CZ286012B6 - Výměník tepla - Google Patents

Abstract

Výměník /1/ tepla má tvar hrnce, který má čelní přípoj /2/ pro hořák nebo pod., boční přívod /3/ vody v hrncovém dnu /4/ a výtok vody v oblasti čelního přípoje /2/, přičemž jak hrncové dno /4/, tak i hrncový plášť /5/ jsou v provozu protékány vodou. V hrncovém dnu /4/ jsou upraveny vodní vodicí úseky, zejména vodicí kanály /6, 7/ vody ve tvaru srpu a bariéry ve tvaru okraje /13/ hrncového dna /4/ pro nasměrované, v podstatě hrncové dno /4/ plošně překrývající obtékání vody, čímž se v provozu dosáhne rovnoměrného rozdělení teploty na hrncovém dnu /4/ bez vytváření bublinek páry.ŕ

Description

Vynález se týká výměníku tepla ve tvaru hrnce, který má čelní přípoj na hořák nebo podobně pro uložení plamence hořáku a boční přívod vody v hrncovém dnu a výtok vody v oblasti čelního přípoje, přičemž jak hrncové dno, tak i hrncový plášť jsou protékány vodou.

Dosavadní stav techniky

Známý uvedený výměník tepla má na spodní straně v oblasti hrncového dna boční přívod vody, do kterého je utěsněné uvedeno výpustné hrdlo vody vodního čerpadla, uspořádaného pod výměníkem tepla a v provozu uspořádání je médium pro výměnu tepla v podobě vody přiváděno jak k hrncovému dnu, tak i k hrncovému plášti. Hrncový plášť má šroubovité vedení vody, aby byla voda vedena ve tvaru šroubovice prakticky po celé ploše hrncového pláště, a to před tím, než se ohřátá voda na konci šroubovice v oblasti čelního přístroje výměníku tepla odvádí k hořáku spotřebiče. Voda sice cirkuluje v oblasti hrncového pláště výměníku však nikoli v oblasti hrncového dna. Dovnitř hrncového výměníku tepla zasahující plamenec hořáku tak může přehřívat hrncové dno, zejména při vysokém tepelném výkonu nebo při vysoké výstupní teplotě vody blízké bodu varu. Místně přehřáté oblasti hrncového dna vedou k vytváření bublinek páry, které nepříznivě ovlivňují účinnost výměníku tepla. Mimoto jsou přehřáté oblasti hrncového dna vystaveny zvýšenému namáhání materiálu, které nepříznivě ovlivňuje životnost výměníku tepla.

Podstata vynálezu

Vycházeje z uvedeného stavu techniky si klade vynález za úkol vytvořit výměník tepla uvedeného typu tak, aby byl při jednoduché konstrukci vysoce účinný a aby umožňoval zejména vysoký topný výkon s vysokou teplotou výstupu vody.

Vyřešen je tento úkol podle vynálezu výměníku tepla uvedeným v patentovém nároku 1.

Další výhodná vytvoření předmětu vynálezu jsou vytvořena prostřednictvím znaků patentových nároků 2 až 18.

Podstata vynálezu spočívá vtom, že hrncovém dnu výměníku tepla jsou upraveny vodní vodicí úseky pro nasměrované, v podstatě plochu pokrývající proudění hrncového dna vodou.

Zejména hrncové dno v napojení na boční přívod vody nejméně dva v půdoryse ve tvaru srpu vytvořené vodicí kanály vody pro cirkulující proudění vody.

Vodicí kanály vody mohou být podle varianty provedení vynálezu vytvořeny samostatnou vodicí plechovou vložku v hrncovém dnu, přičemž vodicí plechy jsou v pohledu na půdorys hrncového dna vytvořeny ve tvaru srpu a kořeny srpu jsou upraveny v oblasti bočního přívodu vody.

Podle zvláště výhodné varianty provedení vynálezu jsou vodicí kanály vody ve tvaru srpu v hrncovém dnu vytvořená integrovaná zahloubení, přičemž kořeny srpu jsou upraveny v oblasti bočního přívody vody.

-1 CZ 286012 B6

Radiálně nejvíce vně upravený vodicí kanál vody má výhodou nejmenší průtokový průřez ze všech vodicích kanálů vody uspořádání, přičemž šířka tohoto radiálně nejvíce vně upraveného vodícího kanálu vody je podél srpu co do velikosti a celku udržována konstantní.

Radiálně uvnitř upravené vodicí kanály vody mají na rozdíl od toho s výhodou větší průtokový průřez, který ve směru ke středu hrncového dna u jednotlivých vodicích kanálů vody narůstá.

Radiálně uvnitř upravený vodicí kanál vody ve tvaru srpu je upraven skrz axiální střed výměníku tepla, případně skrz střed hrncového dna výměníku tepla.

Radiálně uvnitř upravené vodicí kanály vody mají podél srpu u dalšího výhodného vytvoření vynálezu rozšíření, které má s výhodou tvar ledvinky.

Pro podporu plošně překrývajícího proudění na hrncovém dnu mají jednotlivé, ve tvaru srpu vytvořené vodicí kanály vody ploché výstupní konce vody a nebo ploché přetékající okraje, přičemž délka jednotlivých srpů je účelně upravena přes úhel hrncového dna o hodnotě zhruba 100°. Od těchto hlavních kanálů mohou v případě potřeby odbočovat menší kanály.

U výměníku tepla s o sobě známým šroubovitým vedením vody v hrncovém plášti je účelně upraven mezi bočním přívodem vody a mezi začátkem šroubovitého vedení vody na hrncovém plášti radiálně nejvíce vně uspořádaný okraj hrncového dna, případně vodní bariéra, které zabraňují, aby z vodního čerpadla do hrncového dna proudící voda nebyla okamžitě přiváděna do výměníku tepla, ale aby byla nejprve donucena cirkulovat kolem zhruba 360° na straně hrncového dna před tím, než voda vstoupí do šroubovitého vedení vody v hrncovém plášti. Tato vodní bariéra může být v případě potřeby upravena také podél jiných, radiálně uvnitř upravených vodicích kanálů vody.

Jako šroubovitý výstupek pro vedení vody na hrncovém plášti může být také uvedený okraj hrncového dna integrován v hrncovém dnu, a to zejména tehdy, když je výměník tepla vytvořen celkově jako tlačný aluminiový odlitek.

U výhodné varianty je okraj hrncového dna separátní konstrukční součást, obdobná variantě separátní vložky vodicích plechů v hrncovém dnu, přičemž podle dalšího výhodného vytvoření může být šířka okraje separátního okraje hrncového dna přestavitelná. Při malé nastavené šířce okraje může proudící voda přes okraj přetékat. Pokud je okraj vytažen více, například až dosednutí na obvodovou skříňovou část výměníku tepla, je celé množství přiváděné vody nuceno procházet nejprve hrncovým dnem v nasměrovaném proudění.

Podle další varianty provedení separátního okraje hrncového dna může také délka okraje, tedy délka oblouku pláště okraje hrncového dna přestavitelná, aby se v každém případě zajistilo, že u vodního čerpadla je bariéra, případně uvedený okraj hrncového dna upraven od výstupního hrdla vody čerpadla vody až k začátku šroubovitého vedení vody.

Konečně se další varianta provedení vyznačuje tím, že hrncové dno je nepatrně vyklenuto navenek.

Prostřednictvím vynálezu se tak dosáhne toho, že přiváděná chladicí voda je ve dvou nebo více kanálech na hrncovém dnu řízena tak, že se překrytím plochy po celé dnové oblasti v provozu výměníku tepla vytváří rovnoměrná teplota. Nevznikají tak místní teplotní špičky v hrncovém dnu, které by mohly vést k vytváření bublinek páry, jako je tomu u známého stavu techniky. Prostřednictvím vynálezu lze tedy prakticky u všech vodních vytápění s vysokým topným výkonem dosáhnout rychle vysoké výstupní teploty vody v oblasti bodu varu, aniž by došlo ke vzniku bublinek páry nebo k materiálovému poškození hrncového dna tepelného výměníku.

-2CZ 286012 B6

Případně je také možné použít jako kapalné médium pro výměnu tepla jiné médium než vodu.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je v dalším podrobněji vysvětlen na příkladu provedení ve spojení s výkresovou částí.

Na obr. 1 je schematicky znázorněn axonometrický pohled na výměník tepla ve tvaru hrnce při vypuštění skříně v připojení na vespod uspořádané vodní čerpadlo.

Na obr. 2 je znázorněn pohled na hrncové dno výměníku tepla podle obr. 1 při pohledu zprava. Na obr. 3 je znázorněn řez rovinou podle čáry A - A z uspořádání podle obr. 2. Na obr. 4 je znázorněn pohled Y na oblast hrncového dna uspořádání podle obr. 2. Na obr. 5 je znázorněn řez oblastí hrncového dna v rovině podle čáry B - B na obr. 2. Na obr. 6 je znázorněn dílčí řez rovinou podle čáry C - C na obr. 2.

Příklady provedení vynálezu

Výměník 1 tepla podle výkresu, u kterého je vnější skříň pro lepší přehlednost vypuštěna, má tvar hrnce, přičemž hrncové dno 4 tvoří s hrncovým pláštěm 5 jednodílný tlakový odlitek z aluminia. Výměník 1 tepla má čelní přípoj 2 s vytvořením obvodové příruby, která je ve smontovaném stavu výměníku 1 tepla upevněna například na neznázoměném hořáku tak, že plamenec hořáku zasahuje do vnitřku výměníku 1 tepla soustředně a podle obr. 1 zleva. Podle obr. 1 pravý konec neznázoměného plamence je otevřený a je upraven v odstupu vzhledem k hrncovému dnu 4.

Na spodní straně má hrncové dno 4 boční přívod 3 vody, do kterého zasahuje výstupní konec 15 vodního čerpadla 14, přičemž spoj mezi výstupním koncem 15 vodního čerpadla 14 a mezi bočním přívodem 3 vody hrncového dna 4 je vodotěsný.

Hrncový plášť 5 má na obvodu upravené šroubovité vedení 11 vody, aby se při provozu výměníku 1 tepla nasměrovalo cirkulující proudění vody podél hrncového pláště 5, jak je to na obr. 1 schematicky znázorněno šipkou E. Začátek 12 šroubovitého vedení 11 vody je upraven podle obr. 1 na pravém horním konci hrncového dna 4, zatímco konec 16 šroubovitého vedení 11 vody je upraven v oblasti příruby 17, která je pevně spojena s neznázoměným hořákem.

Výstup vody v oblasti konce 16 šroubovitého vedení 11 vody není z důvodu přehlednosti na obr. 1 znázorněn. Také se netýká podstaty vynálezu.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že v hrncovém dnu 4 jsou upraveny vodicí úseky vody pro nasměrované, v podstatě plošně pokrývající hrncové dno 4 proudění vody nebo jiného kapalného média pro výměnu tepla.

Úseky pro provedení vody jsou zejména podle příkladu provedení na výkrese radiálně vnější vodicí kanál 6 vody a radiálně vnitřní vodicí kanál 7 vody, které jsou vytvořeny integrované s hrncovým dnem 4 ve tvaru zahloubení.

Oba vodicí kanály 6 a 7 vody jsou ve větším detailu znázorněny na obr. 2 až obr. 6. Mají tvar srpu, přičemž délka tohoto srpu je upravena přes úhel hrncového dna 4 o hodnotě zhruba 100°, přičemž v případě potřeby mohou být upraveny také jiné délky srpů.

-3CZ 286012 B6

Radiálně vnější vodicí kanál 6 vody má průtokový průřez d, který je menší než průtokový průřez D radiálně vnitřního vodícího kanálu 7 vody. Podle požadavků odvádění tepla však mohou být upraveny jiné poměry průřezů.

U zvláštního příkladu provedení má radiálně vnější vodicí kanál 6 vody stejnou šířku a je upraven v bezprostředním sousedství kruhového obvodu hrncového dna 4, kde je také v hrncovém dnu 4 vytvořen integrovaný, axiálně vystupující okraj 13 hrncového dna 4, který je uspořádán od bočního přívodu 3 vody až k začátku 12 šroubovitého vedení 11 vody. Vystupující okraj 13 hrncového dna 4 působí v provozu jako vodní bariéra, takže vodním čerpadlem 14 dopravovaná proudící voda je vedena podél vodicích kanálů 6 vody cirkulujícím proudem přes hrncové dno 4 před tím, než se dostane cirkulující voda hrncového dna 4 po pootočení ve směru šipky E o zhruba 360° k hrncovému plášti 5.

Radiální vodicí kanály 6, 7 vody mají boční přetokové okraje 10 vody a na konci srpu vždy jeden plochý výstupní konec 9 vody, takže voda cirkuluje nejen přímo ve vodicích kanálech 6 a 7 vody, ale po bočním přetoku cirkuluje také ve zbývajících plošných oblastech hrncového dna 4, přičemž posledně uvedená cirkulace je podporována hlavní cirkulovací ve vodicích kanálech 6 a 7 vody, to znamená, že voda je v plošných oblastech hrncového dna 4 strhávána.

Celkově se tak vytváří požadovaně nasměrované, v podstatě plošné hrncové dno 4 překrývající obtékání proudem vody, které zabraňuje tomu, aby se nevytvořila žádná přehřívaná místa v hrncovém dnu 4, a to ani tehdy, když je výměník 1 tepla provozován s vysokým výkonem, takže také nevznikají žádné bublinky páry, které by nepříznivě ovlivňovaly účinek přenosu tepla.

Jak je to patrno u příkladu provedení, který je znázorněn na výkrese, nemá radiálně vnitřní vodicí kanál 7 vody konstantní šířku jako zhruba radiálně vnější vodicí kanál 6 vody, ale má ve střední oblasti délky srpu rozšíření, které se zde upraveným výstupním koncem 9 vody vytváří zhruba tvar ledvinky. Prostřednictvím tohoto rozšíření a prostřednictvím ve srovnání s větším průtokovým průřezem D radiálně vnitřního vodícího kanálu 7 vody ve srovnání s menší průtokovým průřezem d radiálně vnějšího vodícího kanálu 6 vody se dosáhne toho, že úhlová rychlost všech cirkulujících komponent proudění vody je v oblasti hrncového dna 4 zhruba konstantní. Podle požadavků odvádění tepla však také mohou být upraveny komponenty prodění s různou úhlovou rychlostí.

Je třeba ještě uvést, že v závislých patentových nárocích obsažené ochrany schopné znaky mají mít navzdory uvedenému formálnímu zpětnému vztahu na hlavní nárok odpovídající vlastní ochranu. Jinak spadají všechny v celých podlohách přihlášky obsažené vynálezecké znaky do rozsahu ochrany vynálezu.

Claims (20)

1. Výměník tepla ve tvaru hrnce, který má čelní přípoj na hořák nebo podobně pro uložení plamence hořáku a boční přívod vody v hrncovém dnu a výtok vody v oblasti čelního přípoje, přičemž jak hrncové dno, tak i hrncový plášť jsou protékány vodou, vyznačující se t í m , že v hrncovém dnu (4) jsou v napojení na boční přívod (3) vody upraveny vodní vodicí úseky pro nasměrované, v podstatě plochu pokrývající prouděním hrncového dna (4) vodou.

-4CZ 286012 B6

2. Výměník tepla podle nároku 1, vyznačující se tím, že hrncové dno (4) má v napojení na boční přívod (3) vody nejméně dva v půdoryse ve tvaru srpu vytvořené vodicí kanály (6, 7) vody pro cirkulující proudění vody.

3. Výměník tepla podle nároku 2, vyznačující se tím, že vodicí kanály (6, 7) vody jsou vytvořeny samostatnou vodicí plechovou vložkou v hrncovém dnu (4), přičemž vodicí plechy jsou v pohledu na půdorys hrncového dna (4) vytvořeny ve tvaru srpu a kořeny srpu jsou upraveny zhruba v oblasti bočního přívodu (3) vody.

4. Výměník tepla podle nároku 2, vyznačující se tím, že vodicí kanály (6, 7) vody ve tvaru srpu jsou v hrncovém dnu (4) vytvořená, integrovaná zahloubení a kořeny srpu jsou upraveny zhruba v oblasti bočního přívodu (3) vody.

5. Výměník tepla podle nároku 3 nebo 4, vyznačující se tím, že radiálně nejvíce vně upravený vodicí kanál (6) vody ve tvaru srpu má nejmenší průtokový průřez (d) ze všech vodicích kanálů (6, 7) vody.

6. Výměník tepla podle nároku 5, vyznačující se tím, že radiálně nejvíce vně upravený vodicí kanál (6) vody ve tvaru srpu má podél srpu v podstatě shodnou šířku.

7. Výměník tepla podle nároku 5 nebo 6, vyznačující se tím, že průtokový průřez (D) radiálně dovnitř upravených vodicích kanálů (7) vody je zvětšen.

8. Výměník tepla podle jednoho z nároků 2 až 7, vyznačující se t í m , že radiálně uvnitř upravený vodicí kanál (7) vody ve tvaru srpu je upraven skrz axiální střed (8) výměníku (1) tepla, případně skrz střed hrncového dna (4).

9. Výměník tepla podle jednoho z nároků 2 až 8, vyznačující se tím, že radiálně uvnitř upravený vodicí kanál (7) vody ve tvaru srpu má podél srpu rozšíření, případně má v půdoryse tvar ledvinky.

10. Výměník tepla podle jednoho z nároků 4 až 9, vyznačující se tím, že vodicí kanály (6, 7) vody mají ploché výstupní konce (9) vody.

11. Výměník tepla podle jednoho z nároků 4 až 10, vyznačující se tím, že vodicí kanály (6, 7) vody ve tvaru srpu mají ploché boční přetokové okraje (10) vody.

12. Výměník tepla podle jednoho z nároků 1 až 11 se šroubovitým vedením vody v hrncovém plášti, vyznačující se tím, že mezi bočním přívodem (3) vody a začátkem (12) šroubovitého vedení (11) vody je upraven radiálně nejvíce vně uspořádaný okraj (13) hrncového dna (4).

13. Výměník tepla podle nároku 12, vyznačující se tím, že okraj (13) hrncového dna (4) je vytvořen integrované v hrncovém dnu (4).

14. Výměník tepla podle nároku 12, vyznačující se tím, že okraj (13) hrncového dna (4) je samostatná konstrukční součást.

15. Výměník tepla podle nároku 14, vyznačující se tím, že výška okraje (13) hrncového dna (4) je přestavitelná.

16. Výměník tepla podle nároku 14 nebo 15, vyznačuj ící se tí m , že délka okraje (13) hrncového dna (4), případně délka oblouku pláště okraje (13) hrncového dna (4) je přestavitelná.

-5CZ 286012 B6

17. Výměník tepla podle jednoho z nároků lažló, vyznačující se tím, že délka srpu vodicích kanálů (6, 7) vody je upravena v úhlu o hodnotě zhruba 100°.

5

18. Výměník tepla podle jednoho z nároků 1 až 17, vyznačující se tím, že hrncové dno (4) je provedeno vyklenutě navenek.

19. Výměník tepla podle jednoho z nároků 1 až 18, vyznačující se tím, že vodní vodicí úseky mají bočně nejméně částečně vodní bariéry.

o

20. Výměník tepla podle jednoho z nároků lažl9, vyznačující se tím, že vodní vodicí úseky mají odbočné kanály.