Усовершенствованный теплообменник
Настоящее изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано при разработке новых теплообменников, например, в водогрейных проточных котлах. Изобретение заключается в том, что в котле, содержащем трубопровод впуска и трубопровод выпуска воды, между которыми размещен теплообменник, включающий в себя спиральный канал, через который проходит нагреваемая вода, теплообменник обеспечивает образование отдельной камеры сгорания с установленной в ней горелкой, в которую подают газовоздушную смесь; причем верхняя крышка размещена так, чтобы быть в соприкосновении, по крайней мере, с последним верхним витком канала теплообменника, а нижняя крышка размещена на некотором расстоянии от последнего нижнего витка канала теплообменника с тем, чтобы создавать зазор для прохода газа и выпуска конденсата; причем упомянутый теплообменник содержит коллектор, который установлен с центральным расположением на верхней поверхности упомянутой камеры сгорания, имеет поверхность с вогнутым профилем, находится поверх упомянутой верхней крышки и с верхней поверхностью этой крышки образует полость, внутри которой собирается газовоздушная смесь перед тем, как ее направляют внутрь упомянутой горелки. Технический результат - тепловая изоляция горелки без применения огнеупорных материалов и как результат - снижение общих затрат на изготовление. 24 з.п. ф-лы, 5 ил.
Настоящее изобретение относится к усовершенствованному теплообменнику.
Более конкретно, изобретение относится к котлу, содержащему, в частности, сборочный узел, состоящий из крышки и коллектора, позволяющий ограничить использование высокотемпературных теплоизолирующих элементов и уплотнений, обеспечивая тем самым возможность существенной экономии.
Как хорошо известно, котлы, используемые для нагревания или производства воды для гигиенических нужд, снабжены теплообменниками.
В настоящее время известно много высокоэффективных теплообменников. Например, известен спиральный теплообменник, описанный в заявке о выдаче патента Италии №RM2001A000474, поданной тем же заявителем, отличительной особенностью которого является внутренний тракт для продуктов сгорания, проходящий через промежутки, образованные между витками спирали и трубами, внутри которых протекает вода.
Техническая проблема известных в уровне техники котлов состоит в том, что известные теплообменники должны быть надлежащим образом теплоизолированы изнутри. На практике разность между температурой внутри котла вблизи горелки и внешней температурой очень велика. Потому неизбежно использование теплоизолирующих элементов, размещенных между камерой сгорания и верхней крышкой. Вышеупомянутые высокотемпературные теплоизолирующие элементы, такие как уплотнительные прокладки, выполнены из очень дорогого огнеупорного материала, и их эксплуатация затруднена.
Кроме того, через цилиндрическую стенку проходит водяной коллектор. Это создает дополнительные технические проблемы, связанные с необходимостью использования уплотнений и сварных соединений.
В связи с изложенным задача настоящего изобретения заключается в обеспечении теплообменника, выполненного со сборным узлом из крышки и коллектора, что обеспечивает тепловую изоляцию горелки и позволяет тем самым избежать применения огнеупорных изоляционных материалов и снизить общие затраты.
Поэтому специальным объектом настоящего изобретения является усовершенствованный теплообменник, содержащий трубопровод впуска воды и трубопровод выпуска воды, между которыми размещен теплообменник, включающий в себя спиральный канал, через который проходит вода, предназначенная для нагревания, при этом упомянутый теплообменник образует камеру сгорания, внутри которой размещена горелка, причем в упомянутую горелку подают газовоздушную смесь; кроме того, теплообменник снабжен верхней крышкой, установленной так, что она контактирует, по меньшей мере, с последним верхним витком канала теплообменника, и нижней крышкой, установленной на некотором расстоянии от последнего нижнего витка канала теплообменника, с тем, чтобы создать зазор для прохода газа и выпуска конденсата; при этом упомянутый теплообменник отличается тем, что он содержит коллектор, который размещен с центральным расположением на верхней поверхности упомянутой камеры сгорания, имеет поверхность с вогнутым профилем, находится поверх упомянутой верхней крышки и с верхней поверхностью этой крышки образует полость, внутри которой собирается газовоздушная смесь перед тем, как ее направляют внутрь упомянутой горелки.
В соответствии с настоящим изобретением упомянутая верхняя крышка, вообще, может иметь практически плоскую верхнюю поверхность.
Помимо этого, в соответствии с изобретением упомянутый коллектор может быть выполнен из металла, предпочтительно из алюминия или пластмассы.
Кроме того, согласно изобретению упомянутая крышка может быть соединена с упомянутым коллектором.
В соответствии с настоящим изобретением желательно, чтобы сочленение друг с другом упомянутой крышки и упомянутого коллектора могло регулироваться посредством вращения.
Помимо этого, в соответствии с изобретением теплообменник может быть снабжен металлическим диском, которому придана такая форма, чтобы он мог быть введен путем ввинчивания в зазор, образованный между витками канала теплообменника, причем выше указанного диска теплообменник обеспечивается изолирующим огнеупорным элементом, работающим при температуре около 2000°С.
Кроме того, в соответствии с изобретением упомянутый диск может быть выполнен из стали.
В соответствии с изобретением желательно, чтобы канал упомянутого теплообменника мог иметь на каждом торце кольцевую щель, создавая возможность его сочленения с упомянутыми впускным и выпускным трубопроводами без какой-либо сварки.
В соответствии с изобретением упомянутый теплообменник, вообще, может содержать цилиндрический элемент, размещенный между упомянутой верхней крышкой и упомянутой нижней крышкой.
В соответствии с изобретением упомянутый теплообменник, кроме того, может быть снабжен большим количеством соединительных стержней, каждый из которых обеспечен на концах средствами фиксации, соединенными с упомянутой верхней крышкой и упомянутой нижней крышкой.
В соответствии с изобретением упомянутая верхняя крышка с газовым коллектором и нижняя крышка с выпускным коллектором соответственно могут быть выполнены как заодно, так и отдельно друг от друга.
Настоящее изобретение ниже будет описано в иллюстративных целях без ограничения объема изобретения в соответствии с предпочтительными воплощениями и со ссылками на фигуры приложенных чертежей.
Фиг.1 - вид в перспективе котла согласно настоящему изобретению.
Фиг.2 - вид в разрезе котла, представленного на фиг.1.
Фиг.3 - вид в разрезе нижней крышки.
Фиг.4 - вид, отображающий торец канала теплообменника.
Фиг.5 - вид в разрезе нижней части камеры сгорания, имеющей перекрытие.
На фиг.1 и фиг.2 представлен котел, соответствующий настоящему изобретению.
Упомянутый котел 1 имеет камеру 2 сгорания, в которой размещен спиральный канал 3' для воды, нагреваемой в теплообменнике 3.
Теплообменник 3 придает камере сгорания практически цилиндрическую форму.
Теплообменник 3 снабжен трубопроводами для впуска и выпуска воды, указанными на фигурах ссылочными номерами позиций 4' и 4' соответственно.
Практически вдоль вертикальной оси камеры сгорания установлена горелка 5, вблизи которой размещена свеча 6 зажигания, предназначенная для воспламенения этой горелки 5.
Над упомянутой горелкой 5 располагается сборочный узел 7, включающий крышку 7' и коллектор 7'' теплообменника 3.
Кроме того, основание котла 1 снабжено нижней крышкой 8, а с внешней стороны предусмотрена герметизирующая стенка.
Упомянутый сборочный узел, включающий верхнюю крышку и коллектор, и нижняя крышка 8, стянутые посредством регулируемых соединительных стержней 10, воздействующих на их торцевые кромки, снабжены, соответственно, у основания упомянутым цилиндрическим элементом 9. Такая сборная конструкция является в особенности эффективной и недорогой и, кроме того, позволяет поддерживать спиральный канал 3' теплообменника в сжатом состоянии.
Сборочный узел 7 коллектор - крышка состоит из двух элементов: крышки 7' и коллектора 7''.
Крышка 7' выполнена из металла, предпочтительно из алюминия, или любого другого теплопроводного материала. При этом она имеет практически плоскую поверхность и предпочтительно контактирует с последним витком канала 3' теплообменника 3.
Коллектор 7'' предпочтительно изготовлен из алюминия или пластмассового материала. Он размещен над упомянутой крышкой 7' и имеет такие размеры, чтобы предпочтительно покрывать всю поверхность крышки 7'.
Упомянутый коллектор 7'' имеет вогнутый профиль поверхности и соединен с крышкой 7' с образованием в сборе полости 11. Упомянутая полость обеспечивает первую тепловую изоляцию от потока тепла, излучаемого крышкой 7' и горелкой 5, когда газовоздушная смесь проникает внутрь упомянутой полости 11 для питания горелки 5. Температура этой смеси намного ниже, чем температура внутри камеры сгорания. Таким образом, полость 11, образованная крышкой 7' и коллектором 7'', одновременно охлаждает крышку 7' и создает тепловую изоляцию.
Как уже сказано, такая компоновка позволяет использовать стандартные уплотнения, предотвращая необходимость использования огнеупорных материалов.
Как верхней крышке 7', так и нижней крышке 8 придана такая форма, чтобы получить конструкцию для выпуска конца спирального канала теплообменника из корпуса, состоящего из двух крышек и цилиндрического элемента 9. Следует принять во внимание, что обычно в котлах - аналогах изобретения концевые части канала 3' теплообменника 3 выходят из цилиндрического элемента 9 таким образом, что создают проблемы для уплотнения и сварки.
Вместо этого, за счет выхода концов через крышки можно обеспечить надежное уплотнение без использования сварки. Такое решение позволяет полностью исключить отмеченные проблемы за счет вывода концевых частей канала 3' теплообменника 3, в частности, относительно места размещения котла 1. Фактически соединение крышек 7' и 8 такое, что допускает их вращение. Следовательно, можно без труда изменять положение концевых частей спирального канала 3'.
На фиг.3 показан теплообменник 3, который в представленном воплощении выполнен в виде спирального теплообменника. Канал 3' теплообменника 3 имеет на своих выходных концах кольцевые щели 12 (см. фиг.4), что позволяет осуществлять соединение без сварных швов, используя лишь соединения с помощью уплотнительных прокладок (на этой фигуре не показаны).
Нижняя крышка 8 предпочтительно выполнена из пластмассы, алюминия или другого металла. Под упомянутой нижней крышкой 8 в котле 1 имеется выпускной патрубок 13, который может быть изготовлен из пластмассы, алюминия или другого металла.
Наконец, на фиг.5 показано сечение нижнего перекрытия камеры сгорания 2, где размещен металлический диск 14, имеющий такую форму, чтобы он мог быть размещен между зазорами, образованными соседними витками канала теплообменника 3, при этом над указанным диском размещен теплоизолирующий огнеупорный элемент 15.
Из вышеизложенного описания можно заключить, что основное преимущество настоящего изобретения состоит в ограничении использования огнеупорных изолирующих материалов для изоляции от тепла, излучаемого горелкой котла.
Дополнительным преимуществом настоящего изобретения является обеспечение легкой, удобной и модульной сборной конструкции.
Настоящее изобретение описано выше в иллюстративных целях в соответствии с его предпочтительными воплощениями, но следует понимать, что специалистами в данной области техники могут быть предложены модификации и/или изменения без выхода за пределы объема изобретения, который определен в приложенной формуле изобретения.
1. Котел (1) содержащий:
трубопровод (4') впуска воды и трубопровод (4'') выпуска воды, между которыми размещен теплообменник (3), включающий спиральный канал (3') через который протекает нагреваемая вода;
камеру сгорания (2), ограниченную с боковой стороны упомянутым теплообменником (3), с размещенной внутри нее горелкой (5), в которую подается газовоздушная смесь; и
верхнюю крышку (7'), имеющую верхнюю и нижнюю поверхности, установленную так, что указанная нижняя поверхность контактирует, по меньшей мере, с самым верхним витком канала (3') теплообменника, и нижнюю крышку (8), установленную на некотором расстоянии от самого нижнего витка (3') канала теплообменника для обеспечения зазора для прохода газа и выпуска конденсата;
отличающийся тем, что он включает:
коллектор (7''), размещенный выше упомянутой верхней крышки (7') и имеющий такой размер, чтобы полностью покрывать упомянутую верхнюю поверхность верхней крышки (7'), и вогнутую форму поверхности такую, чтобы вместе с верхней поверхностью упомянутой верхней крышки (7') сформировать полость (11), в которой собирается газовоздушная смесь перед тем, как она направляется внутрь горелки (5), с тем, чтобы образовать изоляцию от тепла, излучаемого упомянутой верхней крышкой (7') и упомянутой горелкой (5);
металлический диск (14), имеющий форму, обеспечивающую при его расположении в теплообменнике (3) контакт с витками канала (3'), достигаемый при ввинчивании диска внутрь теплообменника; и
изолирующий огнеупорный элемент (15), размещенный над указанным металлическим диском (14), причем упомянутый изолирующий огнеупорный элемент (15) и упомянутый металлический диск (14) находятся ниже упомянутой горелки (5).
2. Котел (1) по п.1, отличающийся тем, что указанная верхняя крышка имеет практически плоскую верхнюю поверхность.
3. Котел (1) по п.1 или 2, отличающийся тем, что указанный коллектор (7'') выполнен из металла, предпочтительно из алюминия.
4. Котел (1) по п.1 или 2, отличающийся тем, что указанный коллектор (7'') выполнен из пластмассы.
5. Котел (1) по одному из пп.1 и 2, отличающийся тем, что указанная крышка соединена с указанным коллектором (7'').
6. Котел (1) по п.3, отличающийся тем, что указанная крышка соединена с указанным коллектором (7'').
7. Котел (1) по п.4, отличающийся тем, что указанная крышка соединена с указанным коллектором (7'').
8. Котел (1) по одному из пп.1, 2, 6 и 7, отличающийся тем, что соединение крышки (7') и коллектора (7'') регулируется посредством вращения.
9. Котел (1) по п.3, отличающийся тем, что соединение крышки (7') и коллектора (7'') регулируется посредством вращения.
10. Котел (1) по п.4, отличающийся тем, что соединение крышки (7') и коллектора (7'') регулируется посредством вращения.
11. Котел (1) по п.5, отличающийся тем, что соединение крышки (7') и коллектора (7'') регулируется посредством вращения.
12. Котел (1) по одному из пп.1, 2, 6, 7, 9 - 11, отличающийся тем, что упомянутый изолирующий огнеупорный элемент (15) имеет температуру около 2000°С.
13. Котел (1) по п.3, отличающийся тем, что упомянутый изолирующий огнеупорный элемент (15) имеет температуру около 2000°С.
14. Котел (1) по п.4, отличающийся тем, что упомянутый изолирующий огнеупорный элемент (15) имеет температуру около 2000°С.
15. Котел (1) по п.5, отличающийся тем, что упомянутый изолирующий огнеупорный элемент (15) имеет температуру около 2000°С.
16. Котел (1) по п.8, отличающийся тем, что упомянутый изолирующий огнеупорный элемент (15) имеет температуру около 2000°С.
17. Котел (1) по п.1, отличающийся тем, что упомянутый диск (14) выполнен из стали.
18. Котел (1) по одному из пп.1, 2, 6, 7, 9 - 11, отличающийся тем, что канал (3') упомянутого теплообменника (3) на каждом конце имеет кольцевую щель (12), обеспечивая его соединение с упомянутыми впускным трубопроводом (4') и выпускным трубопроводом (4'') без какой-либо сварки.
19. Котел (1) по одному из пп.13-17, отличающийся тем, что канал (3') упомянутого теплообменника (3) на каждом конце имеет кольцевую щель (12), обеспечивая его соединение с упомянутыми впускным трубопроводом (4') и выпускным трубопроводом (4'') без какой-либо сварки.
20. Котел (1) по п.18, отличающийся тем, что канал (3') упомянутого теплообменника (3) на каждом конце имеет кольцевую щель (12), обеспечивая его соединение с упомянутыми впускным трубопроводом (4') и выпускным трубопроводом (4'') без какой-либо сварки.
21. Котел (1) по п.18, отличающийся тем, что указанный теплообменник (3) содержит цилиндрический элемент (9), размещенный между указанной верхней крышкой (7') и указанной нижней крышкой (8).
22. Котел (1) по одному из пп.1, 2, 6, 7, 9 - 11, 13-17 и 20, отличающийся тем, что указанный теплообменник (3) содержит цилиндрический элемент (9), размещенный между указанной верхней крышкой (7') и указанной нижней крышкой (8).
23. Котел (1) по п.1, отличающийся тем, что указанный теплообменник (3) снабжен несколькими соединительными стержнями (10), каждый из которых снабжен на концах средствами фиксации, соединенными с упомянутой верхней крышкой (7') и упомянутой нижней крышкой (8).
24. Котел (1) по п.1, отличающийся тем, что верхняя крышка (7') с газовым коллектором (7'') и нижняя крышка (8) с выпускным коллектором выполнены соответственно заодно друг с другом.
25. Котел (1) по п.1, отличающийся тем, что верхняя крышка (7') с газовым коллектором (7'') и нижняя крышка (8) с выпускным коллектором выполнены соответственно отдельно друг от друга.
