Труба теплообменника и отопительный котел, имеющий такую трубу теплообменника

Авторы патента:


Труба теплообменника и отопительный котел, имеющий такую трубу теплообменника
Труба теплообменника и отопительный котел, имеющий такую трубу теплообменника
Труба теплообменника и отопительный котел, имеющий такую трубу теплообменника
Труба теплообменника и отопительный котел, имеющий такую трубу теплообменника

Владельцы патента RU 2647012:

ХОВАЛ АКЦИЕНГЕЗЕЛЛЬШАФТ (LI)

Изобретение относится к теплотехнике и может быть применено в отопительных котлах. У трубы (5) теплообменника отопительного котла (2), имеющей наружную трубу (10), по которой могут протекать уходящие газы топки котла, и которая может быть окружена с наружной стороны греющей водой, и вдвинутую в наружную трубу профильную вставку (11), которая для увеличения внутренней поверхности наружной трубы (10) имеет ребра (14), проходящие в ее продольном направлении (12), и находится в теплопроводящем контакте с наружной трубой (10), первый продольный участок (22) наружной трубы (10) выполнен в виде гладкостенного цилиндра, а второй продольный участок (23) наружной трубы (10) имеет по меньшей мере один элемент (24) для сужения поперечного сечения, сужающий проточное поперечное сечение, при этом профильная вставка (11) распространяется исключительно по первому продольному участку (22) наружной трубы (10). Технический результат – повышение мощности передачи тепла газообразных продуктов сгорания греющей воде в отопительном котле. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 13 ил.

 

Изобретение касается трубы теплообменника отопительного котла, в частности конденсационного котла, имеющей наружную трубу, по которой могут протекать уходящие газы топки котла, и которая может быть окружена с наружной стороны греющей водой, и вдвинутую в наружную трубу профильную вставку, которая для увеличения внутренней поверхности наружной трубы имеет ребра, проходящие в ее продольном направлении, и находится в теплопроводящем контакте с наружной трубой.

Также изобретение касается отопительного котла, в частности конденсационного котла, для нагрева греющей воды циркуляционного контура отопления, имеющего корпус, который ограничивает камеру греющей воды и который имеет предвключенную камере греющей воды топочную камеру.

Такой отопительный котел вышеназванного рода, который предлагается заявителем, может эксплуатироваться в качестве водогрейного котла с топкой для газообразного топлива или топкой для жидкого топлива (мазут, керосин или тому подобное). У такого водогрейного котла (конденсационного котла) газообразные продукты сгорания охлаждаются до конденсации влаги уходящих газов, чтобы использовать также тепло конденсации. Предпосылкой для этого является, что отопительный котел, соответственно, водогрейный котел эксплуатируется с температурой греющей воды, которая в конце пути газообразных продуктов сгорания через отопительный котел ниже, чем температура точки росы газообразных продуктов сгорания. Стремятся к тому, чтобы на кратчайшем возможном пути газообразных продуктов сгорания по водоохлаждаемым трубам теплообменника отопительного котла охлаждать газообразные продукты сгорания с высокой температуры на входе до самой низкой температуры греющей воды, имеющейся между температурой точки росы и температурой рециркуляции греющей воды отопительного котла. Для этого известны трубы теплообменника, при этом одна из труб теплообменника вышеназванного рода известна, например, из EP 0 752 088 A1.

В основе изобретения лежит задача создать решение, которое конструктивно простым образом и с оптимальными затратами создает трубу теплообменника, а также отопительный котел, обеспечивающие возможность еще большей мощности передачи тепла от газообразных продуктов сгорания к греющей воде в отопительном котле.

В отношении трубы теплообменника вышеназванного рода задача в соответствии с изобретением решается таким образом, что первый продольный участок наружной трубы выполнен гладкостенным и цилиндрическим, а второй продольный участок наружной трубы имеет по меньшей мере один элемент для сужения поперечного сечения, сужающий проточное поперечное сечение, при этом профильная вставка распространяется исключительно по первому продольному участку наружной трубы. Другими словами, профильная вставка расположена исключительно в пределах первого продольного участка.

Также в отношении отопительного котла вышеназванного рода задача в соответствии с изобретением решается таким образом, что внутри корпуса расположена по меньшей мере одна труба теплообменника по одному из пп.1-13 формулы изобретения, которая отходит от топочной камеры и распространяется, проходя через камеру греющей воды. При этом возможна по меньшей мере одна труба теплопередачи для очень малых мощностей примерно 10 кВт, в отличие от чего в большинстве случаев применения будут предусмотрены несколько труб теплопередачи. Указанная по меньшей мере одна труба теплообменника может, например, проходить через камеру греющей воды вертикально или же горизонтально, при этом возможен также любой другой угол от 90° (вертикально) до 0° (горизонтально).

Предпочтительные и целесообразные варианты осуществления и усовершенствования изобретения содержатся в зависимых пунктах формулы изобретения.

Изобретением предоставляются труба теплообменника, а также отопительный котел, имеющий несколько таких труб теплообменника, которые отличаются соответственно отвечающей функциональным требованиям конструкцией и имеют простое и экономичное строение. У известных труб теплообменника из уровня техники проблема заключалась в том, что горячие газообразные продукты сгорания текли по трубе теплообменника от ее впуска до ее выпуска и при этом охлаждались. Связанное с этим значительное уменьшение объема газообразных продуктов сгорания приводило к тому, что скорость течения и турбулентность до выпуска трубы теплообменника сильно уменьшались, что негативно сказывалось на эффективности теплопередачи. В отличие от этого, в настоящем изобретении с помощью указанного по меньшей мере одного элемента для сужения поперечного сечения, сужающего проточное поперечное сечение наружной трубы, увеличивается потеря давления выше по потоку от элемента для сужения поперечного сечения, то есть между топочной камерой и элементом для сужения поперечного сечения, вследствие чего в соответствии с изобретением значительно больше энергии может передаваться в топочной камере и во втором продольном участке трубы теплообменника перед элементом для сужения поперечного сечения. В продольном участке перед элементом для сужения поперечного сечения, благодаря уменьшенному проточному поперечному сечению, скорость течения уходящего газа резко возрастает, вследствие чего дополнительно увеличиваются теплопередача и вместе с тем использование энергии уходящего газа. В продольном участке ниже по потоку от сужения проточного поперечного сечения, то есть ниже по потоку от элемента для сужения поперечного сечения, уходящий газ снова расширяется и направляется в продольный участок наружной трубы, имеющий профильную вставку. При наличии очень большой поверхности благодаря ребрам профильной вставки, проходящим в продольном направлении трубы теплообменника, в первом продольном участке наружной трубы уходящий газ охлаждается ниже точки росы, что предпочтительно сказывается на технике максимального использования теплоты сгорания топлива и тем самым на коэффициенте полезного действия отопительного котла. Преимущества изобретения при этой трубе теплообменника и оснащенном ею отопительном котле могут описываться следующим образом. В отличие от труб теплообменника без сужения, увеличение потерь давления выше по потоку от сужения способствует улучшенной теплопередаче в топочной камере и на входе трубы теплообменника. Далее, повышение скорости течения в области сужения и, в частности, ниже по потоку от сужения приводит к лучшей теплопередаче, потому что элемент для сужения поперечного сечения изменяет ламинарное перед сужением течение на турбулентное течение ниже по потоку от сужения. Наконец, увеличение поверхности теплопередачи за счет ребер профильной вставки в первом продольном участке трубы теплообменника способствует низким скоростям течения ниже по потоку от сужения и приводит к низким температурам уходящего газа, что дополнительно помогает улучшению передачи тепла греющей воде.

В варианте осуществления предлагаемой изобретением трубы теплообменника изобретение предусматривает, что указанный по меньшей мере один элемент для сужения поперечного сечения выполнен в виде по меньшей мере одной вогнутости в стенке второго продольного участка наружной трубы. Таким образом не должен изготавливаться и монтироваться никакой дополнительный конструктивный элемент для осуществления предпочтительного принципа действия изменения поперечного сечения.

Особенно эффективным в варианте осуществления предлагаемой изобретением трубы теплообменника оказалось, если указанный по меньшей мере один элемент для сужения поперечного сечения включает в себя по меньшей мере две первые вогнутости, которые выполнены в стенке второго продольного участка наружной трубы, причем эти две первые вогнутости расположены диаметрально противоположно друг другу и выполнены зеркально-симметрично относительно первой плоскости трубы.

Для увеличения скорости течения ниже по потоку от вогнутостей по другому варианту осуществления предусмотрено, что между указанными по меньшей мере двумя первыми вогнутостями выполнен по меньшей мере один первый проточный зазор, который составляет от 2% до 3% диаметра наружной трубы.

Тогда для дополнительного подъема эффективности предусмотренного изобретением сужения поперечного сечения в варианте осуществления трубы теплообменника предусмотрено, что элемент для сужения поперечного сечения дополнительно к указанным по меньшей мере двум первым вогнутостям включает в себя по меньшей мере две вторые вогнутости, которые образованы стенкой второго продольного участка наружной трубы, причем эти две вторые вогнутости расположены диаметрально противоположно друг другу и выполнены зеркально-симметрично относительно второй плоскости трубы, которая проходит перпендикулярно первой плоскости трубы.

Далее, в варианте осуществления вторых вогнутостей элемента для сужения поперечного сечения изобретение предусматривает, что между указанными по меньшей мере двумя вторыми вогнутостями выполнен по меньшей мере один второй проточный зазор, который составляет от 18% до 22% диаметра наружной трубы.

В отношении увеличения скорости течения и турбулентности ниже по потоку от элемента для сужения поперечного сечения в другом варианте осуществления изобретение предусматривает, что первые и вторые выемки выполнены в одинаковом осевом положении второго продольного участка наружной трубы, при этом образованное первыми и вторыми выемками проточное поперечное сечение второго продольного участка наружной трубы имеет H-образное поперечное сечение. Разумеется, возможно, чтобы первые и вторые выемки были выполнены с осевым смещением в различных осевых положениях второго продольного участка наружной трубы.

Для предлагаемой изобретением трубы теплообменника оказалось оптимальным, если по одному из вариантов осуществления изобретения осевая длина первого продольного участка соответствует по меньшей мере 2-кратной величине осевой длины второго продольного участка. В альтернативном варианте осуществления осевая длина второго продольного участка может быть больше, чем осевая длина первого продольного участка.

В предпочтительном варианте осуществления изобретение предусматривает, что профильная вставка включает в себя трубчатый корпус, который образован по меньшей мере двумя оболочковыми элементами, имеющими каждый поперечное сечение в форме сектора круга. При этом варианте осуществления трубы теплообменника могут изготавливаться экономично и с помощью простого производственного процесса.

Особенно предпочтительно, если в варианте осуществления предлагаемой изобретением трубы теплообменника трубчатый корпус включает в себя два оболочковых элемента, которые на своих соприкасающихся продольных краях выполнены с пазовыми углублениями и ребровидными выступами и при этом, подобно уплотнению, вставляются друг в друга, причем эти два оболочковых элемента на своей внутренней стороне выполнены с ребрами, вдающимися в поперечное сечение в свету трубчатого корпуса, распространяющимися в продольном направлении наружной трубы, таким образом, что каждый оболочковый элемент своими ребрами образует открытый с одной стороны профиль. Это исполнение оболочковых элементов в виде двух полуоболочек, имеющих ребра, как с одной стороны профиля является простым и экономичным в изготовлении, например, путем профильного прессования.

В варианте осуществления предлагаемой изобретением трубы теплообменника изобретение предусматривает, что эти два оболочковых элемента выполнены каждый на одном продольном крае с уплотнительным пазом, а на другом продольном крае - с уплотнительным ребром, адаптированным к форме уплотнительного паза. При этом варианте осуществления, подобном лабиринтному уплотнению, в первом продольном участке наружной трубы предотвращается образование зазора, из-за которого уходящий газ или конденсат мог бы проникать между профильной вставкой и наружной трубой и приводить к коррозии.

Простая и оптимальная по стоимости возможность изготовления предлагаемой изобретением трубы теплообменника в варианте осуществления изобретения заключается в том, что указанному по меньшей мере одному элементу для сужения поперечного сечения придана форма трубчатой вставки, выполненной подобно соплу, которая вдвинута в наружную трубу в ее втором продольном участке. Таким образом, нет необходимости подвергать наружную трубу дополнительной обработке с учетом вдавливаний или, соответственно, вогнутостей для сужения поперечного сечения. Более того, достаточно, если изготавливается отдельный элемент для сужения поперечного сечения с диаметром, адаптированным к внутреннему диаметру наружной трубы, который затем вместе с профильной вставкой может вдвигаться в наружную трубу при монтаже или отгрузке трубы теплообменника.

В другом варианте осуществления изобретение предусматривает, что наружная труба состоит из металлического сплава, предпочтительно стали, а профильная вставка - из алюминия. Наружная труба, благодаря этому выбору материала, является устойчивой к кислотам и щелочам конденсата уходящих газов, а с другой стороны, может своими концами ввариваться в донья труб или пластины труб, которые отделяют камеру греющей воды, окружающую трубы теплообменника, с одной стороны от топочной камеры, а с другой стороны от расположенного под камерой греющей воды сборника уходящих газов отопительного котла.

Наконец, для увеличения эффективности теплопередачи изобретение предусматривает, что второй продольный участок наружной трубы, имеющий указанный по меньшей мере один элемент для сужения поперечного сечения, расположен между топочной камерой и первым продольным участком наружной трубы. Таким образом, элемент для сужения поперечного сечения трубы теплообменника в области ее впуска влияет на течение газообразных продуктов сгорания и повышает скорость течения, а также турбулентность в трубе теплообменника.

Разумеется, что вышеназванные и еще поясняемые ниже признаки могут использоваться не только в данной указанной комбинации, но и в других комбинациях или по отдельности, не выходя из рамок настоящего изобретения. Рамки изобретения заданы только пунктами формулы изобретения.

Другие подробности, признаки и преимущества предмета изобретения содержатся в последующем описании со ссылкой на чертеж, на котором в качестве примера изображен один из предпочтительных примеров осуществления изобретения. На чертеже показано:

фиг.1: предлагаемый изобретением отопительный котел на виде в перспективе;

фиг.2: другое изображение в перспективе отопительного котла с частично разрезанным корпусом;

фиг.3: покомпонентное изображение предлагаемой изобретением трубы теплообменника отопительного котла на виде в перспективе;

фиг.4: вид в сечении предлагаемой изобретением трубы теплообменника;

фиг.5: на изображении в перспективе труба теплообменника в соответствии с изобретением;

фиг.6: вид предлагаемой изобретением трубы теплообменника сбоку в сечении по одной плоскости трубы;

фиг.7: другой вид предлагаемой изобретением трубы теплообменника сбоку в сечении по другой плоскости трубы;

фиг.8: увеличенное изображение продольного участка трубы теплообменника с фиг.6;

фиг.9: другое увеличенное изображение продольного участка трубы теплообменника с фиг.7;

фиг.10: вид поперечного сечения предлагаемой изобретением трубы теплообменника в одном осевом положении;

фиг.11: другой вид поперечного сечения предлагаемой изобретением трубы теплообменника в другом осевом положении;

фиг.12: вид поперечного сечения трубы теплообменника соответственно положению, показанному на фиг.10, при этом отмечено проточное поперечное сечение;

фиг.13: изображение в перспективе предлагаемой изобретением трубы теплообменника, при этом область элемента для сужения поперечного сечения показана как вид в разрезе.

На фиг.1 изображен корпус 1 отопительного котла 2 на виде в перспективе, при этом на фиг.2 корпус 1 частично скрыт, чтобы позволить лучше заглянуть внутрь корпуса 1. Отопительный котел 2 служит для нагрева греющей воды не изображенного более подробно циркуляционного контура отопления и может быть выполнен в виде конденсационного котла. Корпус 1 охватывает камеру 3 греющей воды и включает в себя также горшкообразно или конически выполненную топочную камеру 4, которая расположена над камерой 3 греющей воды, и для которой предусмотрена не изображенная горелка. На дне топочной камеры 4 расположен теплообменник, который имеет множество труб 5 теплообменника, пронизывающих камеру 3 греющей воды и впадающих (оканчивающихся) в не изображенную подробнее камеру сборника уходящих газов. Следовательно, трубы 5 теплообменника отходят от дна топочной камеры 4 и распространяются в показанном примере осуществления по существу вертикально через камеру 3 греющей воды, причем альтернативно возможен также любой угол от 0° для горизонтального прохождения до 90° для вертикального прохождения труб 5 теплообменника в камере греющей воды. При этом омываемые греющей водой наружные поверхности труб 5 теплообменника отдают свое тепло греющей воде в камере 3 греющей воды, при этом в трубах 5 теплообменника существует такой перепад температур, что температура в верхней области существенно превышает температуру в нижней области. В камеру греющей воды впадают возвратные патрубки 6, соответственно 7, через которые охлажденная возвратная вода различных циркуляционных контуров отопления снова подается в камеру 3 греющей воды. Соединенный с возвратным патрубком 6 циркуляционный контур отопления служит, например, для подогрева технической воды, то есть имеет сравнительно высокую температуру возврата, в то время как нижний возвратный патрубок 7 соединен с циркуляционным контуром отопления, например, для обогрева пола, то есть имеющим относительно низкую температуру возврата. Подогретая греющая вода для циркуляционных контуров отопления забирается через верхний подающий патрубок 8.

На фиг.2 показаны трубы 5 теплообменника, которые в своей верхней области в соответствии с изобретением выполнены с вогнутостями или, соответственно, с окружным вдавливанием 9 каждая. Одну отдельную трубу 5 теплообменника в соответствии с настоящим изобретением можно видеть на покомпонентном изображении в перспективе на фиг.3. Как можно различить, труба 5 теплообменника имеет наружную трубу 10, по которой при эксплуатации отопительного котла 2 протекают уходящие газы топки котла и которая с наружной стороны окружена греющей водой, и профильную вставку 11, в смонтированном состоянии вдвинутую в наружную трубу 10. В изображенном примере осуществления наружная труба 10 состоит из металлического сплава, предпочтительно стали. Профильная вставка 11 для увеличения внутренней поверхности наружной трубы 10 имеет ребра 14, проходящие в ее продольном направлении 12, и находится в теплопроводящем контакте с наружной трубой 10, причем для улучшения теплопередачи профильная вставка 11 состоит из алюминия.

В изображенном примере осуществления профильная вставка 11 включает в себя трубчатый корпус, который образован двумя оболочковыми элементами 15, 16. Эти два оболочковых элемента 15, 16 имеют каждый поперечное сечение в форме половины круга. Конечно, возможна была бы также цельная профильная вставка 11, которая, однако, не была бы оптимальной по стоимости изготовления. Поэтому следует скорее стремиться к профильной вставке 11, состоящей по меньшей мере из двух частей, оболочковые элементы которой выполнены в виде секторов круга, чтобы получить замкнутую профильную вставку 11. По этому примеру осуществления трубчатый корпус включает в себя, таким образом, два оболочковых элемента 15, 16, которые на своих соприкасающихся продольных краях 17 выполнены с пазовыми углублениями 18 и ребровидными выступами 19 и при этом, подобно уплотнению, вставляются друг в друга, как показано на фиг.4 на увеличенном детальном виде. Эти два оболочковых элемента 15, 16 на своей внутренней стороне выполнены с ребрами 14, вдающимися в поперечное сечение в свету трубчатого корпуса, распространяющимися в продольном направлении 12 наружной трубы 10, при этом каждый оболочковый элемент 15, 16 с его ребрами 14 образует открытый с одной стороны профиль. В частности, эти два оболочковых элемента 15, 16 выполнены каждый на одном продольном крае 12 с углублением 18, выполняющим функцию уплотнительного паза, а на другом продольном крае 12 - с уплотнительным ребром, адаптированным к форме уплотнительного паза, которое представляет собой выступ 19. Собранная из двух оболочковых элементов 15, 16 профильная вставка 11 непосредственно по всей своей окружной поверхности прилегает к наружной трубе 10 и изготовлена с наружным диаметром, который несколько меньше, чем внутренний диаметр наружной трубы 10, чтобы профильная вставка 11 могла без затруднений вдвигаться в наружную трубу 10.

Как уже можно было видеть из фиг.3, наружная труба 10 и профильная вставка 11 имеют различную осевую длину, что изображено на фиг.6 и 7, на которых показаны разные виды сбоку предлагаемой изобретением трубы 5 теплообменника, в отличие от чего на фиг.5 показана одна отдельная труба 5 теплообменника, у которой профильная вставка 11 вдвинута в наружную трубу 10 и снаружи не различима.

Из фиг.6 следует, что осевая длина 20 наружной трубы 10 идеальным образом соответствует 1,5-кратной величине осевой длины 21 профильной вставки 11, при этом возможно также, чтобы осевая длина 20 наружной трубы 10 соответствовала 1,3-кратной величине или 1,7-кратной величине осевой длины 21 профильной вставки 11. Различные осевые длины 20, 21 наружной трубы 10 и профильной вставки 11 приводят к тому, что наружная труба 10 может подразделяться на два продольных участка. При этом первый продольный участок 22 наружной трубы 10 выполнен в виде гладкостенного цилиндра. Второй продольный участок 23 наружной трубы 10 имеет по меньшей мере один элемент 24 для сужения поперечного сечения, сужающий проточное поперечное сечение. При этом профильная вставка 11 распространяется исключительно по первому продольному участку 22 наружной трубы 10. Это приводит к тому, что в изображенном примере осуществления осевая длина 25 первого продольного участка 22 соответствует по меньшей мере 2-кратной величине осевой длины 26 второго продольного участка 23. В качестве альтернативного отношения длин в очень особых случаях применения возможно также, чтобы осевая длина 26 второго продольного участка 23 была больше, чем осевая длина 25 первого продольного участка 22.

Со ссылкой на фиг.6 показано, что профильная вставка 11 не заканчивается заподлицо с наружной трубой 10, а на небольшое расстояние вдвинута в наружную трубу 10, так что профильная вставка 11 полностью помещена в наружную трубу 10 и, в частности, в первый продольный участок 22. Далее, из фиг.6 в сочетании с фиг.2 следует, что вторые, имеющие элемент 24 для сужения поперечного сечения продольные участки 23 каждой из наружных труб 10 расположены между топочной камерой 4 и каждым из первых продольных участков 22 соответствующих наружных труб 10. Следовательно, каждый элемент 24 для сужения поперечного сечения расположен непосредственно ниже по потоку от топочной камеры 4.

При этом элементу 24 для сужения поперечного сечения могла бы быть придана форма трубчатой вставки, выполненной в виде сопла, которая вдвинута во второй продольный участок 23 наружной трубы 10. Причем наружная труба 10 была бы тогда выполнена сплошь гладкостенной как в первом, так и во втором продольном участке 22, 23. В отличие от этого, в изображенном примере осуществления второй продольный участок 23 наружной трубы 10 имеет вдавливания, соответственно вогнутости 9.

В сочетании с фиг.6-13 ниже форма элемента 24 для сужения поперечного сечения описывается более точно. Для этой цели поперечное сечение наружной трубы 10 в соответствии с фиг.6, 7 и 10 делится первой плоскостью 27 трубы и второй плоскостью 28 трубы, которая проходит перпендикулярно первой плоскости 27 трубы. При этом на фиг.6 показано изображение сечения по первой плоскости 27 трубы, в отличие от чего на фиг.7 показано изображение сечения по второй плоскости 28 трубы. Как явствует из фиг.6-13, элемент 24 для сужения поперечного сечения включает в себя две первые вогнутости, соответственно, вдавливания 29, 30, которые выполнены в стенке второго продольного участка 23 наружной трубы 10. В частности, эти первые вогнутости 29, 30 вдавлены в стенку второго продольного участка 23, так что эти первые вогнутости 29, 30 представляют собой вогнуто выполненные или, соответственно, выпученные внутрь вдавливания. Эти две первые вогнутости 29, 30 расположены диаметрально противоположно друг другу и выполнены зеркально-симметрично относительно первой плоскости 27 трубы. Между двумя первыми вогнутостями 29, 30 выполнен первый проточный зазор 31 (см. фиг.8), который составляет от 2% до 3% диаметра 32 (см. фиг.6) наружной трубы 10, как показывает приведенное на фиг.8 увеличение фрагмента A с фиг.6. Для образования первых вогнутостей 29, 30 стенка наружной трубы 10 точечно вдавливается с двух сторон трубы, так что возникают выпученные внутрь вдавливания, которые в точке наименьшего расстояния между ними образуют первый проточный зазор 31. При этом стенка для вогнутостей 29, 30 деформируется на некоторой осевой длине 33 (см. фиг.9), которая соответствует 0,4-кратной величине осевой длины 26 второго продольного участка 23, при этом возможна также осевая длина 33, которая соответствует от 0,3-кратной до 0,5-кратной величины осевой длины 26. При этом стенка на этой осевой длине 33 деформации в целом вдавливается для первых вогнутостей 29, 30 так, что эта стенка на осевой длине 33 имеет максимальный диаметр 34 для первых вогнутостей 29, 30, который соответствует 0,6-кратной величине диаметра 32 гладкостенной наружной трубы 10, при этом возможен также максимальный диаметр 34, который соответствует от 0,5-кратной до 0,7-кратной величины диаметра 32 гладкостенной наружной трубы 10.

На фиг.7 и 9 показаны другие изображения вторых выемок 35, 36, при этом осевая длина 33 деформации для первых выемок 29, 30 и для вторых выемок 36, 36 идеальным образом идентична и поэтому показана только на фиг.9. Но осевая длина деформации может быть также разной для первых и вторых выемок. На фиг.7, наряду с профильной вставкой 11, нанесен также осевой участок F-F, который изображен на фиг.11 и показывает наружную трубу 10, а также два оболочковых элемента 15, 16, образующие профильную вставку 11. Эти две вторые выемки 35, 36 вместе с двумя первыми выемками 29, 30 образуют элемент 24 для сужения поперечного сечения, при этом первые выемки 29, 30 выполнены отлично от вторых выемок 35, 36. Эти две вторые вогнутости 35, 36 также расположены диаметрально противоположно друг другу, при этом они выполнены зеркально-симметрично относительно второй плоскости 28 трубы. Эти две вторые 35, 36 также вдавлены в стенку второго продольного участка 23, так что они представляют собой вогнуто выполненные или, соответственно, выпученные внутрь вдавливания. Между двумя вторыми вогнутостями 35, 36 выполнен второй проточный зазор 37, который больше, чем первый проточный зазор 31, и составляет от 18% до 22% диаметра 32 (см. фиг.6) наружной трубы 10, как показывает приведенное на фиг.9 увеличение фрагмента B с фиг.7. Здесь также для образования вторых вогнутостей 29, 30 стенка наружной трубы 10 точечно вдавливается с двух сторон трубы, так что возникают выпученные внутрь вдавливания, которые в точке наименьшего расстояния между ними образуют второй проточный зазор 37. Стенка для вогнутостей 35, 36 деформируется на осевой длине 33 (см. фиг.9), которая тоже соответствует 0,4-кратной величине осевой длины 26 второго продольного участка 23, при этом возможна также осевая длина 33, которая соответствует от 0,3-кратной до 0,5-кратной величины осевой длины 26. Стенка для изготовления вторых вдавливаний, соответственно, вогнутостей 35, 36 на этой осевой длине 33 деформации в целом вдавливается таким образом, что эта стенка на осевой длине 33 имеет максимальный диаметр 38 для вторых вогнутостей 35, 36, который соответствует 0,55-кратной величине диаметра 32 гладкостенной наружной трубы 10, при этом возможен также максимальный диаметр 38, который соответствует от 0,45-кратной до 0,65-кратной величины диаметра 32 гладкостенной наружной трубы 10.

При вышеприведенном исполнении первых вогнутостей 29, 30 и вторых вогнутостей 35, 36 получают проточное поперечное сечение 39, которое показано на фиг.10 в виде заштрихованной поверхности, обозначающей состоящую из оболочковых элементов 15, 16 профильную вставку 11, и на фиг.12 в виде области, окрашенной в черный цвет. Так как первые и вторые выемки 29, 30, 35, 36 выполнены в одинаковом осевом положении второго продольного участка 23 наружной трубы 10, т.е. первые и вторые выемки 29, 30, 35, 36 распространяются, и те, и другие, по одной и той же осевой длине 33, образованное этими первыми и вторыми выемками 29, 30, 35, 36 проточное поперечное сечение 39 второго продольного участка 23 наружной трубы 10 имеет H-образное поперечное сечение. На фиг.13 показана наружная труба 10, у которой участок трубы, начинающийся у H-образного поперечного сечения, опущен, так что хорошо различимо H-образно выполненное проточное поперечное сечение 39.

У предлагаемой изобретением трубы 5 теплообменника элемент 24 для сужения поперечного сечения наружной трубы 10 представляет собой дважды симметрично выполненное сужение, с помощью которого устраняются недостатки, известные из уровня техники. Потому что у труб теплообменника из уровня техники проблема заключается в том, что горячие газообразные продукты сгорания текут по трубе теплообменника от ее впуска до ее выпуска и при этом охлаждаются. Связанное с этим значительное уменьшение объема газообразных продуктов сгорания приводит к тому, что скорость течения и турбулентность до выпуска трубы теплообменника сильно уменьшаются, что негативно сказывается на эффективности теплопередачи. С помощью изобретения улучшается теплопередача, потому что скорость течения и турбулентность в предлагаемой изобретением трубе 5 теплообменника повышаются, благодаря элементу 24 для сужения поперечного сечения. Вдавливания или, соответственно, вогнутости 29, 30, 35, 36 увеличивают потерю давления в области, находящейся выше по потоку перед вдавливаниями или, соответственно, вогнутостями 29, 30, 35, 36. При этом может передаваться значительно больше энергии в топочной камере 4 и в участке трубы 5 теплообменника перед вогнутостями 29, 30, 35, 36. В области вогнутостей 29, 30, 35, 36, благодаря сужению, скорость течения резко возрастает, вследствие чего также повышаются теплопередача и вместе с тем использование энергии. В области после вогнутостей 29, 30, 35, 36, то есть ниже по потоку от сужения, уходящий газ снова расширяется и направляется в участок, имеющий профильную вставку 11. При наличии очень большой поверхности ребер 14 профильной вставки 11 уходящий газ охлаждается здесь до точки росы и при этом помогает получить преимущество в технике максимального использования теплоты сгорания топлива.

Основные преимущества изобретения могут быть сформулированы следующим образом:

- повышение потери давления приводит к лучшей теплопередаче в топочной камере 4 и на входе трубы 5 теплообменника;

- повышение скорости течения в области сужения 24, соответственно, вогнутостей 29, 30, 35, 36 приводит к лучшей теплопередаче (турбулентного течения по сравнению с ламинарным);

- увеличение поверхности теплопередачи с помощью ребер 14 профильной вставки 11 для низкой скорости течения в первом продольном участке 22 трубы 5 теплообменника после, соответственно, ниже по потоку от сужения 24 приводит к лучшей теплопередаче и низким температурам.

С помощью предлагаемых изобретением труб 5 теплообменника в отопительном котле 2 может передаваться на 85-90% больше энергии, чем с помощью известных до сих пор технологий.

Описанное выше изобретение, разумеется, не ограничено описанным и изображенным вариантом осуществления. Очевидно, что в изображенном на чертежах варианте осуществления могут производиться многочисленные модификации, очевидные для специалиста соответственно намеченному применению, без выхода при этом из области изобретения. Например, элемент 24 для сужения поперечного сечения (вместо четырех вдавливаний) может быть выполнен в виде только одной вогнутости 9 в стенке второго продольного участка 23 наружной трубы 10, или несколько сужений поперечного сечения в виде соответствующих вогнутостей 9, находящихся друг за другом, могут быть расположены в осевом направлении 12, соответственно, в разных положениях трубы. К изобретению относится все то, что содержится в описании и/или изображено на чертежах, включая то, что, отличаясь от конкретных примеров осуществления, очевидно для специалиста.

1. Труба (5) теплообменника отопительного котла (2), в частности конденсационного котла, имеющая наружную трубу (10), по которой могут протекать уходящие газы топки котла, и которая может быть окружена с наружной стороны греющей водой, и вдвинутую в наружную трубу профильную вставку (11), которая для увеличения внутренней поверхности наружной трубы (10) имеет проходящие в ее продольном направлении (12) ребра (14) и находится в теплопроводящем контакте с наружной трубой (10),

отличающаяся тем, что

первый продольный участок (22) наружной трубы (10) выполнен гладкостенным и цилиндрическим, а второй продольный участок (23) наружной трубы (10) имеет по меньшей мере один элемент (24) для сужения поперечного сечения, сужающий проточное поперечное сечение, при этом профильная вставка (11) распространяется исключительно по первому продольному участку (22) наружной трубы (10).

2. Труба (5) теплообменника по п. 1, отличающаяся тем, что указанный по меньшей мере один элемент (24) для сужения поперечного сечения выполнен в виде по меньшей мере одной вогнутости (9) в стенке второго продольного участка (23) наружной трубы (10).

3. Труба (5) теплообменника по п. 1, отличающаяся тем, что указанный по меньшей мере один элемент (24) для сужения поперечного сечения включает в себя по меньшей мере две первые вогнутости (29, 30), которые выполнены в стенке второго продольного участка (23) наружной трубы (10), причем эти две первые вогнутости (29, 30) расположены диаметрально противоположно друг другу и выполнены зеркально-симметрично относительно первой плоскости (27) трубы.

4. Труба (5) теплообменника по п. 3, отличающаяся тем, что между указанными по меньшей мере двумя первыми вогнутостями (29, 30) выполнен по меньшей мере один первый проточный зазор (31), который составляет от 2% до 3% диаметра (32) наружной трубы (10).

5. Труба (5) теплообменника по п. 3 или 4, отличающаяся тем,

что элемент (24) для сужения поперечного сечения дополнительно к указанным по меньшей мере двум первым вогнутостям (29, 30) включает в себя по меньшей мере две вторые вогнутости (35, 36), которые образованы стенкой второго продольного участка (23) наружной трубы (10), причем эти две вторые вогнутости (35, 36) расположены диаметрально противоположно друг другу и выполнены зеркально-симметрично относительно второй плоскости (28) трубы, которая проходит перпендикулярно первой плоскости (27) трубы.

6. Труба (5) теплообменника по п. 5, отличающаяся тем, что между указанными по меньшей мере двумя вторыми вогнутостями (35, 36) выполнен по меньшей мере один второй проточный зазор (37), который составляет от 18% до 22% диаметра (32) наружной трубы (10).

7. Труба (5) теплообменника по п. 6, отличающаяся тем, что первые и вторые вогнутости (29, 30, 35, 36) выполнены в одинаковом осевом положении второго продольного участка (23) наружной трубы (10), при этом образованное первыми и вторыми вогнутостями (29, 30, 35, 36) проточное поперечное сечение (39) второго продольного участка (23) наружной трубы (10) имеет Н-образное поперечное сечение.

8. Труба (5) теплообменника по п. 1, отличающаяся тем, что осевая длина (25) первого продольного участка (22) соответствует по меньшей мере 2-кратной величине осевой длины (26) второго продольного участка (23).

9. Труба (5) теплообменника по п. 1, отличающаяся тем, что профильная вставка (11) включает в себя трубчатый корпус, который образован по меньшей мере двумя оболочковыми элементами (15, 16), имеющими каждый поперечное сечение в форме сектора круга.

10. Труба (5) теплообменника по п. 9, отличающаяся тем, что трубчатый корпус включает в себя два оболочковых элемента (15, 16), которые на своих соприкасающихся продольных краях (17) выполнены с пазовыми углублениями (18) и ребровидными выступами (19) и при этом, подобно уплотнению, вставляются друг в друга, причем эти два оболочковых элемента (15, 16) на своей внутренней стороне выполнены с ребрами (14), вдающимися в поперечное

сечение в свету трубчатого корпуса, распространяющимися в продольном направлении (12) наружной трубы (10), таким образом, что каждый оболочковый элемент (15, 16) своими ребрами (14) образует открытый с одной стороны профиль.

11. Труба (5) теплообменника по п. 10, отличающаяся тем, что эти два оболочковых элемента (15, 16) выполнены каждый на одном продольном крае (17) с уплотнительным пазом (18), а на другом продольном крае (17) - с уплотнительным ребром (19), адаптированным к форме уплотнительного паза (18).

12. Труба (5) теплообменника по п. 1, отличающаяся тем, что указанному по меньшей мере одному элементу (24) для сужения поперечного сечения придана форма трубчатой вставки, выполненной подобно соплу, которая вдвинута в наружную трубу (10) в ее втором продольном участке (23).

13. Труба (5) теплообменника по п. 1, отличающаяся тем, что наружная труба (10) состоит из металлического сплава, предпочтительно стали, а профильная вставка (11) - из алюминия.

14. Отопительный котел (2), в частности, конденсационный котел, для нагрева греющей воды циркуляционного контура отопления, имеющий корпус (1), который ограничивает камеру (3) греющей воды и который имеет предвключенную камере (3) греющей воды топочную камеру (4),

отличающийся тем, что

внутри корпуса (1) расположена по меньшей мере одна труба (5) теплообменника по одному из пп. 1-13, которая отходит от топочной камеры (4) и распространяется, проходя через камеру (3) греющей воды.

15. Отопительный котел (2) по п. 14, при этом второй продольный участок (23) наружной трубы (10), имеющий указанный по меньшей мере один элемент (24) для сужения поперечного сечения, расположен между топочной камерой (4) и первым продольным участком (22) наружной трубы (10).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области теплотехники. Котел водотрубный содержит топочную камеру, переднюю и заднюю стенки, патрубки подачи и обратки, газоход и теплообменник, образованный из оребренных труб, расположенных параллельно друг другу Оребренные трубы приварены к обеим стенкам, расположены по периметру топочной камеры в один ряд и зигзагообразно соединены отводами с образованием единого водяного тракта.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть применено в котлах и паротурбинных установках. Внутренняя часть экранной трубы топочной камеры имеет сверхкритическое давление и содержит пазы (36) на внутренней периферийной поверхности, имеющие спиральную форму к направлению оси трубы; и ребра (37), выступающие внутрь в радиальном направлении за счет пазов (36), при этом в поперечном сечении, рассматриваемом вдоль направления оси трубы, когда ширина (мм) пазов (36) в направлении оси трубы задается как Wg, высота (мм) ребер (37) в радиальном направлении задается как Hr и внешний диаметр трубы (мм) задается как D, ширина Wg (мм) пазов (36), высота Hr (мм) ребер (37) и внешнего диаметра D трубы (мм) удовлетворяют соотношению "Wg/(Hr*D)>0,40".

Изобретение относится к теплообменному модулю и способу его сборки и может быть использовано, в частности, в горной промышленности для тепловой защиты конструктивных элементов горных выработок от образования льда, обогрева промышленных помещений, обогрева помещений со взрывоопасной средой.

Изобретение относится к теплообменникам, и, в частности, к теплообменнику для применения в качестве охладителя наддувочного воздуха двигателя. Воздушно-жидкостной теплообменник, содержащий трубчато-реберный блок (15, 115) трапецеидальной формы, содержащий ряд воздушных каналов, через которые проходит воздух, подлежащий охлаждению.

Изобретение относится к системам подачи водяного пара и отвода конденсата в теплообменные аппараты и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в теплообменниках, применяемых в различных отраслях техники, в частности в регенеративных теплообменниках газотурбинных установок.

Изобретение относится к теплообменным аппаратам и может быть использовано, в частности, в области авиадвигателестроения в системах охлаждения воздуха и газа газотурбинных двигателей.

Изобретение предназначено для осуществления реакций парового риформинга и может быть использовано в химической промышленности. Теплообменный реактор содержит множество байонетных труб (4), подвешенных к верхнему своду (2), простирающихся до уровня нижнего дна (3) и заключенных в кожух (1), содержащий впускной (Е) и выпускной (S) патрубки для дымовых газов.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в теплообменных аппаратах. В теплообменной трубе со скругленными выемками на наружной поверхности и соответствующими им скругленными выступами высотой h на внутренней поверхности, которые нанесены с шагом S, скругленные выемки на наружной поверхности и соответствующие им скругленные выступы на внутренней поверхности имеют угловой размер, равный 90°, и расположены на противоположных сторонах трубы, при этом повернутые на 90° скругленные выступы и выемки нанесены с шагом S/2, причем труба выполнена с геометрическими соотношениями: S=1∗D, h=0,1∗D, где S - шаг между скругленными выемками, мм; h - высота скругленного выступа, мм; D - наружный диаметр теплообменной трубы, мм.

Изобретение относится к области теплообменных аппаратов, в частности к системам охлаждения электрогенераторов вспомогательных газотурбинных силовых установок, применяемым в авиационных двигателях, а также в стационарных мини-электростанциях.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в теплообменниках и реакторах кожухотрубчатой конструкции. В теплообменник, состоящий из корпуса, трубных решеток, перегородок и труб, трубы установлены с предварительным прогибом, при этом предварительный прогиб осуществляется за счет смещения отверстий для труб в перегородках или за счет смещения перегородок механизмом перемещения, а перегородки установлены с возможностью смещения в направлении предварительного смещения, причем перегородки в средней части теплообменника установлены неподвижно со смещением отверстий для труб, а корпус может быть выполнен с прогибом.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении теплообменников, содержащих множество теплообменных элементов. Каждый теплообменный элемент выполнен из ребристого листа, имеющего множество полых ребер для создания внутреннего объема.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в теплообменных аппаратах, в частности, для установок с интегральным ядерным реактором. В теплообменном аппарате коллектор 2 подвода питательной среды выполнен в крышке 4.

Настоящее изобретение относится к области лабораторных теплофизических измерений и, в частности, к определению тепловых, аэродинамических и гидравлических параметров рекуперативных теплообменных аппаратов различных типов, выполняемых в ходе учебной подготовки специалистов в области теплотехнического оборудования, испытаний теплообменных аппаратов с целью определения их основных параметров.

Изобретение относится к оборудованию гидрометаллургических производств, предназначено для охлаждения суспензий и растворов, например, в процессе разложения алюминатных растворов методом декомпозиции при производстве глинозема из любых видов глиноземсодержащего сырья.
Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в энергетической, нефтехимической, пищевой и других отраслях. Сущность изобретения: теплообменный элемент кожухотрубных теплообменников, имеющий в своем составе трубные доски и теплообменные трубки, характеризующийся тем, что теплообменные трубки после короткого технологического прямолинейного участка выполнены по винтообразной линии диаметром, соответствующим месту входа-выхода трубки в трубных досках, а теплогидравлические характеристики трубок по направлению от периферии к центру выравниваются увеличением по дуге угла между входом-выходом трубки, изменением диаметра трубок, дросселированием, а также их комбинацией, выдерживая равенство отношения I/dэ.

Изобретение относится к системе трубопроводов для теплообменников для транспорта вязких жидкостей с большим количеством отдельных теплообменников в виде элементов трубопроводов и с предопределенным контролируемым распределением температуры и/или давления вдоль системы трубопроводов, а также в поперечном сечении трубопроводов, отличающейся тем, что на равных промежутках системы трубопроводов предусматриваются теплообменники в виде элементов трубопроводов, причем равные промежутки выбираются таким образом, чтобы поддержать предопределенное распределение температуры и/или давления, причем в теплообменниках предусматриваются средства, поддерживающие определенную температуру вязкой жидкости, транспортируемой в трубопроводе для теплообменника, а также в качестве опции смесительные элементы, чтобы в зависимости от поперечного сечения трубопроводов поддерживать заданное распределение температуры и/или давления в поперечном сечении трубопроводов, и причем, по меньшей мере, 30% длины системы трубопроводов для теплообменников оборудовано теплообменниками, а также к способу транспорта вязких жидкостей с помощью трубопроводов для теплообменников.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для создания высокоэффективных малогабаритных теплообменников. В теплообменном модуле, включающем полый цилиндрический корпус, ограниченный торцевыми концевыми пластинами с отверстиями для прохождения первой среды по расположенным внутри корпуса сквозным каналам и имеющий в боковой стенке вблизи торцевых концевых пластин отверстия для входа и выхода второй среды, а также примыкающие к наружным сторонам торцевых концевых пластин замкнутые полости для подвода и отвода первой среды, все соседние каналы для прохождения первой среды соединены между собой продольными ребрами, разделяющими межканальное пространство на отдельные продольные каналы для прохождения второй среды и имеющими длину, меньшую длины каналов для прохождения первой среды с образованием кольцевых камер для накапливания второй среды, включающих отверстия в стенке корпуса для входа и выхода второй среды.

Изобретение относится к химической, нефтехимической и энергетической промышленности и может быть использовано для проведения каталитических процессов со значительными тепловыми эффектами при частичном превращении углеводородов.

Изобретения относятся к химической, нефтяной, газовой и другим отраслям промышленности, а именно к технологии и оборудованию, предназначенным для охлаждения влажного природного газа.

Изобретение относится к теплообменникам типа «труба в трубе» для проведения теплообменных процессов между теплоносителями с использованием подвижных каналов (вращающихся труб) и может быть использовано в газовой, химической и нефтеперерабатывающей промышленности.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть применено в отопительных котлах. У трубы теплообменника отопительного котла, имеющей наружную трубу, по которой могут протекать уходящие газы топки котла, и которая может быть окружена с наружной стороны греющей водой, и вдвинутую в наружную трубу профильную вставку, которая для увеличения внутренней поверхности наружной трубы имеет ребра, проходящие в ее продольном направлении, и находится в теплопроводящем контакте с наружной трубой, первый продольный участок наружной трубы выполнен в виде гладкостенного цилиндра, а второй продольный участок наружной трубы имеет по меньшей мере один элемент для сужения поперечного сечения, сужающий проточное поперечное сечение, при этом профильная вставка распространяется исключительно по первому продольному участку наружной трубы. Технический результат – повышение мощности передачи тепла газообразных продуктов сгорания греющей воде в отопительном котле. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 13 ил.

Наверх