NL2011960C2 - Warmtewisselaar, verwarmingsinrichting, verwarmingssysteem en werkwijze voor de toepassing daarvan. - Google Patents

Description

WARMTEWISSELAAR, VERWARMINGSINRICHTING, VERWARMINGSSYSTEEM EN WERKWIJZE VOOR DE TOEPASSING DAARVAN

De uitvinding heeft betrekking op een warmtewisselaar, alsmede op een van een dergelijke warmtewisselaar voorziene verwarmingsinrichting, een verwarmingssysteem, alsmede op een werkwijze voor de toepassing daarvan.

Warmtewisselaars vinden toepassing in vele koelen verwarmingsinrichtingen. Bekende verwarmingsinrichtingen zijn bijvoorbeeld een verwarmingsketel voor het verwarmen van het centrale-verwarmingswater (cv-water), en een geiser of boiler voor het verwarmen van tapwater. Een geiser is een doorstroomwaterverwarmer die het water verwarmt terwijl het water er doorheen stroomt, terwijl een boiler een warmwatervoorraadinrichting is die een warmwateropslag heeft.

Tevens zijn combiketels bekend, die bovengenoemde verwarmingsketel combineert met een geiser of boiler. Voordeel daarvan is dat met één enkele warmtebron, zoals een brander, zowel het water voor de cv-installatie, als het tapwater, wordt verwarmd. Omdat slechts één enkele warmtebron wordt toegepast, wordt enerzijds ruimte bespaard, en anderzijds is het weglaten van een tweede warmtebron kostentechnisch voordelig.

Een bijzonder voordelige warmtewisselaar en daarvan voorziene warmwateropwarminrichting is door Aanvraagster voorgesteld in haar Nederlandse octrooi NL1035654. Deze warmtewisselaar is uit een warmtegeleidend materiaal vervaardigd, en omvat dwarslamellen en langslamellen voor de geleiding van een fluïdum en voor het overdragen van warmte tussen het fluïdum en de warmtewisselaar, een eerste leiding voor het geleiden van een tweede fluïdum, een tweede leiding voor het geleiden van een derde fluïdum, waarbij de eerste en tweede leidingen in het warmtegeleidend materiaal van de warmtewisselaar zijn uitgespaard. Doordat deze warmtewisselaar lamellen en twee leidingen combineert, kan er een warmteuitwisseling plaatsvinden tussen een drietal fluïda. De warmtewisselaar uit NL1035654 is daarmee bijzonder geschikt voor toepassing in een combiketel, waarbij de fluïda die door de twee leidingen stroomt cv-water en tapwater zijn.

Er is echter een voortdurende behoefte om het rendement van verwarmingsinrichtingen en warmtewisselaars verder te verbeteren, waarbij randvoorwaarden als compactheid en betrouwbaarheid worden gerespecteerd.

De uitvinding heeft nu tot doel een warmtewisselaar en een verwarmingsinrichting van de hiervoor beschreven soort te verschaffen, waarbij de genoemde nadelen zich niet, of althans in mindere mate voordoen.

Het genoemde doel is volgens de uitvinding bereikt met de warmtewisselaar, verwarmingsinrichting, verwarmingssysteem en werkwijze volgens de onafhankelijke conclusies.

De warmtewisselaar voor een verwarmingsinrichting, in het bijzonder voor een warmwatertoestel, omvat volgens de uitvinding: - een eerste leidingcircuit voor het geleiden van een eerste fluïdum; - een tweede leidingcircuit voor het geleiden van een tweede fluïdum; - waarbij het eerste leidingcircuit en het tweede leidingcircuit beiden in een warmtegeleidend materiaal zijn aangebracht; - waarbij het warmtegeleidend materiaal aan een eerste zijde is voorzien van lamellen voor het overdragen van warmte tussen een derde fluïdum en ten minste het eerste leidingcircuit, opdat tijdens gebruik een warmteoverdracht kan plaatsvinden tussen het derde fluïdum en het door het eerste leidingcircuit stromend eerste fluïdum; - waarbij het eerste leidingcircuit in hoofdzaak een vlak beschrijft dat in hoofdzaak parallel aan en nabij de eerste zijde van het warmtegeleidend materiaal is aangebracht; - waarbij het tweede leidingcircuit in hoofdzaak langs het eerste leidingcircuit is aangebracht, opdat tijdens gebruik een warmteoverdracht kan plaatsvinden tussen het tweede fluïdum en het door het eerste leidingcircuit stromend eerste fluïdum; en - waarbij het tweede leidingcircuit zich in hoofdzaak slechts langs een beperkt deel van het door het eerste leidingcircuit beschreven vlak uitstrekt.

Onder een 'beperkt deel van het door het eerste leidingcircuit beschreven vlak' wordt verstaan dat het tweede leidingcircuit zich minder ver in het warmtegeleidend materiaal van de warmtewisselaar uitstrekt.

Indien het eerste leidingcircuit zich een hoogte Hl in het warmtegeleidend materiaal uitstrekt, en het tweede leidingcircuit een hoogte H2 heeft, dan geldt H2 < Hl.

Bij voorkeur geldt verder de relatie H2 < 0.8 x Hl, en nog meer bij voorkeur H2 < 0.7 x Hl. Indien aan deze relatie wordt voldaan, wordt gegarandeerd dat het tweede leidingcircuit, wanneer deze in een verwarmingsinrichting is aangebracht, zich voldoende ver van een als warmtebron fungerende brander vandaan bevindt.

De aanhef van conclusie 1 is bekend uit door Aanvraagster geleverde combiketels, zoals onder andere bekend uit NL1035654. Omdat het bij warmtewisselaars gewenst is een zo optimaal mogelijke warmteoverdracht te bewerkstelligen, zijn bij de in NL1035654 getoonde warmtewisselaar de leidingcircuits waartussen warmteoverdracht dient plaats te vinden, over nagenoeg de gehele lengte van de warmtewisselaar nabij elkaar geplaatst - zie in het bijzonder figuur 2 van NL1035654. De warmtewisselaar volgens de uitvinding onderscheidt zich van de warmtewisselaar uit NL1035654, doordat - contra-intuïtief - twee in warmte uitwisselend contact naast elkaar aangebrachte leidingcircuits juist een significant verschillende lengte vertonen, en doordat het verder een derde leidingcircuit omvat voor het geleiden van een vierde fluïdum, dat tevens in het warmtegeleidend materiaal van de warmtewisselaar is aangebracht, en waarbij het derde leidingcircuit tussen de eerste zijde van het warmtegeleidend materiaal, welke zijde van de lamellen is voorzien, en het tweede leidingcircuit en/of het vierde leidingcircuit is aangebracht

Deze ongebruikelijke constructieve oplossing verschaft de mogelijkheid om twee afzonderlijke warmtebronnen aan te wenden, waarbij een ongewenste opwarming van de ene warmtebron met de andere warmtebron voorkomen dan wel significant gereduceerd wordt. Hierdoor is het mogelijk om twee warmtebronnen met verschillende vermogens toe te passen, zonder dat de sterkste warmtebron de zwakkere warmtebron opwarmt en daarmee warmte-energie verloren gaat.

In het bijzonder verschaft de uitvinding een warmtewisselaar die een gas-vloeistof warmtewisselaar en een vloeistof-vloeistof warmtewisselaar integreert. Bijzonder daarbij is dat de secundaire vloeistof van beide type warmtwisselaars dezelfde is, namelijk tapwater en/of cv-water. Beide typen warmtwisselaars kunnen worden gebruikt, waarbij de constructie zodanig is dat de warmtewisselaars elkaar minimaal nadelig beïnvloeden wanneer één van beide bijvoorbeeld niet in gebruik is. Zo is het denkbaar dat in de herfst en lente onder de meeste gebruiksomstandigheden kan worden volstaan met warmte die via een warmtepomp wordt aangeleverd, waardoor de gasbrander dan minimaal hoeft te worden ingezet voor verdere bijverwarming.

In de winter kan de gasbrander ondersteund worden door een natuurlijke warmtebron, zoals een warmtepomp of zonnecollector. Omdat het echter ook denkbaar is dat in sommige perioden een luchtwarmtepomp of zonnecollector minimaal bijdragen, kan het voorkomen dat het fluïdum in het tweede en/of vierde leidingcircuit tijdelijk stil staan. Om te voorkomen dat het fluïdum gaat koken of chemisch desintegreert, strekken het tweede en/of vierde leidingcircuit zich slecht een beperkt deel in het door het eerste leidingcircuit beschreven vlak uit, en zijn ze ten minste niet direct achter de brander aangebracht.

Het wamtegeleidend materiaal van de warmtewisselaar kan uit een enkel stuk zijn vervaardigd, desgewenst met ten minste een deel van de lamellen daaraan geïntegreerd.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm is het tweede leidingcircuit ten minste 20% korter dan het eerste leidingcircuit. De lengte van een leidingcircuit wordt in deze aanvrage gedefinieerd als de totale buislengte die zich binnen de warmtewisselaar bevindt, dus vanaf de invoeropening van een leidingcircuit tot de uitvoeropening daarvan in het warmtegeleidend materiaal van de warmtewisselaar.

Volgens verdere een voorkeursuitvoeringsvorm van de warmtewisselaar is het eerste leidingcircuit aangebracht tussen het tweede leidingcircuit en de eerste zijde van het warmtegeleidend materiaal, waarbij deze eerste zijde van de lamellen is voorzien.

In deze voordelige opstelling kan zowel het derde fluïdum dat langs de lamellen aan de eerste zijde van het warmtegeleidend materiaal stroomt, als het tweede fluïdum dat door het tweede leidingcircuit stroomt, worden aangewend als warmtebron voor het opwarmen van het, tijdens gebruik, door het eerste leidingcircuit stromende eerste fluïdum.

Bijzonder voordelig daarbij is dat het tweede leidingcircuit, dat is aangebracht aan de van de eerste zijde van het warmtegeleidend materiaal afgekeerde zijde van het eerste leidingcircuit, daarbij door het eerste leidingcircuit enigszins wordt afgeschermd van de warmte die het derde fluïdum afgeeft.

In een uitvoeringsvorm waarbij het derde fluïdum verbrandingsgassen zijn, en het tweede leidingcircuit is aangesloten op een natuurlijke warmtebron zoals een warmtepomp of een zonnecollector, kan daarmee voorkomen worden dat warmte-energie die onttrokken wordt uit het derde fluïdum wordt afgevoerd. De voorgestelde opstelling van leidingcircuits vergroot aldus het energetisch rendement van de warmtewisselaar.

De warmtewisselaar volgens de uitvinding omvat verder een derde leidingcircuit voor het geleiden van een vierde fluïdum, dat tevens in het warmtegeleidend materiaal van de warmtewisselaar is aangebracht.

Door de uitbreiding met een derde leidingcircuit kan warmteuitwisseling plaatsvinden tussen een viertal fluïda. Een conventionele combiketel is reeds geschikt voor het verwarmen van zowel cv-water als tapwater, en het is ook niet denkbaar dat een verder type warmwaterafnemer hoeft te worden bediend. De reden dat de warmtewisselaar volgens de uitvinding desondanks van een derde leidingcircuit voor het geleiden van een vierde fluïdum wordt voorzien, beoogt in het bijzonder om de mogelijkheid te verschaffen om een tweede warmtebron, zoals een warmtepomp of een zonnecollector, op de warmtewisselaar aan te kunnen sluiten.

Overigens wordt opgemerkt dat de uitvinding desgewenst van verdere leidingcircuits kan zijn voorzien die zijn ingericht voor het daarop aansluiten van een verdere warmtebron. Zo omvat de inrichting volgens een verdere voorkeursuitvoeringsvorm een vierde leidingcircuit voor het geleiden van een vijfde fluïdum, dat tevens in het warmtegeleidend materiaal van de warmtewisselaar is aangebracht. Omdat de inrichting nu van een vierde leidingcircuit is voorzien, kunnen twee extra warmtebronnen, bijvoorbeeld de reeds besproken warmtepomp en zonnecollector, tegelijk aangesloten worden.

Het derde leidingcircuit is volgens de uitvinding tussen de eerste zijde van het warmtegeleidend materiaal, welke zijde van de lamellen is voorzien, en het tweede leidingcircuit en/of het vierde leidingcircuit, aangebracht. Het derde leidingcircuit, dat is bedoeld om op een waterafnemer van een warmwaterinrichting te worden aangesloten, geniet net als het eerste leidingcircuit het voordeel dat deze via twee of zelfs drie verschillende warmtebronnen, individueel of desgewenst gezamenlijk, kan worden opgewarmd.

Volgens een verdere voorkeursuitvoeringsvorm zijn het eerste leidingcircuit en het derde leidingcircuit in hoofdzaak in hetzelfde vlak aangebracht en beschrijven ze een in elkaar gevlochten patroon.

Zowel het eerste leidingcircuit als het derde leidingcircuit, die beiden bestemd zijn om in een warmwaterinrichting aangesloten te worden op een warmwaterafnemer, staan met deze opstelling in optimaal warmte-uitwisselend contact met de warmtebronnen van diezelfde warmwaterinrichting: respectievelijk het derde fluïdum dat langs de lamellen stroomt en het tweede fluïdum dat door het tweede leidingcircuit stroomt. Daarnaast schermen het eerste leidingcircuit en het derde leidingcircuit tezamen het derde leidingcircuit, dat bijvoorbeeld voor een warmtepomp bestemd kan zijn, af van de lamellen. Met deze configuratie wordt het energetisch rendement verder verbeterd: enerzijds door deze afscherming, en anderzijds is er een betere warmteoverdracht van respectievelijk het tweede en derde fluïdum naar het eerste en vierde fluïdum.

Twee warmwaterafnemers kunnen van een vergelijkbare warmteoverdracht profiteren indien volgens een verdere voorkeursuitvoeringsvorm binnen het warmtegeleidend materiaal de lengte van het derde leidingcircuit in hoofdzaak even lang is als de lengte van het eerste leidingcircuit.

Het is echter tevens denkbaar dat er een verschil in capaciteit van de warmwaterafnemers gewenst is. Zo is het bijvoorbeeld een trend dat ten gevolge van betere isolatie van gebouwen de benodigde capaciteit van een cv-waterafnemer afneemt, terwijl juist het gebruik van warm tapwater toeneemt. Dit is onder andere doordat vanuit comfortwensen steeds grotere douches en daarmee gepaard gaand een hogere waterdruk gewenst zijn. Om aan dit verschil in gewenste warmwatercapaciteit tegemoet te komen, is volgens een alternatieve voorkeursuitvoeringsvorm binnen het warmtegeleidend materiaal de lengte van het derde leidingcircuit langer dan de lengte van het tweede leidingcircuit en/of de lengte van het vierde leidingcircuit, en verschilt de lengte van het tweede en/of het vierde leidingcircuit ten minste 10% van de lengte van het eerste leidingcircuit.

Opgemerkt wordt dat het langste leidingcircuit wordt aangesloten op de waterafnemer waarvoor de grootste capaciteit gewenst is. Wanneer, zoals in de hierboven weergegeven trend, een grotere behoefte aan warm tapwater dan warm cv-water is, wordt het langste leidingcircuit met het tapwatercircuit verbonden.

De uitvinding heeft verder betrekking op een verwarmingsinrichting, omvattende: - een behuizing met een warmtewisselaar zoals in het voorgaande beschreven; - een in de behuizing aangebrachte eerste warmtebron die ten minste één brander omvat, waarbij de brander nabij de van de lamellen voorziene eerste zijde van het warmtegeleidend materiaal is aangebracht en waarbij de verbrandingsgassen van de ten minste één brander het derde fluïdum vormen dat, tijdens gebruik, vanaf de branderzijde via de lamellen langs de eerste zijde van het warmtegeleidend materiaal naar een afvoerzijde van de behuizing stroomt en daarbij warmteoverdracht kan plaatsvinden tussen het derde fluïdum en het warmtegeleidend materiaal; - waarbij het in het warmtegeleidend materiaal aangebrachte eerste leidingcircuit voor het geleiden van het eerste fluïdum van een eerste invoeropening en een eerste afvoeropening is voorzien; - waarbij het in het warmtegeleidend materiaal aangebrachte tweede leidingcircuit voor het geleiden van het tweede fluïdum van een tweede invoeropening en een tweede afvoeropening is voorzien; - waarbij de tweede invoeropening en de tweede afvoeropening van het tweede leidingcircuit aangebracht nabij de tegenover de branderzijde gelegen afvoerzijde van de behuizing, en waarbij het tweede leidingcircuit zich daarvandaan tot op een zodanige afstand van de één of meer branders uitstrekt, dat het door het tweede leidingcircuit stromende tweede medium in hoofdzaak gespaard blijft van de door de één of meer branders afgegeven warmte; en - verder omvattende een in het warmtegeleidend materiaal aangebracht vierde leidingcircuit voor het geleiden van een vijfde fluïdum, dat is voorzien van een vierde invoeropening en een vierde afvoeropening.

De lamellen strekken zich vanaf een eerste zijde, die in een in een warmwatertoestel gemonteerde toestand van de warmtewisselaar nabij één of meer branders is aangebracht, in langsrichting langs de eerste zijde van het warmtegeleidend materiaal uit in de richting van een verbrandingsgas-afvoerzijde van het warmwatertoestel;

De tweede invoeropening en de tweede afvoeropening van het tweede leidingcircuit aangebracht nabij de tegenover de branderzijde gelegen afvoerzijde van de behuizing, en waarbij het tweede leidingcircuit zich daarvandaan tot op een zodanige afstand van de één of meer branders uitstrekt, dat het door het tweede leidingcircuit stromende tweede medium in hoofdzaak gespaard blijft van de door de één of meer branders afgegeven warmte.

Deze constructie bewerkstelligt dat het tweede leidingcircuit zich alleen in het relatief koude gedeelte van de warmtewisselaar uitstrekt. Zo wordt voorkomen dat de één of meer gasbranders het tweede leidingcircuit, dat bijvoorbeeld bestemd kan zijn om te worden gekoppeld met een warmtepomp, en het tijdens gebruik daarin aanwezige tweede fluïdum, opwarmt.

De verwarmingsinrichting omvat verder een in het warmtegeleidend materiaal aangebracht vierde leidingcircuit voor het geleiden van een vijfde fluïdum, dat is voorzien van een vierde invoeropening en een vierde afvoeropening. Zo zijn - naast de gasbrander - twee extra warmtebronnen, zoals een warmtepomp en een zonnecollector, of de verwarmingsinrichting aansluitbaar.

Volgens een nog verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de verwarmingsinrichting zijn de vierde invoeropening en de vierde afvoeropening van het vierde leidingcircuit aangebracht nabij de tegenover de branderzijde gelegen afvoerzijde van de behuizing, en strekt het vierde leidingcircuit zich daarvandaan tot op een zodanige afstand van de één of meer branders uit, dat het door het vierde leidingcircuit stromende vijfde medium in hoofdzaak gespaard blijft van de door de één of meer branders afgegeven warmte.

De uitvinding heeft verder betrekking op een verwarmingssysteem, omvattende: - een verwarmingsinrichting zoals hierboven beschreven; - waarbij het eerste leidingcircuit via de eerste invoeropening en eerste afvoeropening op een warmwaterafnemer is aangesloten; - waarbij het tweede leidingcircuit via de tweede invoeropening en tweede afvoeropening op een warmtebron is aangesloten; en - waarbij de op het tweede leidingcircuit aangesloten warmtebron een warmtepomp, in het bijzonder een luchtwarmtepomp of een aardwarmtepomp, of een zonnecollector, omvat.

Door de verwarmingsinrichting van een tweede warmtebron in de vorm van een warmtepomp te voorzien, kan een natuurlijke en onuitputtelijke energiebron worden aangewend voor het verwarmen of voorverwarmen van cv-water en/of tapwater. Door warmte in de omgevingslucht of aardwarmte aan te wenden wordt op milieuvriendelijke wijze een verdere energiebesparing gerealiseerd. De met een warmtepomp opgewekte warmte heeft bovendien geen C02 uitstoot.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van het verwarmingssyteem is de op het eerste leidingcircuit aangesloten warmwaterafnemer een cv-waterafnemer of een tapwaterafnemer.

Volgens een nog verdere voorkeursuitvoeringsvorm omvat de warmtewisselaar verder een derde leidingcircuit voor het geleiden van een vierde fluïdum, dat tevens in het warmtegeleidend materiaal van de warmtewisselaar is aangebracht, waarbij het derde leidingcircuit van een derde invoeropening en een derde afvoeropening is voorzien waarmee het op een warmwaterafnemer is aangesloten.

Doordat het verwarmingssyteem volgens deze maatregelen op twee warmwaterafnemers, dus zowel een cv-waterafnemer als een tapwaterafnmer, tegelijk aansluitbaar is, kan een conventionele combi-ketel aldus worden uitgebreid met een tweede warmtebron. Hierdoor kan de verwarmingsinrichting naar behoefte uit de beschikbare warmtebronnen één gekozen warmtebron, of desgewenst zelfs beide tegelijk, aanwenden voor de warmteuitwisseling tussen de verschillende fluïda.

Volgens een nog verdere voorkeursuitvoeringsvorm omvatten de op het eerste leidingcircuit en het tweede leidingcircuit aangesloten warmwaterafnemers een cv-wateraf nemer en een tapwaterafnemer.

De cv-waterafnemer kan op het eerste leidingcircuit zijn aangesloten en de tapwaterafnemer op het tweede leidingcircuit, alsmede vice versa. Indien beide circuits een verschillende lengte en/of debiet hebben, wordt de waterafnemer waarvoor de grootste capaciteit gewenst is, aangesloten op het circuit met de langste lengte en/of het grootste debiet.

Volgens een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van het verwarmingssysteem omvat de warmtewisselaar verder een vierde leidingcircuit voor het geleiden van een vijfde fluïdum, dat tevens in het warmtegeleidend materiaal van de warmtewisselaar is aangebracht; - waarbij het vierde leidingcircuit van een vierde invoeropening en een vierde afvoeropening is voorzien waarmee het op een warmtebron is aangesloten.

Volgens een nog verdere voorkeursuitvoeringsvorm van het verwarmingssysteem omvat de op het vierde leidingcircuit aangesloten warmtebron een warmtepomp of een zonnecollector.

De uitvinding heeft tenslotte betrekking op een werkwijze voor het met een in het voorgaande beschreven verwarmingssysteem verwarmen van water van een waterafnemer, omvattende de stappen van: - het door het tweede leidingcircuit, dat in het stuk warmtegeleidend materiaal is aangebracht, pompen van een door een warmtebron opgewarmd tweede fluïdum; en - het via het warmtegeleidend materiaal overdragen van warmte vanaf het tweede fluïdum naar een nabij het tweede leidingcircuit aangebracht en daarmee in warmte-uitwisselend contact staand eerste leidingcircuit, dat is aangesloten op een warmwaterafnemer; en - de stap van het via het warmtegeleidend materiaal overdragen van warmte naar een nabij het tweede leidingcircuit eveneens in het warmtegeleidend materiaal aangebracht derde leidingcircuit, waarop een verdere warmwaterafnemer is aangesloten.

Door de verwarmingsinrichting van een tweede warmtebron in de vorm van een warmtepomp of een zonnecollector te voorzien, wordt een natuurlijke en onuitputtelijke energiebron aangewend.

Volgens een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze, omvat deze verder de stap van het met ten minste één brander opwarmen van het warmtegeleidend materiaal, teneinde het eerste fluïdum dat door het eerste leidingcircuit stroomt en/of het vierde fluïdum dat door het derde leidingcircuit stroomt, op te warmen.

Het op te warmen water kan als eerste stap met een warmtepomp worden voorverwarmd, waarna het langs een brander stroomt, die het water verder opwarmt tot de gewenste watertemperatuur. De brander kan daarvoor pulsgewijs enkele seconden aan gaan, om water dat al door de warmtepomp is voorverwarmd een extra warmtepuls te geven.

In de navolgende beschrijving worden voorkeursuitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding aan de hand van de tekening verder verklaard, waarin toont:

Figuur 1: een schematische weergave dat voorzien is van een verwarmingssysteem volgens de uitvinding;

Figuur 2: een opengewerkte perspectivische weergave van een verwarmingsinrichting volgens een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding;

Figuur 3: een schematische weergave van de in figuur 2 getoonde verwarmingsinrichting;

Figuur 4: een doorsnedeaanzicht van de in figuren 2 en 3 getoonde verwarmingsinrichting;

Figuur 5: een opengewerkte perspectivische weergave van een verwarmingsinrichting volgens een tweede uitvoeringsvorm van de uitvinding;

Figuren 6 en 7: zijaanzichten van de in figuur 5 getoonde verwarmingsinrichting;

Figuren 8 en 9: perspectivische weergaven van de leidingcircuits van de in figuur 5 getoonde uitvoeringsvorm; en

Figuur 10: een zijaanzicht van een verdere voorkeursuitvoeringsvorm met een vierde leidingcircuit.

In het gebouw 80 dat in figuur 1 is getoond is een verwarmingssysteem 70 volgens de uitvinding aangebracht. Het verwarmingssysteem 70 staat in verbinding met een warmtepomp 72 en een zonnecollector 74, die als milieuvriendelijke warmtebronnen fungeren voor het opwarmen van water dat vervolgens kan worden gebruikt door warmwaterafnemers, zoals het cv-systeem met verwarmingsradiator 82, en de douche 84 en het bad 86. De zonnecollector 74 is bij voorkeur voorzien van een buffervat 76.

Opgemerkt wordt dat de warmtepomp 72 en de zonnecollector 74 afzonderlijk van elkaar, of in combinatie, als warmtebron kunnen worden toegepast.

De basis van het verwarmingssysteem 70 wordt gevormd door een verwarmingsinrichting 50, die een in een behuizing 52 opgenomen warmtewisselaar 1 omvat. De warmtewisselaar 1 kan worden verwarmd met één of meer gasbranders 54. Een ventilator 58 zuigt via een gasmengbuis 60 een door een gasblok 62 samengesteld gasmengsel aan. Het gasblok 62 verkrijgt gas via de gastoevoerbuis 66. Aan de bovenzijde van de behuizing 52 is een luchttoevoer 56 voorzien (figuur 2).

Het warmtegeleidend materiaal 2 van de warmtewisselaar 1 is in figuur doorzichtig weergegeven, waardoor de hierin aangebrachte leidingcircuits 28 en 38 zichtbaar zijn.

In de in figuur 3 getoonde uitvoeringsvorm is er slechts één leidingcircuit dat wordt aangesloten op een warmwaterafnemer: het derde leidingcircuit 38 is in de getoonde uitvoeringsvorm bestemd voor warm tapwater, en omvat een derde invoeropening 40 waardoorheen relatief koel tapwater de warmtewisselaar 1 in gaat, en een derde uitvoeropening 42 waardoorheen het in de warmtewisselaar 1 opgewarmde tapwater de warmtewisselaar 1 verlaat.

Opgemerkt wordt dat figuur 3 een warmwatertoestel toont dat enkel warm tapwater levert, doch dat op vergelijkbare wijze een warmwaterinrichting 50 kan zijn samengesteld die enkel warm cv-water levert. In deze beschrijving is het derde leidingcircuit 38 een circuit voor tapwater, en is het eerste leidingcircuit 18 een circuit voor cv-water. Nadrukkelijk wordt opgemerkt dat de vakman zal inzien dat deze warmwatertypes binnen de uitvindingsgedachte omgewisseld kunnen worden, waardoor het derde leidingcircuit 38 en het eerste leidingcircuit 18 volledig uitwisselbaar zijn.

In de in figuur 3 getoonde uitvoeringsvorm is er tevens een tweede leidingcircuit 28 voorzien, waardoorheen door een warmtepomp 72 aangevoerd warm water stroomt. Dit warme water treedt via de tweede invoeropening 30 de warmtewisselaar 1 binnen. Eenmaal binnen de warmtewisselaar 1 geeft dit warme water via het tweede leidingcircuit 28 warmte af aan het warmtegeleidend materiaal 2, die de warmte geleidt naar een leidingcircuit van een warmwaterafnemer 82, 84, 86. In de getoonde uitvoeringsvorm wordt de warmte dat afkomstig is uit het tweede fluïdum F2 dat door het tweede leidingcircuit 28 stroomt overgedragen aan het vierde fluïdum, ofwel het tapwater, dat door het derde leidingcircuit 38 stroomt.

In het zijaanzicht van figuur 4 wordt in een doorsnede getoond hoe het derde leidingcircuit 38, waardoorheen het water van de waterafnemer - in dit geval het tapwater - stroomt, tussen het tweede leidingcircuit 28 en de eerste zijde 4 van het warmtegeleidend materiaal 2 van de warmtewisselaar 1 is aangebracht.

Door deze tussengelegen plaatsing van het derde leidingcircuit 38, zijn zowel de door het uit de gasbranders 54 afkomstige derde fluïdum F3 opgewarmde eerste zijde 4 van de warmtewisselaar 1, alsmede het tweede leidingcircuit 28, beide dicht nabij het derde leidingcircuit 38 aangebracht.

Ze kunnen zo beide, individueel of tezamen, als warmtebron voor het opwarmen van het door dit derde leidingcircuit 28 stromende vierde fluïdum F4 fungeren.

De tussengelegen plaatsing van het derde leidingcircuit 38 heeft als verder voordeel dat het tweede leidingcircuit 28 door het derde leidingcircuit 38 wordt afgeschermd van de door het derde fluïdum F3 opgewarmde eerste zijde 4 van de warmtewisselaar 1.

De eerste zijde 4 van de warmtewisselaar 1 is voorzien van dwarslamellen 10 en langslamellen 12, die de uit de branders 54 afkomstige warme verbrandingsgassen, die het derde fluïdum F3 vormen, zodanig langs deze eerste zijde 4 leiden dat een optimale warmteoverdracht van het derde fluïdum F3 naar het warmtegeleidend materiaal 2 van de warmtewisselaar 1 wordt verkregen. De verbrandingsgassen F3 stromen daarbij vanaf een branderzijde 6 van de eerste zijde 4 naar een afvoerzijde 8 van de eerste zijde 4. Nabij deze afvoerzijde 8 is een verbrandingsgas-afvoeropening 66 voorzien.

Een bijzonder voordelige uitvoeringsvorm wordt getoond in figuur 5, waar twee op waterafnemers aangesloten leidingcircuits 18, 38 zijn voorzien. De werking van de in figuren 5-9 getoonde uitvoeringsvorm is vergelijkbaar met de reeds beschreven uitvoeringsvorm, doch is verder uitgebreid. Hierdoor wordt een combi-ketel verkregen die de voordelen van uitbreiding met een extra warmtebron, bij voorkeur in de vorm van een milieuvriendelijke warmtepomp, kan genieten.

Naast het reeds beschreven derde leidingcircuit 38 voor tapwater is nu ook een eerste leidingcircuit 18 voorzien, waardoorheen relatief een eerste fluïdum F1 stroomt. Dit eerste fluïdum F1 is cv-water, dat via een eerste invoeropening 20 de warmtewisselaar 1 in stroomt, en deze - na te zijn opgewarmd - weer via een eerste afvoeropening 22 verlaat.

Figuren 6 en 7 tonen hoe de twee op waterafnemers aangesloten leidingcircuits 18, 38 beiden in hoofdzaak in hetzelfde vlak 44 zijn aangebracht. Hierdoor staan ze enerzijds beiden in goed warmte-uitwisselend contact met de twee warmtebronnen: de door het warme derde fluïdum F3 opgewarmde eerste zijde 1 van de warmtewisselaar 1, alsmede het tweede leidingcircuit 38. Anderzijds schermen ze het tweede leidingcircuit 28 ook af tegen ongewenste opwarming.

Voor beide getoonde uitvoeringsvormen geldt dat de leidingcircuits 18, 28, 38 zoveel mogelijk nabij elkaar zijn aangebracht, en dat het tweede leidingcircuit 28 aanzienlijk korter is dan de leidingcircuits 18, 38 die in verbinding staan met warmwaterafnemers.

Doordat het tweede leidingcircuit 28 aanzienlijk korter is dan de leidingcircuit 18, 38 (figuren 8 en 9) en zich in hoofdzaak slechts langs een beperkt deel van het door het eerste leidingcircuit 18 en/of het derde leidingcircuit 38 beschreven vlak uitstrekt (figuren 4, 7 en 8), wordt een ongewenste opwarming van de ene warmtebron met de andere warmtebron voorkomen dan wel significant gereduceerd. Hierdoor is het mogelijk om twee warmtebronnen met verschillende vermogens toe te passen, zonder dat de sterkste warmtebron de zwakkere warmtebron opwarmt en daarmee warmte-energie verloren gaat. Tevens wordt voorkomen dat het fluïdum F2, F5 behorende bij een zwakkere warmtebron - die tijdelijk uitgeschakeld kan zijn - gaat koken of zodanig wordt verwarmd dat er een chemische desintegratie plaatsvindt.

In de figuren 4, 7 en 9 is aangegeven hoe ver de verschillende leidingcircuits 18, 28, 38 zich in het warmtegeleidend materiaal 2 van de warmtewisselaar 1 uitstrekken. Zo strekt het eerste leidingcircuit 18 zich een hoogte Hl uit, en strekken het tweede leidingcircuit 28 en het derde leidingcircuit 38 zich respectievelijk een hoogte H2 en H3 uit. Duidelijk is te zien dat de hoogte H2 kleiner is dan de hoogte Hl, ofwel H2 < Hl. Tevens geldt H2 < H3.

Bij voorkeur geldt verder de relatie H2 < 0.8 x Hl, en nog meer bij voorkeur H2 < 0.7 x Hl. Indien aan deze relatie wordt voldaan, wordt gegarandeerd dat het tweede leidingcircuit 28, wanneer deze in een verwarmingsinrichting 50 is aangebracht, zich voldoende ver van een als warmtebron fungerende brander 54 vandaan bevindt.

Zoals getoond in figuren 4, 7 en 10, is de warmtewisselaar 1 voorzien van dwarslamellen 10 en langslamellen 12. De langslamellen 12 vertonen een hoogteverloop: ter plaatse van de brander 54 hebben ze een relatief beperkte hoogte, en deze hoogte van de langslamellen 12 neemt toe naarmate de langslamellen 12 verder van de brander 54 verwijderd zijn. De lamelhoogte van de langslamellen 12 is zodanig ontworpen, dat in hoofdzaak in het gehele bovenste deel van de warmtewisselaar 1 de maximaal toelaatbare arbeidstemperatuur wordt bereikt. Gemeten ter plaatse van het vlak 44 van het eerste leidingcircuit 18 en het derde leidingcircuit 38 is dat typisch circa 120°C.

Opgemerkt wordt dat de hoogte H2 waarmee het tweede leidingcircuit 28 zich in het warmtegeleidend materiaal 2 van de warmtewisselaar 1 uitstrekt, zich in een verdere voorkeursuitvoeringsvorm in hoofdzaak uitstrekt binnen het bereik waarin de langslamellen 12 van de warmtewisslaar 1 hun maximale hoogte vertonen.

Het in figuur 10 getoonde zijaanzicht toont een doorsnede die grote overeenkomsten vertoond met figuur 7, met dien verstande dat in het warmtegeleidend materiaal 2 van de warmtewisselaar 1 tevens een vierde leidingcircuit 46 voor het geleiden van een vijfde fluïdum F5 is aangebracht. Doordat de warmtewisselaar 1 van figuur 10 zowel een tweede leidingcircuit 28 als een vierde leidingcircuit 46 omvat, kan in de warmtewisselaar 1 op twee verschillende warmtebronnen worden aangesloten: bijvoorbeeld een warmtepomp 72 en een zonnecollector 74, of twee warmtepompen van een verschillend type, zoals een luchtwarmtepomp en een aardwarmtepomp. De hoogte waarmee het vierde leidingcircuit zich in het warmtegeleidend materiaal 2 van de warmtewisselaar 2 uitstrekt komt in hoofdzaak overeen met de hoogte H2 van het tweede leidingcircuit 28.

De hierboven beschreven uitvoeringsvormen zijn, hoewel ze voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding tonen, enkel bedoeld om de onderhavige uitvinding te illustreren en niet om op enigerlei wijze de omschrijving van de uitvinding te beperken. Wanneer maatregelen in de conclusies gevolgd worden door verwijzingscijfers, dienen dergelijke verwijzingscijfers enkel om bij te dragen aan het begrip van de conclusies, maar zijn ze op geen enkele wijze beperkende voor de beschermingsomvang. In het bijzonder wordt opgemerkt dat de vakman technische maatregelen van de verschillende uitvoeringsvormen kan combineren. De beschreven rechten worden bepaald door de navolgende conclusies in de strekking waarvan vele modificaties denkbaar zijn.

Claims (17)

1. Warmtewisselaar voor een verwarmingsinrichting, in het bijzonder voor een warmwatertoestel, omvattende: - een eerste leidingcircuit voor het geleiden van een eerste fluïdum; - een tweede leidingcircuit voor het geleiden van een tweede fluïdum; - waarbij het eerste leidingcircuit en het tweede leidingcircuit beiden in een warmtegeleidend materiaal zijn aangebracht; - waarbij het warmtegeleidend materiaal aan een eerste zijde is voorzien van lamellen voor het overdragen van warmte tussen een derde fluïdum en ten minste het eerste leidingcircuit; - waarbij het eerste leidingcircuit in hoofdzaak een vlak beschrijft dat in hoofdzaak parallel aan en nabij de eerste zijde van het warmtegeleidend materiaal is aangebracht; - waarbij het tweede leidingcircuit in hoofdzaak langs het eerste leidingcircuit is aangebracht; - waarbij het tweede leidingcircuit zich in hoofdzaak slechts langs een beperkt deel van het door het eerste leidingcircuit beschreven vlak uitstrekt; met het kenmerk, dat het verder omvat: - een derde leidingcircuit voor het geleiden van een vierde fluïdum, dat tevens in het warmtegeleidend materiaal van de warmtewisselaar is aangebracht; en - waarbij het derde leidingcircuit tussen de eerste zijde van het warmtegeleidend materiaal, welke zijde van de lamellen is voorzien, en het tweede leidingcircuit en/of het vierde leidingcircuit is aangebracht.

2. Warmtewisselaar volgens conclusie 1, waarbij het tweede leidingcircuit ten minste 20% korter is dan het eerste leidingcircuit.

3. Warmtewisselaar volgens conclusie 1 of 2, waarbij het eerste leidingcircuit is aangebracht tussen het tweede leidingcircuit en de eerste zijde van het warmtegeleidend materiaal, waarbij deze eerste zijde van de lamellen is voorzien.

4. Warmtewisselaar volgens een van de voorgaande conclusies, verder omvattende een vierde leidingcircuit voor het geleiden van een vijfde fluïdum, dat tevens in het warmtegeleidend materiaal van de warmtewisselaar is aangebracht.

5. Warmtewisselaar volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het eerste leidingcircuit en het derde leidingcircuit in hoofdzaak in hetzelfde vlak zijn aangebracht en een in elkaar gevlochten patroon beschrijven.

6. Warmtewisselaar volgens één van de conclusies 3-5, waarbij binnen het warmtegeleidend materiaal de lengte van het derde leidingcircuit in hoofdzaak even lang is als de lengte van het eerste leidingcircuit.

7. Warmtewisselaar volgens één van de conclusies 3-5, waarbij binnen het warmtegeleidend materiaal de lengte van het derde leidingcircuit langer is dan de lengte van het tweede leidingcircuit en/of de lengte van het vierde leidingcircuit, en waarbij deze lengte van het tweede en/of vierde leidingcircuit ten minste 10% verschilt van de lengte van het eerste leidingcircuit.

8. Verwarmingsinrichting, omvattende: - een behuizing met een warmtewisselaar volgens één van de voorgaande conclusies; - een in de behuizing aangebrachte eerste warmtebron die ten minste één brander omvat, waarbij de brander nabij de van de lamellen voorziene eerste zijde van het warmtegeleidend materiaal is aangebracht en waarbij de verbrandingsgassen van de ten minste één brander het derde fluïdum vormen dat, tijdens gebruik, vanaf de branderzijde via de lamellen langs de eerste zijde van het warmtegeleidend materiaal naar een afvoerzijde van de behuizing stroomt en daarbij warmteoverdracht kan plaatsvinden tussen het derde fluïdum en het warmtegeleidend materiaal; - waarbij het in het warmtegeleidend materiaal aangebrachte eerste leidingcircuit voor het geleiden van het eerste fluïdum van een eerste invoeropening en een eerste afvoeropening is voorzien; - waarbij het in het warmtegeleidend materiaal aangebrachte tweede leidingcircuit voor het geleiden van het tweede fluïdum van een tweede invoeropening en een tweede afvoeropening is voorzien; - waarbij de tweede invoeropening en de tweede afvoeropening van het tweede leidingcircuit zijn aangebracht nabij de tegenover de branderzijde gelegen afvoerzijde van de behuizing, en waarbij het tweede leidingcircuit zich daarvandaan tot op een zodanige afstand van de één of meer branders uitstrekt, dat het door het tweede leidingcircuit stromende tweede medium in hoofdzaak gespaard blijft van de door de één of meer branders afgegeven warmte; en - verder omvattende een in het warmtegeleidend materiaal aangebracht vierde leidingcircuit voor het geleiden van een vijfde fluïdum, dat is voorzien van een vierde invoeropening en een vierde afvoeropening.

9. Verwarmingsinrichting volgens conclusie 8, waarbij de vierde invoeropening en de vierde afvoeropening van het vierde leidingcircuit zijn aangebracht nabij de tegenover de branderzijde gelegen afvoerzijde van de behuizing, en waarbij het vierde leidingcircuit zich daarvandaan tot op een zodanige afstand van de één of meer branders uitstrekt, dat het door het vierde leidingcircuit stromende vijfde medium in hoofdzaak gespaard blijft van de door de één of meer branders afgegeven warmte.

10. Verwarmingssysteem, omvattende: - een verwarmingsinrichting volgens conclusie 8 of 9; - waarbij het eerste leidingcircuit via de eerste invoeropening en eerste afvoeropening op een warmwaterafnemer is aangesloten; - waarbij het tweede leidingcircuit via de tweede invoeropening en tweede afvoeropening op een warmtebron is aangesloten; met het kenmerk, dat de op het tweede leidingcircuit aangesloten warmtebron een warmtepomp, in het bijzonder een luchtwarmtepomp of een aardwarmtepomp, of een zonnecollector, omvat.

11. Verwarmingssysteem volgens conclusie 10, waarbij de op het eerste leidingcircuit aangesloten warmwaterafnemer een cv-waterafnemer of een tapwaterafnemer is.

12. Verwarmingssysteem volgens conclusie 10 of 11, waarbij de warmtewisselaar verder een derde leidingcircuit voor het geleiden van een vierde fluïdum, dat tevens in het warmtegeleidend materiaal van de warmtewisselaar is aangebracht, omvat; en - waarbij het derde leidingcircuit van een derde invoeropening en een derde afvoeropening is voorzien waarmee het op een warmwaterafnemer is aangesloten.

13. Verwarmingssysteem volgens conclusie 12, waarbij de op het eerste leidingcircuit en het tweede leidingcircuit aangesloten warmwaterafnemers een cv-waterafnemer en een tapwaterafnemer omvatten.

14. Verwarmingssysteem volgens conclusie 12 of 13, waarbij de warmtewisselaar verder een vierde leidingcircuit voor het geleiden van een vijfde fluïdum, dat tevens in het warmtegeleidend materiaal van de warmtewisselaar is aangebracht, omvat; en - waarbij het vierde leidingcircuit van een vierde invoeropening en een vierde afvoeropening is voorzien waarmee het op een warmtebron is aangesloten.

15. Verwarmingssysteem volgens conclusie 14, waarbij de op het vierde leidingcircuit aangesloten warmtebron een warmtepomp of een zonnecollector omvat.

16. Werkwijze voor het met een verwarmingssysteem volgens één van de conclusies 10-15 verwarmen van water van een waterafnemer, omvattende de stappen van: - het door het tweede leidingcircuit, dat in het stuk warmtegeleidend materiaal is aangebracht, pompen van een door een warmtebron opgewarmd tweede fluïdum; - het via het warmtegeleidend materiaal overdragen van warmte vanaf het tweede fluïdum naar een nabij het tweede leidingcircuit aangebracht en daarmee in warmte-uitwisselend contact staand eerste leidingcircuit, dat is aangesloten op een warmwaterafnemer; gekenmerkt door de stap van het via het warmtegeleidend materiaal overdragen van warmte naar een nabij het tweede leidingcircuit eveneens in het warmtegeleidend materiaal aangebracht derde leidingcircuit, waarop een verdere warmwaterafnemer is aangesloten.

17. Werkwijze volgens conclusie 16, verder omvattende de stap van het met ten minste één brander opwarmen van het warmtegeleidend materiaal, teneinde het eerste fluïdum dat door het eerste leidingcircuit stroomt en/of het vierde fluïdum dat door het derde leidingcircuit stroomt, op te warmen.