DE69410594T2

DE69410594T2 - Elektrischer kessel für wärmeträgerflüssigkeit in einem offenen oder geschlossenen kreislauf

Info

Publication number: DE69410594T2
Application number: DE69410594T
Authority: DE
Inventors: Fabrice F-38400 Saint-Martin-D'heres Chopard; Claude F-38130 Echirolles Roussel
Original assignee: Vicarb SA
Current assignee: Vicarb SA
Priority date: 1993-11-25
Filing date: 1994-11-25
Publication date: 1999-03-25
Anticipated expiration: 2014-11-26
Also published as: DE69410594D1; EP0680585A1; WO1995014893A1; FR2712964A1; CA2154360A1; FR2712964B1; US5727118A; ATE166711T1; DK0680585T3; EP0680585B1; ES2119367T3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine neue Art eines Heizkessels, der es ermöglicht, eine Wärmeträgerflüssigkeit auf eine vorbestimmte Temperatur zu bringen.
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 ...).
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.
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.
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
- die Wellungen in Form eines Fischgrätenmusters, die der Heizblock auf seinen beiden Außenseiten aufweist, in entgegengesetzten Richtungen orientiert sind;
- der im Mittelteil des Heizblockes eingebettete Widerstand sich parallel zu an die Außenseiten angelegten Tangentialebenen erstreckt, wobei die elektrischen Anschlüsse seitlich angeordnet sind.
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.
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.
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.
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).
Der Heizblock kann aus jedem wärmeleitenden Material gefertigt sein, insbesondere aus Materialien wie Metallen (bspw. Aluminium), Graphit, Kunststoffen, Verbundwerkstoffen.
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.
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.
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:
- 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;
- Fig. 2A und 2B Vorderansichten der beiden Seiten des erfindungsgemäßen Heizblockes sind, der in die Ausgestaltung eines derartigen Heizkessels eingeht;
- Fig. 3 eine Detailansicht des eingekreisten Abschnittes in Fig. 2A ist, die die Struktur des Heizblockes im Schnitt zeigt;
- 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.
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.
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.
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.
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 ...
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Es kann auch in Betracht gezogen werden, einen Heizkessel mit kombiniertem seriellem/parallelem Durchfluß zu schaffen.
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.

Claims

1. Elektrischer Heizkessel für eine in einem offenen oder geschlossenen Kreislauf im Durchfluß befindliche Wärmeträgerflüssigkeit (FC), in Form einer Anordnung, die Platten (P) aufweist, die auf ihren beiden Seiten Wellungen, beispielsweise in Form eines Fischgrätenmusters, aufweisen, und die zwischen zwei Böden untereinander mittels Spannstangen zusammengehalten sind, und die in ihren Ecken Öffnungen (3, 4, 5, 6) aufweisen, die in dem Stapel Eintritts- und Austrittsdurchgänge begrenzen, die den Durchfluß eines Fluids ermöglichen, das an der Oberfläche der Platten in den zwischen diesen vorhandenen Zwischenraum fließt, wobei die Anordnung aus zumindest einem Modul aufgebaut ist, das zwei tiefgezogene Platten (P) aufweist, deren Wellungen auf ihren beiden Seiten in der gleichen Richtung verlaufen, und zwischen denen zumindest ein Heizblock (I) eingefügt ist, der in Form eines homogenen Blockes ausgebildet ist, in dessen Innerem ein Heizwiderstand (R) eingebettet ist, und dessen Außenabmessungen und Struktur seiner Außenseiten denen der elementaren Platten (P) entsprechen, wobei der Block in seinen Ekken ebenfalls Öffnungen (3, 4, 5, 6) aufweist, die denjenigen der tiefgezogenen Platten (P) entsprechen, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Wellungen in Form eines Fischgrätenmusters, die der Heizblock (I) auf seinen beiden Außenseiten (A, B) aufweist, in entgegengesetzten Richtungen orientiert sind,

- der im Mittelteil des Heizblockes (I) eingebettete Widerstand (R) sich parallel zu an die Außenseiten (A, B) angelegten Tangentialebenen erstreckt, wobei die elektrischen Anschlüsse seitlich angeordnet sind.

2. Elektrischer Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Mehrzahl von aneinandergereihten Heizblöcken (I) aufweist, die zwischen zwei tiefgezogenen Platten (P) eingefügt sind, wobei die elektrischen Anschlüsse seitlich auf derselben Seite angeordnet sind.

3. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizblock (I) auf der Basis eines leitfähigen Materials ausgebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Metalle, Komposite, Graphite, Kunststoffe umfaßt.

4. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizblock (I) durch Abformung gefertigt ist, wobei der eingekapselte elektrische Widerstand (R) bei diesem Vorgang eingearbeitet wird.

5. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksamen Außenseiten des Heizblockes (I) eine Oberflächenbehandlung erhalten haben.

6. Heizkessel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenbehandlung des Heizblockes (I) aus einer Polytetrafluorethylen-, Chrom-, Nickel-Beschichtung besteht.