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Die
Erfindung betrifft ein Heizgerät
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Wärmetauscher
für gattungsgemäße Heizgeräte, die
für einen
Betrieb mit Brennwertnutzung ausgelegt sind, werden aus Aluminium-Gusswerkstoffen
gefertigt. So sind beispielsweise Wärmetauscher mit einer zylindrischen
Form bekannt. Diese bilden als einstückige Gusskörper in einem oberen Teilbereich
eine Brennkammer und in einem unteren Teilbereich mindestens einen
Heizgaszug, sind auf der mit Heizgasen beaufschlagten Innenseite
mit Rippen versehen und besitzen mindestens einen Kanal für das Heizmedium,
welcher Wärme
leitend mit den begrenzenden Wänden
in Kontakt steht.
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Im
Zentrum des berippten Bereiches des Wärmetauschers ist bei gattungsgemäßen Heizgeräten mindestens
ein Verdrängungskörper angeordnet, um
die aus der Brennkammer austretenden Heizgase gleichmäßig nach
außen
in die Wärmeübertragungsflächen zu
lenken und um eine Direktströmung in
den Bereich des Abgassammlers zu vermeiden. Dieser Verdrängungskörper wird
in der Regel so gestaltet, dass er bei Wartungsarbeiten über die
Brennkammer entnommen werden kann. Er ist wahlweise einteilig ausgeführt oder
besteht aus einem brennkammernahen Oberteil mit einem diesen zugeordneten
Unterteil.
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Im
Zusammenhang mit dem Einsatz von Aluminium-Gusswerkstoffen bei Heizgeräten kann
es insbesondere im berippten und von Heizgasen beaufschlagen Bereich
nach längeren
Betriebszeiten zu allmählich
auftretenden Korrosionserscheinungen kommen. Diese Abtragungseffekte
sind bekannt und in Bezug auf die Gerätelebensdauer als unproblematisch
anzusehen. Deren Ursache liegt darin, dass in Brennwertheizgeräten ein
Teil des bei der Verbrennung von Gas entstehenden Wasserdampfes
kondensiert wird. Außerdem
entstehen auch geringe Mengen salpetrige und schweflige Säurebildner.
Diese kondensieren ebenfalls, werden im Kondenswasser aufgenommen,
und bilden so eine sehr niedrig konzentrierte Säure. Durch Temperaturwechsel
mit Wasserverdunstung kann es örtlich
zur Aufkonzentration der Säure
kommen, so dass dann besonders an diesen Stellen die Aluminiumkorrosion
auftritt.
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Üblicherweise
ist daher bei Heizgeräten nach
längerem
Betrieb im Rahmen einer Wartung auch eine Reinigung des berippten
Wärmetauscherbereiches
erforderlich. Die Reinigung kann zum Beispiel mit einer Bürste oder
mit einem Hochdruckwasserstrahl erfolgen. Dazu muss der zu reinigende
Wärmetauscherbereich
für das
Reinigungswerkzeug zugänglich
sein. Bei einem Wärmetauscher
mit einer zylindrischen Form bzw. einem rundem Querschnitt befindet
sich in der Mitte ein durchgängiger
Kanal, welcher beim Betrieb des Heizgerätes durch einen Leit- oder
Verdrängungskörper verschlossen
sein muss. Der Kanal dient als Zugang für eine Bürste oder die Düse eines
Hochdruckreinigers. Wegen der auftretenden Korrosion und dem Volumenwachstum der
Korrosionsprodukte kann es möglicherweise
vorkommen, dass bekannte Verdrängungskörper, insbesondere
im unteren Bereich des Wärmetauschers festsitzen
und sogar festbacken, weil ihr Außenmantel großflächig an
den umgebenden Rippen fixiert wird. Diese Problematik ergibt sich
im Wesentlichen durch die zylindrische Form des Außenmantels
und die sehr passgenaue Ausführung,
nämlich
um anforderungsgemäß nur einen
geringen Spalt zu den umgebenden Rippen zuzulassen. Bei der Wartung
können
die Verdrängungskörper dann
nur mit Mühen
und Zusatzaufwand ausgebaut werden.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Heizgerät sicherzustellen,
dass insbesondere bei einem aus einem Aluminium-Gusswerkstoff gefertigten
Wärmetauscher
ein im Zentrum des berippten Bereiches angeordneter Verdrängungskörper zur
Lenkung der Heizgase auch nach längerer
Betriebszeit und bei starkem Anfall von Korrosionsprodukten aus
dem Aluminium-Gusswerkstoff noch einfach ausbaubar ist.
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Erfindungsgemäß wird dies
mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
sind den Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Das
Heizgerät
ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens das Unterteil des Verdrängungskörpers aus
einem starren Grundkörper
mit einem zugeordneten, daran fixierten und mindestens in einem Teilbereich
flexiblen Mantel besteht. Im eingebauten Zustand liegt der Mantel
des Verdrängungskörpers oder
mindestens ein Teilbereich des Mantels an den Spitzen der Rippen
im Zentrum des Wärmetauschers an
oder befindet sich in einem sehr geringem Abstand dazu. An der zur
Brennkammer zeigenden Oberseite ist der Verdrängungskörper mit einem Griff versehen.
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Der
Verdrängungskörper besteht
in einer ersten Ausführungsform
aus einem metallischen oder keramischen, topfartigen Grundkörper mit
einem aus einer Spiralfeder gewickelten Mantel in der mit Heizgas
beaufschlagten Zone. Dabei liegen im eingebauten Zustand des Verdrängungskörpers die einzelnen
Windungen der Spiralfeder dicht zusammen. Die Spiralfeder aus korrosionsfestem
Material oder korrosionsresistenter Oberfläche ist nur in einem oberen
Teilbereich am Mantel des Grundkörpers fixiert
und der sich nach unten daran anschließende Teilbereich des Grundkörpers weist
einen geringeren Außendurchmesser
auf, um dadurch einen Abstand zur umgebenden Spiralfeder sicherzustellen.
Wahlweise kann der Grundkörper
nach unten hin mit einem Deckel verschlossenen sein. In einer zweiten Ausführungsform
besteht der Verdrängungskörper aus
einem metallischen oder keramischen Grundkörper mit einer Hülle aus
einem temperaturresistenten Fasergestrick oder Fasergewebe. Dabei
ist die textile Hülle
so am Grundkörper
befestigt, dass sie sich beim Herausziehen nach unten hin umstülpt. Vor dem
Wiedereinbau kann die Hülle
dann einfach wieder aufgeschoben werden. Der Grundkörper besteht vorzugsweise
aus einem Oberteil und einem mit diesem zu verbindenden, das Fasergestrick
oder Fasergewebe auf dem Mantel aufnehmenden, durchmesserkleineren
Unterteil. Die textile Hülle
hat auch eine Kapillarwirkung, indem sie das saure Kondensat etwas
aus dem kritischen Korrosionsbereich wegsaugt. Dies verringert die
Neigung zum Festbacken.
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In
einer dritten Ausführungsform
besteht der Verdrängungskörper aus
einem metallischen oder keramischen Grundkörper, welcher mindestens im unteren
Teilbereich des Mantels mit einer Schnur aus temperaturresistenten
Fasern, insbesondere Glas- oder Keramikfasern, spiralförmig umwickelt
ist. Die Schnur ist vorzugsweise an der Unterseite des Grundkörpers fixiert,
so dass sie sich beim Herausziehen des Verdrängungskörpers von unten her abwickelt
und daher kontinuierlich mit kleiner Kraft vom umgebenden Wärmetauscher
losgerissen werden kann, weil die Kraft immer nur auf einen kleinen
Bereich einwirkt. Der Grundkörper
besteht auch hierbei aus einem Oberteil und einem mit diesem zu
verbindenden, die Schnur auf dem Mantel aufnehmenden, durchmesserkleineren
Unterteil. Vor dem Wiedereinbau wird die Schnur wieder auf den metallischen
Körper
aufgewickelt und zum Beispiel mit Klebeband fixiert.
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In
einer vierten Ausführungsform
ist ein Verdrängungskörper vorgesehen,
der aus einem Betonkörper
als Grundkörper
mit einer Hülle
aus einem temperaturresistenten Fasergestrick oder Fasergewebe,
insbesondere Glas- oder Keramikfasergestrick, besteht. Die beschriebene
Säurebildung
tritt im Spalt zwischen den Rippenspitzen und dem Verdrängungskörper ausgeprägt auf.
Wenn nun die Säure
sofort dort im Entstehungsbereich neutralisiert wird, kann sie keine
Korrosion mehr verursachen. Der Verdrängungskörper wirkt auf diese Weise,
wenn der Beton in einer vorteilhaften Ausführung aus Portlandzement mit
Kalksplitt als Füllstoff
hergestellt wird. Die Säure
reagiert mit dem Zement zu Gips und Kalksalpeter, so dass der Betonkörper langsam
aufgezehrt wird. Da der Beton in die Hülle eingegossen wird, trägt dieser
Mantel auch bei Auftreten von thermischen Rissen im Betonkörper zur
mechanischen Festigkeit bei. Darüber
hinaus saugt das Fasergewebe die dünne Säure auf, verteilt sie flächig auf
dem Betonkörper
und sorgt dadurch für
eine Vergleichmäßigung der
Aufzehrung. Die entstehenden Reaktionsprodukte sind nicht wasserlösliche Schlämme und
bleiben zum Teil innerhalb des Gewebemantels eingelagert. Der Verdrängungskörper behält trotz
Abzehrung sehr lange seine Form und Funktion und die Neutralisationswirkung
verringert die Korrosion so, dass der Verdrängungskörper auf Dauer nicht festbackt
und einfach ausbaubar bleibt.
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In
einer fünften
Ausführungsform
besteht der Verdrängungskörper aus
mehreren metallischen oder keramischen Scheiben, welche alternierend
mit Distanzelementen an einem diese durchgreifenden Bolzen im Zentrum
gestapelt und fixiert sind. Diese Ausführung bietet den am Wärmetauscher
entstehenden Korrosionsprodukten viel Platz zwischen den Scheiben.
Es stehen nur relativ kleine Flächen
den Wärmetauscherrippen
direkt gegenüber,
so dass selbst beim starkem Anfall von Korrosionsprodukten der Verdrängungskörper kaum
festsitzen kann. Beim Ausbauen können
sich mit dem Aufbringen von Zugkraft die einzelnen Scheiben bewegen
und elastisch verformen, so dass der Kraftaufwand relativ gering ist.
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In
einer sechsten Ausführungsform
weist der Verdrängungskörper einen
zylindrischen Kernbereich mit einem Deckel an der Unterseite sowie
einem daran fixierten Mantel aus einer spiralförmigen Blattfeder auf. Dabei
ist der Kernbereich mit einer Stirnseite an einem Oberteil befestigt,
so dass sich beim Ausbauen durch Verdrehen des Oberteils der Mantel
im Durchmesser verkleinert und damit gegebenenfalls von den umgebenden
Rippen ablöst.
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In
einer siebten Ausführungsform
besteht der Verdrängungskörper aus
einem metallischen oder keramischen Grundkörper, welcher mindestens im
unteren Teilbereich des Mantels mit mindestens einem Ring, insbesondere
aus einem elastomeren Werkstoff, versehen ist. Zur Aufnahme des
Ringes sind, entsprechend dessen Abmessungen, nutartige Vertiefungen
auf dem Mantel vorgesehen. Bei dieser Variante bildet der Grundkörper einen
relativ großen Spalt
zur Verrippung des Wärmetauschers,
welcher dann mit einem oder mehreren Elastomerringen weitgehend
oder ganz verschlossen wird. Vorzugsweise können dafür O-Ringe aus Viton oder Ringe mit Dichtlippen
zum Einsatz kommen. Der Spalt schafft Platz für die Korrosionsprodukte und
trennt die korrodierenden Teile räumlich. Das Herausziehen des
Verdrängungskörpers wird
erleichtert, weil sich die Ringe verformen, abrutschen oder abrollen
können.
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In
einer achten Ausführungsform
besteht der Verdrängungskörper insgesamt
aus einem temperaturbeständigen
elastomeren Werkstoff. Mindestens ist jedoch der Mantel des Verdrängungskörpers im unteren
Teilbereich aus einem temperaturbeständigen elastomeren Werkstoff
ausgeführt,
welcher an einem metallischen oder keramischen Grundkörper fixiert
ist. Beim Herausziehen streckt sich der Elastomerkörper, verringert
dadurch seinen Durchmesser und löst
sich dadurch gut vom umgebenden Wärmetauscher ab.
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Generell
kann der Verdrängungskörper bei der
Verwendung von elastomeren Werkstoffen im oberen, brennernahen Teilbereich
mit einem Abschirmblech oder einer Abschirmhülse auf dem äußeren Mantel
versehen werden. Vorteilhafterweise wird diese so angebracht, dass
zwischen dem Mantel und dem Abschirmblech oder der Abschirmhülse ein isolierender
Luftspalt entsteht.
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Weiterhin
ist erfindungsgemäß ein Werkzeug zum
Lösen des
Verdrängungskörpers vom
Wärmetauscher
und zum Entnehmen desselben über
die Brennkammer vorgesehen. Es ist gekennzeichnet durch ein am Griff
des Verdrängungskörpers ansetzbares,
rohrförmiges
Gehäuse
mit einer Aufnahme für den
Griff des Verdrängungskörpers im
unteren Bereich. Diese ist als Langloch mit leicht konisch verlaufenden
Flanken gestaltet. Das Werkzeug wird über den Griff gesteckt und
ist durch eine Drehung um etwa 90° spielfrei
und fest sitzend zu montieren. Im Gehäuse ist ein Schlaggewicht geführt, welches
zu beschleunigen ist, indem ein einfaches Werkzeug, beispielsweise
einem Schraubendreher, in eine Durchbrechung an der Oberseite gesteckt
wird.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Aufbau
wird bei einem Heizgerät
sichergestellt, dass insbesondere bei einem aus einem Aluminium-Gusswerkstoff
gefertigten Wärmetauscher
ein Verdrängungskörper zur
Lenkung der Heizgase auch nach längerer
Betriebszeit und bei starkem Anfall von Korrosionsprodukten noch
einfach ausbaubar ist. Dadurch wird die Wartung des Heizgerätes erleichtert,
denn ein Festsitzen und sogar Festbacken des Verdrängungskörpers wird
sicher vermieden, weil selbst bei starkem Anfall von Korrosionsprodukten
der Außenmantel
nur noch punktuell bzw. auf relativ kleinen Flächen mit den umgebenden Rippen
in Kontakt steht. Besonders wirksam beim Lösen des Verdrängungskörpers ist
in diesem Zusammenhang der mindestens in einem Teilbereich flexible
Mantel, denn mit der Verformung werden punktuell Biegekräfte erzeugt.
Andererseits werden trotzdem die Anforderungen, nämlich nur
einen geringen Spalt zu den umgebenden Rippen zuzulassen, um die
Heizgase gleichmäßig nach
außen
in die Wärmeübertragungsflächen zu
lenken und um eine Direktströmung
in den Bereich des Abgassammlers zu vermeiden, von allen aufgezeigten
Verdrängungskörper-Varianten
erfüllt.
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Die
Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung dar. Es zeigt als Teil eines Heizgerätes:
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1:
einen Wärmetauscher
mit Brenner und Verdrängungskörper in
einem vertikalen Längsschnitt,
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2:
einen Verdrängungskörper mit
einem aus einer Spiralfeder gewickelten Mantel in einem vertikalen
Längsschnitt,
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3:
einen Verdrängungskörper mit
einer Hülle
aus Fasergestrick in einem vertikalen Längsschnitt,
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4:
einen Verdrängungskörper mit
einer gewickelten Schnur aus Fasermaterial in einer perspektivischen
Ansicht,
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5:
einen Verdrängungskörper als
Grundkörper
zum Umwickeln mit einer Schnur aus Fasermaterial in einem vertikalen
Längsschnitt,
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6:
einen Verdrängungskörper mit
einem in eine Hülle
aus Fasermaterial eingegossenen Betonköper in einem vertikalen Längsschnitt,
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7:
einen aus mehreren Scheiben und Distanzelementen gebildeten Verdrängungskörper in einem
vertikalen Längsschnitt,
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8:
einen Verdrängungskörper mit
einer Blattfeder als Mantel in einer perspektivischen Ansicht in
Form einer Explosionszeichnung,
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9:
einen Verdrängungskörper mit
Elastomerringen in der Vorderansicht mit Teilschnitt,
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10:
einen Verdrängungskörper, mindestens
in einem Teilbereich aus einem Elastomer bestehend, in einem vertikalen
Längsschnitt
und
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11:
einen Wärmetauscher
mit angesetztem Werkzeug zur Demontage eines Verdrängungskörpers in
einem vertikalen Längsschnitt.
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Das
Heizgerät
besteht im Wesentlichen aus einem Wärmetauscher, welcher im oberen
Bereich um einen Brenner 1 eine Brennkammer 2 und
im unteren Bereich mindestens einen ringförmigen Heizgaszug 3 bildet.
Auf der mit Heizgasen beaufschlagten Innenseite ist der Wärmetauscher
mit Rippen 4 versehen und auf der Außenseite befindet sich mindestens
einen Kanal 5 für
das Heizmedium, welcher Wärme
leitend mit den begrenzenden Wänden 6 in Kontakt
steht. Im Zentrum des berippten Bereiches ist ein Verdrängungskörper zur
Lenkung der Heizgase angeordnet. Dieser besteht im Ausführungsbeispiel
aus einem brennkammernahen Oberteil 7a und einem diesen
zugeordneten Unterteil 7b. Am unteren Ende des Wärmetauschers
befindet sich der Abgassammler.
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Mindestens
das Unterteil 7b des Verdrängungskörpers besteht aus einem starren
Grundkörper 8 mit
einem zugeordneten, daran fixierten und mindestens in einem Teilbereich
flexiblen Mantel. An der zur Brennkammer 2 zeigenden Oberseite
ist der Verdrängungskörper mit
einem Griff 9 versehen.
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Gemäß 2 besitzt
der Verdrängungskörper einen
aus einer Spiralfeder 10 gewickelten Mantel und der metallische
oder keramische, topfartige Grundkörper 8 ist nach unten hin
mit einem Deckel 11 verschlossen. Die Spiralfeder 10 ist
nur im oberen Teilbereich des Grundkörpers 8 fixiert und
nach unten hin verringert sich dessen Außendurchmesser, so dass die
Spiralfeder 10 dort frei hängt.
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Gemäß 3 ist
der Verdrängungskörper aus
einem metallischen oder keramischen Grundkörper 8 mit einer Hülle 12 aus
einem temperaturresistenten Fasergestrick oder Fasergewebe aufgebaut. Der
Grundkörper 8 besteht
aus einem Oberteil 8a und einem mit diesem zu verbindenden,
das Fasergestrick oder Fasergewebe auf dem Mantel aufnehmenden,
durchmesserkleineren Unterteil 8b.
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Gemäß den 4 und 5 besteht
der Verdrängungskörper aus
einem metallischen oder keramischen Grundkörper 8, ebenfalls
mit einem Oberteil 8a und einem mit diesem zu verbindenden, mit
einer Schnur 13 aus temperaturresistenten Fasern spiralförmig umwickelten,
durchmesserkleineren Unterteil 8b. Die Schnur 13 ist
im Bodenbereich des Unterteils 8b mit einer Klemmvorrichtung 14 fixiert.
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6 zeigt
einen Verdrängungskörper mit einem
in eine Hülle 15 aus
temperaturresistentem Fasergestrick oder Fasergewebe, insbesondere Glas-
oder Keramikfasergestrick, eingegossenen Betonkörper 16 als Grundkörper 8.
Ebenfalls in den Betonkörper 16 eingegossen
ist der Griff 9.
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Gemäß 7 besteht
der Verdrängungskörper aus
mehreren metallischen oder keramischen Scheiben 17, welche
alternierend mit Distanzelementen 18 an einem die Anordnung
durchgreifenden Bolzen 19 im Zentrum gestapelt und fixiert
sind. Dazu besitzt der Griff 9 ein Gewinde 20,
in das der Bolzen 19 von unten her eingreift.
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Der
Verdrängungskörper gemäß 8 besteht
aus einem zylindrischen Kernbereich 21 mit einem Deckel 22 an
der Unterseite sowie einem daran fixierten Mantel aus einer spiralförmigen Blattfeder 23.
Dabei ist der Kernbereich über
mehrere Laschen 24 stirnseitig an einem Oberteil 25 befestigt.
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Gemäß 9 besteht
der Verdrängungskörper aus
einem metallischen oder keramischen Grundkörper 8, welcher etwa
auf der unteren Hälfte des
Mantels mit mehreren Ringen 26 aus einem elastomeren Werkstoff
versehen ist. Auch kann der Mantel des Verdrängungskörpers, wie in 10 dargestellt,
im unteren Teilbereich aus einem temperaturbeständigen elastomeren Werkstoff
bestehen. Dazu ist im Ausführungsbeispiel
eine kappenartiges, zylindrisches Element 27 vorgesehen,
das den Grundkörper 8 an
der gesamten Unterseite umschließt und seitlich in eine zugeordnete
Nut 28 auf dem Umfang eingreift. Dabei kann zwischen dem
kappenartigen Element 27 und der Mantelfläche des
Grundkörper 8 ein
isolierender Luftspalt 29 ausgebildet werden.
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Zusätzlich kann
der Verdrängungskörper, wie
in 9 und 10 dargestellt,
im oberen, brennernahen Teilbereich des Grundkörpers 8 mit einem Abschirmblech 30 auf
dem äußeren Mantel
versehen sein. Auch hierbei wird zwischen dem Abschirmblech 30 und
der darunter liegenden Mantelfläche
des Grundkörpers 8 ein
isolierender Luftspalt 31 ausgebildet. Zum Demontage des
Verdrängungskörpers bzw.
dessen Unterteils 7b dient das in 11 gezeigte
Werkzeug. Es besteht aus einem rohrförmigen Gehäuse 32 und wird mit
einer als Langloch gestalteten Aufnahme 33 im unteren Bereich
am Griff 9 des Verdrängungskörpers angesetzt
und durch eine Drehung um etwa 90° fixiert.
Im Gehäuse 32 ist
ein axial verschiebbares Schlaggewicht 34 geführt, welches mit
einem einfachen Werkzeug zu beschleunigen ist, das in eine Durchbrechung 35 an
der Oberseite gesteckt werden kann.