserbehälter angeordneten Wärme tauscher aufgeheizt wird. Von dem Speicher kann dann erwärmtes Wasser abgezapft werden.

Bekannt sind auch Durchlaufwassererhitzer, die entweder elektroder mit Gas beheizt werden und die gegenüber dem Speicherwassc

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erhitzer den Vorteil der geringeren räumlichen Abmessungen aufweisen, dafür aber eine eigene Wärmequelle benötigen und dadurch zu höheren Installationskosten führen. Beide bekannten Systeme haben Nachteile. Die zentrale Warmwasserbereitung innerhalb eines Heizkessels oder doch innerhalb eines neben dem Heizkessel angeordneten zentralen Speichers erfordert einen Wärmekreislauf, der unabhängig von dem Heizkreislauf anzuordnen ist und zu erheblichen Installationskosten führt und zudem hohe Wärmeverluste verursachen kann, insbesondere dann, wenn ein Zirkulationskreislauf für das erwärmte Wasser vorgesehen ist. Die zweite Möglichkeit der dezentralen Wassererhitzung durch selbst eine Heizquel-Ie aufweisende Durchlaufwassererhitzer hat wiederum den Nachteil der hohen Anschlußkosten sowie den weiteren Nachteil, daß diese Ausführung manchmal nicht möglich ist, beispielsweise dann, wenn der Raum, in dem der Durchlaufwassererhitzer angeordnet werden soll, entweder keine ausreichende Durchlüftungsmöglichkeiten aufweist, was Gaserhitzung ausschließt, oder keine ausreichende elektrische Anschlußstärke besitzt, was die Erhitzung durch elektrischen Strom unmöglich macht.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Durchlaufwassererhitzers, der die vorgenannten Nachteile nicht aufweist und insbesondere sehr einfach in der Installation ist, die Energie optimal ausnutzt und zudem auch nachträglich mit verhältnismäßig geringem Aufwand in Räumen installiert werden kann, wie Baäeräuraen oder Küchen, in denen u.U. keine ausreichend starken elektrischen Anschlüsse bzw. keine Gasanschlüsse oder auch keine ausreichende Entlüftungsmöglichkeit vorhanden ist, um herkömmliche dezentralisierte Warmwasserbereitung anzuwenden.

Gelöst wird die Aufgabe durch einen Durchlaufwassererhitzer der eingangs genannten Art, der von einem Raumheizungskonvektor gebildet wird, der aus zwei (oder mehr) nebeneinander angeordr.e- * ten, von Heizwasser durchflossenen Plattenheizkörperkonvektoren gebildet wird, deren Plattenränder von einem umlaufenden Rand-

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blech abdichtend miteinander verbunden sind und dadurch einen Wärmetauschraum zur Aufnahme und Aufheizung von Brauchwasser bilden.

Diese Anordnung erfordert nicht mehr Raum, als für den ohnehin zur Raumheizung notwendigen Konvektor notwendig ist, d.h., daß sonst erforderliche Räume für die Anordnung einer Speicheranordnung, selbst wenn diese in Form von elektrisch betriebenen Kleinspeichern vorgesehen werden, entfallen. Außerdem ergibt sich der Vorteil, daß die erforderliche Wärmeenergie der ohnehin vorhandenen.Raumheizungsanlage entnommen werden kann, so daß ein mit meist hohen Energieverlusten verbundener eigener Heizkreis für das Brauchwasser entfallen kann.

Diese sehr einfache Anordnung ist besonders für solche Räume geeignet, die eine bestimmte Mindestheizung zu jeder Jahreszeit erfordern, wie beispielsweise in Kellerräumen gelegene, warmes Brauchwasser erfordernde Räume, z.B. Dunkelkammern, Waschräume, Baderäume, Saunaräume und dergl., oder aber auch Räumlichkeiten, die in ungünstigen Klimalagen sich befinden, die ebenfalls über den größten Teil des Jahres Raumheizung notwendig machen. Sie ist auch geeignet für solche Räume, die nur dann beheizt werden müssen, wenn auch warmes Wasser notwendig ist, was für bestimmte Gewerberäume gilt.

Falls die Raumheizung über längere Zeiträume nicht notwendig ist, wohl aber warmes Wasser, ist eine Weiterbildung der Erfindur.·-; von Vorteil, bei der der vom Heizwasser durchflossene Raum durch eine Trennwand in zwei Heizkreise aufgeteilt ist, von denen der eine zur Raumheizung und der andere zur Brauchwasserheizung dient Auf diese Weise ließe sich dann, wenn eine Raumheizung nicht oder nur in geringerem Maße notwendig ist, der entsprechende Heizkreis durch Abstellen oder Reduzieren der Heizwasserzufuhr außer Betrieb setzen.

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Es kann günstig sein und ist in manchen Gegenden auch vorgeschrieben/ Thermostatventile vorzusehen, wobei bei zwei Heizkreisen für jeden Heizkreis ein eigenes Thermostatventil zweckmäßig sein könnte, also ein Thermostatventil für den Raumheizungskreis, der von der Raumtemperatur beeinflußt wird, sowie ein zweites Thermostatventil für den Brauchwasserheizkreis, der beispielsweise von der Austrittstemperatur des Brauchwassers beeinflußt wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Brauchwasseraufheizung ganz oder zumindest teilweise unabhängig von der Raumheizung durchzuführen. Soll sehr heißes Brauchwasser zur Verfügung gestellt werden, gleichzeitig aber die Raumheizung möglichst weitgehend abschaltbar sein, kann es günstig sein, die genannte Trennwand wärmeisolierend auszuführen, beispielsweise durch Anordnung einer Doppelwand mit dazwischen angeordnetem Isoliermaterial oder einfach Luft, wobei der Abstand zwischen den beiden zu isolierenden Wänden dann ,nur einige Millimeter betragen wird, um Luftkonvektion und damit verrringerte Isolierung zu verhindern.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispieler, näher erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Zentralheizungsar.-lage herkömmlicher Art, bei der ein erfindungsgemäßer Durchlaufwassererhitzer eingesetzt ist;

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Durchlaufwassererhitzers;

Fig. 3 eine Ansicht von oben auf den Durchlaufwassererhitzer der Fig. 3;

Fig. 4 eine Ansicht von links auf den in Fig. 2 dargestellten Durchlaufwassererhitζer;

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Fig. 5 eine Ansicht auf die Innenfläche eines Plattenheizkörperkonvektors, der bei einem Durchlaufwassererhitzer gemäß Fig. 2 eingesetzt werden kann;

Fig. 6 Schnittdarstellungen durch die Anordnung der Fig. 5 zur Erläuterung von zwei Ausführungsformen; und

Fig. 7 in einer ähnlichen Darstellung wie Fig. 6 eine Darstellung von zwei weiteren Ausführungsformen, bei der eine Trennwand (links) bzw. eine isolierende Trennwand (recn innerhalb des Wärmetauscherraums vorgesehen ist.

In Fig. 1 ist in schematischer Darstellung eine zentrale Raumheizungsanlage 10 dargestellt, bestehend aus einem Heizkessel 12, der beispielsweise durch Gas, öl oder Koks beheizt sein kann und von dem aus eine Vorlaufleitung 14 zu einzelnen Raumkonvektoren 16, 18 führt, um diese über Ventile 20, 22, die insbesondere auch Thermostatventile sein können, mit Heizwasser zu versorgen, über eine Rücklaufleitung 2 4 wird das in den Konvektoren 16, 18 abgekühlte Wasser dem Heizkessel 12 wieder zurückgeführt, um dort erneut aufgeheizt zu werden. Heizkessel 12 sowie die Konvektoren 16, 18 mögen, wie üblich, in unterschiedlichen Räumen A, B und C stehen, wobei B ein Wohnraum sei.i mag, C dagegen ein Raum, in dem angewärmtes Wasser zur Verfügung stehen soll, beispielsweise ein im Keller gelegener Hobbyraum, ein Badezimmer, ein Küchenraum oder dergl.

Um das vom Leitungsnetz 26 zur Verfügung .stehende Wasser, dessei Temperatur üblicherweise nur bei etwa 10 ... 15° liegt, auf eine gewünschte Temperatur von 20 ... 40° oder auch höher zu bringen, dient nun als Konvektor 18 ein erflndungsgemäßer Durchlaufwassererhitzer, dem das zu erwärmende Brauchwasser über ein· Leitung 28 zugeführt und von dem über eine Zapfleitung 30 und einen Zapfhahn 32 erwärmtes Wasser entnommen werden kann. Falls das Wasserwerk dies fordert, kann noch ein Rückflußsperrventil· 3 4 vorgesehen werden, das ein Zurückfließen von aus dem Leitung

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netz 26 entnommenem Wasser in dieses Leitungsnetz bei Ausdehnung des in dem Durchlauferhitzer befindlichen Wassers bei dessen Erwärmung verhindert. Das Ausdehnungswasser wird stattdessen über einen überlauf 36 in herkömmlicher Weise abgeführt.

In Fig. 2 ist der Konvektor 18 in größeren Einzelheiten in einer Ansicht von vorne dargestellt, während die Fig. 3 eine Ansicht von oben und die Fig. 4 eine Ansicht von links wiedergibt. Die Anschlußleitungen sind die gleichen wie sie in Fig. 1 dargestellt sLnd und tragen auch die gleichen Bezugszahlen.

Der erfindungsgemäße Durchlaufwassererhitzer gemäß der dargestellten Ausführungsform umfaßt zwei Plattenheizkorperkonvektoren 36, 38, die jeweils von der Vorlaufleitung 14 über das gegebenenfalls vorhandene Ventil 32 und eine Verzweigung 40 mit Heizwasser versorgt werden. Das Heizwasser strömt in üblicher Weise in einzelnen senkrecht verlaufenden, durch Rippung des Plattenheizkörpers gebildeten Kanälen 42 vom oberen Bereich des Konvektors 18 zum unteren Bereich des Konvektors 18 und gelangt schließlich zur Rücklaufleitung 24, wo es wieder zur Aufheizquelle 12 zurückgeführt wird. Während des Durchflusses durch den Konvektor 18 wird Wärme an den Konvektormantel abgegeben, so daß sich dieser erhitzt und an die den Konvektormantel umspülende Luft Wärme abgibt und so die Raumluft in bekannter Weise anwärmt.

Gegenüber bekannten Konvektoren besitzt nun der dargestellte erfindungsgemäße Konvektor ein umlaufendes Randblech 44, das die Ränder 46 der Plattenheizkorperkonvektoren 36, 38 derart miteinander verbindet, daß sich zwischen den beiden Plattenheizkorperkonvektoren 36, 3 8 ein Wärraetauschraum 48 ergibt, der vorzugsweise an den beiden vom Heizwasservorlauf bzw. Rücklauf noch nicht besetzten Ecken mit einem Brauchwasserzulaufrohr bzw. Brauchwasserzapfrohr 30 in Verbindung steht, obwohl diese Rohre natürlich auch anders angeordnet sein können, wenn die räumlichen Verhältnisse dies zweckmäßig erscheinen lassen. Die dargestellte Anordnung ist jedoch besonders günstig, da sie eine

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besonders wirksame Wärmeübertragung zwischen dem über den Vorlauf 14 zufließenden Heizwasser und dem über den Zulauf 28 zugeführten noch kalten Brauchwasser ermöglicht, weil bei der dargestellten Anordnung das Gegenstromprinzip angewendet werden kann: Das noch sehr kalte zulaufende Brauchwasser kommt zuerst mit dem bereits abgekühlten, nahe dem Rücklauf 24 befindlichen Heizwasser in Berührung, mit zunehmender Anwärmung dann immer mehr mit noch höhere Temperatur aufweisendem Heizwasser, um schlie: lieh beim Austritt über das Rohr 30 mit dem noch nahezu volle Heiζtemperatür aufweisenden, über das Vorlaufrohr 14 zufließenden Heizwasser in Berührung zu gelangen. Auf diese Weise erhält das aus dem Rohr 30 austretende Brauchwasser eine maximal hohe Temperatur.

Das Material für die Konvektoren kann, soweit es den Heizwasserkreislauf anlangt, das für Konvektoren übliche Material darstellen, wie Grauguß oder Stahlblech. Für das Brauchwasser wird meist jedoch aus Korrosionsgründen eine Edelstahllegierung oder auch Kupfer anzuwenden sein, oder auch sonstige Materialien, die für Durchlauferhitzer anwendbar sind. Ist die Verwendung von unterschiedlichen Materialien unzweckmäßig, kann auch die gesamte Anordnung aus beispielsweise Edelstahl bestehen. Der Plattenheizkörper 18 kann in herkömmlicher Weise an einer Stelle angeordnet werden, die auch sonst für Raumheizungszwecke günstig ist, beispielsweise in Fensternischen. Er kann an Wandkonsolen befestigt sein, oder, wie in Fig. 4 dargestellt, auf Fußkonsolen 50 aufliegen.

In Fig. 5 ist in größeren Einzelheiten die dem Wärmetausehraum zugewandte Fläche eines der beiden Plattenheizkörperkonvektcren dargestellt, und zwar in Fig. 5 in einer Draufsicht und in Fig. 6 in einer Schnittansicht, wobei die Fig. 6 eine Teilschnittinsicht des Plattenheizkörperkonvektors 36 bzw. 38 in jeweils unterschiedlicher Ausführungsform erkennen läßt. So ist der Plattenheizkörper 36 in herkömmlicher Weise aus zwei Blechen

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52, 54 aufgebaut, die derart gebogen sind, daß sie Wellen bilden, die an bestimmten Stellen, siehe die Bezugszahl 56, über ein längeres Stück, siehe auch Fig. 2, miteinander verschweißt sind und dadurch die Strömungskanäle 42 bilden, die am oberen Ende in einen Vorlaufkanal 58 und am unteren Ende in einen Rücklaufkanal 60 sich öffnen. Im unteren Teil der Fig. 6 ist bezüglich des Plattenheizkörperkonvektors 38 eine etwas andere Ausführungsform dargestellt, bei der die beiden Flächen Bleche 52, 54 durch eingeschweißte Trennbleche 62 überbrückt sind und auf diese Weise die Strömungskanäle 42 bilden.

Zwischen, den beiden inneren Platten 54 wird nun durch die Anordnung des Randbleches 44 ein Wärmetauschraum 48 gebildet, in den sich anzuwärmendes Brauchwasser befindet und beim Abzapfvorgang auch hindurchströmt, und zwar beispielsweise in Richtung des Pfeiles 62. In vielen Fällen wird die Fläche der Bleche 54 ausreichend groß sein, um einen ausreichend hohen Wärmeübergang zu ermöglichen. Ist es jedoch erwünscht, die Wärmetauschfähigkeit zu erhöhen, können zusätzliche Wärmetauschflachen durch weitere Berippungen erreicht werden, wie sie in Fig. 6 in zwei unterschiedlichen Ausführungsformen dargestellt sind. Beim Plattenheizkörperkonvektor 36 handelt es sich um an den.Schweißbereichen 56 angeschweißte Bleche 64, die weitere, oben und unten offene Strömungskanäle 66 bilden, so daß kühles Wasser unten eintreten und unter Erwärmung nach oben steigen und dort wieder austreten kann.

In ähnlicher Weise ist bei dem Plattenheizkörperkonvektor 38 an dem Blech 52 ein gewelltes Bech 70 an zahlreichen Punkter. 68 angeschweißt, wodurch sich eine Wärmeübergangsfläche bildet, wo wiederum unten und oben offene Durchflußkanäle 66 entsteher.. Die Berippung bildet, falls der Abstand von sich gegenüberlieccr.-den Rippen klein genuy wird - z. B. 40 mm Abstand aufweist eine Strömungsbremse und führt zu erwünschter Wirbelbildung, was den Wärmetauschvorgang verbessert.

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Die Innenberippung der Bleche 64, 70 kann so weit ausgedehnt werden, daß sie sich gegenseitig treffen (nicht dargestellt) und dadurch zwangsweise das Brauchwasser durch die Kanäle 6 6 führen, d. h., daß der direkte Weg entlang des Pfeils 62 versperrt wäre.

Es muß nicht betont werden, daß auch mehr als zwei Plattenheizkörperkonvektoren 36, 38 zu einem erfindungsgemäßen Durchlaufwasser erhitzerkonvektor 10 vereinigt werden können, was hier jedoch nicht dargestellt ist und im allgemeinen auch nicht notwendig sein wird.

Es ist günstig, an den beiden Seitenkanten das umlaufende Blech 44 zu verdoppeln, so daß sich dort zwei Blechwände 70, 7 2 bilder, in die sich die Vorlaufleitung 14 bzw. die Rücklaufleitung 24 öffnet. Der durch die beiden Blechwände 70, 72 gebildete Raum dient somit als Verzweigung 40.

Die bisher beschriebenen Ausführungsformen sind besonders einfach aufgebaut, ermöglichen aber nicht oder nur mit zusätzlicher. Abdeckeinrichtungen für den Heizkörper nach außen hin eine getrennte. Regelung des Raumheizungsvorganges und des Brauchwasserheizungsvorganges. In manchen Fällen ist eine getrennte Regelung jedoch wünschenswert und für diesen Fall ist eine Ausführungsform zweckmäßig, wie sie in Fig. 7 in zwei unterschiedlichen Versionen dargestellt ist. Der vom Heizwasser durchflossene F.aur in Fig. 6 siehe die Bezugszahl 72, wird hier nämlich durch eine Trennwand 74 in zwei Heizkreise 76, 78 aufgeteilt, von denen der eine, nämlich 78, zur Raumheizung und der andere, nämlich ~' zur Brauchwasserheizung dient. Beide Heizkreise können eigene Thermostatventile 22, 23 aufweisen, wobei das für die Raumheizung vorgesehene Thermostatentil 22 von der.Raumlufttemperatur beeinflußt wird, während das Thermostatventil 23 für den Brauer." wasserheizkreis über an sich bekannte Fernsteuerleitungen von

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der Austrittstemperatur des Brauchwassers beeinflußbar ist, indem die Meßsonde für das Thermostatventil beispielsweise in den Bereich des Brauchwasserabflusses gelegt wird.

Um die beiden Heizkreise noch stärker voneinander unabhängig zu machen, kann es günstig sein, gemäß der auf der rechten Seite der Fig. 7 dargestellten Version eine isolierende Trennwand 7 vorzusehen, beispielsweise indem die Trennwand von zwei durch eine Luftschicht 80 voneinander isolierten Blechen 82, 84 gebildet wird.

Die vorliegend beschriebene Anordnung ist in mehrfacher Hinsicht energiesparend. Zum einen ist der Weg, den das erwärmte Wasser innerhalb des Gebäudes zurücklegen muß, extrem kurz, so daß keine Energie an nicht zu erwärmende Bereiche des Hauses abgegeben wird. Aber auch der zusätzlich benötigte Raumbedarf ist klein oder fehlt ganz, da ohnehin vorgesehene Raumheizungskonvektoren durch den erfindungsgemäßen Konvektor ersetzt werden, der praktisch die gleiche Wärmeabgabe aufweisen kann, gleichzeitig aber die gewünschte Brauchwassererwärmung vornimmt.

Bei Versuchen wurde festgestellt, daß ein Konvektor üblicher Größe (beispielsweise in den Abmessungen Höhe: 50 cm, Breite 100 cm, Tiefe 15 cm) bei einer Vorlauftemperatür von 90° und einer Rücklauftemperatur von 70° und einer Brauchwassereintrittstemperatur von 10 pro Minute 9 Liter Wasser von 45° erzeugen kann. Damit läßt sich ein Wannenbad mit ausreichend heißer Temperatur in wenigen Minuten füllen.

Die Wärmekosten liegen dabei nur etwa bei 50% der sonst notwendigen Wärmekosten, beispielsweise, wenn das Warmwasser durch einen Elektrospeicher oder einen Gasvorratswasserspeicher erzeugt wird.

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PATL N TAN W ALT
D-4OOO DÜSSELDORF I · SCHADOWPl.ATZ 9

VNR: 109126

Düsseldorf, 26. März 1982 8215

Hermann Müschenborn
Leverkusen 3

P a t; e η f ä Τϊ s ρ r ti c h e :

• 1 . Durchlaufwassererhitzer, bestehend aus einem Wärmetauscher mit einem Wärmetauschkreislauf für Heizwasser und einem Wärmetauschkanal für aufzuheizendes Wasser, insbesondere Brauchwasser, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaufwassererhitzer (10) von einem Raumheizungskonvektor gebildet wird, der aus zwei nebeneinander angeordneten, von Heizwasser durchflossenen Plattenheizkörperkonvektoren (36, 38) gebildet wird, deren Plattenränder (46) von einem umlaufenden Randblech (44) abdichtend miteinander verbunden sind und dadurch einen Wärmetauschraum (48) zur Aufnahme und Aufheizung von Brauchwasser bilden.
2. Durchlaufwassererhitzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeic net, daß die mit dem Brauchwasser in Berührung kommenden Teile der Konvektoren (36, 38) aus Kupfer- oder Edelstahlblech bestehen.
3. Durchlaufwassererhitzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattenheizkörperkonvektoren (36, 38) auf der mit dem zu erhitzenden Wasser in Berührung stehenden Fläche aus Blech gefertigte Rippen (64, 70) aufweis«

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4. Durchlaufwassererhitzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (64, 70) im wesentlichen senkrecht ausgerichtete, unten und oben zum Wärmetauschraum (48) hin offene Kanäle (66) bilden.
5. Durchlaufwassererhitzer nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß an der einen Seite der Plattenheizkörper konvektor en (36, 38) nahe dem oberen und an der anderen Seite nahe dem unteren Ende jeweils eine Anschlußverzweigung (40) vorgesehen ist.
6. Durchlaufwassererhitzer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußverzweigung (40) durch ein zusätzliches, die Plattenränder miteinander verbindendes Randblech (72) gebildet wird.
7. Durchlaufwassererhitzer nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Heizwasser durchflossene Raum (72) durch eine Trennwand (74) in zwei Heizkreise aufgeteilt ist, von denen der eine zur Raumheizung und der andere zur Brauchwasserheizung dient.
8. Durchlaufwassererhitzer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß beide Heizkreise eigene Thermostatventile (22,

23) aufweisen, wobei das Thermostatventil (22) für den Raumheizungskreis von der Raumlufttemperatur beeinflußt wird, und das Thermostatventil (23) für den Brauchwasserheizkreis von der Austrittstemperatur des Brauchwassers beeinflußt wird.
9. Durchlaufwassererhitzer nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (74) wärr.eisolierend ist (82, 84, 80) .

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