NL7904813A

NL7904813A - Stookinrichting voor centrale verwarming.

Info

Publication number: NL7904813A
Application number: NL7904813A
Authority: NL
Original assignee: Nederlandse Gasunie Nv
Priority date: 1978-12-22
Filing date: 1979-06-20
Publication date: 1980-06-24

Description

% N.V. NEDERLANDSE GASUNIE 3105

Uitvinder: Petrus H.J. Bartholomeus te Roden

STOOKINRICHTING VOOR CENTRALE VERWARMING

De uitvinding heeft betrekking op een stookinrichting voor centrale verwarming, in hoofdzaak bestaande uit: - een ketel met een brander, een vuurhaard, een in de weg van de verbrandingsgassen geplaatste eerste warmtewisselaar voor het 5 verhitten van een uit de ketel naar een uitwendig circuit stromend verwarmingsmedium en een verbrandingsgasverzamelkast, gezamenlijk vormende een omhoogvoerende tak van het door de verbrandingsgassen doorstroomde kanaal; en - een langs een zijwand van de ketel geplaatste omlaagvoerende tak 10 van het door de verbrandingsgassen doorstroomde kanaal aansluitend aan de verbrandingsgasverzamelkast, welke omlaag voerende tak aan te sluiten is op een afvoer voor verbrandingsgassen en waarin een tweede warmtewisselaar in"*de weg van de verbrandingsgassen geplaatst is voor het met afgevoerde verbrandingsgassen voorverwarmen van uit 15 het uitwendig circuit naar de ketel terugstromend medium.

. Een dergelijke stookinrichting is bekend uit NL-A-7700041.

Het doel van de maatregel, dat het door de verbrandingsgassen te doorstromen kanaal bestaat uit een omhoogvoerende en een omlaagvoerende tak is, de warmteverliezen als gevolg van interne trek van het toestel 2o gedurende de periodes dat de hoofdbrander gedoofd is te verminderen.

In NL-A-7709476 wordt gesteld, dat het bij een CV-toestel van dit type van voordeel is om de warmtewisselaar in de omlaagvoerende tak lager aan te brengen dan die in de omhoogvoerende tak. Door deze maatregel zou het thermostatisch evenwicht in de kanaaldelen beter 25 gehandhaafd worden, waartoe ook de wand tussen de beide takken eventueel warmtedoorlatend uitgevoerd is. Dit zal ook verband houden met de wens condensvorming in het inwendige van het toestel te vermijden.

Doel van de onderhavige uitvinding is te komen tot een stookinrichting voor het verhitten van een verwarmingsmedium zoals 30 in de aanhef is omschreven waarbij in het bijzonder condensvorming op de tweede warmtewisselaar in de omlaagvoerende tak beoogd wordt, teneinde condensatiewarmte uit de rookgassen te winnen.. Tevens wrdt beoogd door verdere maatregelen het rendement van het apparaat buiten de winst aan de condensatiewarmte nog verder te verhogen. Volgens 7904813 Γ <1 2 de uitvinding wordt dit bereikt als: - de omlaagvoerende tak van de genoemde zijwand van de ketel thermisch gescheiden is; - de tweede warmtewisselaar in gladde buis uitgevoerd is en een totale 5 hoogte heeft die groter is dan die van de eerste warmtewisselaar; op enigerlei plaats in de afvoer voor verbrandingsgassen op zichzelf bekende middelen voor het opwekken van trek geplaatst zijn, die zodanig ingericht zijn, dat deze telkens vddr het ontsteken van de brander worden gestart en na het doven van de brander worden gestopt.

10 Principieel is hier gebruik gemaakt van het in de woningverwarmings- techniek niet gebruikelijke inzicht dat een condensor voor optimaal resultaat uitgevoerd moet worden in gladde pijp zonder vinnen of ribben.

De tweede warmtewisselaar heeft hier, zoals hierboven aangegeven, in belangrijke mate de functie van condensor. Om de uitwendige afmetingen 15 van de stookinrichting zo klein mogelijk te houden neemt men de oppervlakte van de doorsnede van de omlaagvoerende tak eveneens zo klein mogelijk; voor het verkrijgen van voldoende warmtewisselend- en condensatie-oppervlak zal dan de tweede warmtewisselaar hoog zijn, en wel hoger dan de eerste warmtewisselaar. Uit constructieve overwegingen en voor 20 een goede bereikbaarheid en vlotte demontage bij controle en onderhoud verdient het de voorkeur de beide warmtewisselaars met hun bovenzijde ongeveer even hoog te plaatsen. Door de betrekkelijk grote hoogte van de tweede warmtewisselaar ten opzichte van de eerste is reeds het stabiele thermische evenwicht bij gedoofde brander bereikt; daar 25 ook vooral de tweede warmtewisselaar een betrekkelijk grote weerstand voor de doorstromende gassen toevoegt, is de interne trek bij gedoofde brander vrijwel geëlimineerd. De genoemde betrekkelijk grote weerstand maakt het gebruik van kunstmatig opgewekte trek noodzakelijk, waartoe de stookinrichting voorzien is van, bijvoorbeeld, een ventilator of 30 een ejecteur.

Voor een optimale condensvorming moet de omlaagvoerende tak zo koel mogelijk zijn. Dit betekent, dat op zijn minst maatregelen genomen moeten worden om de omlaagvoerende tak van de zijwand van de ketel, waartegen hij geplaatst is, zodanig thermisch te scheiden, dat 35 er zo min mogelijk warmteoverdracht van de ketel naar de omlaagvoerende tak plaatsvindt. Bij voorkeur is daartoe tussen de ketelwand en de omlaagvoerende tak een laag isolatiemateriaal, bijvoorbeeld glaswol of steenwol, aangebracht. Essentieel is, dat iedere opwarming van de 7904813 > *- *% 3 afgekoelde verbrandingsgassen zoveel mogelijk vermeden wordt, dit in tegenstelling tot het in de verwarmingstechniek zeer verbreide vooroordeel, dat de afgevoerde verbrandingsgassen altijd warm zouden moeten zijn.

5 Een verdere koeling van de omlaagvoerende tak kan worden verkregen als althans een deel van deze tak voorzien is van een luchtmantel voor het tevens voorverwarmen van naar de brander toestromende verbrandingslucht. Een voorkeursuitvoering van de stookinrichting volgens de uitvinding, waarvan de omlaagvoerende tak voorzien is van een dergelijke 10 luchtmantel, wordt daardoor gekenmerkt, dat het door de ketel en de rook-gasverzamelkast gevormde geheel dubbelwandig uitgevoerd is, zodanig dat drie wandruimten een aaneengesloten mediumtransportkanaal van de eerste warmtewisselaar naar het uitwendig circuit vormen, en drie » wandruimten een aaneengesloten verbrandingsluchttransportkanaal vormen 15 dat in verbinding staat met de genoemde luchtmantel.

Het totaal van de genomen maatregelen bij de hierboven aangegeven voorkeursuitvoering van de stookinrichting kan als volgt worden samengevat: 1. de omlaagvoerende tak heeft een koele mantel en de daarin 2o aangebrachte tweede warmtewisselaar is relatief hoog ten opzichte van de eerste. Warmteverliezen door interne trek bij gedoofde brander zijn daardoor vrijwel geëlimineerd; 2. de omlaagvoerende tak is zodanig geïsoleerd tegen een zijwand van de ketel geplaatst, dat op de gladde buis van de tweede 25 warmtewisselaar de verbrandingsgassen condensatiewater afgeven en daarbij condensatiewarmte afstaan. Het condensatiewater verzamelt zich op de bodem van de omlaagvoerende tak, waar het niet opnieuw onder opname van warmte verdampt. De koele -mantel bevordert de condensatie*· 30 3. de verbrandingsgasverzamelkast en de vuurhaard met de eerste warmtewisselaar worden omspoeld óf door door de wandruimten stromend te verwarmen medium, óf door te verwarmen verbrandingslucht.

Deze maatregelen leiden tot een uitermate gunstig stookrendement als voorts alle maatregelen genomen worden die normaliter tot een 35 bevredigend rendement voeren, zoals een correcte instelling van de brandstof-lucht-verhouding en een goede thermische isolatie van de buitenkant van de ketel.

7904813

3- "S

4

Waar hier gesproken wordt van een verwarmingsmedium worden daarmede niet alleen vloeibare media, zoals water bedoeld, doch ook gasvormige media, zoals lucht.

Ook kan men een stookinrichting volgens de uitvinding die 5 opzichzelf ingericht is voor het verhitten van een vloeibaar verwarmingsmedium zoals water gebruiken voor hete-lucht verwarming. Deze uitvoeringsvorm wordt daardoor gekenmerkt dat in het uitwendig circuit tenminste een warmtewisselaar aanwezig is waarin dat vloeibaar verwarmingsmedium warmte kan uitwisselen met lucht voor hete-luchtverwarming.

10 De regeling van de brander kan zowel een aan-uit regeling als een modulerende regeling zijn. De branderontsteking is bij voorkeur elektrisch, daar bij gedoofde brander de trek wegvalt, hetgeen het gebruik van een waakvlam ongewenst maakt.

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de tekening bij 15 wijze van niet-beperkend voorbeeld. Hierin toont:

Figuur 1: een schematische vertikale doorsnede over een voorkeursuitvoering van de stookinrichting volgens de uitvinding, volgens I-I in fig. 2;

Figuur 2: een schematische horizontale doorsnede over deze 20 inrichting volgens II-II fig. 1;

De verwijzingscijfers in de beide figuren hebben de volgende betekenis: 1: een centrale-verwarmingsketel die wordt gestookt met gas of·, olie; 2: de vuurhaard van de centrale-verwarmingsketel 1; 25 3: een gas- of oliebrander in de vuurhaard 2; 4: een eerste warmtewisselaar boven in de vuurhaard 2, waarin de hete verbrandingsgassen een deel van hun warmte afstaan aan een door deze warmtewisselaar stromend vloeibaar verwarmingsmedium; 5: een verbrandingsgasverzamelkast; de delen 2,4 en 5 vormen een 30 omhoogvoerende tak voor de verbrandingsgassen; 6; een afvoer voor verbrandingsgassen; 7: een ventilator in de afvoer 6 voor het afzuigen van de verbrandingsgassen; deze ventilator is vereist, omdat door de lage temperatuur van de rookgassen de natuurlijke trek ontbreekt; de ventilator kan 35 zoals aangegeven, bij de stookinrichting geplaatst zijn, doch bijvoorbeeld ook in of op een schoorsteen; de motor van de ventilator is zo geschakeld, dat de ventilator telkens korte tijd vóór het ontsteken van de brander wordt gestart om de vuurhaard met verse ..... 7904813

IS

5 lucht te spoelen, en ongeveer gelijktijdig met het doven van de brander wordt gestopt en dus stop staat gedurende bijna de gehele periode dat de brander uit is, om warmteverliezen te voorkomen; 8: een omlaagvoerende tak die een in hoofdzaak vertikaal neerwaartse 5 verbinding vormt tussen de verbrandingsgasverzamelkast 5 en de afvoer 6; 9: een tweede warmtewisselaar, die in de omlaagvoerende tak 8 in de weg van de verbrandingsgassen geplaatst is en waarin vloeibaar verwarmingsmedium door de afgevoerde verbrandingsgassen wordt 10 voorverwarmd; deze warmtewisselaar is uitgevoerd in gladde buis ten behoeve van een ongestoorde condensatie daarop, van waterdamp uit de verbrandingsgassen; 10; een isolatielaag die de zijwand van de ketel 1 isoleert van de omlaagvoerende tak 8; 15 11; de toevoer voor verbrandingslucht; 12; een luchtmantel om de omlaagvoerende tak 8, waarin met toevoer 11 toegevoerde lucht wordt voorverwarmd; 13: dubbele bovenwand van de verbrandingsgasverzamelkast 5, waarvan de wandruimte aansluit op de luchtmantel 12; 20 14,15: dubbele zijwanden van het door de vuurhaard 2 en de verbrandings gasverzamelkast 5 gevormde geheel, waarvan de wandruimten aansluiten op die van de dubbele bovenwand 13 en daarmee een aaneengesloten verbrandingslucht-transportkanaal vormen dat in verbinding staat met de luchtmantel 12; 25 16: luchtspleet in de binnenwand van dubbele wand 14, waarmee de vuurhaardruimte 2 in verbinding staat met de wandruimte van wand 14 en waardoor de in deze wandruimte voorverwarmde lucht onder de brander 3 wordt toegelaten; eenzelfde luchtspleet is in de binnenwand van de dubbele wand 15 aangebracht; 30 17: luchtgeleideschotten om een gelijkmatige verdeling van de luchtstroom in de dubbele bovenwand 13 te bevorderen; ook anderszins geplaatste schotten kunnen dit doel bewerkstelligen; 18: een toevoerleiding voor vanuit een uitwendig circuit naar de ketel terugstromend vloeibaar medium, die aansluit op de tweede 35 warmtewisselaar 9; 19: een verbindingsleiding die de afvoer van het vloeistofvoerend deel van de tweede warmtewisselaar 9 verbindt met de toevoer van het vloeistofvoerend deel van de eerste warmtewisselaar 4; 79fU ft n 3'« 6 20: een dubbele zijwand van de vuurhaard 2, waarvan de wandruimte aansluit op de afvoer van het vloeistofvoerend deel van de eerste warmtewisselaar 4; 21: een dubbele bodemwand van de vuurhaard 2, waarvan de wandruimte 5 aansluit op de wandruimte van de dubbele zijwand 20; 22: een dubbele zijwand van de vuurhaard 2, waarvan de wandruimte aansluit op de wandruimte van de dubbele bodemwand 21; de wand-ruimten van de dubbele wanden 20, 21 en 22 vormen een aaneengesloten mediumtransportkanaal; 10 23: een afvoerleiding voor naar het uitwendig circuit stromend vloei baar medium; 24: een medium-verdeelkoker bovenin de dubbele wand 20, die het toestromend medium gelijkmatig over de hele breedte van de wandruimte van de dubbele wand 20 verdeelt; 15 25: óp ongeveer gelijke afstand van elkaar over de lengte van de verdeelkoker 24 aangebrachte uitstroomopeningen; 26: een medium-verzamelkoker bovenin de dubbele wand 22, die af te voeren medium gelijkmatig vanuit de hele breedte van de wandruimte van de dubbele wand 22 naar de afvoer 23 geleidt; 20 27: op ongeveer gelijke afstand van elkaar over de lengte van de verzamelkoker 26 aangebrachte instroomopeningen; 28: een elektrische branderontsteker; 29: isolatie van de vuurhaard. Desgewenst kunnen ook de dubbele bovenwand 13 en de wanden 14 en 15 van isolatie zijn voorzien; 25 30: een afvoer voor condenswater onder uit de omlaagvoerende tak 8, die daartoe een naar deze condenswaterafvoer hellende bodem heeft; de afvoer sluit aan op een (niet-getekend) waterslot om te voorkomen dat via deze afvoer 30 valse lucht wordt aangezogen in de omlaagvoerende tak 8, waarin onderdruk heerst.

30 De dubbelwandige verbrandingsgasverzamelkast 5 en de bovenkant van de omlaagvoerende tak 8 zijn bijvoorkeur tezamen afgedekt met twee losneembare doosvormige kappen 31 en 32, waarvan de ene (31) de buitenwand en de andere (32) de binnenwand van de verbrandingsgasverzamelkast vormt. Na het losnemen van de kappen zijn dan de warmte- 35 wisselaars 4 en 9 bereikbaar (bijvoorbeeld voor reiniging), zonder dat vloeistofvoerende delen behoeven te worden losgemaakt. De schotten 17 in de luchtruimte tussen de kappen kunnen ófwel óp de binnenste kap 31, ófwel in de buitenste kap 30 bevestigd zijn.

7904813 7

Tussen het onderste deel van de luchtmantel 12 en de omlaag-voerende tak 8 is een verbinding 33 met een afsluiter 34 aangebracht, waarmede een vast instelbare hoeveelheid verse lucht onder in de omlaagvoerende tak 8 kan worden toegelaten. Het doel hiervan is, het 5 vochtgehalte van de gassen in de afvoer 6 te verlagen; de af te voeren verbrandingsgassen zijn volgens de uitvinding namelijk principieel koel en vrijwel met waterdamp verzadigd.

In de tekening zijn de stromen van het verwarmingsmedium, het verbrandingsgas en de lucht met pijlen aangegeven. De brander 3 kan 10 ieder geschikt type bekende atmosferische brander zijn en voor gasvormige brandstof bijvoorbeeld bestaan uit een bed van afzonderlijke staafbranders. Onderdelen die met de uitvinding geen direct verband houden, zoals de circulatiepomp voor het medium en alles wat verder bij het uitwendig circuit hoort, alsmede de brandstoftoevoer en de 15 apparatuur voor thermostatische aan-uit regeling van de brander 3 en de ventilator 7 zijn niet weergegeven. Als de brander 3 uit is en de ventilator 7 stop staat, bereikt geen verse lucht de vuurhaard 2, zodat het gebruik van een waakvlam ongewenst is; er. wordt derhalve' een elektrische ontsteking toegepast. Via de luchttoevoer 11 kan zowel lucht 20 van buiten als uit het te verwarmen gebouw worden aangezogen. De verbrandingsgasafvoer 6 kan op een schoorsteen aangesloten zijn, doch ook op een gevelafvoer.

Een uitgevoerd prototype van de stookinrichting volgens de uitvinding, gestookt met aardgas, met een verwarmingsvermogen van 2 25 16 kW, geschikt voor een woning van ca. 150 m vloeroppervlak, heeft de uitwendige afmetingen (diepte x breedte x hoogte) 48 x 42 x 56 cm.

Bij een temperatuur van de aangezogen lucht van 20 °C werd een stook- rendement gemeten van 87-97 %, hetgeen ca. 20-25 % beter is dan bij conventionele CV-ketels als een behoorlijk rendement algemeen geaccepteerd 30 wordt. De hoogste genoemde rendementswaarde heeft betrekking op de situatie in voor- en naseizoen, als het medium (in dit geval water) de ketel binnenkomt met een temperatuur van 20 °C en verlaat met een temperatuur o van 40 C; de laagste rendementswaarde treedt op bij vriezend weer en binnen- resp. uitstromend water van 60 °C resp. 80 °C. De opgegeven 35 rendementen zijn betrokken op de bovenste verbrandingswaarde van de brandstof.

7904813 7' “'v 8

De 'stilstandsverliezen' zijn bij een stookinstallatie volgens de uitvinding nihil. Dit betekent dat het praktisch rendement (dit is het rendement over alle temperatuurwisselingen tijdens het stookseizoen gerekend) gelijk zal zijn aan het vollast-waterzijdig 5 rendement. Daardoor brengt een zekere overdimensionering van de ketel geen extra verliezen met zich mee. Aangezien de dimensiekosten van de ketel binnen zekere grenzen in de aanmaakkosten van de ketel geen doorslaggevende rol spelen, kan met een kleiner assortiment ketels volstaan worden, hetgeen in de handel een voordeel is.

7904813

Claims

1. Stookinrichting voor centrale verwarming, in hoofdzaak bestaande uit - een ketel met een brander, een vuurhaard, een in de weg van de verbrandingsgassen geplaatste eerste warmtewisselaar voor het verhitten van een uit de ketel naar een uitwendig circuit stromend 5 verwarmingsmedium en een verbrandingsgasverzamelkast, gezamenlijk vormende een omhoogvoerende tak van het door de verbrandingsgassen doorstroomde kanaal; en - een langs een zijwand van de ketel geplaatste omlaagvoerende tak van het door de verbrandingsgassen doors troomde kanaal aansluitend 10 aan de verbrandingsgasverzamelkast, welke omlaagvoerende tak aan te sluiten is op een afvoer voor verbrandingsgassen en waarin een tweede warmtewisselaar in de weg van de verbrandingsgassen geplaatst.is voor het met afgevoerde verbrandingsgassen voorverwarmen van uit het uitwendig circuit naar de ketel 15 terugstromend medium, met het kenmerk dat - de omlaagvoerende tak (8) van de genoemde zijwand (20) van de ketel thermisch gescheiden is; - de tweede warmtewisselaar (9) in gladde buis uitgevoerd is en een totale hoogte heeft die groter is dan die van de eerste warmtewisselaar 20 (4); - de omlaagvoerende tak van een condenswaterafvoer (30) voorzien is; - op enigerlei plaats in de afvoer (6) voor verbrandingsgassen op zichzelf bekende middelen voor het opwekken van trek (7) geplaatst zijn, die zodanig ingericht zijn, dat deze telkens vdór het ontsteken 25 van de brander (13) worden gestart en na het doven van de brander worden gestopt.

2. Stookinrichting volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de omlaagvoerende tak (8) van de genoemde zijwand (20) van de ketel thermisch gescheiden is door een laag isolatiemateriaal (10).

3. Stookinrichting volgens, conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat althans een deel van de omlaagvoerende tak (8) voorzien is van een luchtmantel (12) voor het voorverwarmen van naar de brander toestromende verbrandingslucht.

4. Stookinrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het door'de 35 ketel (1) en de rookgasverzamelkast (5) gevormde geheel dubbelwandig uitgevoerd is, zodanig dat drie wandruimten een aaneengesloten medium transportkanaal van de eerste warmtewisselaar naar het uitwendig circuit vormen, en drie wandruimten een aaneengesloten verbrandings- 7904813 lucht-transportkanaal vormen, dat in verbinding staat met de genoemde luchtmantel (12).

5. Stookinrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de dubbelwandige verbrandingsgasverzamelkast (5) en de bovenkant van de 5 omlaagvoerende tak (8) tezamen zijn af gedekt met .twee losneembare doosvormige kappen (31 en 32), waarvan de ene (31) de buitenwand en de andere (32) de binnenwand vormt van de verbrandingsgas-verzamelkast, respectievelijk het bovenste deel van de omlaagvoerende tak.

6. Stookinrichting volgens een of meer van de conclusie 4 of 5, met het kenmerk, dat de wandruimte die aansluit op het mediumvoerend deel van de eerste warmtewisselaar is voorzien van een medium-verdeel-koker (24) met op ongeveer gelijke afstand van elkaar over de lengte daarvan aangebrachteuitstroomopeningen (25), die het 15 toestromend medium gelijkmatig over de breedte van de wandruimte kan verdelen.

7. Stookinrichting volgens een of meer van de conclusies 4-6, met het kenmerk, dat de wandruimte die aansluit op het uitwendig circuit is voorzien van een medium-verzamelkoker (26) met op ongeveer 20 gelijke afstand van elkaar over de lengte daarvan aangebrachte instroomopeningen (27), die het af te voeren medium gelijkmatig vanuit de hele breedte van de wandruimte naar het uitwendig circuit kan geleiden.

8. Stookinrichting volgens een of meer van de voorgaande conclusies, 25 met het kenmerk, dat het onderste deel van de omlaagvoerende tak (8) voorzien is van een vast.instelbare toevoer (33, 34) van verse lucht.

9. Stookinrichting volgens een of meer van de voorgaande conclusies gekenmerkt door middelen voor aan-uit regeling van de brander.

10. Stookinrichting volgens een of meer van de conclusies 1-8 gekenmerkt 30 door middelen voor modulerende regeling van de brander.

11. Stookinrichting volgens een of meer van de conclusies 1-10 gekenmerkt door een elektrische branderontsteker (28).

12. Stookinrichting volgens een of meer van de conclusies 1-11 en ingericht voor het verhitten van een vloeibaar verwarmingsmedium, 35 met het kenmerk, dat in het uitwendig circuit tenminste een warmtewisselaar aanwezig is waarin het vloeibaar verwarmingsmedium warmte kan uitwisselen met lucht voor hete-luchtverwarming. 7904813