NL1007298C2 - Kruisstroom-warmtewisselaar met bypass-klep. - Google Patents

Description

KRUISSTROOM-WARMTEWIS SELAAR MET BYPASS-KLEP

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een kruisstroom-warmtewisselaar voor toepassing in een ruimteverwarmingssysteem, dat is ingericht voor het door middel van een brander verwarmen van lucht; 5 welke warmtewisselaar twee fysiek van elkaar gescheiden, door middel van een aantal evenwijdige wanden thermisch met elkaar gekoppelde doorstroom-circuits omvat, welke circuits met elkaar verweven zijn en in onderlinge dwarsrichting worden doorstroomd door respec-10 tievelijk (1) een luchtstroom vanaf een buitenlucht - inlaat naar een afvoer naar de te verwarmen ruimte (2) een gasstroom vanaf een inlaat voor 15 bijvoorbeeld van de brander afkomstige hete rookgassen naar een afvoer voor rookgassen naar buiten, of uit de ruimte afkomstige lucht naar een afvoer daarvoor naar buiten, welke wanden alle in hoofdzaak congruent zijn 20 en in onderling verband worden gehouden door constructie-middelen, welke warmtewisselaar een algemene in hoofdzaak prismatische vorm bezit, waarvan de met de beschrijvende lijnen evenwijdige hoofdrichting zich dwars op de hoofdvlakken van de wanden uitstrekt, 25 waarbij in de prismatische vorm een als omloop- circuit dienstdoend kleiner prismatisch deel met eenzelfde dwarsdoorsnede ten opzichte van de hoofdrichting vrij is van wanden en een door twee wanden begrensde ruimte omvat, welke ruimte deel uitmaakt van het eerste 30 doorstroom-circuit, in welke ruimte een klep is opgenomen, die door middel van met de klep gekoppelde bedie-ningsmiddelen verplaatsbaar is tussen een gesloten stand en een open stand, welke klep een door een aandrijving 1007298 2 roteerbare as omvat, en een in hoofdzaak plaatvormig element draagt, dat zich in hoofdzaak over de gehele dwarsafmeting van het genoemde kleiner prismatisch deel uitstrekt en zich in de gesloten stand van de klep uit-5 strekt tussen de zijwanden van het kleiner prismatisch deel en in de open stand van de klep een afstand ten opzichte van althans een van die zijwanden bezit.

Een dergelijke warmtewisselaar is bekend uit het Franse octrooischrift FR-A-2 626 969.

10 Bij een dergelijk bekende warmtewisselaar kan er een probleem ontstaan in een bepaalde periode van het jaar, bijv. de zomerperiode, waarin de buitentemperatuur hoger is dan de binnentemperatuur. In dat geval gaat het systeem met warmte-terugwinning omgekeerd werken en wordt 15 de betreffende ruimte ten opzichte van de buitentemperatuur opgewarmd. Onder omstandigheden kan dit ongewenst zijn. De onderhavige uitvinding beoogt bovengenoemde bekende warmte-wisselaar te verbeteren, en in het bijzonder de werking tijdens de zomerperiode te verbeteren.

20 Bij deze bekende warmte-wisselaar gaat men uit van het principe, dat in het ruimteverwarmingssysteem een kruisstroom-warmtewisselaar aanwezig moet zijn, die zelf van het bypass-systeem voorzien moet zijn. Dit biedt de mogelijkheid van een zeer eenvoudige opbouw.

25 Derhalve verschaft de onderhavige uitvinding een warmte-wisselaar voor toepassing in een ruimteverwarmingssysteem, dat is ingericht voor het door middel van een brander verwarmen van lucht; welke warmtewisselaar twee fysiek van elkaar 30 gescheiden, door middel van een aantal evenwijdige wanden thermisch met elkaar gekoppelde doorstroom-circuits omvat, welke circuits met elkaar verweven zijn en in onderlinge dwarsrichting worden doorstroomd door respectievelijk 35 (1) een luchtstroom vanaf een buitenlucht-inlaat naar een afvoer naar de te verwarmen ruimte 1007298 3 (2) een gasstroom vanaf een inlaat voor bijvoorbeeld van de brander afkomstige hete rookgassen naar een afvoer voor rookgassen naar buiten, of uit de ruimte afkomstige lucht naar een afvoer daarvoor naar 5 buiten, welke wanden alle in hoofdzaak congruent zijn en in onderling verband worden gehouden door constructie-middelen, welke warmtewisselaar een algemene in hoofdzaak prismatische vorm bezit, waarvan de met de beschrijvende 10 lijnen evenwijdige hoofdrichting zich dwars op de hoofdvlakken van de wanden uitstrekt, waarbij in de prismatische vorm een als omloop-circuit dienstdoend kleiner prismatisch deel met eenzelfde dwarsdoorsnede ten opzichte van de hoofdrichting 15 vrij is van wanden en een door twee wanden begrensde ruimte omvat, welke ruimte deel uitmaakt van het eerste doorstroom-circuit, in welke ruimte een klep is opgenomen, die door middel van met de klep gekoppelde bedie-ningsmiddelen verplaatsbaar is tussen een gesloten stand 20 en een open stand, welke klep een door een aandrijving roteerbare as omvat, en een in hoofdzaak plaatvormig element draagt, dat zich in hoofdzaak over de gehele dwarsafmeting van het genoemde kleiner prismatisch deel uitstrekt en zich in de gesloten stand van de klep uit-25 strekt tussen de zijwanden van het kleiner prismatisch deel en in de open stand van de klep een afstand ten opzichte van althans een van die zijwanden bezit, met het kenmerk dat de bedieningsmiddelen voor besturing met een voeler voor de buitentemperatuur of althans de tempera-30 tuur van de luchtstroom vanaf de buitenluchtinlaat verbindbaar zijn.

Een van de beschreven uitvoeringsvoorbeelden in zodanig uitgevoerd, dat de bedieningsmiddelen, die bijvoorbeeld microprocessor of dergelijke kunnen omvatten, 35 voor besturing met een buitentemperatuurvoeler verbindbaar zijn.

Bijvoorbeeld kan het systeem de volgende functionele situaties kennen: 1i 00 7298' 4 (1) Buitenlucht-temperatuur lager dan 15°C; bypass gesloten; ruimteverwarmingssysteem actief. De toegevoerde buitenlucht wordt opgewarmd door de afgevoerde binnenlucht.

5 (2) Buitenlucht-temperatuur lager dan 15°C of hoger dan 20°C; bypass open; ruimteverwarmingssysteem niet actief. De toegevoerde buitenlucht wordt rechtstreeks naar de ruimte gevoerd, zonder opwarming.

(3) Buitenlucht-temperatuur lager dan 20°C; 10 bypass gesloten; ruimteverwarmingssysteem actief. De toegevoerde buitenlucht wordt opgewarmd door de afgevoerde binnenlucht.

De genoemde niveaus van 15°C en 20°C zijn bij wijze van voorbeeld genoemd. Het systeem kan bijvoorbeeld 15 zodanig zijn ontworpen, dat de gebruiker van het ruimteverwarmingssysteem deze temperaturen kan instellen.

De beschreven regeling kan leiden tot een geringere opwarming van de woning in de zomer overdag (wanneer het buiten warm is) en een sneller afkoelen van 20 de woning gedurende de nacht (wanneer het buiten relatief koel is).

In het bijzonder heeft in een voorkeursuitvoering de warmtewisselaar volgens de uitvinding het kenmerk dat de warmtewisselaar dezelfde algemene vorm bezit als 25 een bekende warmtewisselaar en aldus daarmee uitwisselbaar is.

Tevens kan de warmtewisselaar de bijzonderheid vertonen dat het als omloopcircuit dienst doende prismatische deel een afzonderlijke eenheid is. Een dergelijk 30 relatief klein prismatisch deel, dat als omloopcircuit dienst doet, vormt een insteekmodule en kan worden geplaatst in een warmtewisselaar, die van een daartoe ingerichte lege ruimte voorzien is, waarin het genoemde relatief kleine prismatische deel past.

35 Zowel wat deze uitvoering betreft als wat de uitvoering beschreven in de voorgaande alinea betreft, dient er in dit geval de aandacht op te worden gevestigd, dat de bypass-ruimte een zekere verkleining van de effec- 1007298 5 tieve afmetingen van de warmtewisselaar veroorzaakt. In de praktijk blijkt echter, dat warmtewisselaars in ruim-teverwarmingssystemen zodanig ruim gedimensioneerd zijn, dat dit geen probleem oplevert.

5 Een voorkeursuitvoering vertoont de bijzonder heid, dat de hartlijn symmetrisch ten opzichte van de genoemde zijwanden is geplaatst. Deze uitvoering heeft het voordeel, dat de langsstromende lucht het plaatvormige element, dat natuurlijk ten opzichte van de hartlijn 10 symmetrisch dient te zijn uitgevoerd, symmetrisch belast. Hierdoor kan ook tijdens het langsstromen van lucht de klep met zeer geringe inspanning verdraaid worden, daar geen tegenwerking door de langsstromende lucht wordt ondervonden. In stationaire toestand wordt de aandrijving 15 met deze structuur ook niet op rotatie belast.

Verder vertoont de kruisstroom-warmtewisselaar bij voorkeur de bijzonderheid dat, het plaatvormige element aan zijn beide einden roteerbaar is gelagerd. Hiermee wordt vermeden, dat in het bijzonder in de geslo-20 ten toestand het plaatvormige element door langsstromende lucht op buiging wordt belast.

Een specifieke uitvoering vertoont de bijzonderheid, dat de aandrijving een motor met een reductie-transmissie omvat. Hierdoor kan een rustige verplaatsing 25 van het plaatvormige element worden gerealiseerd, waarbij door de langzame beweging de kracht onder alle omstandigheden voldoende groot kan zijn.

Een eenvoudige uitvoering vertoont de bijzonderheid, dat de aandrijving twee eindschakelaars omvat, 30 die respectievelijk de open en de gesloten stand van de klep bepalen. Deze structuur heeft het voordeel, dat met zeer eenvoudige, betrouwbare en goedkope middelen de beide eindstanden bepaald kunnen worden.

Een alternatief vertoont de bijzonderheid dat 35 de aandrijving een stappenmotor omvat. Een stappenmotor maakt op gemakkelijke wijze ook een eventueel gewenste tussenstand mogelijk. In principe zou een dergelijke tussenstand ook met een gewone motor bereikt kunnen 1007298 6 worden. In dat geval dienen evenwel positie-opneemmidde-len gebruikt te worden, om de momentale stand van het plaatvormige klepelement te melden aan de bedieningsmid-delen, die daarop reageren, door de momentale stand te 5 vergelijken met een door een gebruiker ingestelde of aan de hand van programmabesturing en externe signalen vast-gestelde nominale stand.

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van bijgaande tekening. Hierin tonen: 10 figuur 1 een gedeeltelijk weggebroken perspec tivisch aanzicht van een deel van een ruimteverwarmings-systeem, waarin een kruisstroom-warmtewisselaar volgens de uitvinding is opgenomen; figuur 2 een perspectivisch aanzicht van een 15 bekende warmtewisselaar; figuur 3a een met figuur 2 corresponderend aanzicht van de warmtewisselaar volgens figuur 1 in de toestand, waarin de bypass-klep gesloten is; en figuur 3b een met figuur 3a corresponderend 20 aanzicht in de situatie, waarin de bypass-klep geheel geopend is.

Figuur 1 toont een deel van een ruimteverwar-mingsinrichting 1. Hierin is een kruisstroom-warmtewisselaar 2 opgenomen.

25 Via een invoer 3 wordt via een eerste invoer- ruimte 4 koude buitenlucht aan de warmtewisselaar 2 toegevoerd. Via een eerste afvoerruimte 5 wordt de verwarmde buitenlucht, die de warmtewisselaar 2 via een eerste doorstroom-circuit heeft doorlopen, door een 30 ventilator 6 afgevoerd naar een afvoer 7, waardoorheen verwarmde lucht naar de te verwarmen ruimte wordt geleid.

De uit de ruimte afgezogen lucht wordt via een tweede invoer 8 via een tweede invoerruimte 9 aan een tweede doorstroom-circuit van de warmtewisselaar 2 toege-35 voerd en daar vandaan via een tweede afvoerruimte 10 afgevoerd naar een afvoer 11 voor afvoer naar buiten. Op deze wijze vindt met de inrichting 1 een effectieve 1007298 7 terugwinning plaats van de warmte die aanwezig is in de uit de ruimte af te voeren lucht.

Alvorens de warmtewisselaar 2 volgens de uitvinding te bespreken wordt nu eerst verwezen naar de 5 figuren 2, 3a en 3b.

Figuur 2 toont een bekende warmtewisselaar 12. Deze is van het kruisstroom-type met twee fysiek van elkaar gescheiden, door middel van een aantal evenwijdige wanden 13, bijvoorbeeld van aluminium, thermisch met 10 elkaar gekoppelde doorstroom-circuits. Deze circuits zijn met elkaar verweven en kunnen in onderlinge dwarsrichting worden doorstroomd. Aan de rechter eindwand is door middel van twee pijlen 14, 15 de algemene richting van de twee genoemde doorstroom-circuits aangegeven. De uitvoe-15 ring van deze warmtewisselaar 12 is algemeen bekend. Door middel van constructiemiddelen 16 worden de wanden 13 in verband met elkaar gehouden.

Zoals figuur 2 toont, vertoont de warmtewisselaar 2 een in hoofdzaak prismatische vorm, waarvan de met 20 de beschrijvende lijnen evenwijdige hoofdrichting zich dwars op de hoofdvlakken van de wanden uitstrekt.

De warmtewisselaar 17 volgens de figuren 3a en 3b vertoont dezelfde algemene prismatische vorm als de warmtewisselaar 12 volgens figuur 2. Hierdoor is hij 25 volledig uitwisselbaar met deze warmtewisselaar 12.

De warmtewisselaar 17 vertoont ten opzichte van de warmtewisselaar 12 de bijzonderheid, dat in de prismatische vorm een kleiner prismatisch deel 18 met eenzelfde dwarsdoorsnede ten opzichte van de hoofdrichting vrij is 30 van wanden en aldus een door twee wanden begrensde ruimte 18 omvat. Deze ruimte 18 maakt deel uit van het eerste doorstroom-circuit, dat in figuur 2 voor de warmtewisselaar 12 met 14 is aangeduid. Hij wordt in verband daarmee dan ook zijdelings begrensd door twee wanden 19, 20. In 35 de ruimte 18 is een als kleplichaam dienst doende plaat 21 opgenomen, die verplaatsbaar is tussen een gesloten stand volgens figuur 3a en een open stand volgens figuur 3b. In de in figuur 3b getoonde open stand is de klep met 10Q72981 8 21' aangeduid. De plaat 21 is aan zijn langs-einden centraal gelagerd in rotatielagers 31, 32, die samen een rotatie-hartlijn bepalen, die zich symmetrisch ten opzichte van het prismatische deel 18 uitstrekt. De plaat 5 21 is ten opzichte van de betreffende hartlijn eveneens symmetrisch geplaatst. Aldus kan de plaat 21 zich verplaatsen tussen de in figuur 3a gesloten stand, waarin de lange zijranden van de plaat 21 in hoofdzaak aansluiten aan de wanden 19, 20 en de open stand, waarin de plaat 21 10 zich uitstrekt in een vlak, dat althans zich min of meer evenwijdig uitstrekt aan de wanden 19, 20. De rotatie van plaat 21 vindt plaats door een in dit geval als stappen-motor uitgevoerde aandrijving 33. De besturing daarvan vindt plaats door centrale bedieningsmiddelen, die bij-15 voorbeeld een microprocessor omvatten, die bijvoorbeeld verbonden is met een ruimte-thermostaat, een buitentempe-ratuurvoeler en bedieningsmiddelen, die bijvoorbeeld een door een gebruiker te bedienen toetsenbord kunnen omvatten .

20 De luchtstroom door de ruimte 18 wordt niet langs de oppervlakken van de warmtewisselaar 17 gevoerd. Door deze bypass-ruimte 18 vindt aldus een rechtstreekse doorstroming van buitenlucht buiten de warmtewisselaar plaats.

25 Een ruimteverwarmingssysteem is algemeen bekend en wordt op grote schaal toegepast. Woningen die met een dergelijk systeem zijn ingericht, moeten ook in de zomer door de invoerventilator geventileerd blijven. In dit verband wordt opgemerkt, dat het niet altijd wenselijk of 30 zelfs mogelijk is, ramen te openen, bijvoorbeeld in verband met straatlawaai. Niettemin is het noodzakelijk de ruimten in deze woningen in voldoende mate te ventileren. Daartoe wordt de klep 21 in zijn stand 21' geplaatst. Op deze wijze wordt de toevoer van lucht door 35 middel van de ventilator 6 ook in de zomer met een aanzienlijk verminderde stromingsweerstand verzekerd. Dit brengt tevens een aanzienlijke verkleining van het noodzakelijke vermogen van de ventilator 6 met zich mee.

1007298 9

De aandacht wordt erop gevestigd, dat de warmtewisselaar 17 volgens de figuren 1 en 3 bij voorkeur dezelfde buitenvorm vertoont als de bekende warmtewisselaar volgens figuur 2. Aldus kan de warmtewisselaar 17 5 worden gebruikt ter vervanging van bekende warmtewisselaar 12.

Verder wordt de aandacht erop gevestigd, dat de uitvinding zich tevens richt op een omloop-eenheid, die is ingericht en bestemd om te worden toegevoegd aan een 10 warmtewisselaar, die is voorzien van een ruimte voor het accommoderen van een dergelijke eenheid. Deze omloop-eenheid volgens de uitvinding is gespecificeerd in conclusie 10.

De onderhavige uitvinding is niet beperkt tot 15 de boven beschreven voorkeursuitvoeringsvorm daarvan; de gevraagde rechten worden bepaald door de navolgende conclusies, binnen de strekking waarvan velerlei modificaties denkbaar zijn.

1007298

Claims (12)

1. Kruisstroom-warmtewisselaar voor toepassing in een ruimteverwarmingssysteem, dat is ingericht voor het door middel van een brander verwarmen van lucht; welke warmtewisselaar twee fysiek van elkaar 5 gescheiden, door middel van een aantal evenwijdige wanden thermisch met elkaar gekoppelde doorstroom-circuits omvat, welke circuits met elkaar verweven zijn en in onderlinge dwarsrichting worden doorstroomd door respectievelijk 10 (1) een luchtstroom vanaf een buitenlucht-inlaat naar een afvoer naar de te verwarmen ruimte (2) een gasstroom vanaf een inlaat voor bijvoorbeeld van de brander afkomstige hete rookgassen 15 naar een afvoer voor rookgassen naar buiten, of uit de ruimte afkomstige lucht naar een afvoer daarvoor naar buiten, welke wanden alle in hoofdzaak congruent zijn en in onderling verband worden gehouden door constructie-20 middelen, welke warmtewisselaar een algemene in hoofdzaak prismatische vorm bezit, waarvan de met de beschrijvende lijnen evenwijdige hoofdrichting zich dwars op de hoofdvlakken van de wanden uitstrekt, waarbij in de prismatische vorm een als omloop-25 circuit dienstdoend kleiner prismatisch deel met eenzelfde dwarsdoorsnede ten opzichte van de hoofdrichting vrij is van wanden en een door twee wanden begrensde ruimte omvat, welke ruimte deel uitmaakt van het eerste doorstroom-circuit, in welke ruimte een klep is opgeno-30 men, die door middel van met de klep gekoppelde bedie-ningsmiddelen verplaatsbaar is tussen een gesloten stand en een open stand, welke klep een door een aandrijving roteerbare as omvat, en een in hoofdzaak plaatvormig 1007298 element draagt, dat zich in hoofdzaak over de gehele dwarsafmeting van het genoemde kleiner prismatisch deel uitstrekt en zich in de gesloten stand van de klep uit-strekt tussen de zijwanden van het kleiner prismatisch 5 deel en in de open stand van de klep een afstand ten opzichte van althans een van die zijwanden bezit, met het kenmerk dat de bedieningsmiddelen voor besturing met een voeler voor de buitentemperatuur of althans de temperatuur van de luchtstroom vanaf de buitenluchtinlaat ver-10 bindbaar zijn.

2. Warmtewisselaar volgens conclusie 1, waarbij de bedieningsmiddelen zodanig zijn ingericht, dat bij een buitenluchttemperatuur onder een vooraf bepaalde waarde, zoals 15°C of boven een vooraf bepaalde waarde, bijv. 15 20°C, de klep in geopende stand wordt gebracht.

3. Warmtewisselaar volgens conclusie 2, waarbij de vooraf bepaalde temperaturen, door de gebruiker instelbaar zijn.

4. Warmtewisselaar volgens conclusie 1, 2 of 3, 20 waarbij de as een rotatie-hartlijn bezit, die zich in hoofdzaak in dwarsrichting ten opzichte van de door-stroomrichting van het eerste doorstroomcireuit uit- strekt.

5. Warmtewisselaar volgens een van de conclu-25 sies 1-4, waarin de hartlijn symmetrisch ten opzichte van de genoemde zijwanden is geplaatst.

6. Warmtewisselaar volgens conclusie 5, waarin het plaatvormige element aan zijn beide einden roteerbaar is gelagerd.

7. Warmtewisselaar volgens een van de conclu sies 1-6, waarin de aandrijving een motor met een reductie- transmissie omvat.

8. Warmtewisselaar volgens conclusie 7, waarin de aandrijving twee eindschakelaars omvat, die respectie- 35 velijk de open en de gesloten stand van de klep bepalen.

9. Warmtewisselaar volgens conclusie 7 of 8, waarin de aandrijving een stappenmotor omvat. 1007298

10. Warmtewisselaar volgens conclusie 9, waarin de warmtewisselaar dezelfde algemene vorm bezit als een bekende warmtewisselaar en aldus daarmee uitwisselbaar is.

11. Warmtewisselaar volgens conclusie 10, waarin het als omloopcircuit dienst doende prismatische deel een afzonderlijke eenheid is.

12. Omloop-eenheid, bestemd en ingericht om deel uit te maken van een kruisstroom-warmtewisselaar 10 voor toepassing in een ruimteverwarmingssysteem, dat is ingericht voor het door middel van een brander verwarmen van lucht; welke warmtewisselaar twee fysiek van elkaar gescheiden, door middel van een aantal evenwijdige wanden 15 thermisch met elkaar gekoppelde doorstroom-circuits omvat, welke circuits met elkaar verweven zijn en in onderlinge dwarsrichting worden doorstroomd door respectievelijk (1) een luchtstroom vanaf een 20 buitenlucht-inlaat naar een afvoer naar de te verwarmen ruimte (2) een gasstroom vanaf een inlaat voor bijvoorbeeld van de brander afkomstige hete rookgassen naar een afvoer voor rookgassen naar buiten, of uit de 25 ruimte afkomstige lucht naar een afvoer daarvoor naar buiten, welke wanden alle in hoofdzaak congruent zijn en in onderling verband worden gehouden door constructie-middelen, welke warmtewisselaar een algemene in hoofdzaak 30 prismatische vorm bezit, waarvan de met de beschrijvende lijnen evenwijdige hoofdrichting zich dwars op de hoofdvlakken van de wanden uitstrekt, waarbij dat in de prismatische vorm een als omloopcircuit dienst doend kleiner prismatisch deel met eenzelfde dwarsdoorsnede ten opzich-35 te van de hoofdrichting vrij is van wanden en een door twee wanden begrensde ruimte omvat, welke ruimte deel uitmaakt van het eerste doorstroom-circuit; 1007298 in welke door de omloop-eenheid omsloten, door-stroombare ruimte een klep is opgenomen, die door middel van met de klep gekoppelde bedieningsmiddelen verplaatsbaar is tussen een gesloten stand en een open stand, 5 welke klep een door een aandrijving roteerbare as omvat, welke as een rotatie-hartlijn bezit, die zich in hoofdzaak in dwarsrichting ten opzichte van de doorstromings-richting van het eerste doorstroomcircuit uitstrekt en een in hoofdzaak plaatvormig element draagt, dat zich in 10 hoofdzaak over de gehele dwarsafmeting van het genoemde kleinere prismatische deel uitstrekt, in de gesloten stand van de klep zich uitstrekt tussen de zijwanden van het kleinere prismatische deel en in de open stand van de klep een afstand ten opzichte van althans één van die 15 zijwanden bezit. 1007298