"Werkwijze en inrichting voor het verbeteren van het rendement van een verwarmingsketel"
Prioriteit van de twee octrooiaanvragen ingediend in Nederland,
respektievelijk op 31 januari 1980 onder het nr 8000614, en
op 18 november 1980 onder het nr 8006285, beide op naam van
BENRAAD TERBORG B.V.
1 Werkwijze en inrichting voor het verbeteren van het rendement van een verwarmingsketel.
De uitvinding heeft allereerst betrekking op
<EMI ID=1.1>
van de verwarmingsketel een ventilator is aangesloten voor
het voeren van de rookgassen door een extra warmtewisselaar
voor het verder verlagen van de temperatuur van de rookgassen
en het daarna toevoeren van de rookgassen aan een afvoerkanaal.
Een dergelijke werkwijze wordt op steeds grotere
schaal toegepast om meer energie te onttrekken aan de
rookgassen. Bij toepassing van een dergelijke werkwijze
moeten een aantal veiligheidsmaatregelen wordt getroffen.
Zo moet de ketel worden beveiligd tegen uitvallen van de ventilator, zodanig dat wanneer de ventilator de rookgassen
niet meer afvoert, de brander buiten bedrijf wordt gesteld
en buiten bedrijf blijft.
Hierbij mag er dus niet slechts van uit worden
gegaan dat de ventilator werkelijk in bedrijf zal zijn
wanneer bijvoorbeeld elektrische stroom aan de motor ervan
wordt toegevoerd. De ventilator kan namelijk ook door
andere oorzaken niet aan de eraan gestelde eisen van een
voldoende rookgasverplaatsing voldoen. Bovendien moet
worden voorkomen, dat de ventilator stopt als de gasklep
weigert geheel te sluiten.
Er is dus niet slechts bijzondere apparatuur
vereist, maar een nadeel van een dergelijke werkwijze is
eveneens, dat bij het uitvallen van de ventilator de verwarmingsketel in het geheel niet meer kan worden
gebruikt.
De uitvinding heft nu deze bnzwaren op, door
een werkwijze te verschaffen, die daardoor is gekenmerkt,
dat de rookgassen door middel van een ventilator worden
onttrokken aan de rookgasverzamelkast, die op overigens
bekende wijze is aangesloten op een afvoerkanaal via een valwindafleider.
Bij toepassing van een dergelijke werkwijze kan d e verwarmingsketel geheel op normale wijze werken, waarbij dus de rookgassen vanuit de rookgasverzamelkast worden toegevoerd aan het afvoerkanaal via een valwind-
<EMI ID=2.1>
van de rookgassen direkt via dit afvoerkanaal zal worden afgevoerd, zodat niet alle rookgassen door de ventilator worden aangezogen. Gebleken is dat het mogelijk is het niet aangezogen deel te beperken tot maximaal ongeveer 10 %, zonder dat valse lucht wordt aangezogen. Tegenover dit geringe nadeel staat echter-het grote voordeel, dat bij het uitvallen van de ventilator de verwarmingsketel normaal in bedrijf kan blijven en er geen gecompliceerde apparatuur noodzakelijk is voor het controleren van de werking van
de ventilator en het besturen van de verwarmingsketel,
met alle kansen op storingen, die dit weer met zich mee zou brengen.
Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze worden de door de ventilator afgevoerde rookgassen geïnjecteerd in het afvoerkanaal. Gebleken is dat door het benutten van de kinetische energie van de rookgassen het verlies aan schoorsteentrek, ten gevolge van de koelere rookgassen, kan worden gecompenseerd.
In de praktijk is verder gebleken, dat tijdens het bedrijf van een verwarmingsketel stofafzetting optreedt op de warmtewisselaar en de ventilator. Hierdoor zal in
het bijzonder de capaciteit van de ventilator worden verkleind, zodat minder rookgassen door de extra warmtewisselaar worden gevoerd en dus het rendement van de vcrwarmingsinrichting afneemt.
Het vergroten van de capaciteit van de ventilator zou er toe leiden, dat, in de schone toestand daarvan, overmaat lucht door de extra warmtewisselaar wordt gevoerd, met als gevolg een lagere temperatuur van de met, in overmaat aangezogen, lucht-vermengde rookgassen, en een verlaging van het dauwpunt waardoor ook minder restwarmte kan worden gewonnen.
Bovendien zal het aanvoeren van een grotere 1
<EMI ID=3.1>
de maximale hoeveelheid rookgassen, terwijl de door de ventilator afgevoerde rookgassen zodanig worden toegevoerd aan de rookgasverzamelkast en het daarop aangesloten afvoerkanaal, dat een deel van de rookgassen direkt weer
<EMI ID=4.1>
De door de ventilator gerecirculeerde rookga ssen zullen steeds een hogere temperatuur hebben dan de buitenlucht en verzadigd zijn met waterdamp en zullen reeds in hoge mate vrij zijn van stof, zodat geen extra vervuiling va n de ventilator op zal treden.
Weliswaar zal natuurlijk toch na verloop van tijd een zekere verlaging van de capaciteit van de ventilator zijn opgetreden, maar de capaciteit kan nog steeds zodanig zijn, dat de optimale hoeveelheid rookgas wordt aangezogen om door de warmtewisselaar te worden gevoerd. Na een zekere bedrijfstijd zal uiteraard de ventilator schoongemaakt moeten worden. Ook als de ventilator zou weigeren is een veilige afvoer van de rookgassen verzekerd.
De uitvinding heeft eveneens betrekking op een inrichting voor toepassing van de bovenaangegeven werkwijze, welke inrichting een verwarmingsketel met rookgasverzamelkast o�vat, met een op de ketel aansluitende extra warmtewisselaar en een ventilator die de verbrandingsgassen
door de warmtewisselaar kan voeren, en vervolgens toevoeren aan een afvoerkanaal, welke inrichting daardoor is gekenmerkt, dat de extra warmtewisselaar vertikaal is aangebracht
<EMI ID=5.1>
op de rookgasverzamelkast en aan de onderzijde op de ventilator en met zijn secundaire circuit aan de onderzijde op de uit de verwarmingsinstallatie komende leiding voor het te verwarmen medium en aan de bovenzijde op de leiding
<EMI ID=6.1>
<EMI ID=7.1>
uitvoeringsvorm van de uitvinding in worden voorzien, dat de extra warmtewisselaar direkt naast de verwarmingsketel wordt aangebracht.
Een inrichting omvattende een verwarmingsketel met rookgasverzamelkast, waarop een afvoerkanaal is aangesloten en tevens een ventilator voor het voeren van ten minste een deel van de, door de verwarmingsketel geleverde, rookgassen door een extra warmtewisselaar, kan verder daardoor gekenmerkt zijn, dat de ventilator een capaciteit heeft, die in de schone toestand ervan groter is dnn de door de ketel geleverde maxiriale hoeveelheid rookgassen, waarbij de afvoer van de ventilator zodanig is aangesloten op de rookgasverzamelkast, dat een deel van de door de ventilator afgevoerde rookgassen weer door de ventilator kan worden aangezogen.
Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm is daartoe de afvoerleiding van de ventilator voorzien van een zodanig mondstuk, dat de door de vent ilator afgegeven stroom rookgassen 'in hoofdzaak direkt terechtkomt in het rookgasafvoerkanaal, maar dat de onderkant van de valwindafleider wordt gevuld met rookgassen.
In het bijzonder wanneer de extra warmtewisselaar is bestemd voor het verwarmen van water, kan gebruik worden gemaakt van een warmtewisselaar gevormd door gegolfde platen waarvan er twee naar elkaar toe gericht staan, zodanig dat door deze gegolfde platen en door de tegenover elkaar liggende,met elkaar verbonden zijwanden ervan een rookgaskanaal wordt gevormd, terwijl elk der gegolfde platen ten minste langs de randen is verbonden met een er buiten tegenaan liggende eveneens gegolfde plaat, waarbij de golven van beide tegen elkaar aan liggende
<EMI ID=8.1>
platen tegen elkaar aan liggen.
Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm zullen daarbij de golfdalen van beide platen eveneens met elkaar
<EMI ID=9.1>
ondergebracht.
Bij het vervaardigen van een dergelijke warmtewisselaar wordt zodanig te werk gegaan, dat alle verbindingen worden gesoldeerd bij het emailleren van de warmtewisselaar. Het emailleren vindt plaats om het materiaal te beschermen tegen aantasting door het condenswater, dat neerslaat aan de rookgaszijde. In verband met de bij het emailleren toegepaste temperatuur zal bijv. gebruik worden gemaakt van kopersoldeer.
Gebleken is dat op deze wijze een eenvoudige produktie van een dergelijke warmtewisselaar mogelijk is.
<EMI ID=10.1>
hand van een uitvoeringsvoorbeeld, weergegeven in de tekening, waarin:
fig. 1 schematisch een dwarsdoorsnede toont <EMI ID=11.1>
warmtewisselaar volgens de onderhavige uitvinding; fig. 2 schematisch een zijaanzicht en gedeeltelijke doorsnede toont over de inrichting van fig. 1; en . fig. 3, 4 en 5 doorsneden tonen over de warmtewisselaar volgens resp. de lijnen III-III, IV-IV en V-V van f ig. 2.
De in de figuren 1 en 2 weergegeven verwarmings-
<EMI ID=12.1>
aangebracht de branders 2 en daarboven de warmtewisselingslichamen 3. Aan de bovenzijde is op de warmtewisselingslichamen 3 een rookgasverzamelkast 4 aangesloten, die
de verbinding tot stand brengt met het afvoerkanaal 5 en die tevens is voorzien van een valwindaflei.der 6.
<EMI ID=13.1>
de verzamelkast 7 voor de warmtewisselaar 8 aangesloten. Vanuit de verzamelkast 7 stromen de rookgassen naar beneden toe door de warmtewisselaar 8 heen en komen aan de onderzijde terecht in de verzamelkast 9, van waaruit zij worden <EMI ID=14.1>
via de afvoerleiding 11 terugvoert naar de rookgasverzamelkast 4.
<EMI ID=15.1>
is de warmtewisselaar opgebouwd uit de gegolfde platen 13,14,
15 en 16. De binnenliggende golfplaten 13 en 15 vormen het rookgaskanaal 17 en de platen 13, 14 en 15, 16 vormen paarsgewijs kanalen 18 en 19 voor het doorvoeren van het
te verwarmen medium, in het bijzonder water.
Zoals blijkt uit fig. 5 zijn de golfplaten 13, 14 en 15, 16 bij hun boven- en onderranden zodanig gevormd, dat de randen met elkaar kunnen worden verbonden. Hiertoe zijn in het bijzonder de golven van de pleiten 14 en 16
in die gebieden platgedrukt.
Zoals blijkt uit fig. 3 zijn de vertikale langsranden van de golfplaten 13, 14 en 15, 16 zodanig gevormd, dat de randen van de binnenliggende platen 13, 15 tegen elkaar aan komen te liggen, terwijl de verdere delen
van de platen op voldoende afstand liggen voor het vormen van het rookgaskanaal 17.
Fig. 4 toont nog een doorsnede over de bovenste waterafvoeraansluiting 20. Daarbij zijn de buitenliggende golfplaten 14 en 16 plaatselijk niet tegen de binnenliggende platen 13 en 15 aangedrukt, maar zodanig uitgevoerd, dat er een aansluitstuk 21 mee kan worden verbonden.
Het zal duidelijk zijn dat ook aan de onderzijde van de warmtewisselaar ee n dergelijk aansluitstuk aanwezig is, dat verder niet in de tekening is weergegeven. Dit onderste aansluitstuk wordt verbonden met de verwarmingsinstallatie, bestaande uit radiatoren of dergelijke,
zodanig dat het uit de verwarmingsinstallatie komende,
koele medium de warmtewisselaar 8 binnenstroomt, terwijl
het voorverwarmde medium via het aansluitstuk 21 wordt toegevoerd aan de verwarm ingsketel.
Zoals in het bijzonder blijkt uit de fig. 1 en 2
is het boveneinde van de afvoerleiding 11, die aan het <EMI ID=16.1>
terwijl een deel van de rookgassen wordt verspreid over de valwindafleider 6, van waaruit het betreffende deel van de rookgassen weer door de ventilator 10 kar. worden aangezogcn via de verzamelkast 9 en de warmtewisselaar 8.
Uiteraard is het toepassen van de afvoer van rookgassen vanuit de rookgasverzamelkast en het recirculeren daarvan als boven beschreven, ook mogelijk bij het gebruik van andere typen warmtewisselaars en ook in het geval, dat het verwarmde medium niet wordt gevormd door water of
<EMI ID=17.1>
warmtewisselaar is echter bijzonder effektief gebleken voor het aangegeven doel.
<EMI ID=18.1>
voor het verder verlagen van de temperatuur van de rookgassen en het daarna toevoeren van de rookgassen aan een afvoerkanaal, met h e t k e n m e r k, dat de rookgassen
<EMI ID=19.1>
rookgasverzamelkast, die op overigens bekende wijze is aangesloten op een afvoerkanaal via een valwindafleider.
<EMI ID=20.1>
k e n m e r k, dat de door de ventilator afgevoerde rookgassen worden geïnjecteerd in het rookgasafvoerkanaal, zodanig
dat de kinetische energie van de rookgassen wordt benut
voor het compenseren van het verlies aan schoorsteentrek
als gevolg van de verlaging van de rookgastemperatuur.
3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, m e t
het k e n m e r k, dat de ventilator een capaciteit
heeft, die in de schone toestand ervan groter is dan de
door de ketel geleverde maximale hoeveelheid rookgassen
en dat de door de ventilator afgevoerde rookgassen zodanig
<EMI ID=21.1>
daarop aangesloten afvoerkanaal, dat een deel van de
rookgassen direkt weer wordt aangezogen door de ventilator
om gerecirculeerd te worden.
�
4. Inrichting voor toepassing van de werkwijze
<EMI ID=22.1>
"Method and device for improving the efficiency of a boiler"
Priority of the two patent applications filed in the Netherlands,
on January 31, 1980, respectively, under No. 8000614, and
on November 18, 1980 under number 8006285, both in the name of
BENRAAD TERBORG B.V.
1 Method and device for improving the efficiency of a boiler.
The invention first of all relates to
<EMI ID = 1.1>
of the boiler a fan is connected for
passing the flue gases through an additional heat exchanger
for further lowering the temperature of the flue gases
and subsequently feeding the flue gases to a discharge channel.
Such a method is getting bigger and bigger
applied to extract more energy from the
flue gases. When using such a method
some security measures must be taken.
For example, the boiler must be protected against failure of the fan, such that when the fan releases the flue gases
no longer drains, the burner is put out of operation
and remains out of operation.
So it should not only be assumed
that the fan will actually be in operation
when, for example, electric current to its motor
is supplied. The fan can also continue
other causes do not meet the requirements of one
sufficient flue gas displacement. In addition, must
prevent the fan from stopping as the throttle
refuses to close completely.
So there is not only special equipment
required, but is a drawback of such a method
also, that in case of failure of the fan, the boiler cannot become any more at all
used.
The invention now removes these major problems
provide a method characterized by it,
that the flue gases are extracted by means of a fan
extracted from the flue gas collection box, which on incidentally
known manner is connected to a discharge channel via a downwind deflector.
When such a method is used, the boiler can operate in a completely normal manner, whereby the flue gases are thus supplied from the flue gas collection box to the discharge channel via a downwind.
<EMI ID = 2.1>
of the flue gases will be discharged directly via this discharge channel, so that not all flue gases are drawn in by the fan. It has been found that it is possible to limit the non-drawn-in part to a maximum of about 10% without drawing in false air. However, this minor drawback has the great advantage that in the event of a fan failure, the boiler can remain in normal operation and no complicated equipment is required to check the operation of the boiler.
the fan and the control of the boiler,
with all the chances of failures that this would bring with it.
According to a preferred embodiment of the method, the flue gases discharged by the fan are injected into the discharge channel. It has been found that by utilizing the kinetic energy of the flue gases, the loss of chimney draft, as a result of the cooler flue gases, can be compensated.
It has further been found in practice that dust is deposited on the heat exchanger and the fan during operation of a heating boiler. This will cause in
in particular the capacity of the fan is reduced, so that less flue gases are passed through the additional heat exchanger and thus the efficiency of the heating device decreases.
Increasing the capacity of the fan would result in excess air being passed through the additional heat exchanger in its clean condition, resulting in a lower temperature of the flue gases mixed with excess air, and a reduction in the dew point, which means that less residual heat can also be extracted.
In addition, it will bring in a larger 1
<EMI ID = 3.1>
the maximum amount of flue gases, while the flue gases discharged by the fan are supplied to the flue gas collection box and the exhaust duct connected to it, so that a part of the flue gases is immediately
<EMI ID = 4.1>
The flue gases recirculated by the fan will always have a higher temperature than the outside air and are saturated with water vapor and will already be largely free of dust, so that no extra pollution of the fan will occur.
Although a certain decrease in the capacity of the fan will of course have occurred after some time, the capacity can still be such that the optimum amount of flue gas is drawn in to be passed through the heat exchanger. After a certain operating time, the fan will of course have to be cleaned. Even if the fan should refuse, a safe discharge of the flue gases is ensured.
The invention also relates to a device for applying the above-mentioned method, which device comprises a heating boiler with a flue gas collection box, with an additional heat exchanger connecting to the boiler and a fan which fuses the combustion gases.
can pass through the heat exchanger, and then supply it to a discharge channel, the device being characterized in that the additional heat exchanger is arranged vertically
<EMI ID = 5.1>
on the flue gas collection box and on the underside on the fan and with its secondary circuit on the underside on the pipe from the heating system for the medium to be heated and on the top on the pipe
<EMI ID = 6.1>
<EMI ID = 7.1>
In the embodiment of the invention, provision is made for the additional heat exchanger to be arranged directly next to the heating boiler.
A device comprising a heating boiler with flue gas collection box, to which a discharge channel is connected and also a fan for feeding at least part of the flue gases supplied by the heating boiler through an additional heat exchanger, can further be characterized in that the fan has a capacity which, in its clean state, is greater than the maximum quantity of flue gases supplied by the boiler, with the exhaust of the fan being connected to the flue gas collection box in such a way that part of the flue gases discharged by the fan can be sucked in again by the fan .
According to a preferred embodiment, the exhaust duct of the fan is provided for this purpose with a nozzle such that the stream of flue gases emitted by the fan enters substantially directly into the flue gas discharge duct, but that the bottom side of the downwind diverter is filled with flue gases.
In particular, when the additional heat exchanger is intended for heating water, use can be made of a heat exchanger formed by corrugated plates, two of which face each other, such that through these corrugated plates and the opposite, mutually connected side walls thereof, a flue gas channel is formed, while each of the corrugated plates is connected at least along the edges to an adjacent, also corrugated plate, the waves of both abutting
<EMI ID = 8.1>
plates against each other.
According to a preferred embodiment, the wave valleys of both plates will also mutually interact with each other
<EMI ID = 9.1>
housed.
When manufacturing such a heat exchanger, the procedure is such that all connections are soldered when the heat exchanger is enamelled. Enamelling takes place to protect the material against attack by the condensation water, which precipitates on the flue gas side. In connection with the temperature used in enamelling, for example, copper solder will be used.
It has been found that in this way a simple production of such a heat exchanger is possible.
<EMI ID = 10.1>
on the basis of an exemplary embodiment, shown in the drawing, in which:
Fig. 1 schematically shows a cross section <EMI ID = 11.1>
heat exchanger according to the present invention; Fig. 2 schematically shows a side view and partial cross-section of the device of Fig. 1; and . Figures 3, 4 and 5 show cross sections of the heat exchanger according to respectively. lines III-III, IV-IV and V-V of fig. 2.
The heating shown in Figures 1 and 2
<EMI ID = 12.1>
arranged the burners 2 and above the heat exchange bodies 3. At the top side, a flue gas collection box 4 is connected to the heat exchange bodies, which
establishes the connection with the discharge channel 5 and which is also provided with a downwind deflector 6.
<EMI ID = 13.1>
the collection box 7 for the heat exchanger 8 is connected. From the collection box 7, the flue gases flow downwards through the heat exchanger 8 and end up in the collection box 9, from where they are <EMI ID = 14.1>
returns to the flue gas collection box 4 via the discharge pipe 11.
<EMI ID = 15.1>
the heat exchanger is built up from the corrugated plates 13,14,
15 and 16. The inner corrugated sheets 13 and 15 form the flue gas duct 17 and the plates 13, 14 and 15, 16 form pairwise ducts 18 and 19 for the passage of the
medium to be heated, in particular water.
As shown in Figure 5, the corrugated sheets 13, 14 and 15, 16 are formed at their top and bottom edges so that the edges can be joined together. In particular, the waves of the pleadings 14 and 16 are for this purpose
squashed in those areas.
As can be seen from Fig. 3, the vertical longitudinal edges of the corrugated plates 13, 14 and 15, 16 are formed such that the edges of the inner plates 13, 15 abut, while the further parts
of the plates are sufficiently spaced to form the flue gas channel 17.
Fig. 4 shows a cross-section over the upper water discharge connection 20. The outer corrugated plates 14 and 16 are not locally pressed against the inner plates 13 and 15, but are designed such that a connecting piece 21 can be connected to it.
It will be clear that there is also such a connecting piece at the bottom of the heat exchanger, which is not further shown in the drawing. This lower connecting piece is connected to the heating installation, consisting of radiators or the like,
such that it comes out of the heating system,
cool medium flows into the heat exchanger 8, while
the preheated medium is supplied to the boiler via the connecting piece 21.
As shown in particular from Figures 1 and 2
is the upper end of the discharge line 11, which is at the <EMI ID = 16.1>
while a part of the flue gases is spread over the downwind deflector 6, from which the relevant part of the flue gases is again passed through the fan 10 car. are sucked in via the collection box 9 and the heat exchanger 8.
Of course, the use of the flue gas discharge from the flue gas collection box and its recirculation as described above is also possible when using other types of heat exchangers and also in the case where the heated medium is not formed by water or
<EMI ID = 17.1>
however, the heat exchanger has proven to be particularly effective for the stated purpose.
<EMI ID = 18.1>
for further lowering the temperature of the flue gases and then supplying the flue gases to a discharge channel, characterized in that the flue gases
<EMI ID = 19.1>
flue gas collection box, which is connected in a known manner to a discharge channel via a downwind deflector.
<EMI ID = 20.1>
note that the flue gases discharged by the fan are injected into the flue gas discharge duct in such a way
that the kinetic energy of the flue gases is used
to compensate for the loss of chimney draft
due to the reduction of the flue gas temperature.
3. Method according to claim 1 or 2, m e t
it should be noted that the fan has a capacity
which, in its clean state, is greater than the
maximum amount of flue gases supplied by the boiler
and that the flue gases discharged by the fan are such
<EMI ID = 21.1>
drain connected to it, which forms part of the
flue gases are immediately sucked in again by the fan
to be recycled.
�
4. Device for applying the method
<EMI ID = 22.1>