NL9301274A - Hoog-rendement combiketel. - Google Patents

Description

Titel: Hoog-rendement combiketel.

De uitvinding heeft betrekking op een gasgestookte centrale verwarmingsketel met een voorziening voor levering van warm sanitairwater.

Dergelijke, zogenaamde combiketels zijn bekend en voorzien van een gasbrander, een in het traject van de rookgassen opgestelde warmtewisselaar welke is opgenomen in een gesloten CV-watercircuit met een uitgaande leiding naar radiatoren of andere ruimteverwarmingselementen en een retourleiding, waarbij de sanitairwatervoorziening is ingericht voor het indirect, via het verwarmde CV-water, opnemen van door de brander gegenereerde warmte.

Daarbij onderscheidt men ten aanzien van de wijze van verwarmen van sanitairwater het doorstroomprincipe en het voorraadprincipe. Bij een combiketel volgens het doorstroomprincipe strekt een sanitairwaterspiraal die enerzijds op het waterleidingnet is aangesloten en aan het andere einde waarvan warm water voor huishoudelijk gebruik kan worden afgetapt, zich uit door een vat dat geheel is gevuld met water uit het gesloten CV-watercircuit. Bij een combiketel volgens het voorraadprincipe is een hoeveelheid water voor huishoudelijk gebruik opgeslagen in een vat waar doorheen zich een spiraalvormig deel van de uitgaande CV-waterleiding uitstrekt.

In beide gevallen wordt sanitairwater indirect verwarmd door in de ketelwarmtewisselaar verwarmd CV-water.

De uitvinding betreft een combiketel volgens het voorraadprincipe. Bij combiketels heeft de levering van warm sanitairwater voorrang boven de ruimteverwarming, d.w.z. dat bij vraag naar sanitairwater de circulatie van verwarmd CV-water over de CV-waterspiraal in het voorraadvat wordt kortgesloten, zodat de door de brander geproduceerde warmte uitsluitend ten goede komt aan het sanitairwater. Bij vraag naar ruimteverwarming stroomt verwarmd CV-water op weg naar radiatoren echter steeds door het voorraadvat. Daarbij kan niet worden voorkomen dat ingeval, bijvoorbeeld in de winter, *s-ochtends de huis- temperatuur van 15° naar 20° moet worden verhoogd, de warmtevraag van de CV-installatie gedurende een lange periode aanhoudt, teveel warmte aan de sanitairwatervoorraad wordt toegevoerd, d.w.z. dat de temperatuur in het voorraadvat de ingestelde waarde (60°-80°C) overschrijdt. Dit leidt tot het uitschakelen van de brander en stagnering van de ruimteverwarming.

De uitvinding beoogt een combiketel waarbij dit bezwaar is vermeden.

De uitvinding berust op het inzicht dat indien de brander wordt uitgeschakeld door de thermostaat van het sanitairwatervat, tenminste zolang de circulatiepomp werkt, CV-water dat geen warmte meer ontvangt van de ketel-warmtewisselaar, warmte kan onttrekken aan het als warmte-accumulator fungerende voorraadvat totdat de temperatuur daarin zover is gedaald dat de brander weer wordt ontstoken.

Bij bekende combiketels volgens het voorraadprincipe, waarbij een spiraal welke deel uitmaakt van de CV-water toevoer aan radiatoren, gebeurt dit weliswaar eveneens, echter weinig effectief. Immers kan een spiraalvormig leidingdeel waar een grote hoeveelheid CV-water met een temperatuur van bijvoorbeeld 80°-90°C doorheen stroomt, voldoende zijn voor het op een temperatuur van 60°C brengen van relatief kleine hoeveelheid sanitairwater in het voorraadvat, echter omgekeerd is de hoeveelheid warmte die aan het sanitairwater in het boi-lervat kan worden onttrokken, ontoereikend voor een effectieve warmte-afgifte via de spiraal aan de veel grotere hoeveelheid doorstromend CV-water.

Het beoogde effect, namelijk het in voldoende mate om aan de vraag naar ruimteverwarming te voldoen zolang de brander door de thermostaat van het voorraadvat is uitgeschakeld, aan CV-water overdragen van in het met sanitairwater gevulde voorraadvat geaccumuleerde warmte, kan worden bereikt doordat bij een combiketel, welke is uitgerust met een brander en een warmte-wisselaar voor het overdragen van warmte van rookgassen aan CV-water (CV-warmtewisselaar), alsmede met een voorraadvat voor sanitairwater, volgens de uitvinding de CV-warmtewisselaar tenminste gedeeltelijk is gedompeld in sanitairwater en is ingericht voor directe warmte-uitwisseling tussen doorstromende rookgassen, doorstromend CV-water en sanitairwater in het voorraadvat.

De belangrijkste met deze maatregelen bereikte verbetering ten opzichte van de stand van de techniek is dat warmteoverdracht van rookgas op sanitairwater en op CV-water direct plaats heeft in dezelfde warmtewisselaar, hetgeen door het grotere aanwezige warmte-overdragend vermogen effectiever kan geschieden dan indirect via CV-water dat door een spiraal in een voorraadvat wordt gevoerd.

Verder is een voordeel dat, gebruik makend van dezelfde warmtewisselaar, sanitairwater direct door rookgas snel kan worden opgewarmd en daardoor de inhoud van het voorraadvat beter op temperatuur kan worden gehouden. Tevens kan bij uitgeschakelde brander beter warmte van het sanitairwater aan CV-water worden overgedragen.

Teneinde daarbij een goede warmte-afgifte van rookgassen zowel aan CV-water als aan sanitairwater te waarborgen, kan in nadere uitwerking van de uitvinding de warmte-wisselaar zijn voorzien van een rookgasdoorgang, die enerzijds wordt begrensd door een CV-waterkanaal en anderzijds door een wanddeel dat in directe aanraking is met in het voorraadvat aanwezig sanitairwater, waarbij het genoemde wanddeel althans plaatselijk in warmte-overbrengend contact is met de CV-watergang.

Het warmte-overbrengend contact tussen het wanddeel dat met sanitairwater in aanraking is enerzijds en het CV-waterkanaal anderzijds kan in nadere uitwerking van de uitvinding worden verzorgd door het verwarmde oppervlak vergrotende elementen die zich in de rookgasdoorgang uitstrekken en zowel met een CV-waterdoorgang als met het genoemde wanddeel in directe verbinding staan.

Wanneer de brander in bedrijf is stromen hete rookgassen langs de het verwarmde oppervlak vergrotende elementen en warmte wordt overgedragen zowel aan CV-water dat door de waterdoorgang stroomt als aan sanitairwater dat aan gene zijde van het genoemde wanddeel aanwezig is.

Aldus kan aan vraag naar ruimteverwarming worden voldaan terwijl tevens sanitairwater in het voorraadvat op temperatuur wordt gehouden. Bij vraag naar sanitairwater wordt, zodra de temperatuur in het voorraadvat onder een ingestelde waarde daalt, het CV-watercircuit kortgesloten, zodat alle door de brander geproduceerde warmte aan het sanitairwater ten goede komt.

Indien echter de vraag naar CV-water gedurende lange tijd aanhoudt, waarbij de door de brander geproduceerde rookgassen behalve aan het CV-water tegelijkertijd warmte afstaan aan sanitairwater in het voorraadvat, zodat de temperatuur in dat vat boven de ingestelde maximaalwaarde stijgt, wordt de brander uitgeschakeld. Het door de warmte-wisselaar stromende CV-water kan dan nog gedurende enige tijd via de genoemde het verwarmde oppervlak vergrotende elementen warmte onttrekken aan het sanitairwatervat, totdat de temperatuur daarvan zover is gedaald dat de brander weer aanslaat.

Zelfs kan, wanneer pas na verloop van een lange periode vraag naar ruimteverwarming opkomt, vooreerst worden volstaan met het alleen laten lopen van de circulatiepomp van het CV-stelsel, waarbij CV-water warmte kan onttrekken aan het sanitairwater in het voorraadvat, totdat de temperatuur daarvan zover is gedaald dat de brander aanslaat en zowel CV-water als sanitairwater door rookgassen worden verwarmd.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding kan de uit lichtmetaal vervaardigde warmtewisselaar deel uitmaken van een premix gas/lucht brander in een huis met een zijwand en een gesloten eindwand, waarbij de brander centraal binnen de zijwand is opgesteld met de verbrandingsruimte toegekeerd naar de eindwand, waarbij de rookgastrek waarin zich de het verwarmde oppervlak vergrotende elementen uitstrekken wordt begrensd door de genoemde zijwand van het huis en de in hoofdzaak coaxiaal tussen de brander en de zijwand opgestelde CV-water gang .

Door een dergelijke brander/warmtewisselaar-eenheid met het huisdeel dat door een gesloten eindwand wordt begrensd slechts gedeeltelijk reikend in een voorraadvat voor sanitair-water, waarbij dus alleen dat gedeelte van het huis, waarin zich de verbrandingskamer bevindt en de rookgassen hun hoogste temperatuur hebben, zich binnen het voorraadvat bevindt en het gedeelte van het huis, waar de rookgassen het huis verlaten, zich buiten het voorraadvat bevindt. In dit buiten het voorraadvat gelegen deel van het huis kunnen uitstromende rookgassen niet meer door warm water in het voorraadvat worden verwarmd en bewegen zij in tegenstroom met in de watergang stromend retour CV-water. Daarbij kunnen de rookgassen hun restwarmte aan het retour CV-water afstaan en worden gekoeld tot 60°-70°C. Het buiten het voorraadvat gelegen deel van de bran-der/warmtewisselaar-eenheid werkt dus als economiser en de ketel kan als HR-ketel worden aangemerkt.

Afhankelijk van de insteekdiepte van het huis in het voorraadvat kan de capaciteit van de ketel worden gevarieerd van 5 kW tot 25 kW. Dit betekent dat met één toestel het grootste deel van de markt voor wat betreft huishoudens kan worden bestreken.

De ketel volgens de uitvinding kan met overeenkomstige maten als bekende combiketels van het voorraadprincipe worden vervaardigd tegen geringere kosten en met meer gebruikscomfort dan vergelijkbare ketels. Immers kan door de directe verwarming van het sanitairwater in het voorraadvat door de rookgassen een snellere opwarming worden verkregen zodat vrijwel steeds warm sanitairwater ter beschikking staat. Verder kan de brander modulerend zijn uitgevoerd.

Ter verduidelijking van de uitvinding zal, onder verwijzing naar de tekening, een uitvoeringsvoorbeeld van de HR-com-biketel worden beschreven.

Fig. 1 is een schematisch langsdoorsnede-aanzicht van de ketel; fig. IA toont de waterloop in de CV-watergang in de warmtewisselaar volgens fig. 1; en fig. 2 toont een uitvoeringsvoorbeeld van een regelschema van de ketel volgens fig. 1.

Volgens de tekening, in het bijzonder fig. 1, reikt een brander/warmtewisselaar-samenstel 1 gedeeltelijk in een voorraadvat 2 voor sanitairwater. De insteekafstand is variabel, d.w.z. dat het samenstel 1 over een variabele afstand a buiten het vat 2 uitsteekt.

Het vat 2 is voorzien van een inlaat 3 voor koud sanitairwater S en een aftap 4 voor warm sanitairwater. Met 5 is een sensor aangegeven die de functie heeft van een maximaal-thermostaat, regelthermostaat en voorrangsthermostaat.

Het brander/warmtewisselaar-samenstel 1 omvat een bijvoorbeeld cilindrisch huis met een zijwand 6 en een gesloten eindwand 7. In het huis 6,7 zijn in hoofdzaak coaxiaal een brander 8 met een verbrandingskamer 9 en een CV-waterdoorgang 10 met een inlaat 11 voor retour-CV-water en een afvoer 12 voor verwarmd CV-water, verbonden met een ruimteverwarmer, zoals een radiator 13 (zie fig. 2).

De brander 8 is van het premix type, met een mengkamer 14 welke wordt gevoed met lucht door een ventilator 15 en gas via een leiding 16.

De CV-waterdoorgang 10 begrenst met de zijwand 6 van het huis 6,7 een rookgasgang of -trek 17 die nabij de gesloten eindwand 7 van het huis 6,7 in verbinding staat met de verbrandingskamer 9. De rookgasdoorgang 17 mondt uit in een afvoer 18, aansluitbaar op bijvoorbeeld een schoorsteen.

De waterloop in de CV-waterdoorgang 10 is schematisch weergegeven in fig. IA, d.w.z. dat retour CV-water bij 11 binnenkomt en volgens een onderbroken schroeflijntraject omhoog stroomt, naar een direct omlaag lopende afvoer 12.

De CV-waterdoorgang 10 is via zich dwars door de rookgastrek 17 uitstrekkende, het verwarmde oppervlak vergrotende uitsteeksels 19 direct verbonden met de huiszijwand 6.

De combiketel werkt als volgt:

Het voorraadvat 2 dat in verband met de opslag van drinkwater van roestvrij staal is vervaardigd ofwel aan de binnen- zijde is geëmailleerd, wordt via de inlaat 3 gevuld en bijgevuld wanneer via de aftap 4 warm water aan het vat wordt onttrokken .

Rookgas stroomt uit de verbrandingskamer 9 langs de binnenzijde van de huiseindwand 7 in de rookgasdoorgang 17 naar de afvoer 18. Daarbij staat het rookgas, dat in de verbrandingskamer 9 een temperatuur kan hebben van 1400°C, warmte direct af aan de uit lichtmetaal gegoten CV-watergang 10 en aan de huiszijwand 6, en indirect via de uitsteeksels 19.

Aldus wordt het in hoofdzaak in tegenstroom met de rookgassen stromende CV-water in de doorgang 10 en tevens het sanitairwa-ter S in het vat 2 verwarmd. Daarbij zal de huiszijwand 6 een temperatuur aannemen die 10-15°C hoger is dan de temperatuur van het sanitairwater in het vat 2. Alvorens de eenheid 1 te verlaten stroomt rookgas door het deel van het huis waar zich de mengkamer 14 van de brander bevindt en het deel van het huis dat over een afstand a, buiten het vat 2 uitsteekt. In de laatstgenoemde trajecten wordt het rookgas verder gekoeld door warmte-afgifte aan brandbaar mengsel in de mengkamer en aan instromend retour CV-water dat nog slechts een temperatuur heeft van ca. 20°C, zodat het rookgas dat in de schoorsteen komt nog slechts een temperatuur heeft van ca. 60°C.

Wanneer bij langdurige vraag naar ruimteverwarming, waarbij de brander lange tijd in bedrijf is en gedurende die tijd niet alleen warmte afgeeft aan het CV-water maar ook aan sanitairwater in het vat 2, kan de temperatuur in het vat 2 dusdanig stijgen dat via de maximaalthermostaat sensor 5 de brander wordt uitgeschakeld.

Niettemin kan uitgaand CV-water worden verwarmd en wel door afgifte via de uitsteeksels 19 van geaccumuleerde warmte uit het vat 2 totdat de temperatuur in het vat 2 zover is gedaald dat de sensor 5 het ontsteken van de brander regelt.

Zoals afgebeeld in fig. 2 kan de combiketel 1 zijn uitgevoerd met een standaard circulatiepomp 20, een standaard DC ventilator 15 en een standaard driewegklep 21 voor het kortsluiten van het CV-circuit. In plaats van gebruik te maken van en driewegklep kan ook de pomp 20 worden geschakeld in geval de radiatoren in een te verwarmen ruimte zijn voorzien van thermostaatkranen.

In de gas-toevoerleiding 12 is een gasklep 22 opgenomen geschikt voor gebruik met een electrische (vonk- of gloeibou-gie-) ontsteking.

De pomp kan worden gedreven met een nadraaitijd.

Een drietal NTC's (resistieve temperatuur sensoren) 23 of andere thermostaten zorgen voor het waarnemen van de temperatuur, op grond waarvan de maximaalbegrenzing wordt uitgevoerd, de regelthermostaat wordt gestuurd, de voorkeurregeling voor warm sanitairwater en dergelijke functies worden gestuurd.

Claims (4)

1. Combiketel, welke is uitgerust met een brander (8) en een warmte-wisselaar (10, 19, 6) voor het overdragen van warmte van rookgassen aan CV-water (CV-ketel-warmtewisselaar), alsmede met een voorraadvat (2) voor sanitairwater (S), met het kenmerk, dat de CV-warmtewisselaar (10, 19, 6) tenminste gedeeltelijk is gedompeld in sanitairwater (S) en is ingericht voor directe warmte-uitwisseling tussen doorstromende rookgassen, doorstromend CV-water en sanitairwater in het voorraadvat (2) .

2. Ketel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de warmte-wisselaar (10, 19, 6) is voorzien van een rookgasdoorgang (17), die enerzijds wordt begrensd door een CV-waterka-naal (10) en anderzijds door een wanddeel (6) dat in directe aanraking is met in het voorraadvat (2) aanwezig sanitairwater (S), waarbij het genoemde wanddeel (6) althans plaatselijk in warmte-overbrengend contact is met het CV-waterkanaal (10).

3. Ketel volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het verwarmde oppervlak vergrotende elementen (19) zich in de rookgasdoorgang (17) uitstrekken en zowel met een CV-water-doorgang (10) als met het genoemde wanddeel (6) in directe verbinding staan,

4. Ketel volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de uit lichtmetaal vervaardigde warmtewisselaar (10, 19, 6) deel uitmaakt van een premix gas/lucht brander (8) in een huis (6,7) met een zijwand (6) en een gesloten eindwand (7), waarbij de brander (8) centraal binnen de zijwand (6) is opgesteld met de verbrandingsruimte (9) toegekeerd naar de eindwand (7), waarbij de rookgasdoorgang (17) waarin zich de het verwarmde oppervlak vergrotende elementen (19) uitstrekken wordt begrensd door de genoemde zijwand (6) van het huis (6,7) en de in hoofdzaak coaxiaal tussen de brander (8) en de zijwand (6) opgestelde CV-watergang (10).