КОНДЕНСАЦИОННЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 2023 года по МПК F24H1/43 F28D7/02 F28F9/13 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области конденсационных теплообменников.

Более конкретно, настоящее изобретение касается конструкции кожуха таких теплообменников.

Уровень техники

Чтобы иметь возможность продвигать на рынок более дешевые конденсационные теплообменники, необходимо пересмотреть общую конструкцию существующих теплообменников и, в частности, уменьшить количество их деталей, что позволяет снизить стоимость их изготовления и сборки.

Например, из документа WO2004/036121 известен конденсационный теплообменник, содержащий по меньшей мере один набор, образованный из трубки, намотанной в виде спирали, которая выполнена из материала, хорошо проводящего тепло, и внутри которой протекает нагреваемая вода. Сама эта трубка расположена внутри кожуха, и аксиально внутри указанной намотки расположена горелка, поэтому горячие газы, производимые горелкой, проходят через пространства между смежными витками и нагревают протекающую внутри трубки воду.

Кожух выполнен из теплостойкого пластического материала.

Однако, чтобы ограничить движение раздвигания витков трубки в осевом направлении, причем это движение является результатом внутреннего давления воды, циркулирующей в трубке, необходимо наличие удерживающей пластины на каждом конце намотки и скреп для осевого механического удержания. Это позволяет избегать передачи на кожух толкающих усилий, появляющихся в результате этого давления.

Кроме того, выполненный из пластического материала кожух имеет форму в виде двух половин, соединенных между собой посредством сварки, при помощи винтов или защелок, и между трубкой и внутренним пространством кожуха из пластического материала расположена обечайка, обеспечивающая функцию термического экрана, изолирующего кожух от тепла, выделяемого горящими газами.

Следовательно, такой очень эффективный теплообменник содержит много деталей, что повышает его стоимость и увеличивает время его изготовления.

Из документа WO 2015/140664 известен теплообменник, содержащий кожух, внутри которого установлена намотанная в виде спирали трубка, внутри которой может проходить вода, фасадную часть, на которой установлена горелка, и разделительный элемент, на котором установлен диск из жаропрочного материала.

Перед сборкой кожух содержит две половины, при этом каждая половина кожуха содержит полуцилиндрическую часть, моноблочную с полукруглой частью. Соединение между двумя половинами кожуха осуществляют при помощи сварного шва вдоль их трех соответствующих прямолинейных сторон.

В этом документе не предложено выполнять кожух, образованный перед сборкой трубчатой металлической обечайкой и дном, выполненным из композиционного пластического материала, и не предложено соединение этих двух элементов за счет взаимодействия язычков и щелей.

Следовательно, обе половины кожуха необходимо выполнять из материала большой толщины, который должен одновременно обладать очень высокой механической прочностью и очень высокой теплостойкостью, чтобы выдерживать горячие газы и обеспечивать сжатие трубки. Следовательно, в этом теплообменнике применяют более дорогие материалы.

Раскрытие сущности изобретения

Целью изобретения является ограничение общего количества деталей конденсационного теплообменника, упрощение сборки этих деталей и, наконец, исключение скреп осевого напряжения, и оно призвано предложить надежный теплообменник, кожух которого не деформируется.

Еще одной задачей изобретения является реализация теплообменника меньшей стоимости по сравнению с известными теплообменниками и с одновременным обеспечением осевого напряжения намотанной трубки.

Следовательно, необходимо полностью пересмотреть концепцию такого теплообменника.

Для этого объектом изобретения является конденсационный теплообменник, содержащий:

- по меньшей мере одну намотанную в виде спирали трубку, выполненную из материала, хорошо проводящего тепло, внутри которой может проходить нагреваемая текучая среда, такая как вода,

- кожух, внутри которого установлена трубка, при этом кожух оснащен газоотводным патрубком, дном и фасадной частью, на которой установлены средства подачи и/или производства горячего газа внутри кожуха, такие как газовая или масляная горелка,

- отражатель, который содержит диск из теплоизоляционного материала, установленный в арматуре из металлического листа, при этом указанный отражатель расположен относительно намотанной в виде спирали трубки таким образом, чтобы ограничивать вместе с указанной фасадной частью камеру сгорания.

Согласно изобретению, указанный кожух содержит корпус, образованный металлической трубчатой обечайкой, причем эта трубчатая обечайка закрыта на одном из своих двух концов указанной фасадной частью и на своем другом конце - указанным дном, при этом указанная трубчатая обечайка и указанное дно выполнены отдельно до сборки, при этом указанное дно выполнено из композиционного пластического материала, при этом один из краев трубчатой обечайки, называемый «задним краем», имеет по меньшей мере на части своей окружности множество вырезов, ограничивающих крепежные язычки, при этом дно имеет на своей периферии множество крепежных щелей, расположенных вдоль по меньшей мере части его окружности, при этом каждая крепежная щель рассчитана по размерам таким образом, что в нее можно вставить крепежный язычок, при этом вдоль каждой крепежной щели в продольном направлении проходит первое продольное ребро, которое выступает наружу, и указанный крепежный язычок два раза загнут вокруг указанного первого ребра, при этом обечайка закреплена на указанном дне и указанная спиралевидная намотка трубки напряжена в осевом направлении на своих двух концах между дном и фасадной частью.

Благодаря этим отличительным признакам изобретения, можно исключить скрепы, при этом общее количество деталей уменьшается, и стоимость снижается, но при этом намотанная в виде спирали трубка не расширяется в осевом направлении, так как крепление дна и обечайки за счет двойного сгибания язычков является достаточным, чтобы препятствовать любой деформации кожуха. Кроме того, дно и обечайка выполнены из других материалов, которые лучше адаптированы к действующим на них напряжениям.

Согласно другим предпочтительным и неограничивающим признакам изобретения, рассматриваемым отдельно или в комбинации:

- дно содержит наружную перегородку, углубление, выполненное в этой наружной перегородке, причем это углубление выступает наружу теплообменника и выходит в его верхней части в газоотводный патрубок, и внутреннюю перегородку, соединяющую две стороны наружной перегородки, находящиеся с двух сторон от устья углубления, причем этом внутренняя перегородка ограничивает вместе с углублением газоотводный канал, выходящий в газоотводный патрубок, при этом задний край указанной трубчатой обечайки имеет множество вырезов, ограничивающих либо крепежные язычки на всей его окружности, либо крепежные язычки на части его окружности и по меньшей мере один язычок зацепления на остальной части его окружности, причем эта внутренняя перегородка оснащена по меньшей мере одной приемной щелью либо для язычка зацепления, либо для крепежного язычка, и крепежный язычок или язычок зацепления, который вставляют в эту приемную щель, загибают на этой внутренней перегородке для обеспечения крепления обечайки с указанным дном и создания осевого напряжения указанной намотанной в виде спирали трубки на одном из ее концов при помощи фасадной части и на другом ее конце при помощи указанной наружной перегородки и указанной внутренней перегородки дна;

- задний край указанной металлической трубчатой обечайки оснащен множеством вырезов, ограничивающих крепежные язычки, и множеством вырезов, ограничивающих по меньшей мере один язычок зацепления, при этом каждая приемная щель, выполненная во внутренней перегородке и называемая щелью зацепления, рассчитана по размерам таким образом, чтобы в нее можно было вставить язычок зацепления, причем этот язычок зацепления загибают один раз на сторону внутренней перегородки, находящуюся напротив указанного газоотводного канала;

- углубление, выполненное в наружной перегородке, имеет заднюю стенку, обрамленную двумя боковыми стенками, газоотводный патрубок содержит крышку, предназначенную для установки и крепления на дне, причем эта крышка содержит оборотную перегородку, причем эта оборотная перегородка ограничивает с указанной внутренней перегородкой и двумя боковыми стенками указанный газоотводный канал, выходящий в газоотводный патрубок, при этом каждая приемная щель, выполненная во внутренней перегородке и называемая крепежной щелью, обрамлена в продольном направлении первым продольным ребром, при этом задний край указанной металлической трубчатой обечайки оснащен крепежными язычками на всей своей периферии, и крепежный язычок вставляют в каждую крепежную щель и загибают два раза вокруг указанного первого ребра;

- дно имеет газоотводный канал, который проходит наружу в продольном осевом направлении теплообменника, причем этот газоотводный канал соединяется с указанным газоотводным патрубком, задний край указанной обечайки имеет указанные крепежные язычки на всей своей окружности, и дно имеет на всей своей окружности указанные крепежные щели, в которые заходят указанные крепежные язычки;

- первое продольное ребро имеет квадратное или прямоугольное поперечное сечение, и крепежный язычок загибают два раза под прямым углом вокруг выступающих кромок этого первого продольного ребра;

- слой клея наносят между внутренней радиальной стенкой крепежной щели, соответственно щели зацепления, и находящейся напротив поверхностью крепежного язычка, соответственно язычка зацепления, и/или слой клея наносят между наружной радиальной стенкой крепежной щели, соответственно щели зацепления, и находящейся напротив поверхностью крепежного язычка, соответственно язычка зацепления;

- на дне вблизи указанного первого ребра выполнено второе ребро, ограничивающее с последним полость, при этом ширину и глубину указанной полости, а также длину крепежного язычка рассчитывают по размерам таким образом, чтобы загибать крепежный язычок третий раз наружу теплообменника и чтобы его свободный конец опирался на сторону второго ребра, находящуюся напротив первого ребра;

- второе ребро выполнено на дне вблизи указанного первого ребра, ограничивая с последним полость, и в указанную полость наносят слой смолы, чтобы закрыть конец крепежного язычка;

- указанная обечайка выполнена из полосы металлического листа, сложенной и/или загнутой вдвое, два конца которой соединяют, предпочтительно вдоль линии сварочного шва;

- указанная обечайка выполнена из нержавеющей стали;

- арматура указанного отражателя вставлена между двумя смежными витками трубки и образует вместе с указанным дном конденсационную камеру;

- арматура указанного отражателя вставлена между последним витком, называемым «задним», намотанной в виде спирали трубки и дном, и между указанным дном и указанной арматурой расположены несколько распорок для получения между этим дном и этой арматурой пространства прохождения газов, соединенного с указанным газоотводным патрубком.

Краткое описание чертежей

Другие отличительные признаки, задачи и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве иллюстративного и не ограничительного примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг. 1 представлены различные составные детали заявленного теплообменника, без горелки, общий вид;

на фиг. 2 показаны детали теплообменника, изображенного на фиг. 1, после сборки, вид в перспективе спереди;

на фиг. 3 показаны детали теплообменника, изображенного на фиг. 1, после сборки, вид в перспективе сзади;

на фиг. 4 представлен теплообменник, показанный на фиг. 1, вид в поперечном разрезе по плоскости разреза, проходящей через линию IV-IV фиг. 2, на котором также добавлена горелка;

на фиг. 5 показан теплообменник, изображенный на фиг. 1, вид в поперечном разрезе по плоскости разреза, проходящей через линию V-V фиг. 2, на котором также добавлена горелка;

на фиг. 6 показан кожух, вид в перспективе;

на фиг. 7 показана часть дна, вид в перспективе сверху;

на фиг. 8 показана часть деталей теплообменника с показом нескольких крепежных язычков обечайки, вставленных в крепежные щели дна, вид в перспективе сзади;

на фиг. 9 представлен вид, аналогичный фиг. 8, при этом крепежные язычки, вставленные в крепежные щели, загнуты два раза вокруг первого крепежного ребра;

на фиг. 10 показан крепежный язычок обечайки, вставленный в крепежную щель и загнутый два раза, детальный вид в поперечном разрезе;

на фиг. 11 показан вид, аналогичный фиг. 10, где добавлен клей между язычком и щелью, выполненной в дне;

на фиг. 12А показан вид, аналогичный фиг. 10, где клей добавлен на изогнутую часть язычка с наружной стороны дна;

на фиг. 12В представлены два язычка и две щели, показанные на фиг. 12А, вид сверху;

на фиг. 13А показан вариант фиг. 10, где крепежный язычок загнут три раза;

на фиг. 13В показаны два язычка и две щели, изображенные на фиг. 13А, вид сверху;

на фиг. 14А представлен вид, аналогичный фиг. 10, где добавлен клей между первым крепежным ребром и вторым крепежным ребром с наружной стороны дна;

на фиг. 14В изображены два язычка и две щели, показанные на фиг. 14А, вид сверху;

на фиг. 15 показан язычок зацепления обечайки, вставленный в щель зацепления дна и загнутый один раз, детальный вид в поперечном разрезе;

на фиг. 16 представлена схема, показывающая усилие растяжения, приложенное к обечайке, в случае, когда крепежный язычок не удерживается в щели;

на фиг. 17 представлена схема, показывающая результат растяжения, приложенного к обечайке, в случае, показанном на фиг. 16;

на фиг. 18 показан другой вариант выполнения теплообменника, вид в поперечном разрезе;

на фиг. 19 представлена другая версия выполнения теплообменника, вид в разрезе;

на фиг. 20 представлено другое расположение отражателя, вид в разрезе.

Осуществление изобретения

Показанный в общем виде на фиг. 1 конденсационный теплообменник 1 в соответствии с изобретением содержит кожух 2, по меньшей мере одну трубку 3, отражатель 4 и средства 5 подачи или производства горячих газов, причем последние показаны только на фиг. 4 и 5.

Кожух 2 содержит трубчатую обечайку 6, образующую корпус кожуха, фасадную часть 7 и дно 8. На фасадной части 7 установлены указанные средства 5 подачи горячих газов или производства горячих газов, что будет описано ниже. Кроме того, как показано на фиг. 1, трубчатая обечайка 6 и дно 8 выполнены отдельно до их сборки, которая будет описана ниже.

На фиг. 1-4 камера 1 показана в ее нормальном положении использования. В дальнейшем тексте описания и формулы изобретения термины «верхний» или «нижний» следует рассматривать относительно этого нормального положения использования.

Трубка 3 намотана в виде спирали, образуя спиралевидную намотку с продольной осью Х-Х’. Трубка 3 имеет два конца, образующих входной наконечник 31 и выходной наконечник 32.

Она выполнена из теплопроводящего материала, в частности, из металла, предпочтительно из нержавеющей стали. Она предназначена для прохождения в ней нагреваемой текучей среды, такой как вода.

Как показано на фиг. 4 и 5, между двумя витками трубки 3 существует промежуток 33 постоянного или по существу постоянного калиброванного значения. Хотя показанная на этих фигурах трубка 3 имеет уплощенное и овальное поперечное сечение, она может иметь и любое другое сечение.

Трубка 3 предназначена для установки внутри кожуха 2, составные части которого подробно описаны ниже. Хотя на фигурах это и не показано, в кожухе 2 могут быть установлены несколько намотанных в виде спирали трубок 3, и в этом случае намотки являются коаксиальными.

Предпочтительно трубчатая обечайка 6 выполнена из полосы металлического материала, предпочтительно из нержавеющей стали. Предпочтительно этот лист имеет толщину, меньшую или равную 1 мм.

Предпочтительно эта полоса листа имеет центральную часть, называемую стенкой 60 основания. Эта стенка 60 основания имеет небольшой уклон к своему центру, что позволяет удалять конденсаты за счет силы тяжести через выходное отверстие 601, соединенное с трубопроводом 602 удаления конденсатов.

Стенка 60 основания имеет также два отверстия 603, 604. Когда трубку 3 устанавливают внутри обечайки, ее входной наконечник 31 и ее выходной наконечник 32 запрессовывают и/или приваривают газонепроницаемым образом соответственно в вышеупомянутые отверстия 603 и 604.

Предпочтительно два конца полосы листа, находящиеся с двух сторон от стенки 60 основания, сгибают по существу под прямым углом относительно последней, затем закругляют, и их свободные концы сваривают вдоль сварного шва 605.

Выполненная таким образом трубчатая обечайка 6 имеет передний край 606 и противоположный задний край 607.

На своей периферии фасадная часть 7 имеет бортик 70, который крепят, предпочтительно приваривают газонепроницаемым образом к переднему краю 606 трубчатой обечайки 6.

Фасадная часть 7 оснащена несколькими шпильками 71, в данном случае в количестве четырех, выступающими наружу теплообменника 1. Фасадная часть 7 содержит центральный проем 72, выполненный с возможностью закрывания дверцей 73, которая показана только на фиг. 4 и 5.

Дверцу 73 крепят на фасадной части 7 при помощи шпилек 71. В центральной части дверцы 73 установлена горелка 50, например, газовая горелка, которая представляет собой пример выполнения средства 5 производства горячего газа. Эту горелку можно заменить средствами подачи горячего газа (например, вентилятором), при этом горячий газ получают за пределами камеры (кожуха).

Дверцу 73 можно также закрепить на фасадной части 7 по-другому.

Как более наглядно показано на фиг. 6, где представлен первый вариант выполнения обечайки 6, на своей периферии задний край 607 имеет множество вырезов, ограничивающих первый ряд язычков, в дальнейшем называемых «крепежными язычками» 61, и по меньшей мере один другой язычок, в дальнейшем называемый «язычком 62 зацепления», чтобы различать способы крепления на дне 8. Язычки 61 разделены между собой вырезами (выемками) 63, а язычки 62 - вырезами (выемками) 64.

Крепежные язычки 61 выполнены почти на всем крае 607 за исключением изогнутой верхней части этого края, то есть в показанном на фигурах примере выполнения на части, находящейся с двух сторон от линии сварного шва 605. Именно в этой изогнутой верхней части края 607 выполняют язычки 62 зацепления.

Предпочтительно вырезы выполняют таким образом, чтобы крепежные язычки 61 и язычки 62 зацепления имели прямоугольную форму. Кроме того, предпочтительно вырезы выполняют таким образом, чтобы получать язычки 62 зацепления с отступом по отношению к крепежным язычкам 61. Иначе говоря, длина L1 между передним краем 606 и свободным концом крепежного язычка 61 превышает длину L2 между передним краем 606 и свободным концом язычка 62 зацепления. Роль этого смещения будет пояснена ниже.

Дно 8 выполняют из композиционного пластического материала. Такой пластический материал имеет по меньшей мере два разных компонента. Например, этот композиционный пластический материал может быть полипропиленом с наполнителем из волокон, в частности, с наполнителем из стекловолокон.

Как более наглядно показано на видах в разрезе на фиг. 4, 5 и 7, где представлен первый вариант выполнения дна 8, это дно 8 содержит так называемую «наружную» перегородку 80, которая является плоской за исключением центральной зоны, которая образует углубление 801, выступающее наружу, и периферической зоны, которая образует периферический бортик 802, тоже выступающий наружу.

Контур наружной перегородки 80 по существу соответствует контуру заднего края 607 обечайки 6. Иначе говоря, этот контур имеет по существу квадратную форму, верхняя сторона которого закруглена.

Углубление 801 имеет U – образный контур, который открывается вверх дна 8. Углубление 801 содержит заднюю стенку 8010 и две боковые стенки 8011, которые определяют глубину углубления 801, см. фиг. 3.

Кроме того, в верхней части дна 8 участок перегородки, называемый «внутренней перегородкой» 81, соединяет две стороны наружной перегородки 80, находящиеся с двух сторон от устья углубления 801, а также две боковые стенки 8011 наружной перегородки 80, находящиеся с двух сторон от устья углубления 801. На фиг. 1 видно, что эта внутренняя перегородка 81 предпочтительно имеет форму дуги окружности, чтобы следовать форме спиралевидной намотки трубки 3.

Внутренняя перегородка 81 расположена на расстоянии от углубления 801, как показано на фиг. 4 и 7, и образует с ним канал 82 сбора и удаления газов. Между внутренней перегородкой 81 и углублением 801 можно предусмотреть распорки 83, как показано на фиг. 1 и 7.

Кроме того, внутренняя перегородка 81 продолжена в переднем направлении теплообменника (то есть в сторону фасадной части 7 и в осевом направлении) изогнутой стенкой 84, вогнутость которой следует контуру верхней части в виде дуги окружности обечайки 6. Вертикальный бортик 85 окружает изогнутую стенку 84, образуя нижнюю часть газоотводного патрубка 86. Наконец, крышка 87, которая образует верхнюю часть газоотводного патрубка 86, закрывает бортик 85. Эту крышку 87 приклеивают на этом бортике 85 газонепроницаемым образом. Крышка 87 имеет выпускное отверстие 870, предпочтительно находящееся в ее верхней части. Это отверстие 870, оснащенное прокладкой 871, обеспечивает соединение с газоотводным шлангом, не показанным на фигурах.

Предпочтительно, как лучше всего показано на фиг. 2 и 3, наружная перегородка 80 может быть продолжена проушинами 804, в данном случае в количестве трех, имеющими, каждая, крепежное отверстие 8040, причем последние обеспечивают крепление дна 8 на не показанной на фигурах перегородке котла. Эти отверстия 8040 обеспечивают, например, прохождение крепежных винтов. Наконец, предпочтительно наружная перегородка 80 может быть оснащена на своей наружной стороне и/или на своей внутренней стороне ребрами 805 жесткости.

Далее следует более подробное описание крепления обечайки 6 на дне 8.

Наружная перегородка 80 имеет на своей периферии ряд щелей 806, называемых «крепежными щелями», которые выполнены на уровне выступающего бортика 802. Эти щели 806 расположены встык в окружном направлении на дне 8. Эти щели 806 проходят по всей окружности наружной перегородки 80 за исключением ее верхней части, куда выходит углубление 801. Эти крепежные щели 806 рассчитаны по размерам таким образом, чтобы в них заходили крепежные язычки 61, как более наглядно показано на фиг. 8-14В.

На фиг. 8-10 показано, каким образом крепежный язычок 61 соединяют с крепежной щелью 806. Каждая крепежная щель 806 содержит в радиальном направлении теплообменника внутреннюю стенку 8061 и наружную стенку 8062 (см. фиг. 10).

По краю каждой крепежной щели 806 проходит первое продольное ребро 807, которое выступает наружу от наружной перегородки 80, в частности, от бортика 802 наружной перегородки. Это первое ребро 807 предпочтительно находится вблизи внутренней радиальной стенки 8061 щели.

Предпочтительно это первое ребро 807 имеет поперечное сечение квадратной или прямоугольной формы.

Как показано на фиг. 8, крепежный язычок 61 вставляют в крепежную щель 806, затем сгибают во время операции запрессовки два раза вокруг первого продольного ребра 807.

Как показано на фиг. 8 и 9, обечайку 6 приближают к дну 8 таким образом, чтобы все крепежные язычки 61 зашли в находящиеся напротив соответствующие крепежные щели 806.

В случае, когда первое продольное ребро 807 имеет квадратное или прямоугольное сечение, крепежный язычок 61 сгибают два раза под прямым углом, а именно первый раз в радиальном направлении теплообменника и второй раз в осевом направлении.

Как показано на фиг. 4, когда запрессовывают крепежные язычки 61, наружная перегородка 80 опирается на последний виток намотки трубки 3, находящийся ближе к задней стороне теплообменника, а фасадная часть 7 опирается на первый виток намотки трубки 3, находящийся ближе к передней стороне теплообменника.

Это позволяет реализовать осевое сжатие трубки 3.

Наконец, как можно увидеть в нижней части фиг. 5, дно выреза 63 приходит в положение упора во внутреннюю сторону выступающего бортика 802.

На фиг. 11 представлена версия осуществления, в которой слой клея 90 наносят на внутреннюю сторону 61 крепежного язычка 61 до его введения внутрь крепежной щели 806, чтобы этот слой клея 90 распределился между язычком 61 и радиально внутренней стенкой 8061 щели 806 и усилил крепление крепежного язычка 61 и, следовательно, обечайки 6 на дне 8. Следует отметить, что можно также предусмотреть слой клея 90 между язычком 61 и радиально наружной стенкой 8062 щели, хотя на фиг. 11 это и не показано.

Этот слой клея 90 усиливает газонепроницаемость кожуха 2. Например, можно использовать силиконовый клей.

На фиг. 12А и 12В представлена другая версия осуществления, в которой наносят слой смолы 91 на конец крепежного язычка 61 с наружной стороны перегородки 80. Чтобы способствовать удержанию этого слоя смолы 91, предпочтительно выполнено второе продольное ребро 808 напротив первого продольного ребра 807, ограничивающее с последним полость 809, в которой может скапливаться смола 91.

Эта смола 91 предназначена для усиления крепления крепежного язычка 61 вокруг первого ребра 807 и для предупреждения разгибания этого язычка.

Следует отметить, что можно также комбинировать добавление клея 90 и смолы 91.

На фиг. 13А и 13В представлена версия осуществления, в которой крепежный язычок 61 является немного более длинным, чем в предыдущем случае, чтобы его можно было загнуть третий раз, наружу теплообменника. В этом случае конец крепежного язычка оказывается загнутым в виде V внутри полости 809, и две ветви V, которые стремятся отойти друг от друга по причине своей упругости, усиливают блокировку язычка 61 в полости 809 и не дают этому язычку выйти из крепежной щели 806 в случае, когда давление внутри трубки 3 будет стремиться раздвинуть витки трубки в осевом направлении.

Хотя это и не показано на фиг. 13А и 13В, можно также предусмотреть слой клея 90 между крепежным язычком 61 и одной или другой из стенок 8061, 8062 щели 806 и/или добавить слой смолы 91 в полость 809, перекрывая, таким образом, конец язычка 61, как было описано выше со ссылками на фиг. 11-12В.

На фиг. 14А и 14В представлена еще одна версия осуществления, упрощенная по сравнению с версией, показанной на фиг. 12А, 12В, и в ней слой смолы 91 наносят только внутрь полости 809 и, следовательно, только на конце язычка 61.

На фиг. 15 показано, каким образом язычок 62 зацепления соединяют с так называемой щелью 810 «зацепления», выполненной во внутренней перегородке 81. Выполняют столько же щелей 810 зацепления, сколько и язычков 62. В этом случае конец язычка 62 зацепления сгибают только один раз в радиальном направлении теплообменника, чтобы прижать его к стороне внутренней перегородки 81, находящейся напротив газоотводного канала 82, предпочтительно в радиально внутреннем направлении.

Предпочтительно слой клея 90 можно также нанести между язычком 62 зацепления и внутренней радиальной стенкой 8101 щели 810 и/или между язычком 62 зацепления и наружной радиальной стенкой 8102 щели 810.

На практике в ходе процесса изготовления крышку 87 газоотводного патрубка не крепят, пока не завершена операция запрессовки язычков 62 зацепления. Действительно, отсутствие этой крышки позволяет вводить прессовочный инструмент в канал 82 напротив язычка 62, что можно понять, рассматривая фиг. 4.

В этом месте витки трубки 3 прижимаются в осевом направлении к фасадной части 7 и к внутренней перегородке 81.

Кроме того, как было указано выше, язычки 62 зацепления выполнены с отступом по отношению к крепежным язычкам 61. Действительно, как можно увидеть на фиг. 4, поскольку последний задний виток намотки трубки 3 заканчивается на уровне входного наконечника 31 и он проходит через отверстие 603, выполненное в обечайке 6, предпочтительно крепежный язычок 61 запрессовывают на выступающем бортике 802 дна 8 (то есть в зоне, которая находится не прямо напротив наружной стенки 80, а слегка смещена наружу, то есть влево на фиг. 4), чтобы сохранить достаточно материала обечайки 6 в этом месте. Но при этом язычки 62 зацепления крепят на внутренней перегородке 81, которая отступает относительно бортика 802.

На фиг. 18 представлена еще одна версия осуществления изобретения, в которой газоотводный патрубок 86 и углубление 801 выполнены по-другому, что позволяет получить обечайку 6, имеющую крепежные язычки 61 на всей своей периферии.

В частности, в этом случае задняя стенка 8010 углубления 801 не доходит до верха дна 8, и крышка 87 содержит оборотную перегородку 872, которая проходит в направлении углубления 801 и напротив внутренней перегородки 81, ограничивая с последней газоотводный канал 82. Линия соединения между оборотной перегородкой 872 и верхом углубления 801 обозначена позицией 89. На своих двух концах внутренняя перегородка 81 неподвижно соединена с боковыми стенками 8011.

Внутренняя перегородка 81 содержит по меньшей мере одну крепежную щель 806’, обрамленную в продольном направлении соответственно первым ребром 807’ (описанным выше), и полостью 809’. Каждый крепежный язычок 61 загнут два раза вокруг ребра 807’.

Во время запрессовки крепежных язычков 61, поскольку крышка 87 отсутствует и внутренняя перегородка 81 является более доступной, крепежные язычки 61 можно загнуть два раза. На указанный язычок 61 можно тоже нанести слой смолы 91.

Понятно, что дно 8 и газоотводный патрубок могут иметь другие формы и что в зависимости от положения газоотводного канала 82 относительно дна 8 описанные выше крепежные щели 806 можно предусмотреть на части окружности дна 8 или на всей этой окружности. Эту последнюю возможность можно применить, например, если газоотводный канал 82 проходит от дна 8 наружу и вдоль продольной оси Х-Х’ теплообменника (см. фиг. 19), после чего соединяется с газоотводным патрубком 86. Последний задний виток намотки трубки 3 опирается на наружную перегородку 80, и обеспечивается осевое сжатие.

Были проведены испытания, чтобы измерить сопротивление растяжению, действующему на обечайку 6, в случае, когда трубка 3 может деформироваться в осевом направлении и нажимать на дно 8.

На фиг. 16 и 17 схематично представлена ситуация, которую можно было бы наблюдать, если бы крепежный язычок 61 был просто запрессован вокруг продольного ребра 807 и не проходил через крепежную щель 806. В этом случае отмечается, что, если действовать растяжением на кожух 6 в осевом направлении и в сторону стрелки G и если это растяжение превышает определенный порог, язычок 61 стремится в этом случае деформироваться и разогнуться и больше не выполняет свою роль крепления между кожухом 6 и дном 8.

Испытания показали, что крепежный язычок 61 может выдерживать усилие растяжения 65 кг, прежде чем деформируется, в случае, показанном на фиг. 16, где язычок 61 не заходит в щель.

В случае, когда крепежный язычок 61 заходит в крепежную щель, как показано на фиг. 10, испытания показали, что этот язычок может выдерживать усилие растяжения 110 кг, прежде чем деформируется. Наконец, испытания, проведенные с крепежным язычком, загнутым три раза, как показано на фиг. 13А, показали, что этот язычок может выдерживать усилие растяжения 140 кг.

Отражатель 4 содержит диск 41 из теплоизоляционного материала, установленный в арматуре 42 из тонкого металлического листа.

Этот отражатель 4 можно расположить двумя разными способами относительно трубки 3 таким образом, чтобы в обоих случаях получить по меньшей мере одну камеру 11 сгорания.

Согласно первому варианту осуществления, показанному на фиг. 4, отражатель 4 вставлен в трубку 3 таким образом, чтобы периферический край арматуры 42 зашел между двумя смежными витками трубки 3. Таким образом, этот отражатель 4 образует камеру 11 сгорания, полученную между этим отражателем и фасадной частью 7, и конденсационную камеру 12, полученную между этим отражателем и дном 8.

Согласно второму варианту осуществления, показанному на фиг. 20, отражатель 4 расположен между дном 8 и последним так называемым «задним» витком намотки трубки 3 (то есть витком, находящимся вблизи дна 8). В этом случае отражатель 4 образует только камеру 11 сгорания, расположенную между этим отражателем и фасадной частью 7. В этом случае между дном 8 и указанной арматурой 42 располагают множество распорок 88, чтобы получить между этими двумя элементами пространство 880 для прохождения газов, соединенное с указанным газоотводным патрубком 86 через газоотводный канал 82.

Предпочтительно распорки 88 выполнены на стороне, обращенной в переднем направлении (к фасадной части 7) от наружной перегородки 80 и внутренней перегородки 81.

Сборку различных элементов теплообменника 1 можно производить, например, следующим образом.

Трубку 3, оснащенную отражателем 4, вставляют в обечайку 6 до смыкания образующей ее полосы и до выполнения сварного шва 605. Наконечники 31 и 32 запрессовывают и/или приваривают газонепроницаемым образом к отверстиям 603 и 604.

Фасадную часть 7 крепят сваркой на переднем крае 606 кожуха 6. Кожух 6 приближают к дну 8 таким образом, чтобы крепежные язычки 61 зашли в крепежные щели 806 и чтобы язычки 62 зацепления (если они присутствуют) зашли в щели 810 зацепления.

Запрессовку различных язычков 61, 62 производят, как было описано выше. Наконец, на бортике 85 дна 8 крепят крышку 87 и газоотводный патрубок 86.

Далее для напоминания следует краткое описание работы полученного таким образом конденсационного теплообменника 1.

Внутри камеры 11 сгорания горячие газы, произведенные горелкой 50, проходят в промежутки 33 между смежными витками трубки 3 изнутри наружу, обдувают обечайку 6, и проходят дальше в конденсационную камеру 12, затем опять проходят через промежутки 33 между смежными витками трубки 3, на этот раз снаружи внутрь, после чего удаляются через газоотводный канал 82 и газоотводный патрубок 86.

В варианте осуществления, показанном на фиг. 20, горячие газы, произведенные горелкой 50, проходят в промежутки 33 между смежными витками трубки 3 изнутри наружу, обдувают обечайку 6, проходят через пространство 880 циркуляции газов и затем удаляются через газоотводный канал 82 и газоотводный патрубок 86 (см. стрелки i).

Кроме того, нагреваемая текучая среда проходит от входного наконечника 31 к выходному наконечнику 32, то есть противотоком относительно горячих газов.

Заявленный теплообменник имеет ряд преимуществ. Общее количество деталей уменьшилось по сравнению с известным теплообменником, скрепы были исключены, но при этом сохранено осевое подпружинивание намотки трубки 3. Монтаж упростился.

Кроме того, дно является компактным, включает в себя газоотводный патрубок и, следовательно, обеспечивает функцию дна камеры, удаления газов и участвует в осевом напряжении намотки трубки 3.

Наконец, дно 8 не подвергается воздействию температуры, благодаря присутствию отражателя 4. Он выполнен из композиционного пластического материала, предпочтительно выбранного таким образом, чтобы выдерживать механические усилия, действующие на дно 8 в случае раздвигания витков трубки 3 в осевом направлении. Этот материал позволяет избегать любого риска электролиза с материалом обечайки 6. Следовательно, в целом теплообменник является менее дорогим, чем известные теплообменники, и одновременно обеспечивает осевое подпружинивание намотки трубки 3, благодаря инновационному способу крепления обечайки 6 и дна 8.

Изобретение относится к области конденсационных теплообменников, более конкретно настоящее изобретение касается конструкции кожуха таких теплообменников. Конденсационный теплообменник содержит по меньшей мере одну намотанную в виде спирали трубку, внутри которой может проходить нагреваемая текучая среда, отражатель, кожух, внутри которого установлена трубка. Кожух оснащен газоотводным патрубком, дном и фасадной частью, на которой установлены средства подачи и/или производства горячего газа внутри кожуха. В теплообменнике указанный кожух содержит: трубчатую обечайку, закрытую на своих двух концах фасадной частью и дном. Дно выполнено из композиционного пластического материала. Задний край трубчатой обечайки имеет множество крепежных язычков. Дно имеет на своей периферии множество крепежных щелей, расположенных вдоль по меньшей мере части его окружности, при этом вдоль каждой крепежной щели в продольном направлении проходит первое продольное ребро, которое выступает наружу. Каждый крепежный язычок вставлен в крепежную щель и два раза загнут вокруг указанного первого ребра. Технический результат заключается в ограничении общего количества деталей конденсационного теплообменника, упрощении сборки этих деталей и исключении скреп осевого напряжения, надежности теплообменника, кожух которого не деформируется. 12 з.п. ф-лы, 23 ил.

1. Конденсационный теплообменник (1), содержащий:

- по меньшей мере одну намотанную в виде спирали трубку (3), выполненную из теплопроводного материала, внутри которой может проходить нагреваемая текучая среда, такая как вода,

- кожух (2), внутри которого установлена указанная трубка (3), при этом кожух (2) оснащен газоотводным патрубком (86), дном (8) и фасадной частью (7), на которой установлены средства подачи и/или производства горячего газа внутри кожуха, такие как газовая или масляная горелка (50),

- отражатель (4), содержащий диск (41) из теплоизоляционного материала, установленный в арматуре (42) из металлического листа, при этом указанный отражатель (4) расположен относительно намотанной в виде спирали трубки (3) с возможностью ограничивать вместе с указанной фасадной частью (7) камеру (11) сгорания,

отличающийся тем, что, указанный кожух (2) содержит корпус, образованный металлической трубчатой обечайкой (6), причем эта трубчатая обечайка (6) закрыта на одном из своих двух концов указанной фасадной частью (7), а на своем другом конце - указанным дном (8),

причем указанная трубчатая обечайка (6) и указанное дно (8) выполнены отдельно до сборки,

при этом указанное дно (8) выполнено из композиционного пластического материала,

причем один из двух краев трубчатой обечайки, называемый «задним краем» (607), имеет по меньшей мере на части своей окружности множество вырезов (63), ограничивающих крепежные язычки (61),

а дно (8) имеет на своей периферии множество крепежных щелей (806), расположенных вдоль по меньшей мере части его окружности, при этом каждая крепежная щель (806) имеет такие размеры, что в нее может заходить крепежный язычок (61), при этом вдоль каждой крепежной щели (806) в продольном направлении проходит первое продольное ребро (807), которое выступает наружу, причем указанный крепежный язычок (61) два раза загнут вокруг указанного первого ребра (807), при этом обечайка (6) закреплена на указанном дне (8), а указанная спиралевидная намотка трубки (3) напряжена в осевом направлении на своих двух концах между дном (8) и фасадной частью (7).

2. Теплообменник (1) по п. 1, отличающийся тем, что дно (8) содержит:

- наружную перегородку (80),

- углубление (801), выполненное в этой наружной перегородке, причем это углубление (801) выступает наружу теплообменника и выходит в его верхней части в газоотводный патрубок (86),

- и внутреннюю перегородку (81), соединяющую две стороны наружной перегородки (80), находящиеся с двух сторон от устья углубления (801), причем эта внутренняя перегородка (81) ограничивает вместе с углублением (801) газоотводный канал (82), выходящий в газоотводный патрубок (86),

причем задний край (607) указанной трубчатой обечайки (6) имеет множество вырезов (63, 64), ограничивающих либо крепежные язычки (61) на всей его окружности, либо крепежные язычки (61) на части его окружности и по меньшей мере один язычок (62) зацепления на остальной части его окружности,

при этом эта внутренняя перегородка (81) оснащена по меньшей мере одной приемной щелью (810, 806’) либо для язычка (62) зацепления, либо для крепежного язычка (61), при этом крепежный язычок (61) или язычок (62) зацепления, который вставлен в эту приемную щель (810, 806’), загнут на указанной внутренней перегородке (81) для обеспечения крепления обечайки (6) на указанном дне (8) и создания осевого напряжения указанной намотанной в виде спирали трубки (3) на одном из ее концов при помощи фасадной части (7) и на другом ее конце при помощи указанной наружной перегородки (80) и указанной внутренней перегородки (81) дна (8).

3. Теплообменник (1) по п. 2, отличающийся тем, что задний край (607) указанной металлической трубчатой обечайки (6) оснащен множеством вырезов (63), ограничивающих крепежные язычки (61), и множеством вырезов (64), ограничивающих по меньшей мере один язычок (62) зацепления, причем каждая приемная щель, выполненная во внутренней перегородке (81) и называемая щелью (810) зацепления, имеет такие размеры, что в нее может заходить язычок (62) зацепления, причем этот язычок (62) зацепления загнут один раз на сторону внутренней перегородки (81), находящуюся напротив указанного газоотводного канала (82).

4. Теплообменник (1) по п. 2, отличающийся тем, что углубление (801), выполненное в наружной перегородке (80), имеет заднюю стенку (8010), обрамленную двумя боковыми стенками (8011),

причем газоотводный патрубок (86) содержит крышку (87), выполненную с возможностью установки и крепления на дне (8), причем крышка (87) содержит оборотную перегородку (872), причем эта оборотная перегородка (872) ограничивает с указанной внутренней перегородкой (81) и двумя боковыми стенками (8011) указанный газоотводный канал (82), выходящий в газоотводный патрубок,

при этом каждая приемная щель, выполненная во внутренней перегородке (81) и называемая крепежной щелью (806’), обрамлена в продольном направлении первым продольным ребром (807’),

причем задний край (607) указанной металлической трубчатой обечайки (6) оснащен крепежными язычками (61) на всей своей периферии,

при этом крепежный язычок (61) вставлен в каждую крепежную щель (806’) и загнут два раза вокруг указанного первого ребра (807’).

5. Теплообменник (1) по п. 1, отличающийся тем, что дно (8) имеет газоотводный канал (82), который проходит наружу в продольном осевом направлении (Х-Х’) теплообменника, причем этот газоотводный канал (82) соединяется с указанным газоотводным патрубком (86), при этом задний край (607) указанной обечайки (6) имеет указанные крепежные язычки (61) на всей своей окружности, а дно (8) имеет на всей своей окружности указанные крепежные щели (806), в которые заходят указанные крепежные язычки (61).

6. Теплообменник (1) по одному из пп. 1-5, отличающийся тем, что первое продольное ребро (807) имеет квадратное или прямоугольное поперечное сечение, причем крепежный язычок (61) загнут два раза под прямым углом вокруг выступающих кромок этого первого продольного ребра.

7. Теплообменник (1) по одному из пп. 1-6, отличающийся тем, что слой клея нанесен между внутренней радиальной стенкой (8061, 8101) крепежной щели (806), соответственно щели (810) зацепления, и находящейся напротив поверхностью крепежного язычка (61), соответственно язычка (62) зацепления, и/или тем, что слой клея (90) нанесен между наружной радиальной стенкой (8062, 8102) крепежной щели (806), соответственно щели (810) зацепления, и находящейся напротив поверхностью крепежного язычка (61), соответственно язычка (62) зацепления.

8. Теплообменник (1) по одному из пп. 1-7, отличающийся тем, что на дне (80) вблизи указанного первого ребра (807) выполнено второе ребро (808), ограничивающее с последним полость (809), причем ширина и глубина указанной полости (809), а также длина крепежного язычка (61) имеют такие размеры, что крепежный язычок (61) третий раз загнут наружу теплообменника, а его свободный конец опирается на сторону второго ребра (808), находящуюся напротив первого ребра (807).

9. Теплообменник (1) по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что второе ребро (808) выполнено на дне (80) вблизи указанного первого ребра (807), ограничивая с последним полость (809), причем в указанную полость (809) нанесен слой смолы (91), чтобы закрыть конец крепежного язычка (61).

10. Теплообменник (1) по одному из пп. 1-9, отличающийся тем, что указанная обечайка (6) выполнена из полосы металлического листа, сложенной и/или загнутой вдвое, два конца которой соединены, предпочтительно вдоль линии сварочного шва (605).

11. Теплообменник (1) по одному из пп. 1-10, отличающийся тем, что указанная обечайка (6) выполнена из нержавеющей стали.

12. Теплообменник (1) по одному из пп. 1-11, отличающийся тем, что арматура (42) указанного отражателя (4) вставлена между двумя смежными витками трубки (3) и ограничивает вместе с указанным дном (8) конденсационную камеру (12).

13. Теплообменник (1) по любому из пп. 1-11, отличающийся тем, что арматура (42) указанного отражателя (4) вставлена между последним витком, называемым «задним», намотанной в виде спирали трубки (3) и дном (8), при этом между указанным дном (8) и указанной арматурой (42) расположены несколько распорок (88) для получения между этим дном и этой арматурой пространства (880) прохождения газов, соединенного с указанным газоотводным патрубком (86).