NL1014303C2 - Boiler. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Boiler

De uitvinding heeft betrekking op een boiler volgens het inleidende gedeelte van conclusie 1.

Een dergelijke boiler is bekend uit aanvraagster's Nederlandse octrooiaanvrage 10 04086.

5 In een dergelijke boiler wordt tijdens het aftappen alsook tijdens recirculatie voor het verwarmen van water in het reservoir water langs het verwarmingselement geleidt en door warmte-uitwisseling met het verwarmingselement verwarmd. Wanneer water wordt afgetapt stroomt koud water dat 10 de plaats inneemt van het afgetapte warme water via de pomp naar het reservoir. Een bezwaar van deze boiler is, dat bij openen van een warmwaterkraan water in plaats van via de pomp via het recirculatie-circuit naar het aftapkanaal kan stromen totdat de pomp een debiet oplevert dat ten minste 15 gelijk is aan het aftapdebiet. Dit leidt tot een puls koud water kort na het begin van het aftappen van warm water, vooral als zeer snel een groot aftapdebiet bereikt wordt.

Verder moet gewaarborgd zijn dat tijdens het aftappen van water met een bepaald debiet de pomp steeds minstens 20 hetzelfde debiet oplevert, omdat anders ook dan een deel van het water via het recirculatie-circuit stroomt en afgetapt wordt zonder langs het verwarmingselement te zijn gestroomd. Verder is in geval van stroomuitval vrijwel onmiddellijk geen warm water meer beschikbaar, omdat ook dan water bij 25 het aftappen koud water via het recirculatie-circuit toe kan stromen en afgetapt kan worden zonder langs het verwarmingselement te zijn gepasseerd.

Het is een doel van de uitvinding een boiler te verschaffen, waarbij deze bezwaren zijn ondervangen.

30 Dit doel wordt volgens de onderhavige uitvinding be reikt door een boiler uit te voeren overeenkomstig conclusie 1.

Doordat de pomp stroomopwaarts van de koudwater-toevoer is geplaatst, kan het aftappen van verwarmd water en 1014303 - 2 - de toevoer van koud water ter vervanging van het afgetapte verwarmde water plaats hebben onafhankelijk van het al dan niet in werking zijn van de pomp. Dienovereenkomstig is de benodigde pompcapaciteit niet afhankelijk van het gewenste 5 aftapdëbiet. Doordat de pomp het water dat wordt toegevoerd ter vervanging van afgetapt warm water niet hoeft te verpompen wordt bovendien energie bespaard en slijtage van de pomp beperkt. Verder vormt de pomp tevens dat toestromend koud water via het kortsluitkanaal kan worden afgetapt zonder 10 langs het verwarmingselement te zijn gepasseerd.

Bijzonder voordelige uitvoeringen van de pomp volgens de uitvinding zijn neergelegd in de afhankelijke conclusies.

Verdere doelen, uitvoeringsaspecten, effecten en details van de uitvinding zijn navolgend nader beschreven en 15 toegelicht met verwijzing naar de tekening. Daarbij is: fig. 1 een opengewerkt zijaanzicht van een boiler volgens een eerste uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding, en fig. 2 een schematisch deelaanzicht in doorsnede volgens de lijn II-II in fig. 1.

20 De boiler volgens het getoonde voorbeeld heeft een re servoir 1 met een binnenruimte 2 voor het opslaan van water. Het reservoir heeft een binnenwand 23 en een om die binnenwand heen aangebrachte laag isolatiemateriaal 24 die op zijn beurt wordt omhuld door een behuizing 25. Voor het direct 25 verwarmen van water is de boiler voorzien van een vuurhaard 3 met een brander 4 en een vuurhaardwand 5 die een begrenzing tussen een de brander 4 bevattende branderkamer 6 en de binnenruimte 2 van het reservoir 1 vormt.

Op de branderkamer 6 sluit een rookgasafvoer 7 aan 30 voor het afvoeren van rookgassen in een met een pijl 8 aangegeven richting. De rookgasafvoer 7 verloopt volgens een schroeflijn door het reservoir 1, teneinde in bedrijf warm-te-overdracht van de rookgassen naar het water in het reservoir 1 te bevorderen. Op de brander 4 sluiten ook kanalen 35 26, 27 voor het toevoeren van brandstof en omgevingslucht aan, waarbij een ventilator 28 dient voor het genereren van een beheerste luchttoevoer. Voor het doseren van de brand- 1014303 - 3 - stoftoevoer in relatie tot de hoeveelheid aangezogen lucht is voorzien in een regelblok 29.

Op het reservoir 1 is een toevoerleiding 9 voor het toevoeren van te verwarmen water in een met een pijl 10 aan-5 gegeven richting aangesloten.

In het reservoir 1 is verder een afschermkap 12 aangebracht, die de vuurhaard 3 op geringe afstand daarvan af-schermt en een ruimte 13 tussen de afschermkap 12 en de vuurhaardwand 5 definieert. De afschermkap 12 is voorzien 10 van doorlaten 14, 15 voor het in- en uitlaten van water in de tussenruimte 13. Een aantal van de doorlaten 14 zijn verdeeld over de afschermkap gelegen. Via deze verdeeld gelegen doorlaten 14 communiceert de tussenruimte 13 direct met de overige binnenruimte 2 van het reservoir 1.

15 In bedrijf wordt water via de verdeeld gelegen doorla ten 14 in de afschermkap 12 op over de tussenruimte 13 verdeelde plaatsen toegelaten in die tussenruimte 13 tussen die afschermkap 12 en de vuurhaardwand 5. Het water wordt vervolgens door de afschermkap 12 langs de vuurhaardwand 5 ge-20 leid, waardoor een intensieve, koelende stroming langs het buitenoppervlak van de vuurhaard 3 wordt verkregen. Hierdoor blijft de temperatuur van de vuurhaardwand 5 tijdens het branden van de brander 4 relatief laag, waardoor kookver-schijnselen en kalkafzetting tegen de vuurhaardwand 5 worden 25 tegengegaan.

Doordat de tussenruimte 13 tussen de afschermkap 12 en de vuurhaardwand 5 via de verdeeld aangebrachte doorlaten 14 direct met de overige binnenruimte 2 van het reservoir 1 communiceert, wordt in bedrijf water via over de afschermkap 30 12 verdeelde plaatsen in de tussenruimte 13 toegelaten. Het verdeeld over het oppervlak van de afschermkap toegelaten water vormt een gelijkmatig over het buitenoppervlak van de vuurhaardwand 5 verdeelde stroming door de tussenruimte 13 die de vuurhaardwand 5 dienovereenkomstig gelijkmatig koelt. 35 Een andere, centrale doorlaat 15 vormt een afvoer voor het afvoeren van water uit de tussenruimte 13 vormt.

1014303 - 4 -

Op de centrale afvoerdoorlaat 15 sluit een aftapkanaal 17 voor het in een met pijlen 18 aangegeven richting aftappen van water uit het reservoir 1 aan. Hierdoor worden in gebruik de bij het aftappen van water gegenereerde waterver-5 plaatsingen tevens benut voor het door de tussenruimte 13 doen stromen van te verwarmen water.

Voorverwarming van het water in het reservoir 1 door warmteuitwisseling met het rookgaskanaal 7 gaat kalkafzet-ting in het gebied van de brander tegen die in veel gebieden 10 bij het verwarmen van leidingwater in een bepaald tempera-tuurstraject optreedt. Aldus wordt kalkafzetting tegen de vuurhaardwand tegengegaan en wordt derhalve ook het wegspringen van kalkafzettingen door kookverschijnselen langs de vuurhaardwand 5 tegengegaan.

15 Kalkafzetting tegen de vuurhaardwand wordt in het bij zonder effectief tegengegaan, doordat de vuurhaard 3 boven althans de belangrijkste gedeeltes van de warmtewisselaar 19 en het rookgaskanaal 7 in het reservoir 1 is gelegen. Vers toegevoerd, koud water, dat nog relatief kalkrijk is, verza-20 melt zich door het relatief hoge soortelijke gewicht daarvan vooral in ondergelegen gedeeltes van het reservoir 1. Pas nadat het water door warmteoverdracht is verwarmd en het kalkgehalte dienovereenkomstig is gedaald, en nadat bovendien kouder water aan het reservoir is toegevoerd, stijgt 25 het iets opgewarmde water op in het reservoir 1 en krijgt het gelegenheid via de toevoerdoorlaten 14 de tussenruimte tussen de afschermkap 12 en de vuurhaardwand 5 te bereiken.

Doordat een pomp 11 in een kanaal 10 tussen de centrale doorlaat 15 en de binnenruimte 2 van het reservoir 1 is 30 opgenomen, kan daarmee, ook terwijl geen water uit het reservoir wordt afgetapt, een stroming in de tussenruimte 13 in stand worden gehouden. De vuurhaard 3 kan derhalve ook gestookt worden als geen water wordt afgetapt. Het verwarmde water stroomt dan weer terug de binnenruimte 2 van het re-35 servoir 1 in.

Doordat de pomp 11 stroomopwaarts van het door de koudwatertoevoer 9 gevormde gedeelte van een recirculatie- 1 0 i4 3 0 3 - 5 - circuit 9, 20 is geplaatst, kan het aftappen van verwarmd water en de toevoer van koud water ter vervanging van het afgetapte verwarmde water plaats hebben onafhankelijk van het al dan niet in werking zijn van de pomp 11. Dienovereen-5 komstig is de benodigde pompcapaciteit niet afhankelijk van het gewenste aftapdebiet. Doordat de pomp 11 het water dat wordt toegevoerd ter vervanging van afgetapt verwarmd water niet hoeft te verpompen wordt bovendien energie bespaard en slijtage van de pomp 11 beperkt.

10 Het gedeelte van het recirculatiecircuit 9, 20 waarin de pomp 11 is opgenomen vorm een kortsluitkanaal 20. Het kortsluitkanaal 20 communiceert aan zijn van het aftapkanaal 17 af gelegen zijde, via een gedeelte van het toevoerkanaal 9 met de binnenruimte 2 van het reservoir 1. Via dit kort-15 sluitkanaal 20 kan, wanneer geen water wordt afgetapt, water dat door de tussenruimte 13 is gepasseerd naar de binnenruimte 2 van het reservoir 1 teruggeleid worden.

In de toevoerleiding 9 is een stroomschakelaar 21 opgenomen die schakelt in reactie op afname van water uit de 20 boiler. De stroomschakelaar 21 is via een besturingseenheid 30 gekoppeld met de pomp 11 voor het inschakelen van de pomp 11 in reactie op het detecteren van een bepaalde stroom door de stroomschakelaar 21. De stroomschakelaar zou in principe ook in de aftapleiding 17 kunnen zijn opgenomen, maar daar 25 wordt deze blootgesteld aan grotere thermische belastingen. Door de pomp reeds in reactie op het detecteren van enige of een bepaalde minimum waterstroming in te schakelen, kan de boiler sneller reageren op warmtevraag die volgt op het aftappen van verwarmd water dan wanneer deze zou reageren op 30 een daling in temperatuur van het verwarmde water. Als de pomp eenmaal loopt, kan de brander meteen starten, zodat vertraging door wachten op het op gang komen van de pomp 11 wordt voorkomen.

Verder is voorzien in een temperatuurssensor 23 voor 35 het signaleren van een watertemperatuur in de boiler welke temperatuurssensor 23 - in dit voorbeeld eveneens via de be-' sturingseenheid 30 - is gekoppeld met de pomp 11 voor het 1014303 - 6 - inschakelen van de pomp 11 in reactie op het detecteren van een temperatuur onder een bepaalde minimumwaarde. De pomp 11 kan aldus zowel in reactie op afname van water als in reactie op een gedaalde temperatuur automatisch worden ingescha-5 keld.

Doordat de temperatuurssensor 23 in het aftapkanaal 17 is gelegen wordt een nauwkeurige regeling van de temperatuur in het gebied van de vuurhaardwand 5 alsook van de aftaptem-peratuur mogelijk gemaakt. Hiertoe kan het pompdebiet en/of 10 het brandervermogen in afhankelijkheid van de gedetecteerde temperatuur worden geregeld. Het is overigens ook mogelijk de pomp 11 te gebruiken voor het bijmengen van koud water tijdens het aftappen, bijvoorbeeld om de tapwatertemperatuur te beperken tot maximaal 60 °C bij een maximum watertempera-15 tuur in de boiler van 60 °C.

De temperatuurssensor 23 is verder binnenin het reservoir 1 gelegen. Hierdoor kan daarmee niet alleen de temperatuur van water direct afkomstig van het verwarmingselement 3, maar ook de algemene watertemperatuur in het reservoir 1 20 worden gemeten, teneinde de pomp en vervolgens de brander op te starten in reactie op afkoeling beneden een bepaalde temperatuur .

Het verwarmingselement 3 is bovenin het reservoir 1 gelegen, waarbij het rookgaskanaal 7 door het reservoir om-25 laag verloopt en het aftapkanaal 17 in hoofdzaak verticaal vanaf een bovengelegen gedeelte van het reservoir 1 naar een ondergelegen gedeelte van het reservoir 1 verloopt. Dit biedt het voordeel, dat het water onderin het reservoir 1 relatief weinig wordt verwarmd en derhalve relatief koud 30 blijft. Dit is op zijn beurt bevorderlijk voor condensatie van waterdamp in het rookgaskanaal 7. Door deze condensatie te bevorderen wordt een aanzienlijk hoger rendement bereikt. Verder koelt tijdens het aftappen van verwarmd water het tapwater dat relatief kort warmte afgeeft aan het water on-35 derin het reservoir relatief weinig af. Om een bepaalde temperatuur te bereiken hoeft het water derhalve door het verwarmingselement 3 tot een minder hoge temperatuur te worden 1 0 1 A λ η 7 - 7 - verwarmd, hetgeen eveneens gunstig is voor het rendement van de boiler.

Het handhaven van een relatief koele zone in het gebied van het rookgaskanaal 7 wordt verder bevorderd, doordat 5 het rookgaskanaal 7 in een kokervormige buitengelegen zone van het reservoir 1 verloopt en het aftapkanaal 17 in een centrale zone van het reservoir en op afstand van die kokervormige buitengelegen zone verloopt. Het aftapkanaal 17 verwarmd daardoor vooral water in een centraal kolomvormig ge-10 bied van de boiler, welk verwarmde water opstijgt naar het verwarmingselement, en heeft daardoor een zeer gering verwarmend effect op het water in het buitengebied van de binnenruimte van het reservoir waar het rookgaskanaal 7 zich bevindt.

1014303

Claims (7)

1. Boiler voor het verwarmen van water en het in voorraad houden van een volume verwarmd water, omvattende: een reservoir (1) met een binnenruimte (2) voor het opslaan van water, 5 een verwarmingselement (3), een aftapkanaal (17) voor het aftappen van water uit het reservoir (1) welk aftapkanaal aansluit op genoemd verwarmingselement (3) , een recirculatiecircuit (9, 20) tussen genoemd verwar-10 mingselement (3) en de binnenruimte (2) van het reservoir (1), omvattende een gedeelte van een toevoerkanaal (9) voor het toevoeren van te verwarmen water en een kortsluitkanaal (20) tussen het aftapkanaal (17) en het toevoerkanaal (9), van welk kortsluitkanaal (20) een stroomafwaarts uiteinde 15 aansluit op het toevoerkanaal (9), en een pomp (11) in genoemd recirculatiecircuit (9, 20), met het kenmerk, dat de pomp (11) stroomopwaarts van het toevoerkanaal (9) in genoemd recirculatiecircuit (9, 20) is opgenomen.

2. Boiler volgens conclusie 1, verder omvattende een stroomschakelaar (21) in een toevoerleiding (9) of een af-tapleiding (17) voor het schakelen in reactie op afname van water uit de boiler, welke stroomschakelaar (21) is gekoppeld met genoemde pomp (11) voor het inschakelen van genoem-25 de pomp (11) in reactie op het detecteren van een bepaalde stroom.

3. Boiler volgens conclusie 1 of 2, verder omvattende een temperatuurssensor (23) voor het signaleren van een watertemperatuur in genoemd reservoir (1) welke temperatuurs-30 sensor (21) is gekoppeld met genoemde pomp (11) voor het inschakelen van genoemde pomp (11) in reactie op het detecteren van een temperatuur onder een bepaalde minimumwaarde. 1014303 - 9 -

4. Boiler volgens conclusie 3, waarbij genoemde tempe-ratuurssensor (23) in genoemd aftapkanaal (17) is gelegen.

5. Boiler volgens conclusie 4, waarbij genoemde tempe-ratuurssensor (23) binnenin genoemd reservoir (1) is gele- 5 gen.

6. Boiler volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het verwarmingselement (3) bovenin het reservoir (1) is gelegen, verder omvattende een door het reservoir (1) omlaag verlopend rookgaskanaal (7), waarbij het aftapkanaal (17) in 10 hoofdzaak verticaal vanaf een bovengelegen gedeelte van het reservoir (1) naar een ondergelegen gedeelte van het reservoir (1) verloopt.

7. Boiler volgens conclusie 6, waarbij het rookgaskanaal (7) in een kokervormig buitengelegen gedeelte van het 15 reservoir (1) verloopt en het aftapkanaal (17) in een centrale zone van het reservoir (1) verloopt. 1014303