NL2031081B1 - Een doorstroomverwarmer voor het opwarmen van een vloeibaar medium - Google Patents

Abstract

De uitvinding betreft een doorstroomverwarmer voor het opwarmen van een vloeibaar medium, omvattend: 5 — een eerste en een tweede aansluitopening voor koppeling met respectievelijk een aanvoerleiding en een afvoerleiding; — een doorstroomkamer, welke doorstroomkamer zich uitstrekt van de eerste aansluitopening naar de tweede lO aansluitopening en welke de aansluitopeningen hydraulisch verbindt; — ten minste een in de doorstroomkamer aangebrachte verwarmingskamer, welke ten minste een verwarmingskamer hydraulisch gescheiden is van de doorstroomkamer en welke ten l5 minste een verwarmingskamer elk ten minste een verwarmingselement omvat, waarbij de ten minste een verwarmingskamer een buitenwand heeft welke ten minste ten dele in direct warmtewisselend contact staat met de doorstroomkamer en waarbij het ten minste een 20 verwarmingselement op afstand van de buitenwand en bij voorkeur centraal in de ten minste een verwarmingskamer aangebracht is.

Description

Een 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 zijn boilers en doorstroomverwarmers bekend. Bij doorstroomverwarmers wordt geen voorraad tapwater opgeslagen, maar wordt het tapwater pas bij een tapvraag verwarmd, tijdens het doorstromen van de doorstroomverwarmer.

Bestaande 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. Ook kan er vaak maar in een beperkt tapdebiet voorzien worden.

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 eerste en een tweede aansluitopening voor koppeling met respectievelijk een aanvoerleiding en een afvoerleiding; — een doorstroomkamer, welke doorstroomkamer zich uitstrekt van de eerste aansluitopening naar de tweede aansluitopening en welke de aansluitopeningen hydraulisch verbindt; — ten minste één in de doorstroomkamer aangebrachte verwarmingskamer, welke ten minste één verwarmingskamer hydraulisch gescheiden is van de doorstroomkamer en welke ten minste één verwarmingskamer elk ten minste éen verwarmingselement omvat, waarbij de ten minste éen verwarmingskamer een buitenwand heeft welke ten minste ten dele in direct warmtewisselend contact staat met de doorstroomkamer en waarbij het ten minste één verwarmingselement op afstand van de buitenwand en bij voorkeur centraal in de ten minste één verwarmingskamer aangebracht is.

Met een dergelijke doorstroomverwarmer wordt het doorstromende vloeibare medium zoals tapwater zeer efficiënt verwarmd. Wanneer de doorstroomverwarmer met de respectieve aansluitopeningen met een aanvoer- respectievelijk afvoerleiding gekoppeld worden, stroomt het vloeibare medium zoals bijvoorbeeld tapwater eerst vanuit de aanvoerleiding door de eerste aansluitopening naar de doorstroomkamer en vanuit daar naar de tweede aansluitopening naar de afvoerleiding. In de verwarmingskamer wordt door het ten minste één verwarmingselement een zeer hoge temperatuur bereikt. Doordat de verwarmingskamer aangrenzend is aan de doorstroomkamer, is er een warmtewisselend contact tussen de verwarmingskamer en de doorstroomkamer. Hierdoor warmt het vloeibare medium op terwijl het door de doorstoomkamer stroomt.

Doordat de verwarmingskamer niet hydraulisch verbonden is met de doorstroomkamer, staat het verwarmingselement niet in rechtstreeks contact met het vloeibare medium. Hierdoor kan een zeer hoge temperatuur van het verwarmingselement bereikt worden, wat bijvoorbeeld nodig kan zijn om voldoende stralingswarmte te genereren. Doordat de buitenwand van de verwarmingskamer een lagere temperatuur heeft, kan voorkomen worden dat er ineffectieve warmteoverdracht door convectie ontstaat doordat er gasvorming op het oppervlakte optreed, bekend als het Leidenfrost-effect.

De verwarmingskamer kan eventueel meerdere verwarmingselementen bevatten wanneer een hoger vermogen benodigd is.

De afvoer- en aanvoerleiding kunnen ook omgedraaid worden, waardoor een omgekeerde stroomrichting verkregen wordt.

Het aantal verwarmingskamers kan gevarieerd worden voor het verkrijgen van een een gelijkmatige warmteverdeling.

In een cilindrische uitvoering van de doorstroomkamer is het aantal verwarmingskamers bij voorkeur drie, zodat een gelijkmatige verwarming verkregen kan worden.

In een uitvoeringsvorm van een doorstroomverwarmer volgens de uitvinding, geschiedt de warmteoverdracht van het ten minste één verwarmingselement op het vloeibare medium hoofdzakelijk door middel van stralingswarmte.

Door het grootste deel van de verwarmingsenergie op het vloeibare medium over te dragen door middel van stralingsenergie, wordt de temperatuur van de buitenwand van de verwarmingskamer verhoudingsgewijs laag gehouden. De buitenwand van de verwarmingskamer absorbeert daarvoor bij voorkeur zeer weinig stralingswarmte, zodat de stralingswarmte het vloeibare medium en de binnenwand van de doorstroomkamer kan bereiken.

Ook een uitvoeringsvorm van een doorstroomverwarmer volgens de uitvinding, is een verwarmingskamer waarbij de ten minste één verwarmingskamer cilindrisch is en/of waarbij bij voorkeur de doorstroomkamer cilindrisch is.

Een cilindrische verwarmings- en/of doorstroomkamer geeft een zeer gelijkmatige verdeling van de warmte. Ook is het voor de doorstroming voordelig.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van een doorstroomverwarmer volgens de uitvinding, omvat de doorstroomverwarmer drie verwarmingskamers.

Door drie verwarmingskamers toe te passen wordt een efficiënte vulgraad van de doorstroomkamer verkregen en kan voldoende vermogen in het vloeibare medium aangebracht worden.

Ook volgens de uitvinding is een uitvoeringsvorm van een doorstroomverwarmer waarbij het vloeibaar medium tapwater is en waarbij de doorstroomverwarmer geconfigureerd is voor het tot maximaal 70°C opwarmen van het tapwater en waarbij het oppervlak van het deel van de buitenwand van de ten minste één verwarmingskamer dat in direct warmtewisselend staat met de doorstroomkamer gedimensioneerd is om bij maximaal vermogen van het ten minste één verwarmingselement een oppervlaktetemperatuur van de buitenwand te behouden die lager is dan het Leidenfrost-punt van het tapwater dat de doorstroomkamer doorstroomt.

Door het oppervlak van de buitenwand te dimensioneren zodanig dat de temperatuur van de buitenwand bij maximaal vermogen van het verwarmingselement het Leidenfrost- punt van het tapwater dat de doorstroomkamer doorstroomt niet overschrijdt, kan effectief voorkomen worden dat de overdrachtsefficiëntie verlaagt door het optreden van het

Leidenfrost-effect. Hierdoor kan zeer snel de gewenste tapwatertemperatuur bereikt worden, omdat de initiële opwarming niet gehinderd wordt door het Leidenfrost-effect.

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 doorstroomverwarmer volgens figuur 1.

Figuur 1 toont een axiale dwarsdoorsnede van een doorstroomverwarmer 1 volgens de uitvinding. De cilindrische behuizing 2 vormt de buitenwand van doorstroomkamer 3. Twee verwarmingskamers 4 zijn in dwarsdoorsnede getoond, de derde verwarmingskamer 5 in opzicht. In elk van de verwarmingskamers 4, 5 is een verwarmingselement 6 centraal aangebracht. Het verwarmingselement 6 raakt de buitenwand 7 5 van de verwarmingskamers 4, 5 niet. Aansluitopeningen 8 staan in hydraulisch contact met de doorstroomkamer 3.

Figuur 2 toont een schematische radiale dwarsdoorsnede van de doorstroomverwarmer 1 volgens figuur 1.

In deze doorsnede is duidelijk de cilindrische vorm van de behuizing 2 van de doorstroomkamer 3 en de verwarmingskamers 4, 5 te herkennen. In de verwarmingskamers 4, 5 zijn centraal de verwarmingselementen 6 aangebracht. Lijn I toont het doorsnedevlak van figuur 1.

Claims (5)

Conclusies

1. Een doorstroomverwarmer voor het opwarmen van een vloeibaar medium, omvattend: — een eerste en een tweede aansluitopening voor koppeling met respectievelijk een aanvoerleiding en een afvoerleiding; — een doorstroomkamer, welke doorstroomkamer zich uitstrekt van de eerste aansluitopening naar de tweede aansluitopening en welke de aansluitopeningen hydraulisch verbindt; - ten minste één in de doorstroomkamer aangebrachte verwarmingskamer, welke ten minste één verwarmingskamer hydraulisch gescheiden is van de doorstroomkamer en welke ten minste één verwarmingskamer elk ten minste één verwarmingselement omvat, waarbij de ten minste één verwarmingskamer een buitenwand heeft welke ten minste ten dele in direct warmtewisselend contact staat met de doorstroomkamer en waarbij het ten minste één verwarmingselement op afstand van de buitenwand en bij voorkeur centraal in de ten minste één verwarmingskamer aangebracht is.

2. Doorstroomverwarmer volgen conclusie 1, waarbij de warmteoverdracht van het ten minste één verwarmingselement op het vloeibare medium hoofdzakelijk door middel van stralingswarmte geschiedt.

3. Doorstroomverwarmer volgen conclusie 1 of 2, waarbij de ten minste één verwarmingskamer cilindrisch is en/of waarbij bij voorkeur de doorstroomkamer cilindrisch is.

4. Doorstroomverwarmer volgen één van de voorgaande conclusies omvattende drie verwarmingskamers.

5. Doorstroomverwarmer volgen één van de voorgaande conclusies, waarbij het vloeibaar medium tapwater is en

:

waarbij de doorstroomverwarmer geconfigureerd is voor het tot maximaal 70°C opwarmen van het tapwater en waarbij het oppervlak van het deel van de buitenwand van de ten minste één verwarmingskamer dat in direct warmtewisselend staat met de doorstroomkamer gedimensioneerd is om bij maximaal vermogen van het ten minste één verwarmingselement een oppervlaktetemperatuur van de buitenwand te behouden die lager is dan het leidenfrost-punt van het tapwater dat de doorstroomkamer doorstroomt.