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Die Erfindung betrifft einen Heizkessel gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.
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Ein Heizkessel der eingangs genannten Art ist aus dem Patentdokument
EP 2 735 812 A2 bekannt. Dieser Heizkessel besteht aus einer zur Aufnahme und Führung heißer Abgase ausgebildeten Kammer, die von einer Vielzahl von abgekantet ausgebildeten und sandwichartig zueinander angeordneten Plattenelementen umschlossen und mit einer Vielzahl von jeweils zwischen den Plattenelementen ausgebildeten, zur Abkühlung der heiße Abgase verwendeten Strömungsführungen verbunden ist. Die genannten Strömungsführungen sind dabei unterhalb der Kammer angeordnet. Das heiße Abgas strömt somit aus der Kammer in die mit sich kreuzenden Rippen oder Nuten versehenen Strömungsführungen und von dort in eine Abgassammelkammer. Die Übertragung von Wärme vom heißen Abgas auf das den aus den Plattenelement gebildeten Korpus umströmende Wasser erfolgt dabei insbesondere im Bereich der gerippten und die Strömungsführung umschließenden Taschen.
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Die im Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 verwendete Maßgabe, dass die Kammer aus zwei Plattenelementen gebildet ist, bringt dabei zum Ausdruck, dass – gewissermaßen als Grundmodul – grundsätzlich mindestens zwei Plattenelemente vorgesehen sind, d. h. regelmäßig sind erfindungsgemäß (wie beim eingangs genannten Stand der Technik) aber nicht nur zwei, sondern eine ganze Reihe bzw. eine Vielzahl von Plattenelementen vorgesehen. Das gleiche gilt dabei entsprechend für die Strömungsführung. Über die Anzahl der Plattenelemente wird somit die Länge bzw. Größe der Kammer festgelegt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Heizkessel der eingangs genannten Art zu verbessern. Insbesondere soll ein Heizkessel mit einer verbesserten Wärmeübertragung geschaffen werden. Außerdem soll das Risiko einer Verkalkung und die thermische Beanspruchung des Materials verringert werden.
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Diese Aufgabe ist mit einem Heizkessel der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Schutzanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
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Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass die Strömungsführung zur Ausbildung einer kammerseitig beginnenden Kanalströmung des Abgases als die Kammer vollumfänglich umschließender, vom Abgas durchströmter Flachspaltkanal ausgebildet ist.
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Mit anderen Worten zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung somit insbesondere dadurch aus, dass die Kammer von der als Flachspaltkanal ausgebildeten Strömungsführung vollumfänglich umschlossen ausgebildet ist, d. h. die Wärmeübertragung vom Abgas auf ein die Plattenelemente umgebendes Wärmeträgermedium erfolgt nicht mehr nur unterhalb der Kammer, sondern in einem die Kammer radial vollständig umschließenden Flachspaltkanal. Das heiße Abgas gelangt so – und damit in Abkehr vom vorgenannten Stand der Technik – vollumfänglich in die Strömungsführung, so dass über eine Gleichverteilung in Umfangsrichtung die thermische Belastung beim Eintritt in den Flachspaltkanal minimiert wird.
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Unter einem Flachspaltkanal ist dabei eine Strömungsführung zu verstehen, der einen Eintrittsquerschnitt, einen Austrittsquerschnitt und dazwischen einen im wesentlichen ebenen, von den Plattenelementen begrenzten Kanal aufweist, wobei die parallel zur Hauptströmungsrichtung des Abgases orientierte Länge des Kanals vielfach größer als die Höhe des Kanals bzw. der Abstand zwischen den Plattenelementen im Kanal ausgebildet ist. Aus Stabilitätsgründen kann dabei, was unten noch genauer erläutert wird, ein Plattenelement im Bereich des Flachspaltkanals mit sich am gegenüberliegenden Plattenelement abstützenden Noppen oder dergleichen versehen sein.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist dabei vorgesehen, dass der Flachspaltkanal von einem aus den Plattenelementen gebildeten und im Verhältnis zum Flachspaltkanal aufgeweiteten Sammelkanal zur Aufnahme und Führung der abgekühlten Abgase umschlossen ausgebildet ist. Um den erfindungsgemäßen Heizkessel als Brennwertkessel betreiben zu können, ist dabei außerdem, was weiter unten noch genauer erläutert wird, besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Sammelkanal kammerabgewandt in einen zweiten Flachspaltkanal ausmündend ausgebildet ist.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Schutzansprüchen.
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Der erfindungsgemäße Heizkessel einschließlich seiner vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Schutzansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung dreier Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es zeigt
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1 im Schnitt den erfindungsgemäßen Heizkessel mit insgesamt sechzehn sandwichartig zusammengefügten Taschen aus jeweils zwei Plattenelementen;
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2 perspektivisch den Heizkessel gemäß 1;
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3 im Schnitt vier sandwichartig zusammengefügte Taschen aus jeweils zwei Plattenelementen des in 1 dargestellten Heizkessels;
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4 im Schnitt eine einzelne Tasche aus zwei Plattenelementen des in 1 dargestellten Heizkessels;
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5 im Schnitt eine Detailansicht des von zwei Plattenelementen begrenzten, erfindungsgemäßen Flachspaltkanals mit kammerseitigem Eintrittsquerschnitt und sammelkanalseitigem Austrittsquerschnitt;
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6 eine perspektivische Außenansicht einer aus zwei Plattenelemente bestehenden Tasche für den erfindungsgemäßen Heizkessel;
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7 in Draufsicht eine alternative Ausführungsform eines Plattenelements für einen erfindungsgemäßen Heizkessel; und
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8 in Draufsicht eine weitere Ausführungform eines Plattenelements für einen erfindungsgemäßen Heizkessel.
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Der in den Figuren dargestellte Heizkessel besteht zunächst einmal aus einer zur Aufnahme und Führung heißer Abgase ausgebildeten Kammer
1. Die heißen Abgase werden dabei mit Hilfe eines (nicht extra dargestellten) Brenners (insbesondere Gas- oder Ölbrenners) erzeugt, wobei dieser wahlweise in der Kammer
1 selbst, die dann eine Brennkammer bildet, oder auch, wie bei der Lösung gemäß der eingangs genannten
EP 2 735 812 A2 , in einer der Kammer
1 vorgelagerten Brennkammer angeordnet sein kann. In beiden Fällen ist an dem dem Brenner gegenüberliegenden Ende zum Verschließen der Kammer
1 ein Deckelelement
10 angeordnet.
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Wie aus den Figuren ersichtlich, ist die Kammer 1 von zwei abgekantet ausgebildeten bzw. tiefgezogenen und sandwichartig zueinander angeordneten, insbesondere miteinander verschweißten, Plattenelementen 2 umschlossen und mit einer zwischen den Plattenelementen 2 ausgebildeten, zur Abkühlung der heiße Abgase verwendeten Strömungsführung 3 verbunden. Die Plattenelemente 2, die in Draufsicht, wie 6 und 7 zeigen, vorzugsweise eine ovale Form aufweisen, bestehen dabei vorzugsweise aus Stahl, insbesondere Edelstahl.
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Wesentlich für den erfindungsgemäßen Heizkessel ist nun, und zwar für alle möglichen Ausführungsformen, dass die Strömungsführung 3 als die Kammer 1 vollumfänglich umschließender Flachspaltkanal ausgebildet ist.
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Diese Maßgabe führt dazu, dass das aus der Kammer abströmende heiße Abgas auf eine große Wärmeübertragungsfläche im Flachspaltkanal verteilt und somit bei geringer Verkalkungsneigung eine hohe Abkühlungs- bzw. Kondensationsrate im Niedertemperatur- oder sogar Brennwertbetrieb (für den vorzugsweise – worauf weiter unten noch genauer eingegangen wird – ein zweiter Flachspaltkanal 6 vorgesehen ist) erreicht werden kann. Und da viel Kondensat letztlich gleichbedeutend mit einem hohen Wirkungsgrad ist, ist es Dank der Erfindung letztlich möglich, sehr kostengünstig einen kompakten, sehr effizienten Brennwert-Heizkessel herzustellen.
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Wie insbesondere in 5 gut zu erkennen, ist dabei besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Flachspaltkanal von einem kammerseitig angeordneten Eintrittsquerschnitt 3.1 und von einem kammerabgewandt angeordneten Austrittsquerschnitt 3.2 begrenzt ausgebildet ist. Dabei ist weiterhin sowohl der Eintrittsquerschnitt 3.1 als auch der Austrittsquerschnitt 3.2 die Kammer 1 vollumfänglich umschließend und (dies gilt für die Ausführungsform gemäß 1 bis 6) ein Abstand zwischen dem Eintrittsquerschnitt 3.1 und dem Austrittsquerschnitt 3.2 vorzugsweise (aber nicht zwingend) vollumfänglich konstant ausgebildet.
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Um eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Wärmestromdichten zu erreichen, ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass wahlweise der Eintrittsquerschnitt 3.1 mit einer Einlaufkontur und/oder der Austrittsquerschnitt 3.2 mit einer Auslaufkontur versehen ist/sind.
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Wie weiterhin aus den Figuren ersichtlich, ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Flachspaltkanal parallel zur Hauptströmungsrichtung des Abgases eine Länge aufweist, die einem Vielfachen eines Abstandes der den Flachspaltkanal begrenzenden Plattenelemente 2 entspricht. In konkreten Zahlen ausgedrückt, ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Flachspaltkanal eine Spaltlänge von etwa 30 bis 150 mm bei einem Abstand der Plattenelemente 2 zueinander (Spaltbreite) von etwa 0,5 bis 4 mm aufweist.
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Damit ein von außen auf die Plattenelemente 2 wirkender Wasserdruck, was unten noch genauer erläutert wird, nicht zu einer Deformation des erfindungsgemäßen Flachspaltkanals führt, ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass zwischen den Plattenelementen 2 im Bereich des Flachspaltkanals Abstützelemente 4 vorgesehen sind. Diese sind dabei in an sich bekannter Weise wahlweise als Noppen oder als längserstreckte Sicken ausgebildet, wobei aber grundsätzlich erfindungsgemäß die weitere Maßgabe gilt, dass der Abstand der Plattenelemente 2 zwischen dem Eintrittsquerschnitt 3.1 und dem Austrittsquerschnitt 3.2 – abgesehen von den gegebenenfalls aus Stabilitätsgründen vorgesehen singulären Abstützelementen 4 – zur Ausbildung des Flachspaltkanals gleichbleibend ausgebildet ist, d. h. dieser von ebenen Wänden mit sich über die Lauflänge höchstens minimal veränderndem Abstand begrenzt ist.
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Ferner ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Flachspaltkanal von einem aus den Plattenelementen 2 gebildeten und im Verhältnis zum Flachspaltkanal aufgeweiteten Sammelkanal 5 zur Aufnahme und Führung der abgekühlten Abgase (einschließlich Kondensat) umschlossen ausgebildet ist, woraus sich ebenfalls ergibt, dass der Sammelkanal 5 die Kammer 1 vollumfänglich umschließend und sich an den Austrittsquerschnitt 3.2 des Flachspaltkanals anschließend ausgebildet ist.
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Um die Kondensationsrate noch weiter zu erhöhen, ist bei der Ausführungsform gemäß den 1 bis 6 dabei zusätzlich vorgesehen, dass der Sammelkanal 5 kammerabgewandt in einen zweiten Flachspaltkanal 6 ausmündend ausgebildet ist. Dieser zweite Flachspaltkanal 6 ist dabei vorzugsweise, wie insbesondere in 6 dargestellt, einen Abschnitt des Sammelkanals 5 sichelförmig (bzw. wie ein Abschnitt eines Kreisringes) umschließend ausgebildet.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass wahlweise der erste Flachspaltkanal (also die Strömungsführung 3 – siehe 7) direkt, der Sammelkanal 5 oder der zweite Flachspaltkanal 6 sammelkanalabgewandt in eine zweite Kammer 7 ausmündend ausgebildet ist. Diese zweite Kammer 7, die für einen besonders guten Kondensatabfluss (vorzugsweise senkrecht) unterhalb der ersten Kammer 1 angeordnet und ebenfalls aus den Plattenelementen gebildet ist, ist als Abgassammelkammer mit einem Abgasabfuhranschluss 9 ausgebildet. Außerdem ist dabei unter Berücksichtigung der Volumenreduktion des Abgases beim Abkühlen vorgesehen, dass die Kammer 1 ein Volumen aufweist, das größer als das Volumen der Abgassammelkammer ausgebildet ist.
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Wie aus 1 und 2 ersichtlich ist darüber hinaus bevorzugt vorgesehen, dass das Gehäuse 8 aus zwei parallel zu den Plattenelementen 2 orientierten Abschlussplatten 8.1 und einem zwischen den beiden Abschlussplatten 8.1 angeordneten, die Plattenelemente 2 vollumfänglich umschließenden Mantel 8.2 gebildet ist. Dabei ist das Gehäuse 8 ferner vorzugsweise unten mit einem Zufuhr- 8.3 und vorzugsweise oben mit einem Abfuhranschluss 8.4 für ein flüssiges Wärmeträgermedium versehen.
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Ferner ist, nochmals in etwas anderen Worten ausgedrückt, bevorzugt vorgesehen, dass zwei Plattenelemente 2 eine zur Führung des Abgases ausgebildete Tasche bilden. Beim Heizkessel gemäß den 1 bis 6 sind insgesamt, wie oben bereits erwähnt, sechzehn solcher Taschen über entsprechende die Kammer 1 und die zweite Kammer 7 umschließende Abkantungen mit einander verbunden, insbesondere miteinander verschweißt. Dieses aus vielen Taschen bestehende Taschenpaket ist dann in dem mit flüssigem Wärmeträgermedium (insbesondere Heizkreiswasser) gefüllten Gehäuse 8 angeordnet.
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In 8 ist schließlich noch eine Ausführungform dargestellt, bei sowohl der erste Flachspaltkanal als auch der zweite Flachspaltkanal 6 aus mehreren parallel zueinander verlaufenden Einzelflachspaltkanälen gebildet ist (selbstverständlich kann auch nur der erste Flachspaltkanal oder nur der zweite Flachspaltkanal entsprechend ausgebildet sein). Diese Einzelflachspaltkanäle können dabei unterschiedlich lang ausgebildet sein und eine unterschiedliche Spalthöhe aufweisen. Wie oben bereits optional erwähnt, sind bei diesem Ausführungsbeispiel zur Ausbildung der Vielzahl von Einzelflachspaltkanälen die Abstützelemente 4 nicht als Noppen, sondern in Form von längserstreckten Sicken ausgebildet.
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Der erfindungsgemäße Heizkessel funktioniert wie folgt:
In der Kammer 1 befindliches, heißes Abgas strömt durch die erfindungsgemäß als Flachspaltkanal ausgebildete Strömungsführung 3 in den Sammelkanal 5. Dank der Spaltströmung kann das Abgas dabei einen großen Teil seiner Wärme an das die Taschen umschließende Wärmeträgermedium (Heizkreiswasser) abgeben. Dieses strömt über den Zufuhranschluss 8.3 (auch Rücklaufanschluss genannt) in das Gehäuse 8 ein und verlässt dieses über den Abfuhranschluss 8.4 (auch Vorlaufanschluss genannt).
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Bei der Ausführungform gemäß 1 bis 6 gelangt das im Samelkanal 5 angekommene, bereits deutlich abgekühlte Abgas dann über den zweiten Flachspaltkanal 6, wo dank der Spaltströmung nochmals eine erhebliche Menge an Wärme an das Heizkreiswasser übertragen werden kann, zur zweiten, als Abgassammelkammer ausgebildeten Kammer 7. Von dort, wo sich schwerkraftbedingt auch das gesamte anfallende Kondensat zur Abfuhr aus dem Kessel sammelt, gelangt das inzwischen stark abgekühlte Abgas über den Abgasabfuhranschluss 9 zum Kamin des Gebäudes (nicht extra dargestellt), in dem der Heizkessel aufgestellt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kammer
- 2
- Plattenelement
- 3
- Strömungsführung
- 3.1
- Eintrittsquerschnitt
- 3.2
- Austrittsquerschnitt
- 4
- Abstützelement
- 5
- Sammelkanal
- 6
- zweiter Flachspaltkanal
- 7
- zweite Kammer
- 8
- Gehäuse
- 8.1
- Abschlussplatte
- 8.2
- Mantel
- 8.3
- Zufuhranschluss
- 8.4
- Abfuhranschluss
- 9
- Abgasabfuhranschluss
- 10
- Deckelelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2735812 A2 [0002, 0022]
- EP 1989499 B1 [0011]
- DE 102008037762 A2 [0011]
