NL193255C - Warmtewisselaar. - Google Patents

Description

1 193255

Warmtewisselaar

De uitvinding betreft een warmtewisselaar, omvattende: - een behuizing; 5 - een toevoeraansluiting voor in de warmtewisselaar te behandelen water, en een afvoeraansluiting voor behandeld water; - met de toevoer- en de afvoeraansluiting verbonden waterpijpen, welke zich tussen tegenover elkaar gelegen verbindingswanden van de behuizing uitstrekken; - ten minste één deksel aan de buitenzijde van de verbindingswanden, waarmee verbindingen tussen 10 twee of meer waterpijpen zijn gevormd.

Een dergelijke warmtewisselaar is bekend uit de Britse octrooiaanvrage 2.231.130 waarmee de verbindingen tussen twee of meer waterpijpen dienen om een optimaal verloop van water door de waterpijpen heen te bewerkstelligen, in het bijzonder met betrekking tot de positie van een verwarmingselement, dat in samenstelling met bijvoorbeeld een verwarmingsketel samenwerkt met de warmtewisselaar. Het 15 betreft hierbij in het bijzonder een CV-ketel met een brander van het volledig voorgemengde type, waarbij het gewenst is om een bepaald stromingspatroon door de waterpijpen heen in te stellen, teneinde een maximaal rendement te verkrijgen. Volgens de bekende techniek zijn de deksel hierbij direct op de buitenzijde van de wanden aangebracht.

Een nadeel van de bekende techniek is, dat aanmerkelijke temperatuurverschillen optreden tussen de 20 gevallen, waarbij de warmtewisselaar in respectievelijk buiten bedrijf is. Als gevolg van de afwisselende expansie en compressie van de componenten van de warmtewisselaar, de mate waarvan voor de afzonderlijke componenten verschillend zal zijn, zal de bekende warmtewisselaar na verloop van tijd in bedrijf lekkage gaan vertonen. Ook bij drukschommelingen in het watercircuit kunnen de wanden van de behuizing enigszins uitbuigen, waardoor een goed contact van afdichtingen tussen de deksels en de 25 wanden niet te allen tijde kan worden verzekerd, hetgeen ook tot lekkage kan leiden.

Met de uitvinding is nu beoogd een warmtewisselaar van de in de aanhef omschreven soort te verschaffen, waarbij deze bezwaren zijn verholpen. Dit doel wordt bereikt met de in conclusie 1 gekenmerkte maatregelen.

Door toepassing van de verzamelkasten heerst aan weerszijden van de deksels een gelijke druk, 30 waardoor tussen de deksels en de wanden met zekerheid de gewenste afdichting en derhalve het gewenste stroomverloop in stand gehouden wordt. Op deze wijze wordt voor de drukschommelrngen, dteimde warmtewisselaar op kunnen treden, gecompenseerd en zijn de gevolgen van temperatuursvariaties tenietgedaan als gevolg van het equilibrium tussen drukken aan weerszijden van de deksels..

Een bijkomend voordeel is dat voor het vervaardigen van warmtewisselaars van verschillend type, in het 35 bijzonder met verschillende stromingspatronen, slechts de deksels anders uitgevoerd behoeven te worden. De verzamelkasten zelf kunnen voor verschillende typen hetzelfde zijn.

Een gunstige uitvoeringsvorm van de deksels is gekenmerkt in conclusie 2. Deze uitvoeringsvorm geeft een grote mate van vrijheid van ontwerp, zodat alle gewenste stromingspatronen kunnen worden ingesteld. Zo is het mogeiijk om twee aangrenzende pijpen in serie te schakelen door eenvoudig een rondom de 40 openingen van deze pijpen afsluitende holte in de deksel te vormen. Ook kan bijvoorbeeld eenvoudig de uitgang van een aantal parallel geschakelde waterpijpen met behulp van één holte naar de ingangen van een ander aantal waterpijpen worden geleid, waardoor de stromingssnelheid in het toevoerende aantal waterpijpen kan verschillen van die in de afvoerende waterpijpen.

Daarbij wordt bij voorkeur de maatregel van conclusie 3 toegepast. De stromingsregelende ruggen 45 kunnen ervoor zorgen dat de stroming in elk van het aantal parallel geschakelde waterpijpen gelijk is of op een gewenste wijze van elkaar verschilt.

Een zeer gunstige uitvoering van de uitvinding wordt gekenmerkt in conclusie 4. Door de deksels van een lichtmetaallegering te spuitgieten zijn deze stijf en kunnen deze goed tegen de binnenwand afdichten, terwijl deze ongevoelig zijn voor hoge temperaturen, die bijvoorbeeld bij de fabricage door het lassen van 50 bepaalde onderdelen van de warmtewisselaar kunnen optreden.

Een gunstige bevestigingswijze die een lange levensduur garandeert wordt gekenmerkt in conclusie 5.

Hoewel de deksels direct op de binnenwand kunnen afdichten, wordt bij voorkeur de maatregel van conclusie 6 toegepast. Ook bij geringe vervorming van de binnenwand van de verzamelkasten ten gevolge van de thermische belastingen zal een goede afdichting gewaarborgd blijven.

De uitvinding wordt verder toegelicht in de volgende beschrijving aan de hand van de in de figuren getoonde voorbeelden.

55 193255 2

Figuur 1 toont een warmtewisselaar volgens de uitvinding gedeeltelijk weggebroken en met uiteengenomen delen.

Figuur 2 toont een warmtewisselaar volgens de uitvinding in de in een CV-ketel ingebouwde toestand.

Figuur 3 toont een perspectivisch detailaanzicht van een in de warmtewisselaar volgens de uitvinding 5 toegepast deksel in een voorkeursuitvoeringsvorm.

De in figuur 1 getoonde warmtewisselaar 1 omvat een toevoerverzamelkast 2 en een afvoerverzamelkast 5 voor CV-water.

De toevoerverzamelkast 2 is opgebouwd uit een buitenwand 3 en een verbindingswand 4. In de 10 gemonteerde toestand is de buitenwand 3 langs een omtreksrand vastgelast aan de verbindingswand 4. Hetzelfde geldt voor de afvoerverzamelkast 5, die opgebouwd is uit een buitenwand 6 en een verbindingswand 7.

Tussen twee tegenover elkaar liggende gedeelten van de verbindingswanden 4 en 7 is een aantal waterpijpen 8 aangebracht, die elk voorzien zijn van oppervlakvergrotende elementen 9.

15 De warmtewisselaar 1 is, zoals in figuur 2 wordt getoond, bestemd om toegepast te worden in een CV-ketel, in combinatie met een brander 15 van het zogenoemde volledig voorgemengde type. De brander 15 wordt daarbij gepositioneerd op een rand 16 die aan de binnenkant van de warmtewisselaar is gevormd, en een goot bepaalt waarin een pakking 17 is opgenomen, waar de brander 15 direct op rust.

Om de bovenzijde is een kap 26 aangebracht waarin een gastoevoer 25 uitmondt, die een stoïchiome-20 trisch gas/luchtmengsel naar de brander 15 voert.

Door een niet getoonde ventilator wordt een in figuur 2 gezien neerwaartse stroming van het gas door de warmtewisselaar opgewekt.

Door een gedeelte van de afvoerverzamelkast, waar de verbindingswand en de buitenwand zodanig zijn gevormd dat deze tegen elkaar aanliggen, is een ontstekingsbougie 20 gemonteerd, welke het brandbare 25 gas/luchtmengsel aan de in figuur 2 gezien onderzijde van de brander 15 ontsteekt. Tevens is een venster 21 aangebracht waardoor de vlammen gecontroleerd kunnen worden. Door een ander gedeelte van de afvoerverzamelkast 5 is een sensor 19 gemonteerd die de juiste verbranding controleert en bij afwijking ingrijpt op het hier niet nader omschreven regelsysteem van de CV-ketel.

Aangezien bij de getoonde uitvoeringsvorm het branderoppervlak zeer dicht bij de waterpijpen 8 is 30 gepositioneerd en dus aan deze waterpijpen 8 verbrandingsgas met zeer hoge temperaturen wordt toegevoerd, is het van groot belang dat de stroming van CV-water door deze waterpijpen nauwkeurig in de hand gehouden wordt.

Volgens de uitvinding wordt dit verzekerd door tegen de verbindingswanden 4 respectievelijk 7 van de verzamelkasten 2, 5 aangebrachte deksel 31, 32, die de waterpijpen 8 in stromingszin serieel of parallel 35 schakelen. Zoals uit figuur 1 blijkt wordt het door de toevoeraansluiting 23 in de toevoerverzamelkast 2 toegevoerde relatief koude CV-water eerst door de onderste laag waterpijpen 8 geleid, en wel eerst door een groep van drie parallel geschakelde waterpijpen. De ingangen van deze drie waterpijpen worden niet door het deksel 31 afgedekt, zodat het water direct vanuit de verzamelkast in deze pijpen stroomt. De deksels 31 en 32 hebben elk een aantal met de verbindingswand 4 respectievelijk 7 kamers vormende 40 holtes, die door afgedicht tegen de verbindingswand aanliggende randen worden begrensd. Tussen deze randen en de verbindingswand zijn pakkingen 33, 34 aangebracht. De deksels 31, 32 zijn bij de getoonde uitvoeringsvorm tegen de verbindingswanden 4, 7 van de verzamelkasten 25 geklemd door middel van een schroefverbinding. Deze schroefverbinding bestaat uit aan de binnenwand gestiftlaste schroefstiften 30, die door in de deksels 31, 32 gevormde openingen steken en waarop moeren 35, 36 zijn geschroefd.

45 Zoals figuur 1 verder laat zien is het deksel 32 aan de onderkant voorzien van een grote holte die de waterpijpen van de onderste laag omgeeft. Het door de drie waterpijpen gevoerde CV-water wordt teruggeleid door de twee laatste pijpen van de laag en het uit deze twee pijpen komende water wordt weer door de desbetreffende holte in het deksel 31 naar de daarboven liggende enkele pijp van de bovenste laag waterpijpen 8 gevoerd. De bovenste waterpijpen zijn in serie geschakeld en de laatste pijp mondt uiteindelijk 50 uit in de afvoerverzamelkast 5 en wordt van daar via de afvoeraansluiting 22 naar het verdere CV-circuit geleid.

Door de in figuur 1 getoonde en hierboven beschreven schakeling van de waterpijpen 8 wordt een maximaal rendement van de warmte-overdracht bereikt. De onderste laag waterpijpen transporteert water met de laagste temperatuur, zodat de verbrandingsgassen maximaal gekoeld kunnen worden. Boven de 55 waterpijpen die het toegevoerde CV-water transporteren liggen de waterpijpen waardoorheen het reeds ver opgewarmde CV-water stroomt, zodat in de breedte van de warmtewisselaar gezien een gelijkmatige warmte-overdracht en dus een gelijkmatige afkoeling van de verbrandingsgassen optreedt.

Claims (8)

1. Warmtewisselaar, omvattende: - een behuizing; - een toevoeraansluiting voor in de warmtewisselaar te behandelen water, en een afvoeraansluiting voor behandeld water; - met de toevoer- en de afvoeraansluiting verbonden waterpijpen, welke zich tussen tegenover elkaar 40 gelegen verbindingswanden van de behuizing uitstrekken; - ten minste één deksel aan de buitenzijde van de verbindinsgwanden, waarmee verbindingen tussen twee of meer waterpijpen zijn gevormd, met het kenmerk, dat de toevoeraansluiting (23) en de afvoeraansluiting (22) afzonderlijk zijn verbonden met een toevoerverzamelkast (2) respectievelijk afvoerverzamelkast (5) waarbij in deze toevoerverzamelkast (2) 45 respectievelijk afvoerverzamelkast (5) tegen de verbindingswand (4, 7) deksels (31, 32, 40) zijn aangebracht, die de waterpijpen (8) in stromingszin serieel of parallel schakelen.

2. Warmtewisselaar volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat elke deksel (31,32, 40) een aantal met de verbindingswand (4, 7) kamers vormende holtes (41, 42, 43) heeft, die door afgedicht tegen de verbindingswand (4, 7) aanliggende randen worden begrensd.

3. Warmtewisselaar volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat in ten minste één van de holtes (41, 42, 43) zich dwars op de stromingsrichting uitstrekkende stromingsregelende ruggen (44) zijn aangebracht.

3 193255 Figuur 3 toont een met het deksel 32 van figuur 1 overeenkomend deksel 40, echter met een voorkeursuitvoeringsvorm ten opzichte daarvan. Het deksel 40 heeft, zoals eerder beschreven met betrekking tot het deksel 32 drie holtes, de holtes 41, 42 die elk twee warmtepijpen in serie schakelen en de holte 43 die, bij dit uitvoeringsvoorbeeld, drie parallel geschakelde waterpijpen 8 verbindt met twee parallel geschakelde 5 waterpijpen 8. Tussen de toevoerende waterpijpen 8 zijn in de holte 43 twee ruggen 44 gevormd, die zodanig zijn gedimensioneerd dat door elk van de betreffende toevoerende waterpijpen een gewenste stromingssnelheid wordt ingesteld. Naarmate een rug een groter gedeelte van de doorsnede van de holte 43 inneemt, wordt uiteraard de stromingssnelheid door de in stromingsrichting daarvoor liggende pijp of pijpen verminderd.

10 Hoewel dit niet getoond is, kan uiteraard op overeenkomstige wijze in de holte 43 tussen de afvoerende pijpen 8 een rug worden aangebracht die de toevoer over deze twee pijpen verdeelt. In plaats daarvan, of in combinatie daarmee, kan uiteraard aan de tegenoverliggende zijde, in figuur 1 gezien door middel van het deksel 31, een geschikte stromingsregeling worden bereikt. De deksels 31, 32 en 40 zijn van metaal vervaardigd en bij dit uitvoeringsvoorbeeld zijn deze spuit-15 gegoten van een lichtmetaallegering. Hierdoor wordt een grote vorm-stijfheid bereikt en wordt een goede aanligging van de randen van de deksels tegen de verbindingswanden van de verzamelkasten verzekerd. Bij de fabricage van de warmtewisselaar 1 wordt eerst het in figuur 1 als afzonderlijk deel getoonde blok, bestaande uit verzamelkast-verbindingswanden 4 en 7 en tussenliggende waterpijpen 8 gevormd. Na het aanbrengen van de schroef stiften 30 worden de deksels 31 en 32 met tussenlegging van de pakkingen 33 20 en 34 aangebracht. Op dat moment kan een lekkagetest van de wisselaar worden uitgevoerd en kunnen eventuele lekkages worden verholpen. De buitenwanden 3, 6 van de verzamelkasten 2, 5 worden vervolgens, met de deksels 31, 32 op hun plaats gemonteerd, tegen de verbindingswanden 4, 7 geplaatst en rondom vastgelast. In de afvoerverzamel-kast 5, waarin de doorgangen voor de ontsteker 20 en sensor 19 zijn aangebracht, worden de verbindings-25 wand 7 en de buitenwand 6 eveneens aan elkaar gelast. Zoals figuur 1 toont kunnen de verzamelkasten 2 en 5 identiek zijn uitgevoerd en zijn aan deze geen bijzondere bewerkingen nodig voor de stromingsverdeling. Deze verzamelkasten kunnen derhalve voor een aantal verschillende types warmtewisselaars worden gebruikt. Aldus is een warmtewisselaar verkregen die economisch kan worden vervaardigd en na de fabricage op 30 betrouwbare wijze het gewenste stromingspatroon gedurende lange tijd behoudt.

4. Warmtewisselaar volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de deksels (31, 32, 40)' zijn spuit-gegoten van een lichtmetaallegering.

5. Warmtewisselaar volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de verbindingswand (4, 55 7) een aantal daaraan vastgelaste schroefstiften (30) draagt en het deksel (31,32, 40) met op de schroef- stiften (30) aangrijpende moeren (35, 36) tegen de verbindingswand (4, 7) is geklemd.

6. Warmtewisselaar volgens één van de conclusies 2-5, met het kenmerk, dat tussen de randen van het 193255 4 deksel (31, 32, 40) en de verbindingswand (4, 7) een afdichting (33, 34) is opgenomen.

7. Warmtewisselaar volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat elke verzamelkast (2, 5) gevormd wordt door de verbindingswand (4, 7) en een na de montage van de deksels (31, 32, 40) langs de omtrek daarvan vastgelaste buitenwand (3, 6).

8. Warmtewisselaar volgens één van de voorgaande conclusies, kennelijk bedoeld om te worden toegepast bij een verwarmingsketel. Hierbij 3 bladen tekening