NL1001374C2 - Warmtewisselaar voor combiketel met centrale verbrandingsruimte. - Google Patents

Description

Titel: Warmtewisselaar voor combiketel met centrale verbrandingsruimte.

De uitvinding heeft betrekking op een warmtewisselaar volgens de aanhef van conclusie 1. Een dergelijke warmtewisselaar is bekend uit de Nederlandse octrooiaanvrage 90.00511.

5 Deze bekende warmtewisselaar omvat een voorraadvat voor water voor gebruik in een ruimteverwarmingscircuit. In dit voorraadvat is een verbrandingsruimte met een daarop aansluitend U-vormig rookgas-afvoerkanaal gedompeld, alsmede een tapspiraal voor sanitairwater. Bij deze bekende warmte-10 wisselaar wordt het water in het voorraadvat verhit met behulp van een brander in de verbrandingsruimte, door warmte-uitwisseling met de hete rookgassen die door het rookgasafvoerkanaal stromen. Bij een warmtevraag voor sanitairwater wordt relatief koud water vanuit een aanvoerleiding in de 15 tapspiraal geleid en daarin verwarmd door warmte-uitwisseling met het verwarmde water in het voorraadvat.

Deze bekende warmtewisselaar heeft het nadeel dat tijdens gebruik een relatief grote hoeveelheid water in het voorraadvat op temperatuur moet worden gebracht en worden 20 gehouden teneinde aan een warmtevraag voor sanitairwater te kunnen voldoen. Bovendien wordt slechts voor verwarming van het sanitairwater gezorgd door uitwisseling van warmte met het water in het voorraadvat. De bekende warmtewisselaar heeft mede daardoor tijdens gebruik een relatief lange comforttijd. 25 Dat wil zeggen dat het relatief lang duurt alvorens aan een warmtevraag voor sanitairwater kan worden voldaan, met name wanneer de temperatuur van het water in het voorraadvat relatief laag is. Een dergelijke situatie kan bijvoorbeeld optreden wanneer gedurende enige tijd geen warmtevraag voor 30 ruimteverwarming bestaat.

De uitvinding beoogt een warmtewisselelement van de bovengenoemde soort, waarbij de genoemde nadelen daarvan zijn vermeden, met behoud van de voordelen. Daartoe wordt het 10 0 1 3 7 4 2 warmtewisselelement volgens de uitvinding gekenmerkt door de maatregelen volgens het kenmerkende deel van conclusie 1.

Tijdens gebruik van het warmtewisselelement wordt bij warmtevraag voor sanitairwater door een brander in de brander-5 ruimte gegenereerde warmte direct door de schotten overgedragen aan het water in de tweede verwarmingsruimte. Dit heeft als voordeel dat niet slechts de warmte van het water in de eerste verwarmingsruimte kan dienen voor verwarming van water in de tweede verwarmingsruimte. Het is dan ook niet 10 noodzakelijk water met behulp van een pomp in de eerste verwarmingsruimte rond te pompen, waardoor energetisch voordeel wordt bereikt. Bovendien wordt daardoor de comforttijd van een met een dergelijke warmtewisselaar uitgeruste combi-ketel aanmerkelijk vergroot. Een verder voordeel van een 15 warmtewisselaar volgens de uitvinding is dat de eerste verwarmingsruimte in hoofdzaak is opgesloten tussen de branderruimte en de tweede verwarmingsruimte. Daardoor wordt de temperatuur van het water in de eerste verwarmingsruimte beter vastgehouden, hetgeen energetisch voordelig is.

20 In een voordelige uitvoeringsvorm wordt het warmte wisselelement volgens de uitvinding gekenmerkt door de maatregelen volgens conclusie 2. Doordat de eerste verwarmingsruimte zich geheel rond de branderruimte uitstrekt wordt voor een optimale warmte-uitwisseling gezorgd tussen het water in 25 de eerste verwarmingsruimte en in de branderruimte en het rookgaskanaal aanwezige verhitte rookgassen. Bovendien'bestaat bij een dergelijk warmtewisselelement een optimaal contactvlak tussen de eerste en tweede verwarmingsruimte. Een verder voordeel is dat een dergelijke uitvoeringsvorm van het warmte-30 wisselelement bijzonder compact en eenvoudig te vervaardigen is.

Verdere voordelige uitvoeringsvormen van een warmtewisselaar volgens de uitvinding zijn beschreven in de volg-conclusies.

35 De uitvinding heeft voorts betrekking op een combi- ketel voorzien van een warmtewisselaar volgens de uitvinding.

'10 0 1 3 7 4 3

Ter verduidelijking van de uitvinding zal een uitvoeringsvoorbeeld van een warmtewisselaar, onder verwijzing naar de tekening, worden beschreven. Daarin toont: fig. 1 een lengtedoorsnede van de warmtewisselaar 5 volgens de lijn I-I in fig. 3; fig. 2 een lengtedoorsnede van de warmtewisselaar volgens de lijn II-II in fig. 3; fig. 2A een lengtedoorsnede van de warmtewisselaar volgens de lijn II-II in fig. 3 in een alternatieve uit-10 voeringsvorm; fig. 3 een dwarsdoorsnede van de warmtewisselaar volgens de lijn III-III in fig. 1; fig. 4 een dwarsdoorsnede van de warmtewisselaar volgens de lijn IV-IV in fig, 1; en 15 fig. 4A een dwarsdoorsnede van de warmtewisselaar volgens de lijn IV-IV in fig. 1 in een alternatieve uitvoeringsvorm; fig. 5 een schematische weergave van een verwarmings-inrichting, voorzien van een combiketel volgens de uitvinding; 20 fig. 6 een schematische weergave van een verwarmings- inrichting, voorzien van een combiketel volgens de uitvinding in een alternatieve uitvoeringsvorm.

De warmtewisselaar 1 volgens de uitvinding omvat een in hoofdzaak buisvormige, bij voorkeur in hoofdzaak 25 cilindrische kern die een branderruimte 2 omvat die aan een eerste zijde aansluit op een warmte-uitwisselingsgebied 3. Aan het tegenoverliggende einde, bij voorkeur de onderzijde, is een opening opgenomen voor het in de branderruimte voeren van een brander B (fig. 5). Deze brander is bij voorkeur van het 30 pre-mix type. Het warmte-uitwisselingsgebied 3 sluit aan de van de branderruimte 2 afgekeerde zijde aan op een rookgasafvoer 4. In een zijwand van de branderruimte 2 is een opening 5 aangebracht voor het doorvoeren van bijvoorbeeld leidingen van en naar de brander. In fig. 2 en 2A zijn 35 alternatieve posities weergegeven voor de aansluitopening 5.

Verschillende delen van de warmtewisselaar, in het bijzonder in het warmte-uitwisselgebied 3, kunnen 1001374 4 uitwisselbaar zijn uitgevoerd. Zo kunnen de nog te bespreken nokken 11 op een wisselplaat zijn aangebracht.

De branderruimte 2 en het warmte-uitwisselingsgebied 3 zijn mantelvormig omgeven door een eerste verwarmingsruimte 6.

5 In de in fig. 5 weergegeven uitvoeringsvorm is de eerste verwarmingsruimte 6 geschikt voor de verwarming van water voor gebruik in een ruimteverwarmingscircuit CV, bijvoorbeeld centrale verwarming of vloerverwarming. Voor aansluiting daarvan zijn aan- en afvoerstompen 7, 7' opgenomen nabij de 10 boven- en/of onderzijde van de warmtewisselaar 1. De eerste verwarmingsruimte 6 is mantelvormig omgeven door een tweede verwarmingsruimte 8. In de in fig. 5 weergegeven uitvoeringsvorm van een verwarmingsinrichting is de tweede verwarmingsruimte 8 geschikt voor de verwarming van sanitairwater. Voor 15 aansluiting op een sanitairwatercircuit SC zijn aan- en afvoerstompen 9, 9' voorzien nabij de boven- en/of onderzijde van de warmtewisselaar 1. In de in fig. 6 weergegeven uitvoeringsvorm is de eerste verwarmingsruimte 6 ingericht voor sanitairwaterverwarming, de tweede verwarmingsruimte 8 20 voor CV-waterverwarming.

Het warmte-uitwisselingsgebied 3 heeft een in hoofdzaak vierkante of althans rechthoekige doorsnede, waarbij zich vanaf twee tegenoverliggende wanden 10 een aantal rijen en kolommen nokken 11 uitstrekken. De rijen en/of kolommen 25 nokken 11 zijn ten opzichte van elkaar steeds zodanig verzet dat tussen de nokken 11 een aantal meandervormige of zigzag verlopende rookgasdoorgangen is gevormd. De aan weerszijden aangebrachte nokken 11 raken elkaar althans nagenoeg nabij het midden van het warmte-uitwisselingsgebied 3. Vanaf de van de 30 nokken 11 afgekeerde zijde van elke wand 10 strekt zich een aantal schotten 12 uit, door de eerste verwarmingsruimte 6 tot in de tweede verwarmingsruimte 8. De schotten 12 strekken zich parallel aan elkaar uit van nabij het ondereinde 13 van de verwarmingsruimten 6, 8 tot nabij het boveneinde 14 daarvan, 35 In de eerste 6 en tweede verwarmingsruimte 8 kan water de schotten 12 ten minste langs de onderzijde 13' en de bovenzijde 14' passeren, waardoor stroming van water door de 1001374 5 respectieve verwarmingsruimten mogelijk is. De schotten 12 strekken zich althans gedeeltelijk uit tot in de brander-ruimte 2.

Ongeveer haaks op de schotten strekt zich een 5 scheidingswand 15 uit vanaf de branderruimte 2 en het warmte-uitwisselingsgebied 3 door de eerste 6 en tweede verwarmings-ruimte 8 tot aan de buitenwand 16 van de warmtewisselaar. De scheidingswand 15 strekt zich aan weerszijden uit, ongeveer midden tussen de wanden 10 vanaf nabij het ondereinde 13 tot 10 nabij het boveneinde 14 van de eerste 6 en tweede verwarmings-ruimte 8, zodat water in de respectieve verwarmingsruimten 6, 8 ook de scheidingswand kan passeren. In de tweede verwarmingsruimte 8 strekt zich aan weerszijden van de kern aan weerszijden van de scheidingswand 15 een rib 17 uit, 15 ongeveer evenwijdig aan de schotten 12, midden tussen de buitenwand 16 en de tussenwand 18 tussen de eerste 6 en tweede verwarmingsruimte 8. De schotten 12 en ribben 17 hebben alle een dikte die althans in hoofdzaak overeenkomt met de dikte van de verschillende wanden 15, 16, 18.

20 De warmtewisselaar kan in één stuk zijn vervaardigd, bijvoorbeeld door gieten uit aluminium of een aluminium-legering of een vergelijkbaar, warmtetechnisch geschikt materiaal, maar de warmtewisselaar kan bijvoorbeeld ook uit twee identieke helften zijn vervaardigd. Daarbij kan een deel-25 vlak zijn gelegen in het midden van de scheidingswand 15.

Een warmtewisselaar 1 volgens de uitvinding kan in een combiketel in een ruimteverwarmingscircuit CV en sanitair-watercircuit SC als volgt worden gebruikt.

Na aansluiting van de verschillende circuits op de 30 daartoe bestemde aansluitstompen 7, 7', 9, 9' en aansluiting van de brander en het rookgasafvoerkanaal kan de brander worden ontstoken voor verwarming van water in ten minste de eerste verwarmingsruimte 6. Daartoe treedt warmte-uitwisseling op tussen de verhitte rookgassen en ten minste de nokken 11, 35 de wanden van het warmte-uitwisselingsgebied 3 en de zich in de branderruimte 2 uitstrekkende delen 12' van de schotten 12. In de eerste verwarmingsruimte is een eerste thermostaat 19 1001374 6 opgenomen die de temperatuur van het water in de eerste verwarmingsruimte 6 onder of op een ingestelde temperatuur regelt. Deze eerste thermostaat is bij voorkeur van het maximaal-thermostaat type en is aansluitbaar op bijvoorbeeld 5 een buitentemperatuur-regeling.

In de tweede verwarmingsruimte 8 wordt in de in fig. 5 getoonde uitvoeringsvorm water voor gebruik in een sanitair-watercircuit SC verwarmd en bij voorkeur op een constante temperatuur gehouden met behulp van een tweede thermostaat 20 10 en een temperatuurregeling 21. Daarbij wordt warmte via de tussenwand 18 van het water in de eerste verwarmingsruimte 6 overgedragen aan het water in de tweede verwarmingsruimte 8, maar dit is over het algemeen niet voldoende om aan een grote warmtebehoefte voor sanitairwater te kunnen voldoen wanneer 15 bijvoorbeeld één of meer warm-waterkranen in het sanitair- watercircuit SC worden opengedraaid. Met name niet wanneer het water in de eerste verwarmingsruimte 6 stil staat doordat de pomp 23 in het ruimteverwarmingscircuit CV is uitgeschakeld omdat daarin geen warmtebehoefte is geconstateerd. In fig. 5 20 is schematisch een ruimteverwarmingscircuit CV weergegeven aan de rechterzijde van de combiketel, waarin één radiator 24 en een pomp 23 zijn opgenomen. Ter linkerzijde is schematisch een sanitairwatercircuit SC weergegeven, met daarin opgenomen een aanvoerleiding 25 voor koud water, een debietbegrenzer 22 en 25 een kraan 26. In een dergelijk geval, waarbij een grote hoeveelheid warmte noodzakelijk is om te voldoen aan de bestaande warmtebehoefte voor het sanitairwatercircuit SC wordt bij de combiketel volgens de uitvinding de brander ingeschakeld met behulp van de temperatuurregeling 21, waarbij 30 de warmte van de rookgassen in hoofdzaak direct door geleiding via de schotten 12 en de scheidingwand 15 en ribben 17 wordt overgedragen aan het water in de tweede verwarmingsruimte 8. Daardoor kan zeer snel een grote hoeveelheid warmte aan de tweede verwarmingsruimte 8 worden toegevoerd, zodat constant 35 een groot debiet warm water kan worden onttrokken aan de tweede verwarmingsruimte 8 terwijl de combiketel een zeer korte comforttijd kent omdat steeds een voorraad verwarmd 1001374 7 water is opgeslagen in de tweede verwarmingsruimte 8. Doordat de schotten 12 op afstand van de buitenwand 16 eindigen wordt verhinderd dat warmte direct vanuit de schotten 12 naar de buitenwand 16 wordt afgegeven. Doordat de schotten en de 5 scheidingswand 15 met ribben 17 bovendien op afstand van het ondereinde 13 en boveneinde 14 van de verwarmingsruimten 6, 8 eindigen wordt ook aan de boven- en onderzijde dit voordeel bereikt.

Door opname van een debietbegrenzer 22 in het 10 sanitairwatercircuit SC die bijvoorbeeld is gekoppeld aan de temperatuurregeling en afhankelijk is van de capaciteit van de combiketel kan de maximaal af te nemen hoeveelheid verwarmd water op eenvoudige wijze worden afgestemd op de voor de verwarming van water in de tweede verwarmingsruimte 8 15 beschikbare capaciteit. Dit zou bijvoorbeeld kunnen betekenen dat tijdens een warmtevraag voor het ruimteverwarmingscircuit CV minder capaciteit beschikbaar is voor verwarming van sanitairwater in de tweede verwarmingsruimte 8, zodat de debietbegrenzer 22 op een lager debiet wordt ingesteld dan bij 20 afwezigheid van een warmtevraag voor het ruimteverwarmingscircuit CV.

Bij de in fig. 6 getoonde uitvoeringsvorm geldt uiteraard dat het sanitairwater in de eerste verwarmingsruimte wordt verwarmd en dat de daarvoor bestemde thermostaat zich 25 derhalve in de eerste verwarmingsruimte 6 bevindt. Dit kan de thermostaat 19 zijn of een extra aan te brengen thermostaat.

In deze uitvoeringsvorm functioneert de tweede thermostaat 22 als meet- en regelelement voor de temperatuurregeling van de watertemperatuur voor het CV-circuit.

30 In de getoonde uitvoeringsvoorbeelden zijn de schotten 12 en de ribben 17 evenwijdig aan elkaar geplaatst maar het is ook mogelijk de schotten 12 onderling een hoek te laten insluiten. Zo kunnen de schotten 12 bijvoorbeeld in radiale richting worden geplaatst, waardoor de tussenruimte 35 tussen de schotten 12 in de richting van de buitenwand 16 toeneemt. Deze opstelling kan een gunstig stromingspatroon van het water tussen de schotten tot gevolg hebben. Evenwijdige 1001374 8 schotten kunnen met name in de branderruimte 2 het voordeel hebben dat deze uitvoeringsvorm eenvoudig te vervaardigen is. Overigens kunnen de schotten en/of ribben uiteraard ook andersvormig zijn uitgevoerd, bijvoorbeeld gebogen of gehoekt 5 en kunnen bijvoorbeeld een geribbeld of golvend oppervlak hebben.

Doordat de warmtewisselaar cilindrisch is uitgevoerd wordt een compacte, eenvoudig te vervaardigen warmtewisselaar verkregen met een relatief grote inhoud. Bij wijze van 10 voorbeeld wordt een aantal afmetingen en instellingen gegeven welke echter slechts als voorbeeld en geenszins beperkend begrepen dienen te worden. De warmtewisselaar heeft in de getoonde uitvoeringsvorm bijvoorbeeld een totale doorsnede van 250 mm en een totale hoogte van 500 mm, waarbij de tweede 15 verwarmingsruimte 8 een volume heeft van ongeveer 5 tot 6 liter. Met name op plaatsen waar het comfort en gebruik van een ruimteverwarmingsinrichting een minder hoge prioriteit hebben, zoals bijvoorbeeld in relatief warme landen, is gebruik van een combiketel volgens de uitvinding in de in 20 fig. 5 getoonde uitvoeringsvorm voordelig. De pomp in het ruimteverwarmingscircuit kan dan langdurig uitgeschakeld blijven terwijl toch het water in zowel de eerste als de tweede verwarmingsruimte op een geschikte temperatuur wordt gehouden zodat zowel aan een warmtevraag voor het sanitair-25 watercircuit als aan een warmtevraag voor het ruimteverwarmingscircuit snel kan worden voldaan. Doordat de tweede verwarmingsruimte 8 mantelvormig om de eerste verwarmingsruimte 6 is aangebracht is de eerste verwarmingsruimte goed geïsoleerd. De totale opgeslagen warmte in de combiketel is 30 tijdens gebruik gelijk aan de som van de warmte opgeslagen in het water in de eerste verwarmingsruimte, in de tweede verwarmingsruimte en in het materiaal waaruit de warmtewisselaar is vervaardigd.

De uitvinding is geenszins beperkt tot de in de 35 beschrijving gegeven en in de tekening getoonde uitvoeringsvormen. Vele aanpassingen zijn mogelijk. Zo kunnen bijvoorbeeld de branderruimte, het warmte-uitwisselingsgebied, 1001374 9 de eerste en tweede verwarmingsruimte en de schotten anders zijn gevormd. De warmtewisselaar kan bijvoorbeeld een ovale of in hoofdzaak rechthoekige doorsnede hebben. Voorts kunnen meerdere verwarmingscircuits zijn aangesloten en kunnen 5 uiteraard in het of elk ruimteverwarmingscircuit meerdere verwarmingselementen zijn opgenomen. Het sanitairwater-circuit SC kan bovendien bijvoorbeeld een ringleiding omvatten voor een nog hoger gebruikscomfort. Het aantal schotten kan naar behoefte worden aangepast, evenals bijvoorbeeld de 10 afmetingen en de stand daarvan. Verder kunnen verschillende andere ketelregelingen worden toegepast. Deze en vele andere, vergelijkbare aanpassingen worden geacht binnen het raam van de uitvinding te vallen.

1001374

Claims (10)

1. Warmtewisselaar, voorzien van een branderruimte met een daarop aansluitend rookgasafvoerkanaal, een de branderruimte in hoofdzaak omgevende eerste verwarmingsruimte, ingericht voor het verwarmen van water voor gebruik in een ruimte-5 verwarmingscircuit, en een tweede verwarmingsruimte, ingericht voor het verwarmen van water voor gebruik in een sanitair-watercircuit, met het kenmerk, dat de eerste verwarmingsruimte in hoofdzaak is opgenomen tussen de branderruimte en de tweede verwarmingsruimte, waarbij zich een aantal warmtegeleidende 10 schotten uitstrekt vanuit de branderruimte door de eerste verwarmingsruimte tot in de tweede verwarmingsruimte, welke schotten zodanig zijn opgesteld dat circulatie van water afzonderlijk in respectievelijk de eerste en tweede verwarmingsruimte mogelijk is.

2. Warmtewisselaar volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de verbrandingsruimte buisvormig is, met een in hoofdzaak open boven- en onderzijde, waarbij de eerste verwarmingsruimte zich mantelvormig om de verbrandingsruimte uitstrekt en waarbij de tweede verwarmingsruimte zich mantelvormig om de 20 eerste verwarmingsruimte uitstrekt.

3. Warmtewisselaar volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de warmtewisselaar in hoofdzaak cilindervormig is, waarbij de verbrandingsruimte en de eerste en tweede verwarmingsruimte in hoofdzaak concentrisch zijn opgesteld.

4. Warmtewisselaar volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat althans een aantal schotten zich in hoofdzaak evenwijdig aan elkaar uitstrekt.

5. Warmtewisselaar volgens één der conclusies 1-5, met het kenmerk, dat althans een aantal schotten zich in hoofdzaak 30 in radiale richting uitstrekt. 1001374

6. Warmtewisselaar volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat van een aantal schotten althans een deel zich tot in de branderruimte uitstrekt.

7. Warmtewisselaar volgens één der voorgaande conclusies, 5 met het kenmerk, dat de schotten in de tweede verwarmings- ruimte op afstand liggen van de buitenwand.

8. Warmtewisselaar volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een scheidingswand is voorzien die zich door de eerste en tweede verwarmingsruimte heen uitstrekt en 10 die deze in radiale richting elk in twee ongeveer gelijke, met elkaar communicerende delen verdeelt.

9. Warmtewisselaar volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een aantal nokvormige, het warmte-uitwisselend oppervlak vergrotende uitsteeksels is voorzien, 15 welke zich ongeveer haaks vanaf de wand tussen de branderruimte en de eerste verwarmingsruimte in de branderruimte uitstrekken en zigzagvormige of dergelijke labyrintvormige rookgasdoorgangen vormen, waarbij de schotten zich in hoofdzaak evenwijdig aan de uitsteeksels uitstrekken.

10. Combiketel, voorzien van een warmtewisselaar volgens één der voorgaande conclusies, waarbij een eerste thermostaat is voorzien voor het op een ingestelde temperatuur houden van het water in de eerste verwarmingsruimte, waarbij een tweede thermostaat is voorzien voor het onder een maximale 25 temperatuur houden van de warmtewisselaar en waarbij middelen zijn opgenomen voor het regelen van het maximaal debiet van uit de tweede verwarmingsruimte te tappen sanitairwater, afhankelijk van ten minste het vermogen van de combiketel. 1 0 0 1 3 7 4