EP0816775A2 - Gasbeheizter Umlauf-Wasserheizer - Google Patents

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EP0816775A2
EP0816775A2 EP97108554A EP97108554A EP0816775A2 EP 0816775 A2 EP0816775 A2 EP 0816775A2 EP 97108554 A EP97108554 A EP 97108554A EP 97108554 A EP97108554 A EP 97108554A EP 0816775 A2 EP0816775 A2 EP 0816775A2
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water
heat exchanger
lamella
water heater
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Robert Bosch GmbH
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    • F28F21/085—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from copper or copper alloys

Definitions

  • the invention is based on a gas-heated circulation water heater according to the genus of the main claim.
  • Both Known water heaters of this type is the one Combustion chamber cooling line section to a between the Return connection and the input of the heat exchanger connected location of the pipe system.
  • the water cooling the combustion chamber has no arrangement or only slightly above the temperature of the heating return water lying temperature so that it is in operation in the low temperature range or in partial load operation Condensation can form on the combustion chamber walls.
  • features of the main claim have the advantage that the water flowing along the combustion chamber walls in Heat exchanger is heated, so that only at extreme low return temperatures (less than 25 ° C) condensate in small quantities, the one in the bottom Channels arranged at the edge of the combustion chamber until evaporation or Evaporation can be absorbed.
  • a fitting, monitoring, cleaning and if necessary, the exchange of the gas burner and the Heat transfer facilitating design results when the combustion chamber with a separately designed, detachable its side walls attachable front wall is provided.
  • the Front wall is also cooled by a Line section, the input side downstream of the Heat exchanger is connected to the pipe system.
  • the line section cooling the front wall is advantageously dimensioned so and on the output side so that Line system connected that he as a device bypass for the minimum amount of circulating water is used. This is except one good cooling of the front wall is also a requirement for one good control behavior created how they secure the Represents minimum quantity in circulation. So far for this purpose in the case of devices with domestic hot water preparation, changeover valves with defined leakage used. Let these valves in the arrangement according to the invention by the general Replace the used types with a tight seal.
  • Stainless steel wall panels are made using local Formations for the formation of channels for the heating water are provided, the condensation and the Corrosion attack can be further counteracted, if the wall panels are through along the channel edges running welds are interconnected and the Channels after welding by molding the between the welded sheet metal areas by means of one inserted with pressure between the wall plates fluid or gaseous working fluid are formed.
  • Ratio of flow cross-section of the channels to the Reach wall surfaces of the combustion chamber can be particularly cheap Ratio of flow cross-section of the channels to the Reach wall surfaces of the combustion chamber.
  • Figure 1 shows schematically the network plan of a Circulation water heater for heating and domestic water heating
  • Figure 2 shows a partial section through a wall of the combustion chamber of the water heater according to Figure 1
  • Figure 3 is a side view a lamella of the heat exchanger of the water heater Figure 1
  • Figure 4 shows a section along the line IV-IV in Figure 3.
  • the circulating water heater has a return connection 10 for one indicated heating network 12, of which a line 14 via a changeover valve 16 leads to the input of a pump 18, whose output via a line 20 with a cooling section in a gas burner 22 is connected.
  • a line 14 via a changeover valve 16 leads to the input of a pump 18, whose output via a line 20 with a cooling section in a gas burner 22 is connected.
  • From the heat exchanger 26 leads a line 30 to the input one in the rear wall and the Sidewalls of the combustion chamber 28 integrated, below line section 32 described in more detail, whose Output via a line 34 with a flow connection 36 is connected to the heating network 12.
  • To line 34 is a branch line 38 connected by a Heat exchanger 40 for process water through to Changeover valve 16 leads.
  • the front wall 41 of the combustion chamber 28 is separate Component executed that releasably on the side walls of the Combustion chamber is attachable.
  • the front wall 41 is one own line section 42 integrated, the input side connected via line 44 to line 34 and on the output side via a line 46 to the input of the Pump 18 is connected.
  • the walls of the combustion chamber 28 are as can be seen from FIG. 2, each made of 2 wall sheets 48.50 Made of stainless steel, the specified seam lines 52 welded together and then between the seam lines 52 by a fluid gaseous working medium under pressure are deformed to form channels.
  • the channels 54 in the Form rear wall and in the side walls of the combustion chamber 28 the line section 32, whereas the channels 54 in the Front wall 41 form the line section 42.
  • the flow resistance of the line section 42 is so dimensioned that the line connection from the exit of the Line section 32 to the input of the pump 18 as Device bypass serves for the minimum amount of circulating water. That's why is a commonly used type for the switching valve 16 provided with a tight seal. That in the Pipe sections 32 and 42 flowing water is in the Heat exchanger 26 heated up so far that condensate the combustion chamber walls only when operating in Low temperature range or in low load operation in low Can form sets.
  • the special procedure for forming the Channels 54 in the combustion chamber walls also ensure that gaps between the wall plates 48.50 to the Can not form longitudinal edges of the channels 54, whereby corrosion of the combustion chamber is also counteracted becomes.
  • the heat exchanger 26 is a lamella block with fins 56 made of ferritic stainless steel and passed through Water pipes 58 made of copper. Each slat is 56 at their passage opening with a collar-like passage 60 provided which tightly encloses the water pipe 58. Of the combustion chamber side edge 62 of the fins 56 is between the Water pipes 58 pulled up to the so-called Limit light length not to be exceeded, d. i.e. to a The slats 56 overheat in these areas avoid. Between the edge 62 and the combustion chamber side Peak areas of the passages 60 result Slat areas 64, the height h as large as that Evaporation distance is dimensioned, along which the Passages 60 formed or accumulating condensate 66th evaporates.
  • the length of the evaporation path depends on the temperature of water in the respective water pipe 58 and may not exceed correspond to the limit incandescent length.
  • Slat wall thickness can be ensured that the Limit light length at least as large as the required Inlet section at the lamella areas 64.
  • the height h n in the lamella areas 64 is gradually reduced towards the output of the heat exchanger down to the value h 1 .
  • the lamella areas 68 encompassing the upper apex areas of the water pipes 58 are increasingly of dimension b towards the exit of the heat exchanger n shortened to dimension b 1 .
  • the measures described above are combined with the feature that the free distance d between two adjacent slats 56 not the dimension of 2.7 mm exceeds. This ensures that Capillary action of the condensate on the fins 56 to is held for its evaporation.
  • the distance is d determined by the height a of the passage 60 on the lamella 56, at the bend radius of the adjacent lamella passage is present.
  • the surface of the Water pipes 58 completely through the precious metal of the fins covered, so that there are none at these points Can form corrosion products.
  • the Width e and its length k are such that they are the Slat gaps at least over the closest distance l cover approximately between the water pipes 58. Thereby prevents that above the heat exchanger The resulting corrosion products fall through on the burner.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen gasbeheizten Umlaufwasserheizer, mit einem Rücklaufanschluß (10) und einem Vorlaufanschluß (36) für ein externes Heizungsnetz (12), und mit einem beide Anschlüsse verbindenden, über eine Pumpe (18) und einen von den Verbrennungsgasen beaufschlagten Wärmeübertrager (26) führenden Leitungssystem, das einen Leitungsabschnitt (32) enthält, der eine zwischen Gasbrenner (22) und Wärmeübertager (26) angeordnete Brennkammer (28) kühlend an deren Wänden entlanggeführt bzw. in deren Wände integriert ist. Es wird vorgeschlagen, daß der die Brennkammer (28) kühlende Leitungsabschnitt (32) eingangsseitig an den Ausgang des von den Verbrennungsgasen beaufschlagten Wärmeübertragers (26) angeschlossen ist. Dadurch ist erreicht, daß das an den Brennkammerwänden entlangströmende Wasser im Wärmeübertrager aufgeheizt ist, so daß nur bei extrem niedrigen Rücklauftemperaturen des Heizungswassers Kondensat in geringen Mengen anfällt. <IMAGE>

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer gasbeheizten Umlauf-Wasserheizung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei den bekannten Wasserheizern dieser Gattung ist der die Brennkammer kühlende Leitungsabschnitt an einen zwischen dem Rücklaufanschluß und dem Eingang des Wärmeübertragers liegenden Ort des Leitungssystems angeschlossen. Bei dieser Anordnung hat das die Brennkammer kühlende Wasser eine nicht oder nur unwesentlich über der Temperatur des Heizungs-Rücklaufwassers liegende Temperatur, so daß es bei Betrieb im Niedertemperaturbereich bzw. im Teillastbetrieb zur Kondensatbildung an den Brennkammerwänden kommen kann.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß das an den Brennkammerwänden entlangströmende Wasser im Wärmeübertrager aufgeheizt ist, so daß nur bei extrem niedrigen Rücklauftemperaturen (kleiner als 25°C) Kondensat in geringen Mengen anfällt, das in am unteren Brennkammerrand angeordnete Rinnen bis zur Verdampfung bzw. Verdunstung aufgefangen werden kann.
Die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale stellen vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Gegenstandes des Hautanspruchs dar.
Eine einfache Anordnung ergibt sich, wenn der die Brennkammer kühlende Leitungsabschnitt im Zuge der Verbindung vom Wärmeübertrager zum Vorlaufanschluß liegt.
Eine montagegerechte, die Überwachung, Reinigung und gegebenenfalls den Austausch des Gasbrenners und des Wärmeübertragers erleichternde Ausführung ergibt sich, wenn die Brennkammer mit einer getrennt ausgeführten, lösbar an ihren Seitenwänden befestigbaren Vorderwand versehen ist. In diesem Fall wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Vorderwand ebenfalls gekühlt ausgeführt ist durch einen Leitungsabschnitt, der eingangsseitig stromab des Wärmeübertragers an das Leitungssystem angeschlossen ist.
Der die Vorderwand kühlende Leitungsabschnitt ist vorteilhaft so bemessen und ausgangsseitig so an das Leitungssystem angeschlossen, daß er als Gerätebypass für die Mindestumlaufwassermenge dient. Dadurch ist außer einer guten Kühlung der Vorderwand auch eine Voraussetzung für ein gutes Regelverhalten geschaffen, wie sie die Sicherung der Mindestumlaufmenge darstellt. Für diesen Zweck werden bisher bei Geräten mit Brauchwasserbereitung Umsteuerventile mit definierter Undichtheit eingesetzt. Diese Ventile lassen sich bei der erfindungsgemäßen Anordnung durch die allgemein angewendeten Typen mit dichtem Verschluß ersetzen.
Mit der günstigen Beeinflussung der Kondensatbildung wird auch der Korrosionsangriff an der Brennkammer vermieden bzw. verringert, so daß für die Bildung der Brennkammerwände gegebenenfalls auch ein kostengünstiger Edelstahl eingesetzt werden kann.
Bei Wasserheizern mit einer Brennkammer, deren Wände je aus zwei aneinander anliegenden, miteinander verschweißten Wandblechen aus Edelstahl bestehen, die mit örtlichen Ausformungen zur Bildung von Kanälen für das Heizungswasser versehen sind, kann der Kondensatbildung und dem Korrosionsangriff weiter dadurch entgegengewirkt werden, wenn die Wandbleche durch entlang der Kanalränder verlaufende Schweißnähte miteinander verbunden sind und die Kanäle nach dem Verschweißen durch Ausformen der zwischen den Schweißnähten sich befindenden Blechbereiche mittels eines mit Preßdruck zwischen die Wandbleche eingeführten fluiden oder gasförmigen Arbeitsmittels gebildet sind. Bei dieser Ausführung läßt sich ein besonders günstiges Verhältnis von Durchflußquerschnitt der Kanäle zu den Wandflächen der Brennkammer erreichen.
Dem gleichen Zweck einer Verhinderung bzw. Verringerung der Kondensatbildung an der Brennkammer dient es, wenn der über der Brennkammer angeordnete Wärmeübertrager so ausgebildet ist, daß an ihm anfallendes Kondensat nicht nach unten abtropfen kann. Zu diesem einheitlichen Zweck wird weiter vorgeschlagen, daß bei Geräten mit Wärmeübertragern, die Wasserrohre aus gegenüber Wasser korrosionsfestem Material und Lamellen aus Edelstahl haben, die Höhe der die Wasserrohre brennraumseitig umgreifenden Lamellenbereiche so bemessen ist, daß an den Wasserrohren bzw. an Lamellendurchzügen anfallendes, in die Lamellenbereiche gelangendes Kondensat verdampft, und das ferner der Lamellenabstand so bemessen ist, daß das zwischen den Lamellen sich bildende Kondensat durch Kapillarkraftwirkung gegen Abtropfen gehalten ist.
Zeichnung
Ein Auführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 schematisch den Netzplan eines Umlaufwasserheizers für Heizung und Brauchwassererwärmung, Figur 2 einen Teilschnitt durch eine Wand der Brennkammer des Wasserheizers nach Figur 1, Figur 3 eine Seitenansicht einer Lamelle des Wärmeübertragers des Wasserheizers nach Figur 1 und Figur 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Figur 3.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Der Umlaufwasserheizer hat einen Rücklaufanschluß 10 für ein angedeutetes Heiznetz 12, von welchem eine Leitung 14 über ein Umschaltventil 16 zum Eingang einer Pumpe 18 führt, deren Ausgang über eine Leitung 20 mit einer Kühlstrecke in einem Gasbrenner 22 verbunden ist. Von diesem führt eine Leitung 24 zum Eingang eines Wärmeübertragers 26, der an der oberen Mündung einer über dem Gasbrenner 22 angeordneten Brennkammer 28 befestigt ist. Vom Wärmeübertrager 26 führt eine Leitung 30 zum Eingang eines in die Rückwand und die Seitenwände der Brennkammer 28 integrierten, nachstehend noch näher beschriebenen Leitungsabschnitt 32, dessen Ausgang über eine Leitung 34 mit einem Vorlaufanschluß 36 für das Heizungsnetz 12 verbunden ist. An die Leitung 34 ist eine Zweigleitung 38 angeschlossen, die durch einen Wärmeübertrager 40 für Brauchwasser hindurch zum Umschaltventil 16 führt.
Die Vorderwand 41 der Brennkammer 28 ist als getrenntes Bauteil ausgeführt, das lösbar an den Seitenwänden der Brennkammer befestigbar ist. In die Vorderwand 41 ist eine eigener Leitungsabschnitt 42 integriert, der eingangsseitig über eine Leitung 44 an die Leitung 34 angeschlossen und ausgangsseitig über eine Leitung 46 mit dem Eingang der Pumpe 18 verbunden ist. Die Wände der Brennkammer 28 sind, wie aus Figur 2 ersichtlich, je aus 2 Wandblechen 48,50 aus Edelstahl gefertigt, die an vorgegebenen Nahtlinien 52 miteinander verschweißt und danach zwischen den Nahtlinien 52 durch ein fluides gasförmiges Arbeitsmittel unter Druck zur Bildung von Kanälen verformt sind. Die Kanäle 54 in der Rückwand und in den Seitenwänden der Brennkammer 28 bilden den Leitungsabschnitt 32, wogegen die Kanäle 54 in der Vorderwand 41 den Leitungsabschnitt 42 bilden.
Der Durchflußwiderstand des Leitungsabschnitts 42 ist so bemessen, daß die Leitungsverbindung vom Ausgang des Leitungsabschnitts 32 zum Eingang der Pumpe 18 als Gerätebypass für die Mindestumlaufwassermenge dient. Deshalb ist für das Umschaltventil 16 ein allgemein verwendeter Typ mit dichtem Verschluß vorgesehen. Das in den Leitungsabschnitten 32 und 42 strömende Wasser ist im Wärmeübertrager 26 soweit aufgeheizt, daß sich Kondensat an den Brennkammerwänden nur bei Betrieb im Niedertemperaturbereich bzw. im Teillastbetrieb in geringen Mengen bilden kann. Das besondere Verfahren zur Bildung der Kanäle 54 in den Brennkammerwänden stellt zudem sicher, daß sich Spalte zwischen den Wandblechen 48,50 an den Längsrändern der Kanäle 54 nicht bilden können, wodurch einer Korrosion der Brennkammer ebenfalls entgegengewirkt wird.
Der Wärmeübertrager 26 ist als Lamellenblock mit Lamellen 56 aus ferritischem Edelstahl und hindurchgeführten Wasserrohren 58 aus Kupfer ausgebildet. Jede Lamelle 56 ist an ihrer Durchgangsöffnung mit einem kragenartigem Durchzug 60 versehen, der das Wasserrohr 58 fest umschließt. Der brennraumseitige Rand 62 der Lamellen 56 ist zwischen den Wasserrohren 58 nach oben eingezogen, um dort die sogenannte Grenzglühlänge nicht zu überschreiten, d. h., um eine Überhitzung der Lamellen 56 in diesen Bereichen zu vermeiden. Zwischen dem Rand 62 und dem brennraumseitigen Scheitelbereichen der Durchzüge 60 ergeben sich Lamellenbereiche 64, deren Höhe h so groß wie die Eindampfsstrecke bemessen ist, entlang der das an den Durchzügen 60 gebildete bzw. sich ansammelnde Kondensat 66 verdampft.
Die Länge der Eindampfstrecke hängt mit von der Temperatur des Wassers im jeweiligen Wasserrohr 58 ab und darf maximal der Grenzglühlänge entsprechen. Durch geeignete Wahl der Lamellenwandstärke kann sichergestellt werden, daß die Grenzglühlänge mindestens so groß wie die erforderliche Einlaufstrecke an den Lamellenbereichen 64 ist.
In der Erkenntnis, daß sich die Eindampfstrecken an den einzelnen Lamellenbereichen 64 mit steigender Wassertemperatur in den Wasserrohren 58 verkürzt, ist auch die Höhe hn in den Lamellenbereichen 64 gegen den Ausgang des Wärmeübertragers hin bis auf den Wert h1 stufenweise verkleinert ausgebildet. In der weiteren Erkenntnis, daß die jedem Wasserrohr 58 zugeordnete Teilfläche einer Lamelle 56 mit zunehmender Wassertemperatur insgesamt verkleinert werden kann, um Kondensatbildung zu vermeiden, sind auch die die oberen Scheitelbereiche der Wasserrohre 58 umgreifenden Lamellenbereiche 68 gegen den Ausgang des Wärmeübertragers hin zunehmend vom Maß bn bis auf das Maß b1 verkürzt ausgeführt.
Die vorstehend beschriebenen Maßnahmen sind kombiniert mit dem Merkmal, daß der freie Abstand d zwischen zwei benachbarten Lamellen 56 das Maß von 2,7 mm nicht überschreitet. Dadurch ist erreicht, daß durch Kapillarkrafteinwirkung das Kondensat an den Lamellen 56 bis zu seiner Verdampfung gehalten wird. Der Abstand d ist bestimmt durch die Höhe a des Durchzuges 60 an der Lamelle 56, der am Biegeradius des benachbarten Lamellendurchzugs anliegt. Dadurch ist gleichzeitig die Oberfläche der Wasserrohre 58 vollständig durch das Edelmetall der Lamellen abgedeckt, so daß sich an diesen Stellen keine Korrosionsprodukte bilden können.
Am oberen Rand 70 der Lamellen 56 sind zwischen den Wasserrohren 58 örtliche Abkantungen 72 vorgesehen, deren Breite e und deren Länge k so bemessen sind, daß sie die Lamellenspalte mindestens über den engsten Abstand l zwischen den Wasserrohren 58 annähernd abdecken. Dadurch wird verhindert, daß oberhalb des Wärmeübertragers entstehende Korrosionsprodukte auf den Brenner durchfallen. Gleichzeitig ist erreicht, daß der durch die Strömungslinien 74 angedeutete Verbrennungsgasstrom oberhalb der Wasserrohre 58 gebündelt wird, so daß das dort gegebenenfalls anfallende Kondensat bereits teilweise verdampft, bevor es, wie dargestellt, entlang des Durchzugs 60 zur Eindampfstrecke am unteren Lamellenbereich 64 gelangt.
Mit der beschriebenen Ausführung des Wärmeübertragers 26 wird ein Abtropfen von unverdampftem Kondensat vom Wärmeübertrager auf die darunterliegenden Teile von Brennkammer und Brenner vermieden. Dadurch wird ebenfalls der Bildung von Korrosionsprodukten an der Brennkammer entgegengewirkt.

Claims (6)

  1. Gasbeheizter Umlauf-Wasserheizer, mit einem Rücklaufanschluß und einem Vorlaufanschluß für ein externes Heizungsnetz, und mit einem beide Anschlüsse verbindenden, über eine Pumpe und einen von den Verbrennungsgasen beaufschlagten Wärmeübertrager führenden Leitungssystem, das einen Leitungsabschnitt enthält, der eine zwischen Gasbrenner und Wärmeübertrager angeordnete Brennkammer kühlend an deren Wänden entlanggeführt bzw. in deren Wände integriert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der die Brennkammer (28) kühlende Leitungsabschnitt (32) eingangsseitig an den Ausgang des von den Verbrennungsgasen beaufschlagten Wärmeübertragers (26) angeschlossen ist.
  2. Wasserheizer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Brennkammer (28) kühlende Leitungsabschnitt (32) im Zuge der Verbindung vom Wärmeübertrager (26) zum Vorlaufanschluß (36) liegt.
  3. Wasserheizer nach Anspruch 1 oder 2, dessen Brennkammer eine getrennt ausgeführte, lösbar an ihren Seitenwänden befestigbare Vorderwand hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderwand (41) ebenfalls gekühlt ist durch einen Leitungsabschnitt (42), der eingangsseitig stromab des Wärmeübertragers (26) an das übrige Leitungssystem angeschlossen ist.
  4. Wasserheizer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die Vorderwand (41) kühlende Leitungsabschnitt (42) so bemessen und ausgangsseitig so an das Leitungssystem angeschlossen ist, daß er als Gerätebypass für die Mindestumlaufwassermenge dient.
  5. Wasserheizer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Brennkammer deren Wände je aus zwei aneinander anliegenden, miteinander verschweißten Wandblechen aus Edelstahl bestehen, die mit örtlichen Ausformungen zur Bildung von Kanälen für das Heizungswasser versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandbleche (48, 50) durch entlang der Kanalränder verlaufende Schweißnähte (52) miteinander verbunden sind und die Kanäle (54) nach dem Verschweißen durch Ausformungen der zwischen den Schweißnähten (52) sich befindenden Blechbereiche mittels eines mit Preßdruck zwischen die Wandbleche (48, 50) eingeführten fluiden oder gasförmigen Arbeitsmittels gebildet sind.
  6. Wasserheizer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Wärmeübertrager, der Wasserrohre aus gegenüber Wasser korrosionsfestem Material und Lamellen aus Edelstahl hat, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
    a) die Höhe h der die Wasserrohre (58) brennraumseitig umgreifenden Lamellenbereiche (64) ist so bemessen, daß an den Wasserrohren (58) bzw. Lamellendurchzügen (60) anfallendes, in die Lamellenbereiche (64) gelangendes Kondensat verdampft, und
    b) der Lamellenabstand d ist so bemessen, daß zwischen den Lamellen 56 sich bildendes Kondensat durch Kapillarkraftwirkung gegen Abtropfen gehalten ist.
EP97108554A 1996-07-01 1997-05-28 Gasbeheizter Umlauf-Wasserheizer Expired - Lifetime EP0816775B1 (de)

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DE19626321A DE19626321A1 (de) 1996-07-01 1996-07-01 Gasbeheizter Umlauf-Wasserheizer
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EP0816775B1 EP0816775B1 (de) 2002-09-25

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EP97108554A Expired - Lifetime EP0816775B1 (de) 1996-07-01 1997-05-28 Gasbeheizter Umlauf-Wasserheizer

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