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Die Erfindung geht aus von einer Wärmetauscheinheit mit einem Rückhalteelement und einem Heizgerät nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Stand der Technik
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Moderne Heizgeräte sind in der Regel als sogenannte Brennwertgeräte ausgelegt, bei welchen das Abgas unterhalb der Kondensationstemperatur des Abgases abgekühlt wird, sodass der im Abgas enthaltene Wasserdampf kondensiert. Das anfallende Kondensat muss in der Regel aufgefangen und abgeführt werden. Bedingt durch den meist sauren pH-Wert des Kondensates, reagiert es mit Gehäuseteilen des Brennwertkessels, wobei als Reaktionsprodukte Schmutzpartikel anfallen können, die gemeinsam mit dem Kondensat abfließen und Rohrleitungen verstopfen können.
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Aus der
DE 10 2015 216 688 A1 ist ein Anschluss für ein Kondensat eines Heizgerätes mit einem Gehäuse bekannt, welches unterhalb eines Auslasses eines Abgassystems angeordnet ist, wobei das anfallende Kondensat durch den Auslass in das Gehäuse fließen kann. Es ist vorgesehen, dass das Gehäuse Kammern aufweist, in denen sich das Kondensat staut. In diesen Kammern können sich die Schmutzpartikel absetzten.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung geht von einer Wärmetauscheinheit mit einem an der Wärmetauscheinheit angeordneten Abgasraum aus, wobei der Abgasraum eine Ablaufvorrichtung, zur Abführung eines Flüssigkeit-Feststoff-Gemisches umfasst und wobei die Ablaufvorrichtung einen Sammelbehälter mit einem Auslass aufweist. Es wird vorgeschlagen, dass am Auslass ein Rückhalteelement angeordnet ist, welches dazu ausgebildet ist, den Feststoff im Sammelbehälter zurückzuhalten.
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Der erfindungsgemäße Wärmetauscher mit dem erfindungsgemäßen Rückhalteelement mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat den Vorteil, dass der Feststoff bereits in dem Sammelbehälter des Abgasraumes zurückgehalten werden kann und nicht durch den Auslass in den sich anschließenden Siphonbehälter geleitet wird. Durch das Zurückhalten des Feststoffes im Sammelbehälter kann ein Verstopfen des sich an den Auslass anschließenden Siphons auf besonders einfache Weise verhindert werden. In der Vergangenheit waren solche Verstopfungen häufig nur im Rahmen von aufwändigen Wartungen zu entfernen. Somit wirkt sich das erfindungsgemäße Rückhalteelement positiv auf die Wartungshäufigkeit und den Wartungsaufwand aus.
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Da der Feststoff durch das erfindungsgemäße Rückhalteelement bereits im Sammelbehälter zurückgehalten wird, kann der mit dem Auslass verbundene Siphonbehälter zusätzlich kleiner dimensioniert werden, da er nicht zum Auffangen einer großen Menge an Feststoff ausgelegt sein muss. Die Verringerung der Baugröße des Siphonbehälters wirkt sich zusätzlich positiv auf die Kosten eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers aus. Zusätzlich zur Kostenreduktion durch die kleinere Dimensionierung beeinflusst das damit einhergehende geringere Gewicht des Siphonbehälters die Dichtheit der Verbindung zwischen Auslass und Siphonbehälter in vorteilhafter Weise, da diese bedingt durch die Schwerkraft auf Zug beansprucht wird.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann unter einem Abgasraum eine abgeschlossene Einheit verstanden werden, welche am erfindungsgemäßen Wärmetauscher angeordnet ist und diesen nach unten und seitlich begrenzt. Der Abgasraum weist erfindungsgemäß eine Abgasabfuhrleitung auf, welche dazu geeignet ist, die Abgase abzuführen und einen Auslass, welcher dazu geeignet ist das anfallende Kondensat abzuführen. Die sich an den Auslass anschließenden Bauteile, wie beispielsweise der Siphon sind in diesem Zusammenhang nicht als Teil des Abgasraumes im Sinne der Erfindung anzusehen.
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In Bezug auf die vorliegende Erfindung kann unter einem Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch ein im Wesentlichen heterogenes Gemisch verstanden werden, dessen Bestandteile Flüssigkeit und Feststoff wieder voneinander getrennt werden können.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen gegebenen Merkmale.
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Die erfindungsgemäße Wärmetauscheinheit beziehungsweise eine vorteilhafte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass es sich bei der Flüssigkeit um Kondensatflüssigkeit handelt und dass der Feststoff aus der Wärmetauscheinheit herausgelöstes Material, insbesondere oxidiertes Aluminium ist. Insbesondere bei der Verwendung von Wärmetauscheinheiten welche Aluminium enthalten, kann das durch die die Reaktion mit der säurehaltige Kondensatflüssigkeit entstehende Aluminiumoxid durch den erfindungsgemäßen Wärmetauscher auf besonders einfache Weise bereits im Sammelbecken zurückgehalten werden.
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Unter oxidiertem Aluminium kann in diesem Zusammenhang neben Aluminiumoxid auch bei der Oxidation von Aluminium-Legierung insbesondere Aluminium-Silicium-Gusslegierungen anfallende Produkte beziehungsweise Elektronendonatoren verstanden werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Auslass am Boden des Sammelbehälters angeordnet ist und sich in Schwerkraftrichtung erstreckt. Auf diese Weise kann im Wärmetauscher gebildetes Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch schwerkraftbasiert besonders einfach und energieoptimiert in das Sammelbecken fallen und muss nicht aufwändig geführt werden. Die Trennung zwischen Flüssigkeit und Feststoff kann durch die Ausrichtung des Auslasses am Boden des Sammelbeckens in vorteilhafter Weise basierend auf dem Prinzip der Sedimentation erfolgen und die so abgetrennte Flüssigkeit kann Auslass frei von Schmutzpartikeln abfließen.
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Unter der Schwerkraftrichtung kann im Kontext der Erfindung die Richtung verstanden werden in welcher im eingebauten Zustand die Schwerkraft wirkt.
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Weiterhin kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter dem Boden die der Austrittsfläche des Flüssigkeit-Feststoff-Gemisches aus der Wärmetauscheinheit gegenüberliegende Gehäuseseite verstanden werden, welche den Abgasraum nach unten begrenzt.
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In einer besonders einfachen und robusten Ausführungsform des Rückhalteelements weist das Rückhalteelement einen ersten und einen zweiten Abschnitt auf, wobei der erste Abschnitt im eingebauten Zustand im Auslass sitzt und der zweite Abschnitt im eingebauten Zustand in Form einer umlaufende Wandung den Auslass umschließt, wobei sich die Wandung dann ausgehend vom Auslass in den Raum des Sammelbehälters erstreckt.
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Durch die Positionierung des ersten Abschnittes des Rückhalteelementes im Auslass kann mit besonders einfachen Mitteln über den Formschluss zwischen dem ersten Abschnitt des Rückhalteelementes und dem Auslass eine für Feststoffe dichte Verbindung bereitgestellt werden, welche beispielsweise zur Wartung auf besonders einfache Weise durch Herausziehen des Rückhalteelements aus dem Auslass lösbar ist. Der Auflagebereich zwischen der Außenfläche des erfindungsgemäßen Rückhalteelementes und der Außenfläche des Auslasses kann hierbei zur Funktionserfüllung durchaus im Sinne einer Spaltdichtung einen schmalen Spalt aufweisen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform schließt der Boden des Sammelbehälters mit einer Seitenwand des Sammelbehälters und der umlaufenden Wandung ein Reservoir zwischen sich ein. In diesem Reservoir Kann die Sedimentation des Flüssigkeits-Feststoff-Gemisches ablaufen und der sich so abgesetzte Feststoff zurückgehalten werden.
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Unter einem Reservoir kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Behälter verstanden werden, welches nach oben geöffnet ist und in der Lage ist den anfallenden Feststoff beziehungsweise das oxidierte Aluminium zurückzuhalten. Erfindungswesentlich ist in diesem Zusammenhang, dass die umlaufende Wandung, welche eine Seitenwand des so gebildeten Reservoirs darstellt eine Höhe aufweist, welche ausreicht um die Feststoffe von dem Auslass zurückzuhalten.
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Die Schwerkraftwirkung kann sich in besonders bevorzugter Weise zum Abtransport der Flüssigkeit und zur Sedimentation der Festkörper aus dem Festkörper-Flüssigkeits-Gemisch dadurch zunutze gemacht werden, dass der Boden des Sammelbehälters wenigstens zwei Ebenen aufweist, wobei die Ebenen in Schwerkraftrichtung zueinander beabstandet sind und wobei die Ebene in welcher sich der Auslass befindet einen größeren Abstand zum Wärmetauscher aufweist als die wenigstens zweite Ebene. Mit anderen Worten der Boden kann eine Wanne in der Wanne umfassen, wobei die zweite Wanne im eingebauten Zustand tiefer liegt als die erste Wanne.
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Grundsätzlich lässt sich sagen, dass die Sedimentation dann einsetzt, wenn die Sedimentationsgeschwindigkeit, also die Sinkgeschwindigkeit der Feststoffe aus dem Feststoff-Flüssigkeitsgemisch größer ist als turbulenzbedingte vertikal entgegengesetzte Komponenten des transportierenden Mediums. Demnach sollten zur Optimierung des Sedimentationsprozesses Turbulenzen minimiert werden. Eine Ausführungsform mit einer Wanne in der Wanne beeinflusst die Turbulenzen im Sammelbecken durch die zusätzlichen seitlichen Wände in vorteilhafter Weise.
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Die umlaufende Wandung bildet in dieser besonders bevorzugten Ausführungsform mit dem Absatz zwischen den zwei Ebenen, welcher dadurch gebildet wird, dass die Ebenen beabstandet zueinander angeordnet sind, ein erfindungsgemäßes Reservoir in welchem sich die Festkörper absetzten und aufgefangen werden können.
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Eine besonders einfache Fertigung und Handhabung ergibt sich dadurch, dass das Rückhalteelement als Kegelstumpfhohlkörper ausgebildet ist.
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Unter einem Kegelstumpfhohlkörper wird in diesem Zusammenhang ein Kegelstumpf, also ein abgeschnittener Kreiskegel mit einer größeren kreisrunden Grundfläche und einer kleineren kreisrunden Deckfläche verstanden, welcher eine bestimmte Wanddicke aufweist.
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Erfindungsgemäß ist der Kegelstumpfkörper im montierten Zustand so eingebaut, dass die kleinere Deckfläche in Schwerkraftrichtung unterhalb der größeren Kreisfläche liegt. Durch einen solchen Kegelstumpfhohlkörper kann mit einfachen konstruktiven Mitteln das Rückhalteelement im Auslass positioniert und befestigt werden. Gleichzeitig ermöglicht die Ausbildung als Hohlkörper einen Durchlass der Flüssigkeit aus dem Flüssigkeit-Festkörper-Gemisch vom Sammelbecken in den Siphonbehälter.
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Die Dichtigkeit des Reservoirs am Auslass und die Kraftübertragung in Schwerkraftrichtung kann in einer vorteilhaften Ausführungsform dadurch verbessert werden, dass zwischen den jeweiligen Außenflächen des ersten und zweiten Abschnittes des Rückhalteelementes ein Absatz angeordnet ist, wobei der Absatz im montierten Zustand am Boden des Sammelbehälters formschlüssig anliegt. Durch den somit gebildeten zusätzlichen Formschluss zwischen Absatz und dem Boden des Sammelbehälters kann die Dichtwirkung und die Kraftübertragung in Schwerkraftrichtung optimiert werden.
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Weiterhin ist es als vorteilhaft anzusehen, wenn das Rückhalteelement als Filter ausgebildet ist. Durch die Ausbildung als Filter kann die Trennung von Flüssigkeit und Feststoff neben dem Prinzip der selbstständigen Trennung durch Sedimentation auch auf dem Prinzip der physikalischen Trennung durch Filtration basieren.
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Unter einem Filter kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Bauteil verstanden werden, welches die Feststoffe aus dem Flüssigkeit-Feststoff-Gemisch zurückhält und die Flüssigkeit aufgrund der Druckdifferenz passieren lässt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann die umlaufende Wandung des Rückhalteelements in radialer Richtung also quer zur Schwerkraftrichtung wenigstens eine Durchgangsöffnung aufweisen. In Abgrenzung zu dem als Filter ausgebildeten Rückhalteelement, welches die Flüssigkeit von dem Festkörper trennt, ist die Durchgangsöffnung dazu geeignet Feststoffe einer bestimmten Korngröße zurückzuhalten und andere Feststoffe, welche beispielsweise aufgrund ihrer Korngröße für eine Verstopfung unkritisch sind, passieren zu lassen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Rückhalteelement an seinem freien, dem Raum des Sammelbehälters zugewandten Ende einen umlaufenden Kragen aufweisen, wobei der umlaufende Kragen sich in radialer Richtung über die Kontur der umlaufenden Wandung erstreckt. Ein solcher Kragen kann sich vorteilhaft auf den Sedimentationsprozess an der Überlaufkante zwischen Reservoir und dem Auslass auswirken. Insbesondere die Folgen von Verwirbelungen durch auf das gefüllte Reservoir treffendes Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch aus dem Wärmetauscher am Überlauf können minimiert werden.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann unter einem umlaufenden Kragen ein Vorsprung verstanden werden, welcher das Reservoir wenigstens teilweise nach oben, also in Richtung des Wärmetauschelementes abgrenzt.
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Das erfindungsgemäße Rückhalteelement ist in besonders bevorzugter Weise dazu geeignet in einer solchen Wärmetauscheinheit, welche ein Sammelbecken mit einer Wanne in der Wanne aufweist eingesetzt zu werden. Bedingt durch seine Ausführungsform mit einem ersten und einem zweiten Abschnitt, wobei der erste Abschnitt im Auslass sitzt und der zweite Abschnitt in Form einer umlaufende Wandung den Auslass umschließt und wobei sich die Wandung ausgehend vom Auslass in den Raum des Sammelbehälters erstreckt, kann das erfindungsgemäße Rückhalteelement in vorteilhafter Weise Turbulenzen minimieren, den Sedimentationsprozess im Sammelbecken ermöglichen und gleichzeitig durch seine Ausgestaltung die benötigte Dichtigkeit für Feststoffe zwischen dem Sammelbecken und dem Auslass gewährleisten.
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Hierzu ist es besonders vorteilhaft, wenn das Rückhalteelement als Kegelstumpfhohlkörper ausgebildet ist und zwischen der jeweiligen Außenflächen des ersten und zweiten Abschnittes ein Absatz angeordnet ist, wobei der Absatz im montierten Zustand am Boden des Sammelbehälters formschlüssig anliegt.
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In vorteilhafter Weise kann die erfindungsgemäße Wärmetauscheinheit in einem Heizgerät, insbesondere einem Brennwertkessel eingebaut werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Heizgerätes,
- 2 eine vergrößerte Darstellung der erfindungsgemäßen Ablaufvorrichtung in befülltem Zustand mit einem erfindungsgemäßen Rückhalteelement,
- 3 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rückhalteelements in einem Einbauzustand in einer Ablaufvorrichtung,
- 4 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rückhalteelements in einem Einbauzustand in einer Ablaufvorrichtung.
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1 zeigt ein Heizgerät 10 mit einem Brenner 12 und einer Wärmetauscheinheit 14. Über ein hier nicht dargestelltes Gebläse wird dem Brenner 12 ein Brenngas-Luftgemisch zugeführt und im Brenner 12 verbrannt. Das bei der Verbrennung anfallende heiße Verbrennungsgas 16 strömt in eine sich anschließende Wärmetauscheinheit 14. Wie in 1 dargestellt ist, ist der Brenner 12 am oberen Ende dieser Wärmetauscheinheit 14 angeordnet. Das heiße Verbrennungsgas 16 wird ausgehend von dem am oberen Ende der Wärmetauscheinheit 14 liegenden Brenner 12 von oben nach unten durch die Wärmetauscheinheit geführt,
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Die Wärmetauscheinheit 14 weist wasserführende Kanäle 18 auf. Das von dem Brenner 12 abströmende heiße Verbrennungsgas 16 wird entlang der wasserführenden Kanäle 18 im Fallstrom nach unten geleitet und heizt dabei das Wasser beziehungsweise die Heizflüssigkeit 20, welche in den wasserführenden Kanälen 18 geführt wird, auf. Dabei gibt das Verbrennungsgas 16 entlang der Kanäle 18 Energie ab, was eine Abkühlung der Verbrennungsgase 16 zur Folge hat.
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In der vorliegenden Anmeldung wird zwischen den Begriffen Wärmetauscheinheit 14 und Wärmetauscher 22 unterschieden. Unter einer Wärmetauscheinheit 14 kann der Wärmetauscher 22 in Verbindung mit einem sich an den Wärmetauscher 22 anschließenden Abgasraum 24 und einer den Abgasraum 24 begrenzenden Ablaufvorrichtung 26 verstanden werden. Das durch den Wärmetauscher 22 abgekühlte Verbrennungsgas 16 strömt in einen Abgasraum 24, welcher im unteren Bereich der Wärmetauscheinheit 14 angeordnet ist.
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Die Wärmetauscheinheit 14 beziehungsweise das Heizgerät 10 ist als Brennwertgerät ausgelegt, das heißt, das Verbrennungsgas 16 wird entlang der wasserführenden Kanäle 18 unterhalb der Taupunkttemperatur, welche in etwa bei 55°C liegt, abgekühlt und kondensiert. Die dabei im unteren Bereich der des Wärmetauschers 22 anfallende Kondensatflüssigkeit 28 ist in der Regel sauer und kann mit den Wänden der wasserführenden Kanäle 18 oder anderen, die Kondensatflüssigkeit 28 leitenden Bauteilen chemisch reagieren. Bei den anfallenden Reaktionsprodukten handelt es sich häufig um Feststoffe 30, welche aus den Gehäusewänden gelöst und mit der Flüssigkeit 28 in einem Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch 31 abtransportiert werden. Zu diesem Zweck weist der Abgasraum 24 eine Ablaufvorrichtung 26 auf, welche das anfallende Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch 31 abführt.
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Wie in 1 zu erkennen ist, begrenzt die Ablaufvorrichtung 26 den Wärmetauscher nach unten und seitlich und schließt somit gemeinsam mit dem Wärmetauscher 22 den Abgasraum 24 zwischen sich ein. Neben dem erwähnten Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch 31 strömen auch Abgase aus dem Wärmetauscher 22 in den Abgasraum 24. Diese Abgase werden in der Regel über ein hier nicht dargestelltes Abgasrohr aus dem Abgasraum 24 geleitet.
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Um das durch die Schwerkraft nach unten fallende Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch 31, welches aus dem Wärmetauscher 22 austritt und schwerkraftbasiert nach unten fällt, aufzufangen und abzuleiten weist die Ablaufvorrichtung 26 ein Sammelbecken 32 und einen Auslass 34 auf. Das Sammelbecken 32 ist aus einem säurebeständigen Material aufgebaut, um gegen die säurehaltigen Kondensatflüssigkeit 28 beständig zu sein. Wie in 1 dargestellt ist, befindet sich der Auslass 34 am tiefsten Punkt des Sammelbeckens 32. Die Ablaufvorrichtung 26 und damit einhergehend die Wand des Sammelbeckens 32 schließt die Wärmetauscheinheit 14 nach unten und zur Seite ab. Das Sammelbecken 32 erstreckt sich hierzu über die gesamte Austrittfläche des Flüssigkeits-Feststoff-Gemisches 31 aus dem Wärmetauscher 22.
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Damit keine Abgase über den Auslass 34 der Ablaufvorrichtung 26 in den das Heizgerät 10 umgebenden Aufstellungsraum gelangen können, schließt sich an die Ablaufvorrichtung 26 ein Siphon 36 an. Wie in 1 dargestellt ist, weist der Siphon 36 ein S-förmiges Siphonrohr 38 auf, wobei die unten liegende Biegung des Siphonrohrs 38 mit Kondensatflüssigkeit 28 gefüllt ist und somit den Durchlass der Abgase verhindert. In der in 1 gezeigten Ausführungsform des Heizgerätes 10 ist dem Siphonrohr 38 des Siphons 36 ein sogenannter Siphonbehälter 40 vorgeschaltet. Der Siphonbehälter 40 ist an seinem einen Anschluss über einen Anschlussstutzen mit dem Auslass 34 der Ablaufvorrichtung 26 verbunden. An seinem anderen Anschluss, welcher als Überlauf ausgebildet ist und welcher sich im oberen Bereich des Siphonbehälters 40 befindet, schließt sich das Siphonrohr 38 an.
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Bei dem in 1 dargestellten Brennwertgerät handelt es sich um einen Aluminiumwärmetauscher 14. Die im Wärmetauscher 12 anfallende, säurehaltige Kondensatflüssigkeit 28 reagiert mit dem Aluminium des Wärmetauschers, sodass als Feststoff 30 oxidiertes Aluminium 42 anfällt. Dieses oxidierte Aluminium 42 wird mit der Kondensatflüssigkeit 28 aus dem Wärmetauscher 22 getragen. Das aus dem Wärmetauscher 22 über die Austrittsfläche 35 austretende Aluminiumoxid-Kondensat-Gemisch 44 ist in der Regel schlammförmig. Wird dieser Schlamm über den Auslass in das Abwasser ausgeschieden, so führt dies zum einen zur Verschmutzung des Abwassers, zum anderen kann das Aluminiumoxid beziehungsweise das oxidierte Aluminium 42 die sich anschließenden Leitungen, wie beispielsweise das Siphonrohr 38 verstopfen. Um dies zu verhindern, weist die erfindungsgemäße Wärmetauscheinheit 14 ein Rückhalteelement 46 auf, welches am Auslass 34 angeordnet ist und dazu geeignet ist den Feststoff 30 beziehungsweise das Aluminiumoxid 42 bereits im Sammelbecken 32 zurückzuhalten und nicht durch den Auslass 34 in den Siphon 36 passieren zu lassen.
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Da trotz des Rückhalteelementes 46 auch weiterhin noch kleine Mengen an Aluminiumoxid 42 in den sich anschließenden Siphon 36 gelangen können, weist der Siphon 36 den bereits erwähnten Siphonbehälter 40 auf, welcher basierend auf dem Prinzip der Sedimentation Reste an Feststoff sammelt und das Kondensat über den weiter oben liegenden Überlauf 48 zum Siphonrohr 38 abführt. Das erfindungsgemäße Heizgerät 10 ist jedoch nicht auf eine Anwendung mit einem Siphonbehälter 40 beschränkt. Es kann auch denkbar und gegebenenfalls zur Funktionserfüllung ausreichend sein, wenn das Siphonrohr 38 ohne den Siphonbehälter 40 direkt an den Auslass 34 angeschlossen wird. Eine solche Ausführungsform wirkt sich insbesondere auf die Kosten des Heizgerätes 10 positiv aus, da der Siphonbehälter 40 sehr kostenintensiv ist.
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Im Vergleich zu früheren Heizgeräten in welchen der Siphonbehälter 40 den gesamten Feststoff 30 auffangen musste, weist das erfindungsgemäße Heizgerät 10, wie es in 1 dargestellt ist, den Vorteil auf, dass der Siphonbehälter 40 deutlich kleiner und damit kostengünstiger dimensioniert werden kann. Ebenfalls positiv ist es, dass das Gewicht des Siphonbehälters 40 durch die Verkleinerung insbesondere im gefüllten Zustand an Gewicht gegenüber alten Systemen einspart, sodass die Verbindung zwischen Sammelbecken 32 beziehungsweise Auslass 34 und dem sich anschließenden Siphonbehälter 40 geringeren Belastungen ausgesetzt ist.
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Um den Feststoff 30 bereits im Sammelbecken 32 zurückhalten zu können, sitzt das Rückhalteelement 46 in Form eines Stopfens im Auslass 34. Um dennoch weiterhin die Kondensatflüssigkeit 28 passieren lassen zu können, weist das Rückhalteelement 46 eine sich in Schwerkraftrichtung erstreckende Durchgangsöffnung auf. Die Trennung des Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch 31 erfolgt im Wesentlichen über das Prinzip der Sedimentation. Eine detaillierte Beschreibung des Rückhalteelementes 46, seiner Positionierung im oder am Auslass 34 und dem Trennungsprozess von Feststoff 30 und Kondensatflüssigkeit 28 erfolgt in der Beschreibung zu 2.
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Wie in 1 deutlich zu erkennen ist, ist das Sammelbecken wannenförmig ausgestaltet und weist einen Boden 50 und umlaufende Seitenwände 52 auf. Um den Feststoff 30 im Sammelbecken 32 zurückzuhalten und den Sedimentationsprozess zu ermöglichen, schließt der Boden 50 des Sammelbehälters 32 mit den Seitenwänden 52 und dem Rückhalteelement 46 ein Reservoir 46 zwischen sich ein. In diesem Reservoir 46 kann erfindungsgemäß der Feststoff 30 gesammelt werden.
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Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform, weist der Boden 50 des Sammelbehälters 52 wenigstens zwei Ebenen 56, 58 auf, welche in Scherkraftrichtung zueinander beabstandet sind. Hierbei ist in der weiter unten liegenden, zweiten Ebene 58 der Auslass angeordnet. Mit anderen Worten, in der Wanne des Sammelbeckens 52 ist eine zweite tieferliegende, kleinere Wanne angeordnet, welche den Auslass 34 aufweist. Diese zweite, tieferliegende Wanne bildet in diesem Fall das Reservoir 46 für den Feststoff 30 beziehungsweise das oxidierte Aluminium 42.
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Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass das Heizgerät 10 in 1 nur schematisch ohne Komponenten wie beispielsweise dem Heizgehäuse, der Steuerung, Pumpen oder Verrohrungen dargestellt ist, da Aufbau und Funktionalität eines solchen Heizgerätes 10, insbesondere eines Brennwertkessels im Sinne der Erfindung hinreichend bekannt sind, sodass hier zwecks Knappheit und Einfachheit der Beschreibung auf eine eingehende Erläuterung der Funktionen verzichtet wird.
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In 2 ist das erfindungsgemäße Rückhalteelement 46 im montierten Zustand näher dargestellt. Das Rückhalteelement 46 sitzt im Auslass 34 des Sammelbeckens 32. Wie in 2 deutlich zu erkennen ist, erstreckt sich der Auslass 34 in Schwerkraftrichtung, das heißt der Auslass 34 weist über seinen Umfang eine Auslasshöhe 60 auf, welche sich in Schwerkraftrichtung erstreckt. Im Auslass 60 ist das Rückhalteelement 46 angeordnet. Das Rückhalteelement 46 weist einen ersten und einen zweiten Abschnitt 62, 64 auf, wobei der erste Abschnitt 62 des Rückhalteelementes 46 im Auslass steckt und der zweite Absatz 64 sich in den Raum des Sammelbeckens 32 erstreckt. Erster und zweiter Absatz 62, 64 sind hierbei integraler Bestandteil des Rückhaltelementes 46.
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Wie in 2 dargestellt ist, liegt der erste Abschnitt 62 mit seiner Außenwand über seine Wandungshöhe an der Außenwand des Auslasses 34 an. Diese sich im Wesentlichen in Scherkraftrichtung erstreckende Auflagefläche zwischen den beiden Außenflächen dient zum einen der Positionierung des Rückhalteelementes 46 im Auslass 34, zum anderen trägt die große Auflagefläche dazu bei den sich anschließenden Siphonbehälter 40 gegenüber den Feststoffen 30, 42 abzudichten.
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Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass das erfindungsgemäße Rückhalteelement nicht auf eine solche in 2 dargestellte Ausführungsform mit einem im Auslass 34 sitzenden ersten Abschnitt 62 begrenzt ist. So sind beispielsweise auch Ausführungsformen denkbar, bei welchen das Rückhalteelement 46 über zusätzliche Befestigungsmittel im Sammelbecken 62 angebracht sind. In einer weiteren Ausführungsform ist es ebenfalls denkbar, dass das Rückhalteelement 46 einteilig mit dem Sammelbehälter 32 ausgeformt ist. Erfindungswesentlich ist hierbei lediglich, dass das Rückhalteelement 46 den Auslass von dem anfallenden Aluminiumoxid 42 abschirmt. Die erfindungsgemäße Wärmetauscheinheit 14 ist weiterhin auch nicht auf eine Ausführungsform begrenz, bei welcher sich der Auslass 34 in Schwerkraftrichtung erstreckt. Insbesondere wenn eine ausreichende Dichtigkeit des Rückhalteelementes 46 in radialer Richtung, das heißt in Umfangsrichtung des Auslasses 34 für die Feststoffe 30 gewährleistet ist, muss sich der Auslass 34 nicht zwingend in Schwerkraftrichtung erstrecken. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn Sammelbecken 32 und Rückhalteelement 34 einteilig ausgebildet sind.
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Der Auslass 34 wird von einer umlaufenden Wandung 65 des zweiten Abschnittes 64 des Rückhalteelementes 46 umschlossen, wobei sich die Wandung 65 ausgehend vom Auslass 34 in den Raum des Sammelbehälters 32 erstreckt. Die umlaufende Wandung 65 weist dabei in Erstreckungsrichtung eine Wandungshöhe 68 auf. Diese umlaufende Wandung 65 schließt mit dem Boden 50 des Sammelbehälters und den jeweiligen Seitenwänden 52 des Sammelbehälters 32 beziehungsweise den jeweiligen Seitenwänden 52 der zweiten Ebene 58 des Bodens 50 des Sammelbehälters 32 das Reservoir 54 ein. In diesem Reservoir 54 wird das aus dem Wärmetauscher 22 austretende Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch 31, 44 gesammelt. Unter dem Einfluss der Gewichtskraft trennen sich die Teilchen beziehungsweise Feststoffe 30, 42 von der Flüssigkeit 28 und setzten sich am Boden 50 des Reservoirs 54 ab. Erreicht der Pegel der Flüssigkeit in dem Reservoir 54 die volle Wandungshöhe 68, so läuft die Flüssigkeit 28 über die obere Kante des Rückhalteelementes 46 in den Auslass. Diese obere Kante wird im Folgenden als Überlaufkante 70 bezeichnet.
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Ist das Reservoir 54 bis zur Überlaufkante 70 mit Feststoff 30 beziehungsweise Aluminiumoxid 42 gefüllt, dann muss im Rahmen einer Wartung der Feststoff 30, 42 aus dem Reservoir 46 entfernt werden. Hierzu wird der Siphonbehälter 40 abgenommen, ein Auffangbehälter unter dem Auslass 34 platziert und das Rückhalteelement 46 entfernt. Das Aluminiumoxid 42 und andere Feststoffe 30 können im Folgenden auf besonders einfache Weise aus dem Sammelbecken gespült werden. Um die Wartung zusätzlich zu vereinfachen, kann auch ein Rückhaltegerät 46 vorgesehen sein, welches so am Auslass 34 befestigt ist, dass es nach unten herausnehmbar ist. Bei einem solchen Rückhalteelement 46 kann es sich beispielsweise um einen einfachen Zylinderhohlkörper handeln, der einen umlaufenden Flansch aufweist, über welchen er mit Befestigungsmitteln, wie beispielsweise einer Schraubenverbindung an der Unterseite des Bodens 50 des Sammelbeckens 32 befestigt ist.
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Das in 2 dargestellte Rückhalteelement 46 ist als Kegelstumpfhohlhörper ausgebildet, welcher bei der Montage ohne zusätzliche Befestigungsmittel in den Auslass 34 gesteckt wird. Der Kegelstumpfkörper wird hierbei so eingebaut, dass die kleinere Deckfläche 72 in Schwerkraftrichtung unterhalb der größeren Kreisfläche 74 liegt. Die Schrägseiten 76 des ersten Abschnittes 62 des Kegelstumpfhohlkörpers können über die Auflagefläche mit dem Auslass 34 die Kräfte in Scherkraftrichtung übertragen. Auf diese Weise wird der Kegelstumpfhohlkörper im Auslass 46 ohne zusätzliche Befestigungsmittel gehalten. Es ist jedoch auch denkbar, dass zur Übertragung der Normalkräfte, das heißt zur Übertragung der Kräfte in Schwerkraftrichtung, zusätzliche Mittel vorgesehen sind. So ist es beispielsweise auch denkbar, dass das Rückhalteelement eine zylindrische Form aufweist und die Normalkräfte über eine zusätzliche Schulter im Rückhalteelement 46 am Übergang zwischen erstem und zweitem Abschnitt 62, 64 übertragen werden. Auch andere Formen, welche über dem Auslass 34 positioniert werden können und dazu in der Lage sind ein entsprechendes Reservoir 54 mit einer Überlaufkante 70 zu bilden, können als Rückhalteelement 46 denkbar sein.
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Wie in 2 weiterhin deutlich zu erkennen ist, ist zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt 62, 64 ein Absatz 78 angeordnet. Dieser Absatz 78 erstreckt sich in radialer Umfangsrichtung des Rückhalteelementes 46. Im montierten Zustand liegt der Absatz 78, wie in 2 dargestellt ist, formschlüssig am Boden 50 des Sammelbehälters 32 an. Die so gebildete Auflagefläche 80 vergrößert zum einen die Dichtfläche zwischen Sammelbehälter 32 und Siphon 36, zum anderen vereinfacht der Absatz 78 die positionsgenaue Montage des Rückhalteelementes 46 im Auslass 34 und überträgt Normalkräfte. Es ist auch denkbar, dass die Auflagefläche 80 des Absatzes 78 Ausnehmungen aufweist, sodass sie zwischen sich und dem Boden 50 des Sammelbehälters Spaltbeziehungsweise Labyrinthdichtung einschließt.
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Die 3 und 4 zeigen weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wärmetauscheinheit 14 beziehungsweise des erfindungsgemäßen Rückhalteelementes 46.
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3 zeigt einen Ausschnitt des Heizgerätes 10 in einer vergrößerten Darstellung analog zu 2.
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Wie in 3 dargestellt ist, ist im Sammelbecken 32 der Wärmetauscheinheit 14 ein Auslass 32 angeordnet, welcher wiederum mit einem Siphon 36 beziehungsweise einem hier dargestellten Siphonbehälter 40 verbunden ist. In den Auslass 34 der Ablaufvorrichtung 26 ist ein Rückhalteelement 46 mit den in 2 beschriebenen Merkmalen eingesteckt.
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Wie in 3 dargestellt ist, sind in die umlaufende Wandung 65 des Rückhalteelementes 46 in radialer Richtung Öffnungen 82 eingebracht. Diese Öffnungen sind vorzugsweise im oberen, dem freien Ende des Rückhaltelementes 46 zugeordneten Bereich eingebracht und sind wenigstens so klein dimensioniert, dass der anfallende Feststoff 30, 42 im Reservoir 54 zurückgehalten wird. Über die im oberen Bereich eingebrachten Öffnungen 82 kann die Flüssigkeit 30, 42 bereits abgeführt werden, wenn der Pegel der Flüssigkeit 28 im Reservoir 54 noch nicht die Überlaufkante 70 erreicht hat. Die Trennung der Flüssigkeit 28 von dem Feststoff 30, 42 und das Zurückhalten des Feststoffes 30, 42 im Sammelbecken 32 basiert hierbei auf einer Kombination aus Sedimentation und mechanischer Trennung.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rückhalteelementes 46.
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Das Rückhalteelement 46 an der Überlaufkante 70, das heißt an seinem freien, dem Raum des Sammelbehälters 32 zugewandten Ende einen umlaufenden Kragen 84 auf. Dieser umlaufende Kragen 84 erstreckt sich in radialer Richtung über die Kontur der umlaufenden Wandung 65. Durch diesen umlaufenden Kragen 84 wird das Reservoir 54 im Bereich des Rückhalteelementes 46 neben seiner seitlichen Begrenzung durch die jeweiligen Seitenwände 52 des Sammelbehälters 32 auf der einen Seite und die umlaufende Wandung 65 auf der anderen Seite und der Begrenzung nach unten durch den Boden 50 des Sammelbehälters 32 auch nach oben begrenzt. Auf diese Weise können Turbulenzen im Reservoir 54 insbesondere im Bereich des Rückhalteelementes 46 verringert werden. Diese Maßnahme wirkt sich insbesondere auf den Sedimentationsprozess und die saubere Abtrennung des Feststoffes 30, 42 von der Flüssigkeit 28 positiv aus.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015216688 A1 [0003]
