КОНДЕНСАЦИОННЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК С ФАЛЬШТРУБКАМИ Российский патент 2016 года по МПК F28D7/16 

Область техники

Настоящее изобретение относится к конденсационному (конденсатному) теплообменнику с фальштрубками, а именно к конденсационному теплообменнику, снабжённому глухими фальштрубками, в котором множество конденсационно-теплообменных трубок, соединённых через водяные рубашки, служат для рекуперации скрытой теплоты циркулирующей воды, а глухие фальштрубки, введённые между конденсационно-теплообменными трубками сквозь водяные рубашки, обеспечивают распределение давления, действующего на водяные рубашки, и равномерность потока циркулирующей воды.

Известный уровень техники

В общем смысле теплообменник - это устройство, предназначенное для взаимного обмена теплом двух текучих сред, имеющих разные температуры. Теплообменники используют в различных устройствах охлаждения/нагрева, таких как водонагреватели, кондиционеры воздуха, электрогенераторы, холодильники, рециркуляторы отработанного тепла и т.п.

В конструкцию конденсационного водонагревателя, как показано на фиг. 1, входят, в частности, теплообменник ощутимой (явной) теплоты 1 пламени и газообразных продуктов сгорания топлива и теплообменник скрытой теплоты 2 продуктов горения.

В патентах Республики Корея № 390521, 386717 и др. предложен компактный теплообменник, в котором теплообменные трубки размещены внутри корпуса теплообменника и соединены через водяные ёмкости или тому подобные элементы (далее здесь называемые „водяные рубашки“), установленные на внешних сторонах корпуса.

Однако при подобной традиционной компоновке возникают проблемы, связанные с тем, что к водяным ёмкостям подсоединено одновременно всё множество теплообменных трубок, в результате чего давление воды, проходящей через теплообменные трубки, воздействующее на указанные ёмкости, возрастает, что может вызвать их деформацию, нарушение целостности или другое повреждение.

Другая проблема возникает вследствие самого факта сообщения теплообменных трубок через водяные ёмкости, при котором вода, поступая одновременно через множество теплообменных трубок в соответствующие ёмкости, создаёт в них односторонний приток, препятствуя равномерному току воды, затрудняя её циркуляцию и, как следствие, замедляя скорость подачи пользователю горячей воды или теплоносителя.

Раскрытие изобретения

Техническая задача

С учётом обозначенных выше проблем на существующем уровне техники предложено настоящее изобретение конденсационного теплообменника, снабжённого фальштрубками, в котором множество трубок конденсационного теплообмена соединено посредством водяных рубашек, за счёт чего достигается рекуперация скрытой теплоты циркулирующей воды, при этом глухие фальштрубки, проходящие сквозь водяные рубашки между конденсационно-теплообменными трубками, обеспечивают равномерность распределения давления, действующего на водяные рубашки, и тока циркулирующей воды.

Техническое решение

Для достижения поставленной выше цели в настоящем изобретении разработан конденсационный теплообменник, включающий: рабочую секцию агрегата, закрытую боковыми экранами и открытую сверху и снизу; множество теплообменных трубок, расположенных внутри пространства рабочей секции агрегата между взаимно противоположными боковыми экранами близко друг к другу с просветом для прохождения горячих газообразных продуктов горения; водяные рубашки, смонтированные на внешних торцовых плоскостях противоположных боковых экранов и соединяющие теплообменные трубки вместе таким образом, что они сообщаются между собой для пропуска потока воды; и фальштрубка, проходящая вдоль между теплообменными трубками сквозь противоположные боковые экраны рабочей секции агрегата и сквозь смонтированные на их внешних плоскостях водяные рубашки.

Предпочтительно, если теплообменные трубки разделены на множество обособленных групп, объединяемых водяными рубашками, при этом фальштрубкой может быть снабжена одна или более таких групп.

Фальштрубка предпочтительно размещается в центре соответствующей группы.

Преимущества конструкции

Согласно настоящему изобретению теплообменные трубки, горизонтально расположенные в рабочей секции теплообменника, соединены водяными рубашками для рекуперации скрытой теплоты из воды, циркулирующей в водяных рубашках. Благодаря этому возможна регенерация скрытой теплоты с использованием только теплообменных трубок без какого-либо оребрения.

Фальштрубка, проходящая между теплообменными трубками и сквозь водяные рубашки, обеспечивает равномерное распределение потока и давления воды в водяных рубашках.

Описание фигур

На фиг. 1 дан вид в поперечном разрезе конденсационного водонагревателя (водогрейного котла) с традиционным теплообменником; на фиг. 2 представлен вид в перспективе конденсационного теплообменника с фальштрубкой по изобретению; на фиг. 3 дан вид сбоку варианта реализации конденсационного теплообменника с фальштрубкой по изобретению; и на фиг. 4 даны вид спереди и вид в разрезе по линии А - А варианта реализации конденсационного теплообменника с фальштрубкой по изобретению.

Предпочтительное осуществление изобретения

Далее даётся описание предпочтительного варианта осуществления конденсационного (конденсатного) теплообменника с фальштрубкой согласно изобретению со ссылкой на сопроводительные фигуры.

В настоящем описании место нахождения горелки определено как верхняя часть теплообменника, противоположное местонахождение определено как нижняя часть теплообменника, при этом понятно, что в контексте верхняя и нижняя части могут меняться в зависимости от местоположения горелки.

Также понятно, что подача и отвод (воды), указанные в описании, могут меняться с изменением направления тока воды в зависимости от конструкции.

Конденсационный теплообменник, изображённый на фиг. 2, включает рабочую секцию агрегата 110, конденсационно-теплообменные трубки 120, через которые проходит вода, водяные рубашки 130, соединяющие теплообменные трубки 120, и фальштрубка 140, предназначенная для равномерного распределения потока и давления воды в водяных рубашках 130.

Теплообменные трубки 120 установлены горизонтально в рабочей части агрегата 110 теплообменника и соединены посредством водяных рубашек 130, обеспечивая рекуперацию скрытой теплоты из циркулирующей в водяных рубашках воды. Благодаря этому возможна регенерация скрытой теплоты только с помощью теплообменных трубок 120 без какого-либо оребрения.

В дополнение к этому, фальштрубка 140, проходящая сквозь водяные рубашки 130 между теплообменными трубками 120, обеспечивает равномерное распределение потока и давления воды внутри водяных рубашек 130.

В этих целях рабочая секция 110 теплообменника окружена спереди/сзади/справа/слева боковыми экранами и открыта сверху и снизу. Таким образом, за счёт окружения спереди/сзади/слева/справа боковыми экранами обеспечивается прохождение горячих продуктов сгорающего в топке топлива через рабочую секцию сверху вниз или наоборот.

Каждая из множества конденсатно-теплообменных трубок 120 расположена горизонтально между противоположными боковыми экранами рабочей секции агрегата 110, проходя сквозь эти боковые экраны.

Теплообменные трубки 120 размещены близко друг к другу на расстоянии, обеспечивающем при прохождении через них отработанных газов передачу тепла всем теплообменным трубкам.

Понятно, что теплообменная трубка 120 может иметь любой профиль, например, круглый, как показано на прилагаемых фигурах, или овальный.

Также, теплообменные трубки 120 могут быть как одинакового диаметра, как показано на фигурах, так и разных диаметров в зависимости от местонахождения теплообменных трубок в пределах рабочего пространства агрегата 110.

Водяные рубашки 130 смонтированы на внешних поверхностях противоположных боковых экранов рабочей секции агрегата 110 с тех сторон, куда обращены противоположные открытые концы теплообменных трубок 120. Следовательно, как показано на фиг. 2 и 3, водяные рубашки 130 размещены на противоположных боковых экранах.

Водяная рубашка 130 смонтирована таким образом, что накрывает боковой экран и открытые торцы теплообменных трубок 120, образуя замкнутый объём для циркуляции воды. За счёт этого поток воды последовательно проходит через все теплообменные трубки 120.

В одном из вариантов исполнения водяная рубашка 130, смонтированная на одном из боковых экранов, снабжена водоподводящим патрубком (IN), а водяная рубашка 130, смонтированная на противоположном боковом экране, снабжена водоотводящим патрубком (OUT).

Таким образом, вода, поступая через водоподводящий патрубок (IN), проходит внутри теплообменных трубок 120 и подаётся на водоотводящий патрубок (OUT). Вода на выходе из водоотводящего патрубка (OUT), приняв теплоту в результате теплообмена, используется как горячая вода для бытовых целей или как теплоноситель для отопления.

Фальштрубка 140 проходит вдоль между теплообменными трубками 120 сквозь противоположные боковые экраны 110 и сквозь противоположные водяные рубашки 130. Противоположные торцы фальштрубки проходят сквозь водяные рубашки и выступают вовне, исключая попадание воды.

Противоположные концы фальштрубки 140 могут быть открытыми или глухими.

Благодаря этому при замене некоторых теплообменных трубок 120 фальштрубкой, по которой вода не циркулирует, объём перетекающей воды соответственно уменьшается, снижая гидравлическое давление в водяных рубашках. Таким образом, фальштрубка служит для распределения гидравлического давления.

В дополнение к этому фальштрубка 140, проходя сквозь водяную рубашку 130, выступает вовне и таким образом делит внутреннее пространство водяной рубашки 130.

Соответственно, поток воды также разбивается на струи, обеспечивая равномерность водотока. То есть фальштрубка служит для рассечения потока воды на более мелкие струи.

Одновременно, как показано на фиг. 4, теплообменные трубки 120 предпочтительно разделены на обособленные группы G. Каждая группа G включает множество теплообменных трубок 120.

Кроме того, обособленные группы G обеспечивают равномерное прохождение отработанных газов через рабочую секцию 110 теплообменника сверху вниз и обратно.

При этом за счёт снижения скорости прохождения продуктов горения увеличивается время теплообмена, что повышает термический КПД, в то время как возможный перегрев теплообменных трубок 120 и рабочей секции 110 теплообменника создаёт опасность нарушения нормальной работы теплообменника.

Из этого следует, что теплообменные трубки предпочтительно разбивают на множество групп G, разделённых между собой некоторым просветом, обеспечивающим одновременно равномерное прохождение отходящих газов и достаточное время для теплообмена.

Если выполнен принцип разделения теплообменных трубок на множество групп G, размеры и конфигурация водяной рубашки 130 могут быть выбраны из расчёта соединения двух смежных групп G.

При этом фальштрубка 140 может быть размещена в одной или более группах G. В одну группу G могут быть включены одна или более фальштрубок 140, а при необходимости, в любой из групп G фальштрубка 140 может отсутствовать.

На фиг. 4 показан вариант компоновки с одной фальштрубкой в каждой группе G.

Причём, если фальштрубка 140 предпочтительно расположена в центре группы G, логично, если она проходит сквозь центр водяных рубашек 130, равномерно рассеивая водяные потоки во всех направлениях.

Конструкция рабочей секции 110 теплообменника рассчитана на эффект уменьшения объёма отходящих газов по мере снижения температуры при теплообмене таким образом, что площадь просвета газохода 111 постепенно сужается книзу.

Наличием сужения газохода 111 обусловлено изменение количества теплообменных трубок 120 в группах G, в силу чего фальштрубки 140 предпочтительно располагают как можно ближе к центру теплообменных трубок 120.

Промышленная применимость

Представляемое изобретение раскрыто на примере предпочтительного варианта его осуществления, при этом специалистам в данной области понятно, что модификации, дополнения и замены могут быть внесены без выхода за пределы объёма правовой защиты и технической сущности изобретения.

Таким образом, описанные выше конструктивные решения представлены для полного понимания специалистами объёма данного изобретения и во всех аспектах являются исключительно иллюстративными, но не ограничительными, при этом объём притязаний определяется формулой настоящего изобретения.

Настоящее изобретение относится к конденсационному теплообменнику с фальштрубками, в котором множество конденсационно-теплообменных трубок, соединённых через водяные рубашки, служат для рекуперации скрытой теплоты циркулирующей воды, а фальштрубки, введённые между конденсационно-теплообменными трубками сквозь водяные рубашки, обеспечивают равномерность распределения давления, действующего на водяные рубашки, и потока циркулирующей воды. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Конденсационный теплообменник, включающий: рабочую секцию (110), закрытую боковыми экранами и открытую сверху и снизу; множество теплообменных трубок (120), расположенных вдоль рабочей секции между взаимно противолежащими боковыми экранами на близком расстоянии друг от друга с просветом, обеспечивающим прохождение горячих газообразных продуктов сгорания; комплект водяных рубашек (130), смонтированных на внешних поверхностях противоположных боковых экранов рабочей секция (110) и соединяющих вместе теплообменные трубки (120), обеспечивая прохождение через них потока воды; и фальштрубку (140), проходящую между теплообменных трубок (120) сквозь противоположные боковые экраны рабочей секции (110) и сквозь смонтированные на их внешних плоскостях водяные рубашки [130].

2. Конденсационный теплообменник по п. 1, характеризующийся тем, что теплообменные трубки (120) разделены на множество обособленных групп (G); при этом водяные рубашки (130) соединяют группы (G) вместе и при этом фальштрубка (140) включена в одну или более групп (G).

3. Конденсационный теплообменник по п. 2, характеризующийся тем, что фальштрубка (140) размещена в центре соответствующей группы (G).