WO2020058124A1 - Vorrichtung zum erwärmen einer flüssigkeit - Google Patents

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Markus Jäger
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    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
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    • F24D19/082Arrangements for drainage, venting or aerating for water heating systems
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Definitions

  • the invention relates to a device for heating a liquid with a bubble separator for separating gas from the liquid.
  • the device for heating a liquid is, for example, a water heater or part of a heater.
  • the liquid is, for example, water or a water / glycol mixture.
  • the liquid can serve for the further transmission of heat or it is, for example, process water which is heated accordingly by the device.
  • Bubble or air separators are used to remove gas bubbles or especially air bubbles from a liquid.
  • Such bubble separators usually have a container with inlets and outlets for the liquid and with a gas outlet.
  • the gas bubbles rise from the liquid and collect in a space above the liquid. This generally results in a fixed orientation of at least the gas outlet, so that the gas, but also only the gas and not the liquid, can escape through it.
  • the object of the invention is therefore to propose a device for heating a liquid with a bubble separator, which is characterized in that it allows different installation positions without the function of the bubble separation being adversely affected.
  • the invention achieves the object with a device for heating a liquid, with a bubble separator for separating gas from the liquid, the bubble separator having a container for holding the liquid, the container has a liquid inlet, a liquid outlet and a gas outlet, where the liquid outlet is connected to a liquid line, a free end of the liquid line being connected to a weight element, the gas outlet being connected to a gas line, and a free end of the gas line is connected to a buoyancy element.
  • the device for heating a liquid is, for. B. part of a heater or serves z. B. to provide hot domestic water.
  • a container is present which has a liquid inlet and a liquid outlet.
  • the liquid outlet is connected to a liquid line, which in turn is connected to a weight element.
  • the liquid line preferably has an end which is connected to the liquid outlet and a free end.
  • the weight element is connected to the free end and pulls it downwards in the direction of the gravitational field due to gravity. Since the liquid is also subject to gravity, the weight element ensures that the free end of the liquid line opens into the liquid when the liquid is sufficiently high.
  • the container has a gas outlet through which the gas - e.g. B. Air - can escape from the container.
  • the gas outlet is connected to a gas line via which the gas is led from the container to the gas outlet.
  • the gas line preferably has two ends: one end is connected to the gas outlet and another free end is connected to a buoyancy element.
  • the buoyancy element preferably has sufficient buoyancy so that the buoyancy element floats on the liquid in the container.
  • the buoyancy element serves to ensure that the free end of the gas line, in the event that the container is filled with the liquid, floats on the liquid and does not immerse in the liquid.
  • the free ends of the liquid line and the gas line are thus in particular in the interior of the container and protrude into the liquid or into the gas above it. Furthermore, the free ends serve for the removal of the liquid or gas from the container.
  • the buoyancy element is designed and matched to the liquid such that the buoyancy element floats on the liquid.
  • the buoyancy element e.g. B. in relation to its formal design or the material used, and the liquid to be absorbed by the container.
  • the liquid is water, insofar as the device is used to heat or heat industrial water.
  • buoyancy element and the gas line are designed and matched to one another in such a way that the gas line opens away from the liquid in the event that the container is filled with the liquid.
  • the buoyancy element ensures that the free end of the gas line experiences buoyancy in the liquid. In this embodiment, it is further ensured that the free end flows away from the liquid.
  • the gas line thus opens in the area of the gas above the liquid level. This ensures that only the gas is always discharged through the gas line. This increases the possibilities of orienting the container for installation in the room.
  • the buoyancy element is preferably designed such that it is ensured that only gas can flow through the gas line at a time.
  • This relates in particular to any orientation of the container and thus any liquid level that may be formed.
  • one configuration therefore consists in the fact that the buoyancy element is essentially spherical.
  • One embodiment provides that the gas line is led through the buoyancy element.
  • One embodiment consists in the device having a liquid pump which is connected to the liquid outlet.
  • the liquid speed is pumped out of the container by a pump.
  • the bubble separator is designed as a degasser. In one embodiment, this is achieved in that the liquid is set in rotation in the container, for example at a higher flow rate. There are also internals in the container, e.g. B. in the form of seven. In an alternative embodiment, the flow rate is reduced to such an extent that the gas bubbles can no longer follow the liquid.
  • the liquid line and / or the gas line are flexible. The liquid line and / or the gas line consist, for example, of a flexible plastic.
  • One embodiment consists in the fact that the liquid is water or a water / glycol mixture.
  • the device is designed for use in caravans or mobile homes.
  • the device is thus designed with respect to weight and external dimensions so that it can be installed and operated in camping vehicles (for example in caravans or mobile homes). This possibility of application also relates to security aspects, etc.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a device for heating a liquid with a gas separator
  • Fig. 2 shows a further schematic representation of a device for heating a liquid.
  • FIG. 1 schematically shows a device 1 for heating a liquid 3.
  • a device 1 for heating domestic water Only the bubble separator is shown.
  • the bubble separator has a container 2 which holds the water to be heated as an example of a liquid 3 to be heated.
  • the water 3 enters the container 2 via a liquid inlet 20 and leaves the container 2 via the liquid outlet 21.
  • the container 2 is not completely filled with the water 3, but only up to a filling level such that above the surface che 30 of the liquid 3 forms a space in which air collects as an example of the gas 4 to be separated.
  • the air 4 escapes through the gas outlet 22.
  • the liquid outlet 21 is connected to a liquid line 210, which here consists of a flexible hose.
  • the water 3 thus only passes through the liquid line 210 to the liquid outlet 21 and beyond from the container 2.
  • One end of the liquid line 210 is connected to the liquid outlet 21.
  • Another free end 21 1 of the liquid line 210 is connected to a weight element 212.
  • the free end 211 is weighted, so that the liquid line 210 is pulled downward in the direction of gravity and opens into the liquid 3, insofar as the liquid 3 in the container 2 is sufficiently large.
  • the liquid outlet 21 is connected to a liquid pump 5, which pumps the water 3 out of the container 2.
  • the gas outlet 22 is connected to a gas line 220, which here also consists of a flexible hose.
  • a gas line 220 which here also consists of a flexible hose.
  • One end of the gas line 220 opens onto the gas outlet 22 and the other free end 221 is connected to a buoyancy element 222.
  • the buoyancy element 222 provides sufficient buoyancy on the water 3 so that the buoyancy element 222 floats on the surface 30 of the water 3.
  • the gas line 220 is here led through the buoyancy element 222 and opens away from the water 3, so that only gas 4 - here especially air - can reach the gas outlet 22 via this free end 221 of the gas line 220.
  • the liquid line 210 and the weight element 212 thus ensure that liquid 3 always reaches the liquid outlet 21. Furthermore, the gas line 220 and the buoyancy element 222 ensure that - provided the container 2 is not overfilled with liquid 3 - only gas 4 escapes from the container 2 via the gas outlet 22.
  • the container 2 is connected to a burner unit 51 via a heat exchanger 50.
  • a fuel-air mixture is burned and the thermal energy generated is transferred to the liquid in the container 2 via the heat exchanger 50.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Erwärmen einer Flüssigkeit (3) mit einem Blasenabscheider zum Abscheiden von Gas (4) aus der Flüssigkeit (3). Der Blasenabscheider weist einen Behälter (2) zur Aufnahme der Flüssigkeit (3) auf. Der Behälter (2) weist einen Flüssigkeitseinlass (20), einen Flüssigkeitsauslass (21) und einen Gasauslass (22) auf. Der Flüssigkeitsauslass (21) ist mit einer Flüssigkeitsleitung (210) verbunden, wobei ein freies Ende (211) der Flüssigkeitsleitung (210) mit einem Gewichtselement (212) verbunden ist. Der Gasauslass (22) ist mit einer Gasleitung (220) verbunden, wobei ein freies Ende (221) der Gasleitung (220) mit einem Auftriebselement (222) verbunden ist.

Description

Vorrichtung zum Erwärmen einer Flüssigkeit
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erwärmen einer Flüssigkeit mit ei- nem Blasenabscheider zum Abscheiden von Gas aus der Flüssigkeit.
Die Vorrichtung zum Erwärmen einer Flüssigkeit ist beispielsweise ein Wassererhitzer oder Teil einer Heizung. Die Flüssigkeit ist beispielsweise Wasser oder eine Was- ser/Glykolmischung. Überdies kann die Flüssigkeit der weiteren Übertragung von Wärme dienen oder es handelt sich beispielsweise um Brauchwasser, das durch die Vorrichtung entsprechend erhitzt wird.
Blasen- oder Luftabscheider dienen dazu, um Gasblasen oder speziell Luftblasen aus ei- ner Flüssigkeit zu entfernen. Meist verfügen solche Blasenabscheider über einen Behälter mit Zu- und Abläufen für die Flüssigkeit und mit einem Gasausgang. Die Gasblasen stei- gen aus der Flüssigkeit auf und sammeln sich in einem Raum oberhalb der Flüssigkeit. Dabei ergibt sich in der Regel eine feste Orientierung zumindest des Gasausgangs, so- dass über diesen das Gas, aber auch nur das Gas und nicht die Flüssigkeit entweichen kann.
Bei Vorrichtungen, die z. B. in Wohnwagen oder Wohnmobilen verbaut werden, kommt es wegen des beschränkten zur Verfügung stehenden Raumes gelegentlich vor, dass unter- schiedliche Einbaulagen - sprich Orientierungen der Vorrichtung - gewünscht werden, um den vorhandenen Raum möglichst optimal ausnutzen zu können. Dies steht jedoch im Widerspruch dazu, wenn durch einen Blasenabscheider eine bestimmte Orientierung ein- gehalten werden muss.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Vorrichtung zum Erwärmen einer Flüssigkeit mit einem Blasenabscheider vorzugschlagen, die sich dazu auszeichnet, dass sie unterschiedliche Einbaulagen zulässt, ohne dass die Funktion der Blasenabscheidung nachteilig beeinflusst wird.
Die Erfindung löst die Aufgabe mit einer Vorrichtung zum Erwärmen einer Flüssigkeit, mit einem Blasenabscheider zum Abscheiden von Gas aus der Flüssigkeit, wobei der Bla- senabscheider einen Behälter zur Aufnahme der Flüssigkeit aufweist, wobei der Behälter einen Flüssigkeitseinlass, einen Flüssigkeitsauslass und einen Gasauslass aufweist, wo bei der Flüssigkeitsauslass mit einer Flüssigkeitsleitung verbunden ist, wobei ein freies Ende der Flüssigkeitsleitung mit einem Gewichtselement verbunden ist, wobei der Gas- auslass mit einer Gasleitung verbunden ist, und wobei ein freies Ende der Gasleitung mit einem Auftriebselement verbunden ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erwärmen einer Flüssigkeit ist z. B. Teil einer Heizung oder dient z. B. zur Bereitstellung von heißem Brauchwasser. Vorhanden ist ein Behälter, der über einen Flüssigkeitseinlass und einen Flüssigkeitsauslass verfügt. Der Flüssigkeitsauslass ist mit einer Flüssigkeitsleitung verbunden, die wiederum mit einem Gewichtselement verbunden ist. Die Flüssigkeitsleitung verfügt vorzugweise über ein En- de, das mit dem Flüssigkeitsauslass verbunden ist, sowie über ein freies Ende. Das Ge- wichtselement ist mit dem freien Ende verbunden und zieht es durch die Erdanziehung nach unten in Richtung des Schwerefelds. Da die Flüssigkeit auch der Erdanziehung un- terliegt, wird somit durch das Gewichtselement sichergestellt, dass das freie Ende der Flüssigkeitsleitung bei einem ausreichend hohen Stand der Flüssigkeit in der Flüssigkeit mündet. Weiterhin weist der Behälter einen Gasauslass auf, über den das Gas - z. B. Luft - aus dem Behälter entweichen kann. Der Gasauslass ist dabei mit einer Gasleitung ver- bunden, über die das Gas aus dem Behälter zu dem Gasauslass geführt wird. Die Gaslei- tung verfügt vorzugsweise über zwei Enden: Ein Ende ist mit dem Gasauslass verbunden und ein anderes, freies Ende ist mit einem Auftriebselement verbunden. Das Auftrieb- selement verfügt vorzugsweise über ausreichend Auftrieb, sodass das Auftriebselement auf der Flüssigkeit in dem Behälter schwimmt. Das Auftriebselement dient dazu, dass das freie Ende der Gasleitung in dem Fall, dass der Behälter mit der Flüssigkeit befüllt ist, auf der Flüssigkeit schwimmt und nicht in der Flüssigkeit eintaucht. Die freien Enden der Flüssigkeitsleitung und der Gasleitung befinden sich somit insbesondere im Inneren des Behälters und ragen in die Flüssigkeit bzw. in das darüber befindliche Gas hinein. Weiter- hin dienen die freien Enden entsprechend der Entnahme der Flüssigkeit bzw. des Gases aus dem Behälter.
Eine Ausgestaltung besteht darin, dass das Auftriebselement derartig ausgestaltet und auf die Flüssigkeit abgestimmt ist, dass das Auftriebselement auf der Flüssigkeit schwimmt. Um den Auftrieb sicherzustellen, erfolgt in dieser Ausgestaltung ein Abgleich zwischen dem Auftriebselement, z. B. in Bezug auf dessen förmliche Ausführung bzw. des verwendeten Materials, und der Flüssigkeit, die von dem Behälter aufgenommen werden soll. In einer Ausgestaltung handelt es sich bei der Flüssigkeit um Wasser, inso- fern die Vorrichtung dem Erwärmen bzw. Erwärmen von Brauchwasser dient.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Auftriebselement und die Gasleitung derartig aus- gestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass die Gasleitung in dem Fall, dass der Be- hälter mit der Flüssigkeit gefüllt ist, fort von der Flüssigkeit mündet. Das Auftriebselement sorgt dafür, dass das freie Ende der Gasleitung einen Auftrieb in der Flüssigkeit erfährt. In dieser Ausgestaltung wird weiterhin dafür gesorgt, dass das freie Ende fort von der Flüs sigkeit gerichtet mündet. Damit mündet die Gasleitung im Bereich des Gases oberhalb des Flüssigkeitsspiegels. Hierdurch wird sichergestellt, dass durch die Gasleitung stets nur das Gas abgeführt wird. Dies erhöht die Möglichkeiten, den Behälter für den Einbau im Raum zu orientieren.
Das Auftriebselement ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass sichergestellt ist, dass je- weils nur Gas durch die Gasleitung strömen kann. Dies bezieht sich insbesondere auf be- liebige Orientierungen des Behälters und somit sich beliebig ausbildende Flüssigkeits- spiegel. Daher besteht beispielsweise eine Ausgestaltung darin, dass das Auftriebsele- ment im Wesentlichen kugelförmig ausgestaltet ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Gasleitung durch das Auftriebselement hindurch- geführt ist.
Eine Ausgestaltung besteht darin, dass die Vorrichtung eine Flüssigkeitspumpe aufweist, die mit dem Flüssigkeitsauslass verbunden ist. In dieser Ausgestaltung wird die Flüssig keit über eine Pumpe aus dem Behälter abgepumpt.
In einer Ausgestaltung ist der Blasenabscheider als Entgaser ausgestaltet. In einer Aus- gestaltung ist dies dadurch realisiert, dass die Flüssigkeit - beispielsweise mit einer höhe- ren Strömungsgeschwindigkeit - im Behälter in Rotation versetzt wird. Zudem befinden sich in dem Behälter Einbauten, z. B. in Form von Sieben. In einer alternativen Ausgestal- tung wird die Strömungsgeschwindigkeit soweit verringert, dass die Gasblasen der Flüs- sigkeit nicht mehr folgen können. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Flüssigkeitsleitung und/oder die Gasleitung flexibel sind. Die Flüssigkeitsleitung und/oder die Gasleitung bestehen beispielsweise aus einem flexiblen Kunststoff.
Eine Ausgestaltung besteht darin, dass es sich bei der Flüssigkeit um Wasser oder um ein Wasser/Glykolgemisch handelt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Vorrichtung zur Verwendung in Wohnwagen oder Wohnmobilen ausgelegt ist. Die Vorrichtung ist somit in Bezug auf Gewicht und äußere Abmessungen so ausgestaltet, dass es in Campingfahrzeugen (also z. B. in Wohnwagen oder Wohn-/Reisemobilen) eingebaut und betrieben werden kann. Diese Möglichkeit der Anwendung bezieht sich beispielweise auch auf Sicherheitsaspekte usw.
Im Einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Vorrichtung auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Pa- tentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die folgende Be- schreibung von einem Ausführungsbeispiel in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigen die:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Erwärmen einer Flüssigkeit mit einem Gasabscheider und
Fig. 2 eine weitere schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Erwärmen einer Flüssigkeit.
Die Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 1 zum Erwärmen einer Flüssigkeit 3. In dem dargestellten Beispiel handelt es sich um eine Vorrichtung 1 zum Erwärmen von Brauch- wasser. Dargestellt ist dabei nur der Blasenabscheider.
Der Blasenabscheider verfügt über einen Behälter 2, der das zu erwärmende Wasser als ein Beispiel für eine zu erwärmende Flüssigkeit 3 aufnimmt. Das Wasser 3 gelangt über einen Flüssigkeitseinlass 20 in den Behälter 2 und verlässt den Behälter 2 über den Flüs sigkeitsauslass 21. Der Behälter 2 wird in der Anwendung nicht vollständig mit dem Was- ser 3 befüllt, sondern nur bis zu einer solchen Füllhöhe, dass sich oberhalb der Oberflä- che 30 der Flüssigkeit 3 ein Raum ausbildet, in welchem sich Luft als ein Beispiel für das abzuscheidende Gas 4 sammelt. Die Luft 4 entweicht über den Gasauslass 22.
Der Flüssigkeitsauslass 21 ist mit einer Flüssigkeitsleitung 210 verbunden, die hier aus einem flexiblen Schlauch besteht. Das Wasser 3 gelangt somit nur über die Flüssigkeits leitung 210 zum Flüssigkeitsauslass 21 und darüber hinaus aus dem Behälter 2. Ein Ende der Flüssigkeitsleitung 210 ist dafür mit dem Flüssigkeitsauslass 21 verbunden. Ein weite- res, freies Ende 21 1 der Flüssigkeitsleitung 210 ist mit einem Gewichtselement 212 ver- bunden. Das freie Ende 211 ist beschwert, sodass die Flüssigkeitsleitung 210 in Richtung der Schwerkraft nach unten gezogen wird und in der Flüssigkeit 3 mündet, insofern ein ausreichend großer Füllstand der Flüssigkeit 3 in dem Behälter 2 gegeben ist. In der dar- gestellten Ausgestaltung ist der Flüssigkeitsauslass 21 mit einer Flüssigkeitspumpe 5 ver- bunden, die das Wasser 3 aus dem Behälter 2 abpumpt.
Der Gasauslass 22 ist mit einer Gasleitung 220 verbunden, die hier ebenfalls aus einem flexiblen Schlauch besteht. Ein Ende der Gasleitung 220 mündet auf dem Gasauslass 22 und das andere, freie Ende 221 ist mit einem Auftriebselement 222 verbunden. Das Auf- triebselement 222 sorgt dabei für ausreichend Auftrieb auf dem Wasser 3, sodass das Auftriebselement 222 auf der Oberfläche 30 des Wassers 3 schwimmt. Die Gasleitung 220 ist hier durch das Auftriebselement 222 hindurchgeführt und mündet abgewandt von dem Wasser 3, sodass über dieses freie Ende 221 der Gasleitung 220 nur Gas 4 - hier speziell Luft - zum Gasauslass 22 gelangen kann.
Durch die Flüssigkeitsleitung 210 und das Gewichtselement 212 wird somit sichergestellt, dass stets Flüssigkeit 3 an den Flüssigkeitsauslass 21 gelangt. Weiterhin stellen die Gas- leitung 220 und das Auftriebselement 222 sicher, dass - vorausgesetzt, der Behälter 2 wird nicht mit Flüssigkeit 3 überfüllt - nur Gas 4 über den Gasauslass 22 aus dem Behäl- ter 2 entweicht.
In der Vorrichtung 1 der Fig. 2 ist der Behälter 2 über einen Wärmetauscher 50 mit einer Brennereinheit 51 verbunden. In der Brennereinheit 51 wird ein Brennstoffluft-Gemisch verbrannt und die dabei entstehende thermische Energie wird über den Wärmetauscher 50 auf die Flüssigkeit im Behälter 2 übertragen. Bezugszeichenliste Vorrichtung
Behälter
Flüssigkeit
Gas
Flüssigkeitspumpe
Flüssigkeitseinlass
Flüssigkeitsauslass
Gasauslass
Oberfläche der Flüssigkeit
Wärmetauscher
Brennereinheit
Flüssigkeitsleitung
freies Ende der Flüssigkeitsleitung
Gewichtselement
Gasleitung
freies Ende der Gasleitung
Auftriebselement

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1 ) zum Erwärmen einer Flüssigkeit (3),
mit einem Blasenabscheider zum Abscheiden von Gas (4) aus der Flüssigkeit (3), wobei der Blasenabscheider einen Behälter (2) zur Aufnahme der Flüssigkeit (3) aufweist,
wobei der Behälter (2) einen Flüssigkeitseinlass (20), einen Flüssigkeitsauslass (21 ) und einen Gasauslass (22) aufweist,
wobei der Flüssigkeitsauslass (21 ) mit einer Flüssigkeitsleitung (210) verbunden ist,
wobei ein freies Ende (21 1 ) der Flüssigkeitsleitung (210) mit einem Gewichtsele- ment (212) verbunden ist,
wobei der Gasauslass (22) mit einer Gasleitung (220) verbunden ist, und wobei ein freies Ende (221 ) der Gasleitung (220) mit einem Auftriebselement (222) verbunden ist.
2. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 ,
wobei das Auftriebselement (222) derartig ausgestaltet und auf die Flüssigkeit (3) abgestimmt ist, dass das Auftriebselement (222) auf der Flüssigkeit (3) schwimmt.
3. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei das Auftriebselement (222) und die Gasleitung (220) derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass die Gasleitung (220) in dem Fall, dass der Behälter (2) mit der Flüssigkeit (3) gefüllt ist, fort von der Flüssigkeit (3) mündet.
4. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei das Auftriebselement (222) im Wesentlichen kugelförmig ausgestaltet ist.
5. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei die Gasleitung (220) durch das Auftriebselement (222) hindurchgeführt ist.
6. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
wobei die Vorrichtung (1 ) eine Flüssigkeitspumpe (5) aufweist, die mit dem Flüs sigkeitsauslass (21 ) verbunden ist.
7. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
wobei die Flüssigkeitsleitung (210) und/oder die Gasleitung (220) flexibel sind.
8. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
wobei es sich bei der Flüssigkeit (3) um Wasser oder um ein Was- ser/Glykolgemisch handelt.
9. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
wobei die Vorrichtung (1 ) zur Verwendung in Wohnwagen oder Wohnmobilen aus- gelegt ist.
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