NL8403385A - Condensatieverwarmingsketel. - Google Patents

Description

* VO 6608

Condensatieverwanaingsketel.

De uitvinding heeft betrekking op een condensatieverwarmings-ketels d.w.z. een verwarmingsketel met een condensor om calorieën uit de verbrandingsgassen, bij de uitlaah van de verwarmingsketel terug te winnen, welke calorieën in het algemeen verloren gaan bij de gebrui-5 kelijke uitlaatsystemen voor verbrandingsgassen.

Bij een klassieke verwarmingsketel, met. name een verwarmingsketel- die met gas wordt gestookt, worden de verbrandingsprodukten met een relatief hoge temperatuur en met een grote waterdampirihoud uit de ketel verwijderd. Door:, afkoeling van de verbrandingsprodukten kan 10 men.de waterdamp condenseren onder afgifte van de. latente verdampings-warmte. Om deze verdampingswarnrte op te nemen, wordt gebruik gemaakt van een extra warmtewisselaar, welke zodanig in het rookgastrajeet is geplaatst, dat het grootste gedeelte van de calorieën wordt teruggewonnen. en weer kan worden toegevoerd aan. het verwarmingscircuit.

15 Er. kunnen verschillende types condensatieverwarmingsketels worden onderscheiden, die een hoofdwarmtewisselaar en een hulpwarmtewisseiaar omvatten, welke hulpwarmtewisseiaar. is geplaatst in het. rookgastrajeet, nadat dit gas langs de hoofdwarmtewisselaar is gestroomd. In deze bekende, verwarmingsketels wordt, de hulpwarmtewisseiaar over het alge— 20 meen boven de hoofdwarmtewisselaar geplaatst en bij voorkeur in de verbrandingskamer van de verwarmingsketel·, en wordt daarbij schuin ten opzichte, van de horizontaal geplaatst, om zodanig de verwijdering en verzameling van condensatiewater te. vergemakkelijken.

Dergelijke verwarmingsketels werken over het algemeen naar 25 behoren, maar. hébben, het nadeel, dat de constructie, kostbaar is en dat moeilijk op te lossen problemen optreden,, met name aangaande onderhoud als gevolg van de positie van de hulpwarmtewisseiaar.

Doel van de uitvinding is een eenvoudige en goedkope conden-satieverwarmingsketel- van het klassieke type te verschaffen, waarbij 30 de problemen, van de bekende condensatieverwarmingsketel. zijn opgelost.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt door een condensatieverwarmingsketel van het type, dat een hoofdwarmtewisselaar en een hulpwarmtewisseiaar bezit, voor het terugwinnen van calorieën uit de rookorganen en welke is gekenmerkt, doordat de hulpwarmtewisseiaar 35 vertikaal is aangebracht in een luchtdicht kanaal, welk kanaal bij 8403385 ί Λ -2- voorkeur U-vormig is en is vervaardigd uit niet-oxyderend staal, welk kanaal buiten het actieve deel van de verwarmingsketel is geplaatst, tussen de rookgasafvoerleiding van de verwarmingsketel en de uitlaat van de gassen naar de atmosfeer en welk kanaal, aan het ondereinde is 5 voorzien van een leiding voor afvoer van condensaat.

Volgens de uitvinding bestaat de hulpwarmtewisselaar uit een groep ribben, welke ribben vertikaal zijn gesteld en welke worden doorkruist door een waterbuis waarin water wordt voorverwarmd en welke leidt naar • de hoofdwarmtewisselaar. Bij voorkeur is het onderste uiteinde van elke 10 ribbe puntvormig, teneinde de stroming van condensatiewater te begunstigen en om de doorgang tussen de ruggen vrij te maken voor verbrandings-produkten.

Volgens de uitvinding draagt het luchtdichte kanaal een luchtdichte verwijderbare klep, die de toegang tot. de bovenzijde van de hulpwarmte-— 15 wisselaar mogelijk maakte

Volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding bestaat de hulpwarmtewisselaar uit meerdere, bijvoorbeeld vier, platte,, identieke serpentinebuizen, gemonteerd in een. z.g. strengconfiguratie (Fr. écheveaux) en gevoed door een enkele verdeler waarin water stroomt, afkomstig van de 20 terugvoer van het verwarmingscircuit.

Volgens een kenmerk van de uitvinding wordt het geheel van buizen in- strengen gemonteerd en geplaatst in een blokvormige doos die de gassen van boven naar beneden kanaliseert en is voorzien van een uitlaat-leiding voor condensaat, welke leiding is geplaatst bij het onderste 25 deel van het vat, zodat het condensaat in dezelfde richting als de gassen circuleert.

De uitvinding kan worden toegepast bi j zowel een verwarmingsketel met een luchtkoker, alswel bij een verwarmingsketel met een klassieke uitlaat, namelijk een schoorsteen.

30 De. overige kenmerken en voordelen van de huidige uitvinding worden nader beschreven aan de hand van uitvoeringsvoorbeelden en een tekening.

In de tekening toont: fig. 1 een schematisch zijaanzicht van een dwarsdoorsnede van een eerste uitvoeringsvorm van de verwarmingsketel volgens de uit-35 vinding en. van het type met gedwongen afvoer; 8403385 r- -ι -3- fig. 2 een schematisch aanzicht, overeenkomstig fig. 1, waarin een tweede uitvoeringsvorm, van een verwarmingsketel volgens de uitvinding wordt getoond, waarbij de afvoer via. een schoorsteen plaatsvindt; fig. 3 een vooraanzicht, van de hulpwarmtewisselaar volgens de 5 uitvinding; fig. 4 een vooraanzicht, van een andere uitvoeringsvorm van een hulpwarmtewisselaar volgens de uitvinding; fig. 5 een schematisch zijaanzicht, en een vertikale doorsnede van een verwarmingsketel/· voorzien van. een warmtewisselaar* volgens fig. 1 10 811 fig. 6 en 7 overeenkomstige aanzichten als fig. 1 en 2 met betrekking tot een andere uitvoeringsvorm, van de. uitvinding.

Volgens de tekening is. de. verwarmingsketel 10 volgens de uitvinding op bekende wijze voorzien van een brander 12, een warmte— wisselaar 14, welke, direct boven, de brander is geplaatst, op de stromingsweg. van de verbrandingsgassen, een zuigventilator 16 en een uitlaatleiding voor verbrandingsgassen.18.. In* het uitvoer ingsvoor-beeld volgens fig. 1 wordt gebruik, genaakt van een. verwarmingsketel met een luchtkoker 20, terwijl bij het tweede uitvoeringsvoorbeeld, 20 weergegeven, in fig. 2, gebruik, wordt gemaakt van een verwarmingsketel met een schoorsteen»

In beide gevallen is een tweede warmtewisselaar aangebracht voor het terugwinnen, van calorieën uit de verbrandingsgassen (deze warmtewisselaar. wordt in het algemeen aangegeven met "condensatie-25 opwekker"), welke warmtewisselaar is. aangebracht in het achterdeel 22 van de verwarmingsketel,, welk deel. een ezpansievat 24 bevat buiten het actieve, deel van de verwarmingsketel... De hulpcondensatiewarmtewisselaar 28. is aangebracht, in een luchtdicht kanaal. 26, welk. kanaal bij voorkeur U-vormig is en is vervaardigd uit een niet-oxyderend. staal, welk kanaal 30 is geplaatst tussen de uitlaat voor verbrandingsgassen naar buiten, 20 of 20' en de uitgang 18 van de ventilator 16. De warmtewisselaar 28 is vertikaal aangebracht in het luchtdichte kanaal 26 en bestaat uit een groep van vertikale ribben waardoorheen, een waterbuis 30, voor de terugvoer van warmte naar de hoofdwarmtewisselaar 14 uitstrekt.

35 Bij de ingang 32 van de ribbengroep van. de hulpwarmtewisselaar 28, is de buis 32 verbonden met de terugvoer van de verwarmingsinstallatie (radiatoren van de centrale verwarming}, waarbij de gedwongen circulatie van het. water, wordt opgewekt door een pomp 34» In' het onderste deel 8403385 Ρ Λ -4- is het luchtdichte kanaal 26 voorzien van een condensafvoerbuis 36 die is afgesloten door een vlotter (niet-weergegeven in de tekening) . Volgens een kenmerk, van de uitvinding heeft, het ondereinde van elke ribbe bij voorkeur een puntvorm, zodanig, dat de stroming van. condensatie-5 water, wordt begunstigd en de doorgang, tussen de ribben wordt vrijgemaakt voor-de· verbrandingsprodukten.

In’ het uitvoeringsvoorbeeld volgens, fig.1 is. te zien dat verse lucht tot de- verwarmingsketel wordt toegelaten via een leiding 38, dé verbrandingsgassen de hoofdwarmtewisselaar 14. doorstromen en door 10 de ventilator. 16 door leiding 18 worden gestuwd en verder worden geleid om. vervolgens, de. hulpwarmt©wisselaar 28 te doorlopen, alvorens naar buiten. te worden geleid, door de luchtkoker 20. De verbrandingsgassen staan hun calorieën· af aan de warmtewisselaar 14 en verwarmen daarbij het water dat door de warmtewisselaar· middels buizen 32 wordt geleid» De 15 verbrandingsgassen, met. een nog steeds hoge temperatuur, bereiken aansluitend warmtewisselaar 28, en staan daarbij hun laatste calorieën, door· condensatie·, a£ aan het water, dat circuleert door de hulpwarmte— wisselaar 28» Het water dat de hulpwarmfcewisselaar 28 binnentreedt is afkomstig: van de verwarmingsterugvoer en wordt naar de- hulpwarmte— 20 wisselaar 14 geleid door middel van de buizen 30, 33 en het herverwarmde water wordt.door de buizen. 31 naar de radiatoren van de centrale verwarming, geleid. Hierdoor wordt een. maximaal rendement, verkregen, aangezien de verbrandingsgassen., met een zeer lage temperatuur* aan de buitenlucht worden af gegeven.

25 Het..op de hulpwarmtewisselaar gecondenseerde, water wordt ver zameld. onderin het luchtdichte, kanaal 26 vanwaar het wordt verwijderd door middel van de buis 36- Zoals hieronder nader zal worden verduidelijkt, kan.· een vlotter worden aangebracht, - waarmee de uitlaat van verbrandingsgassen door de buis. 36 kan. worden voorkomen, terwijl condensatiewater 30 wel wordt doorgelaten, waarbij, de vlotter dienst doet als terugslagklep.

Volgens, de uitvinding is het luchtdichte kanaal. 26 in het bovendeel· voorzien van. een opening, welke opening, op luchtdichte wijze wordt afgesloten door een klep 39 (fig. 3). Hierdoor kan op zeer eenvoudige wijze, in het geval dat. het-noodzakelijk zou zijn, de hulpwarmtewisse- 35 laar 28 worden gedemonteerd.

*

Bij een andere, uitvoeringsvorm.volgens fig. 2 wordt, een schoorsteen . gebruikt, als uitlaat voor de verwarmingsketel. Bij die verwarmings- 8403385 #* * -5- ketel is de aanvoer van verse, lucht direkt in het onderstel van de verwarmingsketel aangebracht, welke verwarmingsketel overigens geheel identiek is aan de verwarmingsketel, zoals hierboven beschreven en getoond. in fig. 1.

5 Bet belangrijkste voordeel van.de. uitvinding is, dat het op eenvoudige wijze mogelijk is om. uit. een verwarmingsketel, van het klassieke type, een condensatieverwarmingsketel. te vormen.

Anderzijds is de ventilator 16 van de verwarmingsketel niet onderhevig aan corrosie, aangezien deze niet is gesitueerd in een gebied, 10 dat blootstaat aan condensaat,, hetgeen niet het geval, is bij de bekende condensatieverwarmingsketels, waarbij de ventilator in de meeste gevallen wordt geplaatst, n£ de condensatiewarmtewisselaar.

De variant, van de uitvinding, zoals weergegeven.in de figuren 5-7, verschilt van.de uitvoeringsvormen,, zoals hierboven beschreven, 15 door het ontwerp van de. hulpwarmtewisselaar-

Bij deze variant, bestaat de. hulpwarmtewisselaar. 28 uitvier serpen-tinebuizen (dit aantal, dient, niet als beperking te- worden gezien), die in evenwijdige, vlakken, zijn gemonteerd, zoals te- zien is in de figuren, volgens, een "streng-"configuratie, d.w„z. de hartlijnen, van de verschil-20 lende buizen, die de serpentines vormen, onderling zijn versprongen.

De serpentines zijn op één en dezelfde verdeler 32 aangewloten ,· waarin ook het water uitstroomt, dat herverwarmd dient te worden en dat afkomstig is uit het verwarmingscircuit, dat gevoed wordt door de verwarmingsketel 10.

25 Bet serpentinesamenstel van de warmtewisselaar. 28 is geplaatst in. een blokvormige, doos, die een luchtdicht, kanaal 26 vormt en een uitlaat. 36 voor condensaat in het onderste deel heeft terwijl de doos de verbrandingsgassen van boven naar beneden leidt. De verbrandingsgassen, afkomstig- van de verwarmingsketel 10, die na doorstroming door de 30 hoofdwarmtewisselaar (niet-weergegeven in. de figuren 4-7), waarmee de verwarmingsketel, zoals boven beschreven is uitgerust, worden door de ventilator 16, via leiding 18, in het vat 26 gestuwd.

De verbrandingsgassen, die de hulpwarmtewisselaar 28 bereiken hebben.nog steeds, een vrij hoge temperatuur en staan hun laatste 35 calorieën, met name door condensatie, af aan het water dat door de 8403385 -6- -¾ destillatiekolommen van. de warmtewisselaar-23 stroomt. Het water, dat de. verdeler- 32 bereikt , en afkomstig, is van de waterterugvoer, wordt hierdoor-in de serpentines. 28. opgewarmd, en wordt vervolgens via leiding 30,. door de hoofdwarmtewisselaar van. de verwarmingsketel 10 5 geleid..

Om. de hierna te beschrijven hulpwarmtewisselaar aan te passen aan.'de verschillende -gebruiksomstandigheden (met name: vermogen, beschikbare, ruimte,, druk, etc.) is de mogelijkheid van. twee circulatiebanen voor- verbrandingsprodukten in het ontwerp opgenomen.

10 Bij het. uitvoeringsvoorbeeld. volgens de figuren 4 en 5, is het geheel, van serpentines 46 aangebracht, in de doos 26 en de warmtewisselaar: wordt, hierbij niet doorlopen door. verbrandingsgas, afkomstig van.de.verwarmingsketel. 10.,. terwijl bij. het uitvoeringsvoorbeeld volgens de figuren 6-en 7, een. tussenschot..42 zodanig, in.de doos 26/is aange-15 bracht] dat een deel 44 van de bundel, van serpentines in de uitlaatlei-ding. 20^ voor verbrandingsgassen ligt.

In deze uitvoeringsvorm, van de. uitvinding is de hulpwarmtewisselaar compact, is de warmtewisseling. door. condensatie optimaal en is. er een. hydraulische, stroming, die een. betere, bescherming, tegen 20 corrosie geeft alsmede een. overeenstemming, tussen drukverliezen in water- en verbrandingsgas, en, de. beschikbare drukken, voor een. verwarmingsketel,- brandend. op gas, wordt, bereikt.

Eén. van. de voordelen, en. technische: effecten, die met de uitvinding worden verkregen is: 25 k —Bét grote. gemak waarmee deze. toepasbaar is.

Het ontwerp en-de wijze van aanbrenging, van met name de serpentines geeft, een optimale kromtestraal in de- beschikbare ruimte, die het buigen.van.de buizen vergemakkelijkt.

Het-feit dat.alle serpentines identiek zijn, maakt het mogelijk, 30 dat het vormen, van de buizen vrijwel volledig automatisch kan plaatsvinden, zonder: dat daarvoor ingewikkelde machinerieën noodzakelijk zijn en maakt.bovendien het. gebruik van numeriek gestuurde, buigbanken, mogelijk.

De geometrische karakteristieken van de serpentines (diameter, kromtestraal .... ) zijn zodanig, dat de warmtewisselaar kan 35 worden vervaardigd uit verschillende metalen, zoals koper, niet-oxyderend staal of aluminium.

8403385 ^ ^ -Γ -7-

Oe. zorg, besteed aan een studie, aangaande de warmtewisselpro-cessen verzekert dat- de warmtewisselaar een goed rendement, onafhankelijk van het gebruikte metaal, levert.

B - Een optimalisatie van de warmtewisseling.

5 De afwezigheid welke vorm van. ribbe dan ook verlaagt de ther mische weerstand tussen water en verbrandingsgassen en maakt het mogelijk, dat in de nabijheid van het totale uitwisseloppervlak een belangrijke partiële drukgradi&it van. waterdamp wordt verkregen zodat een uitstekende warmtewisseling onder condensatie wordt bevorderd.

10 Ondanks de geringe stroomsnelheid van de. verbrandingsgassen ver hoogt de montage van de serpentines in "strengen" de turbulentie zodat de plaatselijke warmteuitwisselingscoéffic iënten door. convectie groter is dan. bij een l amina ire stroming.

De stroming van verbrandingsgassen in. de richting van het con-15 densaat,. evenals de gladde oppervlakken van de buizen,, verzekert een snelle afvoer van condensaat.

De dikte van de waterlaag op de wand van. de buis, welke steeds gering is» heeft geen nadelige invloed: op de warmtewisseling niet en smakt het. mogelljk dat een condensatie optreedt die condensatie in 20 druppelvorm. benadert.

C - Een. uitstekende, weerstand, tegen corrosie.

Aangezien, nergens in de stroming plaatselijke concentratie van condensaat als gevolg van drogen, in. dode hoeken of langs uitstekende randen.behoeft te worden verwacht, (zoals optreedt, bij warmtewisselaars 25 met ribben), geeft. het. ontwerp van de warmtewisselaar zelf- reeds een voldoende zekerheid dat deze voldoende weerstand, heeft tegen in de loop der tijd optredende roest.

Het name de ruimte tussen, de. bochten van de serpentines maakt een natuurlijke stroming van het condensaat. naar beneden mogelijk en ver- .

30 mindert de kans op af zetting, van corrosieve-produkten, die. worden geproduceerd. op plaatsen waar het condensaat, stagneert en vervolgens weer verdampt vdcSrdat. een nieuwe., condensatiedruppel wordt, gevormd tijdens de afwisselende verwarming-condensatieafvoer-cycles.

8403385 35

Claims (8)

1. 4. Condensatieverwarmingsketel volgens conclusie. 3 r met het kenmerk, dat. de uitlaatleiding (36) voor het condensaat ..is voorzien van een vlotter voor het verhinderen, van- afvoer. van verbrandingsgassen door deze leiding voorkomt,, wanneer, geen condensatie optreedt. 20 5 - Condensatieverwarmingsketel volgens één der voorgaande conclusies,, met het kenmerk, dat de. hulpwarmtewisselaar (28) van het type met een. ribbengroep is,, waarbij de ribben verticaal, zijn aangebracht. 6 c. Condensatieverwarmingsketel volgens conclusie 5, met het 25 kenmerk, dat. het ondereinde, van. elke ribbe van de. hulpwarmtewisselaar puntvormig is, teneinde de stroming van het condenswater te begunstigen en de. doorgang tussen, de ribben voor verbrandingsprodukten vrij te maken.
2. 7. Condensatieverwarmingsketel volgens een. der voorgaande conclusies, met. het kenmerk, dat. de. hulpwarmtewisselaar (28) wordt door-30 lopen door water uit. de verwarmingsterugvoer, waarbij het in de hulpwarmtewisselaar- opgewarmd water vervolgens door de hoofdwarmtewisselaar stroomt alvorens, het in de verwarmingsinstallatie,. wordt geleid.
3. 8. Condensatieverwarmingsketel volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het luchtdichte kanaal (26) een lucht- 8403385 51 β I m -9- dichte klep (39) heeft voor het. vergemakkelijken van de toegang tot de hulpwarmtewisselaar (28).
4. 9. Condensatieverwarmingsketel volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de hulpwarmtewisselaar is voorzien van meerdere 5 identiek, gevormde platte serpentines (46) heeft, welke zijn gemonteerd volgens een "streng"-configuratie en. welke worden gevoed met een primaire stroom uit één en dezelfde, verdeler (32).
5. 10. Condensatieverwaraingsketel. volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de hulpwarmtewisselaar vier. serpentines omvat.
6. 11. Condensatieverwarmingsketel. volgens één der conclusies 9 of 10, met. het kenmerk, dat het samenstel. van serpentines (10) in een blokvormige doos (26) is aangebracht, welke doos een luchtdicht kanaal vormt, waardoor van boven naar beneden, verbrandingsgassen,, afkomstig uit de verwarmingsketel (10) worden, geleid en welker doos. een uitlaatleiding 15 (36) voor condensaat omvat, welke lading in het onderste deel van het vat is aangebracht, waarbij het condensaat in de hulpwarmtewisselaar circuleert in dezelfde zin, als de verbrandingsgassen.
7. 12. Condensatieverwarmingsketel volgens, één der. conclusies 9 of 11, met, het kenmerk, dat. één van de tusseaschotten (42) van de doos (26) 20 met de serpentines op een zodanige wijze is aangebracht, dat deze de. bundel serpentines scheidt, waarbij een deel (44) zich bevindt in de uitlaatleiding (20") voor de verbrandingsgassen.
8. 13. Condensatieverwarmingsketel. volgens, één der voorgaande- conclusies 9-12, met. het kenmerk, dat de serpentines, zijn vervaardigd uit gladde 25 buizen, zonder ribben. 8403385