BE1019887A5 - Verwarmingstoestel voor luchtverwarming. - Google Patents

Abstract

Verwarmingstoestel bevattende een brander (16) en een warmtewisselaar (3) met ingangen (6) die zich tegenover de brander (16) bevinden waarbij de brander (16) een premixbrander is die opgesteld is tegenover de ingangen (6) en waarbij tussen de brander (16) en de ingangen (6) van de primaire kanalen (5) een hitteschild (17) uit een hittebestendig materiaal aanwezig is met een doorgang (22) tegenover elk van de voornoemde ingangen (6), waarbij de omtrek van elke doorgang (22) afmetingen heeft die kleiner zijn dan de afmetingen van de omtrek van tegenoverliggende ingang (6).

Description

Verwarmingstoestel voor luchtverwarming.

De huidige uitvinding heeft betrekking op een verwarmingstoestel voor luchtverwarming, meer speciaal voor het verwarmen van lucht die gebruikt wordt voor het verwarmen van ruimtes van gebouwen of dergelijke.

Zulke verwarmingstoestellen worden gebruikt voor zowel huishoudelijke verwarming als voor industriële verwarming van gebouwen.

Verwarmingstoestellen van dit type bevatten een brander, een warmtewisselaar bestaande uit een bundel warmtegeleidende elementen die primaire kanalen vormen waar de hete rookgassen afkomstig van de brander worden doorheen geleid via ingangen die zich tegenover de brander bevinden en die met elkaar verbonden zijn ter afsluiting van secundaire kanalen die tussen de voornoemde elementen gevormd worden en waar doorheen de op te warmen lucht langsheen de buitenkant van de elementen wordt geleid.

Zulk verwarmingstoestel is bijvoorbeeld bekend uit het EP 0.706.013.

Aldus gebeurt via de wanden van de kanalen een warmteoverdracht tussen de hete rookgassen en de op te warmen lucht.

Bij zulke verwarmingstoestellen maakt men traditioneel vaak gebruik van atmosferische zogenaamde "in-shot"-branders waarbij de brandstof centraal in gasvormige toestand in de kanalen wordt gespoten, waarbij de verbranding grotendeels plaatsvindt in de kanalen.

Deze branders hebben een relatief lange vlam die zich uitstrekt tot relatief diep in de voornoemde kanalen.

Voor de verbranding in de kanalen wordt secundaire lucht bij omgevingstemperatuur rondom de vlam ingebracht, waarbij de.ze secundaire lucht tevens dienst doet als afscherming van de wanden van de kanalen voor de hete vlam die anders schade zou kunnen teweegbrengen aan deze wanden.

Zulk type van verwarmingstoestellen met "in-shot" branders zorgen voor een zeer prijsgunstige verwarmingsoplossing met tal van voordelen. Zij hebben echter het nadeel dat zij een relatief hoge uitstoot aan schadelijke stoffen, zoals stikstofoxides, veroorzaken.

De warmtewisselaar is doorgaans modulair opgebouwd uit buisvormige warmtewisselelementen die eenvoudig en goedkoop te fabriceren en te assembleren zijn.

Men kent ook reeds verwarmingstoestellen die, in plaats van een "in-shot" brander een modernere voorgemengde brander of zogenaamde premix-brander gebruiken met een lagere uitstoot aan schadelijke stoffen, waarbij de brandstof op voorhand wordt gemengd met de voor de volledige verbranding benodigde lucht.

Bij deze branders is er dus voor de verbranding geen secundaire luchttoevoer nodig.

Premix-branders hebben een veel kortere vlam, waarbij de volledige verbranding plaatsgrijpt op enkele millimeters van de brander en waarbij dus ook de volledige -capaciteit van de vlam vrijkomt op deze korte afstand.

Dergelijke premix-branders zijn niet zonder bijkomende maatregelen te gebruiken met de gekende warmtewisselaars zoals hiervoor beschreven aangezien de hitte van de verbranding zodanig geconcentreerd is dat de wanden van de warmtewisselaar beschadigd zouden worden.

Men kent reeds voorstellen om een premix-brander te combineren met extra secundaire lucht, zoals beschreven in US 6.880.548, maar deze voorstellen zijn complex om in te stellen en zorgen niet voor het gewenste resultaat.

De huidige uitvinding heeft tot doel aan minstens één van de voornoemde en andere nadelen een oplossing te bieden.

Hiertoe betreft de uitvinding een verwarmingstoestel bevattende een brander, een warmtewisselaar bestaande uit een bundel warmtegeleidende elementen die primaire kanalen vormen waar hete rookgassen afkomstig van de brander worden doorheen geleid via ingangen die zich tegenover de brander bevinden en die met elkaar verbonden zijn ter afsluiting van secundaire kanalen die tussen de voornoemde elementen gevormd worden en waar de op te warmen lucht doorheen kan geleid worden, met als kenmerk dat de brander een premix- brander is die opgesteld is tegenover de ingangen van de primaire kanalen, waarbij de brander voorzien is van een premix-kamer waar brandstof en voldoende lucht voor de hoofdzakelijk volledige verbranding van de brandstof in worden gemengd en waarbij tussen de brander en de ingangen van de primaire kanalen een hitteschild uit een hittebestendig materiaal aanwezig is. met een doorgang tegenover elk van de voornoemde ingangen, waarbij de omtrek van elke doorgang afmetingen heeft die kleiner zijn dan de afmetingen van de omtrek van de tegenoverliggende ingang en tussen twee of meer doorgangen (22) overslagkanalen (28) zijn voorzien die het overslaan van de vlam (31) van één doorgang (22) naar een andere doorgang (22) mogelijk maken en die zijn uitgevoerd als groeven in de naar de brander (16) gerichte zijde van het hitteschild (17).

Het hitteschild laat toe een premix brander met lage uitstoot van schadelijke stoffen te gebruiken met een warmtewisselaar bestaande uit een modulair geheel van buisvormige warmtewisselaarelementen zodat het voordeel van de premix-brander, namelijk een lage uitstoot van schadelijke stoffen, kan gecombineerd worden met het voordeel van een modulaire warmtewisselaar, namelijk een lage prijs en eenvoud.

Inderdaad, door toepassing van het hitteschild worden de wanden en vooral de verbinding van de ingangen van de primaire kanalen beschermd voor rechtstreeks contact met de hete verbrandingsgassen.

Doordat de doorgangen in het hitteschild nauwer zijn dan de ingangen van de primaire kanalen van de warmtewisselaar, komen de hete gassen slechts geleidelijk in contact met de wanden van de warmtewisselaar, zodat de tempera-tuursverhoging op de wand beheersbaar blijft.

Het hitteschild werkt ook als een stralingsschild waarbij de doorgangen in het hitteschild als het ware de warmtestraling geleiden en kanaliseren in de s-t-romingsrichting van de primaire kanalen, zodat de warmtestraling de wanden van de primaire warmtewisselaarelementen slechts onder een flauwe hoek raakt. Op die manier blijft de temperatuursverhoging op de wanden beperkt zodat de warmtewisselaar niet oververhit.

Het hitteschild beschermt ook de plaats waar de individuele ingangen van de primaire kanalen met elkaar verbonden zijn tegen hittestraling.

Aangezien de temperatuursverhoging beperkt en beheersbaar blijft, kan de warmtewisselaar vervaardigd worden uit goedkopere materialen wat een economisch voordeel oplevert.

De overslagkanalen tussen de verbrandingskamers maken het overslaan van de vlam van één doorgang naar een andere doorgang mogelijk, zodat de verbranding automatisch over het volledige oppervlak van de brander wordt verspreid zonder dat hiervoor meerdere ontstekingsmechanismen nodig zijn. De groeven aan één zijde van het hitteschild zijn bovendien op een eenvoudige en goedkope manier te realiseren.

Het hitteschild kan voorzien zijn van een verbinding met een voornoemde doorgang en de omgeving, waarbij deze verbinding een zitting kan vormen voor een ontstekingsmechanisme om het brandbaar mengsel bij het opstarten van de verwarming te kunnen ontsteken voor het creëren van een vlam of een zitting kan vormen voor een vlambewakingssonde die er voor zorgt dat, wanneer de vlam zou uitdoven, het ontstekingsmechanisme opnieuw wordt geactiveerd of de brandstoftoevoer wordt afgesloten.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een hitteschild vervaardigd uit een hittebestendig materiaal voor toepassing in een verwarmingstoestel zoals hierboven beschreven, waarbij het hitteschild is voorzien van meerdere doorgangen en waarbij tussen twee of meer doorgangen overslagkanalen zijn voorzien die het overslaan van de vlam van één doorgang naar een andere doorgang mogelijk maken en die zijn uitgevoerd als groeven in een zijde van het hitteschild.

Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, zijn hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, enkele voorkeurdragende uitvoeringsvormen beschreven van verwarmingstoestellen volgens de uitvinding, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin :

Figuur 1 schematisch een verwarmingstoestel volgens de stand van de techniek weergeeft;

Figuur 2 een zicht weergeeft volgens pijl F2 in figuur 1; figuur 3 schematisch een verwarmingstoestel volgens de uitvinding weergeeft; figuur 4 in perspectief en in uitgenomen toestand een praktische uitvoeringsvorm weergeeft van de brander die in figuur 3 door F4 is aangeduid; figuur 5 op grotere schaal een doorsnede weergeeft volgens lijn V-V in figuur 3; figuur 6 een variante toont van een hitteschild zoals aangeduid met F6 in figuur 4.

Het in de figuren 1 en 2 weergegeven verwarmingstoestel 1 van het bekende type bevat een brander 2, een warmtewisselaar 3 bestaande uit één of meer buisvormige warmtegeleidende elementen 4 die primaire kanalen 5 vormen waar hete rookgassen afkomstig van de brander 2 in de richting van de pijl P worden doorheen geleid via ingangen 6 die zich tegenover de brander 2 bevinden.

De warmtegeleidende elementen 4 zijn aan hun ingangen 6 met elkaar verbonden door middel van een verbindingsplaat 7 of dergelijke ter afsluiting van secundaire kanalen 8 die tussen de voornoemde elementen 4 gevormd worden en waar de op te warmen lucht doorheen kan geleid worden, bijvoorbeeld door middel van een ventilator 9 die omgevingslucht aanzuigt en over de elementen 4 blaast in de richting van pijl S.

De branders 2 zijn atmosferische branders die op een afstand van de warmtewisselaar 3 zijn geplaatst en waarin gasvormige brandstof 10 gemengd wordt met primaire verbrandingslucht 11.

Het gasmengsel wordt in de primaire kanalen 5 geïnjecteerd, waar het verbrand met een relatief lange vlam 12 die zich tot relatief diep in de primaire kanalen 5 uitstrekt en die haar warmte, via de wanden van de elementen 4, afgeeft aan de lucht die.door.de secundaire kanalen 8 stroomt.

Na de warmtewisselaar 3 is een rookgasventilator 14 gemonteerd die de rookgassen via een rookgaskanaal afvoert en die tevens zorgt voor de aanzuiging van de secundaire lucht tussen de branders 2 en de warmtewisselaar 3.

De wanden van de warmtewisselaar 3 en de verbindingsplaat 7 worden gekoeld door de aangezogen secundaire lucht 13.

Dit type van brander kan enkel gebruikt worden met een rookgasventilator 14 na de verbrandingsruimte.

Alhoewel de primaire kanalen 5 hier voorgesteld zijn als rechte kanalen, volgen deze kanalen 5 in werkelijkheid een gebogen traject, bijvoorbeeld een zigzag traject.

Het in de figuren 3 tot 5 weergegeven verwarmingstoestel 15 volgens de uitvinding bestaat in hoofdzaak uit dezelfde elementen, doch de branders 2 zijn vervangen door een brander 16 van het pre-mix type die met tussenkomst van een hitteschild 17 tegen de verbindingsplaat 7 is gemonteerd.

De brander 16 bevat een behuizing 18 met een open zijde waarin een branderrooster 19 is aangebracht.

De behuizing 18 is verder voorzien van een toevoer 20 voor een voorgemengd brandbaar gasmengsel van brandstof en lucht waarvan de mengverhouding zodanig is dat er in het mengsel voldoende lucht aanwezig is om de verbranding volledig of zo goed als volledig te laten verlopen zonder dat hiervoor bijkomende secundaire lucht nodig is.

Het brandstof-lucht mengsel wordt doorheen het branderrooster 19 verspreid naar de ingangen 6 van de primaire kanalen 5 en is hiertoe voorzien van uitgangen 21 tegenover de ingangen 6, waarvan de vorm ongeveer gelijk is aan die van de ingangen, doch iets kleiner. De ingangen 6 en de uitgangen 21 hebben in het weergegeven voorbeeld een langwerpige vorm en definiëren als het ware vlamzones van de brander.

Het branderrooster 19 en het hitteschild 17 hebben in dit geval een vlakke vorm, waarbij de brander 19 zo dicht mogelijk tegen het hitteschild 17 wordt gemonteerd.

Het hitteschild 17 is vervaardigd als een plaat uit hittebestendig materiaal, bijvoorbeeld vuurvaste steen, met een zekere dikte van bijvoorbeeld één tot vijf centimeter, bij voorkeur van twee en een halve centimeter, en is voorzien van doorgangen 22 tegenover elk van de voornoemde ingangen 6 van de primaire kanalen 5 en de uitgangen 21 van het branderrooster 19, waarbij deze doorgangen 22 als het ware dienst doen als afzonderlijke verbrandingskamers.

De omtrek van elke doorgang 22 heeft afmetingen die kleiner zijn dan de afmetingen van de omtrek van tegenoverliggende ingang 6, waarbij de omtrek van de voornoemde doorgangen 22 aan de naar de warmtewisselaar 3 gerichte zijde van het hitteschild 17, eenzelfde, doch een iets kleinere vorm heeft dan de omtrek van de ingangen 6 van de primaire kanalen.

Op deze manier steken de doorgangen 22 met een rand 23 naar binnen ten opzichte van de omtrek van de tegenoverliggende ingangen 6 van de primaire kanalen 5.

Deze naar binnen uitstekende rand 23 bezit bij voorkeur een breedte van minimaal één millimeter, liever nog van minimaal drie millimeter, beter nog van minimaal vijf millimeter.

In het hitteschild 17 is verder, voor elk van de twee buitenste doorgangen 22, een verbinding 24, respectievelijk 25, voorzien tussen de betreffende doorgang 22 en de buitenrand van het hitteschild 17.

In de verbinding 24 is een ontstekingsmechanisme 26 voorzien, bijvoorbeeld een elektrode- of een hete-oppervlak ontsteker, om het brandbaar mengsel te ontsteken bij het opstarten van de verwarming, terwijl in de verbinding 25 een vlambewakingssensor 27, bijvoorbeeld een fotocel of een ionisatiebeveiliging, is aangebracht. Er kan ook gebruik gemaakt worden van een ontstekingsmechanisme gecombineerd met een vlambewakingssensor, in welk geval één enkele verbinding volstaat.

Verder zijn de doorgangen 22 in het hitteschild 17 onderling met elkaar verbonden door overslagkanalen 28 die in het weergegeven voorbeeld zijn uitgevoerd als groeven in de naar de brander 16 gerichte zijde van het hitteschild 17.

Ook tussen de uitgangen 21 van de brander 16 kunnen overslagkanalen 29 voorzien zijn voor het overslaan van de vlam van één vlamzone naar een andere vlamzone.

In het geval de overslagkanalen 28 zijn uitgevoerd in het hitteschild 17, is het alternatief niet ondenkbaar een branderrooster 19 te voorzien met slechts één enkele uitgang 21 die alle doorgangen 22 in het hitteschild bedekt en die tegen het hitteschild 17 wordt gemonteerd. In deze uitvoeringsvorm worden de vlamzones als het ware begrensd door de doorgangen 22 in het hitteschild 17.

De werking van het verwarmingstoestel 15 volgens de uitvinding is zeer eenvoudig en als volgt.

Een voorgemengd mengsel 30 brandstof-lucht wordt in de premix-brander 16 ingevoerd via de toevoer 20 en via de uitgangen 21 verspreid in de vlamzones van de brander 16 die af gebakend worden door de uitgangen 21 in het branderrooster.

Het mengsel 30 wordt ontstoken door middel van het ontstekingsmechanisme 26, waardoor in de vlamzones vlammen 31 ontstaan die zich via de overslagkanalen 28 en/of 29 verspreiden over alle vlamzones en die zich uitstrekken vanaf het branderrooster 19 tot op een korte afstand er voorbij.

De verbranding voltrekt zich volledig over deze korte afstand waarbij een zeer geconcentreerde hittebron ontstaat waarvan de hete gassen doorheen de doorgangen 22 van het hitteschild 17 naar de warmtewisselaar 3 stromen.

Eenmaal de hete gassen voldoende zijn afgekoeld, worden ze door middel van de rookgasventilator 14 afgevoerd via een rookgasafvoerkanaal. De rookgasventilator 14 kan zich in het geval van de uitvinding zowel voor de brander 16 bevinden als na de warmtewisselaar 3.

Door de dikte van het hitteschild 17 vormen de doorgangen 22 als het ware geleidingen die de warmtestralingen 32 afkomstig van de vlamzones van de brander 16 min of meer in de doorstroomrichting van de primaire kanalen kanaliseren, waardoor deze warmtestralingen 32, zoals te zien is in figuur 5, slechts onder een flauwe hoek in contact komen met de wanden van de primaire kanalen 5, zodat deze stralingen 32 hierdoor slechts een beperkte invloed hebben op de verhitting van deze wanden.

Verder ondervindt de stroming van hete gassen een verbreding van de stroomdoorgang bij het ingaan van de primaire kanalen 5, waardoor aan de ingangen 6 de stroomsnelheid en de turbulenties van de stroming afnemen en de wanden van de primaire kanalen 5 op deze plaats minder verhit worden.

Aldus worden de wanden van de primaire kanalen 5 beschermd tegen oververhitting.

De verbindingsplaat 7 en de verbindingen van de ingangen 6 worden door het hitteschild 17 afgedekt, waardoor ook deze elementen beschermd zijn tegen oververhitting.

Het is duidelijk dat de ingangen 6 ook rechtstreeks met elkaar kunnen verbonden zijn zonder tussenkomst van een verbindingsplaat 7. Ook in dit geval zijn deze verbindingen afgeschermd door het hitteschild 17.

Alhoewel in de hierboven beschreven uitvoeringsvorm gebruik wordt gemaakt van een vlakke brander 16 gecombineerd met een vlak hitteschild 17, is het niet uitgesloten gebruik te maken van een brander 16 en hitteschild 17 waarvan één van beide of beide een gebogen vorm hebben. In figuur 6 is bij wijze van voorbeeld een gebogen hitteschild 17 weergegeven.

In dit geval kan de kromtestraal van de brander 16 bijvoorbeeld iets kleiner worden genomen dan de kromtestraal van het hitteschild 17, waardoor noch de brander 16, noch het hitteschild 17 dienen voorzien te zijn van overslagkanalen 28 of 29.

De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch een verwarmingstoestel volgens de uitvinding kan in allerlei vormen en afmetingen worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims (13)

1.- Verwarmingstoestel bevattende een brander (16), een warmtewisselaar (3) bestaande uit een bundel warmtegeleidende elementen (4) die primaire kanalen (5) vormen waar hete rookgassen afkomstig van de brander (16) worden doorheen geleid via ingangen (6) die zich tegenover de brander (16) bevinden en die met elkaar verbonden zijn ter afsluiting van secundaire kanalen (8) die tussen de voornoemde elementen (4) gevormd worden en waar de op te warmen lucht doorheen kan geleid worden, daardoor gekenmerkt dat de brander (16) een premix-brander is die opgesteld is tegenover de ingangen (6) van de primaire kanalen (5) , waarbij de brander (16) voorzien is van een toevoer (20) voor een mengsel (30) brandstof en een voldoende hoeveelheid lucht voor de hoofdzakelijk volledige verbranding van de brandstof en waarbij tussen de brander (16) en de ingangen (6) van de primaire kanalen (5) een hitteschild (17) uit een hittebestendig materiaal aanwezig is met een doorgang (22) tegenover elk van de voornoemde ingangen (6), waarbij de omtrek van elke doorgang (22) afmetingen heeft die kleiner zijn dan de afmetingen van de omtrek van tegenoverliggende ingang (6) en tussen twee of meer doorgangen (22) overslagkanalen (28) zijn voorzien die het overslaan van de vlam (31) van één doorgang (22) naar een andere doorgang (22) mogelijk maken en die zijn uitgevoerd als groeven in de naar de brander (16) gerichte zijde van het hitteschild (17).

2. Verwarmingstoestel volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de omtrek van de voornoemde doorgangen (22) in het hitteschild (17), aan de naar de warmtewisselaar (3) gerichte zijde van het hitteschild (17), eenzelfde, doch een iets kleinere, vorm heeft dan de omtrek van de ingangen (6) van de primaire kanalen (5).

3. Verwarmingstoestel volgens conclusie 2, daardoor gekenmerkt dat de doorgangen (22) met een rand (23) naar binnen uitsteken ten opzichte van de omtrek van de tegenoverliggende ingangen (6) van de primaire kanalen (5) en dat deze naar binnen uitstekende rand (23) een breedte bezit van minimaal één millimeter, liever nog van minimaal drie millimeter, beter nog van minimaal vijf millimeter.

4. Verwarmingstoestel volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de doorgangen (22) in het hitteschild (17) verbrandingskamers vormen.

5. Verwarmingstoestel volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de dikte van het hitteschild (17) gelegen is tussen één en vier centimeter en bij voorkeur twee centimeter dik is.

6. Verwarmingstoestel volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat in het hitteschild (17) minstens één verbinding (24) is voorzien tussen minstens één doorgang (22) en de omgeving, waarbij in deze verbinding (24) een ontstekingsmechanisme (26) is voorzien.

7. Verwarmingstoestel volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat in het hitteschild (17) minstens één verbinding (25) is voorzien tussen minstens één doorgang (22) en de omgeving, waarbij in deze verbinding (25) een vlambewakingssonde (27) is voorzien, eventueel gecombineerd met een ontstekingsmechanisme (26).

8. Verwarmingstoestel volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de brander (16) is voorzien van uitstroomopeningen (21) voor het mengsel brandstof-lucht voor het afbakenen van vlamzones die zich tegenover de doorgangen (22) in het hitteschild (17) bevinden en die afmetingen hebben die iets kleiner zijn dan de afmetingen van de betreffende tegenoverliggende doorgangen (22) .

9. Verwarmingstoestel volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat tussen de vlamzones van de brander (16) overslagkanalen (29) zijn voorzien die het overslaan van de vlam van één vlamzone naar een andere vlamzone mogelijk maken.

10. Verwarmingstoestel volgens conclusie 8 of 9, daardoor gekenmerkt dat de brander (16) en het hitteschild (17) een vlakke vorm bezitten.

11. Verwarmingstoestel volgens één van de conclusies 1 tot 9, daardoor gekenmerkt dat de brander (16) en het hitteschild (17) een gebogen vorm hebben.

12. Verwarmingstoestel volgens conclusie 11, daardoor gekenmerkt dat de kromtestraal van de brander (16) iets kleiner is dan de kromtestraal van het hitteschild (17).

13. Hitteschild uit een hittebestendig materiaal voor toepassing in een verwarmingstoestel (1) volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het hitteschild (17) is voorzien van meerdere doorgangen (22) en dat tussen twee of meer doorgangen (22) overslagkanalen (28) zijn voorzien die het overslaan van de vlam (31) van één doorgang (22) naar een andere doorgang (22) mogelijk maken en die zijn uitgevoerd als groeven in een zijde van het hitteschild (17).