NL1014093C2 - Warmtewisselaar en daarbij toe te passen vuldeel. - Google Patents

Description

WARMTEWISSELAAR EN DAARBIJ TOE TE PASSEN VULDEEL

De uitvinding heeft betrekking op een warmtewisselaar, voorzien van een verzamelvat voor een verwar-mingsvloeistof met ten minste één instroomopening en ten minste één uitstroomopening, middelen voor het in warmte-5 wisselend contact brengen van de verwarmingsvloeistof met een te verwarmen medium, en ten minste één overstortope-ning voor het afvoeren van een overmaat aan verwarmingsvloeistof. Een dergelijke warmtewisselaar is bekend, en wordt bijvoorbeeld toegepast in een systeem voor het 10 verwarmen van tapwater of een centraal verwarmingssysteem, op basis van zonne-energie.

Bij een dergelijk systeem stroomt een verwarmingsvloeistof, in het algemeen water, door een gesloten circuit dat één of meer zonnecollectoren en één of meer 15 warmtewisselaars omvat. In de zonnecollector(en) wordt het water door instraling van de zon verwarmd, waarna de warmte vanuit dit water in de warmtewisselaar wordt afgegeven aan het te verwarmen medium, in het algemeen tapwater of water van een centraal verwarmingssysteem.

20 Het systeem omvat verder een voorraadvat, waarin een voorraad water wordt aangehouden, om te waarborgen dat onder alle omstandigheden water in het gesloten circuit aanwezig zal zijn. Ergens in het circuit is verder een overstortopening opgenomen, waardoor overtollig water, 25 bijvoorbeeld tijdens het vullen van in het systeem of bij overmatige uitzetting van het systeem onvermijdelijk aanwezige lucht kan wegstromen. Daarnaast vertoont het circuit in het algemeen een ontluchtingsopening of over-drukventiel, waardoor bij een te hoge druk van de lucht 30 in het systeem deze kan worden afgeblazen.

De overstortopening en ontluchtingsopening zijn in het algemeen opgenomen in een deel van het circuit buiten het voorraadvat en de warmtewisselaar, die meestal als een integrale eenheid zullen zijn uitgevoerd. Het 1014093 2 deel van het circuit of de leiding waarin de overstorto-pening en ontluchtingsopening of het overdrukventiel zijn opgenomen, is ten opzichte van de rest van het circuit verwijd, teneinde de benodigde aansluitingen te kunnen 5 opnemen. Dit deel van het circuit vormt een relatief duur onderdeel van de gehele installatie. In dit wijdere deel van de leiding is in het algemeen ook een vulopening aangebracht, waarop een leiding kan worden aangesloten voor het vullen van het systeem.

10 Het vullen van het bekende systeem dient met overleg te gebeuren. Het systeem moet daarbij zover gevuld worden, dat het water net de overstortopening bereikt. Verder dient het vullen zonder druk te gebeuren, teneinde beschadiging van het systeem te vermijden. Het 15 bekende systeem heeft daarbij het nadeel dat de vulgraad van het verwijde deel van de leiding waarin zich de vulopening en de overstortopening bevinden niet een bijzonder nauwkeurige maat is voor de vulgraad van het systeem als geheel. Daarnaast heeft het bekende systeem 20 het nadeel dat de mogelijkheid bestaat dat het systeem te ver of onder druk gevuld wordt, wanneer de overstortopening al dan niet bewust afgesloten is tijdens het vullen.

De uitvinding heeft derhalve tot doel een warmtewisselaar van de hiervoor beschreven soort te 25 verschaffen, waarbij deze nadelen zich niet voordoen. Volgens de uitvinding wordt dit bereikt, doordat de overstortopening in het vat is aangebracht. Op deze wijze wordt gewaarborgd dat het water pas uit de overstortopening stroomt wanneer in het voorraadvat een voldoende 30 vloeistofniveau bereikt is.

Bij voorkeur vormt de overstortopening de · monding van een door een wand van het vat stekende over-stortbuis. Hierdoor kan de plaats van de overstortopening in het vat eenvoudig worden gevarieerd door het aanpassen 35 van de mate waarin de buis in het vat steekt.

Teneinde het aantal afzonderlijke aansluitingen op het vat te minimaliseren, steekt met voordeel de overstortbuis door de uitstroomopening. Zo wordt het 1014093 3 aantal kostbare bewerkingen aan het vat zoveel mogelijk gereduceerd.

Wanneer de overstortbuis concentrisch in de uitstroomopening geplaatst is, wordt daarbij een ringvor-5 mige uitstroomopening verkregen, waardoor het risico van kolkvorming in het voorraadvat en daarmee het risico van het aanzuigen van lucht uit het voorraadvat wordt verkleind.

Wanneer de uitstroomopening uitmondt in een 10 vloeistofleiding, waarin ten minste één vulopening is aangebracht, mondt bij voorkeur de overstortbuis uit in de nabijheid van de vulopening. Met voordeel vertoont de warmtewisselaar daarbij een de vulopening en de monding van de overstortbuis afdekkend orgaan. Door een dergelijk 15 afdekorgaan wordt gewaarborgd dat bij het vrijgeven van de vulopening ook de overstortopening vrijkomt, waardoor het te ver of onder druk vullen van het systeem wordt vermeden.

Bij voorkeur is in het afdekorgaan een over-20 drukbeveiliging opgenomen. Door deze beveiliging te integreren in het overstortsysteem, wordt gewaarborgd dat uitsluitend lucht wordt afgeblazen. Dit in tegenstelling tot eerdere overdrukbeveiligingen, die vaak lager geplaatst waren dan de overstortopening en derhalve ook 25 water afbliezen.

Wanneer de warmtewisselaar verder voorzien is van ten minste één met de vloeistofleidingen verbonden pomp met een zuigzijde en een perszijde, is bij voorkeur althans de perszijde van de pomp in hoofdzaak omhoog 30 gericht. Hierdoor wordt een zelfontluchtende opstelling van de pomp bereikt, die mogelijk is omdat op de perszijde van de pomp, in tegenstelling tot de situatie bij oudere warmtewisselaars, nu geen verwijd deel van de leiding meer hoeft aan te sluiten.

35 De uitvinding heeft ook betrekking op een vuldeel voor een warmtewisselaar op het hiervoor beschreven type. Volgens de uitvinding omvat een dergelijk vuldeel een met de vloeistofleiding te verbinden lichaam , Soudis 4 waarin ten minste één vulopening en ten minste één in de nabijheid daarvan gevormde afvoeropening aangebracht zijn.

Bij voorkeur vertoont het vuldeel een de vul-5 opening en de afvoeropening afdekkend orgaan. In het afdekorgaan is met voordeel een overdrukbeveiliging opgenomen.

Verder is het vuldeel bij voorkeur voorzien van een in de vulopening aangebrachte afsluiter, waarmee deze 10 vloeistofdicht kan worden afgesloten tot het moment dat daarop een vulslang wordt aangesloten. Deze afsluiter kan een kogelkraan, een veerbelaste klep of een draaibare afsluitschijf zijn.

Tenslotte betreft de uitvinding nog een systeem 15 voor het verwarmen van een vloeistof, omvattende een verwarmingsbron en ten minste één in een gesloten circuit met de verwarmingsbron verbonden warmtewisselaar als hiervoor beschreven. Daarbij omvat de verwarmingsbron bij voorkeur ten minste één zonnecollector.

20 De uitvinding wordt nu toegelicht aan de hand van een aantal voorbeelden, waarbij wordt verwezen naar de bijgevoegde tekening, waarin:

Figuur 1 een gedeeltelijk doorgesneden en gedeeltelijk opengewerkt, ten dele perspectivisch zijaan-25 zicht is van een systeem voor het verwarmen van vloeistof volgens de uitvinding;

Figuur 2 een detailaanzicht op vergrote schaal is van het vuldeel van het in figuur 1 getoonde systeem,·

Figuur 3 een doorsnedeaanzicht toont van het 30 vuldeel tijdens het vullen van het voorraadvat van het systeem van figuur 1; en

Figuren 4 en 5 doorsnedes zijn van alternatieve uitvoeringen van het vuldeel.

Een systeem 1 voor het verwarmen van een medi-35 urn, bijvoorbeeld water voor een cv-installatie of tapwater, omvat een warmtewisselaar 2, waarin het te verwarmen medium in warmte-overdragend contact gebracht wordt met een verwarmingsvloeistof 3 (fig. 1). Deze warmtewisselaar S 0 HO 9 3

* I

5 2 is in een gesloten circuit 4 verbonden met een verwarmingsbron, in het getoonde voorbeeld een zonnecollector 5. Dit systeem 1 omvat verder een tweetal met de warmtewisselaar 2 verbonden leidingen 9,11 voor het aan- en 5 afvoeren van het te verwarmen medium.

De warmtewisselaar 2 heeft de gedaante van een vat dat door een bodemschot 43 verdeeld wordt in een wisselaarruimte 6 en een voorraadruimte 7. In de wisse-laarruimte 6 is een spiraalvormige leiding 8 aangebracht, 10 die onderdeel vormt van het gesloten circuit 4, en waardoor de verwarmingsvloeistof stroomt, die zo relatief lang in warmtewisselend contact is met de te verwarmen vloeistof in de wisselaarruimte 6. De spiraalvormige leiding 8 mondt via een opening 13 in het bodemschot 43 in 15 de voorraadruimte 7. De te verwarmen vloeistof wordt door een aanvoerbuis 9 met een aanvoeropening 10 in het vat gebracht, en verlaat het vat via een uitstroomopening 12 aan de bovenzijden van de afvoerbuis 11.

In de verzamelruimte 7 wordt een voorraad ver-20 warmingsvloeistof 3 aangehouden, zodanig dat gewaarborgd wordt dat altijd vloeistof door het systeem circuleert. Vanuit de verzamelruimte 7 wordt de verwarmingsvloeistof 3 door een uitstroomopening 14 in de bodem 15 afgezogen door een vloeistofleiding 16, die in verbinding staat met 25 de zuigzijde 18 van de pomp 17. De perszijde 19 van deze pomp 17, die omhoog gericht is teneinde een goede ontlucht ing te waarborgen, is weer verbonden met een persleiding 20, waardoor de verwarmingsvloeistof naar de zonnecollector(en) 5 wordt gebracht. Daarbij levert de 30 pomp 17 een zodanig vermogen, dat de verwarmingsvloeistof in de zonnecollector 5 tot aan een uitstroomopening 44 daarvan omhoog gebracht wordt, waarna deze vloeistof door een leiding 45 terugstroomt naar de warmtewisselaar 2.

Voorkomen dient te worden dat het verwarmings-35 systeem verder gevuld wordt dan een gewenst niveau. Hierdoor zou de verhouding tussen de hoeveelheid verwarmingsvloeistof 3 en de luchthoeveelheid in het systeem 1 te hoog worden. Omdat de lucht in het systeem 1 de functie 1 014083 6 heeft om de uitzetting van de verwarmingsvloeistof 3 als gevolg van temperatuursverschillen, die enkele procenten kan bedragen, op te vangen door samendrukking, zou een te kleine luchthoeveelheid kunnen leiden tot een te hoog 5 vloeistofniveau in het totale systeem l. Hierdoor zou verwarmingsvloeistof 3 in de naar en van de collector 5 voerende leidingen 20,45 kunnen blijven staan, en in extreme gevallen zelfs in de collector 5 zelf, waar de vloeistof 3 bloot zou staan aan bevriezingsgevaar. Daarom 10 is een overstortopening 21 aanwezig, waardoor een overmaat aan verwarmingsvloeistof 3 uit het systeem 1 kan worden afgevoerd.

Deze overstortopening 21 is volgens de uitvinding aangebracht in de verzamelruimte 7 van de warmtewis-15 selaar 2 zelf, in plaats van daarbuiten zoals bij dergelijke systemen gebruikelijk was. Zo vormt de overstortopening 21 dus een nauwkeurige maat voor de hoeveelheid vloeistof in het systeem l. In het getoonde voorbeeld is de overstortopening 21 de monding van een overstortbuis 20 22, die in de verzamelruimte 7 van het gat steekt. Daarbij is de overstortbuis 22 in de uitstroomopening 14 aangebracht, die toch altijd in de wand van het vat aanwezig dient te zijn, zodat geen extra bewerkingen aan het vat nodig zijn. De overstortbuis 22 is in het getoon-25 de voorbeeld zelfs concentrisch in de uitstroomopening 14 aangebracht, waardoor de uitstroomopening 14 in feite ringvormig wordt, hetgeen als bijkomend voordeel heeft dat daardoor kolkvorming in de verzamelruimte 7, en daarmee het risico van aanzuiging van lucht in de leidin-30 gen 16,20 wordt voorkomen.

In de vloeistofleiding 16 is verder een vulopening 28 aangebracht, waardoor het systeem 1 kan worden bijgevuld (fig. 2). In het getoonde voorbeeld mondt de overstortbuis 22 in de nabijheid van deze vulopening 28 35 uit. Hierdoor is het mogelijk de vulopening 28 en de monding 27 van de overstortbuis 22 af te dekken met een enkel afdekorgaan 30, dat in het getoonde voorbeeld bevestigd is door middel van een schroef 31, en dat 1 0 14333 7 verwijderd moet worden voordat het systeem 1 kan worden bijgevuld. Bij het verwijderen van dit afdekorgaan 30 komt niet slechts de vulopening 28 maar ook de monding 27 van de overstortbuis 22 vrij, waardoor het risico dat het 5 systeem 1 gevuld wordt terwijl de overstortopening 21 nog is afgesloten wordt vermeden.

De monding 27 van de overstortbuis 22 en de vulopening 28 vormen onderdeel van een afzonderlijk vuldeel 23, dat bevestigd is aan de onderzijde van de 10 vloeistofleiding 16 (fig. 3). Dit vuldeel 23 omvat een huis 24 in de vorm van een kniestuk, met aansluitstukken 25 en 26 voor de verbinding met respectievelijk de pomp 17 en de afvoerleiding 16. Daarbij is de pomp 17 aan het verbindingsstuk 25 bevestigd door middel van een schroef-15 draadring 33 onder tussenkomst van een pakking 34, terwijl voor de bevestiging van het vuldeel 23 aan de afvoerleiding 16 gebruik gemaakt wordt van een knelkoppe-ling, bestaande uit een schroefdraaddeel 35 en een vervormbare klemring 36. Het afdekorgaan 30 is onder tussen-20 komst van een pakking 38 op het vuldeel 23 bevestigd.

In de vulopening 28 is een afsluiter 29 aangebracht, in het getoonde voorbeeld een kogelkraan. Deze kogelkraan is aan de bovenzijde voorzien van een bedie-ningsdeel 39, dat samenwerkt met een bedieningsuitsparing 25 37 in het afdekorgaan 30. Zo kan het afdekorgaan 30 wanneer dit losgenomen is van het vuldeel 23 gebruikt worden om de kogelkraan 29 zodanig te verdraaien, dat een daarin aangebrachte doorstroomopening 40 geheel of gedeeltelijk in register komt met de vulopening 28. De 30 kogelkraan 29 wordt uiteraard pas opengedraaid wanneer eerst een koppelstuk 42 van een vulslang 46 bijvoorbeeld door schroeven is aangesloten op een verbindingsstuk 41 in de vulopening 28.

Bij het vullen van het systeem 1 wordt dus 35 verwarmingsvloeistof 3, meestal water door de vulslang 46 in de vulopening 28 in het vuldeel 23 gespoten, en zal daarin rond de overstortbuis 22 omhoog stromen, en door de leiding 16 via de uitstroomopening 14 in de verzamel- 1011409 3

• I

δ ruimte 7 van de warmtewisselaar 2 stromen. Wanneer deze verzamelruimte 7 zover gevuld is dat het water de de overstortopening 21 bereikt, begint dit weg te stromen door de overstortbuis 22, die uitmondt onder in het 5 vuldeel 23, zodat het water door de uitstroomopening 27 wegloopt. Op dat moment kan met het vullen gestopt worden, en kan de kogelkraan 29 weer gesloten worden, waarna het afdekorgaan 30 weer op zijn plaats gebracht kan worden.

10 Het afdekorgaan 30 is overigens voorzien van een aansluiting 32 voor een overdrukbeveiliging 47, waardoor lucht bij een te hoge druk door de overstortbuis 22 en de uitstroomopening 27 via de overdrukbeveiliging 47 kan worden afgeblazen. Doordat deze overdrukbeveili-15 ging 47 verbonden is met de overstortbuis 22, waarvan de monding normaal gesproken boven het vloeistofniveau in de verzamelruimte 7 gelegen zal zijn, wordt inderdaad uitsluitend lucht afgeblazen in de overdrukbeveiliging, en komt daarbij geen water mee, zoals bij conventionele 20 systemen nog wel het geval was.

In plaats van de getoonde kogelkraan 29 kan als afsluiter ook een veerbelaste klep 129 worden toegepast (fig. 4). Deze klep 129 kan een stiftvormig deel 152 omvatten, dat opgenomen is in een geleidingsorgaan 153 in 25 de vulopening 128. Het stiftvormig deel 152 is daarbij verbonden met een schotelvormig of anderszins gevormd drukdeel 150, dat in aangrijping verkeert met een druk-veer 151 in de vulopening 128. Deze afsluiter 129 wordt dus geopend door een geschikt gevormde vulmond van een 30 hier niet getoonde vulslang daar tegenaan te drukken, waardoor de afsluiter 129 tegen de kracht van de veer 151 in naar binnen gedrukt wordt, en zo een doorstroomopening 140 vrijgeeft. Deze variant is dus eenvoudiger te bedienen dan de eerste uitvoeringsvorm, daar het openen van de 35 afsluiter 129 automatisch plaatsvindt bij het koppelen van de vulslang.

Bij weer een andere variant is de afsluiter 229 uitgevoerd als een verdraaibare schijf, die roteerbaar is 1 014093 • » 9 rond een centrale pen 251 (fig. 5). Daarbij is de schijf in figuur 5 om redenen van duidelijkheid met zijn oppervlak 252 over 90° verdraaid in het vlak van de tekening weergegeven, teneinde de omtrekvorm daarvan duidelijk te 5 tonen. In de schijf is een eerste opening 240 opgenomen, waarvan de doorsnede overeenkomt met de vulopening 228, alsmede een tweede sleufvormige opening 250, die in omtreksrichting verloopt. Tussen de schijfvormige afsluiter 229 en het huis 224 van het vuldeel 223 zijn pakkin-10 gen 253 opgenomen. In de getoonde stand kan de installatie gevuld worden, door een vulslang aan te sluiten op de vulopening 240. Nadat het systeem gevuld is, kan door het verdraaien van de schijfvormige afsluiter 229 de opening 240 buiten register met de opening 228 gebracht worden, 15 waardoor de opening 228 door het schijfvormig lichaam 229 wordt afgedekt. Daarbij zal echter de opening 250 nog steeds met de uitstroomopening 227 in register blijven liggen, waardoor een overmaat aan water of lucht onder druk nog steeds uit het systeem kan ontsnappen.

20 Hoewel de uitvinding hiervoor is toegelicht aan de hand van een aantal voorbeelden, zal het duidelijk zijn dat deze daartoe niet beperkt is. Zo zou bijvoorbeeld de overstortbuis op een andere plaats in het verza-melvat 7 kunnen steken, terwijl daarnaast ook andere 25 vormen van overstortbuizen of overstortopeningen denkbaar zijn. Verder zou de ringvormige uitstroomopening ook op een andere wijze tot stand gebracht kunnen worden, zonder daarvoor de overstortbuis te gebruiken, en zou deze met behoud van de daarmee gebonden voordelen ook gebruikt 30 kunnen worden bij andere.warmtewisselaars. Ook de pomp met verticaal gerichte uitstroomopening aan de perszijde, waardoor een automatische ontluchting wordt bereikt, zou met dezelfde voordelen toegepast kunnen worden in combinatie met een andere warmtewisselaar. Daarnaast zouden, 35 in plaats van een afzonderlijk vuldeel te gebruiken, de vulopening en de monding van de overstortbuis ook in een bestaande leiding kunnen worden aangebracht.

1014093 10

De omvang van de uitvinding wordt dan ook uitsluitend bepaald door de bijgevoegde conclusies.

1014Q93

Claims (17)

1. Warmtewisselaar (2), voorzien van een verza-melvat voor een verwarmingsvloeistof (3) , met ten minste één instroomopening en ten minste één uitstroomopening, middelen voor het in warmtewisselend contact brengen van 5 de verwarmingsvloeistof met een te verwarmen medium, en ten minste één overstortopening voor het afvoeren van een overmaat aan verwarmingsvloeistof, met het kenmerk, dat de overstortopening in het vat is aangebracht.

2. Warmtewisselaar volgens conclusie 1, met het 10 kenmerk, dat de overstortopening de monding vormt van een door een wand van het vat stekende overstortbuis.

3. Warmtewisselaar volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de overstortbuis door de uitstroomopening steekt.

4. Warmtewisselaar volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de overstortbuis concentrisch in de uitstroomopening geplaatst is.

5. Warmtewisselaar volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de uitstroomopening uitmondt in een 20 vloeistofleiding waarin ten minste één vulopening is opgenomen, met het kenmerk, dat de overstortbuis in de nabijheid van de vulopening uitmondt.

6. Warmtewisselaar volgens conclusie 5, gekenmerkt door een de vulopening en de monding van de over- 25 stortbuis afdekkend orgaan.

7. Warmtewisselaar volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat in het afdekorgaan een overdrukbeveiliging is opgenomen.

8. Warmtewisselaar volgens één der conclusies 5 30 tot 7, voorzien van ten minste één met de vloeistofleiding verbonden pomp met een zuigzijde en een perszijde, met het kenmerk, dat althans de perszijde van de pomp in hoofdzaak omhoog gericht is.

9. Vuldeel voor een warmtewisselaar volgens één 35 der conclusies 5 tot 8, omvattende een met de vloeistof- 1014*93 11 • > leiding te verbinden lichaam waarin ten minste één vulopening en ten minste één in de nabijheid daarvan gevormde afvoeropening aangebracht is.

10. Vuldeel volgens conclusie 9, gekenmerkt 5 door een de vulopening en de afvoeropening afdekkend orgaan.

11. Vuldeel volgens conclusie 9 of 10, met het kenmerk, dat in het afdekorgaan een overdrukbeveiliging opgenomen is.

12. Vuldeel volgens één der conclusies 9 tot 11, gekenmerkt door een in de vulopening aangebrachte afsluiter.

13. Vuldeel volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de afsluiter een kogelkraan is.

14. Vuldeel volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de afsluiter een veerbelaste klep is.

15. Vuldeel volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de afsluiter een draaibare afsluitschijf omvat.

16. Systeem (1) voor het verwarmen van een medium, omvattende een verwarmingsbron (5), ten minste één in een gesloten circuit (4) met de verwarmingsbron (5) verbonden warmtewisselaar (2) volgens één der voorgaande conclusies en ten minste één met de warmtewis- 25 selaar (2) verbonden leiding (9,11) voor het te verwarmen medium.

17. Verwarmingssysteem (1) volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat de verwarmingsbron (5) ten minste één zonnecollector omvat. 10UG9 3