NL2005880C2

NL2005880C2 - Ventilator voor een warmwaterinrichting, een warmwaterinrichting omvattende een dergelijke ventilator en een werkwijze voor het mengen van een brandstof en een oxidator.

Info

Publication number: NL2005880C2
Application number: NL2005880A
Authority: NL
Inventors: Peter Jan Cool
Original assignee: Intergas Heating Assets B V
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2012-06-19
Also published as: PT2652399T; JP2014503781A; EP2652399A1; ES2719110T3; KR20190096437A; EP2652399B1; KR102146268B1; RU2013132938A; UA115525C2; CA2822019A1; WO2012081984A1; US9395080B2; PL2652399T3; US20140007822A1; JP6017447B2; CA2822019C; RU2603232C2; KR20140016879A

Description

Ventilator voor een warmwaterinrichting, een warmwaterinrichting omvattende een dergelijke ventilator en een werkwijze voor het mengen van een brandstof en een oxidator 5

Onderhavige uitvinding heeft betrekking op een ventilator aangepast voor montage in een warmwaterinrichting en aangepast om een fluïdum aan een brander van de warmwaterinrichting aan te voeren.

10 Onderhavige uitvinding heeft verder betrekking op een warmwaterinrichting omvattende een dergelijke ventilator.

Onderhavige uitvinding heeft ook betrekking op een werkwijze voor het mengen van een fluïdumvormige brandstof 15 en een fluïdumvormige oxidator.

In de huidige generatie warmwaterinstallaties wordt voorgemengde verbranding toegepast. Gas en lucht worden gemengd en worden door een ventilator aan een brander aangevoerd waar het lucht/gasmengsel verbrand wordt. Een 20 veel toegepaste techniek voor het mengen van het gas en de lucht (figuur 2) maakt gebruik van een ventilator 100 die in een luchtaanvoer 12 een stroming 14 van lucht veroorzaakt.

In de luchtaanvoer 12 is een venturi (niet getoond) aangebracht. In de venturi is een gasaanvoer 22 aangebracht. 25 De stroming 14 in de venturi veroorzaakt een onderdruk in de venturi, welke onderdruk ervoor zorgt dat er een gasstroom 26 veroorzaakt wordt. Gaat de ventilator 100 harder draaien, dan wordt er een grotere luchtstroom 14 veroorzaakt, daarmee een grotere onderdruk en dus een 30 grotere instroom 26 van gas. De ventilator omvat een ventilatorhuis 32, waarin een schoepenwiei 34 is aangebracht. Het schoepenwiei 34 wordt aangedreven door een motor 40. Het schoepenwiei is aangebracht op een as 36 die 2 onderdeel uitmaakt van de rotor van de motor 40. Om de rotor zijn een of meerdere elektrische spoelen 42 aangebracht. In sommige uitvoeringsvormen is de motor ook geheel buiten het huis van de ventilator geplaatst en de 5 motoras loopt dan door de wand van het huis naar binnen. De uitlaat 38 van de ventilator voert het lucht/gasmengsel naar de brander. Er bestaan ook uitvoeringen waarbij de venturi tussen de ventilator en de brander is aangebracht en de gasaanvoer aldaar plaatsvindt. Het gasblok wordt dan 10 gestuurd met de luchtdruk na de ventilator. Dit maakt qua drukverschillen tussen gas- en luchtstroom niet wezenlijk uit en is daarmee een oplossing met vergelijkbare eigenschappen als die met een venturi voor de ventilator.

Het mengen van de lucht en het gas vindt vlak na 15 de vernauwing van de venturi plaats. De mengverhouding van het lucht/gasmengsel wordt voornamelijk bepaald door de geometrie van de venturi en de luchtaanvoer 12 en gasaanvoer 22. Bij een goed ontwerp van de gas- en luchtaanvoer is een en ander zodanig gerealiseerd dat de 20 offset - de regelwaarde van de druk aan de uitgang van het gasblok - negatief is (in de orde van -5 Pa). Het gasblok (niet getoond) opent in dat geval pas bij een druk van ongeveer -5 Pa. In de loop der tijd kan de offsetwaarde van een gasblok door veroudering verlopen, daarnaast spelen 25 hysteresis en de temperatuur van het gasblok een rol.

Wanneer de warmwaterinrichting op laag vermogen draait, wordt, afhankelijk van de venturi en de mate waarin er teruggemoduleerd wordt, door de venturi een onderdruk van tussen ongeveer -30 Pa en -60 Pa gegenereerd. De enkele 30 Pascal verloop in de offset van het gasblok kan dan al gauw een aanzienlijke afwijking in de lucht/gasverhouding veroorzaken, hetgeen een negatieve invloed heeft op het rendement en de emissies (CO en NOx) van de 3 warmwaterinrichting. Door onderin het bereik met een grotere onderdruk te werken, neemt de invloed van het offsetverloop van het gasblok relatief af. Dit zou gerealiseerd kunnen worden door een grotere restrictie (ofwel een nauwere 5 venturi) toe te passen. Nadeel van het werken met een grotere onderdruk is dat deze in verband staat met de grotere restrictie. Een grotere restrictie veroorzaakt een grotere luchtweerstand, hetgeen gecompenseerd moet worden met een ventilator met een groter vermogen. Een ventilator 10 met een groter vermogen heeft over het algemeen echter ook grotere afmetingen, is duurder en verbruikt meer energie.

Het oudere document WO 2005/080871 Al beschrijft een brandstoftoevoersysteem voor een brander van een warmwatertoestel, waarbij voormenging plaatsvindt. Het 15 systeem is voorzien van een ventilator met een centrale aanzuigopening voor het aanzuigen van lucht. Een gastoevoerleiding loopt van een gasblok naar de ventilator en mondt in radiale richting uit in de centrale aanzuigopening. Wanneer de ventilator bediend wordt, wordt 20 eerst lucht aangezogen en na het openen van een gasklep in het gasblok ook gas, dat dan in de ventilator met de lucht gemengd wordt. Dit gas/luchtmengsel wordt vervolgens uitgeblazen naar een brander. De gastoevoer is hier dus functioneel gecombineerd met de luchttoevoer.

25 Ook in de Britse octrooipublicatie 2 214 629 is sprake van een brandstoftoevoersysteem voor een gasbrander met voormenging, die wordt toegepast in een warmwatertoestel. Het document beschrijft twee varianten van dit systeem. Bij een eerste variant wordt gas rechtstreeks 30 aangezogen in een schoepenrad van een ventilator. Deze aanzuiging kan coaxiaal met de luchtstroom zijn, maar het is ook mogelijk dat de gasstroom boven of onder de aslijn van het schoepenrad wordt aangezogen. Met deze variant wordt het 4 gas in het schoepenrad met de lucht gemengd, en dan door een kanaal naar een brander geleid. Bij een tweede variant wordt het gas stroomafwaarts van de ventilator in tangentiale richting toegevoerd aan een buis die de ventilator met de 5 brander verbindt. Ook hier geldt telkens dat de gastoevoer en de luchttoevoer functioneel gekoppeld zijn.

Het doel van onderhavige uitvinding is het verschaffen van een ventilator voor een warmwaterinrichting die bij een relatief lage warmtevraag van de 10 warmwaterinrichting toch een relatief geringe afhankelijkheid van het verloop van de offset van het gasblok oplevert zonder de bovengenoemde nadelen.

De onderhavige uitvinding bereikt dit doel door een ventilator te verschaffen aangepast voor montage in een 15 warmwaterinrichting en aangepast om een fluïdum aan een brander van de warmwaterinrichting aan te voeren, omvattende: een ventilatorkamer voorzien van een schoepenwiel; een brandstofaanvoer voor fluïdumvormige brandstof, uitmondend in de ventilatorkamer; een 20 oxidatoraanvoer voor een fluïdumvormige oxidator, uitmondend in de ventilatorkamer; waarbij de brandstofaanvoer en oxidatoraanvoer afzonderlijke mondingen hebben in de ventilatorkamer; een afvoer voor het afvoeren van het mengsel van brandstof en oxidator; en een brandstofpomp voor 25 het forceren van een brandstofstroom vanuit de brandstofaanvoer de ventilatorkamer in. Door het scheiden van de brandstofaanvoer en de oxidatoraanvoer is het mogelijk om voor beide verschillende geometrieën toe te passen en deze te optimaliseren voor de eisen van deze 30 aanvoeren. De oxidatoraanvoer wordt zo uitgevoerd dat een lage stromingsweerstand gerealiseerd wordt, bijvoorbeeld door een grote diameter te kiezen voor de aanvoer. Hierdoor is het mogelijk een ventilator met een laag vermogen toe te 5 passen. Verder heeft een grotere diameter met minder weerstand van de luchttoevoer een gunstige invloed op het thermo-akoestisch gedrag van de ketel.

Nu de brandstofaanvoer niet langer is opgenomen in 5 de oxidatoraanvoer wordt de brandstof niet langer door het venturi-effeet aan de brandstoftoevoer onttrokken. Uiteraard is het mogelijk gebruik te maken van de overdruk waarmee bijvoorbeeld gas geleverd wordt door een gasnet. Echter, uit veiligheidsoverwegingen heeft het de voorkeur een gasblok te 10 gebruiken, waarna het gas actief aan de gasaanvoer onttrokken wordt, bijvoorbeeld door een brandstofpomp.

In een verdere uitvoeringsvorm verschaft onderhavige uitvinding een ventilator, waarbij de brandstofstroom mechanisch geforceerd wordt.

15 In een specifieke uitvoeringsvorm wordt een ventilator verschaft, waarbij de brandstofpomp op zichzelf weer een ventilator omvat. Omdat over het algemeen een veel kleiner volumedeel brandstof nodig is dan het volumedeel van de oxidator (bij verbranding van aardgas met lucht ongeveer 20 een deel gas op negen delen lucht), kan volstaan worden met een ventilator van laag vermogen.

In een verdere uitvoeringsvorm verschaft de uitvinding een ventilator, waarbij de brandstofpomp in de brandstofaanvoer is opgenomen en waarbij de brandstofpomp 25 door middel van een leiding verbonden is met de ventilatorkamer.

De onderhavige uitvinding verschaft ook een ventilator, verder omvattende een ventilatorhuis dat de ventilatorkamer begrenst, waarbij het ventilatorhuis twee 30 tegenover elkaar gelegen wanden omvat die de ventilatorkamer in axiale richting begrenzen; en waarbij de brandstofaanvoer en de oxidatoraanvoer elk in een tegenoverliggende wand uitmonden.

6

In een bijzonder voordelige uitvoeringsvorm verschaft de uitvinding een ventilator, waarbij het schoepenwiel is uitgevoerd als een dubbel schoepenwiel, zodanig ingericht dat de ene zijde van het schoepenwiel 5 hoofdzakelijk de oxidator verpompt en de andere zijde van het schoepenwiel hoofdzakelijk de brandstof verpompt. Deze uitvoeringsvorm is bijzonder voordelig, omdat de ventilator niet zo zwaar uitgevoerd hoeft te worden als het geval is in de ventilatoren volgens de stand der techniek doordat de 10 oxidatoraanvoer ontworpen kan worden met een lage stromingsweerstand. Daarnaast is het niet noodzakelijk om een afzonderlijke brandstofpomp aan te brengen. Het dubbele schoepenwiel heeft een zijde dat hoofdzakelijk bedoeld is om de stroming van de oxidator te veroorzaken en een zijde dat 15 hoofdzakelijk bedoeld is om de stroming van de brandstof te veroorzaken. Beide zijden zijn zo ook te optimaliseren voor het beoogde doel. Zo zal er in de meeste gevallen (verbranding van aardgas met lucht) een aanzienlijk grotere hoeveelheid oxidator verpompt moeten worden dan er brandstof 20 verpompt dient te worden. De schoepen aan de oxidatorzijde hebben in een specifieke uitvoeringsvorm dan ook een groter oppervlak hebben dan de schoepen aan de brandstofzijde.

De onderhavige uitvinding verschaft ook een warmwaterinrichting, omvattende een ventilator als hierboven 25 beschreven. Voorbeelden van warmwaterinrichtingen zijn centrale-verwarmingsketels, boilers, geisers en combinatieketels.

In een verdere uitvoeringsvorm verschaft onderhavige uitvinding een warmwaterinrichting, verder 30 omvattende een brander, waarbij hoofdzakelijk alle brandstof die in de brander verbrand wordt door de ventilator aangevoerd wordt. In een specifieke 7 uitvoeringsvorm wordt alleen de brandstof benodigd voor de waakvlam niet aangevoerd door de ventilator.

In een aspect volgens de uitvinding wordt een werkwijze verschaft voor het mengen van een fluïdumvormige 5 brandstof en een fluïdumvormige oxidator, omvattende de stappen van: het verschaffen van een ventilatorkamer; het toevoeren van een oxidator aan de ventilatorkamer; en het toevoeren van een brandstof aan de ventilatorkamer; waarbij de oxidator en de brandstof via afzonderlijke mondingen in 10 de ventilatorkamer gebracht worden; en waarbij de brandstof door een brandstofpomp geforceerd aan de ventilatorkamer toegevoerd wordt.

Volgens een verder aspect volgens de uitvinding wordt een werkwijze verschaft, waarbij de stap van het 15 geforceerd toevoeren van de brandstof aan de ventilatorkamer plaats heeft door middel van een tweede ventilator.

Volgens een ander aspect verschaft de uitvinding een werkwijze, waarbij: de ventilatorkamer begrensd wordt door een ventilatorhuis omvattende twee tegenover elkaar 20 gelegen wanden die de ventilatorkamer in axiale richting begrenzen; de brandstof en de oxidator elk via mondingen in de tegenoverliggende wand en in de ventilatorkamer gebracht worden; en de ventilatorkamer een schoepenwiel omvat dat uitgevoerd is als een dubbel schoepenwiel, waarbij de ene 25 zijde van het schoepenwiel hoofdzakelijk de oxidator aan de ventilatorkamer toevoert en de andere zijde van het schoepenwiel hoofdzakelijk de brandstof geforceerd aan de ventilatorkamer toevoert.

Verdere uitvoeringsvormen en voordelen van de 30 uitvinding worden onderstaand besproken aan de hand van de bijgevoegde figuren, waarin:

Figuur 1 een warmwaterinrichting toont volgens de uitvinding; 8

Figuur 2 een ventilator toont volgens de stand der techniek;

Figuur 3 een schematische weergave toont van een voorbeelduitvoeringsvorm volgens de uitvinding; 5 Figuur 4 een dwarsdoorsnede toont van een eerste voorbeelduitvoeringsvorm volgens de uitvinding; en

Figuur 5 een dwarsdoorsnede toont van een tweede voorbeelduitvoeringsvorm volgens de uitvinding.

De basisgedachte in de onderhavige uitvinding 10 wordt ingegeven door het feit dat de ontwerpeisen van de gasaanvoer en de luchtaanvoer gedeeltelijk tegenstrijdig zijn. Vanuit een kosten- en een energieperspectief is het gewenst voor de ventilator voor het aanvoeren van lucht een klein type van laag vermogen in te zetten. Dit kan 15 gerealiseerd worden door een luchtaanvoerkanaal met een lage luchtstromingsweerstand te kiezen, bijvoorbeeld door een luchtaanvoer met een grote diameter te kiezen. In het geval voormenging met een venturi plaats vindt, heeft een lage stromingsweerstand een negatieve invloed op de stabiliteit 20 van het gasblok, aangezien slechts een geringe onderdruk gerealiseerd wordt in de venturi. Dit leidt ertoe dat de invloed van een verloop van de offset van het gasblok een relatief grote invloed krijgt op de lucht/gasverhouding. Dit wordt voorkomen door het gas niet passief in een venturi 25 voor de ventilator te injecteren.

Dit wordt bewerkstelligd door voor het gas een separate ventilator 220 (figuur 3) te gebruiken. Het gas komt via een aanvoerleiding 202 de warmwaterinrichting binnen. Daar wordt het eerst door een gasblok 210 geleid, 30 zodat bij het wegvallen van de onderdruk in de ketel, er geen instroom van gas plaatsvindt. Een ventilator 220 onttrekt het gas via een leiding 22 aan het gasblok 210 en leidt via een leiding 204 het gas verder naar een 9 mengkamer 230. De lucht wordt door een ventilator 30 aangezogen uit een aanvoerleiding 12. De aangezogen lucht bereikt via een leiding 206 de mengkamer 230 waar de lucht zich mengt met het gas dat via leiding 204 binnenstroomt.

5 Het lucht/gasmengsel bereikt uiteindelijk via leiding 208 de brander 240 alwaar het gas verbrand wordt. Het is uiteraard ook mogelijk om geen voormenging toe te passen. In dat geval komt mengkamer 230 te vervallen en komen de lucht uit leiding 204 en het gas uit leiding 206 direct uit in 10 brander 240.

Een uitvoeringsvorm wordt getoond in figuur 4, waarin een aparte ventilator 220 gas aanzuigt uit een gasaanvoer 22 die afkomstig is van een gasblok. De gasstroming 24 wordt opgewekt door een schoepenwiel 334 dat 15 aangedreven wordt door een elektromotor 340 dat onder meer een as 335 omvat waarop het schoepenwiel is aangebracht en daaromheen een elektrische spoel 342. Gas verlaat de ventilator 220 vanuit de uitlaat 338 en bereikt via een leiding 204 de uitlaat van de ventilator 30. De 20 ventilator 30 zuigt lucht aan uit een luchtaanvoer 12. De luchtstroming 14 wordt veroorzaakt door het schoepenwiel 34 dat in het ventilatorhuis 32 is aangebracht en wordt aangedreven door een elektromotor 40 dat een elektrische spoel 42 omvat en waarvan de rotor 36 verbonden is met het 25 schoepenwiel 34 zodat het schoepenwiel 34 aangedreven wordt. De door de ventilator 30 aangezogen lucht mengt zich in de uitlaat 38 met het gas uit de leiding 204 en het lucht/gasmengsel wordt verder geleid naar de brander. De ventilatoren 220 en 30 zoals getoond in figuur 4 zijn van 30 het centrifugaaltype. Uiteraard kunnen ook andere typen pompen gebruikt worden. In plaats van het passief aanzuigen van gas door de luchtstroom in de venturi is er in onderhavige uitvinding sprake van actieve gasinjectie.

10

Een alternatieve maar bijzonder voordelige uitvoeringsvorm wordt getoond in figuur 5. In deze uitvoeringsvorm wordt een enkel ventilatorhuis 32 gebruikt met daarin een dubbel schoepenwiel 34a, 34b dat aangedreven 5 wordt door een enkele elektromotor 40. De elektromotor 40 omvat een elektrische spoel 42 waarin een rotor 36 draait.

De rotor is verbonden met het dubbele schoepenwiel 34a, 34b. Het ventilatorhuis 32 omvat aan een eerste axiale zijde een wand met daarin de monding van de luchtaanvoer 12. De naar 10 deze eerste zijde gewende kant 34a van het dubbele schoepenwiel veroorzaakt de luchtstroom 14. Verder omvat het ventilatorhuis 32 aan de tweede axiale zijde een wand met daarin de monding van de gasaanvoer 22. De naar deze tweede zijde gewende kant 34b van het dubbele schoepenwiel 15 veroorzaakt een gasstroming 24. De lucht en het gas mengen zich aan de periferie van het schoepenwiel 34a, 34b, alwaar het lucht/gasmengsel via uitlaat 38 het ventilatorhuis 32 weer verlaat om de brander in te stromen.

Figuur 1 toont tenslotte een combiketel voor het 20 opwarmen van tapwater en het leveren van warm cv-water, waarin een ventilator 100 volgens de uitvinding getoond wordt. Een gasaanvoer 22 leidt gas van het gasblok naar de ventilator 100. Het schoepenwiel 34a, 34b wordt aangedreven door een elektromotor 40. Het lucht/gasmengsel wordt via de 25 uitlaat 38 naar de brander geleid.

De in dezen getoonde en beschreven uitvoeringsvormen zijn slechts opgenomen als voorbeelduitvoeringsvormen en zijn geenszins op te vatten als beperkend voor de uitvinding. Het is de vakman duidelijk 30 dat velerlei aanpassingen en modificaties van de voorbeelduitvoeringsvormen mogelijk zijn binnen de uitvinding. Zo is het zonder meer mogelijk om kenmerken van verschillende uitvoeringsvormen te combineren om zo verdere 11 uitvoeringsvormen volgens de uitvinding te verkrijgen. Verder is het mogelijk het gas en de lucht te mengen in het huis van de luchtventilator of in de uitlaat van de luchtventilator. Daarnaast is het ook mogelijk de menging 5 pas in de brander te laten plaatsvinden. De gevraagde bescherming wordt dan ook alleen beperkt door de navolgende conclusies.

Claims

1. Ventilator aangepast voor montage in een warmwaterinrichting en aangepast om een fluïdum aan een 5 brander van de warmwaterinrichting aan te voeren, omvattende: een ventilatorkamer voorzien van een schoepenwiel; een brandstofaanvoer voor fluïdumvormige brandstof, uitmondend in de ventilatorkamer; 10 een oxidatoraanvoer voor een fluïdumvormige oxidator, uitmondend in de ventilatorkamer; waarbij de brandstofaanvoer en oxidatoraanvoer afzonderlijke mondingen hebben in de ventilatorkamer; een afvoer voor het afvoeren van het mengsel van 15 brandstof en oxidator; en een brandstofpomp voor het forceren van een brandstofstroom vanuit de brandstofaanvoer de ventilatorkamer in.

2. Ventilator volgens conclusie 1, waarbij de brandstofstroom mechanisch geforceerd wordt.

3. Ventilator volgens conclusie 2, waarbij de brandstofpomp op zichzelf weer een ventilator omvat. 25

4. Ventilator volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de brandstofpomp in de brandstofaanvoer is opgenomen en waarbij de brandstofpomp door middel van een leiding verbonden is met de ventilatorkamer. 30

5. Ventilator volgens conclusie 1 of 2, verder omvattende een ventilatorhuis dat de ventilatorkamer begrenst, waarbij het ventilatorhuis twee tegenover elkaar gelegen wanden omvat die de ventilatorkamer in axiale richting begrenzen; en waarbij de brandstofaanvoer en de oxidatoraanvoer elk in een tegenoverliggende wand uitmonden. 5

6. Ventilator volgens conclusie 5, waarbij het schoepenwiel is uitgevoerd als een dubbel schoepenwiel, zodanig ingericht dat de ene zijde van het schoepenwiel hoofdzakelijk de oxidator verpompt en de andere zijde van 10 het schoepenwiel hoofdzakelijk de brandstof verpompt.

7. Warmwaterinrichting, omvattende een ventilator volgens één der voorgaande conclusies.

8. Warmwaterinrichting volgens conclusie 7, verder omvattende een brander, waarbij hoofdzakelijk alle brandstof die in de brander verbrand wordt door de ventilator aangevoerd wordt.

9. Werkwijze voor het mengen van een fluïdumvormige brandstof en een fluïdumvormige oxidator, omvattende de stappen van: het verschaffen van een ventilatorkamer; het toevoeren van een oxidator aan de 25 ventilatorkamer; en het toevoeren van een brandstof aan de ventilatorkamer; waarbij de oxidator en de brandstof via afzonderlijke mondingen in de ventilatorkamer gebracht 30 worden; en waarbij de brandstof door een brandstofpomp geforceerd aan de ventilatorkamer toegevoerd wordt.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, waarbij de stap van het geforceerd toevoeren van de brandstof aan de ventilatorkamer plaats heeft door middel van een tweede ventilator. 5

11. Werkwijze volgens conclusie 9, waarbij: de ventilatorkamer begrensd wordt door een ventilatorhuis omvattende twee tegenover elkaar gelegen wanden die de ventilatorkamer in axiale richting begrenzen; 10 de brandstof en de oxidator elk via een monding in de tegenoverliggende wand en in de ventilatorkamer gebracht worden; en de ventilatorkamer een schoepenwiel omvat dat uitgevoerd is als een dubbel schoepenwiel, waarbij de ene 15 zijde van het schoepenwiel hoofdzakelijk de oxidator aan de ventilatorkamer toevoert en de andere zijde van het schoepenwiel hoofdzakelijk de brandstof geforceerd aan de ventilatorkamer toevoert.