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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine neue Art
eines Heizkessels, der es ermöglicht, eine
Wärmeträgerflüssigkeit auf eine vorbestimmte Temperatur zu bringen.
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Sie bezieht sich insbesondere auf eine neue Art eines
elektrischen Heizkessels, der es ermöglicht, die Erzeugung
warmem Wassers zu gewährleisten, bspw. wenn es gewünscht ist,
warmes Brauchwasser (Durchfluß des Wassers in einem offenen
Kreislauf) oder warmes Wasser für Heizungseinrichtungen zu erzeugen,
wobei das Wasser dann in einem geschlossenen Kreislauf
zirkuliert (Industrieheizung, Hausheizung ...).
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Genauer gesagt betrifft sie eine neue Art eines
Heizkessels, dessen allgemeiner Aufbau Heizungsmittel der in der WO-A-
93 20389 beschriebenen Art für die Herstellung von
Wärmetauschern einsetzt, die in zahlreichen industriellen Zweigen
(chemische, pharmazeutische, ... Industrie) verwendet werden,
und die die Wärmeregulation eines Fluids ermöglichen.
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Nach der Lehre des zuvor genannten Dokuments stellen sich
derartige Tauscher in Form einer Anordnung dar, die Platten
aufweist, die auf ihren beiden Seiten Wellungen, bspw. in Form
eines Fischgrätenmusters, aufweisen, und die zwischen zwei
Böden untereinander mittels Spannstangen zusammengehalten sind,
und die in ihren Ecken Öffnungen aufweisen, die in dem Stapel
Eintritts- und Austrittsdurchgänge begrenzen, die den Durchfluß
von Fluiden ermöglichen, die an der Oberfläche der Platten in
den zwischen diesen vorhandenen Zwischenraum fließen. Nach der
Lehre dieses Dokuments kann zwischen zwei Platten eine
Heizplatte eingefügt sein, die sich in Form eines homogenen Blockes
darstellt, in dessen Innerem ein Heizwiderstand eingebettet
ist, wobei die Außenabmessungen des Blocks und die Struktur der
Außenseiten denen der elementaren Platten entsprechen, und der
in seinen Ecken ebenfalls Öffnungen aufweist, die denjenigen
der vorgenannten Platten entsprechen.
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Nun wurde herausgefunden, und dies ist das Ziel der
vorliegenden Erfindung, daß es möglich ist, einen wahren
elektrischen Heizkessel für eine in einem offenen oder geschlossenen
Kreislauf im Durchfluß befindliche Wärmeträgerflüssigkeit zu
schaffen, der je nach gewünschter Leistung für jede
Einrichtungsart auf leichte Weise angepaßt werden kann, indem solche
Anordnungen verwendet werden, die aus zwei tiefgezogenen
Platten aufgebaut sind, deren Wellungen auf ihren beiden Seiten in
der gleichen Richtung verlaufen, und zwischen denen ein
Heizblock eingefügt ist, der in Form eines homogenen Blocks
ausgebildet ist, wobei die erfindungsgemäße Anordnung dadurch
gekennzeichnet ist, daß
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- die Wellungen in Form eines Fischgrätenmusters, die
der Heizblock auf seinen beiden Außenseiten aufweist, in
entgegengesetzten Richtungen orientiert sind;
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- der im Mittelteil des Heizblockes eingebettete
Widerstand sich parallel zu an die Außenseiten angelegten
Tangentialebenen erstreckt, wobei die elektrischen Anschlüsse
seitlich angeordnet sind.
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Eine solche Ausgestaltung, gemäß der die Rippen oder
Wellungen in Form eines Fischgrätenmusters der beiden Außenseiten
des Heizblockes im Gegensatz zu den elementaren tiefgezogenen
Platten, bei denen sie in derselben Richtung verlaufen, in
entgegengesetzten Richtungen orientiert sind, ermöglicht die
Aneinanderreihung von mehreren Heizblöcken, und ermöglicht es,
einen Standardkanal für den Durchfluß des Fluids zu erhalten,
während sich dabei die elektrischen Verbindungen stets auf
derselben Seite der Platten befinden, wodurch das Anschließen an
eine Elektrodose viel einfacher wird.
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Erfindungsgemäß stellt sich der Heizblock, um einen
Heizkessel zu schaffen, in Form einer parallelepipedischen
Anordnung dar, die eine sichtbar größere Dicke aufweist als die
elementaren Platten, wodurch es ermöglicht wird, einen
Heizwiderstand in seinem Mittelteil zu inkorporieren.
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Der Heizblock kann einen einzigen Widerstand aufweisen,
jedoch kann es aufgrund seines Aufbaus auch in Betracht gezogen
werden, in ihm drei an eine dreiphasige Quelle angeschlossene
elektrische Widerstände zu inkorporieren.
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Zur Veranschaulichung weist ein derartiger Heizblock eine
Dicke von 15 bis 20 Millimeter auf, während die beidseits
dieses Blockes angeordneten tiefgezogenen elementaren Platten
ihrerseits eine Dickenabmessung in der Größenordnung von 3
Millimetern aufweisen (Abstand zwischen den Wellungen beider
Seiten).
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Der Heizblock kann aus jedem wärmeleitenden Material
gefertigt sein, insbesondere aus Materialien wie Metallen (bspw.
Aluminium), Graphit, Kunststoffen, Verbundwerkstoffen.
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Ein derartiger Block wird bevorzugt durch Abformung
gefertigt, wobei ein gekapselter elektrischer Widerstand während
dieses Vorganges eingearbeitet wird. Vorteilhafterweise werden
die Rippen oder Wellungen in Form eines Fischgrätenmusters
ebenso wie die umfängliche Kehle auf einer der Seiten zur
Anbringung einer Dichtung, also Elemente, die denjenigen einer
tiefgezogenen elementaren Platten eines Plattentauschers
entsprechen, ebenfalls während dieses Abformvorganges hergestellt,
obwohl es auch in Betracht gezogen werden kann, diese
nachträglich durch spanende Bearbeitung herzustellen.
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Schließlich können die beiden Außenoberflächen des
Heizblockes in Abhängigkeit der Beschaffenheit der an diesen Wänden
fließenden Flüssigkeit ggf. eine Oberflächenbehandlung
erhalten. Eine derartige Behandlung kann in einer Beschichtung mit
unter anderem Polytetrafluorethylen, Chrom, Nickel bestehen.
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Aufgrund einer derartigen Anordnung ist es demnach
möglich, auf einfache Weise warmes Wasser zu erzeugen, bspw. für
eine Heizungseinrichtung oder für häuslichen Gebrauch
(Warmwasserbereiter), es ist sogar möglich, Dampf zu erzeugen.
Die Erfindung und ihre Vorteile werden besser anhand des
folgenden veranschaulichenden Ausführungsbeispieles verstanden,
das in der beigefügten Zeichnung dargestellt ist, in der:
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- Fig. 1 eine schematische perspektivische
auseinandergezogene Darstellung ist, die den allgemeinen Aufbau der
einfachsten Form eines erfindungsgemäß ausgestalteten
Heizkessels zeigt, wobei die Böden und Spannspangen, die die
Verbindung der verschiedenen in die Ausgestaltung eines derartigen
Heizkessels eingehenden Elemente ermöglichen, aus Gründen der
Vereinfachung nicht dargestellt sind;
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- Fig. 2A und 2B Vorderansichten der beiden Seiten des
erfindungsgemäßen Heizblockes sind, der in die Ausgestaltung
eines derartigen Heizkessels eingeht;
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- Fig. 3 eine Detailansicht des eingekreisten
Abschnittes in Fig. 2A ist, die die Struktur des Heizblockes im
Schnitt zeigt;
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- Fig. 4 und 5 eine Abwandlung eines erfindungsgemäßen
Heizkessels, der zwei aneinandergereihte Heizblöcke aufweist,
um die Leistung zu erhöhen, sowie die unterschiedlichen
Durchflußarten eines Fluids zeigen, die aufgrund eines derartigen
Heizkessels erhalten werden können.
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In der beigefügten Zeichnung weist der erfindungsgemäße
Heizkessel, der es ermöglicht, eine in einem offenen oder
geschlossenen Kreislauf im Durchfluß befindliche
Wärmeträgerflüssigkeit (FC) auf eine vorbestimmte Temperatur zu bringen, den
folgenden Aufbau auf.
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In seiner einfachsten Ausgestaltung, die aus Fig. 1
hervorgeht, setzt sich dieser Heizkessel im wesentlichen aus zwei
tiefgezogenen Platten (P) zusammen, die auf ihren beiden Seiten
Wellungen, bspw. in Form eines Fischgrätenmusters, aufweisen,
die in derselben Richtung orientiert sind.
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Die Platten (P) weisen in ihren Ecken Öffnungen auf, die,
wenn sie gestapelt werden, Eintritts- und Austrittsdurchgänge
begrenzen, die den Durchfluß eines Fluids ermöglichen, wobei
der Durchfluß mittels einer umfänglichen Dichtung (J) erzielt
wird, die einer der Seiten jeder Platte (P) zugeordnet ist.
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Erfindungsgemäß ist zwischen den beiden Platten (P) ein
Heizblock (I) eingefügt, der sich in Form eines homogenen
Blokkes darstellt, in dessen Innerem ein elektrischer Widerstand
(R) eingebettet ist, und zwar in seinem Mittelteil (siehe Fig.
2a, 2b und 3). Dieser Widerstand ist von gekapselter Art und
seine Einarbeitung erfolgt während der Abformung des Blocks
(I), wobei der Block auf der Basis jeden wärmeleitenden
Materials ausgebildet sein kann, wie einem Metall (Aluminium),
Graphit, Kunststoff ...
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Die Außenabmessungen des Blocks (I) sowie der Aufbau der
Außenseiten (A, B) entsprechen denjenigen der tiefgezogenen
elementaren Platten (P), außer daß die Wellungen in Form eines
Fischgrätenmusters auf den Außenseite (A, B) in
entgegengesetzter Richtung orientiert sind, was den Vorteil hat, wie in der
Folge der Beschreibung erkennbar wird, ggf. mehrere Heizblöcke
aneinanderzureihen, wenn es gewünscht ist, die Leistung zu
erhöhen, während dabei die elektrischen Verbindungen stets auf
derselben Seite der Platten angeordnet sind.
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In Fig. 1, und bei isolierter Betrachtung der Öffnungen
(3, 4, 5, 6) der elementaren Platten (P) und des Heizblockes
(I), so wie in dieser Figur dargestellt ist, fließt die
Flüssigkeit (FC) demnach an der Oberfläche des Heizblockes (I) in
die Kanäle, die durch das Zusammenwirken der Wellungen auf den
Seiten des Blocks (I) mit denjenigen auf den gegenüberliegenden
Oberflächen der tiefgezogenen Platten (P) gebildet werden.
Als Beispiel ist es möglich, einen erfindungsgemäßen
Heizkessels auszugestalten, indem zwei für die Herstellung von
Wär
metauschern herkömmliche tiefgezogene elementare Platten (P)
verwendet werden, die eine Abmessung von 350 · 102 und eine
Dicke, die zwischen den Scheiteln der Wellungen dieser Platten
genommen ist, in der Größenordnung von 3 Millimetern aufweisen,
wobei zwischen den beiden elementaren Platten (P) ein Heizblock
(I) angeordnet wird, der eine Dicke von 15 Millimetern
aufweist, in dessen Innerem ein Heizwiderstand einer gekapselten
Art eingebettet ist, der einen Durchmesser von etwa 6,5
Millimetern und eine Leistung von 3000 Watt/220 Volt aufweist.
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Es soll ebenfalls hervorgehoben werden, daß der Widerstand
(R) derartig konfiguriert ist, daß er sich in dem Mittelteil
des Heizblockes erstreckt, und zwar innerhalb der durch die
umfängliche Dichtung (J) definierten Oberfläche.
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Ein derartiges Konzept ermöglicht es, auf einfache Weise
Heizkessel zu schaffen, die leicht auf der Basis von Elementen
zu montieren sind, die in Großserien hergestellte Erzeugnisse
sein können.
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Darüber hinaus ermöglicht es ein derartiges Konzept auch,
die Leistung des Heizkessels je nach Bedarf auf leichte Weise
anzupassen. Beispielsweise ist es möglich, die Leistung, die
direkt proportional zur Anzahl an Heizblöcken ist, zu erhöhen,
indem eine bestimmte Anzahl von Modulen aneinandergereiht
werden, wie in Fig. 2 dargestellt ist (zwei tiefgezogene Platten,
ein Heizblock), wobei der Durchfluß des Wärmeträgerfluids stets
zwischen den Heizblöcken und den tiefgezogenen Platten erfolgt.
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Eine weitere Möglichkeit, die Leistung des Heizkessels zu
erhöhen, kann darin bestehen, wie aus Fig. 4 und 5 hervorgeht,
mehrere Heizplatten aneinanderzureihen, wobei die
Gesamtleistung ebenfalls proportional zur Anzahl der Heizblöcke (I) ist.
In den Fig. 4 und 5 schließen die tiefgezogenen elementaren
Platten (P), zwei in der Zahl, zwei aneinandergereihte
Heizblöcke (I) zwischen sich ein. Es ist klar, daß ein Heizkessel
geschaffen werden könnte, der eine größere Anzahl an
aneinandergereihten Heizblöcken (I) aufweist.
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Es sollte ebenfalls hervorgehoben werden, daß es das
Konzept eines erfindungsgemäß ausgestalteten Heizkessels
ermöglicht, diesen sehr leicht in Abhängigkeit des
Wärmeträgerfluiddurchsatzes und des gewünschten zu erreichenden
Temperaturanstiegs anzupassen.
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So verlaufen bei der in Fig. 4 dargestellten Ausgestaltung
somit alle Wärmeträgerfluidkanäle parallel (Einfachdurchgang).
Eine derartige Anordnung ist besonders geeignet, wenn der
Durchsatz des Wärmeträgerfluids bei geringem Temperaturanstieg
hoch ist.
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Fig. 5 zeigt dieselbe Art eines Heizkessels, die für einen
geringen Fluiddurchsatz bei jedoch einem hohen
Temperaturanstieg geeignet ist, wobei dann der Durchfluß des Fluids seriell
erfolgt (Mehrfachdurchgang). Um dies zu erreichen, genügt es,
abwechselnd die Öffnungen (3) und (6) der aufeinanderfolgenden
Platten zu verschließen.
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Es kann auch in Betracht gezogen werden, einen Heizkessel
mit kombiniertem seriellem/parallelem Durchfluß zu schaffen.
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Außer der großen Anpassungsfähigkeit, die das Konzept
eines erfindungsgemäßen Heizkessels bietet, muß hervorgehoben
werden, daß der Wärmeaustausch zwischen dem oder den
Heizblökken und der im Durchfluß befindlichen Flüssigkeit praktisch
vollständig, gleichmäßig, ohne Überhitzungspunkt erfolgt, so
wie bspw. der Temperaturunterschied zwischen den Seiten des
Heizblockes nur etwa 2ºC bei einer Temperatur von 90ºC beträgt.