NL8802696A - Gasgestookte ketel. - Google Patents

Description

Titel: Gasgestookte ketel

De uitvinding heeft betrekking op een gasgestookte ketel voorzien van een gastoevoer, een ventilator met een aanzuiging voor verbrandingslucht en een afvoer voor gestuwde verbrandingslucht, een gasbrander, een op de gasbrander aansluitende verbrandingskamer, een warmtewisselaar met ten opzichte van elkaar gescheiden doorgangen voor verhit en te verhitten fluïdum, een toe- en afvoer voor het te verhitten fluïdum, en een rookgasafvoer.

Gasgestookte ketels van het bovenbedoelde type zijn in velerlei uitvoeringsvormen en -varianten bekend en worden voor allerlei doeleinden toegepast. Veelal wordt daarbij gebruik gemaakt van een atmosferische bedbrander met op enige afstand daarboven een warmtewisselaar. Het toepassen van een ventilator duidt meestal op een zogenaamde hoogrendementketel (hr-ketel), dat wil zeggen een ketel waarbij de rookgassen zodanig diep worden afgekoeld, dat de natuurlijke schoorsteentrek niet meer voldoende is om op betrouwbare wijze voor afvoer van de rookgassen via de schoorsteen zorg te dragen.

Met de uitvinding wordt beoogd een dergelijke gasgestookte ketel wat betreft constructie te vereenvoudigen en wat betreft omvang te verkleinen.

Het gestelde doel wordt overeenkomstig de uitvinding bij een ketel van de in de aanhef omschreven soort bereikt, als de gastoevoerleiding en de afvoer van de ventilator uitmonden in een gasluchtmengkamer, de gasbrander van het type oppervlaktebrander is en in open verbinding staat met de gasluchtmengkamer, en de warmtewisselaar is samengesteld uit een groot aantal onderling evenwijdig en op afstand van elkaar gelegen platen, die zich loodrecht op de gasluchtmengkamer uitstrekken, en is voorzien van de platen in hoofdzaak loodrecht doorsnijdende doorgangen voor te verhitten fluïdum.

Door deze maatregelen wordt een relatief plaatsbesparende en compacte ketelconstructie verkregen door het toepassen van een brander, die door zijn structuur een optimaal regelmatig over zijn oppervlak verdeelde vlamverdeling en warmteafgifte heeft, te combineren met een warmtewisselaar met daarmee overeenkomende eigenschappen wat betreft de warmteoverdracht, doordat deze ook over een relatief groot oppervlak optimaal regelmatig plaats heeft. Zodoende zijn het oppervlak van de gasbrander en het warmte overdragende oppervlak van de warmtewisselaar optimaal op elkaar } afgestemd met als resultaat een bijzonder compacte, weinig plaats in beslag nemende constructie.

Een verdere uitwerking en verbetering van dit concept is nog te bewerkstelligen, als overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding ' de verbrandingskamer is gevormd door in de, de warmtewisselaar vormende platen aangrenzende en in hoofdzaak in lijn gelegen uitsparingen aan te brengen met uitzondering van althans de buitenste platen, die wel van doorgangen, doch niet van een uitsparing zijn voorzien, en de gasluchtmengkamer door spleten gevormd tussen de onderling evenwijdig en op afstand van elkaar gelegen platen in verbinding staat met de verbrandingskamer.

Door deze maatregelen wordt de brander in de warmtewisselaar geïntegreerd, terwijl bovendien de brander automatisch wordt verkregen bij het samenvoegen van de platen voor het samenstellen van de warmtewisselaar.

Door de middels de ventilator gestuwde toevoer van het gasluchtmengsel en de uitvoering van de brander is het overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding mogelijk, dat in verticale richting gezien de gasluchtmengkamer boven de warmtewisselaar is geplaatst en de rookgasafvoer onder de warmtewisselaar, met andere woorden de ketel is ten opzichte van een gebruikelijke opstelling omgekeerd oftewel de vlammen zijn vanaf het branderoppervlak omlaaggericht. Deze opstelling heeft het voordeel, dat eventuele verontreinigingen die ontstaan, van de brander afvallen, terwijl verder de verbrandingslucht direct kan worden aangezogen uit het veelal warmere bovenste deel van de opstellingsruimte. Het daarbij kiezen van een in de warmtewisselaar geïntegreerde brander heeft nog het verdere voordeel, dat het fluïdum geleid door de doorgangen tussen het branderoppervlak en de gasluchtmengkamer het die doorgangen omgevende deel, dat in verticale richting gezien boven de gasbrander is gelegen, op de juiste temperatuur houdt, dat wil zeggen niet te warm laat worden, terwijl daardoor tevens wordt zora aedraaen voor een oDtimale uitbrandino.

In.geval de ketel zodanig is geconstrueerd, dat deze functioneert als hr-ketel, betekent dit dat de rookgassen worden afgekoeld tot onder de condensatietemperatuur. Het aldus gevormde condensaat bevat aggressieve stoffen, die normaal staal zouden aantasten. Een warmtewisselaar of deel daarvan dat zich in het condensatiegebied bevindt, moet dan ook uit roestvast staal zijn vervaardigd. Dit is overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding als gevolg van de voorgestelde constructie op relatief eenvoudige wijze te verwezenlijken, als alle plaatmetalen delen van de ketel uit roestvast staal zijn vervaardigd. Een omgekeerde opstelling van de ketel als boven bedoeld, heeft daarbij nog het extra voordeel, dat het zich vormende condensaat wegloopt in een richting van de gasbrander af en zodoende niet daarop terug kan druppelen, waarbij het weglopende condensaat is te leiden langs verdere plaatmetalen delen uit roestvast staal.

Het geheel uit roestvast staal vervaardigen van de warmtewisselaar heeft het verdere voordeel, dat uit het circuit direct warm water kan worden afgetapt en dat de ketel geschikt is om bijvoorbeeld zwembadwater rechtstreeks te verwarmen, dat wil zeggen het zwembadwater kan direct door de warmtewisselaar worden geleid en hoeft niet indirect middels een secundaire warmtewisselaar te worden opgewarmd.

Teneinde naast een compacte vorm en constructie de ketel tevens onderhoudsvriendelijk te maken, verdient het overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding de voorkeur, dat de uit platen gevormde warmtewisselaar met ingebouwde verbrandingskamer een blokvorm heeft, waarop een in dwarsafmetingen overeenkomende omgekeerd open doosvormige gasluchtmengkamer is geplaatst, die op zijn beurt weer de ventilator draagt. Alsdan is de ketel als het ware uit modules samen te stellen, die met een uit vlakke en/of omgezette platen bestaand huis zijn te omgeven, waardoor de diverse onderdelen gemakkëlijk bereikbaar en relatief eenvoudig zijn te monteren en demonteren.

In geval de ketel van het hr-type is en er zodoende condensaat wordt gevormd, verdient het overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding de voorkeur, dat vanaf de onderrand van een der buitenste platen van de warmtewisselaar zich in hellend neerwaartse richting een plaat uitstrekt, die een V-vormig aansluitgebied vormt met een zich verticaal vanaf de onderrand van de andere buitenste plaat van de warmtewisselaar uitstrekkende plaat, waarbij in dat V-vormige aansluitgebied een condensaatafvoer is aangebracht. Een dergelijke hellende plaat is tevens toe te passen als geleidingsschot voor de af te voeren rookgassen, waarbij er dan bij voorkeur verder in is voorzien, dat in laatstbedoelde verticale plaat een aansluiting voor een rookgassenpijp is aangebracht.

Teneinde de eerderbedoelde modulevorm van de ketel nog uit te breiden, verdient het overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding de voorkeur, dat de doorgangen voor te verhitten fluïdum rondom de verbrandingskamer aan een zijde van de warmtewisselaar uitmonden in een fluïdumafvoerkamer, waarbij bedoelde doorgangen aan de andere zijde van de warmtewisselaar uitmonden in een fluïdumomkeerkamer, waarin al de zich door de warmtewisselaar uitstrekkende doorgangen uitmonden, waarvan de aan de andere zijde van de warmtewisselaar niet in de fluïdumafvoerkamer uitmondende doorgangen uitmonden in een fluïdumtoevoerkamer. Aldus zijn de fluïdumkamers onder te brengen in huisdelen, die zijdelings tegen de warmtewisselaar zijn te plaatsen.

Onder verwijzing naar een in de tekening weergegeven uitvoeringsvoorbeeld zal de gasgestookte ketel volgens de uitvinding thans nader worden besproken en toegelicht. Daarbij toont de enkele figuur van de tekening in perspectief een gasgestookte ketel volgens de uitvinding.

De weergegeven ketel is voorzien van een ventilator 1 met een inlaat 2 en een uitlaat 3 waarin verder een gasleiding 4 uitmondt. Op zijn beurt mondt de uitlaat 3 uit in een gasluchtmengkamer 5, die de vorm heeft van een omgekeerd open doosvormige bak in de bodem waarvan een doorbreking is aangebracht waarop de uitlaat 3 van de ventilator aansluit.

Op de gasluchtmengkamer 5 sluit een warmtewisselaar 6 aan, die is samengesteld uit een groot aantal platen 7, die zich loodrecht op bedoelde kamer 5 uitstrekken. De platen 7 worden onderling evenwijdig en op korte afstand van elkaar gehouden, zodat tussen twee platen telkens een doorgaande spleet wordt gevormd. Loodrecht op hun plaatvlak wordt het platenpakket doorboord door een groot aantal fluïdumdoorgangen 8. Deze kunnen bestaan uit buizen, doch bij voorkeur worden deze doorgangen gevormd door buisstompvormige doorzettingen met afgeknot conische vorm gevormd uit de platen, waarbij telkens een rij van deze doorzettingen in lijn is gelegen en zodanig is vorm gegeven, dat bij het samenstellen van het platenpakket de achtereenvolgende doorzettingen in elkaar worden geperst tot een continu doorlopende doorgang 8. Verder zijn alle platen, behalve de buitenste twee, voorzien van een uitsparing, waardoor een verbrandingskamer 9 wordt gevormd, waarvan het uit spleten bestaande bovenvlak tevens het branderoppervlak vormt. Een dergelijke uit platen gevormde, gecombineerde brander-warmtewisselaar is uitgebreider omschreven in een gelijktijdig met onderhavige aanvrage door dezelfde aanvrager ingediende aanvrage.

Op de onderzijde van de warmtewisselaar 6 sluit een open doosvormige ruimte 10 aan, waarin een hellende plaat 11 is opgesteld. Deze plaat strekt zich vanaf een onderzijdelangsrand van de warmtewisselaar 6 uit tot aan de tegenovergelegen onderlangsrand van de doosvormige ruimte 10, waar de plaat 11 V-vormig samenkomt met een zijwand van de ruimte 10. In dat V-vormige gebied is een condensaatafvoer 12 aangebracht, terwijl in dezelfde zijwand van de ruimte 10 een doorboring 13 is aangebracht, waaromheen zich een kraag 14 uitstrekt, waarop een niet-weergegeven rookgassenafvoerpijp kan worden aangesloten.

Laatstbedoelde zijwand vindt zijn voortzetting in een buitenste plaat van de warmtewisselaar 6, welke plaat in tegenstelling tot de ernaast gelegen platen niet is voorzien van een uitsparing, en zodoende een begrenzing voor de verbrandingskamer 9 vormt. Eenzelfde plaat is aan de andere zijde van de warmtewisselaar 6 aanwezig. Bedoelde buitenplaten zijn wel voorzien van doorbrekingen corresponderend met de fluïdumdoorgangen 8. Tegen de eerstbedoelde buitenplaat is een aanvoerkamer 15 voor te verhitten fluïdum geplaatst. De kamer heeft de vorm van een open doosvormige bak, die met zijn open zijde de onderste helft van de fluïdumdoorgangen 8 afdekt. In de bodem van de bak is een doorbreking 16 aanwezig, waarop een fluïdumaanvoerleiding is aan te sluiten. Boven de kamer 15 is een soortgelijke kamer 17 aangebracht, die voorzien is van een > doorbreking 18 voor het aansluiten van een fluïdumafvoerleiding. Aan de andere zijde van de warmtewisselaar 6 is een verdere soortgelijk gevormde kamer 19 aanwezig, die evenwel alle doorgangen 8 afdekt en zodoende dienst doet als fluïdumomkeerkamer.

Voor het bedrijven van de bovenbeschreven ketel dient allereerst de ventilator 1 te worden gestart, die in de richting van pijl 20 verbrandingslucht aanzuigt. Na het openen van de gastoevoer wordt in de uitlaat 3 van de ventilator 1 via de leiding 4 volgens pijl 21 gas toegevoegd aan de door de ventilator 1 gestuwde lucht. Gas en lucht komen volgens pijlen 22 en 23 in de gasluchtmengkamer 5 terecht, alwaar het mengsel regelmatig wordt verdeeld over de spleten tussen de platen 1. Het uit de spleten in de verbrandingskamer 9 tredende gasluchtmengsel wordt middels een niet-weergegeven ontstekingsinrichting tot ontbranding gebracht, waarbij een over het gehel oppervlak regelmatig verdeeld bed met omlaaggerichte vlammen wordt verkregen. De aldus gevormde hete rookgassen verlaten de verbrandingskamer 9 aan de andere, dat wil zeggen de onderzijde en treden aldaar de spleten tussen de platen 7 binnen en bewegen zich rondom de fluïdumdoorgangen 8. De aldus gekoelde rookgassen verlaten de warmtewisselaar 6 aan de onderzijde en komen in de ruimte 10 terecht, waar de hellende plaat 11 zorgt voor een ombuigen van de rookgassen in de richting van de doorbreking 13, waarop een niet-weergegeven, op de kraag 14 aansluitende rookgassenpijp aansluit, die de rookgassen in de richting van pijl 24 afvoert.

Het te verhitten fluïdum wordt volgens pijl 25 middels een niet-weergegeven leiding door de doorbreking 16 toegevoerd aan de fluïdumtoevoerkamer 15, die het toegevoerde fluïdum verdeelt over een eerste stel van de doorgangen 8, en wel die', die in die kamer 15 uitmonden. Het door die doorgangen gestuwde fluïdum wordt door de, de doorgangen omspoelende rookgassen opgewarmd en komt bij het verlaten van de doorgangen 8 terecht in de fluïdumomkeerkamer 19, waar het fluïdum volgens pijl 26 wordt omgeleid naar het tweede stel der doorgangen 8, waar een verdere verhitting van het fluïdum plaats heeft. Vanuit laatstbedoelde doorgangen 8 komt het fluïdum terecht in de fluïdumafvoerkamer 17, die het door een doorbreking 18, waarop een niet-weergegeven afvoerleiding aansluit, volgens pijl 27 verlaat.

Tijdens de warmteoverdracht aan het te verhitten fluïdum kunnen de rookgassen dusdanig afgekoeld raken, dat de condensatietemperatuur wordt onderschreden. Het daardoor gevormde condensaat zal langs.de platen 7 omlaag lopen en de ruimte 10 in druppelen en zodoende op de hellende plaat 11 terecht komen. Het condensaat loopt langs de plaat 11 omlaag en verzamelt zich in het onderlangsrand gebied van die plaat, vanwaaruit het via de aftap 12 in de richting van pijl 28 wordt afgevoerd. Opgemerkt zij, dat het condensaat agressieve stoffen bevat, die het toepassen van hoogwaardig materiaal vereisen, bijvoorbeeld roestvast staal. Normaliter kan dit fabrikage-technische problemen met zich brengen. In het onderhavige geval bestaan de betreffende onderdelen alle uit plaatvormige elementen, die zonder bedoelde problemen uit roestvast staal kunnen worden vervaardigd,hetgeen nog het verdere voordeel heeft, dat het doorgevoerde, te verhitten fluïdum direct uit de installatie kan worden afgetapt en bijvoorbeeld als gerecirculeerd, te verwarmen zwembadwater kan worden gebruikt. Deze laatste toepassingsmogelijkheid is mede een gevolg van het feit, dat de bovenomschreven ketel geschikt is om te kunnen werken met relatief zeer lage retourtemperaturen van het te verhitten fluïdum, omdat het vormen van condensaat zonder problemen door de ketel is op te vangen. Tevens maakt dit de ketel bijzonder geschikt om te worden toegepast als verwarmingsbron bij vloerverwarmingsinstallaties.

Het spreekt vanzelf, dat er binnen het kader van de uitvinding vele wijzigingen en varianten mogelijk zijn. Het gegeven uitvoeringsvoorbeeld betreft een de bijzondere voorkeur verdienende uitvoeringsvorm. Daarnaast kan ook gebruik worden gemaakt van een gebruikelijke oppervlaktebrander met een daarop onder vorming van een verbrandingskamer aansluitende uit platen zonder uitsparingen, doch wel met doorgangen, gevormde warmtewisselaar. Wordt geen condensaat verwacht, of voor het oprsrgen daarvan andere maatregelen getroffen, dan kan de ketel ook omgekeerd ten opzichte van het gegeven uitvoeringsvoorbeeld woren opgesteld, dat wil zeggen in de meer gebruikelijke opstelling, waarbij de warmtewisselaar zich in verticale richting gezien boven de gasbrander bevindt.

Claims (8)

1. Gasgestookte ketel voorzien van een gastoevoerleiding, een ventilator met een aanzuiging voor verbrandingslucht en een afvoer voor gestuwde verbrandingslucht, een gasbrander, een verbrandingskamer, een warmtewisselaar met ten opzichte van elkaar gescheiden doorgangen voor verhit en te verhitten fluïdum, een toe- en afvoer voor het te verhitten fluïdum, en een rookgasafvoer, met het kenmerk, dat de gastoevoerleiding en de afvoer van de ventilator uitmonden in een gasluchtmengkamer, de gasbrander van het type oppervlaktebrander is en in open verbinding staat met de gasluchtmengkamer, en de warmtewisselaar is samengesteld uit een groot aantal onderling evenwijdig en op afstand van elkaar gelegen platen,'die zich loodrecht op de gasluchtmengkamer uitstrekken, en is voorzien van de platen in hoofdzaak loodrecht doorsnijdende doorgangen voor te verhitten fluïdum.

2. Ketel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de verbrandingskamer is gevormd door in de, de warmtewisselaar vormende platen aangrenzende en in hoofdzaak in lijn gelegen uitsparingen aan te brengen met uitzondering van althans de buitenste platen, die wel van doorgangen, doch niet van een uitsparing zijn voorzien, en de gasluchtmengkamer door spleten gevormd tussen de onderling evenwijdig en op afstand van elkaar gelegen platen in verbinding staat met de verbrandingskamer.

3. Ketel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat in verticale richting gezien de gasluchtmengkamer boven de warmtewisselaar is geplaatst en de rookgasafvoer onder de warmtewisselaar.

4. Ketel volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat alle plaatmetalen delen van de ketel uit roestvast staal zijn vervaardigd.

5. Ketel volgens een der conclusies 2-4, met het kenmerk, dat de uit platen gevormde warmtewisselaar met ingebouwde verbrandingskamer een blokvorm heeft, waarop een in dwarsafmetingen overeenkomende omgekeerd open doosvormige gasluchtmengkamer is geplaatst, die op zijn beurt weer de ventilator draagt.

6. Ketel volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat vanaf de onderrand van een der buitenste platen van de warmtewisselaar zich in hellend neerwaartse richting een plaat uitstrekt, die een V-vormig aansluitgebied vormt met een zich verticaal vanaf de onderrand van de andere buitenste plaat van de warmtewisselaar uitstrekkende plaat, waarbij in dat V-vormige aansluitgebied een condensaatafvoer is aangebracht.

7. Ketel volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat in laatstbedoelde verticale plaat een aansluiting voor een rookgassenpijp is aangebracht.

8. Ketel volgens een der voorgaande conclusies 2-7, met het kenmerk, dat de doorgangen voor te verhitten fluïdum rondom de verbrandingskamer aan een zijde van de warmtewisselaar uitmonden in een fluïdumafvoerkamer, waarbij bedoelde doorgangen aan de andere zijde van de warmtewisselaar uitmonden in een fluïdumomkeerkamer, waarin al de zich door de warmtewisselaar uitstrekkende doorgangen uitmonden, waarvan de aan de andere zijde van de warmtewisselaar niet in de fluïdumafvoerkamer.uitmondende doorgangen uitmonden in een fluïdumtoevoerkamer.