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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung zum Erwärmen von Luft und einem Medium in beweglichen Räumen. Bei der Luft handelt es sich beispielsweise um Raumluft. Das Medium ist beispielweise Brauchwasser. Dabei sind die beweglichen Räume beispielsweise durch Wohnwägen, Reisemobile oder Boote gegeben.
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Im Stand der Technik sind unterschiedliche Heizgeräte bekannt, um z. B. Raumluft oder Wasser zu erhitzen. Bekannt sind auch Kombinationsgeräte, die Luft und Wasser erhitzen. Bekannt ist es beispielsweise auch, die Raumluft über einen Rauchgaswärmetauscher direkt zu erwärmen. Im Haushaltsbereich sind beispielsweise Kombithermen bekannt.
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Für die Anwendung in mobilen Räumen - wie sie beispielsweise durch Wohnwägen oder Wohnmobile gegeben sind - ist es in der Regel Ziel, eine möglichst hohe Leistung in Bezug auf die erwärmte Luft, aber auch in Bezug auf das erwärmte Wasser zu erzeugen, wobei mehrere limitierende Faktoren (z. B. geringes Platzangebot oder geringes Gewicht) zu beachten sind.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Heizvorrichtung zum Erwärmen von Luft und einem Medium wie z. B. Wasser vorzuschlagen, die eine gesteigerte Heizleistung bereitstellt.
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Die Erfindung löst die Aufgabe mit einer Heizvorrichtung zum Erwärmen von Luft und einem Medium für die Anwendung in beweglichen Räumen. Die Heizvorrichtung verfügt über mindestens eine Heizquelle, einen ersten Wärmetauscher, eine Luftzuführung zum Zuführen von zu erwärmender Luft, eine Luftabführung zum Abführen von erwärmter Luft und einen Mediumsbehälter zur Aufnahme des zu erwärmenden Mediums. Dabei dient der erste Wärmetauscher der thermischen Kopplung zwischen der Heizquelle und der zu erwärmenden Luft, sodass sich aus der zu erwärmenden Luft die erwärmte Luft ergibt. Dabei ist die Luftabführung mit mindestens einem Luftausgang gekoppelt. Weiterhin ist ein Luftpfad vorhanden. Dabei dient ein zweiter Wärmetauscher der thermischen Kopplung zwischen dem Luftpfad und dem Mediumsbehälter. Überdies verfügt die Heizvorrichtung über eine Steuervorrichtung, wobei über die Steuervorrichtung einstellbar ist, welcher Anteil von in der Luftabführung geführter erwärmter Luft an den mindestens einen Luftausgang und welcher Anteil an den Luftpfad gelangt.
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Die Heizvorrichtung ist insbesondere dafür ausgestaltet, dass sie in beweglichen Räumen zur Anwendung kommen kann. Es handelt sich somit beispielsweise um eine Heizvorrichtung, die in Wohnwägen oder Wohnmobilen oder in Booten zu Anwendung kommen kann.
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Die Heizvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass auf das Medium (z. B. Wasser oder eine Glykolmischung) eine erhöhte Wärmeleistung übertragen wird, ohne dass die eigentliche Heizquelle eine Änderung erfährt. Es wird somit die von der Heizquelle erzeugte Wärme besser in Bezug auf das Medium ausgenutzt.
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Als Vorteil ergibt sich auch, dass diese Wärmeübertragung auf das Medium durch die Steuervorrichtung bedarfsabhängig einstellbar ist. Insbesondere kann eingestellt werden, welcher Anteil der erwärmten Luft zur Wassererwärmung und welcher Anteil aus der Heizvorrichtung - insbesondere zur Erwärmung eines mit der Heizvorrichtung verbundenen Raumes - austreten darf. Dies beruht darauf, dass die erwärmte Luft entweder aus dem mindestens einen Luftausgang austritt oder rückgeführt wird, um das Medium zu erwärmen. Die Kopplung zwischen Luftausgang und Luftabführung besteht in einer Ausgestaltung darin, dass eine Verbindung für die Luft zu dem Luftausgang gegeben ist. Das Rückführen wird durch den Luftpfad ermöglicht, der an die Luftabführung angrenzt und der zu dem Mediumsbehälter führt.
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Vorhanden sind zwei Wärmetauscher, die der Übertragung der thermischen Energie von der Heizquelle auf die Luft bzw. von der Luft auf den Mediumsbehälter (und damit auf das Medium) dienen. Ein Wärmetauscher sei dabei generell jegliche Komponente, die es erlaubt, thermische Energie von einem Träger (z. B. Rauchgas oder erwärmte Raumluft) auf einen anderen Träger (entsprechend zu erwärmende Luft bzw. das Medium im Mediumsbehälter) zu übertragen.
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Die Steuervorrichtung dient der gezielten Einstellung, welcher Anteil der erwärmten Luft der Erwärmung des Mediums dient und welcher somit nicht in den umgebenden Raum ausgegeben wird. Diese Möglichkeit der Einstellung wird in einer Ausgestaltung darum ergänzt, dass gezielt unterschiedliche Raumzonen mit unterschiedlichen Luftmengen versorgt werden.
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Vorteile der Heizvorrichtung bestehen darin, dass das Medium schneller erhitzt werden kann, dass das Volumen des Mediumsbehälters und/oder ggf. auch das Gewicht der Heizvorrichtung im Gegensatz zu einer Heizvorrichtung zum Erwärmen von Wasser und Luft, die über eine vergleichbare Heizleistung verfügt, reduziert werden kann.
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Insbesondere stellt sich die höhere Heizleistung ein, ohne dass besondere und kostenintensive Bauteile verwendet werden. Dies läge beispielsweise bei einer größer dimensionierten Heizquelle vor.
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Die Steuervorrichtung ist in einer Ausgestaltung derartig ausgestaltet, dass sie Pfade für die Luft vollständig blockieren kann.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Luftpfad in die Luftzuführung mündet. In dieser Ausgestaltung wird die durch den Kontakt mit dem ersten Wärmetauscher erwärmte und durch die Übertragung der Wärme auf den Mediumsbehälter wieder zumindest teilweise abgekühlte Luft zurück in die Luftzuführung geführt, sodass die Luft wieder von der Heizquelle erwärmt werden kann.
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Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass der Luftpfad in einen Ausgang für Warmluft mündet. In dieser Ausgestaltung wird - zumindest teilweise - die Luft, die durch den Luftpfad geführt worden ist und die der Erwärmung des Mediumsbehälters bzw. des Mediums gedient hat, über einen Ausgang aus der Heizvorrichtung herausgeführt. In einer Ausgestaltung ist der Ausgang separat von der Luftabführung und somit zusätzlich zu den Luftausgängen der Luftabführung.
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In einer Ausgestaltung werden die beiden vorgenannten Ausgestaltungen kombiniert, insofern der Luftpfad auf einen Ausgang für Warmluft und auf die Luftzuführung mündet. Dabei ist vorzugweise ein Steuerelement vorhanden, das auch hier steuert, welcher Anteil an den Ausgang bzw. zurück in die Luftzuführung gelangt.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Luftpfad durch den Mediumsbehälter hindurchgeführt ist. Die Luft bewegt sich in dieser Ausgestaltung durch den Mediumsbehälter hindurch. Daher sind entsprechende Abdichtungen erforderlich. In einer Ausgestaltung dient der Luftpfad innerhalb des Mediumsbehälters auch zumindest als Teil des zweiten Wärmetauschers, indem der Luftpfad die Wärme der Luft direkt auf das umgebende Medium überträgt.
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Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass der Luftpfad außerhalb des Mediumsbehälters verläuft. In dieser Ausgestaltung wird die warme Luft um den Mediumsbehälter herum geführt. In einer Ausgestaltung ist der zweite Wärmetauscher auf dem Mediumsbehälter angebracht und der Luftpfad führt durch den zweiten Wärmetauscher hindurch.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Luftzuführung ein Umluftgebläse aufweist.
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Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Heizquelle und der Mediumsbehälter thermisch miteinander gekoppelt sind. In dieser Ausgestaltung erhitzt die Heizquelle durch eine direkte thermische Kopplung den Mediumsbehälter bzw. das Medium in dem Mediumsbehälter.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Heizquelle und der Mediumsbehälter über einen dritten Wärmetauscher thermisch miteinander gekoppelt sind. In dieser Ausgestaltung erwärmt die Heizquelle das Medium einerseits über den dritten Wärmetauscher und andererseits über die erwärmte Luft.
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Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die durch den Luftpfad geführte Luft eine höhere Temperatur aufweist als der dritte Wärmetauscher.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Luftabführung mit mindestens zwei Luftausgängen gekoppelt ist, und dass über die Steuervorrichtung einstellbar ist, welcher Anteil von in der Luftabführung geführter erwärmter Luft an jeden der mindestens zwei Luftausgänge und welcher Anteil an den Luftpfad gelangt. In dieser Ausgestaltung kann die erwärmte Luft über mehr als einen Luftausgang direkt in den umgebenden Raum ausgegeben werden. Die Steuervorrichtung stellt ein, welcher Luftanteil für die Erwärmung des Mediums in den Luftpfad gelangt und welche jeweiligen Anteile an die unterschiedlichen Luftausgänge gelangen. Dabei werden die Anteile für die einzelnen Luftausgänge jeweils individuell oder beispielsweise mit einem festen Verhältnis eingestellt.
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Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass über die Steuervorrichtung die Anteile der erwärmten Luft, die an die mindestens zwei Luftausgänge gelangen, so eingestellt sind, dass sich in Abhängigkeit von den Anteilen unterschiedliche Temperaturen in den von den mindestens zwei Luftausgängen angeströmten Raumbereichen ergeben. Die vorgenannte Ausgestaltung wird also in dieser Ausgestaltung dazu verwendet, um in dem umgebenden Raum unterschiedliche Zonen oder Bereiche mit unterschiedlichen Temperaturen zu versorgen. Hierfür wird beispielsweise jeder Luftausgang mit einer anderen Zone des umgebenden Raums - z. B. über Schläuche - verbunden und durch die Steuervorrichtung wird den Zonen jeweils eine individuelle Luftmenge zugewiesen.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass mindestens ein Steuerelement der Steuervorrichtung in der Luftabführung angeordnet ist. Alternativ oder ergänzend besteht eine Ausgestaltung darin, dass mindestens ein Steuerelement der Steuervorrichtung in der Luftzuführung angeordnet ist.
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Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass ein Steuerelement als Klappe oder als verschiebbares Element ausgestaltet ist.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Heizquelle auf der Verbrennung eines Gases oder eines in einen gasförmigen Zustand versetzten Mediums basiert. Alternativ oder ergänzend ist die Heizquelle eine elektrische Heizquelle.
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Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass mindestens eine Zusatz-Heizquelle vorhanden ist, wobei die Zusatz-Heizquelle mit dem Mediumsbehälter und/oder mit dem ersten Wärmetauscher thermisch gekoppelt ist. In dieser Ausgestaltung wird die Heizquelle um eine Zusatz-Heizquelle ergänzt, die je nach Ausgestaltung den Mediumsbehälter separat erhitzt oder der Erwärmung der Luft über den ersten Wärmetauscher dient.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Zusatz-Heizquelle unabhängig von der Heizquelle betreibbar ist. In dieser Ausgestaltung lassen sich die Heizquelle und die Zusatz-Heizquelle einzeln betreiben, um z. B. schon hierdurch unterschiedliche Heizstufen zu ermöglichen oder um z. B. auf das unterschiedliche Vorhandensein von Energiequelle (z. B. Gaskanister, Stromversorgung) zu reagieren.
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Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei dem zu erwärmenden Medium um Brauchwasser und bei dem Mediumsbehälter um einen Brauchwasserbehälter handelt.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Heizvorrichtung für den Einbau in mobile Räume ausgelegt ist. In dieser Ausgestaltung wird auf die beschränkten Möglichkeiten von mobilen Räumen, wie sie z. B. durch Wohnwägen oder Reisemobile oder durch Boote gegeben sind, Rücksicht genommen.
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In Abhängigkeit von den realisierten Ausgestaltungen lassen sich bei der Heizvorrichtung ggf. unterschiedliche Betriebsmodi realisieren:
- • Heizbetrieb, in welchem die Umluft über den ersten Wärmetaucher erhitzt wird,
- • Boilerbetrieb, in welchem nur das Medium erwärmt wird, z. B. durch einen dritten Wärmetauscher,
- • Thermenbetrieb, in welchem das Medium über die Warmluft als Zwischenmedium erwärmt wird, wobei die Warmluft durch die Heizquelle erwärmt und die Wärme über den zweiten Wärmetauscher auf das Medium übertragen wird.
Ergänzend sind noch Mischbetriebe möglich.
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Im Einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Heizvorrichtung auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltung einer Heizvorrichtung,
- 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausgestaltung einer Heizvorrichtung und
- 3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausgestaltung einer Heizvorrichtung.
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Die 1 zeigt schematisch eine Heizvorrichtung 1, welche hier Raumluft und Wasser erhitzt. Die Heizvorrichtung 1 ist dabei in der dargestellten Ausgestaltung ein zusammenhängendes Gerät und ist beispielsweise in einem Wohnwagen oder einer Reisemobil verbaut.
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Für diesen Zweck ist eine Heizquelle 10 vorhanden, die z. B. über das Verbrennen von Propan und/oder Butan thermische Energie erzeugt. Die Raumluft wird von einem Umluftgebläse 35 von einer Luftzuführung 30 einem ersten Wärmetauscher 21 zugeführt. Der erste Wärmetauscher 21 steht in thermischen Kontakt mit der Heizquelle 10, sodass die Heizquelle 10 über den ersten Wärmetauscher 21 die zu erwärmende Luft erwärmt und sodass die warme Luft über die Luftabführung 31 zurück in den Raum gelangt. Die Luftabführung 31 für die erwärmte Luft (alternative Bezeichnung: Warmluft) verfügt hier über zwei Luftausgänge 32, über die die Warmluft die Heizvorrichtung 1 verlassen kann. Der Pfad der Raumluft ist durch die durchgezogenen Pfeile angedeutet.
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Die gestrichelten Pfeile deuten den Pfad an, den die erwärmte Luft nimmt, um das Wasser zu erwärmen.
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Eine Steuervorrichtung 60, die hier über eine Art von drehbar gelagerter Klappe als Steuerelement 61 verfügt, leitet einen Teil der erwärmten Luft in einen Luftpfad 50. Der Luftpfad 50 führt die warme Luft fort von den Luftausgängen 32 und führt sie zu dem Mediumsbehälter 40, der hier entsprechend ein Wasserbehälter ist. Der Wasserbehälter 40 ist thermisch mit einem zweiten Wärmetauscher 22 verbunden, der wiederum mit dem Luftpfad 50 thermisch gekoppelt ist. Somit überträgt sich die Wärme der Warmluft über den zweiten Wärmetauscher 22 auf den Wasserbehälter 40. Dadurch wird das Wasser erwärmt.
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Der Luftpfad 50 ist hier durch den Wasserbehälter 40 hindurchgeführt und ist umgeben von dem zweiten Wärmetauscher 22. Weiterhin mündet der Luftpfad 50 in die Luftzuführung 30 und bildet somit gleichsam einen Kreislauf.
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Die Heizvorrichtung 1 der 2 verfügt über zwei Wärmequellen: Zum einen die Heizquelle 10, die mit dem ersten Wärmetauscher 21 verbunden ist und damit die Luft erhitzt. Zum anderen die Zusatz-Heizquelle 11, die über einen dritten Wärmetauscher 23 mit dem Mediumsbehälter 40 gekoppelt ist und somit das Medium erhitzt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel unterscheiden sich die Heizquelle 10 und die Zusatz-Heizung 11 darin voneinander, dass einmal ein Gas verbrannt und dass einmal der thermische Effekt des elektrischen Stroms ausgenutzt wird. Der erste Wärmetauscher 21 und der dritte Wärmetauscher 23 sind dabei so ausgestaltet, dass sie jeweils die von der zugeordneten Wärmequelle erzeugte thermische Energie für die Erhitzung auf die Luft bzw. auf das Medium (hier Wasser) übertragen. In einer alternativen Ausgestaltung befindet sich die als elektrische Wärmequelle ausgestaltete Zusatz-Heizquelle 11 direkt in dem Mediumsbehälter 40.
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Die zu erwärmende Luft wird durch das Umluftgebläse 35 von der Luftzuführung 30 - und speziell von dem beispielhaft gezeichneten Lufteingang - direkt durch den ersten Wärmetauscher 21 hindurchgeführt, wodurch die Luft in dem ersten Wärmetauscher auch gleich erwärmt wird.
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Die erwärmte Luft gelangt in der Luftabführung 31 - in Abhängigkeit von der Einstellung der Steuervorrichtung 60 - teilweise an die zwei Luftausgänge 32 und teilweise über den Luftpfad 50 zurück in das Gerät und insbesondere zu dem zweiten Wärmetauscher 22, der die thermische Energie der Warmluft auf das Medium im Mediumsbehälter 40 überträgt. Der Luftpfad 50 mündet hier auf einen eigenen Ausgang 51, der somit ein Ausgang (oder Luftausgang) für rückgeleitete und damit auch abgekühlte Warmluft ist.
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Die 2 zeigt eine besondere Ausgestaltung der Heizvorrichtung 1, die es erlaubt, unterschiedliche Temperaturzonen zu erzeugen. Dies zum einen über die unterschiedlichen Luftmengen, die die Luftausgänge 32 der Luftabführung 31 verlassen. Zum anderen geschieht dies hier über den Ausgang 51, der die Luft ausgibt, die bereits thermische Energie abgegeben hat und damit kühler ist. Da die Menge der über diesen Ausgang 51 ausgegebenen Luft auch von der Einstellung der Steuervorrichtung 60 abhängt, ist somit durch die Steuervorrichtung 60 auch eine zentrale Einheit zur Steuerung von einzelnen Temperaturzonen gegeben.
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In der Variante der 3 verfügt die Heizvorrichtung 1 über eine Zusatz-Heizquelle 11, bei der es sich um eine elektrische Heizquelle handelt. Als Beispiel ist hier ein Heizstab als Zusatz-Heizquelle 11 in den Mediumsbehälter 40 eingebracht.
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Der erste Wärmetauscher 21 ist mit der Heizquelle 11 gekoppelt, die hier auf der Verbrennung eines Gases bzw. in den gasförmigen Zustand versetzen Brennstoffs basiert.
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Die Steuervorrichtung 60 verfügt in der gezeigten Ausgestaltung über zwei Steuerelemente 61, die sich in der Luftzuführung 30 bzw. in der Luftabführung 31 befinden. Dabei ist insbesondere das Steuerelement 61 in der Luftzuführung 30 so ausgestaltet, dass das Steuerelement 61 ein Rückströmen der Luft in die Luftansaugstelle bzw. zurück in den Luftpfad 50 verhindert. In der dargestellten Ausgestaltung dient der Luftpfad 50 gleichzeitig auch als zweiter Wärmetauscher 22.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Heizvorrichtung
- 10
- Heizquelle
- 11
- Zusatz-Heizquelle
- 21
- erster Wärmetauscher
- 22
- zweiter Wärmetauscher
- 23
- dritter Wärmetauscher
- 30
- Luftzuführung
- 31
- Luftabführung
- 32
- Luftausgang
- 35
- Umluftgebläse
- 40
- Mediumsbehälter
- 50
- Luftpfad
- 51
- Ausgang für rückgeleitete Warmluft
- 60
- Steuervorrichtung
- 61
- Steuerelement
