ТЕПЛООБМЕННИК С ОРЕБРЕННЫМИ ТРУБАМИ Российский патент 2016 года по МПК F28F13/12 F28F9/24 

Область техники

Настоящее изобретение относится к теплообменнику с оребренными трубами, в котором теплопередающее ребро присоединено к наружной поверхности трубы, чтобы обеспечить возможность теплообмена между теплоносителем, текущим внутри трубы, и продуктом сгорания, и, в частности, к теплообменнику с оребренными трубами, который способствует генерированию турбулентного потока каждого из теплоносителей, текущих внутри трубы, и продукта сгорания, проходящего между теплопередающими ребрами, чтобы ограничивать возникновение шума и улучшить тепловую эффективность.

Уровень техники

Обычно нагревательные устройства включают в себя теплообменники, в которых происходит теплообмен между продуктами сгорания и теплоносителем (нагревательная вода) путем сгорания топлива, чтобы осуществлять нагрев, используя нагретый теплоноситель, или подачу горячей воды.

В известном теплообменнике с оребренными трубами, труба, в которой вдоль ее внутреннего пространства течет теплоноситель, присоединена к теплопередающему ребру, выступающему от поверхности трубы.

Обращаясь к фиг. 1 и 2, в известном теплообменнике 1 с оребренными трубами, множество теплопередающих ребер 20 присоединены параллельно таким образом, что они разнесены относительно друг друга на заданное расстояние, к наружным поверхностям множества труб 10, каждая из которых имеет прямоугольное сечение, и в теплопередающих ребрах 20 образованы множество отверстий 21 для вставки, каждое из которых имеет форму, соответствующую форме каждой из труб 10, чтобы обеспечить возможность вставки в них труб 10. Здесь участки, где наружные поверхности труб 10 контактируют с отверстиями 21 для вставки, соединены друг с другом путем сварки. Концевые пластины 30 и 40, соответственно, присоединены к обоим концам труб 10, к которым присоединены теплопередающие ребра 20. Также в концевых пластинах 30 и 40 образованы множество отверстий 31 и 41 для вставки, каждое из которых имеет форму, соответствующую форме каждой из труб 10, чтобы обеспечить возможность вставки в них обоих концов труб 10 и их последующего присоединения путем сварки. Крышки 50 (51, 52, 53) пути потока присоединены к передней стороне концевой пластины 30, и крышки 60 (61, 62) пути потока присоединены к задней стороне концевой пластины 40, и тем самым обеспечивается изменение пути потока теплоносителя, текущего внутри труб 10. Также на крышках 51 и 53 пути потока располагаются впуск 51а и выпуск 53а для теплоносителя.

Так как теплообменник с оребренными трубами имеет высокую эффективность теплообмена в сравнении с теплообменниками других типов и простую конструкцию, может быть изготовлен теплообменник с оребренными трубами, имеющий компактные размеры. Кроме того, так как теплообменник с оребренными трубами имеет высокую массовую производительность, он широко используется для бытовых и промышленных целей, например в бойлерах и кондиционерах. Кроме того, так как теплообменник с оребренными трубами имеет небольшой размер и обеспечивает большую площадь теплопередачи, он имеет превосходную тепловую эффективность в сравнении с теплообменником, в котором используется высокоребристая или гофрированная труба.

Однако в известном теплообменнике с оребренными трубами, как иллюстрируется на фиг. 3, на нижнем конце 10а трубы 10, расположенном на стороне, на которой вводится продукт сгорания, генерируемый сгоранием в горелке 70, может создаваться локальный перегрев, ведущий к образованию пузырей В в теплоносителе, проходящем внутри трубы 10, тем самым вызывая шумы кипения. Кроме того, посторонние вещества, такие как кальций, содержащиеся в теплоносителе, налипают в некоторой области, в которой поток внутри трубы 10 замедляется, что существенно ухудшает эффективность теплообменника. В некоторых случаях область, в которой налипают посторонние вещества, может быть повреждена из-за перегрева.

Известны решения описанных выше проблем, а именно предотвращающий кипение элемент теплообменника, в который вставлены множество лопаток, которые наклонены под заданным углом, чтобы изменять путь потока нагревательной воды в трубе (нагревательная труба), раскрытый в опубликованной полезной модели Южной Кореи номер 20-1998-047520, и труба (нагревательная труба), имеющая спиральные углубления, образованные в заданной области на внутренней поверхности трубы таким образом, что нагревательная вода вращается и смешивается при прохождении через спиральные углубления, раскрытая в полезной модели Южной Кореи номер 20-1998-047521. Однако эти известные решения применимы в том случае, когда труба имеет круглое сечение. Когда вместо круглой трубы используется прямоугольная труба, имеющая относительно большую площадь теплопередачи, чтобы получить компактный теплообменник, имеющий высокую эффективность за счет дополнительно увеличенной эффективности теплообмена, то так как предотвращающий кипение элемент или спиральные углубления, раскрытые в известных документах, нелегко приспособить к внутренней части трубы, имеющей большое соотношение сторон прямоугольника, известные решения будут не применимы.

Обращаясь к фиг. 4, в известном теплообменнике с оребренными трубами каждое из теплопередающих ребер 20 имеет плоскую пластинчатую форму, и продукт сгорания линейно проходит между теплопередающими ребрами 20, расположенными параллельно рядом друг с другом. В этом случае, как показано на фиг. 5, температура на участке, на котором продукт сгорания контактирует с теплопередающим ребром 20, поддерживается на уровне Т_∞ на заданном расстоянии А от начальной точки теплопередающего ребра 20, в которой вводится продукт сгорания, и затем температура продукта сгорания изменяется до уровня Т₀. Здесь, точка, начиная с которой продукт сгорания имеет температуру Т₀, может быть названа точкой В формирования температурного граничного слоя. После точки В формирования температурного граничного слоя, температура участка, на котором продукт сгорания контактирует с теплопередающим ребром 20, становится Т₀, а при удалении продукта сгорания от теплопередающего ребра 20 температура текучей среды увеличивается до Т_∞.

В этом случае, точка, в которой продукт сгорания имеет относительно низкую температуру, выражается с помощью наклонной линии на фиг. 5. Тем самым, когда теплопередающее ребро 20 имеет плоскую пластинчатую форму, эффективность теплообмена уменьшается в области после точки В формирования температурного граничного слоя. Также, когда теплопередающие ребра 20 располагаются с узкими промежутками между ними, так что точка В формирования температурного граничного слоя располагается далеко от начальной точки теплопередающего ребра 20, увеличивается сопротивление потоку продукта сгорания, что ухудшает тепловую эффективность.

Описание изобретения

Техническая проблема

Целью настоящего изобретения является создание теплообменника с оребренными трубами, который способствует генерированию турбулентного потока теплоносителя, текущего внутри трубы теплообменника с оребренными трубами, чтобы предотвращать ухудшение тепловой эффективности и повреждение трубы, вызываемые шумами кипения из-за локального перегрева трубы и налипанием посторонних веществ, содержащихся в теплоносителе.

Другой целью настоящего изобретения является создание теплообменника с оребренными трубами, способного направлять поток продукта сгорания, проходящего между теплопередающими ребрами, в различных направлениях, чтобы способствовать генерированию турбулентного потока продукта сгорания, тем самым улучшая эффективность теплообмена.

Техническое решение

Теплообменник с оребренными трубами согласно настоящему изобретению для достижения описанных выше целей включает в себя трубы 110, через которые течет теплоноситель, причем трубы 110 располагаются параллельно на заданном расстоянии, чтобы обеспечить возможность продукту сгорания проходить через пространство между ними, и теплопередающие ребра 150, разнесенные относительно друг друга и присоединенные к наружным поверхностям труб 110 вдоль продольного направления таким образом, что теплопередающие ребра располагаются параллельно направлению потока продукта сгорания, при этом первый генерирующий турбулентный поток элемент 130 для генерирования турбулентного потока в теплоносителе располагается внутри каждой из труб 110, причем первый генерирующий турбулентный поток элемент 130 включает в себя плоскую пластинчатую часть 131, расположенную в продольном направлении трубы 110, чтобы разделять внутреннее пространство трубы на два пространства, и первый и второй направляющие элементы 132 и 133, разнесенные относительно друг друга в продольном направлении, которые выступают поочередно под наклоном от обеих боковых поверхностей плоской пластинчатой части 131.

В этом случае первый направляющий элемент 132 может располагаться под наклоном на одной поверхности плоской пластинчатой части 131, так что теплоноситель течет вверх, и второй направляющий элемент 133 может располагаться под наклоном на другой поверхности плоской пластинчатой части 131, так что теплоноситель течет вниз, и теплоноситель, вводимый в первый и второй направляющий элементы 132 и 133, затем направляется во второй и первый направляющие элементы 133 и 132, расположенные рядом с противоположной поверхностью плоской пластинчатой части 131, чтобы поочередно течь через оба пространства плоской пластинчатой части 131.

Также, впускной конец для теплоносителя первого направляющего элемента 132 может быть соединен с нижним концом плоской пластинчатой части посредством первого соединительного элемента 132а, при этом первое коммуникационное отверстие 132b, через которое текучая среда сообщается с обоими пространствами плоской пластинчатой части 131, образовано между нижним концом плоской пластинчатой части 131, первым соединительным элементом 132а и первым направляющим элементом 132, и выпускной конец для теплоносителя первого направляющего элемента 132 может располагаться на высоте рядом с верхним концом плоской пластинчатой части 131, и впускной конец для теплоносителя второго направляющего элемента 133 может быть соединен с верхним концом плоской пластинчатой части 131 посредством второго соединительного элемента 133а, при этом второе коммуникационное отверстие 133b, через которое текучая среда сообщается с обоими пространствами плоской пластинчатой части 131, образовано между верхним концом плоской пластинчатой части 131, вторым соединительным элементом 133а и вторым направляющим элементом 133, и выпускной конец для теплоносителя второго направляющего элемента 133 может располагаться на высоте рядом с нижним концом плоской пластинчатой части 131.

Также, участок плоской пластинчатой части 131 может быть вырезан и согнут в обоих направлениях плоской пластинчатой части 131, чтобы образовать первый и второй направляющие элементы 132 и 133, и текучая среда может сообщаться с обоими пространствами плоской пластинчатой части 131 через вырезанные участки первого и второго направляющих элементов 132 и 133.

Также, третий направляющий элемент 134, имеющий угол наклона, отличный от угла наклона первого направляющего элемента 132, чтобы пересекать первый направляющий элемент 132, может выступать от одной поверхности плоской пластинчатой части 131, и четвертый направляющий элемент 135, имеющий угол наклона, отличный от угла наклона второго направляющего элемента 133, чтобы пересекать второй направляющий элемент 133, может выступать от другой поверхности плоской пластинчатой части 131.

Также, части 136 и 137 для сварки могут выступать соответственно от переднего и заднего концов плоской пластинчатой части 131 в обоих направлениях и присоединены путем сварки к внутренней поверхности трубы 110.

Также, впускная труба 120а и выпускная труба 120b для теплоносителя могут располагаться на обеих сторонах труб 110 соответственно, и второй генерирующий турбулентный поток элемент 140 для генерирования турбулентного потока теплоносителя может располагаться в каждой из впускной трубы 120а и выпускной трубы 120b, причем второй генерирующий турбулентный поток элемент 140 может включать в себя пластинчатый элемент 141, расположенный в каждой из впускной трубы 120а и выпускной трубы 120b в продольном направлении, чтобы вертикально разделять внутреннее пространство каждой из впускной трубы 120а и выпускной трубы 120b, и первую и вторую наклонные части 144 и 145, которые разнесены относительно друг друга вдоль направления потока теплоносителя и образованы путем вырезания участка пластинчатого элемента 141, причем первая и вторая наклонные части 144 и 145 поочередно согнуты под наклоном в вертикальном направлении.

Также, каждая из первой и второй наклонных частей 144 и 145, располагающиеся рядом друг с другом вдоль направления потока теплоносителя, могут быть поочередно наклонены в направлениях вверх и вниз.

Также, множество жалюзийных колец 155, 156 и 157, имеющих различные размеры и углы наклона, могут располагаться на каждом из теплопередающих ребер 150 вдоль направления потока продукта сгорания, вводимого между теплопередающими ребрами, расположенными рядом друг с другом.

Также, участок теплопередающего ребра 150 может быть вырезан и согнут в одном направлении, чтобы образовать множество жалюзийных колец 155, 156 и 157, и текучая среда может сообщаться с обеими сторонами теплопередающего ребра 150 через вырезанные участки теплопередающего ребра 150.

Также, жалюзийные кольца 155, 156 и 157 располагаются в области после точки В формирования температурного граничного слоя продукта сгорания.

Также, каждая из труб 110 может иметь прямоугольное сечение, в котором сторона, параллельная направлению потока продукта сгорания, имеет длину больше, чем стороны впуска и выпуска продукта сгорания.

Полезные эффекты

В теплообменнике с оребренными трубами согласно настоящему изобретению, так как первый и второй генерирующие турбулентный поток элементы для изменения направления потока теплоносителя располагаются в трубе и в впускной и выпускной трубах для теплоносителя, это способствует генерированию турбулентного потока теплоносителя, чтобы предотвращать возникновение шумов кипения и ухудшение тепловой эффективности, вызываемые налипанием и осаждением посторонних веществ, содержащихся в теплоносителе, из-за локального перегрева трубы.

Также, так как множество жалюзийных колец, имеющих различные размеры и углы наклона, поочередно образованы в теплопередающем ребре вдоль направления потока продукта сгорания, это способствует генерированию турбулентного потока, чтобы улучшить эффективность теплообмена. Также, так как жалюзийные кольца располагаются только в области после точки формирования температурного граничного слоя теплопередающего ребра, может быть уменьшено сопротивление потоку продукта сгорания в сравнении со случаем, когда жалюзийные кольца располагаются по всему теплопередающему ребру. Также, могут быть уменьшены время и затраты на изготовление жалюзийных колец.

Также, так как тепловая эффективность теплообменника увеличивается даже при уменьшенном количестве труб в сравнении с известным теплообменником, возможно уменьшить общий объем теплообменника и тем самым изготовить его в компактном размере.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - вид в перспективе известного теплообменника с оребренными трубами.

Фиг. 2 - вид в перспективе с разделением деталей теплообменника на фиг. 1.

Фиг. 3 - вид, поясняющий проблемы генерирования шума кипения и налипания постороннего вещества в известном теплообменнике с оребренными трубами.

Фиг. 4 - вид, иллюстрирующий, каким образом продукт сгорания проходит между известными теплопередающими ребрами плоской пластинчатой формы.

Фиг. 5 - иллюстрирует температурный граничный слой.

Фиг. 6 и 7 - виды в перспективе теплообменника с оребренными трубами согласно настоящему изобретению, если смотреть с различных направлений.

Фиг. 8 - вид в перспективе с разделением деталей теплообменника на фиг. 6.

Фиг. 9 - вид в разрезе по линии А-А' на фиг. 6.

Фиг. 10 - вид в перспективе, иллюстрирующий первый генерирующий турбулентный поток элемент, расположенный в трубе, и поток теплоносителя.

Фиг. 11 - вид в разрезе, иллюстрирующий, каким образом первый генерирующий турбулентный поток элемент присоединен внутри трубы.

Фиг. 12 - вид в перспективе, иллюстрирующий второй генерирующий турбулентный поток элемент, расположенный внутри каждой из впускной трубы и выпускной трубы для теплоносителя, и поток теплоносителя.

Фиг. 13 - вид в перспективе теплопередающего ребра.

Фиг. 14 - вид, иллюстрирующий поток текучей среды, проходящей между теплопередающими ребрами.

Описание ссылочных позиций

1 Теплообменник

10 Труба

20 Теплопередающее ребро

30, 40 Концевые пластины

50, 60 Крышки пути потока

70 Горелка

100 Теплообменник

110 Труба

120а Впускная труба

120b Выпускная труба

130 Первый генерирующий турбулентный поток элемент

131 Плоская пластинчатая часть

132 Первый направляющий элемент

132а Первый соединительный элемент

132b Первое коммуникационное отверстие

133 Второй направляющий элемент

133а Второй соединительный элемент

133b Второе коммуникационное отверстие

134 Третий направляющий элемент

135 Четвертый направляющий элемент

136, 137 Части для сварки

140 Второй элемент генерирования турбулентного потока

141 Пластинчатый элемент

142 Боковая поверхность

143 Соединительная часть

144 Первая наклонная часть

145 Вторая наклонная часть

150 Теплопередающее ребро

151 Плоский пластинчатый элемент

152 Отверстие для вставки трубы

153 Отверстие для вставки впускной трубы

154 Отверстие для вставки выпускной трубы

155, 156, 157 Жалюзийные кольца

155а, 156а, 157а Коммуникационные отверстия

160, 170 Концевые пластины

180, 181, 182, 183, 190, 191, 192 Крышки пути потока

Вариант воплощения изобретения

Далее будут подробно описаны компоненты и эффекты предпочтительного варианта воплощения настоящего изобретения, со ссылкой на прилагаемые чертежи.

На фиг. 6 и 7 представлены виды в перспективе теплообменника с оребренными трубами согласно настоящему изобретению, если смотреть с различных направлений; на фиг. 8 - вид в перспективе с разделением деталей теплообменника на фиг. 6; и на фиг. 9 - вид в разрезе по линии А-А' на фиг. 6.

В теплообменнике 100 с оребренными трубами согласно настоящему изобретению турбулентный поток генерируется в потоке теплоносителя, проходящем внутри впускной трубы 120а для теплоносителя, трубы 110 и выпускной трубы 120b для теплоносителя, расположенных внутри теплообменника 100, чтобы предотвращать кипение теплоносителя и налипание посторонних веществ, которые вызываются локальным перегревом в трубе 110, и также турбулентный поток генерируется в потоке продукта сгорания, проходящего между теплопередающими ребрами 150, чтобы улучшить эффективность теплообмена между продуктом сгорания и теплопередающими ребрами 150. Ниже, вначале будет описана общая конструкция теплообменника 100, и далее будут описаны подробно конкретные компоненты согласно настоящему изобретению, способствующие генерированию турбулентного потока теплоносителя и продукта сгорания.

Обращаясь к фиг. 6-9, множество труб 110, через которые проходит теплоноситель, располагаются параллельно на заданном расстоянии. Впускная труба 120а и выпускная труба 120b для теплоносителя располагаются на обеих сторонах множества труб 110. Множество теплопередающих ребер 150 присоединены к наружным поверхностям множества труб 110, впускной трубы 120а и выпускной трубы 120b на заданном расстоянии вдоль продольного направления. Обращаясь к фиг. 14, отверстие 152 для вставки трубы, отверстие 153 для вставки впускной трубы и отверстие 154 для вставки выпускной трубы образованы в каждом из теплопередающих ребер 150, так что каждая из труб 110, впускной трубы 120а и выпускной трубы 120b вставлены в упомянутые отверстия и присоединены к ним.

Предпочтительно, труба 110 может иметь прямоугольное сечение, в котором сторона, параллельная направлению потока продукта сгорания, имеет длину больше, чем стороны впуска и выпуска продукта сгорания, чтобы обеспечить большую площадь теплопередачи.

В качестве компонента, способствующего генерированию турбулентного потока в потоке теплоносителя, циркулирующего в теплообменнике 100, первые генерирующие турбулентный поток элементы 130 присоединены внутри множества труб 110, и вторые генерирующие турбулентный поток элементы 140 присоединены внутри впускной трубы 120а и выпускной трубы 120b.

В этом варианте воплощения каждый из первых генерирующих турбулентных поток элементов 130 имеет конструкцию, обеспечивающую возможность генерирования турбулентного потока теплоносителя, проходящего через прямоугольную трубу 110, и каждый из вторых генерирующих турбулентных поток элементов 140 имеет конструкцию, обеспечивающую возможность генерирования турбулентного потока теплоносителя, проходящего через круглые впускную трубу 120а и выпускную трубу 120b. Подробно первые и вторые генерирующие турбулентный поток элементы 130 и 140 будут описаны позднее.

Концевые пластины 160 и 170 присоединены к обоим концам трубы 110, к которым присоединены теплопередающие ребра 150. Множество отверстий 161 и 171 для вставки, имеющих форму, соответствующую форме труб 110, образованы в концевых пластинах 160 и 170 соответственно. Также в концевой пластине 160, расположенной на передней стороне, образованы отверстия 162 и 163 для вставки, через которые проходит один конец каждой из впускной трубы 120а и выпускной трубы 120b. Также в концевой пластине 170, расположенной на задней стороне, образованы отверстия 172 и 173 для вставки, к которым присоединен другой конец каждой из впускной трубы 120а и выпускной трубы 120b. Оба конца трубы 110 вставлены в отверстия 161 и 171 для вставки концевых пластин 160 и 170 и присоединены к ним путем сварки. Наружные поверхности впускной трубы 120а и выпускной трубы 120b вставлены в отверстия 162 и 163 для вставки концевой пластины 160 и присоединены к ним путем сварки соответственно. Также, задние концы впускной трубы 120а и выпускной трубы 120b вставлены в отверстия 172 и 173 для вставки концевой пластины 170 и присоединены к ним путем сварки соответственно.

Крышки 180 (181 и 182) пути потока присоединены к передней стороне концевой пластины 160 и крышки 190 (191, 192 и 193) пути потока присоединены к задней стороне концевой пластины 170. Как иллюстрируется на фиг. 9, направление потока теплоносителя, вводимого через впускную трубу 120а, может поочередно изменяться на путь потока от передней стороны к задней стороне и путь потока от задней стороны к передней стороне с помощью крышек 180 и 190 пути потока, чтобы последовательно проходить через множество труб 110, и в итоге выходить через выпускную трубу 120b. Во время этого процесса протекания теплоноситель может обмениваться теплом с продуктом сгорания и тем самым нагреваться.

Далее будут описаны со ссылкой на фиг. 10 и 11 компоненты и эффекты первого генерирующего турбулентный поток элемента 130, расположенного внутри трубы 110. На фиг. 10 представлен вид в перспективе, иллюстрирующий первый генерирующий турбулентный поток элемент, расположенный в трубе, и поток теплоносителя; и на фиг. 11 представлен вид в разрезе, иллюстрирующий, каким образом первый генерирующий турбулентный поток элемент присоединен внутри трубы.

Первый генерирующий турбулентный поток элемент 130 может генерировать турбулентный поток в потоке теплоносителя, текущего вдоль внутреннего пространства труб 110, чтобы предотвращать локальный перегрев трубы 110, расположенной на стороне впуска продукта сгорания, тем самым предотвращая возникновение шумов кипения и налипание посторонних веществ.

Для этой цели первый генерирующий турбулентный поток элемент 130 имеет конструкцию, в которой плоская пластинчатая часть 131 располагается в продольном направлении трубы 110, чтобы разделять внутреннее пространство трубы 110 на два пространства, и первый и второй направляющие элементы 132 и 133 располагаются под наклоном на обеих боковых поверхностях плоской пластинчатой части 131 и разнесены относительно друг друга в продольном направлении плоской пластинчатой части 131.

Первые направляющие элементы 132 разнесены относительно друг друга на заданное расстояние на одной поверхности плоской пластинчатой части 131 и наклонены вверх относительно горизонтальной линии от переднего конца, на котором вводится теплоноситель, к заднему концу, через который проходит теплоноситель. Вторые направляющие элементы 133 разнесены относительно друг друга на заданное расстояние на другой поверхности плоской пластинчатой части 131 и наклонены вниз относительно горизонтальной линии от переднего конца, на котором вводится теплоноситель, к заднему концу, через который проходит теплоноситель.

Таким образом, первые и вторые направляющие элементы 132 и 133, имеющие углы наклона вверх и вниз, отличные друг от друга, располагаются в позициях, соответствующих друг другу, на обеих боковых сторонах плоской пластинчатой части 131. Тем самым, теплоноситель, который вводится в одно пространство плоской пластинчатой части 131, может течь вверх внутри трубы 110 под действием первого направляющего элемента 132. А теплоноситель, который вводится в другое пространство плоской пластинчатой части 131, может течь вниз внутри трубы 110 под действием второго направляющего элемента 133.

Впускной конец для теплоносителя первого направляющего элемента 132 соединен с нижним концом плоской пластинчатой части 131 посредством первого соединительного элемента 132а, при этом первое коммуникационное отверстие 132b, через которое текучая среда сообщается с обоими пространствами плоской пластинчатой части 131, образовано между нижним концом плоской пластинчатой части 131, первым соединительным элементом 132а и первым направляющим элементом 132. Выпускной конец для теплоносителя первого направляющего элемента 132 располагается рядом с верхним концом плоской пластинчатой части 131.

Впускной конец для теплоносителя второго направляющего элемента 133 соединен с верхним концом плоской пластинчатой части 131 посредством второго соединительного элемента 133а, при этом второе коммуникационное отверстие 133b, через которое текучая среда сообщается с обоими пространствами плоской пластинчатой части 131, образовано между верхним концом плоской пластинчатой части 131, вторым соединительным элементом 133а и вторым направляющим элементом 133. Выпускной конец для теплоносителя второго направляющего элемента 133 располагается рядом с нижним концом плоской пластинчатой части 131.

Согласно этой конструкции, теплоноситель, перемещающийся вверх от одной (первой) стороны плоской пластинчатой части 131 под действием первого направляющего элемента 132, может проходить через второе коммуникационное отверстие 133b, образованное на другой (второй) стороне плоской пластинчатой части 131, чтобы переместиться из одного (первого) пространства в другое (второе) пространство плоской пластинчатой части 131. Затем, теплоноситель может перемещаться вниз от другой (второй) стороны плоской пластинчатой части 131 под действием второго направляющего элемента 133, чтобы проходить через первое коммуникационное отверстие 132b, образованное на одной (первой) стороне плоской пластинчатой части 131, чтобы переместиться снова в первое пространство плоской пластинчатой части 131. Тем самым, направление потока теплоносителя может непрерывно изменяться в направлениях вверх/вниз и влево/вправо внутри трубы 110 посредством первого и второго направляющих элементов 132 и 133, и тем самым в теплоносителе может быть создан турбулентный поток, в котором текучая среда перемешивается.

Кроме того, участок плоской пластинчатой части 131 вырезан и согнут наружу, чтобы образовать участок первого направляющего элемента 132 и участок второго направляющего элемента 133 из всех участков первого и второго направляющих элементов 132, 133, которые располагаются на обеих боковых поверхностях плоской пластинчатой части 131. Например, три стороны из четырех сторон прямоугольной плоской пластинчатой части 131 вырезаются и сгибаются относительно оставшейся стороны. В этом случае, направление потока теплоносителя может изменяться на направление вверх или вниз посредством изогнутой выступающей поверхности. Кроме того, текучая среда может сообщаться с обоими пространствами плоской пластинчатой части 131 через вырезанные участки, чтобы дополнительно способствовать генерированию турбулентного потока.

Кроме того, третий направляющий элемент 134, имеющий угол наклона, отличный от угла наклона первого направляющего элемента 132, чтобы пересекать первый направляющий элемент 132, выступает от одной поверхности плоской пластинчатой части 131. Кроме того, четвертый направляющий элемент 135, имеющий угол наклона, отличный от угла наклона второго направляющего элемента 133, чтобы пересекать второй направляющий элемент 133, выступает от другой поверхности плоской пластинчатой части 131. Здесь, участок плоской пластинчатой части 131 может быть вырезан и согнут в обе стороны, чтобы образовать третий и четвертый направляющие элементы 134 и 135. Текучая среда может сообщаться с обоими пространствами плоской пластинчатой части 131 через вырезанные участки.

Тем самым, так как дополнительно на обеих боковых поверхностях плоской пластинчатой части 131 образованы третий и четвертый направляющие элементы 134 и 135, поток в направлении вверх может смешиваться с потоком в направлении вниз на каждой из обеих сторон плоской пластинчатой части 131, чтобы дополнительно способствовать генерированию турбулентного потока теплоносителя.

Далее, как иллюстрируется на фиг. 11, части 136 и 137 для сварки выступают от переднего и заднего концов плоской пластинчатой части 131 в обоих направлениях таким образом, что части 136 и 137 для сварки контактируют с внутренней поверхностью трубы 110. Части 136 и 137 для сварки присоединяются путем сварки к внутренней поверхности трубы 110. Тем самым, площадь и количество участков сварки могут быть уменьшены, чтобы упростить конструкцию первого генерирующего турбулентный поток элемента 130, присоединенного внутри трубы 110. В настоящем варианте воплощения, хотя выступающие участки частей 136 и 137 для сварки имеют полукруглую форму, выступающие участки не ограничиваются этим и могут иметь другую форму.

Далее будут описаны компоненты второго генерирующего турбулентный поток элемента 140, расположенного в впускной трубе 120а и выпускной трубе 120b. На фиг. 12 представлен вид в перспективе, иллюстрирующий второй генерирующий турбулентный поток элемент, расположенный внутри каждой из впускной трубы и выпускной трубы для теплоносителя, и поток теплоносителя.

Второй генерирующий турбулентный поток элемент 140 включает в себя пластинчатый элемент 141, расположенный в впускной трубе 120а и выпускной трубе 120b в продольном направлении, чтобы вертикально разделять внутреннее пространство каждой из впускной трубы 120а и выпускной трубы 120b, и первую и вторую наклонные части 144 и 145, которые разнесены относительно друг друга посредством соединительного элемента 143, расположенного между ними, вдоль направления потока теплоносителя, и образованы путем вырезания участка пластинчатого элемента 141 и поочередного сгибания под наклоном вырезанных участков в вертикальном направлении.

Каждая из первой и второй наклонных частей 144 и 145, располагающиеся рядом друг с другом вдоль направления потока теплоносителя, поочередно наклонены в направлениях вверх и вниз. Тем самым, как показано стрелкой на фиг. 12, теплоноситель, проходящий внутри впускной трубы 120а и выпускной трубы 120b, может иметь турбулентный поток, в котором направление потока теплоносителя поочередно изменяется в направлениях вверх и вниз посредством первой и второй наклонных частей 144 и 145 второго генерирующего турбулентный поток элемента 140.

Во втором генерирующем турбулентный поток элементе 140 обе боковые поверхности 142 пластинчатого элемента 141 вставлены в впускную трубу 120а и выпускную трубу 120b таким образом, что боковые поверхности 142 пластинчатого элемента 141 плотно прилегают к внутренней поверхности каждой из впускной трубы 120а и выпускной трубы 120b, и передний и задний концы боковых поверхностей 142 присоединены к впускной трубе 120а и выпускной трубе 120b путем сварки.

Как было описано выше, согласно настоящему изобретению, так как первый генерирующий турбулентный поток элемент 130 располагается внутри трубы 110, в которой течет теплоноситель, и второй генерирующий турбулентный поток элемент 140 располагается внутри каждой из впускной трубы 120а и выпускной трубы 120b теплоносителя, чтобы способствовать генерированию турбулентного потока теплоносителя, возможно предотвращать возникновение шумов кипения, вызываемых локальным перегревом теплоносителя, и налипание посторонних веществ, чтобы улучшить тепловую эффективность.

В настоящем варианте воплощения, хотя труба 110 имеет прямоугольную форму и каждая из впускной трубы 120а и выпускной трубы 120b имеет круглую форму, труба 110 может иметь круглую форму, а каждая из впускной трубы 120а и выпускной трубы 120b может иметь прямоугольную форму.

Далее будут описаны компоненты теплопередающего ребра 150, используемого в теплообменнике 100 согласно настоящему изобретению.

На фиг. 13 представлен вид в перспективе теплопередающего ребра, а на фиг. 14 - вид, иллюстрирующий поток текучей среды, проходящей между теплопередающими ребрами. Теплопередающее ребро 150 согласно настоящему изобретению включает в себя множество жалюзийных колец 155, 156 и 157 для генерирования турбулентного потока продукта сгорания, проходящего между теплопередающими ребрами 150, расположенными рядом друг с другом.

Участок плоского пластинчатого элемента 151, который содержит теплопередающее ребро 150, вырезается и сгибается в одном направлении, чтобы выступать и образовать множество жалюзийных колец 155, 156 и 157. Множество жалюзийных колец 155, 156 и 157 имеют различные размеры и углы наклона, вдоль направления потока продукта сгорания. Тем самым в вырезанных участках образуются коммуникационные отверстия 155а, 156а и 157а, через которые текучая среда сообщается с обоими пространствами плоского пластинчатого элемента 151. Тем самым, как иллюстрируется на фиг. 14, направление потока продукта сгорания, вводимого в пространство между теплопередающими ребрами 150, может изменяться в различных направлениях посредством жалюзийных колец 155, 156 и 157, чтобы способствовать генерированию турбулентного потока. При этом продукт сгорания может проходить через коммуникационные отверстия 155а, 156а и 157а и смешиваться в пространстве между теплопередающими ребрами 150, расположенными рядом друг с другом, тем самым дополнительно способствуя генерированию турбулентного потока.

Также настоящее изобретение отличается тем, что жалюзийные кольца 155, 156 и 157 располагаются в области С после точки В формирования температурного граничного слоя продукта сгорания. То есть так как в области А перед точкой В формирования температурного граничного слоя достаточный теплообмен возможен, когда продукт сгорания имеет ламинарный поток, и теплопередающее ребро 150 имеет плоскую форму, жалюзийные кольца 155, 156 и 157 могут располагаться только в области С после точки В формирования температурного граничного слоя продукта сгорания, чтобы обеспечить возможность генерирования турбулентного потока продукта сгорания, тем самым увеличивая эффективность теплообмена по всему теплопередающему ребру 150.

Кроме того, так как жалюзийные кольца 150, 156 и 157 располагаются только в области С после точки В формирования температурного граничного слоя теплопередающего ребра, может быть уменьшено сопротивление потоку продукта сгорания в сравнении со случаем, когда жалюзийные кольца располагаются по всему теплопередающему ребру 150. Также, могут быть уменьшены время и затраты на изготовление жалюзийных колец.

Как было описано выше, согласно настоящему изобретению, может образоваться турбулентный поток теплоносителя, проходящего через трубы 110, впускную трубу 120а и выпускную трубу 120b, под действием первого и второго генерирующих турбулентный поток элементов 130 и 140, чтобы предотвращать возникновение шумов кипения и налипание посторонних веществ. Также, так как жалюзийные кольца 155, 156 и 157, имеющие различные размеры и углы наклона, поочередно располагаются в теплопередающем ребре 150, может образоваться турбулентный поток продукта сгорания, чтобы улучшить эффективность теплообмена. Тем самым, так как тепловая эффективность теплообменника увеличивается даже при уменьшенном количестве труб 110 в сравнении с известным теплообменником, возможно уменьшить общий объем теплообменника 100 и тем самым изготовить его в компактном размере.

Настоящее изобретение относится теплообменнику с оребренными трубами, содержащему трубы, через внутреннее пространство которых течет теплоноситель и которые располагаются параллельно на одинаковом расстоянии между ними, так что продукт сгорания может проходить через пространство между трубами; и теплопередающие ребра, которые разнесены относительно друг друга и присоединены к наружной поверхности труб вдоль их продольного направления таким образом, чтобы располагаться параллельно потоку продукта сгорания. Внутри труб установлен первый генерирующий турбулентный поток элемент для создания турбулентности в потоке теплоносителя. Первый генерирующий турбулентный поток элемент содержит плоскую пластинчатую часть, расположенную в продольном направлении труб, для разделения внутреннего пространства труб на два пространства, и первые направляющие элементы и вторые направляющие элементы, которые разнесены относительно друг друга и поочередно выступают под наклоном вдоль продольного направления на обеих сторонах плоской пластинчатой части. Технический результат - повышение эффективности теплообмена путем увеличения турбулентности потока теплоносителя. 11 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Теплообменник с оребренными трубами, содержащий:
трубы (110), через которые течет теплоноситель, причем трубы (110) расположены параллельно на заданном расстоянии, чтобы обеспечить возможность продукту сгорания проходить через пространство между ними, и
теплопередающие ребра (150), разнесенные друг от друга и присоединенные к наружным поверхностям труб (110) вдоль продольного направления таким образом, что теплопередающие ребра располагаются параллельно направлению потока продукта сгорания,
причем первый генерирующий турбулентный поток элемент (130) для генерирования турбулентного потока в теплоносителе расположен внутри каждой из труб (110), причем первый генерирующий турбулентный поток элемент (130) содержит:
плоскую пластинчатую часть (131), расположенную в продольном направлении трубы (110), чтобы разделять внутреннее пространство трубы (110) на два пространства, и
первый и второй направляющие элементы (132, 133), разнесенные друг от друга в продольном направлении, чтобы выступать поочередно под наклоном от обеих боковых поверхностей плоской пластинчатой части (131).

2. Теплообменник с оребренными трубами по п. 1, в котором первый направляющий элемент (132) расположен под наклоном на одной поверхности плоской пластинчатой части (131), так что теплоноситель течет вверх, и второй направляющий элемент (133) расположен под наклоном на другой поверхности плоской пластинчатой части (131), так что теплоноситель течет вниз, и теплоноситель, вводимый в первый и второй направляющий элементы (132, 133), затем направляется во второй и первый направляющие элементы (133, 132), расположенные рядом с противоположной поверхностью плоской пластинчатой части (131), чтобы поочередно течь через оба пространства плоской пластинчатой части (131).

3. Теплообменник с оребренными трубами по п. 2, в котором впускной конец для теплоносителя первого направляющего элемента (132) соединен с нижним концом плоской пластинчатой части посредством первого соединительного элемента (132а), при этом первое коммуникационное отверстие (132b), через которое текучая среда сообщается с обоими пространствами плоской пластинчатой части (131), образовано между нижним концом плоской пластинчатой части (131), первым соединительным элементом (132а) и первым направляющим элементом (132), и выпускной конец для теплоносителя первого направляющего элемента (132) расположен на высоте рядом с верхним концом плоской пластинчатой части (131), и впускной конец для теплоносителя второго направляющего элемента (133) соединен с верхним концом плоской пластинчатой части (131) посредством второго соединительного элемента (133а), одновременно второе коммуникационное отверстие (133b), через которое текучая среда сообщается с обоими пространствами плоской пластинчатой части (131), образовано между верхним концом плоской пластинчатой части (131), вторым соединительным элементом (133а) и вторым направляющим элементом (133), и выпускной конец для теплоносителя второго направляющего элемента (133) расположен на высоте рядом с нижним концом плоской пластинчатой части (131).

4. Теплообменник с оребренными трубами по п. 1, в котором участок плоской пластинчатой части (131) вырезан и согнут в обоих направлениях плоской пластинчатой части (131), чтобы образовать первый и второй направляющие элементы (132, 133), и текучая среда сообщается с обоими пространствами плоской пластинчатой части (131) через вырезанные участки первого и второго направляющих элементов (132, 133).

5. Теплообменник с оребренными трубами по п. 1, в котором третий направляющий элемент (134), имеющий угол наклона, отличный от угла наклона первого направляющего элемента (132), чтобы пересекать первый направляющий элемент (132), выступает от одной поверхности плоской пластинчатой части (131), и четвертый направляющий элемент (135), имеющий угол наклона, отличный от угла наклона второго направляющего элемента (133), чтобы пересекать второй направляющий элемент (133), выступает от другой поверхности плоской пластинчатой части (131).

6. Теплообменник с оребренными трубами по п. 1, в котором части (136, 137) для сварки выступают соответственно от переднего и заднего концов плоской пластинчатой части (131) в обоих направлениях, и присоединены путем сварки к внутренней поверхности трубы (110).

7. Теплообменник с оребренными трубами по п. 1, в котором впускная труба (120а) и выпускная труба (120b) для теплоносителя расположены на обеих сторонах труб (110) соответственно, и второй генерирующий турбулентный поток элемент (140) для генерирования турбулентного потока теплоносителя расположен в каждой из впускной трубы (120а) и выпускной трубы (120b), причем второй генерирующий турбулентный поток элемент (140) содержит:
пластинчатый элемент (141), расположенный в каждой из впускной трубы (120а) и выпускной трубы (120b) в продольном направлении, чтобы вертикально разделять внутреннее пространство каждой из впускной трубы (120а) и выпускной трубы (120b), и
первую и вторую наклонные части (144, 145), которые разнесены относительно друг друга вдоль направления потока теплоносителя и образованы путем вырезания участка пластинчатого элемента (141), причем первая и вторая наклонные части (144, 145) поочередно согнуты под наклоном в вертикальном направлении.

8. Теплообменник с оребренными трубами по п. 7, в котором каждая из первой и второй наклонных частей (144, 145), располагающиеся рядом друг с другом вдоль направления потока теплоносителя, поочередно наклонены в направлениях вверх и вниз.

9. Теплообменник с оребренными трубами по любому из п. 1 или 7, в котором множество жалюзийных колец (155, 156, 157), имеющих различные размеры и углы наклона, расположены на каждом их теплопередающих ребер (150) вдоль направления потока продукта сгорания, вводимого между теплопередающими ребрами, расположенными рядом друг с другом.

10. Теплообменник с оребренными трубами по п. 9, в котором участок теплопередающего ребра (150) вырезается, чтобы быть согнутым в одном направлении, чтобы образовать множество жалюзийных колец (155, 156, 157), и текучая среда сообщается с обеими сторонами теплопередающего ребра (150) через вырезанные участки теплопередающего ребра (150).

11. Теплообменник с оребренными трубами по п. 9, в котором жалюзийные кольца (155, 156, 157) расположены в области после точки В формирования температурного граничного слоя продукта сгорания.

12. Теплообменник с оребренными трубами по п. 1, в котором каждая из труб (110) имеет прямоугольное сечение, в котором сторона, параллельная направлению потока продукта сгорания, имеет длину больше, чем длина сторон впуска и выпуска продукта сгорания.