NL2001267C2 - Inrichting voor het verwarmen van vloeistof. - Google Patents

Description

S/2ET57/SB/65.nl

Inrichting voor het verwarmen van vloeistof

De uitvinding betreft een inrichting voor het verwarmen van vloeistof, zoals drinkwater, welke inrichting omvat: - een behuizing met een luchtaanvoer en een 5 rookgasafvoer; - een in de behuizing aangebrachte brander en een brandstofaanvoer voor het verbranden van de brandstof zodat hete rookgassen ontstaan; - een eerste warmtewisselaar voor het met de 10 rookgassen verwarmen van de vloeistof.

Dergelijke inrichtingen zijn alom bekend en worden gewoonlijk aangeduid als geisers. Met een geiser wordt door middel van een brander, zoals een gasbrander of oliebrander, een brandstof verbrand, waardoor hete rookgassen ontstaan 15 waarmee vervolgens een vloeistof, gewoonlijk water, in een warmtewisselaar opgewarmd wordt.

Het zelfde principe wordt eveneens gebruikt bij centrale verwarmings(CV) ketels. Hierbij wordt opgewarmd water door middel van een pomp in een leidingensysteem met 20 radiatoren gepompt om zo de warmte weer af te kunnen geven in de ruimtes van een gebouw.

In de afgelopen decennia zijn er veel verbeteringen aangebracht aan de CV ketel teneinde het rendement hiervan te verbeteren. Één van de verbeteringen is 25 dat de intensiteit van de brander geregeld kan worden. De hete rookgassen stromen vervolgens weer langs een gebruikelijke warmtewisselaar en de rookgassen, die een deel van de warmte hebben afgestaan aan de vloeistof, verlaten vervolgens via een afvoer de CV ketel. In de verbeterde CV 30 ketels wordt de temperatuur van het uitgaande water gemeten 2 en wanneer de temperatuur te hoog wordt, wordt de intensiteit van de brander verlaagd zodat gewaarborgd wordt dat in de warmtewisselaar een zo optimaal mogelijke warmteoverdracht tussen de rookgassen en de vloeistof kan 5 plaatsvinden. Met dergelijke systemen worden aanzienlijke verbeteringen in het rendement verkregen.

Het is verder gebruikelijk om de CV ketel tevens te gebruiken voor tapwaterverwarming. Hiertoe zijn verschillende mogelijkheden. Bijvoorbeeld wordt de vloeistof 10 van het CV systeem geleid door een boiler, waar de verwarmde CV vloeistof het tapwater in een boiler kan verwarmen. Een andere optie is om het warme CV water door een secundaire warmtewisselaar te laten stromen waardoorheen tevens tapwater stroomt en zo opwarmt.

15 Het nadeel van een gecombineerde ketel ofwel combiketel, die zowel geschikt is voor het verwarmen van CV vloeistof als voor het verwarmen van tapwater is dat de vereisten voor optimaal gebruik verschillen. Zo is het voldoende om het CV water op temperatuur van bijvoorbeeld 20 30° te brengen teneinde ruimtes efficiënt te verwarmen.

Daarentegen is het noodzakelijk dat het tapwater tot tenminste 65°C verhit wordt, onder andere om legionella ontwikkeling in het leidingsysteem tegen te gaan.

Bij de gebruikelijke combiketels is het rendement 25 van de ketel bij verwarming van tapwater dan ook aanzienlijk lager doordat de temperatuur van het tapwater aanzienlijk hoger dient te zijn.

Het is nu dan ook een doel van de uitvinding om het rendement van een dergelijke inrichting voor met name 30 tapwater verwarming te verbeteren.

Dit doel wordt bereikt met een inrichting volgens de aanhef, die gekenmerkt wordt doordat in de rookgasafvoer een tweede warmtewisselaar is aangebracht voor het met de restwarmte van de rookgassen voorverwarmen van de vloeistof.

3

Wanneer de inrichting tapwater verwarmt, verdwijnt veel warmte via de rookgasafvoer, waardoor het rendement van een dergelijke inrichting relatief laag is. Door nu een tweede warmtewisselaar aan te brengen in de rookgasafvoer 5 kan het rendement verhoogd worden. De warmte, die gewoonlijk afgevoerd wordt via de rookgasafvoer wordt nu voor een deel gebruikt om het tapwater alvast voor te verwarmen. Dit voorverwarmde water kan dan vervolgens in de eerste warmtewisselaar verder verhit worden. Dit verhoogt het 10 rendement van de verwarming van de vloeistof.

Bij een geiser is het gebruikelijk dat de eerste warmtewisselaar in de behuizing is aangebracht. Bij een combiketel is het gebruikelijk, dat het tapwater indirect verwarmd wordt. Dit wil zeggen, dat met de rookgassen eerst 15 een circulatievloeistof verwarmd wordt, die onder andere gebruikt wordt om de warmte naar radiatoren in ruimtes te transporteren. Voor het verwarmen van tapwater wordt deze circulatievloeistof naar een secundaire warmtewisselaar getransporteerd alwaar het voorverwarmde water verhit wordt 20 tot de gewenste temperatuur.

In een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding omvat de tweede warmtewisselaar een rookgaskanaal verbonden met de rookgasafvoer en een met het rookgaskanaal in warmtewisselend contact staand vloeistof 25 kanaal. De rookgassen, die de eerste warmtewisselaar zijn gepasseerd en daar een deel van de warmte hebben afgestaan, worden vervolgens via de rookgasafvoer afgevoerd. Deze rookgassen komen dan in deze uitvoeringsvorm in het rookgaskanaal van de tweede warmtewisselaar, al waar de 30 restwarmte verder afgestaan kan worden aan de vloeistof in het vloeistofkanaal.

In een zeer geprefereerde uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding passeren de rookgassen uit de rookgasafvoer in zwaartekrachtrichting het rookgaskanaal 4 van de tweede warmtewisselaar. Bij de uitwisseling van verdere warmte in de tweede warmtewisselaar zal de temperatuur van de rookgassen dalen, waardoor condensatie kan optreden. Dit condens zal op de wanden van het 5 rookgaskanaal van de tweede warmtewisselaar neerslaan. Door nu de rookgassen in zwaartekrachtrichting het rookgaskanaal te laten passeren wordt hiermee de condens uit de tweede warmtewisselaar geblazen in de richting van de zwaartekracht alwaar het vervolgens opgevangen kan worden. Wanneer de 10 rookgassen in tegengestelde richting zouden gaan, dan werkt de zwaartekracht in tegengestelde richting waardoor de condens moeilijker uit de tweede warmtewisselaar zal stromen.

Bij voorkeur is tussen de ingang van het 15 rookgaskanaal en de uitgang van het rookgaskanaal een sifon aangebracht voor afvoer van condens via de rookgasafvoer.

Een sifon is hierbij gewenst vanwege het druk verschil van de rookgassen in de rookgasafvoer voor en na de tweede warmtewisselaar. De sifon zorgt voor een afsluiting, zodat 20 er geen bypass ontstaat voor de rookgassen, maar het condens wel teruggevoerd kan worden in het eerste deel van de rookgasafvoer om daar samen met andere condens gezamenlijk afgevoerd te worden.

In een andere uitvoeringsvorm van de inrichting 25 volgens de uitvinding staan het rookgaskanaal en het vloeistofkanaal van de tweede warmtewisselaar in hoofdzaak haaks op elkaar. Een dergelijke warmtewisselaar wordt een cross flow warmtewisselaar genoemd. Een voordeel van een dergelijke cross flow warmtewisselaar is dat een optimale 30 warmteoverdracht tussen rookgassen en vloeistof verkregen wordt. Bij bijvoorbeeld een tegenstroom warmtewisselaar kan het voorkomen dat vloeistof aan de buitenzijden door de warmtewisselaar stroomt terwijl de rookgassen, door stromingsvariaties, voornamelijk door het centrale deel van 5 de warmtewisselaar loopt. Hierdoor kan er minder optimale warmteoverdracht tussen de rookgassen en de vloeistof optreden.

In een andere voorkeursuitvoeringsvorm van de 5 inrichting volgens de uitvinding is de tweede warmtewisselaar in een warmtewisselaarbehuizing aangebracht en vormt de warmtewisselaarbehuizing het rookgaskanaal. Daarbij is geprefereerd dat de warmtewisselaarbehuizing van kunststof is en bij voorkeur vervaardigd is door 10 spuitgieten. Door het gebruik van een warmtewisselaarbehuizing is het voor de productie relatief eenvoudig om de luchtstroom in de gewenste zwaartekrachtrichting te geleiden door het aanbrengen van daartoe strekkende kanalen in de warmtewisselaarbehuizing.

15 Door het spuitgieten wordt verder voor productie een kosteneffectieve oplossing verschaft.

In weer een andere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding omvat de tweede warmtewisselaar een aantal parallelle holle platen, waarbij 20 de vloeistof door de holle platen stroomt en de afgevoerde rookgassen tussen de parallelle holle platen doorgaan. Daarbij heeft het de voorkeur dat op de holle platen ribben zijn aangebracht, die in stromingsrichting van de afgevoerde rookgassen schuin verlopen, teneinde condens naar een zijde 25 van de warmtewisselaar af te voeren. De ribben vormen geleidingen, die de condens naar bijvoorbeeld één zijde van de warmtewisselaar geleiden, zodat de opvang van de condens vereenvoudigd wordt.

In een andere uitvoeringsvorm van de inrichting 30 volgens de uitvinding omvat de tweede warmtewisselaar een hoofdstromingsrichting voor de rookgassen en maakt de hoofdstromingsrichting van de rookgassen in gebruik een hoek kleiner dan 10° met de zwaartekrachtrichting. In deze uitvoeringsvorm heeft de warmtewisselaar, daar waar 6 effectief de warmte uitwisseling plaatsvindt een hoofdstromingsrichting voor de door de warmtewisselaar stromende rookgassen. Door nu deze hoofdstromingsrichting een kleine hoek, bij voorkeur minder dan 10° met de 5 zwaartekrachtrichting te laten maken zal het condens door de rookgassen vanzelf naar één zijde van de warmtewisselaar geblazen worden. Ook dit vereenvoudigt de afvoer van het condens.

Deze en andere kenmerken van de uitvinding worden 10 nader toegelicht aan de hand van de bijgaande tekeningen.

Figuur 1 toont in perspectivisch aanzicht met gedeeltelijk weggesneden delen een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding.

In figuur 2 wordt op schematische en 15 vereenvoudigde wijze de werking van de inrichting volgens figuur 1 getoond.

In figuur 3 wordt in perspectivisch aanzicht en gedeeltelijk weggesneden delen de tweede warmtewisselaar van de inrichting volgens figuur 1 getoond.

20 In figuur 4 wordt op schematische wijze een tweede uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding getoond.

In figuur 5 wordt in dwarsdoorsnede aanzicht een uitvoeringsvorm van de tweede warmtewisselaar getoond.

25 In figuur 1 wordt een inrichting 1 volgens de uitvinding, in het bijzonder een gecombineerde CV ketel getoond. Deze CV ketel 1 heeft een behuizing 2 waarin de inrichting is aangebracht. Op de behuizing 2 is een luchtaanvoer 3 en een rookgasafvoer 4 aangebracht.

30 In figuur 1 is duidelijk dat in de rookgasafvoer 4 een tweede warmtewisselaar 5 is aangebracht, die hierna met betrekking tot figuur 3 in meer detail getoond zal worden.

De warmtewisselaar 5 heeft een aanvoer 6 voor vloeistof en een afvoer 7 voor deze vloeistof.

7

In figuur 2 is op een vereenvoudigde en schematische wijze de werking van de inrichting 1 volgens figuur 1 getoond. In figuur 2 is een verbrandingskamer 8 getoond waarin een brander 9 is aangebracht en een 5 warmtewisselaar 10. Via de luchtaanvoer 3 wordt lucht L door middel van een ventilator 11 in de verbrandingskamer 8 gezogen. Deze lucht wordt door de brander 9 gebruikt bij de verbranding van een brandstof, zoals gas of olie, waardoor hete rookgassen ontstaan. De rookgassen stromen vervolgens 10 door de primaire warmtewisselaar 10 en verlaten de verbrandingskamer 8 aan de onderzijde naar een rookgasafvoer 12. In deze rookgasafvoer 12 is een tweede warmtewisselaar 5 aangebracht, die een behuizing 13 heeft met daarin geplaatst een aantal parallelle holle platen 14. De rookgassen ll 15 worden door de behuizing 13 eerst voorbij de holle platen 14 geleid en gaan vervolgens vanaf de bovenzijde langs de platen 14 en komen aan de onderzijde hieruit om vervolgens via de luchtafvoer 4 de inrichting 1 te verlaten.

Via een aansluiting 6 kan vloeistof V in de holle 20 platen gepompt worden en deze vloeistof V kan vervolgens weer via de afvoer 7 de holle platen verlaten. De vloeistof V wordt door de langstromende rookgassen L voorverwarmd, zodat de vloeistof V, voordat deze de warmtewisselaar 10 binnengaat, reeds een verhoogde temperatuur heeft. In de 25 warmtewisselaar 10 wordt vervolgens door de rookgassen L de vloeistof V tot de gewenste temperatuur opgewarmd. De rookgassen L ontstaan door de brander 9.

De tweede warmtewisselaar 5 is in dwarsdoorsnede getoond in figuur 3. Bij voorkeur is de behuizing 13 een 30 spuitgietdeel, dat aan de onderzijde en bovenzijde is voorzien van verbindingsmoffen 15, 16 zodat de tweede warmtewisselaar 5 gemakkelijk in een rookgasafvoer 12 geplaatst kan worden.

8

In de behuizing 13 is een geleidingsschot 17 aangebracht zodat de binnenstromende rookgassen L via een kanaal 18 naar de bovenzijde van de holle platen 14 worden geleid. Vervolgens stromen de rookgassen L vanaf de 5 bovenzijde in zwaartekrachtrichting tussen de holle platen 14 door naar de onderzijde waar de rookgassen L opnieuw door de geleidingsplaat 17 naar een tweede kanaal 19 geleid worden en daar naar de bovenzijde en langs geleidingsplaat 20 tot buiten de warmtewisselaar 5 gebracht worden.

10 De vloeistof V komt aan de zijde van het kanaal 18 bij de holle platen 14 een stroomt vervolgens door de holle platen 14 naar de zijde van het kanaal 19 waar de vloeistof V weer uittreedt. Over dit traject wordt warmte uitgewisseld tussen de rookgassen L, die vanaf de bovenzijde naar de 15 onderzijde stromen tussen de platen door.

In figuur 4 is een tweede uitvoeringsvorm getoond van een inrichting volgens de uitvinding. Deze schematische weergave komt overeen met een inrichting, waarbij zowel tapwater verwarmd kan worden als een vloeistof voor een 20 leidingensysteem met radiatoren.

In figuur 4 is een brander 30 getoond, die via een leiding 31 van gas voorzien wordt. Lucht wordt door een ventilator 32 aangezogen. Het gas wordt met behulp van de lucht verbrand, waardoor hete rookgassen ontstaan. Deze 25 rookgassen worden vervolgens door een warmtewisselaar 33 geleid. De rookgassen L vervolgen hun weg door een rookgasafvoer 34.

In de warmtewisselaar 33 wordt de warmte van de rookgassen uitgewisseld met een vloeistof uit de 30 aanvoerleiding 36. De verwarmde vloeistof treedt vervolgens uit de warmtewisselaar 33 via de leiding 35. De verwarmde vloeistof in leiding 35 kan vervolgens naar een leidingenstelsel via leiding 41 waar de warmte afgestaan kan worden door middel van radiatoren of de verwarmde vloeistof 9 kan via een leiding 42 stromen naar een secundaire warmtewisselaar 43.

De stromingsrichting van de verwarmde vloeistof uit de leiding 35 wordt bepaald door de driewegklep 38.

5 Afhankelijk van de stand van de driewegklep 38 kan vloeistof uit een retourleiding 39 naar een pomp 37 stromen en vervolgens weer in de aanvoerleiding 36 komen dan wel kan de vloeistof uit de secundaire warmtewisselaar 43 uit de leiding 40 naar de pomp 37 en de aanvoerleiding 36 stromen. 10 De retourleiding 39 is een leiding waarmee de vloeistof weer uit het leidingenstelsel met radiatoren teruggevoerd wordt.

In het geval de driewegklep 38 zodanig is ingesteld dat de vloeistofstroom loopt via de leiding 35, 42, 40, pomp 37 en aanvoerleiding 36 kan de opgewarmde 15 vloeistof warmte uitwisselen in de secundaire warmtewisselaar 43 met tapwater, dat aangevoerd wordt via leiding 44. Het opgewarmde tapwater stroomt vervolgens naar de symbolische kraan 45.

Het tapwater uit de leiding 44 is afkomstig uit 20 een tweede warmtewisselaar 46 die in het rookgasafvoer 34 is aangebracht. Deze tweede warmtewisselaar 45 wordt gevoed door koud tapwater vanuit de leiding 47. Dit koude tapwater 47 wordt door de restwarmte in de rookgassen L, die de primaire warmtewisselaar 33 verlaat in de tweede 25 warmtewisselaar 46 voorverwarmd, zodat de warmte- uitwisseling in de tweede warmtewisselaar 43 lager kan blijven waardoor het rendement verbeterd kan worden.

In figuur 5 wordt in dwarsdoorsnede aanzicht een uitvoeringsvorm van de tweede warmtewisselaar getoond. Dit 30 is een variant op de uitvoering getoond in figuur 3.

De warmtewisselaar 50 heeft ook hier een behuizing 51 met een geleidingschot 52, zodat een kanaal 53 ontstaat waardoor de rookgassen aan de bovenzijde van de warmtewisselaar 54 gebracht kunnen worden en de rookgassen 10 in neergaande richting de warmtewisselaar 54 kunnen passeren.

Aan de onderzijde zorgt het geleidingschot 52 er eveneens voor dat de rookgassen via het kanaal 55 uit de 5 tweede warmtewisselaar 50 afgevoerd worden.

Zoals eerder beschreven is de richting van de rookgassen tussen platen 54 door in neerwaartse richting zodat condens aan de onderzijde tussen de platen 54 geblazen kan worden. Om dit condens uit de behuizing 51 te 10 verwijderen, is aan de onderzijde een sifon 56 aangebracht waarmee een waterslot gecreëerd wordt. Het condens stroomt via de opening 57 in de sifon en kan via de opening 58 verder via de rookgasafvoer 59 wegstromen. Door het gebruik van een sifon 56 wordt voorkomen dat de rookgassen via de 15 opening 58 en de opening 57 in het kanaal 55 kunnen komen en aldus de tweede warmtewisselaar 50 kunnen passeren zonder daar de restwarmte af te staan.

Claims (10)

1. Inrichting voor het verwarmen van vloeistof, zoals drinkwater, welke inrichting omvat: - een behuizing met een luchtaanvoer en een rookgasafvoer,· - een in de behuizing aangebrachte brander en een 10 brandstofaanvoer voor het verbranden van de brandstof zodat hete rookgassen ontstaan; - een eerste warmtewisselaar voor het met de rookgassen verwarmen van de vloeistof, met het kenmerk, dat 15 in de rookgasafvoer een tweede warmtewisselaar is aangebracht voor het met de restwarmte van de rookgassen voorverwarmen van de vloeistof.

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij de tweede warmtewisselaar een rookgaskanaal verbonden met de 20 rookgasafvoer omvat en een met het rookgaskanaal in warmtewisselend contact staand vloeistofkanaal.

3. Inrichting volgens conclusie 2, waarbij in gebruik de rookgassen uit de rookgasafvoer in zwaartekrachtrichting het rookgaskanaal van de tweede 25 warmtewisselaar passeren.

4. Inrichting volgens conclusie 3, waarbij tussen de ingang van het rookgaskanaal en de uitgang van het rookgaskanaal een sifon is aangebracht voor afvoer van condens via de rookgasafvoer.

5. Inrichting volgens conclusie 2, 3 of 4, waarbij het rookgaskanaal en het vloeistofkanaal van de tweede warmtewisselaar in hoofdzaak haaks op elkaar staan.

6. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies 2-5, waarbij de tweede warmtewisselaar in een warmtewisselaarbehuizing is aangebracht en waarbij de warmtewisselaarbehuizing het rookgaskanaal vormt.

7. Inrichting volgens conclusie 6, waarbij de warmtewisselaarbehuizing van kunststof is en bijvoorkeur 5 vervaardigd door spuitgieten.

8. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de tweede warmtewisselaar een aantal parallelle holle platen omvat, waarbij de vloeistof door de holle platen stroomt en de afgevoerde lucht tussen de 10 parallelle holle platen doorgaat.

9. Inrichting volgens conclusie 8, waarbij op de holle platen ribben zijn aangebracht, die in stromingsrichting van de afgevoerde lucht schuin verlopen, ten einde condens naar een zijde van de warmtewisselaar af 15 te voeren.

10. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de tweede warmtewisselaar een hoofdstromingsrichting omvat voor de lucht en waarbij de hoofdstromingsrichting van de lucht in gebruik een hoek 20 kleiner dan 10° maakt met de zwaartekrachtrichting.