DE102023000595A1

DE102023000595A1 - Device for heating a medium

Info

Publication number: DE102023000595A1
Application number: DE102023000595.9A
Authority: DE
Inventors: Uwe ARMBRUSTER
Original assignee: Truma Geraetetechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Truma Geraetetechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2023-02-20
Filing date: 2023-02-20
Publication date: 2024-08-22

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erwärmen eines Mediums. Dabei ist ein Mediumsbehälter (3) auf einem Träger (3) befestigt und sind eine Stirnseite (30) des Mediumsbehälters (3) und eine Kontaktfläche (100) des Trägers (10) miteinander kontaktiert. Die Stirnseite (30) und die Kontaktfläche (100) sind zueinander korrespondierend ausgestaltet.

The invention relates to a device for heating a medium. A medium container (3) is attached to a carrier (3) and a front side (30) of the medium container (3) and a contact surface (100) of the carrier (10) are in contact with one another. The front side (30) and the contact surface (100) are designed to correspond to one another.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen mindestens eines Mediums. Das Medium ist beispielsweise eine Flüssigkeit wie Wasser.The present invention relates to a device for heating at least one medium. The medium is, for example, a liquid such as water.

Die EP 0 926 453 B1 beschreibt eine Vorrichtung, die Luft und/oder Wasser erwärmen kann. Dabei wird ein Brennraum von einem Wärmetauscher (eine alternative Form des Wärmetauschers ist offenbart in der EP 1 788 320 B1 ) umgeben, um den herum sich ein Wasserbehälter befindet. Der Energieeintrag von dem Brennraum in den Wasserbehälter ist dabei so ausgelegt, dass das im Behälter befindliche Wasser auch bei einem anhaltenden Betrieb (sog. Winterbetrieb) in den verschiedenen Heizleistungsstufen der Vorrichtung eine bestimmte Temperatur (z. B. 70 °C) nicht übersteigt, somit nicht überhitzt wird und es nicht zu einer sog. Wasser-Über-Temperaturabschaltung kommt. Im sog. Sommerbetrieb, bei dem nur Wassererwärmung stattfindet, erweist sich dieser beschränkte Energieeintrag jedoch als nachteilig, da nicht alle thermische Energie auf das Wasser übertragen wird.The EP 0 926 453 B1 describes a device that can heat air and/or water. A combustion chamber is heated by a heat exchanger (an alternative form of heat exchanger is disclosed in EP 1 788 320 B1 ) around which a water tank is located. The energy input from the combustion chamber into the water tank is designed in such a way that the water in the tank does not exceed a certain temperature (e.g. 70 °C) even during continuous operation (so-called winter operation) in the various heating output levels of the device, thus does not overheat and there is no so-called water over-temperature shutdown. In so-called summer operation, in which only water is heated, this limited energy input proves to be disadvantageous, since not all thermal energy is transferred to the water.

Der Wasserbehälter ist dabei auf einem sogenannten Sammler befestigt. Der Sammler steht in thermischem Kontakt mit dem Brennraum und überträgt thermische Energie auf den Wasserbehälter. Der Energieeintrag ist dabei direkt proportional zur Größe der sich berührenden Flächen. Steigt der Druck im Behälter bei der Benutzung durch die Erwärmung und durch das Verwenden von Druckpumpen an, so wölbt sich die Stirnseite des Behälters. Dadurch verringert sich jedoch die Größe der einander berührenden Flächen und der Energieeintrag auf das Wasser wird reduziert. Die Verformung des Behälters lässt sich zwar durch eine Erhöhung der Materialstärke reduzieren, dies führt aber zu einem höheren Wärmewiderstand durch das Material hindurch, sowie zu mehr Gewicht und höheren Kosten.The water tank is attached to a so-called collector. The collector is in thermal contact with the combustion chamber and transfers thermal energy to the water tank. The energy input is directly proportional to the size of the contacting surfaces. If the pressure in the tank increases during use due to heating and the use of pressure pumps, the front of the tank bulges. However, this reduces the size of the contacting surfaces and the energy input to the water is reduced. The deformation of the tank can be reduced by increasing the material thickness, but this leads to a higher thermal resistance through the material, as well as more weight and higher costs.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Heizvorrichtung vorzuschlagen, deren Energieübertrag auf das zu erwärmenden Medium in der Anwendung im Wesentlichen konstant bleibt.The object underlying the invention is to propose a heating device whose energy transfer to the medium to be heated remains essentially constant during use.

Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Erwärmen mindestens eines Mediums, mit einer Energieeinheit, einem - vorzugsweise ringförmigen - Mediumsbehälter und einem Träger, wobei der Mediumsbehälter auf dem Träger befestigt ist, wobei eine Stirnseite des Mediumsbehälters und eine Kontaktfläche des Trägers miteinander kontaktiert sind, und wobei die Stirnseite und die Kontaktfläche zueinander korrespondierend ausgestaltet sind.The invention solves the problem by a device for heating at least one medium, with an energy unit, a - preferably annular - medium container and a carrier, wherein the medium container is fastened to the carrier, wherein an end face of the medium container and a contact surface of the carrier are in contact with each other, and wherein the end face and the contact surface are designed to correspond to each other.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung verfügt über eine Energieeinheit, die beispielsweise als Brenner ausgeführt ist, der ein Brennstoff/Luft-Gemisch verbrennt. Die Energieeinheit erzeugt thermische Energie, die unter anderem von einem Träger auf den Mediumsbehälter übertragen wird. Der Träger wird dabei auch als Sammler bezeichnet. Der Mediumsbehälter ist mechanisch mit dem Träger verbunden und darüber in der Vorrichtung fixiert. Weiterhin besteht ein thermischer Kontakt zwischen dem Träger und dem Mediumsbehälter über die einander berührenden Flächen. Dies berührenden Flächen sind die Kontaktfläche beim Träger sowie die Stirnseite - oder Stirnfläche - des Mediumsbehälters. Damit auch während des Betriebs und der dabei möglichen Verformung des Mediumsbehälters der Kontakt im Wesentlichen konstant bleibt, sind die Kontaktfläche und die Stirnfläche korrespondierend zueinander ausgestaltet. Ist also beispielsweise die Stirnfläche gewölbt, so hat die Kontaktfläche eine korrespondierende Wölbung und ist beispielsweise nicht plan ausgestaltet. Die Krümmungen und Konturverläufe für Stirnseite und Kontaktfläche sind korrespondierend zueinander ausgeführt. Die optimale geometrische Ausbildung lässt sich beispielsweise über FEM (Finite Elemente Methode)-Simulationen bestimmen, sodass bei Druckbeaufschlagung des Behälters die Verformung der Kontaktfläche minimal bleibt. Die Geometrie der Stirnfläche ist dabei in einer Ausgestaltung orientiert an einem Klöpperboden, wie er z. B. in der DIN 28011 beschrieben ist, oder zumindest ähnlich einem Korbboden, der z. B. in der DIN 28013 definiert ist.The device according to the invention has an energy unit, which is designed, for example, as a burner that burns a fuel/air mixture. The energy unit generates thermal energy, which is transferred, among other things, from a carrier to the medium container. The carrier is also referred to as a collector. The medium container is mechanically connected to the carrier and fixed in the device via this. Furthermore, there is thermal contact between the carrier and the medium container via the surfaces that touch each other. These touching surfaces are the contact surface on the carrier and the front side - or front face - of the medium container. So that the contact remains essentially constant during operation and the possible deformation of the medium container, the contact surface and the front face are designed to correspond to each other. So, for example, if the front face is curved, the contact surface has a corresponding curvature and is not flat, for example. The curvatures and contours for the front side and contact surface are designed to correspond to each other. The optimal geometric design can be determined, for example, using FEM (finite element method) simulations, so that the deformation of the contact surface remains minimal when the container is pressurized. The geometry of the front surface is based on a dished bottom, as described in DIN 28011, for example, or at least similar to a basket bottom, which is defined in DIN 28013, for example.

Eine Ausgestaltung besteht darin, dass die Stirnseite als gewölbter Boden ausgestaltet ist. Die Stirnseite ist also in dieser Variante als Klöpperboden bzw. konvex ausgestaltet.One design is that the front side is designed as a curved bottom. In this variant, the front side is designed as a dished bottom or convex.

In einer Ausgestaltung ist der Mediumsbehälter ringförmig ausgeführt. Die Ringform umgreift beispielsweise eine Energieeinheit, z. B. eine Brennereinheit in ihrer Mitte.In one embodiment, the medium container is ring-shaped. The ring shape encloses, for example, an energy unit, e.g. a burner unit, in its center.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Kontaktfläche des Trägers konkav ausgestaltet ist.One embodiment provides that the contact surface of the carrier is concave.

Im Einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Vorrichtung auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen auf die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigen:

1: einen Längsschnitt durch eine Ausgestaltung der Vorrichtung und
2: einen Schnitt durch eine schematische Darstellung von Mediumsbehälter und Träger.

In detail, there are a number of possibilities for designing and developing the device according to the invention. Reference is made to the following description of exemplary embodiments in conjunction with the drawing. They show:

1 : a longitudinal section through an embodiment of the device and
2 : a section through a schematic representation of the medium container and carrier.

Die 1 zeigt den grundlegenden Aufbau einer Ausgestaltung der Vorrichtung, die hier sogar ein Medium und Luft erwärmt.The 1 shows the basic structure of a design of the device, which here even heats a medium and air.

In der Mitte ist das Flammrohr der hier als Brenner ausgestalteten Energieeinheit 1 zu erkennen. Konzentrisch darum herum befindet sich der Wärmetauscher 2, über dessen Außenseite die zu erwärmende Umluft geführt wird. Außerhalb um den Wärmetauscher 2 ist der ringförmige Mediumsbehälter 3 angeordnet, bei dem es sich hier als Beispiel um einen Wasserbehälter handelt. Die drei Komponenten Energieeinheit 1, Wärmetauscher 2 und Mediumsbehälter 3 sind an ihren - hier rechts befindlichen - Stirnseiten mit einem flanschartigen Träger 10 verbunden, der gleichsam als Bodenplatte dient.In the middle you can see the flame tube of the energy unit 1, which is designed as a burner here. Concentrically around it is the heat exchanger 2, over the outside of which the circulating air to be heated is guided. Outside the heat exchanger 2 is the ring-shaped medium container 3, which is a water container for example. The three components energy unit 1, heat exchanger 2 and medium container 3 are connected at their front sides - here on the right - with a flange-like support 10, which also serves as a base plate.

In der 2 ist zu erkennen, wie der gewölbte Boden der Stirnseite 30 des Mediumsbehälters 3 und die konkave Kontaktfläche 100 des Trägers 10 korrespondierend zueinander ausgestaltet sind. Eine Druckerhöhung im Mediumsbehälters 3 durch Erwärmung führt zu einer um ein Vielfaches geringeren Verformung als bei plan aufeinander liegenden Ausführungen. Daher bleibt die Kontaktfläche zwischen Mediumsbehälter 3 und Träger 10 annähernd unverändert. Somit bleibt der Energieübertrag vom Träger 10 auf den Mediumsbehälter 3 und damit auch auf das darin befindliche Medium im Wesentlichen konstant.In the 2 it can be seen how the curved bottom of the front side 30 of the medium container 3 and the concave contact surface 100 of the carrier 10 are designed to correspond to one another. An increase in pressure in the medium container 3 due to heating leads to a deformation that is many times less than in designs that lie flat on top of one another. Therefore, the contact surface between the medium container 3 and the carrier 10 remains almost unchanged. The energy transfer from the carrier 10 to the medium container 3 and thus also to the medium contained therein remains essentially constant.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 0926453 B1 [0002]
EP1788320B1 [0002]

Claims

Device for heating at least one medium, with an energy unit (1), a - preferably ring-shaped - medium container (3) and a carrier (10), wherein the medium container (3) is fastened to the carrier (3), wherein an end face (30) of the medium container (3) and a contact surface (100) of the carrier (10) are in contact with one another, and wherein the end face (30) and the contact surface (100) are designed to correspond to one another.

Device according to Claim 1 , wherein the front side (30) is designed as a curved bottom.

Device according to Claim 1 or 2 , wherein the contact surface (100) of the carrier is concave.