DE69000901T2

DE69000901T2 - ELECTRIC BOILER WITH HYDRAULIC TURBULENCE.

Info

Publication number: DE69000901T2
Application number: DE9090440080T
Authority: DE
Inventors: Jean-Daniel Comparon
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-09-14
Filing date: 1990-09-13
Publication date: 1993-09-09
Anticipated expiration: 2010-09-14
Also published as: ATE85690T1; EP0418179A1; FR2651869A1; DE69000901D1; EP0418179B1

Abstract

The present invention relates to an electric boiler that heats very fast and efficiently. This boiler (10) comprises at least one tank (11) inside which is arranged a heating body (12) comprising a series of immersible heating elements (13) attached to the base of a closure device (14). The boiler also comprises an inlet pipe (17) and an outlet pipe (18) which are connected to a user network. The two pipes are preferably arranged tangentially with respect to the walls of the tank (11). The inlet pipe advantageously forms an angle alpha with a vertical (20). This boiler is very efficient as it is designed to generate a helical circulation inside the tank. <IMAGE>

Description

Diese Erfindung betrifft einen Elektroheizkessel mit mindestens einem zylindrischen senkrechten Behälter, der eine Wärmeübertragungsflüssigkeit beinhaltet und mit mindestens einem, in dieser Flüssigkeit versenkten Heizelement versehen ist, wobei dieser Behälter mindestens eine Eingangs- und eine Ausgangsöffnung für die Wärmeübertragungsflüssigkeit enthalten muß; die erwähnten Eingangs- und Ausgangsöffnungen müssen mit einem Verbrauchernetz verbunden sein.This invention relates to an electric heating boiler comprising at least one cylindrical vertical container containing a heat transfer fluid and provided with at least one heating element submerged in said fluid, said container having at least one inlet and one outlet opening for the heat transfer fluid; said inlet and outlet openings having to be connected to a consumer network.

Man kennt verschiedene Heizkesseltypen, die im allgemeinen einen Sammelbehälter der Wärmeübertragungsflüssigkeit und ein Tauchheizelement zur Aufheizung dieser Flüssigkeit aufweisen. Diese Heizkessel beinhalten häufig ein relativ großes Wasservolumen und verfügen daher über eine hohe Wärmeträgheit. Außerdem haben sie derartige Abmessungen, daß ihre Montage in kleinen Wohnungen schwierig ist, und daß sie nicht als individuelle Heizgeräte verwendet werden können. Siehe z.B. GB-A-2 092 282.There are various types of boilers, which generally have a tank for collecting the heat transfer fluid and an immersion heater for heating this fluid. These boilers often contain a relatively large volume of water and therefore have a high thermal inertia. In addition, their dimensions make them difficult to install in small apartments and they cannot be used as individual heating devices. See, for example, GB-A-2 092 282.

Diese Erfindung hat zum Ziel, derartige Nachteile zu beseitigen, durch die Herstellung eines Heizkessels mit sehr kleinen Abmessungen, der als individuelles Heizgerät geeignet ist und in einer kleinen Wohnung installiert werden kann, insbesondere in Küchenmöbelelementen.This invention aims to eliminate such disadvantages by producing a boiler with very small dimensions, suitable as an individual heater and can be installed in a small apartment, especially in kitchen furniture elements.

Dieses Ziel wird vom erfindungsgemäßen Heizkessel dadurch erreicht, daß die Eingangs- und Ausgangsöffnungen jeweils mit einem Zufuhrstutzen und mit einem Entleerungsstutzen, die tangential gegenüber dem zylindrischen Behälter liegen, gekoppelt sind, und daß der besagte Zufuhrstutzen an dem Behälterboden und der besagte Entleerungsstutzen an dem Behälteroberteil so angrenzen, daß sie im Innenraum dieses Behälters einen von unten nach oben orientierten zylindrischen Stutzen bilden.This aim is achieved by the heating boiler according to the invention in that the inlet and outlet openings are each coupled to a supply nozzle and to a discharge nozzle, which are located tangentially opposite the cylindrical container, and that the said supply nozzle adjoins the bottom of the container and the said discharge nozzle adjoins the top of the container in such a way that they form a cylindrical nozzle oriented from bottom to top in the interior of this container.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Heizkessel dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter mehrere Eingänge aufweist, wobei jeder mit einem gegenüber den internen Seitenwänden des Behälters tangentialen Zufuhrstutzen verbunden ist.According to an advantageous embodiment, the boiler is characterized in that the tank has several inlets, each connected to a supply nozzle tangential to the internal side walls of the tank.

Dieser Behälter kann ebenfalls mehrere Ausgänge aufweisen, wobei jeder mit einem Entleerungsstutzen verbunden ist, der den internen Seitenwänden des Behälters tangential gegenüberliegt.This container may also have several outlets, each connected to a discharge nozzle located tangentially opposite the internal side walls of the container.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform bildet der Zufuhrstutzen einen spitzen Winkel mit einer parallel zur Behälterachse verlaufenden Geraden. In diesem Fall beträgt der Winkel vorzugsweise zwischen 0 und 80º.According to a preferred embodiment, the feed nozzle forms an acute angle with a straight line running parallel to the container axis. In this case, the angle is preferably between 0 and 80º.

Vorzugsweise umfaßt der Heizkessel mehrere, batteriemäßig angeordnete Behälter.Preferably, the boiler comprises several containers arranged in a battery.

Gemäß einer anderen Ausführungform können diese Behälter in Serie montiert werden.According to another embodiment, these containers can be assembled in series.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform sind die Behälter parallel montiert.According to another advantageous embodiment, the containers are mounted in parallel.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält jeder Behälter eine Batterie länglicher Heizelemente, die in der Mitte des im Behälter vorhandenen Flüssigkeitsvolumens angeordnet ist.According to a preferred embodiment, each container contains a battery of elongated heating elements arranged in the center of the volume of liquid present in the container.

Vorzugsweise kann der Heizkessel vier entsprechend eines Quadrats symmetrisch angeordnete Behälter aufweisen, wobei die Zufuhrstutzen einerseits und die Entleerungsstutzen andererseits jeweils an zwei Punkten an den Verbraucherkreis angeschlossen sind.Preferably, the boiler can have four containers arranged symmetrically in a square, with the supply nozzles on the one hand and the drain nozzles on the other hand each being connected to the consumer circuit at two points.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Tangentstutzen regelmäßig um die Behälterwände verteilt.According to a preferred embodiment, the tangent nozzles are regularly distributed around the container walls.

Zum besseren Verständnis dieser Erfindung, wird auf die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen, wobei:For a better understanding of this invention, reference is made to the description of an embodiment and to the accompanying drawing, in which:

- die Abb. 1 eine Perspektive einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektroheizkessels darstellt,- Figure 1 shows a perspective view of a first embodiment of an electric boiler according to the invention,

- die Abb. 2 eine Perspektive einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektroheizkessels darstellt,- Figure 2 shows a perspective view of a preferred embodiment of the electric boiler according to the invention,

- die Abb. 3 eine Draufsicht des Elektroheizkessels gemäß Fig. 2 darstellt,- Fig. 3 is a plan view of the electric boiler according to Fig. 2,

- die Abb. 4 einen Aufriß einer anderen Konstruktion des erfindungsgemäßen Elektroheizkessels darstellt, und- Figure 4 is an elevational view of another construction of the electric boiler according to the invention, and

- die Abb. 5 eine Draufsicht der Ausführung gemäß Fig. 4 darstellt.- Fig. 5 is a plan view of the embodiment according to Fig. 4.

Unter Bezugnahme auf die Abb. 1, besteht der Elektroheizkessel 10 im wesentlichen aus einem zylindrischen senkrechten Behälter 11, der eine Wärmeübertragungsflüssigkeit beinhaltet, und aus mindestens einem, in diese Flüssigkeit eingetauchten Heizkörper 12. Gemäß der dargestellten Ausführung besteht der Heizkörper aus drei Tauchheizelementen 13, die am Fuß eines am oberen Ende des Behälters 11 befestigten Verschlußelements 14 angeordnet sind, das einen dichten Verschluß des Behälters gewährleisten soll. Im vorliegenden Fall besteht die Verschlußvorrichtung aus einem unteren Gewindesockel 15 zur Verschraubung mit dem Behälterhals 11, der zusätzlich mit einem Gegengewinde 16 versehen ist.With reference to Figure 1, the electric boiler 10 essentially consists of a cylindrical vertical tank 11 containing a heat transfer fluid and of at least one heating element 12 immersed in this fluid. According to the embodiment shown, the heating element consists of three immersion heating elements 13 arranged at the base of a closure element 14 fixed to the upper end of the tank 11, which is intended to ensure a tight closure of the tank. In the present case, the closure device consists of a lower threaded base 15 for screwing to the tank neck 11, which is additionally provided with a counter thread 16.

Um den Umlauf der Wärmeübertragungsflüssigkeit innerhalb des Behälters 10 zu ermöglichen, verfügt letzterer über einen in der Nähe des Behälterbodens angeordneten Zufuhrstutzen 17 und über einen in der Nähe des Behälteroberteils angeordneten Entleerungsstutzen 18. Der Zufuhrstutzen 17 bildet den Behältereingang 11 und der Entleerungsstutzen 18 den Behälterausgang. Dabei sind Eingang und Ausgang tangential angeordnet und so ausgerichtet, daß der Umlauf innerhalb des Behälters in Form einer von oben nach unten gerichteten, zylindrischen Turbulenz erfolgt. Zu diesem Zweck bildet die Achse 19 des Zufuhrstutzens 17 mit einer Senkrechten 20 einen Winkel α, der vorzugsweise zwischen 0 und 80º und besonders vorteilhaft bei 60º liegt. Die Achse des Entleerungsstutzens 16 kann mit der Senkrechten einen rechten Winkel bilden.In order to enable the circulation of the heat transfer fluid within the container 10, the latter has a supply nozzle 17 arranged near the bottom of the container and a discharge nozzle 18 arranged near the top of the container. The supply nozzle 17 forms the container inlet 11 and the discharge nozzle 18 forms the container outlet. The inlet and outlet are arranged tangentially and aligned in such a way that the circulation within the container takes the form of a cylindrical flow directed from top to bottom. Turbulence occurs. For this purpose, the axis 19 of the feed nozzle 17 forms an angle α with a vertical 20, which angle is preferably between 0 and 80º and particularly advantageously 60º. The axis of the discharge nozzle 16 can form a right angle with the vertical.

In dieser Ausführungsform weist der Elektroheizkessel nur einen zylindrischen Behälter auf, in dem die Heizkörper angeordnet sind, die zur Gewährleistung einer ausreichenden Energiezufuhr erforderlich sind, um die in diesem Behälter enthaltene Wärmeübertragungsflüssigkeit schell und wirksam zu erhitzen.In this embodiment, the electric boiler comprises only a cylindrical container in which the heating elements are arranged, which are necessary to ensure a sufficient energy supply in order to quickly and effectively heat the heat transfer fluid contained in this container.

Die Ausführung gemäß Abb. 2, die eine bevorzugte Form des erfindungsgemäßen Elektroheizkessels darstellt, besteht aus vier Behältern 11 mit jeweils einer Wärmeübertragungsflüssigkeit und die jeweils zur Aufnahme eines Tauchheizelement bestimmt sind, um das Erhitzen der Wärmeübertragungsflüssigkeit zu gewährleisten. Jeder dieser Behälter weist einen Zufuhrstutzen 17 und einen Entleerungsstutzen 18 auf, die vorzugsweise so angeordnet sind, daß sie ein fast tangentiales Eindringen der Wärmeübertragungsflüssigkeit in den Behälter sowie eine ebenfalls tangentiales Entleeren dieser Flüssigkeit aus dem Behälter ermöglichen. Die vier Behälter 11 sind mittels ihres Zufuhrstutzens 17 und ihres Entleerungsstutzens 18 miteinander verbunden. Alle Zufuhrstutzen 17 sind an eine Zufuhrleitung 21 und alle Entleerungsstutzen an eine Ausgangsleitung 22 angeschlossen. Diese beiden Leitungen sind an ein Verbrauchernetz angeschlossen, das vorzugsweise eine gewisse Anzahl von aus Heizkörpern bestehenden Wärmetauschern aufweist. Wie vorstehend, sind die Zufuhrstutzen so angeordnet, daß der Umlauf innerhalb der Behälter, zwischen dem Zufuhrstutzen und dem Entleerungsstutzen, entsprechend einem fast spiralförmig verlaufenden Weg erfolgt.The embodiment according to Fig. 2, which represents a preferred form of the electric heating boiler according to the invention, consists of four containers 11, each containing a heat transfer fluid and each intended to accommodate an immersion heating element in order to ensure the heating of the heat transfer fluid. Each of these containers has a supply nozzle 17 and a discharge nozzle 18, which are preferably arranged so as to allow an almost tangential penetration of the heat transfer fluid into the container and a likewise tangential discharge of this fluid from the container. The four containers 11 are connected to one another by means of their supply nozzle 17 and their discharge nozzle 18. All supply nozzles 17 are connected to a supply line 21 and all discharge nozzles to an outlet line 22. These two lines are connected to a consumer network, which preferably has a certain number of heat exchangers consisting of radiators. As above, the supply nozzles are so arranged so that the circulation within the containers, between the supply nozzle and the discharge nozzle, takes place according to an almost spiral path.

Wie hauptsächlich auf der Abb. 3 angegeben, sind die verschiedenen Behälter 11 sternförmig angeordnet und mittels Entleerungsstutzen 18 an die Ausgangsleitung 22 angeschlossen.As shown mainly in Fig. 3, the various containers 11 are arranged in a star shape and are connected to the outlet line 22 by means of drain nozzles 18.

Die Abb. 4 und 5 zeigen eine Variante, wonach der Behälter 11 mehrere Zufuhrstutzen und mindestens einen Entleerungsstutzen aufweist. Die Zufuhrstutzen sind so angeordnet, daß sie an winkelförmig um 120º versetzen Punkten in den Behälter münden. Außerdem sind diese Zufuhrstutzen fast tangential zur Innenwand des Behälters 11 angeordnet und ihre Achse bildet einen Winkel zwischen 0 und 80º und vorzugsweise in der Nähe von 60º im Verhältnis zur Senkrechten. Diese Anordnung ermöglicht es, im Behälter einen spiralförmigen Umlauf zu schaffen, der in der Zeichnung mit den Pfeilen 31 dargestellt ist. Der größte Vorteil dieses spiralförmigen Umlaufs liegt darin, daß er den Durchlauf der Wärmeübertragungsflüssigkeit über die Tauchheizelemente verbessert und dadurch die Leistung des Heizkessels erhöht, da er die Aufheizzeit der Wärmeübertragungsflüssigkeit auf die gewünschte Temperatur erheblich verringert.Figures 4 and 5 show a variant according to which the tank 11 has several supply nozzles and at least one discharge nozzle. The supply nozzles are arranged so that they open into the tank at points angularly offset by 120º. In addition, these supply nozzles are arranged almost tangentially to the inner wall of the tank 11 and their axis forms an angle of between 0 and 80º and preferably close to 60º with respect to the vertical. This arrangement makes it possible to create a spiral circulation in the tank, which is shown in the drawing with the arrows 31. The main advantage of this spiral circulation is that it improves the flow of the heat transfer fluid over the immersion heating elements and thus increases the performance of the boiler, since it considerably reduces the heating time of the heat transfer fluid to the desired temperature.

Der Entleerungsstutzen 32 kann auf waagerechter Ebene angeordnet werden. Vorzugsweise wird er tangential im Verhältnis zu den Behälterwänden montiert. Er kann verdoppelt oder sogar verdreifacht werden. Man darf jedoch nicht vergessen, daß die spiralförmige Turbulenz innerhalb des Behälters im wesentlichen durch die geometrische Anordnung der Zufuhrstutzen entsteht, die als Einspritzer fungieren.The discharge nozzle 32 can be arranged on a horizontal plane. Preferably, it is mounted tangentially in relation to the tank walls. It can be doubled or even tripled. However, it must be remembered that the spiral turbulence within the container is essentially created by the geometric arrangement of the supply nozzles, which act as injectors.

Vom elektrischen Gesichtspunkt her betrachtet, werden die verschiedenen Tauchheizelemente über einen entweder von einer programmierbaren Vorrichtung, oder über Thermostate bzw. andere Temperaturfühler gesteuerten Kreis mit Leistung versorgt. Die verschiedenen Heizkörper können dem Bedarf entsprechend entweder einzeln oder gemeinsam gesteuert werden. Die Wärmeübertragungsflüssigkeit wird von einer auf dem Kreis montierten (nicht dargestellten) Pumpe in den oder die Heizkesselbehälter gepumpt. Besteht dieser Heizkessel aus mehreren Behältern (siehe Abb. 2 und 3), so bilden die verschiedenen Zufuhrstutzen einen Verteiler, der den gleichen Flüssigkeitsdurchsatz in den verschiedenen Behältern ermöglicht. Der spiralförmige Umlauf im Behälter gewährleistet den bestmöglichen Wärmeaustausch zwischen den Tauchheizelementen und der Wärmeübertragungsflüssigkeit. Er gestattet insbesondere das Umrühren der Flüssigkeit und vermeidet Gasblasenablagerungen an den Tauchheizelementen. Er bildet somit eine Art Isolierhülle, die die Heizelemente von der Wärmeübetragungsflüssigkeit trennt. Die dadurch erzielte Wirkung besteht in einem extrem raschen Temperaturanstieg mit relativ geringer elektrischer Leistung.From an electrical point of view, the various immersion heaters are powered by a circuit controlled either by a programmable device or by thermostats or other temperature sensors. The various heaters can be controlled individually or together, depending on requirements. The heat transfer fluid is pumped into the boiler tank(s) by a pump (not shown) mounted on the circuit. If this boiler consists of several tanks (see figures 2 and 3), the various feed pipes form a distributor which allows the same flow of fluid to be made in the various tanks. The spiral circulation in the tank ensures the best possible heat exchange between the immersion heaters and the heat transfer fluid. In particular, it allows the fluid to be stirred and prevents gas bubbles from forming on the immersion heaters. It thus forms a kind of insulating sheath which separates the heaters from the heat transfer fluid. The resulting effect is an extremely rapid rise in temperature with relatively low electrical power.

Die verschiedenen Behälter können statt sternförmig reihenförmig angeordnet werden. Sie können in Serie oder parallel angeschlossen werden.The different containers can be arranged in rows instead of in a star shape. They can be connected in series or in parallel.

Claims

1. Electric heating boiler (10) with at least one cylindrical vertical container (11) containing a heat transfer fluid and provided with at least one heating element (12) submerged in this fluid, whereby this container (11) must contain at least one inlet opening for the heat transfer fluid and at least one outlet opening for this fluid; the mentioned inlet and outlet openings must be connected to a consumer network, characterized in that the inlet and outlet openings are each coupled to a supply nozzle (17) and to a discharge nozzle (18) which are located tangentially opposite the cylindrical container (11), and in that the so-called supply nozzle (17) adjoins the container bottom and the so-called discharge nozzle (18) adjoins the container top in such a way that a cylindrical nozzle oriented from bottom to top is formed in the interior of this container (11).

2. Boiler according to claim 1, characterized in that the container (11) includes a plurality of inlets, each of which is connected to a supply nozzle tangential to the internal side walls of the container (11).

3. Boiler according to claim 1, characterized in that the tank (11) includes several outlets, each of which is connected to a drain nozzle tangential to the internal side walls of the tank (11).

4. Heating boiler according to claim 1, characterized in that the supply nozzle (17) forms an acute angle with a straight line which runs parallel to the container axis (11).

5. Boiler according to claim 4, characterized in that the so-called angle is between 0 and 80º.

6. Heating boiler according to claim 1, characterized in that it contains several containers mounted like a battery (11).

7. Heating boiler according to claim 6, characterized in that the containers (11) are mounted in series.

8. Heating boiler according to claim 6, characterized in that the containers (11) are mounted in parallel.

9. Heating boiler according to claim 1, characterized in that each container (11) contains a battery for the expanded heating elements (12) arranged centrally in the liquid volume of this container.

10. Heating boiler according to claim 8, characterized in that it contains four containers (11) arranged symmetrically according to the principle of square sides and that the supply nozzles (17) on the one hand and the drain nozzles (18) on the other hand are each connected to two points of the consumer circuit.

11. Heating boiler according to claims 2 and 3, characterized in that the tangential nozzles are regularly distributed around the container walls (11).