NL7905978A - Gas fired heat exchanger - has element sides alternately indented and fan connected to smoke box outlet - Google Patents

Abstract

The heat-exchanger is enclosed in a casing, being particularly for a gas-fired heating system. It is built up of a number of elements spaced apart and each comprising a pair of walls joined together by their flanged edges and extending between the front and rear of the casing. The elements each form an intermediate chamber connecting a combustion chamber below them with a smoke box above. The two walls (18,19) of the intermediate chamber (24) in each element (9) are alternately inderted from the side (23) over part of the width, and at the indented portions are sealed together. A fan (16) is connected to the smoke box (15) for the combustion gases at the discharge side, so as to maintain a forced draught in each element.

Description

*-¾¾ ** -¾¾ *

BRINK LUCHTVERWARMING B.V., TE STAPHORSTBRINK AIR HEATING B.V., AT STAPHORST

Warmtewisselaar, in het bijzonder voor een met gas gestookte verwarmings-inrichting.Heat exchanger, in particular for a gas-fired heating device.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een verwarmings-inrichting, omvattende een kast met daarin een warmtewisselaar, opgebouwd uit een aantal parallel op afstand van elkaar opgestelde elementen, die ieder bestaan uit een paar wanden, welke via flenzen aan de randen 5 met elkaar zijn verbonden, zich uitstrekken in langsrichting en van de voorzijde naar de achterzijde van de kast, welke elementen aan de onderzijde zijn voorzien van een verbrandingskamer met aan de voorzijde een opening voor een gasbrander,, aan de bovenzijde een verzamelruimte voor de verbrandingsgassen, en een tussenkamer, die de verbrandingsruimte 10 verbindt met de verzamelruimte.The present invention relates to a heating device, comprising a box containing a heat exchanger, built up of a number of elements arranged parallel to each other, each consisting of a pair of walls, which are connected to each other via flanges on the edges 5. extending in the longitudinal direction and from the front to the rear of the cabinet, which elements are provided at the bottom with a combustion chamber with an opening for a gas burner at the front, a collection space for the combustion gases at the top, and an intermediate chamber, connecting the combustion space 10 to the collection space.

Een soortgelijke, met gas gestookte verwarmingsinrichting is bekend uit het Nederlandse octrooischrift 124.559. Bij deze bekende verwarmingsinrichting stroomt de te verwarmen lucht van beneden naar boven tussen de warmtewisselelementen door. Bij deze bekende verwarmings-15 inrichting zijn de wanden van de tussenkamer van de warmtewisselelementen over de gehele lengte of hoogte op afstand van elkaar opgesteld, waarbij de wanden in bovenwaartse richting convergeren. De wanden van de tussenkamer zijn C-vormig in zijdelingse richting uitgebogen, waardoor deze bij temperatuursveranderingen vrij kunnen bewegen ten opzichte van het 20 vertikale middenvlak door de verbrandingskamer en de verzamelruimte, zodat ongewenste materiaalspanningen door de dikwijls optredende expansies en contracties kunnen worden vermeden. Ook wordt dankzij de C-vormige gedaante van de warmtewisselelementen de in opwaartse richting stromende lucht gedwongen van richting te veranderen, zodat het warmtecontact met 25 de wanden van het warmtewisselelement wordt verbeterd. Bij deze bekende warmtewisselaar, waarbij de brander onder in de warmtewisselelementen of leden is geplaatst, kunnen de verbrandingsgassen, die bij verbranding 790 59 78 2 van het gas ontstaan, vrijwel ongehinderd de warmte wis $Laar weer verlaten. Omdat de afgelegde weg kort is en de opening groot, blijft de stroomsnelheid van de verbrandingsgassen laag.De weerstand tegen de stroming van de verbrandingsgassen is bij de bekende verwarmingsin-5 richting laag, omdat deze verwarmingsinrichting is geconstrueerd voor een schoorsteen met een natuurlijke trek. Deze natuurlijke trek is dusdanig laag, dat een grotere weerstand van de warmtewisselaar tegen de stroming van de verbrandingsgassen problemen zou opleveren voor een volledige verbranding van het gas. Omdat de natuurlijke trek in verband met de 10 weersomstandigheden ook sterk kan variëren, kan een dergelijke ver warmingsinrichting dan ook alleen goed functioneren met gebruikmaking van een zogenaamde trekonderbreker, die standaard in de verwarmingsinrichting is ingebouwd. Een dergelijke trekonderbreker is in feite een open verbinding met de ruimte, waarin de verwarmingsinrichting is opge-15 steld, waardoor continu veel verwarmde binnenlucht uit de ruimte via de trekonderbreker en het daarmee gekoppelde schoorsteenkanaal verloren gaat.A similar gas-fired heating device is known from Dutch Patent Specification 124,559. In this known heating device, the air to be heated flows from bottom to top between the heat exchange elements. In this known heating device, the walls of the intermediate chamber of the heat exchanger elements are arranged at a distance from one another over the entire length or height, the walls converging in the upward direction. The walls of the intermediate chamber are curved C-shaped in the lateral direction, so that with temperature changes they can move freely with respect to the vertical central plane through the combustion chamber and the collection space, so that undesired material stresses due to the frequently occurring expansions and contractions can be avoided. Also, thanks to the C-shaped shape of the heat exchanger elements, the upwardly flowing air is forced to change direction, so that the heat contact with the walls of the heat exchanger element is improved. In this known heat exchanger, in which the burner is placed at the bottom of the heat exchanger elements or limbs, the combustion gases that are formed when the gas is burned can leave the heat almost completely unhindered. Since the distance traveled is short and the opening large, the flow rate of the combustion gases remains low. The resistance to the flow of the combustion gases is low in the known heating device, because this heating device is constructed for a chimney with a natural draft. This natural draft is so low that greater resistance of the heat exchanger to the flow of the combustion gases would create problems for complete combustion of the gas. Because the natural draft can also vary greatly in connection with the weather conditions, such a heating device can therefore only function properly using a so-called draft interrupter, which is built into the heating device as standard. Such a draft interruptor is in fact an open connection with the space in which the heating device is arranged, as a result of which a lot of heated indoor air from the space is continuously lost via the draft interruptor and the associated chimney flue.

De onderhavige uitvinding heeft ten doel, de bezwaren van deze bekende verwarmingsinrichting op te heffen en het rendement van een 20 dergelijke verwarmingsinrichting te verbeteren.The object of the present invention is to eliminate the drawbacks of this known heating device and to improve the efficiency of such a heating device.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt, doordat beide wanden van de tussenkamer van elk warmtewisselelement afwisselend vanaf beide zijranden over een gedeelte van de breedte zijn ingedeukt en over het ingedeukte gedeelte dicht met elkaar zijn verbonden en doordat op 25 de verzamelruimte voor de verbrandingsgassen aan de afvoerzijde een ventilator is aangesloten, die een geforceerde trek in het warmtewisselelement in stand kan houden.This object is achieved according to the invention in that both walls of the intermediate chamber of each heat exchange element are dented alternately from both side edges over a part of the width and are densely connected over the dented part and in that on the collection space for the combustion gases on the a fan is connected on the discharge side, which can maintain a forced draft in the heat exchange element.

Door toepassing van deze maatregelen worden de hete verbrandingsgassen gedwongen, in de tussenkamer van elk warmtewisselelement 30 meerdere malen heen en weer te stromen door een S-vormig kanaal, dat is gevormd door de indeukingen, die zich afwisselend vanaf beide zijranden van het element uitstrekken en eindigen op afstand van de tegenoverstaande zijrand en die in stromingsrichting van de verbrandingsgassen van beneden naar boven op afstand van elkaar zijn aangebracht.By applying these measures, the hot combustion gases are forced to flow back and forth several times in the intermediate chamber of each heat exchanger element 30 through an S-shaped channel formed by the indentations which alternately extend from both side edges of the element and ends which are spaced from the opposite side edge and which are spaced from one another in the flow direction of the combustion gases from the bottom up.

35 Daardoor wordt de afgelegde weg van de verbrandingsgassen enige malen vergroot ten opzichte van die bij de bekende verwarmingsinrichting, waar- 790 5 9 78 + Μ.As a result, the distance traveled by the combustion gases is increased several times compared to that of the known heating device, 790 5 9 78 + Μ.

3 door de verbrandingsgassen hun warmte vollediger kunnen afgeven aan de tussen de elementen van beneden naar boven stromende, te verwarmen lucht.3 by allowing the combustion gases to give off their heat more fully to the air to be heated flowing from bottom to top, between the elements.

Tevens wordt de stroomsnelheid van de verbrandingsgassen verhoogd, terwijl de warmtewisselende oppervlakken en dus de afmetingen van de 5 warmtewisselelementen gelijk blijven. De hogere stroomsnelheid van de verbrandingsgassen heeft een hogere warmteoverdrachtscoëfficiënt tussen de verbrandingsgassen en de wanden van het warmtewisselelement en dus een betere warmteoverdracht tot gevolg. Het verbrandingsrende-ment, dus het nuttig effect van de verwarmingsinrichting, kan daardoor 10 met tenminste 11% worden verbeterd ten opzichte van dat van de bekende verwarmingsinrichting. Deze verhoging van het rendement is afhankelijk van het aantal malen, dat de verbrandingsgassen heen en weer worden geleid en kan indien gewenst nog hoger worden gemaakt. Dit kan echter stuiten op het praktische bezwaar, dat de rookgassen bij verdere af-15 koeling gaan condenseren, hetgeen weer extra voorzieningen vereist.The flow rate of the combustion gases is also increased, while the heat-exchanging surfaces and thus the dimensions of the 5 heat-exchanging elements remain the same. The higher flow rate of the combustion gases results in a higher heat transfer coefficient between the combustion gases and the walls of the heat exchange element and thus a better heat transfer. The combustion efficiency, i.e. the useful effect of the heating device, can thereby be improved by at least 11% compared to that of the known heating device. This increase in efficiency depends on the number of times the combustion gases are passed back and forth and can be made even higher if desired. However, this may run up against the practical drawback that the flue gases condense during further cooling, which in turn requires additional provisions.

De verwarmingsinrichting volgens de uitvinding heeft echter een grote weerstand tegen de stroming van de verbrandingsgassen door de warmtewisselelementen. Hierdoor kan de uit een aantal warmtewissel-elementen bestaande warmtewisselaar alleen worden toegepast met ge-20 bruikmaking van een verbrandingsgasventilator in plaats van de gebruike lijke natuurlijke schoorsteentrek. Dit houdt tevens in, dat de eerder genoemde trekonderbreker in het geheéL niet wordt toegepast. Hiermee wordt het voordeel bereikt, dat de zogenoemde stilstandsverliezen praktisch geheel komen te vervallen. Bij stilstand van de brander 25 draait de verbrandingsgasventilator namelijk niet, zodat door de grote weerstand van de warmtewisselelementen en de verbrandingsventilator, hoegenaamd geen warmte binnenlucht door de schoorsteen naar buiten verloren kan gaan. Bij de berekening van het rendement is het opgenomen electrisch vermogen van de verbrandingsgasventilator (+ 40 Watt) 30 reeds in mindering gebracht.However, the heating device according to the invention has a high resistance to the flow of the combustion gases through the heat exchange elements. Therefore, the heat exchanger consisting of a number of heat exchanger elements can only be used using a combustion gas fan instead of the usual natural chimney draft. This also means that the aforementioned draft interrupter is not used in the entirety. This achieves the advantage that the so-called standstill losses are virtually eliminated. Namely, when the burner 25 is at a standstill, the combustion gas fan does not rotate, so that due to the great resistance of the heat exchanger elements and the combustion fan, no heat at all can be lost through the chimney. In calculating the efficiency, the absorbed electric power of the combustion gas fan (+ 40 Watt) has already been deducted.

Een ander voordeel van het toepassen van een verbrandingsgasventilator is het feit, dat men kan volstaan met een kleinere diameter van het schoorsteenkanaal en een sterk vereenvoudigde schoorsteenconstructie, omdat men niet hoeft te voldoen aan alle zware eisen, die 35 worden gesteld aan een schoorsteenkanaal met natuurlijke trek. Hierdoor kan de schoorsteen aanzienlijk goedkoper worden uitgevoerd.Another advantage of using a flue gas fan is the fact that a smaller chimney flue diameter and a greatly simplified flue construction suffice, because one does not have to meet all the heavy requirements imposed on a flue with natural pull. This allows the chimney to be made considerably cheaper.

790 59 78 4790 59 78 4

Omdat de verbrandingsgasventilator niet continu draait, is het noodzakelijk een electrische brander-ontsteking toe te passen. Dit heeft tevens het voordeel, dat hierdoor ook nog een belangrijke brandstofbesparing optreedt, in vergelijking met de nu algemeen toe-5 gepaste waakvlambrander, die het gehele jaar^brandt. Ook hierdoor wordt het gebruiksrendement van de verwarmingsinrichting verbeterd.Since the combustion gas fan does not run continuously, it is necessary to use an electric burner ignition. This also has the advantage that this also results in significant fuel savings, compared to the now generally used pilot burner, which burns all year round. This also improves the efficiency of use of the heating device.

Bij een voorkeursuitvoeringsvorm van de verwarmingsinrichting volgens de uitvinding zijn de wanden van het in de verzamel-ruimte uitmondende bovenste deel van de tussenkamer voorzien van 10 tenminste één indeuking, die zich uitstrekt tussen twee punten, die op afstand van de zijranden van het warmtewisselelement liggen.In a preferred embodiment of the heating device according to the invention, the walls of the upper part of the intermediate chamber opening into the collecting space are provided with at least one indentation, which extends between two points which are spaced from the side edges of the heat exchange element.

Dit leidt tot een vergroting van het verwarmende oppervlak van de warmtewisselelementen daar ter plaatse.This leads to an increase in the heating surface of the heat exchange elements there on the spot.

Bij een bijzonder doelmatige uitvoeringsvorm van de ver-15 warmingsinrichting, waarbij de wanden van de tussenkamer in zijde-.:.In a particularly efficient embodiment of the heating device, wherein the walls of the intermediate chamber are in side.

lingse richting zijn uitgebogen en de tussenkamers van alle elementen in dezelfde richting zijn gekromd, zijn volgens de uitvinding de wanden van de tussenkamer van elk warmtewisselelement in zijdelingse richting S-vormig uitgebogen aan weerszijden van hét langsmiddenvlak 20 van het element.According to the invention, the walls of the intermediate chamber of each heat exchanger are bent in the lateral direction S-shaped on both sides of the longitudinal central plane of the element, and the intermediate chambers of all elements are curved in the same direction.

Bij deze uitvoeringsvorm van de verwarmingsinrichting volgens de uitvinding wordt de van beneden naar boven tussen de warmtewisselelementen door stromende, te verwarmen lucht gedwongen, door een S-vormig kanaal te stromen, waardoor het contact met de 25 wanden van de warmtewisselelementen wordt verbeterd en een betere warmteoverdracht kan plaatshebben.In this embodiment of the heating device according to the invention, the air flowing from the bottom to the top of the heat exchanger elements is forced to flow through an S-shaped channel, so that the contact with the walls of the heat exchanger elements is improved and better. heat transfer can take place.

De uitvinding zal aan de hand van de tekening met een uitvoeringsvoorbeeld nader worden toegelicht.The invention will be explained in more detail with reference to the drawing with an exemplary embodiment.

Fig. 1 is een perspectivisch aanzicht met weggelaten 30 delen, van een met gas gestookte verwarmingsinrichting volgens de uitvinding, voorzien van een aantal warmtewisselelementen.Fig. 1 is a perspective view with omitted parts of a gas-fired heating device according to the invention, comprising a number of heat exchange elements.

Fig. 2 is een schematisch vooraanzicht van één warmtewissel- 790 5 9 78 5 •element en fig. 3 is een schematisch zijaanzicht van het warmtewisselele-ment volgens fig. 2.Fig. 2 is a schematic front view of one heat exchanger element and FIG. 3 is a schematic side view of the heat exchanger element of FIG. 2.

De verwarmingsinrichting 1 is voorzien van een kast 2, die 5 aan het ondereinde is voorzien van een inlaatopening 3 voor de te ver warmen lucht en aan het boveneinde van een ui tlaatopening 4 voor de verwarmde lucht. Een door een ingebouwde electromotor 5 aangedreven ventilator 6 transporteert de lucht van beneden naar boven door de kast 2.The heating device 1 is provided with a box 2, which at the bottom end is provided with an inlet opening 3 for the air to be heated and at the top end with an outlet opening 4 for the heated air. A fan 6 driven by a built-in electric motor 5 transports the air from bottom to top through the box 2.

10 In de kast 2 is een ruimte 7 aanwezig, waarin de warmtewisse laar 8 volgens de uitvinding is opgesteld. De warmtewisselaar 8 is opgebouwd uit een aantal elementen of leden 9, die volgens de uitvinding, zoals duidelijk uit fig. 3 blijkt, in langsrichting, dus in hoogte-richting van de kast 2 of ruimte 7, S-vormig zijn gekromd. Daarbij b 15 het middelste gedeelte van het element naar weerszijden verplaatst ten opzichte van een vertikaal middenvlak 10, dat het bovenste gedeelte en het onderste gedeelte van het element overlangs middendoor deelt.In the cabinet 2 there is a space 7 in which the heat exchanger 8 according to the invention is arranged. The heat exchanger 8 is built up from a number of elements or members 9, which, according to the invention, as is clear from Fig. 3, are curved in the longitudinal direction, i.e. in the height direction of the cabinet 2 or space 7, in the S-shape. Thereby the middle part of the element b moves to either side with respect to a vertical central surface 10, which divides the upper part and the lower part of the element longitudinally in half.

Aan de onderzijde van elk element 9 is een opening 11 van een verbrandingsruimte of -kamer 12 aangebracht, in welke ruimte een brander 20 13 is gemonteerd. Elk element 9 is aan de bovenzijde voorzien van een opening 14,die uitmondt in een verzamelruimte of -kamer 15 voor de verbrandingsgassen, welke verzamelruimte 15 aan de bovenzijde is aangesloten op een verbrandingsgasventilator 16, die dient om de weerstand tegen de stroming van de verbrandingsgassen van beneden naar boven door 25 de warmtewiselementen 9 te overwinnen. De ventilator 16 stuwt de ver brandingsgassen in een afvoer 17 naar boven.An opening 11 of a combustion space or chamber 12 is provided on the underside of each element 9, in which space a burner 13 is mounted. Each element 9 is provided at the top with an opening 14, which opens into a collection space or chamber 15 for the combustion gases, which collection space 15 is connected at the top to a combustion gas fan 16, which serves to increase the resistance to the flow of the combustion gases. from bottom to top by overcoming the heat-erasing elements 9. The fan 16 pushes the combustion gases upwards in a discharge 17.

Elk warmtewisselelement 9 bestaat uit plaatmetalèn wanden 18 en 19 op afstand van elkaar, die langs de randen 20 t/m 23 naar elkaar toe zijn gebogen en zijn voorzien van een plat randdeel, welke 30 randdelen aan elkaar zijn bevestigd, bijvoorbeeld door lassen of solde ren.Each heat exchange element 9 consists of sheet metal walls 18 and 19 spaced apart, which are bent towards each other along the edges 20 to 23 and are provided with a flat edge part, which edge parts are fixed together, for instance by welding or soldering run.

In elk warmtewisselelement 9 is een ruimte gevormd, die bestaat uit de verbrandingskamer 12,uit een tussenkamer 24 en uit een bovenste rook^gasverzameldeel 25 van de tussenkamer, welk deel 25 uit-35 mondt in de verzamelruimte 15. De wanden 18 en 19 convergeren naar elkaar toe vanaf de verbrandingskamer 12 tot aan het bovenste deel 25 van de 7905078In each heat exchange element 9 a space is formed, which consists of the combustion chamber 12, an intermediate chamber 24 and an upper flue gas collecting part 25 of the intermediate chamber, which part 25 opens into the collecting space 15. The walls 18 and 19 converge towards each other from the combustion chamber 12 to the upper part 25 of the 7905078

Claims (4)

1. Verwarmingsinrichting, omvattende een kast met daarin 790 5 9 78 een warmtewisselaar, opgebouwd uit een aantal parallel op afstand van elkaar opgestelde elementen, die ieder bestaan uit een paar wanden, welke via flenzen aan de randen met elkaar zijn verbonden, zich uitstrekken in langsrichting en van de voorzijde naar de achterzijde van 5 de kast, welke elementen aan de onderzijde zijn voorzien van een verbrandingskamer met aan de voorzijde een opening voor een gasbrander, aan de bovenzijde een verzamelruimte voor de verbrandingsigassen, en een tussenkamer, die de verbrandingsruimte verbindt met de verzamelruimte, met het kenmerk, dat beide wanden (18, 19) van de tussenkamer (24) van 10 elk warmtewisselelement (9) afwisselend vanaf beide zijranden (21, 23) over een gedeelte van de breedte (b) zijn ingedeukt en over het ingedeukte gedeelte (26) dicht met elkaar zijn verbonden en dat op de verzamelruimte (15) voor de verbrandingsgassen aan de afvoerzijde een ventilator (16) is aangesloten, die een geforceerde trek in het warmte-15 wissélelement (9) in stand kan houden.Heating device, comprising a box containing a heat exchanger 790 5 9 78, built up of a number of elements arranged parallel to each other, each consisting of a pair of walls, which are connected to each other via flanges on the edges, extend in longitudinal direction and from the front to the rear of the cabinet, which elements are provided at the bottom with a combustion chamber with an opening for a gas burner at the front, at the top a collection space for the combustion gases, and an intermediate chamber connecting the combustion space. with the collection space, characterized in that both walls (18, 19) of the intermediate chamber (24) of each heat exchange element (9) are dented alternately from both side edges (21, 23) over a part of the width (b) and are densely connected to each other over the indented part (26) and that a fan (16) is connected to the exhaust gas collection space (15) on the discharge side. closed, which can maintain a forced draft in the heat exchanger element (9). 2. Verwarmingsinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de wanden van het in de verzamelruimte (15) uitmondende bovenste deel (25) van de tussenkamer (24) zijn voorzien van tenminste één indeuking (28), die zich uitstreKt tussen twee punten (29), die op af- 20 stand van de zijwanden (21, 23) van het warmtewisselelement (9) liggen.Heating device according to claim 1, characterized in that the walls of the upper part (25) of the intermediate chamber (24) which opens into the collecting space (15) are provided with at least one indentation (28) extending between two points. (29), which are spaced from the side walls (21, 23) of the heat exchanger element (9). 3. Verwarmingsinrichting volgens conclusie 1 of 2, waarbij de wanden van de tussenkamer in zijdelingse richting zijn uitgebogen en de tussenkamers van alle elementen in dezelfde richting zijn gekromd, met het kenmerk, dat de wanden (18, 19) van de tussenkamer (24) 25 van elk warmtewisselelement (9) in zijdelingse richting S-vormig zijn uitgebogen aan weerszijden van het langsmiddenvlak (10) van het element.Heating device according to claim 1 or 2, wherein the walls of the intermediate chamber are bent out in the lateral direction and the intermediate chambers of all elements are curved in the same direction, characterized in that the walls (18, 19) of the intermediate chamber (24) 25 of each heat exchanger element (9) are bent in S-shape in lateral direction on either side of the longitudinal center plane (10) of the element. 4. Verwarmingsinrichting, in hoofdzaak zoals beschreven in de beschrijving en/of weergegeven in de tekening. 79059784. Heating device, substantially as described in the description and / or shown in the drawing. 7905978