NL9201470A - Waterverhittingsapparaat. - Google Patents

Description

Waterverhittingsapparaat

De uitvinding heeft betrekking op een waterverhittingsapparaat met een door een brander beroerde, uit door heet water doorstroomde buizen gevormde warmtewisselaar.

Verbrandingswaardeapparaten, dat wil zeggen apparaten, die ook de condensatiewarmte van de brandstof benutten, van de in de aanhef vermelde soort koelen het verbrandingsgas in vergelijking met niet-condenserende verwarmingsapparaten tot een aanmerkelijk lager tempera-tuurpeil af. Daardoor wordt aan het verbrandingsgas een groter deel van de voelbare warmte, maar ook een deel van de latente warmte van het verbrandingsgas onttrokken. Aldus wordt meer warmte aan het verwarmingswater overgedragen en wordt de benutting van de brandstof en daarmee de werkingsgraad verbeterd.

Beslissend voor de aanvullende warmtewinst bij verbrandingswaardeapparaten zijn naast de temperaturen van de verwarmingsinstallaties de warmteoverdracht- en conden-satie-eigenschappen van de warmtewisselaar.

Bij aan de wand hangende gasverwarmingsapparaten met aangejaagde branders liggen de dauwpunttemperaturen bij ongeveer 53°C. Daar bij hogere temperaturen van het verbrandingsgas geen latente warmte kan worden teruggewonnen, moet voor een hoge benuttingsgraad van de installatie het verbrandingsgas worden afgekoeld tot bijna de heet water temperatuur. De warmteoverdracht geschiedt derhalve bij aanmerkelijk lager gemiddeld temperatuurverschil.

Bij waterverhitters van de in de inleiding genoemde soort zijn de buizen van de waterverhitter meestal voorzien van lamellen, om een overeenkomstig groot warmte-wisselingsoppervlak te verkrijgen. Daarbij doet zich echter het nadeel voor, dat er een aanzienlijk temperatuurverval over de van de buizen afstaande lamellen optreedt. Om dat niet te groot te laten worden, moet een beperking van de grootte van de lamellen op de koop toe worden genomen, waardoor echter de onttrekking van de warmte van de verbrandingsgassen eveneens wordt beperkt.

Verder is ook al een cilindrische warmtewisselaar uit evenwijdig opgestelde gladde buizen bekend, waarbij de verbrandingsgasspleten een geringe breedte van slechts 0,9 mm vertonen.

Bij een dergelijke warmtewisselaar doet zich echter het nadeel voor, dat deze niet geschikt is voor weinig schadelijke stoffen afgevende verbrandingssystemen met vlakken, en een serieschakeling van de buizen niet mogelijk is.

De uitvinding heeft ten doel deze nadelen te vermijden en een waterverhitter van de in de inleiding genoemde soort te verschaffen, waarbij een vergaande benutting van de warmte van de verbrandingsgassen wordt gegarandeerd en die eenvoudig kan worden vervaardigd.

Volgens de uitvinding wordt dit bereikt, doordat tussen telkens twee, in dwarsdoorsnede in hoofdzaak rechthoekige buizen, bij voorkeur glad uitgevoerde buizen, die in serie zijn geschakeld, twee golfplaten zijn opgesteld, die aan beide zijden van een gladde plaat zijn opgesteld, waarbij de golfplaten tegen de buizen aanliggen, respectievelijk daaraan zijn gelast of gesoldeerd en met de watergeleidende buizen in omtrek gesloten kanalen voor de verbrandingsgassen vormen.

Door de voorziene in omtrek gesloten verbrandingsgaskanalen wordt een zeer goede warmteoverdracht tussen de verbrandingsgassen en het in de warmtewisselaar, respectievelijk de buizen daarvan stromende water gegarandeerd. Daarbij wordt door de ontstaande honingraatachtige structuur een zeer compacte en vaste constructie, zodat de buizen zeer dunwandig kunnen worden uitgevoerd. Daardoor wordt eveneens de warmteoverdracht verbeterd. Verder wordt door de ontstaande kleine verbrandingsgaskanalen een turbulente stroming van de verbrandingsgassen in deze voortgestuwd, waardoor eveneens de warmteoverdracht van de verbrandingsgassen wordt verbeterd en een stuwing van condensaat wordt vermeden.

Door de serieschakeling van de buizen wordt het voordeel verkregen, dat wegens de hoge stroomsnelheid een goede warmteoverdracht naar het water wordt bereikt, ook zonder inbouwsels in de buizen. Bovendien is door de serieschakeling van de buizen een ontkalking in geval van onderhoudswerkzaamheden mogelijk.

Volgens een verder kenmerk van de uitvinding kan er voor zijn gezorgd, dat aan de toevoerkant van de verbrandingsgassen de golfplaten ten opzichte van de buizen over een geringe maat van ongeveer 20% van de buishoogte zijn teruggezet. Op deze manier wordt een drukverdeling in de warmtewisselaar bereikt, zoals die zich bij de bekende lamellenwarmtewisselaars voordoet. Dit wordt bepaald door de omstandigheid, dat de verbrandingsgassen, zodra ze met de ten opzichte van de golfplaten uitstekende gebieden van de buizen in aanraking komen, sterk worden afgekoeld, waardoor hun volumina zich overeenkomstig sterk, b.v. tot een derde, wordt verminderd.

Volgens een verder kenmerk van de uitvinding kan er voor zijn gezorgd, dat de indrukdiepte van de golfplaten 1 tot 1,5 mm en de afstand van de golfplaten 4 tot 6 mm bedraagt.

Daarbij kunnen de golfplaten zo zijn gecombineerd, dat de golfbergen en de golfdalen telkens tegenover elkaar liggen, zodat er een in hoofdzaak evenwijdig verloop van aan elkaar naburige golfplaten wordt verkregen.

Op deze manier ontstaan ribbelengten van de warmtewisselaar van maximaal 3 mm, waardoor de temperatuur van deze ribben slechts weinig boven de temperatuur van de buizen kan stijgen, en er ontstaat aan de ribben in de stromingsrichting van het verbrandingsgas bijna geen temperatuurverschil. Een warmtegeleiding in deze richting is daarom vrijwel niet mogelijk, waardoor het bij lamellenwarmtewisselaars bekende probleem wordt vermeden. In de verbrandingsgaskanalen wordt de dauwpunttemperatuur van het afgewerkte gas aan de koude wanden snel onderlopen en de waterdamp kan als condensaat neerslaan. Daardoor kan een hoog gedeelte van de latente warmte van het afgewerkte gas worden overgedragen.

Door de geleiding van de verbrandingsgassen in de nauwe kanalen, die door de golfplaten zijn gevormd, wordt vrijwel de gehele stralingswarmte van de brandervlammen geabsorbeerd, waardoor een weer verdampen van condensaat na de warmtewisselaar nauwelijks plaats vindt. Om ook de geringe restwarmtestraling door de warmtewisselaar te vermijden, kan er verder voor zijn gezorgd, dat de in-drukkingen van de golfplaten gekromd verlopen.

Als materiaal voor de buizen en de golfplaten alsmede de deze vasthoudende gladde platen, wordt bij voorkeur edelstaal gebruikt.

Volgens een verder kenmerk van de uitvinding kan er voor zijn gezorgd, dat de in hoofdzaak rechthoekige buizen in twee rijen zijn opgesteld.

Door deze maatregelen kan een zeer vergaande temperatuurverhoging van 30 tot 50 K worden bereikt. Dit maakt het mogelijk, een dergelijke waterverhitter ook te gebruiken voor het verwarmen van drinkwater.

Bij dergelijke doorloopwaterverhitters voor verwarming van drinkwater gaat het in de regel om betrekkelijk geringe doorstroomhoeveelheden water, waarbij een naar verhouding groter drukverlies aan de waterzijde toelaatbaar is. Daardoor kan de buisdoorsnede overeenkomstig klein worden gehouden.

Volgens een verder kenmerk van de uitvinding kan er voor zijn gezorgd, dat de koud water toevoer is aangesloten op in het stroomafwaarts van de afgewerkte gassen gelegen vlak opgestelde buizen en de telkens in een vlak opgestelde buizen in serie met elkaar verbonden zijn via omleidingen.

Met deze maatregelen wordt bereikt, dat aan de in de stroomopwaarts van de afgewerkte gassen gelegen vlakken opgestelde buizen het afgewerkte gas op vrijwel de dauw-punttemperatuur wordt afgekoeld, zodat aan de in de stroomafwaarts van de afgewerkte gassen gelegen vlakken opgestelde buizen de in de afgewerkte gassen aanwezige waterdamp condenseert en condensatiewarmte aan de buizen en daarmee aan het te verwarmen medium afgeeft.

De uitvinding wordt nu aan de h&nd van de tekening nader toegelicht. Daarbij toont:

Fig. 1 schematisch een gedeeltelijke doorsnede door een warmtewisselaar voor een waterverhitter volgens de uitvinding,

Fig. 2 een doorsnede langs de lijn II-II in Fig.

1,

Fig. 3 een onderdeel van de warmtewisselaar,

Fig. 4 een bovenaanzicht op een golfplaat,

Fig. 5 een verdere uitvoeringsvorm van een waterverhitter volgens de uitvinding, en

Fig.6 een doorsnede langs de lijn II-II in Fig. 1 bij uitvoering van de warmtewisselaar als tweelaags warmtewisselaar.

De warmtewisselaar 1 vertoont in doorsnede in hoofdzaak rechthoekige buizen 2, die via in hun eindgebie-den opgestelde omkeerplaat 3 met elkaar in serie geschakeld zijn en die tot opwarmend water leiden.

Tussen telkens twee buizen 2 zijn golfplaten 4 opgesteld en met de buizen 2 door solderen verbonden, waarbij de golfplaten 4 via een gladde plaat 5 met elkaar zijn verbonden. Daarbij geschiedt de verbinding door drukken met behulp van solderen of lassen. Daarbij ontstaat een overeenkomstige compacte warmtewisselaar constructie.

Daarbij vormen de golfplaten 4 in verbinding met de gladde plaat 5 en de buitenwanden van buizen 2 doorlopende verbrandingsgaskanalen 6 voor afgewerkt gas van een niet weergegeven gasbrander.

De indrukdiepte van de golfplaten bedraagt daarbij 1 tot 2,5 mm en de afstand van de golving 4 tot 6 mm.

Door het opstellen van de buizen 4 samen met de gladde platen 5 aan buizen 2 wordt een vergroting van het oppervlak van de buizen tot het 6 tot 8-voudige verkregen en daarmee een vergaande benutting van de warmte van de verbrandingsgassen.

Zoals te zien is uit Fig. 3, zijn de golfplaten 4 ten opzichte van buizen 2 aan de toestroomzijde van de verbrandingsgassen, die in de richting van pijl 8 stromen, iets teruggesteld, zodat de toestromende verbrandingsgassen eerst met de buizen in aanraking komen en overeenkomstig worden afgekoeld. Daardoor wordt het volume van de verbrandingsgassen kleiner, zodat de weerstand van de warmtewisselaar voor de verbrandingsgassen overeenkomstig afneemt .

De ribben 7 van golfplaten 4 vertonen, zoals te zien is in Fig. 4, een geringe kromming, waardoor de rest-warmtestraling door de warmtewisselaar wordt voorkomen.

In de uitvoeringsvorm volgens Fig. 5 is in het waterverhittingsapparaat 10 een warmtewisselaar 11 in een verhittingsschacht 20 opgesteld, waar van boven naar beneden afgewerkte gassen van een niet weergegeven aangejaagde valbrander doorheen stromen en die in het onderste gebied trechtervormig is uitgevoerd en voorzien is van een condensaatafvoer 21. Deze mondt uit in een sifon 25, waarin het condensaat wordt verzameld, waarbij deze gelijktijdig zorgt voor een afsluiting ten opzichte van de omgeving, zodat geen afgewerkt gas in de opstelruimte van de water-verhitter naar buiten kan komen. Het condensaat kan via een condensaatleiding wegstromen, als een bepaalde condensaat-spiegel in de sifon wordt overschreden. Het afgewerkte gas zelf stroomt in het onderste gebied van verhittingsschacht 20 weg via een leiding 22 voor afgewerkt gas.

Warmtewisselaar 11 bevat in twee vlakken opgestelde buizen 2', zodat een twee rijen opstelling van buizen 27 wordt verkregen, die boven elkaar zijn opgesteld. Tussen naburige paren buizen 2' zijn golfplaten 4 aangebracht, die met'telkens een gladde plaat 5 en de buizen 2' zijn verbonden, respectievelijk vastgesoldeerd.

Zoals aangegeven door pijlen 23, stroomt het water eerst door de in het stroomafwaarts van de afgewerkte gassen gelegen vlak opgestelde buizen 27 en wordt eert na doorstromen van alle in het stroomafwaarts gelegen vlak opgestelde buizen 27 omgeleid naar een in het bovenste vlak opgestelde buis 27.

Op warmtewisselaar 11 sluit een de verhittingsschacht 20 omhullende buisspiraal 24 aan, die leidt tot afgifte van warm water.

Fig. 6 toont de volgens Fig. 2 met een laag uitgevoerde warmtewisselaar als tweelaags warmtewisselaar 11, waarbij in de doorstromingsrichting van de afgewerkte gassen twefe Waterbuizen 2' achter elkaar staan.

Claims (6)

1. Waterverhittingsapparaat met een door een brander beroerde, uit door heet water doorstroomde buizen gevormde warmtewisselaar, met het kenmerk, dat tussen telkens twee, in dwarsdoorsnede in hoofdzaak rechthoekige buizen (2), bij voorkeur glad uitgevoerde buizen, die in serie zijn geschakeld, twee golfplaten (4) zijn opgesteld, die aan beide zijden van een gladde plaat (5) zijn opgesteld, waarbij golfplaten (4) tegen de buizen (2) aanliggen, respectievelijk daaraan zijn gesoldeerd of gelast en met de buizen (2) in omtrek gesloten kanalen (6) voor de verbrandingsgassen vormen.

2. Waterverhittingsapparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat aan de toestroomzijde van de verbrandingsgassen de golfplaten (4) ten opzichte van de buizen (2) over een geringe maat van ongeveer 20% van de buishoog-te zijn teruggesteld.

3. Waterverhittingsapparaat volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de indrukdiepte van de golfplaten (4) 1 tot 2,5 mm en de afstand van de golving 4 tot 6 mm bedraagt.

4. Waterverhittingsapparaat volgens een van de conclusies 1 tot 3, met het kenmerk, dat de indrukkingen van de golfplaten (4) gekromd verlopen.

5. Waterverhittingsapparaat volgens een van de conclusies 1 tot 4, met het kenmerk, dat de in hoofdzaak rechthoekige buizen (2') in twee rijen zijn opgesteld.

6. Waterverhittingsapparaat volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de koud water toevoer is aangesloten aan de in het stroomafwaarts van de afgewerkte gassen gelegen vlak opgestelde buizen (2'( en de in telkens een vlak opgestelde buizen (2') via omleidingen in serie met elkaar verbonden zijn.