ТЕПЛООБМЕННИК, ИМЕЮЩИЙ НАПРАВЛЯЮЩУЮ ЦИРКУЛЯЦИИ Российский патент 2018 года по МПК F24H1/36 

Область техники

Настоящее изобретение относится к теплообменнику, имеющему направляющую циркуляции, и, в частности, к теплообменнику, имеющему направляющую циркуляции, которая вызывает циркуляцию, которая препятствует застою воды, которая обменивается теплом с горючим газом при высокой температуре.

В частности, настоящее изобретение относится к теплообменнику, имеющему направляющую циркуляции, которая включает в себя спиральную направляющую, с расположением на стороне порта сброса, чтобы заставить воду поступать на сторону сброса, и направляющую в форме пластины, с расположением на стороне порта впуска, чтобы заставить воду поступать на сторону сброса.

Уровень техники

Обычно бойлер, используемый дома, в офисе, на фабрике и в общественных зданиях различных типов, включает в себя горелку для подачи источника тепла (пламя и горючий газ при высокой температуре), и теплообменник, который осуществляет теплообмен между источником тепла, подаваемого горелкой, и водой.

Например, бойлер, описанный в выложенной для всеобщего ознакомления публикации патента Кореи №2013-0085090, как показано на фигурах 1 и 2, включает в себя устройство 150 сгорания, имеющее нагнетающий вентилятор 152, и порт 153 засасывания топлива, в дополнение к горелке 151, и теплообменник, с установкой ниже устройства 150 сгорания.

Теплообменник включает в себя кожух 110 бойлера, водный бак 120, верхнюю концевую пластину 121, нижнюю концевую пластину 122 и трубу 130 сгорания. В этом случае, вода, подаваемая посредством трубы 112а подачи прямоточной воды, проходит через водный бак 120, соответственно в водной камере, и затем сбрасывается к трубе 112b сброса.

Таким образом, источник тепла, такой как пламя, и горючий газ при высокой температуре, с подачей при помощи горелки 151, с присоединением к камере 111 сгорания, греет воду, при прохождении через трубу 130 сгорания. Горючий газ, тепло которого переносится благодаря воде, сбрасывается вовне посредством порта 140 сброса.

Однако в вышеупомянутом известном уровне техники, пока вода, подаваемая через трубу 112а подачи прямоточной воды, проходит через водный бак 120, в конкретном участке водного бака 120 возникает застой, такой как, например, вихревой поток или противоток.

В частности, пространство широкого потока (участок первого пространства) образуется в нижнем участке верхней концевой пластины 121, который составляет камеру 111 сгорания, при этом узкий путь потока (участок второго пространства) образуется между боковыми стенками камеры 111 сгорания и кожуха 110 бойлера, таким образом образуется серьезный застой в секции, в которую вода введена из участка второго пространства в участок первого пространства.

Таким образом, когда вода чрезмерно нагревается в локальной области, где имеется застой, возникает шум кипящей воды (то есть шум кипения, и образуются посторонние вещества, например, накипь, в области застоя, которые прикипают там к поверхности, понижая тем самым эффективность теплообмена с источником тепла; при этом возникает явление биения (то есть ± разница температуры) температур подаваемой горячей воды или сетевой воды.

Раскрытие изобретения

Техническая проблема

Настоящее изобретение направлено на предоставление теплообменника, имеющего направляющую циркуляции, которая вызывает циркуляцию для предотвращения застоя воды, обменивающейся теплом с горючим газом при высокой температуре.

Один аспект настоящего изобретения предоставляет теплообменник, имеющий направляющую циркуляции, включающий в себя: корпус теплообменника, имеющий водную камеру внутри него; порт впуска, который соединен с нижним концом корпуса теплообменника и через который вода подается в водную камеру; порт сброса, который соединен с верхним концом корпуса теплообменника, и через который вода сбрасывается из водной камеры; верхнюю трубу корпуса, с установкой на верхнем конце изнутри корпуса теплообменника, с камерой сгорания, образованной внутри; нижнюю концевую пластину, с установкой на нижнем конце внутри корпуса теплообменника; и множество труб сгорания, при этом верхний конец каждой соединен для похождения через поверхность нижнего участка верхней трубы корпуса, и нижний конец соединен для прохождения через нижнюю концевую пластину, для сброса горючего газа при высокой температуре, введенного через камеру сгорания, и при этом боковые стенки, составляющие верхнюю трубу корпуса, разнесены друг от друга вовнутрь от внутренней периферийной поверхности корпуса теплообменника, и спиральную направляющую, которая проходит по спирали, с установкой на внутренней периферийной поверхности боковых стенок.

Концы спиральной направляющей в направлении ее прохождения могут быть в контакте с внутренней периферийной поверхностью корпуса теплообменника.

Теплообменник может дополнительно включать в себя направляющую в форме пластины, которая устанавливается для пропуска труб сгорания внутрь корпуса теплообменника, и которая закрывает часть водной камеры корпуса теплообменника для инициирования потока воды для замены.

Направляющая в форме пластины может включать в себя множество поднаправляющих, и это множество поднаправляющих может быть установлено в корпусе теплообменника по высоте, с их разнесением друг от друга.

Множество поднаправляющих может включать в себя: центральную направляющую потока, с установкой с прохождением от центра корпуса теплообменника вовне на заданную длину; и периферийную направляющую потока, с прохождением от внутренней периферийной поверхности корпуса теплообменника вовнутрь на заданную длину.

Периферийная направляющая потока может быть установлена выше центральной направляющей потока.

Полезный эффект

Как описано выше, в соответствии с настоящим изобретением, направляющая циркуляции установлена в водной камере, в которой течет вода, таким образом, чтобы вода, обменивающаяся теплом с горючим газом при высокой температуре, не могла застаиваться в локальной области теплообменника.

В частности, спиральная направляющая, которая заставляет воду поступать на сторону сброса, и направляющая в форме пластины, которая заставляет воду подаваться на сторону сброса, устроены таким образом, что можно эффективно воспрепятствовать застою воды.

Поэтому не будет появляться шум от кипения воды вследствие чрезмерного нагрева области застоя, и эффективность теплообмена не будет понижаться из-за посторонних веществ, таких как накипь, которые образуются в такой области застоя, и не возникнет разницы температур в горячей воде или сетевой воде.

Описание чертежей

Фигура 1 - это вид в поперечном разрезе бойлера, в соответствии с известным уровнем техники.

Фигура 2 - это вид в перспективе теплообменника бойлера, в соответствии с известным уровнем техники.

Фигура 3 - это вид в поперечном разрезе теплообменника, имеющего направляющую циркуляции, в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фигура 4 - это вид в перспективе спиральной направляющей, в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фигура 5 - это вид в поперечном разрезе теплообменника, имеющего направляющую циркуляции, в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фигура 6 - это вид сверху направляющей в форме пластины, в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

Здесь подробно описывается теплообменник, имеющий направляющую циркуляции, в соответствии с примерными вариантами осуществления настоящего изобретения, вместе с сопроводительными чертежами.

Однако, здесь и далее, иллюстрируется нисходящий тип, в котором горелка установлена на верхней стороне для направления пламени вниз, и при этом настоящее изобретение охватывает и восходящий тип, и очевидно, что направления вверх и вниз можно свободно менять в зависимости от типа - нисходящего или восходящего.

Прежде всего, как показано на фигуре 3, в теплообменнике, имеющем направляющую циркуляции, в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, спиральная направляющая 223 показана как направляющая циркуляции, которая препятствует застою воды.

При этом теплообменник, имеющий направляющую циркуляции, в соответствии с настоящим изобретением, включает в себя корпус 210 теплообменника, имеющий водную камеру 210а внутри него, верхнюю трубу 220 корпуса, с установкой на верхнем конце корпуса 210 теплообменника, камеру 220а сгорания внутри, нижнюю пластину 230, которая закрывает нижний конец корпуса 210 теплообменника, и трубу 240 сгорания, при помощи которой сбрасывается горючий газ при высокой температуре.

В частности, настоящее изобретение включает в себя спиральную направляющую 223, с расположением на боковых стенках 221 верхней трубы 220 корпуса, в отличие от известного уровня техники, таким образом, чтобы явление застоя, такое как вихревой поток или противоток, не могло возникнуть локально в водной камере 210а внутри корпуса 210 теплообменника.

Более подробно, корпус 210 теплообменника имеет водную камеру 210а, которая является участком пространства, в котором течет вода, и который образован внутри. Корпус 210 теплообменника имеет цилиндрическую форму, например, и внутри целиком используется, как водная камера 210а.

В дополнение, порт впуска IN, через который осуществляется подача воды, установлен с соединением с нижним концом корпуса 210 теплообменника, а порт сброса OUT, через который вода сбрасывается из водной камеры 210а, установлен с соединением с верхним концом корпуса 210 теплообменника.

Таким образом, прямоточная вода при низкой температуре или сетевая циркулирующая вода вводится в водную камеру 210а внутри корпуса 210 теплообменника через порт впуска IN, и введенная прямоточная вода или сетевая циркулирующая вода нагревается посредством теплообмена, и затем сбрасывается через порт сброса OUT. Вода, сбрасываемая через порт сброса OUT, используется, как горячая вода или как сетевая вода.

Верхняя труба 220 корпуса, с установкой на верхнем конце внутреннего пространства корпуса 210 теплообменника, накрывает верхний конец открытого корпуса 210 теплообменника. Для этой цели верхняя труба 220 корпуса включает в себя цилиндрические боковые стенки 221 и поверхность 222, с расположением в нижнем участке верхней трубы 220 корпуса.

При этом имеется камера 220а сгорания во внутреннем пространстве верхней трубы 220 корпуса, с окружением боковыми стенками 221 и поверхностью 222. Горелка (см. 151 на фигуре 1) установлена в верхнем участке открытой камеры 220а сгорания для направления вниз пламени и горючего газа при высокой температуре, выработанной в горелке.

В дополнение, боковые стенки 221 верхней трубы 220 корпуса разнесены друг от друга внутри у внутренней периферийной поверхности корпуса 210 теплообменника. Таким образом, вода, введенная в пространство между ними, сбрасывается кнаружи через порт сброса OUT.

В дополнение, поверхность 222 в нижнем участке верхней трубы 220 корпуса служит в качестве верхней концевой пластины, которая закрывает верхний участок корпуса 210 теплообменника. Имеется множество монтажных отверстий сквозь поверхность 222 в нижнем участке верхней трубы 220 корпуса, таким образом, что верхний конец трубы 240 сгорания вставлен в верхнюю трубу 220 корпуса посредством такого множества монтажных отверстий.

Нижняя концевая пластина 230 устанавливается на нижнем конце внутреннего пространства корпуса 210 теплообменника и закрывает нижний конец открытого корпуса 210 теплообменника.

В дополнение, также имеется множество монтажных отверстий сквозь нижнюю концевую пластину 230, таким образом, что нижний конец трубы 240 сгорания вставлен в нижнюю концевую пластину 230, при помощи этого множества монтажных отверстий.

Число монтажных отверстий, имеющихся в нижней концевой пластине 230 такое же, как число монтажных отверстий в поверхности 222 нижнего участка верхней концевой пластины, и их расположения такие же, как и расположения монтажных отверстий, имеющихся в поверхности 222 нижнего участка верхней концевой пластины.

Таким образом, труба 240 сгорания сопряжена между поверхностью 222 нижнего участка верхней трубы 220 корпуса и нижней конечной пластиной 230, с расположением параллельно, в вертикальном направлении, таким образом, что горючий газ, выработанный в камере 220а сгорания, проходит через трубу 240 сгорания и сбрасывается наружу.

Труба 240 сгорания используется, как путь, по которому сбрасывается горючий газ при высокой температуре, и имеется множество труб 240 сгорания для гладкого сброса горючего газа, выходящего из камеры 220а сгорания, при этом множество труб 240 сгорания разнесены друг от друга и увеличивают площадь поверхности теплообмена в пределах водной камеры 210а.

В этом случае верхние концы множества труб 240 сгорания соединены друг с другом, с прохождением через поверхность 222 нижнего участка верхней трубы 220 корпуса, а нижние концы множества труб 240 сгорания соединены друг с другом, с прохождением через нижнюю концевую пластину 230. Таким образом, сбрасывается горючий газ при высокой температуре, вводимый при помощи камеры 220а сгорания, и при этой процедуре горючий газ при высокой температуре осуществляет теплообмен с водой, заполняющей водную камеру 210а.

Однако теплообменные ребра (см. 130а на фигуре 2), как известно из фигуры 2, располагаются на внутренних периферийных поверхностях труб 240 сгорания, чтобы улучшить эффективность теплообмена между горючим газом и водой.

При этом, как известно из (а) и (b) на фигуре 4 более подробно, спиральная направляющая 223 устанавливается на внутренние периферийные поверхности боковых стенок 221, что представляет собой верхнюю трубу 220 корпуса. Спиральная направляющая 223 не позволяет воде застаиваться в водной камере 210а внутри корпуса 210 теплообменника.

Для этой цели имеется спиральная направляющая 223 на внутренних периферийных поверхностях боковых стенок 221, чтобы иметь спиральную форму в направлении по высоте. В этом случае, спиральная направляющая 223 проходит от боковых стенок 221 вовнутрь на заданную длину.

Таким образом, когда вода (то есть прямоточная вода или сетевая циркулирующая вода) вводится через порт впуска IN, благодаря использованию насоса, течет в направлении вверх и возникает входящий поток воды в узком пути потока, образованном между корпусом 210 теплообменника и боковыми стенками 221 верхней концевой пластины, вода закручивается в спираль благодаря спиральной направляющей 223.

В дополнение, при сбросе воды через порт сброса OUT, при закручивании в спираль благодаря спиральной направляющей 223, текущая вода засасывается и увлекается из нижнего участка верхней трубы 220 корпуса, таким образом застой, такой как вихревой поток или противоток, в водной камере 210а корпуса 210 теплообменника, не образуется.

В частности, пространство широкого потока (первый участок пространства) образуется в нижнем участке верхней трубы 220 корпуса, представляя собой камеру 220а сгорания, при этом путь узкого потока (второй участок пространства) образуется между боковыми стенками 221 верхней трубы 220 корпуса и корпусом 210 теплообменника. Застой воды предотвращается даже в точке, в которой вода затекает в первый участок пространства из второго участка пространства.

Поэтому не будет появляться шум от кипения воды вследствие чрезмерного нагрева области застоя, и эффективность теплообмена не будет понижаться из-за посторонних веществ, таких как накипь, которые образуются в такой области застоя, и не возникнет разницы температур в горячей воде или сетевой воде.

Однако, предпочтительно, концы спиральной направляющей 223 в направлении ее прохождения могут быть в контакте со внутренней периферийной поверхностью корпуса 210 теплообменника. Таким образом, вода проходит через спиральную направляющую 223, и вода закручивается в спираль с большей силой.

Далее будет представлен теплообменник, имеющий направляющую циркуляции, в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения. Теплообменник, в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения, отличается наличием дополнительно направляющей в форме пластины, в дополнение к вышеупомянутой спиральной направляющей, в качестве направляющей циркуляции, препятствующей застою воды.

Как показано на фигуре 5, теплообменник, имеющий направляющую циркуляции, в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения, также включает в себя корпус 210 теплообменника, с водной камерой 210а, верхней трубой 220 корпуса, с камерой 220а сгорания, имеющейся внутри, нижней концевой пластиной 230, которая закрывает нижний конец корпуса 210 теплообменника, и трубу 240 сгорания, через которую сбрасывается горючий газ при высокой температуре.

В дополнение, верхняя труба 220 корпуса включает в себя боковые стенки 221 и поверхность 222, и имеется спиральная направляющая 223, с установкой на боковых стенках 221 верхней трубы 220 корпуса. Эти конфигурации повторяют таковые по первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Таким образом, прямоточная вода или сетевая циркулирующая вода, подаваемая в водную камеру 210а внутри корпуса 210 теплообменника через порт впуска IN, проходит через внутреннее пространство водной камеры 210а и сбрасывается через порт сброса OUT. При сбросе застой воды предотвращается спиральной направляющей 223.

В дополнение, пламя и горючий газ выходят через горелку, соединенную с верхней трубой 220 корпуса, и горючий газ сбрасывается наружу через трубу 240 сгорания. Таким образом, прямоточная вода или сетевая циркулирующая вода, подаваемая в водную камеру 210а, осуществляет теплообмен с пламенем и горючим газом, и нагревается; нагретая вода подается как горячая вода или сетевая вода.

При этом теплообменник, имеющий направляющую циркуляции, в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения, дополнительно включает в себя направляющую 250 в форме пластины, и направляющая 250 в форме пластины устанавливается с возможностью прохождения через нее трубы 240 сгорания внутри корпуса 210 теплообменника, и закрывает часть водной камеры 210а корпуса 210 теплообменника, чтобы инициировать поток воды для замены.

Цель инициирования направляющей 250 в форме пластины потока воды для замены, во-первых - это предотвращение застоя воды локально в конкретной области водной камеры 210а, и, во-вторых, позволить воде равномерно распределиться по водной камере 210а, для повышения эффективности теплообмена.

Таким образом, можно использовать одну или множество направляющих 250 в форме пластины, выполненных с возможностью достижения по меньшей мере двух таких целей, и их положение установки также выбирается должным образом в соответствии с формой корпуса 210 теплообменника.

Однако, очевидно, что используется множество направляющих 250 в форме пластины, а не одна направляющая 250 в форме пластины; таким образом, две вышеупомянутых цели достигаются с большей надежностью. Поэтому, направляющая 250 в форме пластины включает в себя поднаправляющие 250-1 и 250-2, и такое множество поднаправляющих 250-1 и 250-2 устанавливаются в корпусе 210 теплообменника в направлении по высоте, с разнесением друг от друга.

На фигуре 5, направляющая 250 в форме пластины включает в себя две поднаправляющих 250-1 и 250-2. Эти две поднаправляющих 250-1 и 250-2 включают в себя центральную направляющую 250-1 потока и переферийную направляющую 250-2 потока.

Центральная направляющая 250-1 потока простирается от центра корпуса 210 теплообменника наружу на заданную длину. Таким образом, вода течет через наружный периметр водной камеры 210а без центральной направляющей 250-1 внутри.

Для этой цели, как показано на (а) на фигуре 6, центральная направляющая 250-1 потока имеет форму диска с меньшим диаметром, чем у водной камеры 210а, и в центральной направляющей 250-1 имеется множество монтажных отверстий 250-1а, через которые вставлены и установлены в центральную направляющую потока 250-1 трубы 240 сгорания. Число и положение множества первых монтажных отверстий 250-1а такие же, как у труб 240 сгорания, которые проходят через центральную направляющую 250-1 потока, из множества труб 240 сгорания.

В дополнение, имеется периферийная направляющая 250-2 потока, простирающаяся от внутренней периферийной поверхности корпуса 210 теплообменника вовнутрь на заданную длину. Таким образом, вода течет через центр 250-2b водной камеры 210а без периферийной направляющей 250-2 потока внутри.

Для этой цели, как показано на (b) на фигуре 6, периферийная направляющая 250-2 потока имеет форму диска того же диаметра, что и водная камера 210а, и в периферийной направляющей 250-2а имеется множество монтажных отверстий 250-2а, через которые вставлены и установлены в периферийную направляющую потока 250-2 трубы 240 сгорания. В дополнение, имеется отверстие 250-2b потока, через которое проходит вода, и которое расположено в центре периферийной направляющей 250-2 потока.

Однако, предпочтительно, если вышеописанная периферийная направляющая 250-2 потока установлена над центральной направляющей 250-1 потока.

Когда вода проходит по периметру водной камеры 210а из-за центральной направляющей 250-1 потока, расположенной ниже периферийной направляющей 250-2 потока, а затем проходит через центр (то есть через отверстие потока) периферийной направляющей 250-2 потока, расположенной над центральной направляющей 250-1 потока, вода циркулирует, и вода направляется на периметр водной камеры 210а. Это так потому, что вода естественным образом направляется на участок, где установлена спиральная направляющая 223.

Как описано ранее, направляющая 250 в форме пластины вызывает изменение в потоке воды, подаваемой насосом, таким образом, что застой воды в локальной области водной камеры 210а не образуется.

В дополнение, там, где вода закручивается в спираль благодаря спиральной направляющей 223, установленной у порта сброса OUT, и на воду ниже спиральной направляющей 223 действует засасывающая сила, имеется направляющая 250 в форме пластины, установленная у порта впуска IN, которая направляет воду на спиральную направляющую 223. Это дополнительно препятствует застою воды.

Промышленная применимость

При том, что изобретение описано и показано со ссылкой на конкретные примерные варианты осуществления, специалисты в данной области техники понимают, что возможны различные изменения в форме и деталях, без отступления от существа и объема настоящего изобретения, в соответствии с прилагаемой формулой изобретения.

Таким образом, поскольку вышеупомянутые варианты осуществления предназначены для полного информирования специалистов в данной области техники, специалисты в данной области техники поймут, что данные варианты осуществления являются иллюстративными во всех аспектах и не имеют ограничительного характера, и настоящее изобретение определяется только формулой изобретения.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в кожухотрубчатых теплообменниках. Изобретение заключается в том, что теплообменник содержит направляющую циркуляции потока, выполненную в виде спиральной направляющей пластины, установленной на выходе потока из водяной камеры теплообменника. Технический результат – создание циркуляции потока, которая препятствует застою нагретой воды и поддержанию ее высокой температуры на выходе из теплообменника. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Теплообменник, имеющий направляющую циркуляции, содержащий:

корпус (210) теплообменника, имеющий водную камеру (210а) внутри него;

порт впуска (IN), который соединен с нижним концом корпуса (210) теплообменника и через который вода подается в водную камеру (210а);

порт сброса (OUT), который соединен с верхним концом корпуса (210) теплообменника и через который вода сбрасывается из водной камеры (210а);

верхнюю трубу (220) корпуса с установкой на верхнем конце, изнутри корпуса (210), теплообменника с камерой сгорания (220а), образованной внутри;

нижнюю концевую пластину (230) с установкой на нижнем конце внутри корпуса (210) теплообменника; и

множество труб сгорания (240), при этом верхний конец каждой соединен для прохождения через поверхность (222) нижнего участка верхней трубы (220) корпуса, и нижний конец соединен для прохождения через нижнюю концевую пластину (230) для сброса горючего газа, при высокой температуре введенного через камеру (220а) сгорания,

при этом боковые стенки (221), составляющие верхнюю трубу (220) корпуса, разнесены друг от друга вовнутрь от внутренней периферийной поверхности корпуса (210) теплообменника и имеется спиральная направляющая (223), которая проходит по спирали, с установкой на внутренних периферийных поверхностях боковых стенок (221).

2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что концы направляющей циркуляции расположены с обеспечением контакта с внутренней периферийной поверхностью корпуса (210) теплообменника.

3. Теплообменник по п.1 или 2, отличающийся тем, что он дополнительно содержит направляющую (250) в форме пластины, установленную для пропуска труб (240) сгорания внутрь корпуса (210) теплообменника и закрывающую часть водной камеры (210а) корпуса (210) теплообменника для изменения направления потока воды.

4. Теплообменник по п.3, отличающийся тем, что направляющая (250) в форме пластины содержит множество поднаправляющих (250-1, 250-2), установленных в корпусе (210) теплообменника по высоте, с их разнесением друг от друга.

5. Теплообменник по п.4, отличающийся тем, что множество поднаправляющих (250-1, 250-2) содержит:

центральную направляющую (250-1) потока, с установкой с прохождением от центра корпуса (210) теплообменника вовне на заданную длину; и

периферийную направляющую (250-2) потока, с прохождением от внутренней периферийной поверхности корпуса (210) теплообменника вовнутрь на заданную длину.

6. Теплообменник по п.5, отличающийся тем, что периферийная направляющая (250-2) потока установлена выше центральной направляющей (250-1) потока.