ТЕПЛООБМЕННИК ДЛЯ КОТЛА И ТРУБКА ТЕПЛООБМЕННИКА Российский патент 2022 года по МПК F24H1/43 F28D7/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к теплообменникам для котлов и нагревательных устройств в целом и в частности к изготовлению трубок и узлов трубок для таких теплообменников, в частности, конденсационных теплообменников.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Функцией теплообменника является передача тепловой энергии между двумя текучими средами. Например, в случае бытовых газовых котлов функция теплообменника состоит в том, чтобы нагревать циркулирующую в нем воду, сначала от горячих дымовых газов, производимых при горении в горелке. В более традиционных котлах теплообменник предназначен для использования, по существу, только тепла, которое выделяется при сгорании газа, в то время как теплообменники для конденсационных котлов также используют скрытую теплоту конденсации, содержащуюся в дымовых газах, образующихся при сгорании.

Для извлечения тепла, содержащегося в дымовых газах, теплообменник, как правило, содержит корпус, в котором образован канал для циркуляции воды, возле которого должны протекать дымовые газы. Для обеспечения достаточного обмена между текучими средами, протекающими внутри и снаружи канала теплообменника, необходимо иметь как можно более обширную поверхность теплообмена. С этой целью в различных известных решениях вышеупомянутый канал циркуляции воды включает в себя спирально свернутую трубку или множество спирально свернутых трубок, расположенных, по существу, концентрически, причем самая внутренняя из этого множества трубка окружает горелку. В решениях первого типа узел трубок содержит некоторое количество концентрически расположенных спиральных трубок, которые действуют параллельно; то есть каждая из них проходит между впускной камерой и выпускной камерой теплообменника, предусмотренных на двух осевых концах соответствующего кожуха. В решениях второго типа узел трубок содержит некоторое количество концентрически расположенных спиральных трубок, которые соединены последовательно, в основном, через U-образные соединители, так что вода поступает в теплообменник из впускного отверстия первой трубки последовательности и выходит из теплообменника через выпуск последней трубки последовательности.

Известные теплообменники со спирально свернутыми трубками, в целом не обеспечивают гибкость с точки зрения производства, учитывая, что изготовление котлов с различной тепловой мощностью предполагает предварительную установку спиральных трубок с различными осевыми размерами. Как уже упоминалось, фактически тепловая мощность теплообменника зависит, среди прочего, от поверхности теплообмена, так что, как правило, теплообменники, рассчитанные на разные тепловые мощности, должны отличаться друг от друга в отношении оборотов различных трубок и, следовательно, в отношении осевых размеров соответствующих спиралей.

Также были предложены теплообменники, узел трубок которых формируется путем наложения или укладывания в стопу множества трубок, каждая из которых свернута так, что образует, по существу, плоскую спираль. В этих решениях два концевых участка каждой трубки, как правило, соединены с подающим коллектором и возвратным коллектором, соответственно, с параллельным соединением самих трубок. Таким образом, первый концевой участок трубки проходит от самого внутреннего витка спирали, тогда как другой концевой участок проходит полностью снаружи спирали, начиная с самого внешнего витка.

В решениях этого типа узел трубок имеет по существу модульную структуру, что позволяет простым способом составлять узлы трубок различной высоты и, следовательно, различной мощности.

В этих узлах трубок вышеупомянутый первый концевой участок частично наложен на спираль соответствующей трубки на главной поверхности спирали. Таким образом, между различными трубками, уложенными друг на друга, должны быть предусмотрены зазоры, высота которых достаточна для обеспечения возможности прохождения вышеупомянутого первого концевого участка каждой трубки к внешней стороне спирали. Эти зазоры, следовательно, являются относительно широкими, и это снижает эффективность теплообмена с дымовыми газами. В дополнение к этому теплообменник должен быть оборудован специально предусмотренными дополнительными разделительными компонентами, предназначенными для удержания различных уложенных друг на друга трубок на нужном расстоянии.

Также были предложены узлы трубок, в которых множество трубок, каждая из которых образует по существу плоскую спираль, расположены рядом друг с другом, чтобы образовывать достаточно узкие зазоры между самими трубками, что способствует повышению эффективности теплообменника. Также в этих решениях теплообменник обычно снабжен специально предусмотренными дополнительными сепараторами. В этих решениях коллектор, к которому должен быть присоединен первый концевой участок каждой трубки, должен проходить в осевом направлении внутри самого узла, то есть внутри самой внутренней спирали каждой из уложенных друг на друга трубок. Такое расположение усложняет конструкцию теплообменника и может оказать неблагоприятное влияние на его работу, учитывая, что вышеупомянутый коллектор оказывается расположенным близко к газовой горелке. В качестве альтернативы, первые концевые участки каждой трубки могут быть сформированы посредством изгиба так, чтобы они проходили в осевом направлении узла трубок, чтобы выступать из последнего на одном из двух его осевых концов, для подсоединения к расположенному снаружи коллектору. Однако решения такого типа также усложняют изготовление узла трубок, в частности, из-за того, что различные трубки (и особенно их первые концевые участки) должны иметь различную форму.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

С учетом вышеизложенного, техническая проблема, решаемая настоящим изобретением, в основном состоит в том, чтобы устранить отмеченные выше недостатки и предложить теплообменник, обеспечивающий эффективную работу, компактный, простой и экономически выгодный в изготовлении, отличающийся высокой гибкостью с точки зрения производства. Для решения указанной технической проблемы объектами изобретения являются теплообменник, в частности, конденсационного типа, и трубка теплообменника, которые обладают признаками, приведенными в приложенной формуле изобретения. Формула изобретения является неотъемлемой частью технического раскрытия, представленного в настоящем документе в отношении изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Дополнительные задачи, характеристики и преимущества настоящего изобретения станут понятными из последующего описания, приведенного со ссылкой на прилагаемые чертежи, представленные исключительно в качестве неограничивающего примера, из которых:

Фиг. 1 представляет собой схематический вид в аксонометрии трубки теплообменника в соответствии с возможными вариантами осуществления изобретения;

Фиг. 2 представляет собой схематический вид сверху трубки теплообменника в соответствии с возможными вариантами осуществления изобретения;

Фиг. 3 представляет собой схематический вид поперечного разреза по линии III-III с фиг. 2с соответствующей увеличенной деталью;

Фиг. 4 представляет собой схематический вид поперечного разреза по линии IV-IV с фиг. 2с соответствующей увеличенной деталью;

Фиг. 5 представляет собой схематический вид в аксонометрии узла трубок, содержащего множество трубок, в соответствии с возможными вариантами осуществления изобретения;

Фиг. 6 представляет собой схематический вид сверху узла трубок, содержащего множество трубок, в соответствии с возможными вариантами осуществления изобретения, с соответствующей горелкой;

Фиг. 7 представляет собой схематический вид поперечного разреза по линии VII-VII с фиг. 6;

Фиг. 8 представляет собой участок из фиг. 7 в увеличенном масштабе с соответствующей увеличенной деталью;

Фиг. 9 представляет собой схематический вид сверху узла трубок, содержащего множество трубок, в соответствии с другими возможными вариантами осуществления изобретения;

Фиг. 10 представляет собой схематический вид поперечного разреза по линии Х-Х на фиг. 9 с соответствующей увеличенной деталью;

Фиг. 11 представляет собой схематический вид сверху узла трубок, содержащего множество трубок, в соответствии с другими возможными вариантами осуществления изобретения;

Фиг. 12 представляет собой схематический вид поперечного разреза по линии XII-XII на фиг. 11 с соответствующей увеличенной деталью;

Фиг. 13 представляет собой вид в аксонометрии разреза теплообменника в соответствии с возможными вариантами осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 14 представляет собой вид с покомпонентным разделением деталей теплообменника, показанного на фиг. 13;

Фиг. 15 представляет собой вид сверху теплообменника, показанного на фиг. 13;

Фиг. 16 представляет собой схематический вид поперечного разреза по линии XVI-XVI с фиг. 15;

Фиг. 17 представляет собой вид в аксонометрии разреза теплообменника в соответствии с другими возможными вариантами осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 18 представляет собой схематический вид поперечного разреза для представления в качестве примера гидротехнического контура теплообменника с фиг. 17;

Фиг. 19 представляет собой вид в аксонометрии разреза теплообменника в соответствии с другими возможными вариантами осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 20 представляет собой схематический вид поперечного разреза для представления в качестве примера гидротехнического контура теплообменника с фиг. 19;

Фигуры 21, 22, 23, 24 и 25 представляют собой схематические виды сверху трубок теплообменника в соответствии с другими возможными вариантами осуществления изобретения;

Фиг. 26 представляет собой схематический вид в аксонометрии узла трубок, содержащего две трубки, в соответствии с возможными вариантами осуществления изобретения;

Фиг. 27 представляет собой вид с покомпонентным разделением деталей узла трубок, показанного на фиг. 26;

Фиг. 28 представляет собой схематический вид сверху узла трубок из фиг. 26; и

Фигуры 29 и 30 представляют собой схематический вид поперечного разреза по линиям XXIX-XXIX и ХХХ-ХХХ, соответственно, с фиг. 28.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Выражение «вариант осуществления» или «один вариант осуществления» и тому подобное в рамках настоящего описания предназначено для указания на то, что, по меньшей мере, одна конкретная конфигурация, структура или характеристика, описываемая в отношении данного варианта осуществления, содержится, по меньшей мере, в одном варианте осуществления. Следовательно, такие фразы, как «в варианте осуществления», «в одном варианте осуществления», «в различных вариантах осуществления» и т.п., которые могут присутствовать в различных разделах этого описания, не обязательно относятся к одному и тому же варианту осуществления, но могут, вместо этого, относиться к различным вариантам осуществления. Кроме того, конкретные структуры, конструкции или характеристики, определенные в данном описании, могут быть скомбинированы любым адекватным образом в одном или большем количестве вариантов осуществления, даже отличных от представленных. Используемые в данном документе номера позиций и пространственные ориентиры (такие как «верхний», «нижний», «вверх», «вниз», «передний», «задний», «вертикальный» и т.д.), в частности, со ссылкой на примеры на чертежах, приведены только для удобства и, следовательно, не определяют объем охраны или объем вариантов осуществления. В настоящем описании и в прилагаемой формуле изобретения общий термин «материал» следует понимать как содержащий также смеси, композиции или сплавы из набора различных материалов.

В рамках настоящего описания и приложенной формулы изобретения, и если не указано иное, термин «виток» понимается как обозначение части спирали, в частности, в основном плоской спирали, описываемой при полном или практически полном обороте вокруг полюса или оси спирали. На фигурах одинаковые номера позиций используются для обозначения элементов, которые подобны или технически эквивалентны друг другу.

На приведенных сначала фигурах 1 и 2 номером позиции 1 в целом обозначен трубопровод или трубка теплообменника, в частности, для котла, сформированная в соответствии с возможными вариантами осуществления изобретения. Трубка 1, которая может быть легко изготовлена из металлического материала, например из нержавеющей стали, имеет преимущественно в основном круглое поперечное сечение, за исключением некоторых ее участков, описанных ниже.

Трубка 1 свернута так, чтобы образовать по существу плоскую спираль, имеющую по меньшей мере, один полный виток. В различных вариантах осуществления, таких как пример, показанный на фигурах 1 и 2, трубка 1 образует спираль, которая содержит множество по существу компланарных витков, среди которых внутренний виток, обозначенный 2а, и, по меньшей мере, один дополнительный виток вокруг внутреннего витка 2а. Снова обращаясь к примеру, представленному на фигурах, по меньшей мере, один дополнительный виток включает в себя внешний виток, обозначенный 2b, и множество промежуточных витков, обозначенных 2с. В различных вариантах осуществления, таких как приведенный в качестве примера, виток или витки являются по существу круговыми.

Трубка 1 имеет первый концевой участок 3, предпочтительно, но не обязательно, в основном прямолинейный, который проходит от внутренней стороны соответствующей спирали к ее внешней стороне. В приведенном примере концевой участок 3, следовательно, отходит от внутреннего витка 2а спирали. Концевой участок 3 проходит так, чтобы, по меньшей мере, частично накладываться поверх витков 2а, 2b, 2с на главную поверхность спирали, то есть на поверхность, видимую на фигурах 1 и 2, которая здесь для простоты описания условно обозначена как «верхняя поверхность». Как будет ясно из нижеследующего описания, концевой участок 3 предпочтительно предназначен для подсоединения к соответствующему коллекторному узлу.

Трубка 1 имеет также второй концевой участок 4, предпочтительно, но не обязательно, в основном прямолинейный, который проходит снаружи соответствующей спирали, в частности, полностью по внешней стороне. В показанном неограничивающем примере концевой участок 4, следовательно, отходит от внешней спирали 2b. Как будет ясно из нижеследующего описания, концевой участок 4 также предпочтительно предназначен для подсоединения к соответствующему коллекторному узлу. В различных вариантах осуществления концевые участки 3 и 4 трубки 1 проходят, по существу, параллельно друг другу, причем концы 3а и 4а ориентированы в одном и том же направлении, хотя это не является существенной характеристикой.

Согласно настоящему изобретению трубка 1 имеет, по меньшей мере, одно поперечное углубление, которое образовано, по меньшей мере, на одном витке соответствующей спирали, и, по меньшей мере, в одно поперечное углубление, по меньшей мере, частично помещена соответствующая часть первого концевого участка 3,

В различных вариантах осуществления, в которых спираль содержит множество, по существу, компланарных витков, трубка имеет множество вышеупомянутых поперечных углублений, каждое из которых образовано в соответствующем витке из множества витков, на вышеупомянутой главной поверхности спирали, и эти поперечные углубления находятся в положениях, по существу, выровненных друг с другом, в соответствии с направлением протяженности первого концевого участка 3, образуя, таким образом, своего рода гнездо, в которое, по меньшей мере, частично помещен сам первый концевой участок 3.

В примере, показанном на фигурах 1 и 2, вышеупомянутые поперечные углубления обозначены номером позиции 6 и образованы во внутреннем витке 2а, промежуточных витках 2с и внешнем витке 2b. Углубления 6 формируются посредством соответствующих локальных деформаций трубки 1, каждая на соответствующем витке.

Как можно видеть, в частности, на видах разрезов на фигурах 3 и 4, при вышеупомянутых локальных деформациях, то есть в соответствующих углублениях 6, трубка 1 имеет в основном профиль, по меньшей мере, частично сплющенный или уплощенный, относительно ее преобладающего профиля, который, как уже было упомянуто, является в примере, в основном, круглым. Следует отметить, что локальная деформация формируется таким образом, чтобы не приводить к существенному уменьшению сечения прохода для теплоносителя, который циркулирует в трубке 1.

В различных предпочтительных вариантах осуществления первый концевой участок 3 трубки 1 содержит, по меньшей мере, один сегмент трубки, который также имеет в основном уплощенный или сдавленный профиль по отношению к преобладающему профилю самой трубки, по меньшей мере, в области, соответствующей углублению или углублениям 6, предусмотренным в каждом витке. Также эта конфигурация может быть ясно различима на фигурах 3 и 4, где вышеупомянутый сегмент трубки обозначен номером позиции 30. По существу уплощенный профиль сегмента 30 также получается путем локальной деформации трубки 1, имеющей длину, по меньшей мере, равную части концевого участка 3, который наложен на спираль. Эта локальная деформация, следовательно, также содержит, по существу, поперечное углубление трубки 1 на сегменте 30, причем это углубление обозначено номером позиции 30а на фиг. З. Эта локальная деформация трубки 1 также образована так, чтобы не приводить к существенному уменьшению сечения прохода для теплоносителя. В предпочтительных вариантах осуществления углубления 6 и 30а подразумевают уплощение трубки 1, которое составляет приблизительно половину высоты ее поперечного сечения, что позволяет в целом поддерживать исходную высоту поперечного сечения трубки 1.

Углубления 6 и/или 30а могут быть выполнены путем локальной деформации или сжатия трубки, даже после того, как она свернута в спираль. Например, возможный способ изготовления трубки 1 предусматривает, что после того, как она была свернута в спираль, в концевой участок 3 вставляется съемный опорный сердечник (при необходимости, имеющий профиль, достаточный для создания углубления 30а), и затем трубку локально сдавливают, например, с помощью пресса или тому подобного, нажимая, по меньшей мере, часть концевого участка 30, содержащую опорный сердечник, на нижележащий виток или витки самой трубки 1 так, чтобы образовать углубление или углубления 6 (при этой же операции также может быть, при необходимости, образовано углубление 30а в сегменте 30); затем сердечник извлекают из участка 3.

В различных вариантах осуществления деформированный сегмент 30 представляет собой промежуточный сегмент концевого участка 3, или, в любом случае, такой, что соответствующий конец За (фиг. 1) трубки 1 будет сохранять исходное поперечное сечение, в данном случае, по существу, круглое. В других вариантах осуществления весь участок 30 или по существу весь участок 30 деформируют или сдавливают так, что он принимает вышеупомянутый, по существу, уплощенный профиль. Какое-либо сдавливание второго концевого участка 4 не требуется, следовательно, он имеет исходное или преобладающее круглое поперечное сечение трубки 1.

Как можно понять, наличие углублений За и 6 позволяет трубке 1 сохранять высоту, понимаемую как расстояние для заполнения между двумя главными поверхностями соответствующей спирали, - по существу постоянной, даже в области, где концевой участок 3 накладывается на витки. Как будет ясно показано ниже, эта особенность позволяет устанавливать множество трубок 1 одна поверх другой в положениях, очень близких друг к другу.

На фигурах 5 и 6 представлены схематические изображения пакета или узла 10 трубок для теплообменника, полученного путем наложения или укладывания в стопку друг на друга множества трубок согласно изобретению, которые предпочтительно являются одинаковыми. В приведенном примере каждая трубка 1 (кроме самой нижней трубки из узла 10) наложена на другую трубку 1 на второй главной поверхности соответствующей спирали, которая здесь обычно определяется как «нижняя поверхность». Как можно заметить, внутренние витки 2а различных трубок 1, уложенных в стопку одна поверх другой, по существу, ограничивают осевой полый объем, в данном случае по существу цилиндрический, обозначенный как V.

Кроме того, на фиг. 5 схематично представлены два коллекторных узла, обозначенные позициями 11 и 12, к которым параллельно подсоединены концевые участки 3 и 4, соответственно, различных трубок 1 узла 10. Коллектор 11 можно рассматривать как подающий коллектор для горячей воды отопительной системы, причем эта вода нагревается посредством циркуляции в трубках 1, а коллектор 12 можно считать возвратным коллектором для холодной воды из вышеупомянутой системы.

В различных вариантах осуществления, таких как тот, что представлен, концевые участки 3 трубок 1 узла 10 находятся в положениях наложения друг на друга с целью подсоединения к коллектору 11, а концевые участки 4 находятся в положениях наложения друг на друга с целью подсоединения к коллектору 12. Это, однако, не является существенной характеристикой, поскольку в других вариантах осуществления, по меньшей мере, некоторые из трубок 1 одного и того же узла 10 могут иметь участки 3 и/или 4, по-разному ориентированные относительно друг друга.

На фигурах 7 и 8, где видны различные уложенные друг на друга трубки 1, можно оценить компактность узла 10 с рядами витков, которые расходятся в направлении, по существу, ортогональном к горелке, обозначенной номером позиции 20, которая здесь проходит внутри осевого полого объема V. Образующиеся при сгорании дымовые газы могут свободно проходить через зазоры или проходы, образованные между уложенными друг на друга трубками 1, охватывая различные витки каждой трубки 1 и, следовательно, передавая тепло воде или другой жидкости, которая должна быть нагрета.

В различных вариантах осуществления предусмотрены разделительные средства для удержания витков одной трубки 1 на расстоянии от витков соседней трубки 1 или трубок 1, причем это расстояние определяет вышеупомянутые зазоры или проходы. Вышеупомянутое расстояние может быть по существу постоянным вдоль трубки 1 или же может быть больше для одного или большего количества витков, которые находятся ближе к горелке 20, то есть в той области, в которой дымовые газы являются более плотными, и затем уменьшаться для оставшихся внешних витков, где дымовые газы теряют плотность.

В предпочтительных вариантах осуществления вышеупомянутые разделительные средства формируются посредством локальных деформаций каждой трубки 1; то есть, каждая трубка 1 имеет внешний профиль, выполненный с образованием, по существу, рельефных элементов, по меньшей мере, на одной из двух главных поверхностей соответствующей спирали. Вышеупомянутые рельефные элементы, обозначенные номером позиции 5 на чертежах, могут, например, иметь форму небольших выступающих выпуклостей, или же трубка 1 может локально иметь овальную форму, с главной осью овального поперечного сечения, по существу, параллельной оси соответствующей спирали, например, согласно тому, как описано в заявке, опубликованной как WO 2005/080900, поданной от имени настоящего заявителя.

Как можно понять, в частности, из подробного вида на фиг. 8, рельефные элементы одной трубки 1 соприкасаются, таким образом, с другой трубкой 1 из множества трубок, создавая тем самым между самими трубками зазор или проход, обозначенный как П - для теплообменного носителя, представленного образующимися при сгорании дымовыми газами, обозначенными на фиг. 8 как ДГ. По существу ламинарные потоки дымовых газов ДГ проходящие через проходы П, в основном, в радиальном направлении, охватывают витки трубок 1, нагревая их и, следовательно, нагревая воду, которая циркулирует в самих трубках.

В других вариантах осуществления могут быть использованы разделительные средства несколько иного типа, в соответствии с известной технологией, применяемые на трубках 1 или между ними.

На фиг. 9 представлен возможный вариант осуществления, согласно которому трубка 1 свернута так, чтобы образовать спираль, витки которой приблизительно эллиптические или, более точно, отличаются двумя по существу параллельными сегментами трубки, соединенными друг с другом двумя дугообразными сегментами трубки. Помимо отличающейся формы витков 2а-2с, трубка 1 на фиг. 9 реализует те же принципы, которые уже были изложены ранее, и, следовательно, имеет локальные деформации, которые образуют поперечные углубления 6 на различных витках, и поперечное углубление 30а на сегменте 30 концевого участка 3, как ясно видно на фиг. 10.

Фигуры 11 и 12 относятся к возможным вариантам осуществления, в которых внешний профиль трубок 1 сформирован с образованием поперечных рельефных элементов 5', для обеспечения разделительных средств, которые образуют зазоры или проходы между наложенными друг на друга трубками. В вариантах осуществления этого типа, как и в случае вариантов осуществления, показанных на фигурах 9-10, трубка 1 может иметь по существу овальное начальное или текущее сечение, то есть с размером ширины, превышающим размер высоты, при этом другие характеристики, рассмотренные выше, остаются неизменными.

В различных вариантах осуществления, согласно изобретению, в теплообменнике узел трубок описанного в данном документе типа размещен внутри корпуса теплообменника, с которым связана газовая горелка (или какой-либо другой источник тепла) и который имеет выпускное отверстие для дымовых газов, производимых горелкой. При этом корпус теплообменника ограничивает дымовые газы внутри него, заставляя их следовать по определенному пути между горелкой и вышеупомянутым выпускным отверстием с тем, чтобы охватывать трубки. Горелка преимущественно обращена или выступает внутрь аксиального полого объема, образованного внутренними витками различных трубок, уложенных в стопку друг на друга; также можно использовать горелки, которые проходят в осевом направлении по существу на всю высоту вышеупомянутого полого объема (например, как схематически показано на фиг. 7).

Горелка и выпускное отверстие для дымовых газов могут быть расположены на одном и том же конце корпуса теплообменника или, как правило, на концах, противоположных друг другу. Выпускное отверстие для дымовых газов также может быть расположено на периферийной оболочке или стенке корпуса теплообменника. Теплообменник предпочтительно включает, по меньшей мере, один узел подающего коллектора и один узел возвратного коллектора для теплоносителя, который циркулирует в трубках узла, причем эти коллекторные узлы, возможно, находятся снаружи корпуса теплообменника.

В различных вариантах осуществления, в случае, когда горелка и выпускное отверстие для дымовых газов установлены на противоположных концах корпуса теплообменника, выпускное отверстие может быть обращено к упомянутому выше полому объему, образованному внутренними витками нескольких трубок, уложенных в стопку поверх друг друга. В различных вариантах осуществления этого типа в узле трубок может быть предусмотрена промежуточная перегородка, предпочтительно выполненная так, чтобы заставить дымовые газы, создаваемые горелкой, следовать извилистым путем, в частности, сначала изнутри наружу узла, а затем снаружи по направлению внутрь узла, вплоть до выпускного отверстия для дымовых газов.

Фиг. 13 представляет собой схематическое изображение теплообменника котла или похожего нагревательного устройства, содержащего узел 10 трубок, образованный множеством уложенных друг на друга трубок 1 в соответствии с фигурами 9-10 (или в соответствии с фигурами 11-12).

Теплообменник, обозначенный в целом номером позиции 40, имеет собственный корпус, который предпочтительно содержит периферийную оболочку или стенку 41, закрытую на двух противоположных концах соответствующими концевыми пластинами 42 и 43. В различных вариантах осуществления эти пластины 42 и 43 - здесь условно определяемые как «верхняя пластина» и «нижняя пластина», соответственно, - соединены друг с другом с помощью стяжек 44, которые проходят в направлении оси или полюса спирали каждой трубки 1, предпочтительно с внешней стороны узла 10 трубок.

Как можно видеть также на фиг. 14, различные трубки 1 соединены с соответствующими коллекторными узлами 11 и 12, которые, по меньшей мере, частично, размещены в корпусе теплообменника 40. В приведенном в качестве примера случае пластины 42 и 43 имеют соответствующие проемы или проходы 42а, 42b и 43а, 43b, через которые проходят коллекторные узлы 11 и 12. Верхняя пластина 42 имеет также дополнительный выпускной проем или проход 42с, в котором размещен выпускной патрубок 45 для дымовых газов, которые должны вытекать из узла 10. Верхняя пластина 42 имеет также отверстие 42d для установки горелки 20, которая, когда она установлена, обращена к полому объему V, образуемому внутренними витками уложенных в стопку друг на друга трубок 1. В данном примере горелка 20 имеет соответствующее впускное отверстие 20а для подаваемой газовоздушной смеси, обозначенной стрелкой ГВС на фиг. 16.

Нижняя пластина 43 предпочтительно имеет выпускной проход 43 с для слива возможной конденсационной воды, которая образуется внутри корпуса. Как схематически показано на фиг. 16, с этим проходом 43 с может быть связан соответствующий сливной патрубок 46.

Также на фиг. 14 видны стяжки 44, например, четыре стяжки, которые используются для соединения вместе пластин 42 и 43 и установки между ними оболочки 41 и узла 10 трубок. В данном примере стяжки 44 имеют резьбовые концы, вставленные и проходящие через соответствующие отверстия, предусмотренные в пластинах 42 и 43, для фиксации с помощью соответствующих гаек 44а.

На фигурах 15 и 16 теплообменник 40 представлен на виде сверху и в поперечном разрезе, соответственно. Из фиг. 16 можно, в частности, оценить конструкцию узла 10 трубок, которая является чрезвычайно компактной по высоте, что позволяет получить соответственно компактный объем теплообменника 40 в целом.

На фиг. 17 схематично представлен теплообменник 40, выполненный в соответствии с возможными вариантами осуществления изобретения. Для большей наглядности на этой фигуре не показаны некоторые элементы теплообменника, такие как периферийная оболочка и стяжки. Как можно отметить, в этом случае выпускной патрубок или выпускное отверстие 45 для дымовых газов, которые вытекают из узла 10 (обозначены стрелкой ДГ), находится в нижней части теплообменника, в частности на нижней концевой пластине 43. Выпускное отверстие 45 предпочтительно установлено обращенным к полому объему V, образуемому внутренними витками наложенных друг на друга трубок 1.

Из фиг. 17 можно представить соединение концевых участков 4 некоторых трубок 1 с коллектором 11, который принят в качестве коллектора для подачи горячей воды или другого теплоносителя (стрелка ГВ) к системе отопления, а также соединение концевых участков 3 некоторых других трубок 1 с самим коллектором 11. Коллектор 12 можно считать коллектором возврата холодной воды или другого теплоносителя (стрелка ХВ) из вышеупомянутой системы.

В различных вариантах осуществления, таких как тот, что представлен, в узле 10 между горелкой 20 и выпускным патрубком 45, предусмотрена перегородка 50 для дымовых газов, производимых горелкой. В представленном примере горелка 20 расположена на верхней концевой пластине 42, а патрубок 45 для выпуска дымовых газов расположен на нижней концевой пластине 43, но не исключено расположение, противоположное приведенному в качестве примера.

Перегородка 50 по существу разделяет узел 10 трубок на две части или секции, верхнюю и нижнюю, чтобы заставить сами дымовые газы проходить по заранее определенному пути. В частности, наличие перегородки 50 заставляет дымовые газы, производимые горелкой 20, сначала выходить из узла 10 из центра наружу в секции выше по потоку перегородки 50, а затем возвращаться в узел 10, снаружи внутрь, в секции ниже по потоку от перегородки. Поток дымовых газов через различные уложенные в стопку трубки происходит через зазоры или проходы, образованные между самими трубками, как объяснено ранее, например, в отношении фиг. 8 (где такой проход обозначен буквой П).

На фиг. 18 представлена упрощенная гидротехническая схема теплообменника 40, соответствующего фиг. 18. Узел трубок этого теплообменника содержит, только в качестве неограничивающего примера, пятнадцать трубок 1, но, очевидно, их количество может отличаться в большую или меньшую сторону.

На фиг. 18 можно увидеть, как перегородка 50 разделяет узел на две вышеупомянутые секции, одна из которых здесь это верхняя секция - содержит трубки, обозначенные в целом как 1_1-10, а другая - здесь это нижняя секция - содержит трубки, обозначенные в целом как 1_11-15. В различных вариантах осуществления перегородка содержит поперечную разделительную стенку, обозначенную 51 (например, в форме диафрагмы, которая может содержать металлическую пластину), предпочтительно, в форме, имеющей периферийный участок, который проходит через зазор между трубками 1, расположенными на границе между двумя секциями (то есть, со ссылкой на представленный пример, в зазоре между десятой и одиннадцатой трубками 1, начиная сверху). Разделительная стенка имеет также центральный участок, который перекрывает объем V внутри узла трубок, ограниченный внутренними витками различных трубок 1. Следовательно, в различных вариантах осуществления объем V также делится на две части, соответственно, верхнюю часть, или часть выше по потоку от перегородки 50, образующую камеру сгорания, в которой расположена горелка 20, и нижнюю часть или часть ниже по потоку перегородки 50, образующую зону конденсации.

В различных вариантах осуществления в вышеупомянутом центральном участке разделительной стенки предусмотрен слой теплоизоляционного материала, например, изготовленного из кварцевого волокна, обозначенный номером позиции 52.

В приведенном в качестве примера варианте, концевые участки 3 трубок 1_1-10 подсоединены к подающему коллектору 11, тогда как соответствующие концевые участки 4 тех же трубок соединены с возвратным коллектором 12. Следует отметить, что на фиг. 18 для ясности представлены не все отдельные соединения между трубками 1_1-10 и коллекторами 11 и 12. С учетом этого проток, обозначенный номером позиции 3_1-10, следует понимать как иллюстрирующий все участки 3 трубок 1_1-10, подсоединенные параллельно к подающему коллектору 11, тогда как проток, обозначенный номером позиции 4_1-10, следует понимать как иллюстрирующий все участки 4 трубок 1_1-10, подсоединенные параллельно к возвратному коллектору 12.

Наоборот, концевые участки 3 трубок 1_11-15 подсоединены к возвратному коллектору 12, тогда как соответствующие концевые участки 4 тех же трубок подсоединены к подающему коллектору 11. Также для ясности, как только что упомянуто выше, на фиг. 18 представлены не все отдельные соединения между трубками 1_11-15 и коллекторами 11 и 12. С учетом этого проток, обозначенный номером позиции 3_11-15, следует понимать как иллюстрирующий все участки 3 трубок 1_11-15, параллельно подсоединенные к возвратному коллектору 12, тогда как проток, обозначенный номером позиции 4_11-15, следует понимать как иллюстрирующий все участки 4 трубок 1_11-15, параллельно подсоединенные к подающему коллектору 11.

В процессе работы газовоздушная смесь ГВС подается в горелку 20, которая, по существу, находится в центре полого объема V, образуемого узлом трубок. Пламя, создаваемое горелкой 20, производит дымовые газы, которые стремятся достичь выпускного отверстия 45, проходя через зазоры между уложенными в стопку трубками 1_1-10, изнутри к внешней стороне узла, как поясняется стрелками, обозначенными как ДГ_ВЫХ. Эти дымовые газы ДГ_ВЫХ не могут протекать непосредственно в осевом направлении к выпускному отверстию 45, учитывая наличие перегородки 50, и, следовательно, находят выход в пространство, которое окружает узел трубок, причем сами дымовые газы в любом случае ограничены корпусом теплообменника 40 (в основном, газы достигают пространства, образуемого между внешними витками наложенных друг на друга трубок и оболочкой теплообменника).

Учитывая, что трубки 1_1-10 наполняются начиная с их концевых участков 4_1-10, соответствующий поток воды будет переноситься из внешних витков к внутренним виткам, как схематически показано стрелками В_ВЫХ-ВХ на фиг. 18, то есть, по пути противотока относительно пути дымовых газов ДГ_ВЫХ. Следовательно, на своем пути дымовые газы ДГ_ВЫХ охватывают внешнюю сторону трубок 1_1-10, передавая, таким образом, свое тепло. В частности, большая часть тепла дымовых газов ДГ_ВЫХ будет передаваться внутренним виткам трубок, нагревая соответствующую воду, которая, следовательно, может проходить через соответствующие концевые участки 3_1-10 к подающему коллектору 11, а затем последовательно передаваться к другим виткам отдельных трубок к внешней стороне соответствующей спирали. Внутренние витки будут в некоторой степени нагреваться также пламенем, создаваемым горелкой 20. Температура дымовых газов ДГ_ВЫХ, проходящих через зазоры между трубками 1_1-10, будет уменьшаться по мере того, как сами газы продвигаются к соответствующим внешним виткам, содержащим более холодную возвратную воду, поступающую в коллектор 12 через концевые участки 4_1-10, передавая, таким образом, этим виткам скрытую теплоту конденсации.

Дымовые газы, которые прошли по внешней стороне узла, на своем пути к выпускному отверстию 45 стремятся затем попасть обратно в центральный полый объем V узла трубок, ниже по потоку от перегородки 50, то есть, в зазоры между трубками 1_11-15. Этот путь газов схематично представлен стрелками ДГ_ВХ на фиг. 18.

Учитывая, что трубки 1_11-15 наполняются начиная с их участков 3_11-15, соответствующий поток воды будет переноситься из внутренних витков в направлении внешних витков, как схематически показано стрелками В_{ВХ-ВЫХ-ВХ} на фиг. 18, то есть, опять по пути противотока относительно пути дымовых газов ДГ_ВХ. И, следовательно, дымовые газы ДГ_ВХ так же охватывают внешнюю сторону трубок 1_11-15, передавая, таким образом, свое остаточное тепло, включая скрытую теплоту конденсации. В частности, большая часть тепла дымовых газов ДГ_ВХ будет передаваться внешним виткам трубок, нагревая соответствующую воду, которая, следовательно, может проходить к подающему коллектору 11 через соответствующие концевые участки 4_11-15 и затем передаваться к другим виткам отдельных трубок по направлению к внутренней стороне соответствующей спирали. Температура дымовых газов ДГ_ВХ при похождении через зазоры между трубками 1_11-15 будет далее уменьшаться, поскольку сами дымовые газы идут в направлении соответствующих внутренних витков, которые содержат более холодную возвратную воду, поступающую в коллектор 12 через концевые участки 3_11-15, передавая этим виткам оставшуюся часть скрытой теплоты конденсации.

На фиг. 19 схематично представлен теплообменник 40 в соответствии с другими возможными вариантами осуществления изобретения. Для большей ясности на этом рисунке не показаны некоторые элементы теплообменника, такие как верхняя концевая пластина. Как можно заметить, в этом случае также выпускной патрубок или выпускное отверстие 45 для дымовых газов, вытекающих из узла 10 и обозначенных стрелкой ДГ, находится в нижней части теплообменника, связанной с концевой пластиной 43.

Кроме того, в теплообменнике 40 на фиг. 19 между горелкой 20 и выпускным отверстием 45 предусмотрена перегородка 50 для дымовых газов, производимых горелкой (как описано при рассмотрении фиг. 17-18), которая здесь разделяет узел трубок, по существу, на две равные части или секции, хотя это не является существенной характеристикой. Течение газов, производимых горелкой 20, с учетом наличия перегородки 50, по существу, аналогично тому, что было описано выше при рассмотрении фиг. 17-18.

В теплообменнике 40 на фиг. 19 предусмотрен дополнительный коллекторный узел 13, называемый здесь «перепускным коллектором», который, по существу, образует объем, предназначенный для удержания и прохождения теплоносителя, который должен нагреваться в теплообменнике 40, например, воды в системе отопления. В любом случае в теплообменнике 40 предусмотрены два коллектора, подающий коллектор 11 и возвратный коллектор 12, которые здесь объединены в одном и том же коллекторном узле, обозначенном в целом как 11+12. В данном примере коллекторный узел 11+12 содержит трубчатый элемент, имеющий промежуточную разделительную стенку 60, которая разделяет объем внутри самого узла на две отдельные гидротехнические секции, соответствующие коллекторам, обозначенным позициями 11 и 12, снабженные выпускным и впускным отверстиями, соответственно, которые образованы на соответствующих концах узла 11+12. Коллекторы 11 и 12 в любом случае могут быть выполнены в виде отдельных частей.

В данном случае стрелки ХВ и ГВ также обозначают, соответственно, поток холодной воды (или другой жидкости), возвращающейся из системы в коллектор 12, и поток горячей воды (или другой жидкости), направляемой в систему. На фиг. 19 также видны соединения между концевыми участками 3 некоторых трубок 1 и коллекторами 11 и 12, а также соединения между концевыми участками 4 некоторых трубок 1 и перепускным коллектором 13.

На фиг. 20 представлена упрощенная гидротехническая схема теплообменника 40 с фиг. 19. Узел трубок этого теплообменника содержит, только в качестве неограничивающего примера, шестнадцать трубок 1, но, очевидно, их количество может отличаться в большую или меньшую сторону.

На фиг. 20 можно заметить, что перегородка 50 делит узел на две секции, одна из которых - здесь верхняя секция - содержит трубки, обозначенные в целом как 1_1-8, а другая - здесь нижняя секция - содержит трубки, обозначенные в целом как 1_9-16. Перегородка 50 по принципу действия и функциональности может быть подобна описанным ранее и, следовательно, содержать поперечную разделительную стенку 51 с периферийной частью, которая проходит через зазор между трубками 1, расположенными на границе раздела между двумя секциями (то есть, обращаясь к представленному примеру, в зазоре между восьмой и девятой трубками 1, начиная сверху), а также центральный участок, который перекрывает внутренний объем V узла трубок, возможно, имеющий слой теплоизоляционного материала 52.

В приведенном в качестве примера случае концевые участки 3 трубок 1_1-8 подсоединены к подающему коллектору 11, тогда как соответствующие концевые участки 4 тех же трубок подсоединены к перепускному коллектору 13, в частности, в основном в его верхней половине. Следует отметить, что на фиг. 20 также для ясности представлены не все отдельные соединения между трубками 1_1-8 и коллекторами 11 и 13. С учетом этого проток, обозначенный номером позиции 3_1-8, следует понимать как представляющий все участки 3 трубок 1_1-10, подсоединенные параллельно к подающему коллектору 11, тогда как проток, обозначенный номером позиции 4_1-8, следует понимать как представляющий все участки 4 трубок 1_1-8, подсоединенные параллельно к перепускному коллектору 13.

Наоборот, концевые участки 3 трубок 1_9-16 подсоединены к возвратному коллектору 12, тогда как соответствующие концевые участки 4 тех же трубок подсоединены к перепускному коллектору 13, в частности, в основном в его нижней половине. Также для ясности, как только что упоминалось выше, на фиг. 20 представлены не все отдельные соединения между трубками 1_9-16 и коллекторами 11 и 13. С учетом этого проток, обозначенный 3_9-16, следует понимать как иллюстрирующий все участки 3 трубок 1_9-16, параллельно подсоединенные к возвратному коллектору 12, тогда как проток, обозначенный 4_9-16, следует понимать как иллюстрирующий все участки 4 трубок 1_9-16, параллельно подсоединенные к перепускному коллектору 13.

Также в этом случае газовоздушная смесь ГВС подается в горелку 20, которая находится, по существу, в центре полого объема V, образуемого узлом трубок. Создаваемое горелкой 20 пламя производит дымовые газы, которые стремятся достичь выходного отверстия 45, проходя через зазоры между наложенными друг на друга трубками 1_1-8 изнутри к внешней стороне узла, как показано стрелками, обозначенными как ДГ_ВЫХ. Эти дымовые газы ДГ_ВЫХ не могут протекать в осевом направлении к выпускному отверстию 45 из-за наличия перегородки 50 и, следовательно, находят выход в пространство, которое окружает узел трубок, как объяснено ранее.

Обычно путь воды через узел трубок начинается от коллектора 12. Более холодная возвратная вода из системы поступает в трубки 1_9-16 через соответствующие концевые участки 3_9-16, а затем проходит в перепускной коллектор 13 через соответствующие концевые участки 4_9-16. Из перепускного коллектора 13 вода затем проходит в трубки 1_1-8 через соответствующие концевые участки 4_1-8 и достигает затем подающего коллектора 11 через соответствующие концевые участки 3_1-8.

Учитывая, что трубки 1_1-8 наполняются начиная с их концевых участков 4_1-8, соответствующий поток воды будет переноситься из внешних витков к внутренним виткам, как схематически показано стрелками В_ВЫХ-ВХ на фиг. 20, по пути противотока относительно пути дымовых газов ДГ_ВЫХ. Также в этом случае дымовые газы ДГ_ВЫХ охватывают внешнюю сторону трубок 1_1-10, передавая свое тепло, причем большая часть тепла передается внутренним виткам трубок, нагревая соответствующую воду, которая, следовательно, может проходить через соответствующие концевые участки 3_1-8 к подающему коллектору 11, а затем постепенно переносится на другие витки отдельных трубок к внешней стороне соответствующей спирали. Температура дымовых газов ДГ_ВЫХ при прохождении через зазоры между трубками 1_1-8 будет уменьшаться по мере того, как сами газы продвигаются к соответствующим внешним виткам, которые содержат более холодную воду, поступающую из перепускного коллектора 13 через концевые участки 4_1-8, передавая этим виткам скрытую теплоту конденсации.

Также в этом случае дымовые газы, которые прошли по внешней стороне узла по пути к выпускному отверстию 45, стремятся затем попасть обратно в центральный полый объем V узла трубок ниже по потоку от перегородки 50, то есть в промежутки между трубками 1_9-16. Этот путь газов схематично представлен стрелками ДГ_ВХ на фиг. 20.

Учитывая, что трубки 1_9-16 наполняются, начиная с их участков 3_9-16, от коллектора 12, соответствующий поток воды будет переноситься из внутренних витков в направлении внешних витков, как схематически показано стрелками В_ВХ-ВЫХ на фиг. 20, то есть, снова по пути противотока относительно пути дымовых газов ДГ_ВХ. Следовательно, дымовые газы ДГ_ВХ также охватывают внешнюю сторону трубок 1_9-16, передавая свое остаточное тепло, включая скрытую теплоту конденсации. В частности, большая часть тепла дымовых газов ДГ_ВХ будет передаваться внешним виткам трубок, нагревая соответствующую воду, которая, следовательно, может проходить в перепускной коллектор 13 через соответствующие концевые участки 4_9-16, а затем передаваться в другие витки отдельных трубок к внутренней стороне соответствующей спирали. Температура дымовых газов ДГ_ВХ при прохождении через зазоры между трубками 1_9-16 будет далее снижаться, при продвижении самих дымовых газов к соответствующим внутренним виткам, которые содержат более холодную возвратную воду, получаемую из коллектора 12 через концевые участки 3_9-16, передавая вышеупомянутым виткам оставшуюся часть скрытой теплоты конденсации.

Следовательно, следует понимать, что вода, подаваемая в нижнюю часть перепускного коллектора 13 через концевые участки 4_9-16 трубок 1_9-16, будет в основном уже, по меньшей мере, частично, нагрета, и может потерять часть своего тепла, когда она поднимается внутри самого коллектора 13. В любом случае вода, подаваемая из верхней части перепускного коллектора 13 к концам 4_1-8 трубок 1_1-8, будет в основном нагретой или чуть теплой водой, в любом случае имеющей в общем случае температуру выше, чем температура воды на входе в теплообменник через возвратный коллектор 12.

Из вышеприведенного описания ясно видны отличительные признаки настоящего изобретения, так же как и его преимущества. Изобретение обеспечивает важные преимущества по компоновке, позволяя получать узлы трубок и, следовательно, теплообменники для нагревательных устройств, которые являются чрезвычайно компактными в направлении укладки трубок друг на друга. Существенное преимущество настоящего изобретения состоит в модульности предложенных трубок, которые могут быть легко собраны в компактные батареи благодаря тому, что сами трубки имеют практически постоянную высоту и, следовательно, могут быть легко составлены друг с другом. В предложенном решении отсутствует необходимость создавать соединительный коллектор внутри спирали нескольких уложенных друг на друга трубок или формировать первый концевой участок каждой трубки так, чтобы она проходила в осевом направлении узла трубок для подсоединения к установленному с внешней стороны коллектору. Также следует понимать, что, изменяя количество уложенных друг на друга трубок и конструкцию коллекторов, можно простым образом создавать узлы трубок и, следовательно, теплообменники, которые имеют разные мощности. Очевидно, что можно также получать различные мощности в зависимости от количества витков уложенных друг на друга трубок. Теплообменник согласно настоящему изобретению успешно применяется как в секторе мощных водонагревателей для производства горячей воды для бытового потребления, так и в секторе мощных котлов, а также при создании нагревательных устройств других типов.

Ясно, что специалистом в данной области техники могут быть сделаны многочисленные изменения, относящиеся к теплообменнику и трубке теплообменника, описанным в качестве примера, без выхода за рамки объема настоящего изобретения, определенного в приложенной формуле изобретения.

Ранее были рассмотрены трубки, которые содержат множество витков 2а-2с и которые имеют участки 3 и 4, по существу, параллельные, с соответствующими концами 3а, 4а, обращенными в одном и том же направлении. Однако, этот признак изобретения не является существенным. Например, в различных других вариантах осуществления количество витков каждой трубки может быть больше или меньше, чем количество, приведенное в качестве примера на обсужденных ранее фигурах, (например, с целью производства теплообменников с различными мощностями нагрева), и/или один или оба концевых участка 3 и 4 могут иметь разные ориентации, например, в зависимости от геометрии теплообменника (например, от положения коллекторных узлов).

Например, показанный на фиг. 21, иллюстрирует случай, когда трубка 1 свернута так, чтобы образовать одиночную полную спираль 2а, причем два концевых участка 3 и 4 являются, по существу, параллельными, но с обращенными в противоположных направлениях соответствующими концами 3а, 4а. Фиг. 22 иллюстрирует подобный случай с трубкой 1, образующей спираль с оконечным сегментом, сформированным для обеспечения концевого участка 4, где образовано поперечное углубление 6, которое принимает первый концевой участок 3; следовательно, два участка 3 и 4 по существу пересекаются друг с другом (как в случаях на фиг. 9 и 11). Трубки с одним витком, например, такие, как показано на фигурах 21 и 22, могут быть использованы для изготовления традиционных теплообменников (то есть не конденсационных теплообменников), которые используют только часть имеющегося тепла образующихся при сгорании дымовых газов, не допуская их конденсации.

На фиг. 23 показана трубка, которая включает в себя только один внутренний виток 2а и один внешний виток 2b, причем концевые участки 3 и 4 ориентированы, как на фиг. 21, то есть, по существу, параллельны, и концы 3а, 4а обращены в противоположных направлениях. На фиг. 24 также показана трубка с двумя витками и, по существу, параллельными концевыми участками 3 и 4, но с концами 3а, 4а, обращенными в одном и том же направлении. Наконец, фиг. 25 иллюстрирует случай, когда трубка 1 свернута так, чтобы образовать две спирали 2а и 2b, причем два концевых участка 3 и 4 установлены, по существу, перпендикулярно друг другу.

Принципы, представленные на фигурах 21-25, могут быть применены к описанным ранее конструкциям теплообменника 40.

Понятно, что в различных вариантах осуществления, таких как показанные на фигурах 1-2, на фиг. 24 и на фиг. 25, спираль, образованная трубкой, содержит определенное количество полных витков и, по меньшей мере, некоторую часть следующего витка.

Понятно, что количество витков каждой спирали и ориентация концевых участков 3 и 4 могут быть изменены, а также отличаться от тех, которые приведены в примерах на чертежах. Также очевидно, что принципы, приведенные в качестве примеров со ссылкой на фигуры 21-25, могут также быть применены в случае в целом продолговатых плоских спиралей, подобных тем, которые показаны на фигурах 9 и 11.

Поперечное сечение трубок 1 не обязательно должно быть круглым или эллиптическим, они могут иметь и другие формы. Трубки 1 также могут быть выполнены из нескольких частей, соединенных вместе, в частности, посредством сварки. Например, концевые участки 3 и/или 4 могут быть изготовлены отдельно, и иметь материал и/или толщину, и/или форму в поперечном сечении, отличные от этих параметров у остальной части трубки 1, и затем соединены с последней с помощью сварки.

В соответствии с возможными вариантами осуществлений трубка согласно изобретению имеет, по меньшей мере, одно дополнительное поперечное углубление, образованное, по меньшей мере, на одном соответствующем витке, которое является дополнительным, по меньшей мере, к одному поперечному углублению или углублениям 6, описанным ранее, и которое выполнено с возможностью приема, по меньшей мере, частично, соответствующей части концевого участка соседней трубки.

Варианты осуществления этого типа приведены как примеры на фигурах 26-30, где используются те же номера позиций, что и на фигурах 1-25, для обозначения элементов, которые технически эквивалентны уже описанным выше элементам. Принципы, описанные со ссылкой на фигуры 1-25, могут быть применены также к случаю трубок из фигур 26-30.

Как показано сначала на фиг. 26, в различных вариантах осуществления для получения пакета трубок используется один или несколько элементов, каждый из которых образован одной или большим количеством пар накладываемы друг на друга трубок. На фиг. 26 такой элемент обозначен номером позиции 10, тогда как две трубки элемента 10 обозначены как 10₁ и 10₂ (соответственно, на фигуре одна наверху и другая внизу) только в целях более простого описания и понимания чертежей. По той же причине концевые участки трубок 10₁ и 10₂ обозначены позициями 3₁, 4₁ и 3₂, 4₂, соответственно.

Как можно отметить, в частности, на фиг. 27, в дополнение к описанным ранее углублениям 6, трубка 1₁ имеет в строении своей поверхности, обращенной к трубке 1₂, (здесь нижней поверхности), ряд дополнительных поперечных углублений, выровненных друг с другом, обозначенных 6₁, которые выполнены с возможностью размещения, по меньшей мере, частично, одного из концевых участков трубки 1₂, в частности, части 30 ее участка 3₂. Предпочтительно также, чтобы трубка 1₂ имела в строении своей поверхности, обращенной к трубке 1₁ (здесь верхняя поверхность), ряд дополнительных поперечных углублений, выровненных друг с другом, обозначенных как 6₂, которые выполнены с возможностью размещения, по меньшей мере, частично, одного из концевых участков трубки 1₁, в частности, части 30 ее участка 3₁.

Таким образом, в целом, первая трубка (1₁ или 1₂) имеет, по меньшей мере, одно дополнительное поперечное углубление (6₁ или 6₂), образованное, по меньшей мере, на одном ее витке (2а, 2b, 2с), где в это, по меньшей мере, одно дополнительное поперечное углубление (6₁ или 6₂), по меньшей мере, частично принимается соответствующая часть (30) первого концевого участка (3₁ или 3₂) второй трубки (1₂ или 1₁), которая уложена на, по меньшей мере, одну первую трубку (1₁ или 1₂).

В представленном примере две трубки 1₁ и 1₂ практически совпадают друг с другом в части, свернутой в спираль, отличаясь друг от друга только в отношении хода соответствующих оконечных участков 3₁, 4₁ и 3₂, 4₂.

Как можно понять из фигур 26 и 27, в различных особенно полезных вариантах осуществления после укладки в стопку двух трубок 1₁ и 1₂ из пары 10 один и тот же концевой участок одной из двух трубок (в частности, концевой участок 3₁ или 3₂, который проходит от соответствующего внутреннего витка 2а), будет частично помещен как в углубления 6 соответствующей трубки, так и в углубления 6₁ или 62 (в соответствии с выбором) другой трубки. Конечно, с этой целью после укладки двух трубок 1₁ и 1₂ углубления 6 трубки будут установлены напротив и противоположно углублениям 6₁ или 6₂ (в соответствии с выбором) другой трубки.

В целом, тогда, по меньшей мере, один первый концевой участок (3₁ или 3₂) одной из первой трубки (1₁) и второй трубки (1₂) частично размещается в, по меньшей мере, одном поперечном углублении (6) самой трубки и частично в, по меньшей мере, одном дополнительном поперечном углублении (6₁ или 6₂) другой одной из первой трубки (1₁) и второй трубки (1₂).

Как уже было упомянуто, элемент 10 на фиг. 26 создается путем наложения друг на друга двух трубок 1₁ и 1₂, из которых в поперечном направлении выступают оконечные возвратные участки 4₁, 4₂ (на внешней стороне) и два оконечных подающих участка 3₁, 3₂ (на внутренней стороне), например, для подсоединения к соответствующим коллекторным узлам 11 и 12 теплообменника, как схематически показано на фиг. 28. Для целей формирования пакета трубок теплообменника множество элементов 10 может быть получено при их укладке относительно друг друга, в соответствии с желаемой мощностью нагрева для нагревательного устройства, которое содержит теплообменник.

В вариантах осуществления типа, показанного на примерах на фигурах 26 и 27, углубления 6-6₁ и/или 6-6₂ предполагают уплощение соответствующих трубок 1₁ и 1₂ приблизительно до одной трети их высоты. При этом часть концевого участка 3₁ или 3₂, которая должна быть размещена между обращенными к ней углублениями 6-6₁ или 6-6₂, также предпочтительно будет содержать сегмент 30 трубки, имеющий профиль, по существу, уплощенный или сжатый приблизительно до одной трети его высоты (то есть, преобладающего профиля трубки), по меньшей мере, в положении, соответствующем вышеупомянутым углублениям. Эта особенность может быть явно заметна, например, на подробных видах поперечных разрезов на фигурах 29 и 30.

Также в случае вариантов осуществления того типа, который проиллюстрирован и описан со ссылкой на фигуры 26-30, трубки 1₁ и 1₂ каждого элемента или пары 10 установлены на расстоянии друг от друга, благодаря подходящим разделительным средствам, таким как рельефные элементы типа, обозначенного ранее как 5 или 5' (не показаны на фигурах 26-30), предпочтительно поочередно образованным как на верхней поверхности, так и на нижней поверхности каждой трубки 1₁ и 1₂, чтобы обеспечить возможность сопряжения различных трубок друг с другом, а также укладывание в стопку различных элементов 10 друг на друга, поддерживая расстояние между витками постоянным.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в плоскоспиральных теплообменниках. Теплообменник для нагревательного устройства, такого как котел, содержит узел (10) трубок, который включает в себя множество трубок (1), наложенных друг на друга, и по меньшей мере один первый коллекторный узел (11) на внешней стороне узла (10) трубок. Каждая трубка (1) свернута в спираль, имеющую множество по существу компланарных витков (2а, 2b, 2с). По меньшей мере одна первая трубка (1) или каждая трубка из множества трубок имеет первый концевой участок (3), который проходит, начинаясь от внутреннего витка (2а), к внешней стороне соответствующей спирали, с по меньшей мере одной частью (30) первого концевого участка (3), которая наложена на по меньшей мере один дополнительный виток (2b, 2с) в положении, соответствующем главной поверхности спирали, для подсоединения к по меньшей мере одному первому коллекторному узлу (11). По меньшей мере, одна первая трубка (1) или каждая трубка из множества трубок имеет, по меньшей мере, одно поперечное углубление (6), образованное в по меньшей мере одном следующем витке (2b, 2с) или в каждом последующем витке, в которое, по меньшей мере, частично помещена соответствующая часть (30) первого концевого участка (3). Технический результат – упрощение конструкции теплообменника. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 31 ил.

1. Теплообменник для нагревательного устройства, содержащий:

- узел (10) трубок, включающий в себя множество трубок (1), расположенных с наложением друг на друга,

- по меньшей мере один первый коллекторный узел (11), расположенный снаружи узла (10) трубок,

при этом каждая трубка (1) свернута так, чтобы образовать, по существу, плоскую спираль, имеющую по меньшей мере один виток (2a-2c),

при этом по меньшей мере одна первая трубка (1) или каждая трубка из множества трубок имеет первый концевой участок (3), проходящий, начиная от внутренней стороны соответствующей спирали к ее внешней стороне, причем первый концевой участок (3), по меньшей мере, частично наложен на по меньшей мере один виток (2a, 2b, 2c) в положении, соответствующем главной поверхности спирали, для подсоединения к по меньшей мере одному первому коллекторному узлу (11),

при этом по меньшей мере одна первая трубка (1) или каждая трубка из множества трубок имеет по меньшей мере одно поперечное углубление (6), образованное в по меньшей мере одном витке (2а, 2b, 2с),

при этом в по меньшей мере одном поперечном углублении (6), по меньшей мере, частично расположена соответствующая часть (30) первого концевого участка (3).

2. Теплообменник по п.1, в котором:

- спираль по меньшей мере одной первой трубки (1) или каждой трубки из множества трубок имеет множество по существу компланарных витков (2а, 2b, 2с), которые содержат по меньшей мере один внутренний виток (2а) и по меньшей мере один дополнительный виток (2b, 2c) вокруг внутреннего витка (2a), причем первый концевой участок (3) проходит, начинаясь от внутреннего витка (2a),

- по меньшей мере одна первая трубка (1) или каждая трубка из множества трубок имеет множество поперечных углублений (6), каждое из которых образовано в соответствующем витке из множества витков (2a, 2b, 2c) в положении, соответствующем упомянутой главной поверхности спирали, причем поперечные углубления (6) находятся в положениях, по существу, выровненных друг с другом в соответствии с направлением прохождения первого концевого участка (3), с образованием таким образом гнезда, в которое, по меньшей мере, частично помещен первый концевой участок (3).

3. Теплообменник по п.2, в котором:

по меньшей мере один дополнительный виток (2b, 2c) по меньшей мере одной первой трубки (1) или каждой трубки из множества трубок содержит множество дополнительных витков, включающих в себя внешний виток (2b) и один или более промежуточных витков (2c) между внутренним витком (2a) и внешним витком (2b).

4. Теплообменник по любому из пп.1-3, в котором первый концевой участок (3) по меньшей мере одной первой трубки (1) или каждой трубки из множества трубок содержит сегмент трубки (30), имеющий профиль, который, по меньшей мере, частично по существу сплющен или уплощен, по меньшей мере, в положении, соответствующем одному упомянутому поперечному углублению (6), образованному в по меньшей мере одном витке (2a-2c) или в каждом витке из множества витков (2а- 2с) соответствующей спирали.

5. Теплообменник по любому из пп.1-4, в котором по меньшей мере один виток (2а) или каждый виток из множества витков (2а-2с) соответствующей спирали содержит сегмент трубки, имеющий профиль, по меньшей мере, частично, по существу сплющенный или уплощенный в соответствующем поперечном углублении (6).

6. Теплообменник по любому из пп.1-5, в котором по меньшей мере одна первая трубка (1) наложена на вторую трубку (1) или уложена в стопу со второй трубкой (1) из множества трубок на второй главной поверхности соответствующей спирали.

7. Теплообменник по любому из пп.1-6, содержащий разделительные средства для создания между трубками множества трубчатых проходов (П) для текучего теплоносителя (Т).

8. Теплообменник по любому из пп.1-7, в котором по меньшей мере одна первая трубка (1) или каждая трубка из множества трубок имеет внешний профиль с множеством рельефных элементов (5; 5') по меньшей мере на одной из главных поверхностей соответствующей спирали, при этом рельефные элементы (5; 5') одной трубки (1) локально соприкасаются с по меньшей мере одной смежной трубкой (1) из множества трубок, причем рельефные элементы (5; 5') функционируют как разделители для образования между самими трубками прохода (П) для текучего теплоносителя (Т).

9. Теплообменник по любому из пп.1-8, содержащий по меньшей мере один второй коллекторный узел (12), расположенный снаружи узла (10) трубок, при этом по меньшей мере первая трубка (1) или каждая трубка из множества трубок имеет второй концевой участок (4), проходящий с внешней стороны соответствующей спирали, для подсоединения к по меньшей мере одному второму коллекторному узлу (12).

10. Теплообменник по любому из пп.1-9, содержащий корпус (41-43) теплообменника, имеющий газовую горелку (20) и выпускное отверстие (45) для дымовых газов на соответствующих противоположных концах корпуса (41-43) теплообменника,

при этом узел (10) трубок заключен в корпус (41-43) теплообменника таким образом, что газовая горелка (20) направлена или выступает в осевой полый объем (V), образованный множеством трубок, на первом осевом конце узла (10) трубок, а выпускное отверстие (45) для дымовых газов обращено или сообщается по текучей среде с упомянутым осевым полым объемом (V) на втором осевом конце узла (10) трубок,

при этом теплообменник (40) дополнительно содержит по меньшей мере одну перегородку (50) для дымовых газов, производимых газовой горелкой (20), причем по меньшей мере одна перегородка (50) для дымовых газов расположена в узле (10) трубок в промежуточном положении между газовой горелкой (20) и выпускным отверстием (45) для дымовых газов так, чтобы разделить узел (10) трубок на по меньшей мере одну секцию выше по потоку и одну секцию ниже по потоку относительно перегородки (50) для дымовых газов и, таким образом, заставить дымовые газы следовать по, по существу, обязательному по пути между газовой горелкой (20) и выпускным отверстием (45) для дымовых газов, начиная от упомянутого осевого полого объема (V) по направлению к внешней стороне узла (10) трубок, в секцию выше по потоку от перегородки (50) для дымовых газов, и затем с внешней стороны узла (10) трубок по направлению к упомянутому осевому полому объему (V), в секцию ниже по потоку от перегородки (50) для дымовых газов.

11. Теплообменник по п. 10, содержащий по меньшей мере один второй коллекторный узел (12), расположенный снаружи узла (10) трубок, при этом по меньшей мере первая трубка (1) или каждая трубка из множества трубок имеет второй концевой участок (4), проходящий с внешней стороны соответствующей спирали, для подсоединения к по меньшей мере одному второму коллекторному узлу (12), при этом:

- первый коллекторный узел (11) представляет собой подающий коллектор (11), а второй коллекторный узел представляет собой возвратный коллектор (12),

- первые концевые участки (3_1-10) трубок (1_1-10), принадлежащих секции выше по потоку от перегородки (50) для дымовых газов, подсоединены параллельно к первому коллекторному узлу (11), а вторые концевые участки (4_1-10) трубок (1_1-10), принадлежащих секции выше по потоку от перегородки (50) для дымовых газов, подсоединены параллельно ко второму коллекторному узлу (12); и

- первые концевые участки (3_11-15) трубок (1_11-15), принадлежащих секции ниже по потоку от перегородки (50) для дымовых газов, подсоединены параллельно ко второму

коллекторному узлу (12), а вторые концевые участки (4_11-15) трубок (1_11-15), принадлежащих секции ниже по потоку от перегородки (50) для дымовых газов, подсоединены параллельно к первому коллекторному узлу (12).

12. Теплообменник по п. 10, содержащий по меньшей мере один второй коллекторный узел (12), расположенный снаружи узла (10) трубок, при этом по меньшей мере первая трубка (1) или каждая трубка из множества трубок имеет второй концевой участок (4), проходящий с внешней стороны соответствующей спирали, для подсоединения к по меньшей мере одному второму коллекторному узлу (12), при этом теплообменник дополнительно содержит узел (13) перепускного коллектора, в котором:

- первый коллекторный узел (11) является подающим коллектором (11), а второй коллекторный узел является возвратным коллектором (12),

- первые концевые участки (3_1-8) трубок (1_1-8), принадлежащих секции выше по потоку от перегородки (50) для дымовых газов, подсоединены параллельно к первому коллекторному узлу (11), а вторые концевые участки (4_1-8) трубок (1_1-8), принадлежащих секции выше по потоку от перегородки (50) для дымовых газов, подсоединены параллельно к узлу (13) перепускного коллектора, и

- первые концевые участки (3_9-16) трубок (1_9-16), принадлежащих секции ниже по потоку от перегородки (50) для дымовых газов, подсоединены параллельно ко второму коллекторному узлу (12), а вторые концевые участки (4_9-16) трубок (1_9-16), принадлежащих секции ниже по потоку от перегородки (50) для дымовых газов, подсоединены параллельно к узлу (13) перепускного коллектора.

13. Нагревательное устройство, содержащее теплообменник по любому из пп.1-12.

14. Трубка теплообменника для нагревательного устройства,

при этом трубка (1) свернута так, чтобы образовать по существу плоскую спираль, имеющую, по меньшей мере, один виток (2а-2с),

причем трубка (1) имеет первый концевой участок (3), проходящий, начиная с внутренней стороны соответствующей спирали, по направлению к ее внешней стороне, причем первый концевой участок (3), по меньшей мере, частично наложен на по меньшей мере один виток (2а, 2b, 2c) в положении, соответствующем главной поверхности спирали,

при этом трубка (1) имеет по меньшей мере одно поперечное углубление (6), образованное в по меньшей мере одном витке (2a, 2b, 2c), причем в по меньшей мере одно поперечное углубление (6), по меньшей мере, частично помещена соответствующая часть (30) первого концевого участка (3),

при этом предпочтительно:

- спираль трубки (1) имеет множество по существу компланарных витков (2a, 2b, 2c), которые содержат по меньшей мере один внутренний виток (2a) и по меньшей мере один дополнительный виток (2b, 2c) вокруг внутреннего витка (2а), причем первый концевой участок (3) отходит от внутреннего витка (2а),

- трубка (1) имеет множество поперечных углублений (6), каждое из которых образовано в соответствующем витке из множества витков (2a, 2b, 2c) в положении, соответствующем упомянутой главной поверхности спирали, причем поперечные углубления (6) находятся в положениях, по существу, выровненных друг с другом в направлении протяженности первого концевого участка (3), чтобы образовать тем самым гнездо, в которое, по меньшей мере, частично помещен первый концевой участок (3).

15. Способ изготовления трубки теплообменника по п.14, включающий этапы на которых:

- берут трубку (1);

- сворачивают трубку в спираль, образующую, по меньшей мере, первый концевой участок (3);

- вставляют в первый концевой участок (3) опорный сердечник;

- прижимают, по меньшей мере, часть первого концевого участка (3), содержащего опорный сердечник, к по меньшей мере одному витку, так, чтобы образовать по меньшей мере одно поперечное углубление (6) для, по меньшей мере, частичного размещения соответствующей части (30) первого концевого участка (3); и

- удаляют опорный сердечник из первого концевого участка (3).