BE1022816B1

BE1022816B1 - Heat exchanger and method for generating steam

Info

Publication number: BE1022816B1
Application number: BE2015/5560A
Authority: BE
Inventors: Sander Mollet
Original assignee: Smo Bvba
Priority date: 2015-09-03
Filing date: 2015-09-03
Publication date: 2016-09-13

Abstract

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een warmtewisselaar (100) voor het genereren van stoom, omvattende: een buitenmantel, een warmtekamer binnen genoemde buitenmantel opgesteld voor het generen van een verhitte gasstroom; en een verhittingszone omvattende meerdere hoofdzakelijk verticaal opgestelde, dubbelwandige vlampijpen binnen genoemde buitenmantel opgesteld, waarbij een of meerdere vlampijpen aan de bovenzijde aansluiten op een dubbelwandig bovenvlak en aan de onderzijde aansluiten op een dubbelwandig grondvlak. Verder heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze voor het genereren van stoom en het gebruik van genoemde warmtewisselaar met een microstoomturbine.The present invention relates to a heat exchanger (100) for generating steam, comprising: an outer shell, a heat chamber disposed within said outer shell for generating a heated gas stream; and a heating zone comprising a plurality of substantially vertically disposed, double-walled fire tubes arranged within said outer jacket, wherein one or more fire tubes connect at the top to a double-walled top surface and at the bottom connect to a double-walled base surface. Furthermore, the invention relates to a method for generating steam and the use of said heat exchanger with a micro steam turbine.

Description

WARMTEWISSELAAR EN WERKWIJZE VOOR HET GENEREREN VAN STOOM TECHNISCH VELDHEAT EXCHANGER AND METHOD FOR GENERATING STEAM TECHNICAL FIELD

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een warmtewisselaar en werkwijze voor het genereren van stoom. In het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op mantels en leidingen in dewelke stoom wordt gegenereerd.The present invention relates to a heat exchanger and method for generating steam. In particular, the invention relates to jackets and conduits in which steam is generated.

ACHTERGRONDBACKGROUND

Inrichtingen voor het opwekken van elektrische stroom zijn een belangrijk onderwerp van onderzoek, gezien de wereldwijde nood aan nieuwe of alternatieve elektriciteitsgeneratoren. In deze context is de evolutie van de microstoomturbine in recente jaren een belangrijke ontwikkeling. Dergelijke microstoomturbines zijn compact en kunnen aldus ingezet worden op locatie bij gezinnen, kantoren, ziekenof verzorgtehuizen en zelfs industriële bedrijven.Devices for generating electric power are an important topic for research, given the worldwide need for new or alternative electricity generators. In this context, the evolution of the micro steam turbine in recent years is an important development. Such micro steam turbines are compact and can thus be deployed on location at families, offices, hospitals or care homes and even industrial companies.

De microstoomturbines worden aangedreven door middel van stoom dewelke in een stoomgenerator wordt opgewekt. Stoomgeneratoren zijn reeds bekend uit de stand der techniek.The micro-steam turbines are driven by means of steam which is generated in a steam generator. Steam generators are already known in the art.

Zo beschrijft WO 2013/048269 een warmtewisselaar voor een condensatieketel voorzien van vloeistof-, gas- en rook- in- en uitlaataansluitingen. De warmtewisselaar omvat verder een buitenmantel die omheen de verbrandingskamer is gemonteerd en het bovenste gedeelte van de verbrandingskamer omsluit, waarbij een set verticale pijpen of vlampijpen is aangebracht. De uiteinden van pijpen zijn bevestigd aan de zeefwanden, waarbij de bovenste zeefwand de bodem van de verbrandingskamer vormt. De zeefwanden zijn overwegend dwars aangebracht ten opzichte van de pijpelementen. De verbrandingskamer is voorzien in de vorm van een afgeknotte kegel waarvan de diameter afneemt naar boven toe, waarbij de ruimte tussen de zijwand van de verbrandingskamer en de buitenmantel en de ruimte onder de verbrandingskamer onderling verbonden zijn tot één fluïdumkamer.For example, WO 2013/048269 describes a heat exchanger for a condensing boiler provided with liquid, gas and smoke inlet and outlet connections. The heat exchanger further comprises an outer jacket which is mounted around the combustion chamber and encloses the upper part of the combustion chamber, wherein a set of vertical pipes or flame pipes is arranged. The ends of pipes are attached to the screen walls, the upper screen wall forming the bottom of the combustion chamber. The screen walls are predominantly arranged transversely with respect to the pipe elements. The combustion chamber is provided in the form of a truncated cone whose diameter decreases upwards, the space between the side wall of the combustion chamber and the outer jacket and the space under the combustion chamber being mutually connected to form one fluid chamber.

Deze stoomgeneratoren werken bij overdrukken die aanzienlijk kunnen oplopen, d.i. meer dan 0.5-1 bar, waardoor bijkomende veiligheidsmaatregelen in acht genomen dienen te worden. De beveiliging van druktoestellen tegen zowel persoonlijke als materiële schade is van het hoogste belang bij ingebruikname. Daartoe werd in 1999 de PED normering opgesteld. Opdat een installatie binnen de nodige veiligheidsgrenzen kan werken, dient het product van het volume van een vloeistof en de druk in die vloeistof kleiner te zijn dan een vooropgestelde waarde. Door de relatief hoge drukken die in het circuit van een stoomgenerator ontstaan, is het voor installaties volgens de huidige stand der techniek echter onmogelijk om aan de vereiste veiligheidsvoorwaarden te voldoen.These steam generators operate at overpressures that can rise considerably, i.e. more than 0.5-1 bar, so that additional safety measures must be taken. The protection of pressure equipment against both personal and material damage is of the utmost importance upon commissioning. To this end, the PED standard was drawn up in 1999. In order for an installation to operate within the necessary safety limits, the product of the volume of a liquid and the pressure in that liquid must be less than a predetermined value. However, due to the relatively high pressures that arise in the circuit of a steam generator, it is impossible for installations according to the current state of the art to meet the required safety conditions.

De onderhavige uitvinding tracht te voorzien in een oplossing voor een of meerdere van voornoemde problemen of tekortkomingen door te voorzien in een warmtewisselaar of stoomgenerator dewelke in veilige omstandigheden kan opereren.The present invention seeks to provide a solution to one or more of the aforementioned problems or shortcomings by providing a heat exchanger or steam generator which can operate under safe conditions.

SAMENVATTINGSUMMARY

Tot dit doel verschaft de uitvinding een warmtewisselaar en werkwijze voor het voor het genereren van stoom volgens conclusies 1 tot 15.To this end, the invention provides a heat exchanger and steam generating method according to claims 1 to 15.

Tot dit doel verschaft de uitvinding in een eerste aspect een warmtewisselaar (100) voor het genereren van stoom, omvattende: - een buitenmantel (110), - een warmtekamer (120) binnen genoemde buitenmantel opgesteld voor het generen van een verhitte gasstroom; en - een verhittingszone (130) omvattende meerdere hoofdzakelijk verticaal opgestelde, dubbelwandige vlampijpen (131) binnen genoemde buitenmantel (110) opgesteld, waarbij een of meerdere vlampijpen (131) aan de bovenzijde aansluiten op een dubbelwandig bovenvlak (132a, 132b) en aan de onderzijde aansluiten op een dubbelwandig grondvlak (133a, 133b).To this end, the invention provides in a first aspect a heat exchanger (100) for generating steam, comprising: - an outer jacket (110), - a heat chamber (120) within said outer jacket arranged to generate a heated gas stream; and - a heating zone (130) comprising a plurality of substantially vertically arranged, double-walled fire pipes (131) arranged within said outer jacket (110), one or more fire pipes (131) connecting at the top to a double-walled top surface (132a, 132b) and at the connect the bottom to a double-walled base (133a, 133b).

Dit heeft als voordeel dat de vlampijpen voorzien in twee separate circuits dewelke warmte aan elkaar kunnen overdragen. Zo kunnen de verbrandingsgassen dewelke worden gegenereerd in de warmtekamer doorheen een eerste circuit worden geleid, terwijl water doorheen een separaat circuit kan worden geleid. Doordat de vlampijpen meerwandig zijn voorzien, kunnen de volumes van de separate circuits eenvoudig worden gedimensioneerd naargelang de veiligheidsvereisten.This has the advantage that the fire tubes provide two separate circuits, which can transfer heat to each other. For example, the combustion gases that are generated in the heat chamber can be passed through a first circuit, while water can be passed through a separate circuit. Because the fire pipes are multi-walled, the volumes of the separate circuits can easily be dimensioned according to the safety requirements.

In een tweede aspect verschaft de uitvinding een werkwijze voor het genereren van stoom door middel van een warmtewisselaar omvattende een warmtekamer en een verhittingszone omvattende meerdere dubbelwandige vlampijpen, omvattende de stappen van: - het genereren van een verhitte gasstroom in genoemde warmtekamer; en - het leiden van genoemde verhitte gasstroom doorheen genoemde vlampijpen; waarbij een waterfilm doorheen de dubbele wand van genoemde vlampijpen wordt gevoerd.In a second aspect, the invention provides a method for generating steam by means of a heat exchanger comprising a heat chamber and a heating zone comprising a plurality of double-walled flame pipes, comprising the steps of: - generating a heated gas stream in said heat chamber; and - passing said heated gas stream through said flame pipes; wherein a water film is passed through the double wall of said flame pipes.

In een derde aspect verschaft de uitvinding een gebruik van een warmtewisselaar volgens het eerste aspect van de uitvinding voor het opwekken van stoom, waarbij genoemde stoom vervolgens in een microstoomturbine wordt omgezet tot elektriciteit.In a third aspect the invention provides a use of a heat exchanger according to the first aspect of the invention for generating steam, wherein said steam is subsequently converted into electricity in a micro-steam turbine.

BESCHRIJVING VAN DE FIGURENDESCRIPTION OF THE FIGURES

De expliciete karakteristieken, voordelen en objectieven van de onderhavige uitvinding zullen verder duidelijk worden voor de vakman in het technisch veld van de uitvinding na lezen van de hier volgende gedetailleerde beschrijving van de uitvoeringsvorm van de uitvinding en van de figuren hierin bijgesloten. De figuren dienen daartoe de uitvinding verder toe te lichten, zonder daarbij de omvang van de uitvinding te beperken.The explicit characteristics, advantages and objectives of the present invention will further become apparent to those skilled in the art of the invention after reading the following detailed description of the embodiment of the invention and of the figures included herein. To that end, the figures should further illustrate the invention, without thereby limiting the scope of the invention.

Figuur 1 tot 10 stellen een vereenvoudigde weergave voor van een warmtewisselaar met dubbelwandige vlampijpen volgens het eerste aspect van de uitvinding.Figures 1 to 10 represent a simplified representation of a heat exchanger with double-walled fire pipes according to the first aspect of the invention.

Figuur 1 toont een schematische voorstelling van het principe van de onderhavige uitvinding.Figure 1 shows a schematic representation of the principle of the present invention.

Figuur 2 toont een schematische voorstelling van een warmtewisselaar 100, waarbij een hoekuitsnede is geïllustreerd om aldus de inwendige elementen te visualiseren. Figuur 3 toont een bovenaanzicht van de warmtewisselaar 100, waarbij de buitenmantel 110 niet getekend is om de inwendige elementen zichtbaar te maken. Figuur 4 toont een verticale dwarsdoorsnede van de warmtewisselaar 100.Figure 2 shows a schematic representation of a heat exchanger 100, wherein an angle cut is illustrated so as to visualize the internal elements. Figure 3 shows a top view of the heat exchanger 100, the outer jacket 110 not being shown to make the internal elements visible. Figure 4 shows a vertical cross-section of the heat exchanger 100.

Figuur 5 is een detailvoorstelling van de dubbelwandige vlampijpen 131 in het dubbelwandig boven- 132 en grondvlak 133 in perspectief.Figure 5 is a detailed representation of the double-walled fire pipes 131 in the double-walled top 132 and base surface 133 in perspective.

Figuur 6 toont de detailvoorstelling van Figuur 5 in zijaanzicht.Figure 6 shows the detail representation of Figure 5 in side view.

Figuur 7 toont een bovenaanzicht van de dubbelwandige vlampijpen 131 in het dubbelwandig boven- 132 en grondvlak 133.Figure 7 shows a top view of the double-walled fire pipes 131 in the double-walled top 132 and base surface 133.

Figuur 8 is toont een bovenaanzicht van de horizontale sectie VII in Figuur 5.Figure 8 is a top view of the horizontal section VII in Figure 5.

Figuur 9 is een uitsnijding van het bovenvlak 132 zoals weergegeven in Figuur 6. Figuur 10 is een uitsnijding van het grondvlak 133 zoals weergegeven in Figuur 6.Figure 9 is a cut-out of the top surface 132 as shown in Figure 6. Figure 10 is a cut-out of the base surface 133 as shown in Figure 6.

GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING VAN DE UITVINDINGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Tenzij anders gedefinieerd hebben alle termen die gebruikt worden in de beschrijving van de uitvinding, ook technisch en wetenschappelijke termen, de betekenis zoals ze algemeen begrepen worden door de vakman in het technisch veld van de uitvinding. Voor een betere beoordeling van de beschrijving van de uitvinding, worden de volgende termen expliciet uitgelegd.Unless defined otherwise, all terms used in the description of the invention, including technical and scientific terms, have the meaning as generally understood by those skilled in the art of the invention. For a better assessment of the description of the invention, the following terms are explicitly explained.

Het citeren van numerieke intervallen door de eindpunten omvat alle gehele getallen, breuken en/of reële getallen tussen de eindpunten, deze eindpunten inbegrepen.The citation of numerical intervals by the end points includes all integers, fractions and / or real numbers between the end points, including these end points.

De term 'warmtewisselaar' dient te worden begrepen als synoniem voor de term 'stoomgenerator' en duidt op het geheel van een of meerdere warmtebronnen en leidingen voor wateraanvoer en water- en/of stoomafvoer. Genoemde warmtebronnen zijn bij voorkeur omvat in een verbrandingskamer, waar in operationele toestand een verbrandingsreactie plaats vindt.The term "heat exchanger" is to be understood as a synonym for the term "steam generator" and refers to the entirety of one or more heat sources and pipes for water supply and water and / or steam discharge. Said heat sources are preferably included in a combustion chamber, where a combustion reaction takes place in the operational state.

De term 'buitenmantel' dient te worden begrepen als synoniem voor de term 'mantel', 'bescherming', 'bekleding', 'kap', 'omhulsel', 'pantser', 'scherm', en duidt op een afscherming dewelke minstens de warmtekamer en de verhittingszone afschermt van de omgeving. Bij voorkeur omvat genoemde buitenmantel een thermische isolatielaag voor het beperken van warmteverliezen van genoemde warmtekamer en/of van genoemde vlampijpen naar de omgeving.The term "outer sheath" is to be understood as a synonym for the term "sheath," "protection," "covering," "hood," "casing," "armor," "screen," and signifies a shielding which at least shields the heat chamber and the heating zone from the environment. Preferably, said outer jacket comprises a thermal insulation layer for limiting heat losses from said heat chamber and / or from said flame pipes to the environment.

De term 'warmtekamer' dient te worden begrepen als een deels of geheel afgesloten ruimte waarin een warmtebron is opgesteld voor het genereren van een warme of hete luchtstroom. Meer specifiek, dient de term 'warmtekamer' te worden begrepen als een verbrandingskamer. De term 'verbrandingskamer' dient te worden begrepen als een ruimte, al dan niet geheel of gedeeltelijk afgesloten door middel van een of meerdere wanden, welke ruimte geschikt is voor het verbranden van een of meerdere brandstoffen en voorzien is van een kanaal voor het aanvoeren van een of meerdere brandstoffen; minstens een leiding voor het aanvoeren van zuurstof, bij voorkeur in de vorm van lucht; bij voorkeur een ontstekingsbron voor het ontsteken van een verbrandingsreactie, en; een afvoerkanaal voor het wegleiden uit de verbrandingskamer van verbrandingsgassen.The term "heat chamber" is to be understood as a partially or fully enclosed space in which a heat source is arranged for generating a warm or hot air stream. More specifically, the term "heat chamber" is to be understood as a combustion chamber. The term "combustion chamber" is to be understood as a space, whether or not completely or partially closed off by means of one or more walls, which space is suitable for burning one or more fuels and is provided with a channel for supplying one or more fuels; at least one line for supplying oxygen, preferably in the form of air; preferably an ignition source for igniting a combustion reaction, and; a discharge channel for diverting combustion gases from the combustion chamber.

De term 'brandstof' duidt bij voorkeur op een organische brandstof, bij voorkeur van biologische oorsprong, zoals bijvoorbeeld, maar niet beperkt tot, hout, kolen, hout pellets, pellets van biomassa, etc.The term "fuel" preferably refers to an organic fuel, preferably of biological origin, such as, for example, but not limited to, wood, coal, wood pellets, pellets of biomass, etc.

De term 'leiding voor brandstofaanvoer' duidt op een leiding of kanaal voor het aanvoeren van een brandstof naar een verbrandingskamer. Genoemde leiding kan voorzien worden als bijvoorbeeld een gasleiding. Meer bij voorkeur is genoemde leiding geschikt voor het aanvoeren van een vaste stof en/granulaat zoals bij voorbeeld kolen en/of pellets, bij voorkeur door middel van een schroefelement voor verplaatsing van genoemde vaste stof en/of granulaat doorheen genoemde leiding.The term "fuel supply line" refers to a line or channel for supplying a fuel to a combustion chamber. Said pipe can be provided as, for example, a gas pipe. More preferably, said conduit is suitable for supplying a solid and / or granulate such as, for example, coal and / or pellets, preferably by means of a screw element for displacing said solid and / or granulate through said conduit.

De term 'verhittingszone' duidt op een eerste ruimte in dewelke warmte afkomstig uit een verbrandingsreactie wordt overgedragen van verbrandingsgassen met een hoge temperatuur naar bij voorkeur gedemineraliseerd water en stoom met een lage temperatuur, daardoor verkrijgende stoom met een hoge temperatuur.The term "heating zone" refers to a first space in which heat from a combustion reaction is transferred from high temperature combustion gases to preferably demineralized water and low temperature steam, thereby obtaining high temperature steam.

Bij voorkeur is de temperatuur van de stoom die wordt verkregen na verhitting van gedemineraliseerd water gelegen tussen 125°C en 300°C. Meer bij voorkeur is de bekomen temperatuur gelegen tussen 175°C en 250°C, en nog meer bij voorkeur tussen 195°C en 205°C. Bij voorkeur is de druk van de stoom die wordt verkregen na verhitting van gedemineraliseerd water in de verhittingszone gelegen tussen 1 bar absolute druk en 15 bar absolute druk. Meer bij voorkeur is de verkregen druk gelegen tussen 4 bar absolute druk en 7 bar absolute druk. Meest bij voorkeur is de verkregen druk van de stoom gelegen tussen 5 bar absolute druk en 5.5 bar absolute druk.Preferably, the temperature of the steam obtained after heating of demineralized water is between 125 ° C and 300 ° C. More preferably, the temperature obtained is between 175 ° C and 250 ° C, and even more preferably between 195 ° C and 205 ° C. Preferably, the pressure of the steam obtained after heating of demineralized water in the heating zone is between 1 bar absolute pressure and 15 bar absolute pressure. More preferably, the resulting pressure is between 4 bar absolute pressure and 7 bar absolute pressure. Most preferably, the pressure obtained from the steam is between 5 bar absolute pressure and 5.5 bar absolute pressure.

De term 'vlampijp' dient te worden begrepen als synoniem voor de term 'schacht', 'buis', 'leiding', 'koker', en duidt op een lichaam met een binnenzijde en een buitenzijde gescheiden door een wand, waarbij in operationele toestand aan de binnenzijde een eerste fluïdum vloeit en aan de buitenzijde een tweede fluïdum vloeit. Bij voorkeur omvat genoemde eerste fluïdum de verbrandingsgassen afkomstig van de warmtekamer. Bij voorkeur omvat genoemde tweede fluïdum water afkomstig van de wateraanvoerleiding en/of stoom. Bij voorkeur is genoemde vlampijp omvat als een cilindervormige buis.The term "flame pipe" is to be understood as a synonym for the term "shaft," "pipe," "conduit," "sleeve," and denotes a body with an inner side and an outer side separated by a wall, wherein in operational condition a first fluid flows on the inside and a second fluid flows on the outside. Preferably, said first fluid comprises the combustion gases from the heat chamber. Preferably, said second fluid comprises water from the water supply line and / or steam. Preferably, said fire tube is included as a cylindrical tube.

De term 'perforatie' dient te worden begrepen te worden begrepen als synoniem voor de term 'opening', 'holte', 'monding', en duidt op een bij voorkeur cirkelvormige opening in een plaat. Genoemde perforatie is bij voorkeur geschikt om aan te sluiten bij een vlampijp door middel van een las of door middel van een alternatieve waterdichte verbinding dewelke drukken tot minstens 5 bar, bij voorkeur minstens 10 bar en meer bij voorkeur minstens 15 bar kan weerstaan.The term "perforation" is to be understood as being synonymous with the term "opening", "cavity", "mouth", and indicates a preferably circular opening in a plate. Said perforation is preferably suitable for connection to a flame pipe by means of a weld or by means of an alternative watertight connection which can withstand pressures of at least 5 bar, preferably at least 10 bar and more preferably at least 15 bar.

De term 'bovenvlak' dient te worden begrepen als een afsluiting, bij voorkeur in de vorm van een of meerdere platen, met een geometrie overeenstemmend met de verhittingszone. Genoemd bovenvlak is verder voorzien van een of meerdere perforaties dewelke zijn bedoeld voor aansluiting op een of meerdere vlampijpen. De term 'bovenvlak' wordt in de context van de onderhavige uitvinding gebruikt voor het aanduiden van een afsluiting aan de bovenzijde van genoemde vlampijpen.The term "top surface" is to be understood as a closure, preferably in the form of one or more plates, with a geometry corresponding to the heating zone. Said upper surface is further provided with one or more perforations which are intended for connection to one or more flame pipes. The term "top surface" is used in the context of the present invention to indicate a top closure of said flame pipes.

De term 'grondvlak' dient te worden begrepen als een afsluiting, bij voorkeur in de vorm van een of meerdere platen, met een geometrie overeenstemmend met de geometrie van genoemde verhittingszone, en bij voorkeur eveneens overeenstemmend met de geometrie van voornoemd bovenvlak. Genoemd grondvlak is verder voorzien van een of meerdere perforaties dewelke zijn bedoeld voor aansluiting op een of meerdere vlampijpen. De term 'grondvlak' wordt in de context van de onderhavige uitvinding gebruikt voor het aanduiden van een afsluiting aan de onderzijde van genoemde vlampijpen.The term "base surface" is to be understood as a closure, preferably in the form of one or more plates, with a geometry corresponding to the geometry of said heating zone, and preferably also corresponding to the geometry of said upper surface. Said ground surface is further provided with one or more perforations which are intended for connection to one or more fire pipes. The term "ground plane" is used in the context of the present invention to indicate a seal on the underside of said flame pipes.

De term 'meerwandig' duidt op een meervoudige wand, en duidt op twee of meerdere wanden dewelke overwegend parallel en/of concentrisch ten opzichte van elkaar zijn gepositioneerd, daardoor vormende een of meerdere tussenruimtes. Bij voorkeur zijn genoemde wanden zo gevormd, dat minstens één waterdicht volume wordt gevormd in minstens één van genoemde tussenruimtes voor het geleiden van water en/of stoom. Nog bij voorkeur zijn genoemde wanden zo gevormd, dat minstens één open volume wordt gevormd in minstens één van genoemde tussenruimtes voor het geleiden van verbrandingsgassen.The term "multi-walled" refers to a multiple wall, and refers to two or more walls which are positioned predominantly parallel and / or concentrically with respect to each other, thereby forming one or more gaps. Preferably, said walls are formed such that at least one watertight volume is formed in at least one of said gaps for guiding water and / or steam. Preferably, said walls are shaped such that at least one open volume is formed in at least one of said gaps for guiding combustion gases.

De term "wand" dient in de context van de onderhavige uitvinding te worden begrepen als "scheiding" of "afscheiding" en duidt op een plaat, bij voorkeur uit roestvrij staal, met een dikte gelegen tussen 0.1 mm en 5 mm, meer bij voorkeur tussen 0.2 mm en 2 mm, nog meer bij voorkeur tussen 0.2 mm en 1.2 mm, en meest bij voorkeur tussen 0.4 mm en 1.0 mm. In een meest preferentiële voorkeursvorm heeft genoemde dunne-waterfilm een dikte van 0.4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm, 0.8 mm, 0.9 mm, 1.0 mm, of elke dikte daar tussenin gelegen.The term "wall" is to be understood in the context of the present invention as "separation" or "separation" and refers to a plate, preferably from stainless steel, with a thickness between 0.1 mm and 5 mm, more preferably between 0.2 mm and 2 mm, even more preferably between 0.2 mm and 1.2 mm, and most preferably between 0.4 mm and 1.0 mm. In a most preferred preferred form, said thin water film has a thickness of 0.4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm, 0.8 mm, 0.9 mm, 1.0 mm, or any thickness in between.

De uitvinding betreft in principe een warmtewisselaar voor het genereren van stoom, omvattende: - een buitenmantel, - een warmtekamer binnen genoemde buitenmantel opgesteld en aangesloten op minstens één leiding voor brandstofaanvoer; en - een verhittingszone omvattende meerdere verticaal opgestelde vlampijpen binnen genoemde buitenmantel opgesteld, elke pijp aan de bovenzijde aansluitende op een perforatie in een bovenvlak en aan de onderzijde aansluitende op een perforatie in een grondvlak; waarbij genoemde vlampijpen meerwandig zijn uitgevoerd.The invention relates in principle to a heat exchanger for generating steam, comprising: - an outer jacket, - a heat chamber located within said outer jacket and connected to at least one pipe for fuel supply; and - a heating zone comprising a plurality of vertically arranged flame pipes arranged within said outer casing, each pipe connecting at the top to a perforation in an upper surface and at the bottom connecting to a perforation in a base surface; wherein said fire tubes are of multi-wall design.

Dit heeft als voordeel dat de vlampijpen twee of meerdere separate circuits omvatten, waarbij warmte kan worden overgedragen van een eerste circuit naar een volgende circuit. Zo kunnen de verbrandingsgassen dewelke worden gegenereerd in de warmtekamer doorheen een eerste circuit worden geleid, terwijl water en/of stoom doorheen een separaat, doch bij het eerste circuit aansluitend, tweede circuit kunnen worden geleid. Doordat de vlampijpen meerwandig zijn voorzien kunnen de volumes van de separate circuits eenvoudig worden gedimensioneerd naargelang de veiligheidsvereisten. Door de geschikte keuze van de dimensies van een circuit kan het volume van een circuit waarin water en/of stoom ingesloten is, beperkt wordt tot een vooropgestelde bovengrens.This has the advantage that the flame pipes comprise two or more separate circuits, whereby heat can be transferred from a first circuit to a next circuit. For example, the combustion gases that are generated in the heat chamber can be passed through a first circuit, while water and / or steam can be passed through a separate second circuit, but connecting to the first circuit. Because the fire pipes are multi-walled, the volumes of the separate circuits can easily be dimensioned according to the safety requirements. By appropriately choosing the dimensions of a circuit, the volume of a circuit in which water and / or steam is enclosed can be limited to a predetermined upper limit.

Het volume van een circuit waarin water en/of stoom aanwezig zijn is minstens aansluitbaar of aangesloten op een waterleiding voor wateraanvoer en is minstens aansluitbaar of aangesloten op een stoomleiding voor stoomafvoer. Door een geschikte dimensionering, kan een volume voor water- en/of stoomtransport beperkt worden tot kleiner dan 50 L, bij voorkeur kleiner dan 20 L, en meer bij voorkeur kleiner dan 12 L. Meest bij voorkeur is genoemd volume voor water- en/of stoomtransport beperkt tot een volume gelegen tussen 1 L en 12 L, meer bij voorkeur tussen 4 L en 10 L en nog meer bij voorkeur gelijk aan 5 L, 6 L, 7 L, 8 L, 9 L, 10 L, of elke waarde daar tussenin gelegen.The volume of a circuit in which water and / or steam are present can at least be connected or connected to a water supply for water supply and is at least connectable or connected to a steam supply for steam discharge. By suitable dimensioning, a volume for water and / or steam transport can be limited to less than 50 L, preferably less than 20 L, and more preferably less than 12 L. Most preferably said volume is for water and / or steam. or steam transport limited to a volume between 1 L and 12 L, more preferably between 4 L and 10 L and even more preferably equal to 5 L, 6 L, 7 L, 8 L, 9 L, 10 L, or any value in between.

Volgens bovengenoemd principe, betreft de uitvinding een warmtewisselaar, waarbij genoemde vlampijpen meerwandig concentrisch zijn uitgevoerd.According to the above-mentioned principle, the invention relates to a heat exchanger, wherein said fire pipes are of multi-walled concentric design.

De term 'meerwandig concentrisch' duidt op twee of meerdere cilindervormige pijpen dewelke zijn opgesteld omheen eenzelfde of quasi eenzelfde middelpunt, doch met verschillende diameter zijn voorzien. Aldus wordt een centrale doorgang en een of meerdere tussenruimten verkregen, dewelke twee of meerdere separate volumes beschrijven, welke separate volumes als dusdanig deel uitmaken van twee of meerdere separate circuits, namelijk minstens één circuit voor het geleiden van water en/of stoom en minstens één circuit voor het geleiden van verbrandingsgassen.The term "multi-walled concentric" refers to two or more cylindrical pipes which are arranged around the same or almost the same center, but with different diameters. A central passage and one or more gaps are thus obtained, which describe two or more separate volumes, which separate volumes as such form part of two or more separate circuits, namely at least one circuit for conducting water and / or steam and at least one circuit for conducting combustion gases.

De term 'dubbelwandig' duidt op twee cilindervormige pijpen dewelke zijn opgesteld omheen eenzelfde of quasi eenzelfde middelpunt, doch met verschillende diameter zijn voorzien. Aldus wordt een centrale doorgang en één omliggende tussenruimte verkregen, dewelke twee separate volumes beschrijven, elk volume deel uitmakende van een separaat circuit. Een dubbelwandige uitvoering biedt als bijkomend voordeel een relatief eenvoudige constructie ten opzichte van drie- of meerwandige uitvoering.The term "double-walled" refers to two cylindrical pipes which are arranged around the same or almost the same center, but with different diameters. A central passage and one surrounding space are thus obtained, which describe two separate volumes, each volume forming part of a separate circuit. A double-walled version offers the additional advantage of a relatively simple construction compared to a three-walled or multi-walled version.

Bij voorkeur wordt genoemde centrale doorgang aangewend voor het geleiden van verbrandingsgassen en wordt genoemde omliggende tussenruimte aangewend voor het geleiden van water en/of stoom. Dit biedt als voordeel dat eventuele roetafzettingen ter hoogte van genoemde centrale doorgang in de vlampijp eenvoudig kunnen worden gereinigd. Bij voorkeur worden genoemde roetafzettingen in genoemde centrale doorgang van de vlampijp gereinigd door middel van een veer opgehangen in genoemde doorgang. Aldus ontstaat bij doorgang van een fluïdum, bijvoorbeeld rookgassen, een oscillerende beweging in de veer, waarbij door wrijving van de veer met de binnenrand van de centrale doorgang eventuele roetafzettingen worden afgeschraapt.Preferably, said central passage is used for guiding combustion gases and said surrounding space is used for guiding water and / or steam. This offers the advantage that any soot deposits at the level of said central passage in the flame pipe can be easily cleaned. Preferably, said soot deposits in said central passage of the flame pipe are cleaned by means of a spring suspended in said passage. Thus, when a fluid, for example flue gases, passes, an oscillating movement occurs in the spring, whereby soot deposits are scraped off by friction of the spring with the inner edge of the central passage.

In een geprefereerde uitvoeringsvorm voorziet de uitvinding in een warmtewisselaar volgens het eerste aspect van de uitvinding, waarbij genoemd bovenvlak en genoemd grondvlak dubbelwandig zijn uitgevoerd, aansluitend op de dubbelwandige vlampijpen.In a preferred embodiment, the invention provides a heat exchanger according to the first aspect of the invention, wherein said top surface and said base surface are double-walled, connecting to the double-walled fire pipes.

Aldus is genoemd dubbelwandig bovenvlak omvat uit een eerste, bovenste bovenvlak en een tweede, onderste bovenvlak; en is genoemd dubbelwandig grondvlak omvat uit een eerste, onderste grondvlak en een tweede, bovenste grondvlak. Op een analoge wijze is genoemd dubbelwandig vlampijp omvat uit een eerste, binnenste pijp en uit een tweede, buitenste pijp.Thus, said double-walled upper surface is comprised of a first, upper upper surface and a second, lower upper surface; and said double-walled base is comprised of a first, bottom base and a second, top base. In an analogous manner, said double-walled fire pipe is comprised of a first, inner pipe and a second, outer pipe.

De dubbelwandige uitvoering uit de twee bovenstaande paragrafen dient te worden begrepen als (i) een eerste samengestelde wand omvattende genoemd eerste, bovenste bovenvlak aangesloten aan de bovenzijden van genoemde eerste, binnenste pijpen en een eerste, onderste grondvlak aangesloten aan de onderzijden van genoemde eerste, binnenste pijpen, en; (ii) een tweede samengestelde wand omvattende een tweede, onderste bovenvlak aangesloten aan de bovenzijden van genoemde tweede, buitenste pijpen en een tweede, bovenste grondvlak aangesloten aan de onderzijden van genoemde tweede, buitenste pijpen.The double-walled embodiment from the two paragraphs above is to be understood as (i) a first composite wall comprising said first, upper upper surface connected to the upper sides of said first, inner pipes and a first lower lower surface connected to the lower sides of said first, inner pipes, and; (ii) a second composite wall comprising a second, lower upper surface connected to the upper sides of said second, outer pipes and a second, upper ground surface connected to the lower sides of said second, outer pipes.

Dit biedt als voordeel een relatief eenvoudige constructie van de dubbelwandige vlampijpen, terwijl de gevormde volumes respectievelijke eenvoudig kunnen worden aangesloten op een waterleiding voor wateraanvoer en op een stoomleiding voor stoomafvoer; en op de geleiding van verbrandingsgassen.This offers the advantage of a relatively simple construction of the double-walled fire pipes, while the volumes formed can respectively be easily connected to a water pipe for water supply and to a steam pipe for steam discharge; and on the conductivity of combustion gases.

In een eerste aspect, verschaft de uitvinding een warmtewisselaar voor het genereren van stoom, omvattende: - een buitenmantel, - een warmtekamer binnen genoemde buitenmantel opgesteld voor het generen van een verhitte gasstroom; en - een verhittingszone omvattende meerdere hoofdzakelijk verticaal opgestelde, dubbelwandige vlampijpen binnen genoemde buitenmantel opgesteld, waarbij een of meerdere vlampijpen aan de bovenzijde aansluiten op een dubbelwandig bovenvlak en aan de onderzijde aansluiten op een dubbelwandig grondvlak.In a first aspect, the invention provides a heat exchanger for generating steam, comprising: - an outer jacket, - a heat chamber within said outer jacket arranged to generate a heated gas stream; and - a heating zone comprising a plurality of substantially vertically arranged, double-walled fire pipes arranged within said outer casing, wherein one or more fire pipes connect at the top to a double-walled top surface and connect at the bottom to a double-walled base surface.

De ruimte tussen de buitenste vlampijp, ook wel waterpijp genoemd, en de binnenste vlampijp, ook wel rookgaspijp genoemd, is bij voorkeur zeer nauw, waardoor in werkende toestand het binnengeleide water een dunne waterfilm vormt. Daardoor is het volume water in de warmtewisselaar in de werkende toestand beperkt in vergelijking met concepten uit de prior art. Door het beperkte volume water in de warmtewisselaar kan de warmtewisselaar in een veiligere toestand werken.The space between the outer flame pipe, also referred to as the water pipe, and the inner flame pipe, also called the flue gas pipe, is preferably very narrow, as a result of which the introduced water forms a thin water film in working condition. As a result, the volume of water in the heat exchanger in the working condition is limited in comparison with concepts from the prior art. Due to the limited volume of water in the heat exchanger, the heat exchanger can work in a safer state.

In een geprefereerde uitvoeringsvorm voorziet de uitvinding in een warmtewisselaar volgens het eerste aspect van de uitvinding, waarbij genoemd dubbelwandig grondvlak in verbinding staat met een waterleiding voor wateraanvoer en waarbij genoemd dubbelwandig bovenvlak in verbinding staat met een stoomleiding voor stoomafvoer.In a preferred embodiment, the invention provides a heat exchanger according to the first aspect of the invention, wherein said double-walled base surface is connected to a water pipe for water supply and wherein said double-walled top surface is connected to a steam pipe for steam discharge.

In een geprefereerde uitvoeringsvorm voorziet de uitvinding in een warmtewisselaar volgens het eerste aspect van de uitvinding, waarbij minstens één stoomleiding voor stoomafvoer voorzien is van een of meerdere condensleidingen.In a preferred embodiment, the invention provides a heat exchanger according to the first aspect of the invention, wherein at least one steam pipe for steam discharge is provided with one or more condensation pipes.

Dit heeft als voordeel dat stoom dewelke condenseert in genoemde stoomleiding voor stoomafvoer uit de leiding kan worden verwijderd en aldus niet in aanraking komt met de schoepbladen van een stoomturbine. Daardoor wordt de kans op slijtage van de stoomturbine vermeden of minstens beperkt. Bij voorkeur is genoemde condensleiding aangesloten voor het terugvloeien van condenswater naar genoemd dubbelwandig grondvlak. Nog bij voorkeur is genoemde condensleiding opgesteld buiten de verhittingszone, doch binnen de buitenmantel van de warmtewisselaar.This has the advantage that steam which condenses in said steam pipe for steam discharge can be removed from the pipe and thus does not come into contact with the blade blades of a steam turbine. As a result, the risk of wear of the steam turbine is avoided or at least limited. Preferably, said condensation line is connected for refluxing condensation water to said double-walled base. Preferably, said condensation line is arranged outside the heating zone, but within the outer jacket of the heat exchanger.

In een geprefereerde uitvoeringsvorm voorziet de uitvinding in een warmtewisselaar volgens het eerste aspect van de uitvinding, waarbij genoemd dubbelwandig bovenvlak voorzien is van een of meerdere condensleidingen.In a preferred embodiment, the invention provides a heat exchanger according to the first aspect of the invention, wherein said double-walled upper surface is provided with one or more condensation pipes.

Dit heeft als voordeel dat genoemd condenswater reeds in genoemd dubbelwandig bovenvlak kan terugvloeien. Nog bij voorkeur is genoemde condensleiding voorzien tussen genoemd dubbelwandig bovenvlak en genoemd dubbelwandig grondvlak.This has the advantage that said condensed water can already flow back into said double-walled upper surface. Preferably, said condensation line is provided between said double-walled top surface and said double-walled base surface.

In een geprefereerde uitvoeringsvorm voorziet de uitvinding in een warmtewisselaar volgens het eerste aspect van de uitvinding, waarbij genoemde warmtekamer omgeven is door: - een eerste kamerwand, dewelke aan de bovenzijde aansluit bij een overspanning en aan de onderzijde aansluit bij genoemd grondvlak; - meerdere vlampijpen tussen genoemde eerste kamerwand en genoemde buitenmantel opgesteld; en - een tweede kamerwand inwendig van genoemde eerste kamerwand opgesteld, en waarbij genoemde tweede kamerwand zich in de hoogte uitstrekt tot op een afstand van voornoemde overspanning.In a preferred embodiment, the invention provides a heat exchanger according to the first aspect of the invention, wherein said heat chamber is surrounded by: a first chamber wall, which connects at the top with an overvoltage and at the bottom with said base; - a plurality of flame pipes arranged between said first chamber wall and said outer jacket; and - a second chamber wall arranged internally of said first chamber wall, and wherein said second chamber wall extends vertically up to a distance of said span.

Aldus wordt bekomen dat de verbrandingsgassen eerst minstens gedeeltelijk opwaarts worden geleid, vervolgens minstens gedeeltelijk neerwaarts worden geleid, en ten slotte opwaarts doorheen genoemde vlampijpen worden geleid. Daardoor wordt verkregen dat roet, hetwelke aanwezig is in de verbrandingsgassen, tijdens de neerwaartse beweging minstens gedeeltelijke uit valt. Daardoor wordt roetafzetting ter hoogte van de vlampijpen minstens gedeeltelijk vermeden, wat bijdraagt tot de operationele stabiliteit en veiligheid van de warmtewisselaar.Thus, it is achieved that the combustion gases are first guided at least partially upwards, then at least partially guided downwards, and finally guided upwards through said flame pipes. Thereby it is obtained that soot, which is present in the combustion gases, at least partially falls out during the downward movement. As a result, soot deposition at the level of the flame pipes is at least partially avoided, which contributes to the operational stability and safety of the heat exchanger.

In een geprefereerde uitvoeringsvorm voorziet de uitvinding in een warmtewisselaar volgens het eerste aspect van de uitvinding, voorzien van een voorverwarmingszone omvattende meerdere vlampijpen met een inlaat voor water en een inlaat voor verbrandingsgassen afkomstig van de vlampijpen in genoemde verhittingszone.In a preferred embodiment the invention provides a heat exchanger according to the first aspect of the invention, provided with a pre-heating zone comprising a plurality of flame pipes with an inlet for water and an inlet for combustion gases originating from the flame pipes in said heating zone.

Dit heeft als voordeel dat water, hetwelke wordt aangevoerd naar de vlampijpen in de verhittingszone, minstens gedeeltelijk kan worden voorverwarmd, en; dat restwarmte aanwezig in verbrandingsgassen, dewelke de vlampijpen in de verhittingszone verlaten, minstens gedeeltelijk kan worden benut. Dit draagt bij tot het energetisch rendement van de warmtewisselaar.This has the advantage that water which is supplied to the flame pipes in the heating zone can be pre-heated at least partially, and; that residual heat present in combustion gases, which leaves the flame pipes in the heating zone, can be used at least partially. This contributes to the energy efficiency of the heat exchanger.

In een geprefereerde uitvoeringsvorm voorziet de uitvinding in een warmtewisselaar volgens het eerste aspect van de uitvinding, voorzien van een na-verhittingszone omvattende één of meerdere stoomleidingen opgesteld in genoemde warmtekamer voor het na-verhitten van de in de verhittingszone gegenereerde stoom.In a preferred embodiment the invention provides a heat exchanger according to the first aspect of the invention, provided with a post-heating zone comprising one or more steam lines arranged in said heat chamber for post-heating the steam generated in the heating zone.

Dit heeft als voordeel dat de temperatuur van de in de verhittingszone gegenereerde stoom verder kan worden verhoogd voor het verbeteren van het energetisch rendement van de stoom in een microstoomturbine, en/of; dat eventuele condens verder kan worden omgezet tot stoom. Bij voorkeur zijn genoemde stoomleidingen enkelwandig voorzien, waardoor een optimale warmteoverdracht wordt bekomen.This has the advantage that the temperature of the steam generated in the heating zone can be further increased to improve the energy efficiency of the steam in a micro-steam turbine, and / or; that any condensation can be further converted into steam. Preferably, said steam lines are provided single-walled, so that optimum heat transfer is achieved.

In een geprefereerde uitvoeringsvorm voorziet de uitvinding in een warmtewisselaar volgens het eerste aspect van de uitvinding, waarbij een stoomleiding voor stoomafvoer is aangesloten op een microstoomturbine.In a preferred embodiment, the invention provides a heat exchanger according to the first aspect of the invention, wherein a steam conduit for steam discharge is connected to a micro steam turbine.

Dit heeft als voordeel dat de thermische energie opgeslagen in de stoom eenvoudig kan worden omgezet tot elektrische energie. Bij voorkeur is genoemde microstoomturbine voorzien als een enkelvoudige microstoomturbine.This has the advantage that the thermal energy stored in the steam can easily be converted into electrical energy. Preferably, said micro steam turbine is provided as a single micro steam turbine.

In een geprefereerde uitvoeringsvorm voorziet de uitvinding in een warmtewisselaar volgens het eerste aspect van de uitvinding, voorzien van een detectiesysteem voor het vaststellen van het waterniveau in genoemde dubbelwandige vlampijpen.In a preferred embodiment, the invention provides a heat exchanger according to the first aspect of the invention, provided with a detection system for determining the water level in said double-walled fire pipes.

Dit biedt als voordeel dat de werking van de warmtewisselaar in de operationele toestand eenvoudig kan worden gemonitord. Aldus kan een onveilige werkingstoestand snel worden gedetecteerd en kunnen de werkingsparameters van de warmtewisselaar afdoende worden bijgesteld. Bij voorkeur omvat genoemd detectiesysteem eveneens een regelsysteem voor het automatisch bijstellen van de werkingsparameters van de warmtewisselaar, en/of omvat genoemd detectiesysteem een veiligheidssysteem voor het afsluiten van water- en/of brandstofaanvoer. Dergelijk detectiesysteem kan bijvoorbeeld, maar niet beperkt tot, worden voorzien door middel van een fluïdumverbinding tussen minstens een waterleiding voor wateraanvoer en minstens een stoomleiding voor stoomafvoer, waarbij genoemde fluïdumverbinding bij voorkeur opgesteld is buiten de buitenmantel en waarbij genoemde fluïdumverbinding minstens gedeeltelijk transparant is en aldus toelaat het waterniveau in genoemde meerwandige vlampijpen te meten.This offers the advantage that the operation of the heat exchanger in the operational state can easily be monitored. Thus, an unsafe operating condition can be detected quickly and the operating parameters of the heat exchanger can be adequately adjusted. Preferably, said detection system also comprises a control system for automatically adjusting the operating parameters of the heat exchanger, and / or said detection system comprises a safety system for shutting off water and / or fuel supply. Such a detection system can be provided, for example, but not limited to, by means of a fluid connection between at least one water supply line for water supply and at least one steam supply line for steam discharge, wherein said fluid connection is preferably arranged outside the outer jacket and wherein said fluid connection is at least partially transparent and thus allows the water level in said multi-walled fire pipes to be measured.

De term 'dunne-waterfilm' dient in de context van de onderhavige uitvinding te worden begrepen als een laag water met een dikte gelegen tussen 1 mm en 50 mm, meer bij voorkeur tussen 2 mm en 20 mm, nog meer bij voorkeur tussen 2 mm en 12 mm, en meest bij voorkeur tussen 4 mm en 10 mm. In een meest preferentiële voorkeursvorm heeft genoemde dunne-waterfilm een dikte van 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, 10 mm, of elke dikte daar tussenin gelegen.The term "thin water film" is to be understood in the context of the present invention as a layer of water with a thickness between 1 mm and 50 mm, more preferably between 2 mm and 20 mm, even more preferably between 2 mm and 12 mm, and most preferably between 4 mm and 10 mm. In a most preferred preferred form, said thin water film has a thickness of 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, 10 mm, or any thickness in between.

Bovengenoemde werkwijze biedt als voordeel dat water, bij voorkeur gedemineraliseerd water, in een warmtewisselaar kan worden omgezet tot stoom, waarbij de totale hoeveelheid water dewelke zich in genoemde warmtewisselaar bevindt in de operationele toestand van de warmtewisselaar kleiner blijft dan een vooropgesteld volume. Het beperken van het volume water in genoemde warmtewisselaar draagt bij tot een veilige ingebruikname van de warmtewisselaar en een minimale of beperkte potentiële schade aan omgeving en gebruiker.The above method offers the advantage that water, preferably demineralized water, can be converted into steam in a heat exchanger, the total amount of water contained in said heat exchanger in the operational state of the heat exchanger remaining smaller than a predetermined volume. Limiting the volume of water in said heat exchanger contributes to a safe commissioning of the heat exchanger and a minimal or limited potential damage to the environment and user.

Bij voorkeur zijn genoemde vlampijpen dubbelwandig uitgevoerd, daardoor vormende twee separate compartimenten of circuits, elk circuit gescheiden van een naastgelegen circuit door een wand. Aldus kunnen verbrandingsgassen of de hete gasstroom doorheen een eerste circuit worden geleid; en kunnen water en/of stoom doorheen een tweede circuit, bij voorkeur naast het eerste circuit gelegen doch daarvan gescheiden, worden geleid. Overeenkomstig kan warmte worden overgedragen van de verbrandingsgassen naar het water en/of de stoom.Preferably, said fire tubes are of double-walled design, thereby forming two separate compartments or circuits, each circuit separated from an adjacent circuit by a wall. Thus, combustion gases or the hot gas stream can be passed through a first circuit; and water and / or steam can be passed through a second circuit, preferably adjacent to the first circuit but separated therefrom. Accordingly, heat can be transferred from the combustion gases to the water and / or the steam.

In een geprefereerde uitvoeringsvorm voorziet de uitvinding in een werkwijze voor het genereren van stoom volgens het tweede aspect van de uitvinding, waarbij genoemde verbrandingsgassen in de warmtekamer eerst gedeeltelijk opwaarts worden geleid en vervolgens gedeeltelijk neerwaarts worden geleid vooraleer genoemde verbrandingsgassen doorheen genoemde vlampijpen worden geleid.In a preferred embodiment, the invention provides a method for generating steam according to the second aspect of the invention, wherein said combustion gases in the heat chamber are first guided partially upward and then partially guided downward before said combustion gases are passed through said flame pipes.

Dit heeft als voordeel dat roet aanwezig in de verbrandingsgassen een minstens gedeeltelijke uitval kent vooraleer doorheen de vlampijpen te worden geleid. Aldus worden roetafzettingen in de vlampijpen vermeden of minstens gedeeltelijk beperkt, wat bijdraagt tot een goede operationele werking. De roetuitval wordt bij voorkeur opgevangen in een daartoe voorziene verzamelbak, dewelke bij voorkeur kan worden uitgenomen en geledigd.This has the advantage that soot present in the combustion gases has at least a partial failure before it is passed through the flame pipes. Soot deposits in the fire tubes are thus avoided or at least partially limited, which contributes to a good operational operation. The soot dropout is preferably collected in a collection bin provided for this purpose, which can preferably be taken out and emptied.

In een derde aspect verschaft de uitvinding een gebruik van een warmtewisselaar volgens het eerste aspect van de uitvinding voor het opwekken van stoom, waarbij de thermische energie van genoemde stoom vervolgens in een microstoomturbine wordt omgezet tot elektrische energie.In a third aspect, the invention provides a use of a heat exchanger according to the first aspect of the invention for generating steam, wherein the thermal energy of said steam is subsequently converted into electrical energy in a micro-steam turbine.

Dit heeft als voordeel dat wordt voorzien in een systeem voor huiselijk, semi-industrieel of industrieel gebruik voor het genereren van elektrische stroom door (i) verbranding van een brandstof in een warmtekamer, (ii) het omzetten van water naar stoom door opname van de warmte van genoemde verbrandingsgassen in genoemd water en/of stoom, daardoor verkrijgende oververhitte stoom, en (iii) het omzetten van de thermische energie in de oververhitte stoom naar elektrische energie in een stoomturbine, bij voorkeur een microstoomturbine, en meer bij voorkeur een enkelvoudige microstoomturbine, dit is een microstoomturbine met slechts één schoepenblad.This has the advantage that a system for domestic, semi-industrial or industrial use is provided for generating electric power by (i) burning a fuel in a heat chamber, (ii) converting water to steam by absorbing the heat from said combustion gases in said water and / or steam, thereby obtaining superheated steam, and (iii) converting the thermal energy in the superheated steam into electrical energy in a steam turbine, preferably a micro steam turbine, and more preferably a single micro steam turbine , this is a micro steam turbine with only one blade.

VoorbeeldExample

De uitvinding zal nu verder worden toegelicht aan de hand van het volgende voorbeeld, zonder hiertoe overigens te worden beperkt. Voor een goed begrip wordt verwezen naar de Figuren 1 tot 10, dewelke een warmtewisselaar met dubbelwandige vlampijpen volgens het eerste aspect van de uitvinding voorstellen.The invention will now be further elucidated with reference to the following example, without however being limited thereto. For a good understanding, reference is made to Figures 1 to 10, which represent a heat exchanger with double-walled fire pipes according to the first aspect of the invention.

Figuur 1 toont een schematische voorstelling van het principe van de onderhavige uitvinding. Figuur 1A toont vier dubbelwandige vlampijpen 131', 131'', 131''', 131'''', waarbij de binnenste pijp een rookgaspijp is en waarbij de buitenste pijp een waterpijp is. De waterpijp is omheen de rookgaspijp gelegen. De ruimte tussen de waterpijp en de rookgaspijp is bij voorkeur zeer nauw, waardoor in werkende toestand het binnengeleide water een dunne waterfilm vormt. Daardoor is het volume water in de warmtewisselaar 100 in de werkende toestand beperkt in vergelijking met concepten uit de prior art. Door de beperkte hoeveelheid water in de warmtewisselaar 100 kan de warmtewisselaar 100 in een veiligere toestand werken. De dubbelwandige vlampijpen zijn onderaan aangesloten op een dubbelwandige ruimte 133, dewelke een waterkamer kan worden genoemd. Aan het bovenste uiteinde zijn genoemde vlampijpen eveneens aangesloten op een dubbelwandige ruimte 132, dewelke een stoomkamer kan worden genoemd. Water wordt aan de waterkamer 133 aangevoerd (A) via een waterleiding 135. Stoom wordt van de stoomkamer 132 weggeleid (A) via een stoomleiding 136. Rookgassen (B3) worden doorheen de rookgaspijpen gevoerd om hun warmte over te dragen aan het water in de dubbelwandige vlampijpen 131. Om condenserend water in de stoomleiding te evacueren is een terugvloeileiding of een waterdaalpijp 137 voorzien tussen de stoomkamer en de waterkamer. Figuur 1B toont een detail van een aansluiting van een dubbelwandige vlampijp 131 op een dubbelwandige stoomkamer 132 met aanduiding van waterstroom A en rookgassen B3.Figure 1 shows a schematic representation of the principle of the present invention. Figure 1A shows four double-walled fire pipes 131 ', 131' ', 131' '', 131 '' '', where the inner pipe is a flue gas pipe and where the outer pipe is a water pipe. The water pipe is located around the flue gas pipe. The space between the water pipe and the flue gas pipe is preferably very narrow, as a result of which the introduced water forms a thin water film in working condition. As a result, the volume of water in the heat exchanger 100 in the operating state is limited in comparison with concepts from the prior art. Due to the limited amount of water in the heat exchanger 100, the heat exchanger 100 can operate in a safer state. The double-walled fire pipes are connected at the bottom to a double-walled space 133, which can be called a water chamber. At the upper end, said flame pipes are also connected to a double-walled space 132, which can be called a steam chamber. Water is supplied to the water chamber 133 (A) via a water pipe 135. Steam is conducted away from the steam chamber 132 (A) via a steam pipe 136. Flue gases (B3) are passed through the flue gas pipes to transfer their heat to the water in the double-walled fire pipes 131. To evacuate condensing water in the steam pipe, a reflux pipe or a water down pipe 137 is provided between the steam chamber and the water chamber. Figure 1B shows a detail of a connection of a double-walled fire pipe 131 to a double-walled steam chamber 132 with indication of water flow A and flue gases B3.

Figuur 2 toont een schematische voorstelling van een warmtewisselaar 100, waarbij een hoekuitsnede is geïllustreerd om aldus de inwendige elementen te visualiseren. De warmtewisselaar 100 toont zes verschillende zones of elementen: een buitenmantel 110, een verbrandingskamer 120, een verhittingszone 130, een voorverwarmingszone 140, een na-verhittingszone 150 en een detectiesysteem 160 voor het meten van het waterpeil in de vlampijpen 131.Figure 2 shows a schematic representation of a heat exchanger 100, wherein an angle cut is illustrated so as to visualize the internal elements. The heat exchanger 100 shows six different zones or elements: an outer jacket 110, a combustion chamber 120, a heating zone 130, a pre-heating zone 140, a post-heating zone 150 and a detection system 160 for measuring the water level in the flame pipes 131.

Onderaan in de verbrandingskamer 120 is een opvangelement 127 met handvat 128 voorzien voor het opvangen van as of roet afkomstig van de verbrandingsreactie in de verbrandingskamer 120. Het opvangelement 127 is uitneembaar voor het periodiek ledigen van de verbrandingsresten uit de warmtewisselaar 100. Daarnaast is een fornuis 123 voorzien hetwelke aangesloten is op een kanaal 121 voor het aanvoeren van brandstof. Het kanaal 121 is voorzien van een schroef 122 voor het transporteren van houtpellets naar de verbrandingszone op het fornuis 123. Eveneens is een zuurstof- of luchtleiding 129 voorzien worden voor het aanvoeren van zuurstof naar de verbrandingszone.At the bottom of the combustion chamber 120, a collecting element 127 with handle 128 is provided for collecting ash or soot from the combustion reaction in the combustion chamber 120. The collecting element 127 is removable for periodically emptying the combustion residues from the heat exchanger 100. In addition, a stove is provided. 123 which is connected to a channel 121 for supplying fuel. The channel 121 is provided with a screw 122 for transporting wood pellets to the combustion zone on the stove 123. An oxygen or air line 129 is also provided for supplying oxygen to the combustion zone.

Na verbranding worden de hete verbrandingsgassen langsheen een tweede kamerwand 125 omhoog geleid B1 en keren neerwaarts na het contact met de overspanning 124. Vervolgens worden de verbrandingsgassen neerwaarts geleid B2 tussen de eerste 126 en tweede 125 kamerwand. Aldus kan roet en as uitvallen in voornoemd opvangelement 127. Tot slot worden de verbrandingsgassen opwaarts geleid B3 doorheen de centrale doorgang van de vlampijpen 131.After combustion, the hot combustion gases are led upwards along a second chamber wall 125 B1 and turn downwards after contact with the span 124. The combustion gases are then guided downwards B2 between the first 126 and second 125 chamber wall. Soot and ash can thus fall out in the aforementioned receiving element 127. Finally, the combustion gases are led upwards B3 through the central passage of the fire tubes 131.

De vlampijpen 131 zijn cirkelvormig omheen de verbrandingskamer 120 opgesteld in de verhittingszone 130 in een dubbele rij waarbij de vlampijpen in beide rijen geschrankt zijn opgesteld. Bij het verlaten van de vlampijpen 131 worden de verbrandingsgassen geleid naar de voorverwarmingszone 140, waar eveneens dubbelwandige vlampijpen 141 zijn opgesteld en alwaar gedemineraliseerd water wordt voorverwarmd. Tot slot worden de verbrandingsgassen uit de warmtewisselaar 100 weggeleid.The fire tubes 131 are arranged circularly around the combustion chamber 120 in the heating zone 130 in a double row with the fire tubes arranged in both rows in a staggered manner. Upon leaving the fire pipes 131, the combustion gases are conducted to the pre-heating zone 140, where double-walled fire pipes 141 are also arranged and where demineralised water is pre-heated. Finally, the combustion gases are diverted from the heat exchanger 100.

De dubbelwandige vlampijpen 131 zijn zodanig opgebouwd, dat de verbrandingsgassen doorheen de centrale doorgang van de vlampijpen 131 worden geleid, terwijl water doorheen de dubbele wand wordt geleid. Daartoe is een reeks inwendige 131a en een uitwendige 131b vlampijpen voorzien, elke pijp 131 bovenaan aangesloten op een perforatie 134 in respectievelijk een eerste 132a en tweede 132b bovenvlak en onderaan op een perforatie 134 in respectievelijk een eerste 133a en tweede 133b grondvlak. De daardoor verkregen ingesloten ruimte in het dubbelwandig geheel werd gedimensioneerd op 11 L. Doorheen deze ruimte wordt water langsheen de centrale doorgang van de vlampijpen 131 gevoerd. De dubbelwandige vlampijpen 141 zijn op een analoge manier geconcipieerd.The double-walled fire pipes 131 are constructed in such a way that the combustion gases are led through the central passage of the fire pipes 131, while water is conducted through the double wall. To this end, a series of internal 131a and external 131b flame tubes are provided, each pipe 131 connected at the top to a perforation 134 in a first 132a and second 132b top surface, respectively, and at the bottom to a perforation 134 in a first 133a and second 133b base surface, respectively. The enclosed space thus obtained in the double-walled whole was dimensioned at 11 L. Water is passed through this space along the central passage of the fire tubes 131. The double-walled fire pipes 141 are designed in an analogous manner.

Gedemineraliseerd water wordt in het dubbelwandig grondvlak 133 aangevoerd door middel van een waterleiding 135 en de gegenereerde stoom wordt bovenaan in het dubbelwandig bovenvlak 132 afgevoerd via een stoomleiding 136. De enkelwandige stoomafvoer 136 gaat vervolgens over in een cirkelvormige stoomleiding 151 dewelke horizontaal in de na-verhittingszone 150 is opgesteld en dewelke voorzien is op een geschikte hoogte in de verbrandingskamer 120 boven het fornuis 123. De aldus verkregen oververhitte stoom wordt vervolgens naar een microstoomturbine geleid.Demineralized water is supplied to the double-walled base surface 133 by means of a water pipe 135 and the generated steam is discharged at the top into the double-walled top surface 132 via a steam pipe 136. The single-walled steam outlet 136 then flows into a circular steam pipe 151, which is horizontally in the after heating zone 150 is arranged and which is provided at a suitable height in the combustion chamber 120 above the stove 123. The superheated steam thus obtained is then passed to a micro steam turbine.

De voorverwarmingszone 140 is eveneens omvat uit een reeks verticaal opgestelde vlampijpen 141 en wordt voorzien van gedemineraliseerd water naar de inwendige dubbelwand terwijl verbrandingsgassen afkomstig van de verhittingszone 130 langsheen de centrale doorgang van de vlampijpen 141 worden geleid. Aldus wordt het water dat wordt aangevoerd naar de verhittingszone 130 alvast op een hogere temperatuur gebracht en wordt de restenergie in de verbrandingsgassen afkomstig van de verhittingszone 130 benut.The preheating zone 140 is also comprised of a series of vertically arranged flame pipes 141 and is supplied with demineralized water to the inner double wall while combustion gases from the heating zone 130 are guided along the central passage of the flame pipes 141. Thus, the water that is supplied to the heating zone 130 is already brought to a higher temperature and the residual energy in the combustion gases from the heating zone 130 is utilized.

Voor het verwijderen van gecondenseerd water uit de stoomafvoerleiding, is een condensleiding 137 voorzien tussen het dubbelwandige bovenvlak 132 en het dubbelwandig grondvlak 133. De condensleiding is buiten de verhittingszone 130 opgesteld.For removing condensed water from the steam discharge line, a condensation line 137 is provided between the double-walled top surface 132 and the double-walled base surface 133. The condensation line is arranged outside the heating zone 130.

Voorzien buiten de buitenmantel 110 van de warmtewisselaar is een detectiesysteem 160 voor het monitoren van het waterpeil in de dubbelwandige vlampijpen 131. Het detectiesysteem is een fluïdumverbinding tussen het dubbelwandige boven- 132 en grondvlak 133 en omvat een doorzichtige verticale buis waarin het waterpeil overeenstemt met het waterpeil in de dubbelwandige vlampijpen 131.Provided outside the heat exchanger outer jacket 110 is a detection system 160 for monitoring the water level in the double-walled fire pipes 131. The detection system is a fluid communication between the double-walled upper 132 and base surface 133 and comprises a transparent vertical tube in which the water level corresponds to the water level. water level in the double-walled fire pipes 131.

Figuur 3 toont een bovenaanzicht van de warmtewisselaar 100, waarbij de buitenmantel 110 niet getekend is om de inwendige elementen zichtbaar te maken.Figure 3 shows a top view of the heat exchanger 100, the outer jacket 110 not being shown to make the internal elements visible.

Figuur 4 toont een verticale dwarsdoorsnede van de warmtewisselaar 100.Figure 4 shows a vertical cross-section of the heat exchanger 100.

Figuur 5 is een detailvoorstelling van de dubbelwandige vlampijpen 131 in het dubbelwandig boven- 132 en grondvlak 133 in perspectief. In Figuur 5 is de horizontale sectie VII aangeduid, waarvan in Figuur 8 een bovenaanzicht wordt weergegeven.Figure 5 is a detailed representation of the double-walled fire pipes 131 in the double-walled top 132 and base surface 133 in perspective. Figure 5 shows the horizontal section VII, a top view of which is shown in Figure 8.

Figuur 8 is toont een bovenaanzicht van de horizontale sectie VII in Figuur 6.Figure 8 is a top view of the horizontal section VII in Figure 6.

Figuur 9 en 10 zijn respectievelijk een uitsnijding van het boven- 132 en grondvlak 133 zoals weergegeven in Figuur 6 met aanduiding van de water- en stoomgeleiding, respectievelijk A1 en A2, en geleiding van verbrandingsgassen B3.Figures 9 and 10 are a cut-out of the top 132 and ground surface 133, respectively, as shown in Figure 6, with indication of the water and steam conduction, A1 and A2, respectively, and conduction of combustion gases B3.

Claims

CONCLUSIONS

A heat exchanger (100) for generating steam, comprising: - an outer jacket (110), - a heat chamber (120) within said outer jacket arranged to generate a heated gas stream; and - a heating zone (130) comprising a plurality of substantially vertically arranged, double-walled fire pipes (131) arranged within said outer jacket (110), one or more fire pipes (131) connecting at the top to a double-walled top surface (132a, 132b) and at the connect the bottom to a double-walled base (133a, 133b).

The heat exchanger (100) according to claim 1, wherein said fire pipes (131) are double-walled and concentric.

A heat exchanger (100) according to claim 1 or 2, wherein said double-walled base surface (133) is connected to a water supply (135) for water supply (A1) and wherein said double-walled top surface (132) is connected to a steam line (136) for steam extraction (A2).

A heat exchanger (100) according to at least one of the preceding claims 1 to 3, wherein at least one steam pipe (136) for steam discharge is provided with one or more condensing pipes (137).

A heat exchanger (100) according to at least one of the preceding claims 1 to 4, wherein said double-walled top surface (132) is in fluid communication with said double-walled base surface (133) via one or more condensation pipes (137).

A heat exchanger (100) according to at least one of the preceding claims 1 to 5, wherein said heat chamber (120) is surrounded by: - a first chamber wall (126) which connects at the top with an overvoltage (124) and connects at the bottom at said base (133); - a plurality of flame pipes (131) arranged between said first chamber wall (126) and said outer jacket (110); and - a second chamber wall (125) disposed internally of said first chamber wall (126), and wherein said second chamber wall (125) extends vertically up to a distance of said span (124).

A heat exchanger (100) according to at least one of the preceding claims 1 to 6, provided with a pre-heating zone (140) comprising a plurality of double-walled fire pipes (141) with an inlet for water and an inlet for combustion gases from the fire pipes (131) in said heating zone (130).

A heat exchanger (100) according to at least one of the preceding claims 1 to 7, provided with a post-heating zone (150) comprising one or more steam lines (151) arranged in said heat chamber (120) for post-heating the heat exchanger in the heating zone. (130) generated steam.

The heat exchanger (100) according to at least one of the preceding claims 1 to 8, wherein a steam line (136) for steam removal is connected to a micro steam turbine.

A heat exchanger (100) according to at least one of the preceding claims 1 to 11, provided with a detection system (161) for determining the water level in said double-walled fire pipes (131).

A method for generating steam by means of a heat exchanger (100) comprising a heat chamber (120) and a heating zone (130) comprising a plurality of double-walled fire pipes (131), comprising the steps of: - generating a heated gas stream in said stream heat chamber (120); - passing said heated gas stream (B3) through said fire pipes (131); characterized in that a water film is passed through the double wall of said fire tubes (131) (A1, A2).

The method of claim 11, wherein said combustion gases in the heat chamber (120) are first guided partially upward (B1) and then partially guided downward (B2) before said combustion gases are passed through said flame pipes (131) (B3).

Use of a heat exchanger (100) according to at least one of the preceding claims 1 to 10 for generating steam, wherein the thermal energy of said steam is subsequently converted into electrical energy in a micro-steam turbine.