NL2002356C2

NL2002356C2 - Warmtewisselaar en lamel geschikt voor gebruik in een warmtewisselaar.

Info

Publication number: NL2002356C2
Application number: NL2002356A
Authority: NL
Inventors: Arendt Jan Smit
Original assignee: Magic Boiler Holding B V
Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2010-06-22
Also published as: CN102405392A; EP2379976A1; CO6501140A2; WO2010071434A1; US20120031594A1

Description

WARMTEWISSELAAR EN LAMEL GESCHIKT VOOR GEBRUIK IN EEN WARMTEWISSELAAR

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een 5 warmtewisselaar voor gebruik in een verwarmingstoestel. De uitvinding heeft voorts betrekking op een lamel voor gebruik in een dergelijke warmtewisselaar.

Voor het verwarmen van een huis wordt doorgaans een 10 verwarmingstoestel ofwel een C.V.-ketel gebruikt. Naast het verwarmen van het huis levert een dergelijke ketel vaak ook warm kraanwater. Ook zijn er verwarmingstoestellen die alleen voorzien in warm kraanwater. Verwarmingstoestellen maken doorgaans gebruik van gas voor het verwarmen van het 15 water voor het verwarmingsstelsel of kraanwater. Een gasbrander verwarmt hierbij lucht, waarbij het verhitte gas door een warmtewisselaar wordt gevoerd voor het opwarmen van de vloeistof die ook door de warmtewisselaar wordt gevoerd.

20 Het is het doel van de onderhavige uitvinding om te voorzien in een efficiënte, veelzijde, compacte en/of eenvoudig te produceren warmtewisselaar voor in een toestel voor warm water en/of verwarming.

25 Hiertoe is er volgens de uitvinding voorzien in een verwarmingstoestel omvattende een kanaal voor het geleiden van een verhit gas in een lengterichting van het kanaal en een veelheid aan lamellen voor het geleiden van een vloeistof, waarbij de lamellen zijn voorzien van een invoer 30 en een uitvoer die uitkomen in een gemeenschappelijk vlak, waarbij de lamellen zijn aangebracht aan een wand van het kanaal en zich uitstrekken in het kanaal, waarbij de in- en uitvoeren van de lamellen uitkomen in het vlak van de wand 2 en waarbij de warmtewisselaar voorts verbindingselementen omvat voor het verbinden van ten minste een uitvoer aan ten minste een invoer van afzonderlijke lamellen. Op deze wijze is er voorzien in een zeer efficiënte warmtewisselaar, die 5 bovendien eenvoudig aan te passen en te fabriceren is. De lamellen, die het kanaal of een stromingsprofiel voor de te verwarmen vloeistof vormen, komen met de in- en uitvoeren uit in de wand van het kanaal, waardoor de lamellen zeer eenvoudig met elkaar in serie te schakelen zijn met behulp 10 van de verbindingselementen. De wand van het kanaal is hiertoe voorzien van geschikte doorgangen die aansluiten op de in- en uitvoeren van de lamellen. Bij voorkeur zijn de verbindingselementen aangebracht op de wand van het kanaal en zich uistrekken over ten minste een uitvoer en ten minste 15 een invoer van afzonderlijke lamellen.

Door gebruik te maken van meerdere lamellen die zich in het kanaal uitstrekken waardoor heet gas wordt gevoerd, is het gebruik van relatief grote kanalen voor een efficiënte 20 warmteoverdracht tussen het gas en de vloeistof niet meer nodig. Door meerdere lamellen in serie te schakelen middels de verbindingselementen wordt op compacte wijze voorzien in een efficiënte warmte-uitwisseling.

25 Het is voordelig wanneer de verbindingselementen zijn ingericht om uitvoeren en invoeren van ten minste twee afzonderlijke lamellen te verbinden. Hierbij worden twee lamellen parallel geschakeld. Mocht een stromingsprofiel in een lamel geblokkeerd raken, dan kan de andere lamel alsnog 30 voorzien in een doorstroming van de vloeistof. De twee parallel geschakelde lamellen kunnen dan vervolgens in serie worden geschakeld met weer volgende lamellen die tevens parallel zijn geschakeld.

3

In een voorkeursuitvoeringsvorm van een warmtewisselaar overeenkomstig de uitvinding is een verbindingselement vervaardigd uit een plaatvormig element voorzien van 5 opstaande randen, waarbij het verbindingselement is ingericht om ten minste een invoer en ten minste een uitvoer die zich uitstrekken in het vlak van de wand waterdicht te omsluiten. Daar de in- en uitvoeren van de lamellen uitkomen in het vlak van de wand van het kanaal, kan door het 10 waterdicht omsluiten van de te verbinden in- en uitvoeren worden voorzien in een efficiënte schakeling. De verbinding tussen een invoer en een uitvoer wordt dan gevormd door de wand van het kanaal en het plaatvormige verbindingselement voorzien van de randen.

15

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van een warmtewisselaar overeenkomstig de uitvinding is een lamel plaatvormig uitgevoerd, waarbij het vlak van de lamel zich uitstrekt in de lengterichting van het kanaal. De lamel 20 voorziet hierbij in een geleiding van de vloeistof althans in hoofdzaak in een vlak dat dwars staat op de stromingsrichting van het gas. Dit resulteert in een zeer efficiënte warmte-uitwisseling tussen het verhitte gas en de vloeistof in de lamellen.

25

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van een warmtewisselaar volgens de uitvinding omvat een lamel een althans in hoofdzaak U-vormig stromingsprofiel. De in- en uitvoer strekken zich hierbij uit aan de uiteinden van de 30 benen van het U-vormige stromingsprofiel. Op deze wijze is er in een eenvoudige en efficiënte lamel voorzien.

4

Volgens de uitvinding omvat een lamel een dubbelwandig element, waarbij het stromingsprofiel wordt gevormd door het verbinden van de wanden langs de omtreksrand behalve langs een verbindingsrand voor het vormen van de in- en uitvoer, 5 waarbij de wanden voorts vanaf de verbindingsrand tussen de in- en uitvoer worden verbonden in een richting dwars op de verbindingsrand voor een voorbepaalde lengte voor het vormen van het stromingsprofiel, bij voorkeur een U-vormig stromingsprofiel. Wanneer bijvoorbeeld een rechthoekig 10 dubbelwandig element als uitgangsmateriaal wordt gebruikt, worden wanden van drie van de vier randen met elkaar verbonden zodat als het ware een enveloppe wordt gevormd waarbij de verbindingsrand de opening vormt. Het verbinden van de wanden kan bijvoorbeeld plaatsvinden door lassen.

15 Door nu vanaf bij voorkeur het midden van de verbindingsrand te voorzien in een verbinding tussen de wanden die zich uitstrekt tot op een afstand van de tegenoverliggende rand, wordt er voorzien in een stromingsprofiel dat zich U-vormig uitstrekt tussen een invoer en een uitvoer. Deze verbinding 20 verdeelt de verbindingsrand in een invoer en een uitvoer.

Het is ook mogelijk om meerdere verbindingen te voorzien tussen de wanden naast de verbinding vanuit de verbindingsrand. Op deze wijze is het mogelijk een 25 stromingsprofiel in de lamel te creëren dat bijvoorbeeld meer meanderend door de lamel voert. Ook is het mogelijk een verbinding hiertoe te voorzien van hoeken, waarbij twee delen van de verbinding zich onder een hoek uitstrekken.

30 Bij voorkeur is de lamel vervaardigd uit plaatmateriaal uit metaal met een dikte van tussen de 0,4 en 1,5 mm, meer bij voorkeur tussen de 0,5 en 1,0 mm en nog meer bij voorkeur met een dikte van ongeveer 0,6 mm. Dit voorziet in voldoende 5 stevigheid, terwijl ook nog in een goede warmte-uitwisseling wordt voorzien. Bij voorkeur is de lamel vervaardigd uit (roestvrij) staal of aluminium.

5 Bij voorkeur is het vlak van het kanaal waaraan de lamellen zijn verbonden vervaardigd uit plaatmateriaal uit bijvoorbeeld staal of aluminium met een dikte van tussen de 0,8 mm en 2,5 om te voorzien in extra stevigheid.

10 In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van een warmtewisselaar volgens de uitvinding strekt een veelheid aan lamellen zich uit in een breedterichting loodrecht op de lengterichting van het kanaal, evenwijdig aan het vlak van de wand. De lamellen zijn hierbij in een rij opgesteld die 15 dwars staat op de lengterichting, en daarmee de doorvoerrichting van het gas. Daar de lamellen bij voorkeur plaatvormig zijn uitgevoerd is er hiermee voorzien in een groot oppervlak voor warmte-uitwisseling tussen het gas en de vloeistof. Bij voorkeur bestaat een dergelijke rij uit 20 een veelvoud van ten minste twee lamellen, zodat voorzien kan worden in de parallelle schakeling zoals reeds eerder vermeld. Het is bovendien voordelig wanneer een veelheid aan lamellen zich uitstrekt in de lengterichting van het kanaal. Op deze wijze wordt de warmte van het langsstromende gas 25 optimaal benut.

Bij voorkeur zijn de verbindingselementen hierbij ingericht om eerst de lamellen die zich uitstrekken in de breedterichting ten opzichte van elkaar in serie verbinden 30 en vervolgens de gevormde rijen lamellen in lengterichting in serie te verbinden. Bij het in serie schakelen van verschillende lamellen worden de lamellen eerst in de breedte geschakeld, en vervolgens worden de gevormde rijen 6 in de lengte geschakeld. Bij voorkeur zijn de verbindingselementen ingericht om de vloeistof eerst door de rij stroomafwaarts van het verhitte gas en vervolgens door de rij lamellen stroomopwaarts van het verhitte gas te 5 geleiden. De vloeistof stroomt dus eerst door de rij het verst verwijderd van de hittebron, bijvoorbeeld de brander. Hierna stroomt de vloeistof door de rij aan de zijde van de brander. Gebleken is dat dit een zeer efficiënte warmte-uitwisseling oplevert.

10

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van een warmtewisselaar overeenkomstig de uitvinding omvat het kanaal geleidingsmiddelen voor het in lengterichting golvend geleiden van de verhitte lucht door het kanaal. Door het gas 15 golvend door het kanaal te geleiden wordt er voorzien in een vergroot contactoppervlak tussen de lamellen en de verwarmde gasstroom. Bij voorkeur omvatten de geleidingsmiddelen ten minste een schot dat zich uitstrekt in de breedterichting van het kanaal aan een wand van het kanaal. Het schot en bij 20 voorkeur meerdere schotten voorzien dan in de geleiding van het gas. De schotten zijn bij voorkeur op afstand van elkaar op tegenoverliggende wanden van het kanaal aangebracht. De verhitte gasstroom zal hierdoor zigzaggen tussen de schotten door. Bij voorkeur worden de schotten aangebracht op de 25 wanden waaraan de lamellen zijn verbonden en de wand evenwijdig daaraan.

Meer bij voorkeur is ten minste een schot kamvormig en strekt deze zich uit tussen de zich in de breedterichting 30 uitstrekkende lamellen. Door een schot kamvormig, dat wil zeggen voorzien van uitsparingen voor het opnemen van een lamel, uit te voeren kan het schot ter plaatse van een rij lamellen worden geplaatst. Hierdoor is de plaatsing van de 7 geleidingsmiddelen niet beperkt tot de ruimte tussen rijen lamellen.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een lamel en een 5 verbindingselement voor gebruik in een warmtewisselaar volgens de uitvinding.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van in tekening weergegeven figuren van een 10 voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding, waarin: - Figuur 1 schematisch de warmtewisselaar in perspectief weergeeft; 15 - Figuur 2 schematische de warmtewisselaar in dwarsdoorsnede toont; - Figuren 3 en 4 schematisch de warmtewisselaar in opengewerkte toestand tonen; 20 - Figuren 5a en 5b schematisch lamellen tonen, en; - Figuur 6 schematisch een geleidingsschot laat zien.

25 In figuur 1 is schematisch een warmtewisselaar 1 voor gebruik in een verwarmingstoestel zoals een C.V.-ketel weergegeven. De warmtewisselaar 1 is voorzien van een invoer 3 voor het invoeren van te verwarmen vloeistof en een uitvoer 2 waaruit de verwarmde vloeistof stroomt. Voor het 30 verwarmen van de vloeistof is er voorzien in een brander, waarvan een houder 4a is weergeven. Voor het afvoeren van de rookgassen van de brander nadat deze warmte hebben afgegeven aan de vloeistof, is er voorzien in een uitlaat 5.

8

In figuur 2 is de warmtewisselaar 1 in dwarsdoorsnede weergegeven. De warmtewisselaar 1 omvat een kanaal 10 voor het geleiden van een verhit gas, dat schematisch is aangeduid als 41 in een lengterichting I. Voor het verhitten 5 van het gas is er voorzien in een brander 4. In het kanaal 10 is een veelheid aan lamellen 6 aangebracht die zich uitstrekken in het kanaal 10. Door de lamellen 6 wordt het te verwarmen water gevoerd. De stroomrichting van het water is schematisch aangegeven met 42. De stroomrichting 42 van 10 het water is tegengesteld aan de stroomrichting 41 van het gas. Zoals weergegeven hebben de lamellen 6 hebben een U-vormig stromingsprofiel.

De lamellen 6 zijn aangebracht aan een wand 11 van het 15 kanaal 10 zodanig dat de in- en uitvoeren van de lamellen uitkomen in deze wand 11. Voor het onderling verbinden van de lamellen is er daarbij voorzien in verbindingselementen 7, zoals later meer in detail zal worden besproken.

20 In het kanaal 10 strekken zich ook geleidingsmiddelen in de vorm van schotten 8a en 8b uit. De geleidingsmiddelen zijn aangebracht aan de wanden 11 en 12 van het kanaal 10 en voorzien in een golvende doorstroming van het gas 41 door het kanaal 10. Door deze zigzaggende beweging van het gas 25 wordt in een zeer efficiënte warmteoverdracht tussen het gas en de vloeistof in de lamellen voorzien. De schotten 8a en 8b strekken zich uit over de gehele breedte van het kanaal 11. Om het mogelijk maken ook schotten 8a te plaatsen ter plaatse van de lamellen 6, zijn de schotten 8a kamvormig 30 uitgevoerd zoals zichtbaar is in figuur 6. De schotten 8a zijn hierbij voorzien van uitsparingen 81 die nauw aansluiten op de lamellen 6.

9

In figuur 3 is goed zichtbaar dat zich in het kanaal 10 een veelheid aan lamellen 6 bevindt. De lamellen 6 zijn hierbij in twee rijen 101 en 102 aangebracht. In de breedterichting II zijn in deze uitvoering eenentwintig lamellen 6 per rij 5 aangebracht. De lamellen 6 zijn zodanig gevormd en aangebracht aan de wand 11 van het kanaal 10, dat de invoeren 61 en uitvoeren 62 van de lamellen 6 uitkomen en zich uitstrekken in het vlak van de wand 11. De lamellen 6 zijn gelast aan de wand 11.

10

Voor het verbinden van de uitvoeren 62a van een lamel 6a aan de invoeren 61b van een lamel 6b is er voorzien in een verbindingselement 71. Het verbindingselement 71 wordt gevormd door een plaatvormig element voorzien van opstaande 15 randen die de drie uitvoeren 62a en de drie invoeren 61b waterdicht omsluit. De lamellen 6 worden parallel in clusters 103 van drie geschakeld om eventuele verstoppingproblemen te voorkomen. Het verbindingselement 71 is aangebracht om de twee rijen 101 en 102 te koppelen. Een 20 verbindingselement 72 is bijvoorbeeld aangebracht om lamellen te verbinden in een enkele rij 101. De verbindingselementen 7 worden aan de wand 11 gelast zodat voorzien wordt in een waterdichte aansluiting.

25 Het zal duidelijk zijn dat met een opbouw zoals is weergegeven in figuur 3 een zeer efficiënte schakeling van de lamellen is te realiseren door het verbinden van de invoeren aan de uitvoeren naar keuze. Ook is het met het verbindingsysteem zeer eenvoudig om meerdere rijen lamellen 30 6 toe te passen of om meer of minder lamellen 6 parallel te schakelen. Zo is het voor bijvoorbeeld compactere toestellen voordelig om twee lamellen parallel te schakelen.

10

In figuur 4 is een voorkeursuitvoeringsvorm van een dergelijke schakeling weergegeven, waarbij de stroom van de vloeistof door de verbindingselementen 7 is aangegeven met een lijn 42. Het gas stroomt in de lengterichting I, zodat 5 de vloeistof eerst de rij 102 stroomt en vervolgens door de rij 101 stroomt, waarna het wordt afgevoerd uit de afvoer 2.

In figuur 5a is een eerste lamel 6 volgens de uitvinding weergegeven. Een lamel 6 is een dubbelwandig plaatvormig 10 element, zoals bijvoorbeeld duidelijk zichtbaar is in figuur 3. De wanden van het dubbelwandige element zijn aan de omtreksranden 63 op een verbindingsrand 66 na met elkaar verbonden. In het midden van de verbindingsrand 66 is er voorzien in een verbinding 64, waardoor de verbindingsrand 15 66 wordt onderverdeeld in een invoer 61 en een uitvoer 62.

De verbinding 64 strekt zich uit tot op een afstand III van de overstaande rand 63 zodat een U-vormig stromingsprofiel wordt gevormd. Voor de stevigheid is er voorzien in een verstevigingsribbe 65.De wanden van de lamel 6 zijn 20 vervaardigd uit staalplaat met een dikte van 0.6 mm.

In figuur 5b is een variant weergegeven waarbij het U-vormige stromingsprofiel is voorzien van een extra knik. Hiertoe is er voorzien in een verdere verbinding 64a tussen 25 de wanden van het plaatvormig element. Bovendien is een rand 63a extra verbonden ten opzichte van de uitvoering uit figuur 5a. De verbinding 64 verdeelt de verbindingsrand 66 in een invoer 61 en een uitvoer 62 en de verbinding 64 is hierbij voorzien van hoeken. Met de extra verbinding 64a 30 wordt hiermee voorzien in een extra meanderend stroomprofiel.

11

Opgemerkt wordt dat de uitvinding zich niet beperkt tot de weergegeven uitvoeringsvormen, doch zich tevens uitstrekt tot andere voorkeursvarianten vallend binnen het bereik van de aangehechte conclusies.

5

Claims

1. Warmtewisselaar voor een verwarmingstoestel omvattende een kanaal voor het geleiden van een verhit gas in een 5 lengterichting van het kanaal en een veelheid aan lamellen voor het geleiden van een vloeistof, waarbij de lamellen zijn voorzien van een invoer en een uitvoer die uitkomen in een gemeenschappelijk vlak, waarbij de lamellen zijn aangebracht aan een wand van het kanaal 10 en zich uitstrekken in het kanaal, waarbij de in- en uitvoeren van de lamellen uitkomen in het vlak van de wand en waarbij de warmtewisselaar voorts verbindingselementen omvat voor het verbinden van ten minste een uitvoer aan ten minste een invoer van 15 afzonderlijke lamellen.

2. Warmtewisselaar volgens conclusie 1, waarbij de verbindingselementen zijn aangebracht op de wand van het kanaal en zich uistrekken over ten minste een 20 uitvoer en ten minste een invoer van afzonderlijke lamellen.

3. Warmtewisselaar volgens conclusie 1 of 2, waarbij de verbindingselementen zijn ingericht om uitvoeren en 25 invoeren van ten minste twee afzonderlijke lamellen te verbinden.

4. Warmtewisselaar volgens conclusie 1, 2 of 3, waarbij een verbindingselement is vervaardigd uit een 30 plaatvormig element voorzien van opstaande randen, waarbij het verbindingselement is ingericht om ten minste een invoer en ten minste een uitvoer die zich uitstrekken in het vlak van de wand waterdicht te omsluiten.

5. Warmtewisselaar volgens een van de voorgaande 5 conclusies 1 tot en met 4, waarbij een lamel plaatvormig is uitgevoerd en waarbij het vlak van de lamel zich uitstrekt in de lengterichting van het kanaal.

6. Warmtewisselaar volgens een van de voorgaande conclusies 1 tot en met 5, waarbij een lamel een althans in hoofdzaak U-vormig stromingsprofiel omvat.

7. Warmtewisselaar volgens een van de voorgaande 15 conclusies 1 tot en met 6, waarbij een lamel een dubbelwandig element omvat, waarbij een stromingsprofiel wordt gevormd door het verbinden van de wanden langs de omtreksrand behalve langs een verbindingsrand voor het vormen van de in- en uitvoer, 20 waarbij de wanden voorts vanaf de verbindingsrand tussen de in- en uitvoer worden verbonden in een richting dwars op de verbindingsrand voor een voorbepaalde lengte voor het vormen van het stromingsprofiel. 25

8. Warmtewisselaar volgens conclusie 7, waarbij de lamel is vervaardigd uit plaatmateriaal uit metaal met een dikte van tussen de 0,4 en 1,5 mm, bij voorkeur tussen de 0,5 en 1,0 mm en meer bij voorkeur met een dikte van 30 ongeveer 0,6 mm.

9. Warmtewisselaar volgens een van de voorgaande conclusies 1 tot en met 8, waarbij een veelheid aan lamellen zich uitstrekt in een breedterichting loodrecht op de lengterichting van het kanaal, evenwijdig aan het vlak van de wand.

10. Warmtewisselaar volgens een van de voorgaande conclusies 1 tot en met 9, waarbij een veelheid aan lamellen zich uitstrekt in de lengterichting van het kanaal.

11. Warmtewisselaar volgens conclusie 9 of 10, waarbij de verbindingselementen zijn ingericht om eerst de lamellen die zich uitstrekken in de breedterichting ten opzichte van elkaar in serie verbinden en vervolgens de gevormde rijen lamellen in lengterichting in serie te 15 verbinden.

12. Warmtewisselaar volgens conclusie 11, waarbij de verbindingselementen zijn ingericht om de vloeistof eerst door de rij stroomafwaarts van het verhitte gas 20 en vervolgens door de rij lamellen stroomopwaarts van het verhitte gas te geleiden.

13. Warmtewisselaar volgens een van de voorgaande conclusies 1 tot en met 12, waarbij het kanaal 25 geleidingsmiddelen omvat voor het in lengterichting golvend geleiden van de verhitte lucht door het kanaal.

14. Warmtewisselaar volgens conclusie 13, waarbij de geleidingsmiddelen ten minste een schot omvatten dat 30 zich uitstrekt in de breedterichting van het kanaal aan een wand van het kanaal.

15. Warmtewisselaar volgens conclusie 14, waarbij ten minste een schot kamvormig is en zich uitstrekt tussen de zich in de breedterichting uitstrekkende lamellen.

16. Lamel voor gebruik in een warmtewisselaar volgens een van voorgaande conclusies 1 tot en met 15.