NL2027269B1 - Doorstroomverwarmer voor het opwarmen van een vloeibaar medium - Google Patents

Abstract

De uitvinding betreft een doorstroomverwarmer voor het opwarmen van een vloeibaar medium, omvattend: — een cilindrische behuizing, welke geneste, aangrenzende en in afnemende buitenomtrek achtereenvolgens een eerste doorstroomkamer, een verwarmingskamer, een tweede doorstroomkamer en een kernkamer omvat, welke kamers bij voorkeur concentrisch aangebracht zijn en waarbij aangrenzende kamers een gedeelde kamerwand hebben, waarbij de eerste en de tweede doorstroomkamer een aan een eerste zijde van de cilindrische behuizing grenzende aansluitzijde omvatten; — ten minste een verwarmingselement, bij voorkeur drie verwarmingselementen, aangebracht in de verwarmingskamer; — een aan een in axiale richting tegenover het eerste uiteinde van de cilindrische behuizing gelegen tweede zijde aangebracht verbindingsspruitstuk, welke de in axiale richting tegenover de aansluitzijden van de doorstroomkamers gelegen zijden hydraulisch verbindt; — een eerste en een tweede aansluitopening voor koppeling met een aanvoerleiding en een afvoerleiding; — een kopspruitstuk, welke de eerste aansluitopening en de tweede aansluitopening omvat en welk kopspruitstuk de eerste en tweede aansluitopening hydraulisch verbindt met de aansluitzijde van respectievelijk de eerste en de tweede doorstroomkamer.

Description

Doorstroomverwarmer voor het opwarmen van een vloeibaar medium De uitvinding betreft een doorstroomverwarmer voor het opwarmen van een vloeibaar medium.

Voor het opwarmen van bijvoorbeeld tapwater, bijvoorbeeld als naverwarming van een andere verwarmingsbron waarmee het bereiken van een geschikte temperatuur voor tapwater niet efficiënt is, zijn boilers en doorstroomverwarmers bekend.

Bestaande boiler en doorstroomverwarmers hebben het nadeel dat deze een lange opwarmtijd hebben, waardoor veel tapwater verspild wordt en comfort voor de eindgebruiker te wensen overlaat. Daardoor is de efficiëntie vaak ook verhoudingsgewijs laag.

Het is nu een doel van de uitvinding om een doorstroomverwarmer voor het opwarmen van een vloeibaar medium te verschaffen waarmee een of meer van de bovenstaande nadelen verminderd of zelfs voorkomen kan worden.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt met een doorstroomverwarmer voor het opwarmen van een vloeibaar medium, omvattend: — een cilindrische behuizing, welke geneste, aangrenzende en in afnemende buitenomtrek achtereenvolgens een eerste doorstroomkamer, een verwarmingskamer, een tweede doorstroomkamer en een kernkamer omvat, welke kamers bij voorkeur concentrisch aangebracht zijn en waarbij aangrenzende kamers een gedeelde kamerwand hebben, waarbij de eerste en de tweede doorstroomkamer een aan een eerste zijde van de cilindrische behuizing grenzende aansluitzijde omvatten; — ten minste één verwarmingselement, bij voorkeur drie verwarmingselementen, aangebracht in de verwarmingskamer;

- een aan een in axiale richting tegenover het eerste uiteinde van de cilindrische behuizing gelegen tweede zijde aangebracht verbindingsspruitstuk, welke de in axiale richting tegenover de aansluitzijden van de doorstroomkamers gelegen zijden hydraulisch verbindt; — een eerste en een tweede aansluitopening voor koppeling met een aanvoerleiding en een afvoerleiding; — een kopspruitstuk, welke de eerste aansluitopening en de tweede aansluitopening omvat en welk kopspruitstuk de eerste en tweede aansluitopening hydraulisch verbindt met de aansluitzijde van respectievelijk de eerste en de tweede doorstroomkamer.

Met een dergelijke doorstroomverwarmer wordt het doorstromende vloeibare medium zoals tapwater zeer efficiënt verwarmd.

Wanneer de doorstroomverwarmer met het kopspruitstuk boven gemonteerd wordt en de respectieve aansluitopeningen met een aanvoer- respectievelijk afvoerleiding gekoppeld worden, stroomt het vloeibare medium eerst vanuit de aanvoerleiding door de eerste aansluitopening via het kopspruitstuk naar de bovengelegen aansluitzijde van de eerste doorstroomkamer.

De binnenwand van de eerste doorstroomkamer is de buitenwand van de aangrenzende verwarmingskamer.

In de verwarmingskamer wordt door het ten minste één verwarmingselement een zeer hoge temperatuur bereikt.

Doordat de kamers aangrenzend zijn is er een warmtewisselend contact tussen de verwarmingskamer en de eerste doorstroomkamer.

Hierdoor warmt het vloeibare medium op terwijl het van de aansluitzijde naar het tweede uiteinde van de eerste doorstoomkamer stroomt.

In het verbindingsspruitstuk wordt de eerste doorstroomkamer met de tweede doorstroomkamer verbonden.

Het vloeibare medium stroomt door het verbindingsspruitstuk naar de tweede doorstroomkamer.

De buitenwand van de tweede doorstroomkamer is de binnenwand van de aangrenzende verwarmingskamer, waardoor ook hier een warmtewisselend contact ontstaat tussen de verwarmingskamer en de tweede doorstroomkamer. Aan de aansluitzijde van de tweede doorstroomkamer stroomt het vloeibare medium door het kopspruitstuk via de tweede aansluitopening naar de afvoerleiding.

De afvoer- en aanvoerleiding kunnen ook omgedraaid worden, waardoor een omgekeerde stroomrichting verkregen wordt waarbij het vloeibare medium eerste de tweede doorstroomkamer en daarna de eerste doorstroomkamer doorstroomt.

Doordat de doorstroomkamers genest zijn, vormen deze samen met het verbindingsspruitstuk, gezien in een axiale doorsnede, twee U-vormige doorstroomkamers, welke symmetrisch zijn ten opzichte van de as van de cilindrische behuizing. Tussen de benen van de U bevindt zich dan de verwarmingskamer.

Het aantal in de verwarmingskamer aangebrachte verwarmingselementen wordt afgestemd op het verkrijgen van een een gelijkmatige warmteverdeling. Bijvoorbeeld bij rechte elementen die van het kopspruitstuk naar het verbindingsspruitstuk lopen, kan met drie evenredig in de verwarmingskamer verspreide verwarmingselementen een goed resultaat behaald worden.

In een uitvoeringsvorm van een doorstroomverwarmer volgens de uitvinding, is ten minste één kernverwarmingselement aangebracht in de kernkamer.

Door in de kernkamer een verwarmingselement aan te brengen, kan een aanvullend warmtewisselend effect tussen de kernkamer en de tweede doorstroomkamer behaald worden.

Een andere uitvoeringsvorm van een doorstroomverwarmer volgens de uitvinding, is een doorstroomverwarmer waarbij het kopspruitstuk is voorzien van ten minste één houder voor een verwarmingselement.

Door een verwarmingselement te bevestigen in een houder in het kopspruitstuk, kan de positie in de verwarmingskamer en/of kernkamer goed bepaald worden en wordt een zo groot mogelijke effectieve lengte van het verwarmingselement gebruikt worden.

In een andere uitvoeringsvorm van een doorstroomverwarmer volgens de uitvinding, heerst in de verwarmingskamer ten minste een ruw vacuüm.

Door de in verwarmingskamer een lage druk aan te brengen zoals een ruw of zelfs een matig vacuüm, ontstaat er bij opwarming van de verwarmingskamer geen grote overdruk. Tot een ruw vacuüm wordt een onderdruk tot ongeveer 1x10° Pa gerekend, bij een matig vacuüm is er sprake van een druk in het bereik 1x10° — 1x10% Pa. Voor het instandhouden van de onderdruk moet de verwarmingskamer hermetisch afgesloten zijn.

Ook een uitvoeringsvorm van een doorstroomverwarmer volgens de uitvinding, is een doorstroomverwarmer waarbij de verwarmingskamer gevuld is met een inert gas.

Ter bescherming van het ten minste één verwarmingselement kan de verwarmingskamer met een inert gas gevuld worden. Door de beschermde atmosfeer, kan de levensduur van het verwarmingselement vergroot worden. Voor het instandhouden van de beschermende atmosfeer moet de verwarmingskamer hermetisch afgesloten zijn.

In weer een andere uitvoeringsvorm van de doorstroomkamer volens de uitvinding heerst in de kernkamer ten minste een ruw vaculm.

De voordelen voor het in de kernkamer aanbrengen van een lage druk zijn gelijk aan de verwarmingskamer. Voor het instandhouden van de onderdruk moet de kernkamer ook hermetisch afgesloten zijn.

Ook volgens de uitvinding is een uitvoeringsvorm van een doorstroomverwarmer waarbij de kernkamer gevuld is met een inert gas.

Hiermee wordt eenzelfde voordeel behaald als het vullen van de verwarmingskamer met een inert gas.

Ook een uitvoeringsvorm van een doorstroomverwarmer volgens de uitvinding is een doorstroomverwarmer waarbij de 5 kernkamer nabij de tweede zijde open is.

In een economische uitvoering van een doorstroomverwarmer is de kernkamer aan de zijde van het verbindingsspruitstuk open. De kernkamer kan bijvoorbeeld met isolatiemateriaal gevuld worden.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van een doorstroomverwarmer volgens de uitvinding heeft de cilindrische behuizing een in axiale richting gemeten hoogte in het bereik 30-40cm, bij voorkeur 38cm.

Met een hoogte in het bereik 30-40cm, bij voorkeur met een hoogte van 38cm is de doorstroomverwarmer geschikt om bijvoorbeeld in een keukenkast gemonteerd te worden terwijl tevens is gebleken dat bij deze dimensionering en een gemiddeld tapwaterdebiet van een huishouden de minimaal vereiste tapwatertemperatuur bereikt kan worden zonder een ongebruikelijk hoge aansluitwaarde te vereisen.

In een andere uitvoeringsvorm van een doorstroomverwarmer volgens de uitvinding heeft de eerste doorstroomkamer een buitendiameter in het bereik 18-22cm, bij voorkeur 20cm.

Een buitendiameter van de eerste doorstroomkamer in het bereik van 18-22cm, bij voorkeur 20cm, geeft voldoende binnenruimte voor de geneste kamers.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van een doorstroomverwarmer volgens de uitvinding, is een uitvoeringsvorm waarbij de buitendiameter van de verwarmingskamer 2cm kleiner is dan de buitendiameter van de eerste doorstroomkamer.

Ook een voorkeursuitvoeringsvorm van een doorstroomverwarmer volgens de uitvinding, is een uitvoeringsvorm waarbij de binnendiameter van de tweede doorstroomkamer 2cm kleiner is dan de binnendiameter van de verwarmingskamer.

De nominale afstand tussen de buiten- en binnenwand van de eerste respectievelijke de tweede doorstroomkamer zijn in deze uitvoeringsvormen lcm. Het is gebleken dat met deze tussenafstand van de wanden van één of beide doorstroomkamers goede resultaten verkregen kunnen worden.

Omdat de aangrenzende kamers de kamerwanden gemeenschappelijk hebben, is wanneer de binnendiameter van de tweede doorstroomkamer 2cm kleiner is dan de binnendiameter van de verwarmingskamer tevens de buitendiameter van de kernkamer 2cm kleiner dan de buitendiameter van de tweede doorstroomkamer.

In een andere variant van een uitvoeringsvorm van een doorstroomverwarmer volgens de uitvinding, is het volume van de eerste doorstroomkamer gelijk aan het volume van de tweede doorstroomkamer.

Door het volume van de beide kamers gelijk te maken is de stroomsnelheid van het vloeibare medium in beide doorstroomkamers gelijk.

Deze en andere kenmerken van de uitvinding worden nader toegelicht aan de hand van de bijgaande tekeningen.

Figuur 1 toont een axiale dwarsdoorsnede van een uitvoeringsvorm van een doorstroomverwarmer volgens de uitvinding.

Figuur 2 toont een schematische radiale dwarsdoorsnede van de kamers van een uitvoeringsvorm van een doorstroomverwarmer volgens de uitvinding.

Figuur 1 toont een axiale dwarsdoorsnede van een doorstroomverwarmer 1 volgens de uitvinding. De cilindrische

: behuizing 2 vormt de buitenwand van de eerste doorstroomkamer 3. Het kopspruitstuk 4 wordt gevormd door een bovenste 5, middelste 6 en onderste plaat 7. Uitsparingen 8 in de onderste plaat 7 en corresponderende uitsparingen 9 in de middelste plaat 6 verbinden de eerste doorstroomkamer 3 hydraulisch met de eerste aansluitopening 10. Het kopspruitstuk 4 is aan de aansluitzijde van de eerste doorstroomkamer 3 verbonden met de cilindrische behuizing 2. Het verbindingsspruitstuk 11 verbindt de eerste doorstroomkamer 3 met de tweede doorstroomkamer 12. In de door de beide doorstroomkamers 3 en 4 gevormde U-vorm ligt de verwarmingskamer 13. De kernkamer 14 wordt ingesloten door de binnenwanden 15 van de tweede doorstroomkamer 12.

Aan de aansluitzijde is de tweede doorstroomkamer 12 hydraulisch verbonden met een in het kopspruitstuk 4 aangebrachte doorgang 16 die hydraulisch verbonden is met een niet getoonde tweede aansluitopening. In de verwarmingskamer 13 zijn twee verwarmingselementen 17 aangebracht.

Figuur 2 toont een schematische radiale dwarsdoorsnede van de kamers van een doorstroomverwarmer 21 volgens de uitvinding. In de schematische weergave zijn geen verwarmingselementen getoond. De cilindrische behuizing 22 vormt de buitenwand van de eerste doorstroomkamer 23. De binnenwand 24 van de eerste doorstroomkamer 23 is tevens de buitenwand van de verwarmingskamer 25 waarin verwarmingselementen aangebracht kunnen worden. De binnenwand 26 van de verwarmingskamer 25 is tevens de buitenwand van de tweede doorstroomkamer 27. De binnenwand 28 van de tweede doorstroomkamer 27 is tevens de buitenwand van de kernkamer 29.

De diameter a van de cilindrische behuizing 22 is in deze uitvoeringsvorm 20cm. De diameter b van de buitenwand 24 van de verwarmingskamer 25 is 2cm kleiner dan diameter a. Hierdoor is de nominale tussenafstand 30 van de binnenwand 24 en buitenwand 22 van de eerste doorstroomkamer 23 lcm. Ook tussen de diameter c van de buitenwand 26 van de tweede doorstroomkamer 27 en de diameter d van de binnenwand 28 van de tweede doorstroomkamer 27 zit 2cm verschil, waardoor de nominale tussenafstand 31 ook lcm is.

De vier geneste kamers 23, 25, 27, 29 zijn duidelijk te onderscheiden. Met afnemende diameter de eerste doorstroomkamer 23, de verwarmingskamer 25, de tweede doorstroomkamer 27 en de kernkamer 29. In de getoonde uitvoeringsvorm zijn alle vier kamers 23, 25, 27, 29 concentrisch.

Claims (13)

Conclusies

1. Een doorstroomverwarmer voor het opwarmen van een vloeibaar medium, omvattend: — een cilindrische behuizing, welke geneste, aangrenzende en in afnemende buitenomtrek achtereenvolgens een eerste doorstroomkamer, een verwarmingskamer, een tweede doorstroomkamer en een kernkamer omvat, welke kamers bij voorkeur concentrisch aangebracht zijn en waarbij aangrenzende kamers een gedeelde kamerwand hebben, waarbij de eerste en de tweede doorstroomkamer een aan een eerste zijde van de cilindrische behuizing grenzende aansluitzijde omvatten; — ten minste één verwarmingselement, bij voorkeur drie verwarmingselementen, aangebracht in de verwarmingskamer; — een aan een in axiale richting tegenover het eerste uiteinde van de cilindrische behuizing gelegen tweede zijde aangebracht verbindingsspruitstuk, welke de in axiale richting tegenover de aansluitzijden van de doorstroomkamers gelegen zijden hydraulisch verbindt; - een eerste en een tweede aansluitopening voor koppeling met een aanvoerleiding en een afvoerleiding; — een kopspruitstuk, welke de eerste aansluitopening en de tweede aansluitopening omvat en welk kopspruitstuk de eerste en tweede aansluitopening hydraulisch verbindt met de aansluitzijde van respectievelijk de eerste en de tweede doorstroomkamer.

2. De doorstroomverwarmer volgens conclusie 1, waarbij ten minste één kernverwarmingselement aangebracht is in de kernkamer.

3. De doorstroomverwarmer volgens conclusie 1 of 2, waarbij het kopspruitstuk is voorzien van ten minste één houder voor een verwarmingselement.

4. De doorstroomverwarmer volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij in de verwarmingskamer ten minste een ruw vacuum heerst.

5. De doorstroomverwarmer volgens één van de conclusies 1 - 3, waarbij de verwarmingskamer gevuld is met een inert gas.

©. De doorstroomverwarmer volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij in de kernkamer ten minste een ruw vacuüm heerst.

7. De doorstroomverwarmer volgens één van de conclusies 1 - 5, waarbij de kernkamer gevuld is met een inert gas.

8. De doorstroomverwarmer volgens één van de conclusies 1 - 5, waarbij de kernkamer nabij de tweede zijde open is.

9. De doorstroomverwarmer volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de cilindrische behuizing een in axiale richting gemeten hoogte heeft in het bereik 30-40cm, bij voorkeur 38cm.

10. De doorstroomverwarmer volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de eerste doorstroomkamer een buitendiameter heeft in het bereik 18-22cm, bij voorkeur 20cm.

11. De doorstroomverwarmer volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de buitendiameter van de verwarmingskamer 2cm kleiner is dan de buitendiameter van de eerste doorstroomkamer.

12. De doorstroomverwarmer volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de binnendiameter van de tweede doorstroomkamer 2cm kleiner is dan de binnendiameter van de verwarmingskamer.

13. De doorstroomverwarmer volgens één van de conclusies 1 - 11, waarbij het volume van de eerste doorstroomkamer gelijk is aan het volume van de tweede doorstroomkamer.