ТЕПЛООБМЕННИК ДЛЯ ГАЗОВОЙ ГОРЕЛКИ Российский патент 1996 года по МПК F28D7/02 F28D19/00 F28F13/12 

Настоящее изобретение относится к теплообменнику и, в частности, к теплообменнику для газового бойлера, который может сократить технологический процесс его изготовления и повысить эффективность теплообмена путем упрощения его конструкции.

Газовый бойлер является нагревательной системой для домашнего пользования, т. е. для обогревания помещения и/или подогрева воды бытового назначения, и обычно снабжен горелкой и теплообменником как основным деталями, которые определяют характеристики и конструктивное выполнение газового бойлера. Соответственно, было приложено много усилий для развития этих основных элементов конструкции для того, чтобы создать компактный, эффективный, легко изготовляемый в недорогой бойлер,
Обычный теплообменник, как показано на фиг. 1 и 2, содержит множество нагревательных труб 3, расположенных вокруг по периферии цилиндрической газовой горелки 2, которая смонтирована вертикально на внутренней центральной части корпуса 1 теплообменника, и имеет множество пламенных форсунок 2а и множество теплообменных ребер 4, приваренных снаружи по вертикали к нагревательным трубам 3 с равномерным интервалом так, чтобы увеличить поверхность теплообменника.

Газовый бойлер снабжен также днищем 5, служащим опорой для нагревательных труб 3 и соединяющим каналы для нагревающей воды и вставленным в нижнюю часть корпуса 1, головкой 6, предусмотренной для каналов нагревающей воды, перетекающей из нижней части корпуса 1, и установленной в верхней его части, и перегородкой 7 для разделения внутренней полости головки 6, обеспечивающей плавное перетекание нагревающей воды и установленной внутри головки 6.

Далее, в газовом бойлере предусмотрены также два патрубка 8 и 9, установленные в нижней части днища 5 и сообщенные с внешними патрубками (на чертеже не показано), предназначенными для входного и выходного каналов воды, керамический нагреватель 10 для поджига газовой смеси, который установлен вблизи цилиндрической газовой горелки 2, и нагнетатель 11, установленный в нижней части газовой горелки 2, для подачи газовой смеси в газовую горелку 2.

Работа обычного теплообменника приведенной выше конструкции будет объяснена ниже.

Когда газовая смесь, составленная из горючего газа и воздуха, нагнетаемая нагнетателем 11, подводится к газовой горелке 2 и от электрического источника энергии керамический нагреватель разогревается до точки воспламенения, газовая смесь поджигается. В это время проводимая по патрубку 8 вода собирается в днище 5 и раздается по множеству нагревательных труб 3, после чего собирается во внутренней полости головки 6 и благодаря этому отбирает тепло высокотемпературных горящих газов, подожженных в газовой горелке 2. Таким образом, высокотемпературный горящий газ, воспламененный в газовой горелке 2, передает тепло множеству нагревательных труб 3, множеству теплообменных ребер 4 и воде, протекающей по нагревательным трубам 3, вследствие чего вода нагревается.

Вода, собранная во внутренней полости головки 6, циркулируя, снова проходит по нагревательным трубам 3, по каналам, образованным перегородкой 7, еще раз отбирая тепло, и затем выходит к внешнему патрубку через выходной патрубок 9.

Однако, обычный теплообменник, подобный описанному выше, обладает тем недостатком, что множество теплообменных ребер 4, предназначенных для увеличения поверхности теплопередачи, должны быть приварены к поверхности трубы для плотного прилегания вкруговую по периферии тепловых труб 3, установленных вокруг цилиндрической газовой горелки 2. Днище 5 и горелка 6, предназначенные для образования водяных каналов, должны быть также приварены соответственно к нижней и верхней частям водонагревательных труб 3 для того, чтобы не допустить утечку воды, таким образом, вся конструкция усложняется, а производственный процесс изготовления и затраты растут. Более того, когда множество теплообменных ребер 4 приваривают к множеству водонагревательных труб 3, полного прилегания к поверхности труб получить практически невозможно. Соответственно, трудно осуществить сварочные операции с равным интервалом (обычно интервал 3-4 мм) между ребрами, и таким образом невозможно выдержать точность рядов теплообменных ребер 4. Вследствие этого снижается эффективность теплообмена.

Настоящее изобретение создано для преодоления недостатков, присущих уровню техники.

Техническая задача изобретения создание такого теплообменника для газового бойлера, который мог бы снизить затраты и сократить производственный процесс, а также повысить эффективность теплообмена путем упрощения конструкции теплообменника.

Согласно настоящему изобретению, это достигается тем, что теплообменник для газового бойлера, имеющих газовую горелку, содержит трубу для нагревания воды, предназначенной для обогрева помещения, причем труба навита в спираль, сконцентрированную вокруг газовой горелки, и имеет множество теплообменных ребер, образованных на внешней периферийной поверхности этой трубы.

Приведенная выше задача и достоинства настоящего изобретения станут очевидными при описании предпочтительного варианта его реализации со ссылками на сопровождающие его чертежи, на которых представлено:
фиг. 1 частично разрезанный пространственный вид обычного теплообменника для газового бойлера; фиг. 2 поперечное сечение по линии А-А на фиг. 1; фиг. 3 продольное сечение варианта реализации теплообменника для газового бойлера согласно изобретению; фиг. 4 поперечное сечение по линии В-В на фиг. 3; фиг. 5 подробное поперечное сечение части С на фиг. 4, показывающее структуру нагревательной трубы и трубы для горячей воды, согласно варианту реализации настоящего изобретения.

Согласно фиг. 3, 4, 5 теплообменник содержит цилиндрическую газовую горелку 12, имеющую множество пламенных форсунок 12а и установленную вертикально на внутренней центральной части корпуса 11, и нагревательную трубу 13, имеющую множество теплообменных ребер 13а, образованных на ней, и навитую в спираль, сконцентрированную вокруг периферии газовой горелки 12 на заранее заданном расстоянии от газовой горелки 12.

В примере реализации настоящего изобретения труба 14 для горячей воды, предназначенная для теплообмена с горячей водой, установлена внутри нагревательной трубы 13, предназначенной для подачи горячей воды, в то же время нагревательная труба 13 служит для обогрева помещения.

Цилиндрическая газовая горелка 12 закреплена на крепежной пластине 11а корпуса 11 посредством нескольких винтов 15. Нагревательная труба 13 навита вокруг газовой горелки 12 и в виде спирали, закрепленной на крепежной пластине 11а.

В частности, на внешней поверхности нагревательной трубы 13 образовано множество теплообменных ребер 13а, причем высота каждого ребра 13а и интервал между ребрами 13а получены посредством непрерывного проката (винтовой нарезной накаткой).

Более того, необходимо, чтобы внешняя поверхность трубы 14 для горячей воды, установленной внутри нагревательной трубы 13, была выполнена с нарезкой в форме спирали так, чтобы нагретая вода имела турбулентный характер течения и равномерный поток для того, чтобы увеличить поверхность теплопередачи и повысить эффективность теплообмена.

Далее, на концах соединительных труб 16 и 17, которые соответствующим образом развернуты вниз под углом 90^o к верхней и нижней частям нагревательной трубы 13, имеются соответственно входной ниппель 18, который состоит из входа 18а обогревающей воды и входа 18b горячей воды, и выходной ниппель 19, который состоит из выхода 19а обогревающей воды и выхода 19b горячей воды.

Вблизи верхней стенки корпуса 11 установлен адиабатический ресивер 20, который предупреждает сквозное истечение горящих газов через выпускное окно 23. Ресивер сообщен с нагревательной трубкой 13 и установлен на верху корпуса 11 посредством соединительных патрубков 21 и 22 таким образом, что часть воды для обогревания протекает через адиабатический ресивер 20.

Свеча зажигания 24 установлена вблизи цилиндрической газовой горелки 12, а нагнетатель 25, предназначенный для подачи газовой смеси к газовой горелке 12, прикреплен к нижней стенке горелки 12.

Работа теплообменника, согласно приведенному выше конструктивному выполнению настоящего изобретения, подробно описана ниже.

Когда газовая смесь подается в газовую горелку 12 от нагнетателя 25, совмещенного с газовой горелкой 12, а к свече зажигания 24 подводится энергия от электрического источника тока, поданная газовая смесь немедленно воспламеняется и сгорает. Горящие газы проходят через пространство между теплообменными ребрами 13а, образованными на нагревательной трубке 13, которая окружает горелку 12, передавая им тепло, и затем отводятся через выпускное окно 23.

В то же время, вода для обогрева и горячая вода, подводимые от ниппеля 18, протекает в верхнюю часть корпуса 11 через нагревательную трубу 13 и трубу 14 горячей воды соответственно, обмениваясь теплом от горящих газов. Обогревающая вода и горячая вода стекают затем вниз, к нижней части корпуса 11, по соединительной трубе 17 и, соответственно, выходят к наружным трубам через выходной ниппель 19.

Поскольку в примере реализации внешняя периферийная поверхность трубы 14 для горячей воды, установленной внутри нагревательной трубы 13, выполнена с нарезкой по спиральной форме, то поток воды для обогрева помещения приобретает турбулентный характер течения, вследствие чего увеличивается эффект теплопередачи. Длина нагревательной трубы 13 определяется по условию количества подводимого тепла, которое может быть получено из следующего выражения:
Q = U•A•ΔT_m
где Q количество подводимого тепла (Ккал/час),
U коэффициент теплопередачи (Кал/час м^2oC)
A площадь поверхности теплопередачи (м²,
ΔT_m среднеалгебраическая разность температур (^oC).

Если известно любое количество подводимого тепла, то площадь А поверхности теплопередачи, пригодной для отвода заданного количества тепла, определяется из приведенного выше выражения. После этого длина нагревательной трубы 13 может быть получена путем преобразования площади А поверхности теплопередачи.

Дополнительно, согласно настоящему изобретению, поскольку теплообменные ребра 13а образованы на внешней поверхности нагревательной трубы 13 с помощью процесса накатки, то становится возможным уменьшить высоту теплообменных ребер 13а с 3-4 миллиметров до 2 миллиметров, или меньшей, хотя их количество может быть увеличено. Соответственно, существует возможность увеличить поверхность теплообмена, при одновременном сокращении длины нагревательной трубы 13. Далее, появляется возможность решить проблему коррозии благодаря высоким, относительно известного устройства, теплообменным ребрам 13а и сделать более коротким шаг между смежными теплообменными ребрами 13а.

Из вышесказанного следует, что теплообменник для газового бойлера, согласно настоящему изобретению, более прост по конструктивному выполнению и имеет сокращенный производственный процесс изготовления по сравнению с известным теплообменником из-за того, что нагревательная труба имеет теплообменные ребра, образованные на ней, и навита в спираль. Практически настоящее изобретение позволяет снизить производственные затраты более, чем на 30% по сравнению с известным теплообменником, а также обеспечивает повышение эксплуатационной эффективности. Более того, настоящее изобретение позволяет осуществлять как обогрев помещения, так и нагрев воды, в одной комнатной конструкции теплообменника посредством установки нагревательной трубы для расхода горячей воды внутри нагревательной трубы для обогрева воды. И дополнительно к этому, согласно настоящему изобретению внешняя поверхность трубы для горячей воды выполнена со спиральной формой нарезки для того, чтобы вода для обогрева имела турбулентное течение, и тем самым намного увеличивается эффективность теплообмена.

Использование: нагрев воды для отопления и горячего водоснабжения. Сущность изобретения: теплообменник для газовой горелки содержит нагревательную трубу, навитую в спираль вокруг горелки и имеющей множество теплообменных ребер. Внутри нагревательной трубы размещена, по крайней мере, одна труба для горячей воды, которая может быть выполнена с нарезкой по спиральной форме. 1 з.п. ф-лы 5 ил.

1. Теплообменник для газовой горелки, включающий трубу для нагревания воды для обогрева помещения, расположенную на определенном расстоянии от газовой горелки, причем труба для нагрева навита в спираль и снабжена множеством теплообменных ребер, образованных на внешней периферической поверхности, отличающийся тем, что содержит по крайней мере одну трубу для горячей воды, установленную внутри трубы для нагревания воды для обогрева помещения. 2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что внешняя периферическая поверхность трубы для горячей воды выполнена с нарезкой по спиральной форме для обеспечения турбулентного характера течения воды для обогрева помещения и равномерного ее потока по трубе.