ES2357688T3

ES2357688T3 - IMPROVED HEAT EXCHANGER.

Info

Publication number: ES2357688T3
Application number: ES06832335T
Authority: ES
Inventors: Luciano Tesolin
Original assignee: M F Srl; Mfsrl
Current assignee: M F Srl; Mfsrl
Priority date: 2005-12-05
Filing date: 2006-11-23
Publication date: 2011-04-28
Anticipated expiration: 2026-11-23
Also published as: DE602006018991D1; RU2008127376A; ITRM20050606A1; EP1957883B1; RU2419040C2; EP1957883A1; ATE491918T1; WO2007066369A1; PL1957883T3

Abstract

The present invention relates to an improved heat exchanger comprising a water inlet duct and a water outlet duct, between which a heat exchanger is provided, comprised of a spiral duct through which water to be heated passes; said heat exchanger individuating a combustion chamber within which a burner is provided, said burner being supplied by an air-gas mixture; and upper cap placed so as to be in touch with at least the last upper turn of the heat exchanger duct, and a lower cap, placed distanced from the last lower turn of the heat exchanger duct, so as to create a gap for passage of gas and discharging condensate; said heat exchanger being characterised in that it comprises a manifold element having such a surface to innerly occupy the upper surface of said combustion chamber, an concave shape and placed above said upper cap, with the upper surface of which it realises a cavity within which an air - gas mixture is collected before being conveyed within said burner.

Description

La presente invención se refiere a una caldera mejorada. The present invention relates to an improved boiler.

Más específicamente, la invención trata de una caldera que comprende un conjunto tapa-colector que permite limitar el uso de elementos aislantes y juntas de estanqueidad de alta temperatura, lo que permite de esa manera ahorros notables. More specifically, the invention concerns a boiler comprising a cover-manifold assembly that allows limiting the use of insulating elements and high temperature sealing gaskets, thereby allowing significant savings.

Como es bien conocido, las calderas usadas para calefacción o producción de agua caliente sanitaria están provistas de intercambiadores de calor. As is well known, boilers used for heating or domestic hot water production are provided with heat exchangers.

En la actualidad, existen muchos intercambiadores de calor que permiten obtener una alta eficiencia. Por ejemplo, se conoce en la técnica el intercambiador de calor espiral descrito en la solicitud de patente europea EP 1281919 A, presentada por el mismo solicitante, caracterizado por un paso interno del gas de combustión a través de espacios entre espiras y tubos dentro de los cuales circula el agua. Currently, there are many heat exchangers that allow high efficiency. For example, the spiral heat exchanger described in European patent application EP 1281919 A, filed by the same applicant, characterized by an internal passage of combustion gas through spaces between turns and tubes within the tubes is known in the art. which circulates the water.

Otro ejemplo de intercambiador de calor que forma parte del estado de la técnica está descrito en la solicitud de patente No NL 8403235. Another example of a heat exchanger that is part of the state of the art is described in patent application No. NL 8403235.

Un problema técnico de las calderas de la técnica anterior es que los intercambiadores de calor conocidos deben ser aislados térmicamente de forma adecuada en su interior. De hecho, la diferencia entre la temperatura interna cerca del quemador y la temperatura exterior es muy alta. Por ello, es inevitable la presencia de elementos aislantes entre la cámara de combustión y la tapa superior. Dichos elementos aislantes de alta temperatura, así como las juntas de estanqueidad, están compuestos de material refractario muy costoso que son difíciles de usar. A technical problem with prior art boilers is that known heat exchangers must be adequately thermally insulated inside. In fact, the difference between the internal temperature near the burner and the outside temperature is very high. Therefore, the presence of insulating elements between the combustion chamber and the top cover is inevitable. Such high temperature insulating elements, as well as the gaskets, are composed of very expensive refractory material that are difficult to use.

Por otra parte, el colector de agua pasa a través de la pared cilíndrica. Esto genera otros problemas técnicos para las juntas de estanqueidad y las soldaduras. On the other hand, the water collector passes through the cylindrical wall. This creates other technical problems for the seals and welds.

Otro problema técnico resuelto por la presente invención es el de aislar las partes internas del intercambiador de calor, particularmente en vista del hecho de que la temperatura cerca del quemador es generalmente muy alta, reduciendo de esa manera el uso de elementos aislantes de material refractario costosos. Another technical problem solved by the present invention is that of insulating the internal parts of the heat exchanger, particularly in view of the fact that the temperature near the burner is generally very high, thereby reducing the use of expensive refractory material insulating elements. .

El objeto de la presente invención es, por ello, el de sugerir un intercambiador de calor con una un conjunto tapa-colector, que permite aislar térmicamente el quemador y la cámara de combustión, evitando de esa manera el uso de materiales aislantes refractarios y reduciendo los costes finales. The object of the present invention is, therefore, to suggest a heat exchanger with a cover-collector assembly, which allows the burner and combustion chamber to be thermally insulated, thereby avoiding the use of refractory insulating materials and reducing the final costs

Es, por ello, un objeto específico de la presente invención proporcionar un intercambiador de calor mejorado que comprende una conducción de entrada de agua y una conducción de salida de agua, entre las cuales se provee un intercambiador de calor, que consta de una conducción espiral a través de la cual pasa el agua que va a ser calentada; intercambiador de calor el susodicho que define una cámara de combustión dentro de la cual se provee un quemador, quemador que a su vez es alimentado con una mezcla de aire-gas; y una tapa superior colocada de forma que esté en contacto con al menos la última vuelta superior de la conducción del intercambiador de calor, y una tapa inferior, colocada distanciada de la última vuelta inferior de la conducción del intercambiador de calor, de forma que se crea un espacio vacío para el paso de gas y descarga del condensado; estando dicho intercambiador de calor caracterizado porque comprende un elemento colector que tiene una superficie tal que ocupa internamente la superficie superior de dicha cámara de combustión, que tiene una forma cóncava y está colocado encima de dicha tapa superior, con la superficie superior de la cual realiza una cavidad dentro de la cual se recoge una mezcla aire-gas antes de ser conducida al interior del quemador. It is, therefore, a specific object of the present invention to provide an improved heat exchanger comprising a water inlet conduit and a water outlet conduit, between which a heat exchanger is provided, consisting of a spiral conduction. through which the water to be heated passes; heat exchanger the aforementioned defining a combustion chamber within which a burner is provided, a burner which in turn is fed with an air-gas mixture; and an upper cover positioned so that it is in contact with at least the last upper turn of the heat exchanger conduit, and a lower cover, positioned distanced from the last lower turn of the heat exchanger conduction, so that it creates an empty space for the passage of gas and condensate discharge; said heat exchanger being characterized in that it comprises a collecting element having a surface such that it internally occupies the upper surface of said combustion chamber, which has a concave shape and is placed on top of said upper lid, with the upper surface of which it performs a cavity within which an air-gas mixture is collected before being taken into the burner.

Siempre de acuerdo con la invención, dicha tapa superior puede tener una superficie superior sustancialmente plana. Always according to the invention, said top cover can have a substantially flat top surface.

Aún de acuerdo con la invención, dicho elemento colector puede estar compuesto de metal, preferiblemente aluminio, o un material plástico. Even according to the invention, said collecting element may be composed of metal, preferably aluminum, or a plastic material.

Además, de acuerdo con la invención, dicha tapa puede estar acoplada a dicho elemento colector. Furthermore, according to the invention, said cover can be coupled to said collecting element.

Preferiblemente, de acuerdo con la invención, el acoplamiento entre sí de dicha tapa y dicho elemento colector puede ser ajustado por rotación. Preferably, according to the invention, the coupling of said lid and said collecting element to each other can be adjusted by rotation.

Aún de acuerdo con la invención, dicho intercambiador de calor tiene un disco metálico, con una forma apta para ser insertado mediante atornillado dentro del espacio de una vuelta de la conducción del intercambiador de calor, estando provisto un elemento aislante refractario por encima de dicho intercambiador de calor, con temperatura de unos 2.000 ºC. Even in accordance with the invention, said heat exchanger has a metal disk, with a shape suitable to be inserted by screwing into the space of one turn of the heat exchanger conduit, a refractory insulating element being provided above said exchanger of heat, with a temperature of about 2,000 ºC.

Además, de acuerdo con la invención, dicho disco puede estar compuesto de acero. Furthermore, according to the invention, said disk may be made of steel.

Preferiblemente, de acuerdo con la invención, la conducción de dicho intercambiador de calor puede comprender una ranura anular en cada uno de sus extremos, que permite el acoplamiento con dichas conducciones de entrada y salida sin soldadura alguna. Preferably, according to the invention, the conduction of said heat exchanger may comprise an annular groove at each of its ends, which allows the coupling with said inlet and outlet conduits without any welding.

Siempre de acuerdo con la invención, dicho intercambiador de calor puede comprender un elemento cilíndrico entre dicha tapa superior y dicha tapa inferior. Always according to the invention, said heat exchanger may comprise a cylindrical element between said upper cover and said lower cover.

Aún de acuerdo con la invención, dicho intercambiador de calor puede comprender una pluralidad de varillas de atado, provista cada una de ellas de medios para fijar sus extremos a dicha tapa superior y a dicha tapa inferior. Even in accordance with the invention, said heat exchanger may comprise a plurality of tie rods, each provided with means for fixing its ends to said upper cover and said lower cover.

Siempre de acuerdo con la invención, dicha tapa superior con colector de gas y dicha tapa inferior con colector de descarga pueden ser realizados, respectivamente, de forma integrada una con otro o por separado. Always according to the invention, said top cover with gas manifold and said bottom lid with discharge manifold can be made, respectively, in an integrated manner with one another or separately.

La presente invención se describirá ahora, con propósito ilustrativo, de acuerdo con sus realizaciones preferidas, con referencia particular a las figuras de los dibujos adjuntos, en los cuales: The present invention will now be described, for illustrative purposes, in accordance with its preferred embodiments, with particular reference to the figures in the accompanying drawings, in which:

la figura 1 muestra una vista en perspectiva de un intercambiador de calor de acuerdo con la presente invención; Figure 1 shows a perspective view of a heat exchanger according to the present invention;

la figura 2 muestra una sección de una caldera de acuerdo con la figura 1; Figure 2 shows a section of a boiler according to Figure 1;

la figura 3 muestra una sección de una tapa inferior; Figure 3 shows a section of a lower cover;

la figura 4 muestra un vista de un extremo de la conducción de un intercambiador de calor; y Figure 4 shows a view of one end of the conduction of a heat exchanger; Y

la figura 5 muestra la sección de la porción cerramiento inferior de la cámara de combustión. Figure 5 shows the section of the lower enclosure portion of the combustion chamber.

Haciendo referencia a las figuras 1 y 2, es posible observar un intercambiador de calor 1 de acuerdo con la presente invención. Referring to Figures 1 and 2, it is possible to observe a heat exchanger 1 in accordance with the present invention.

Dicho intercambiador de calor 1 proporciona una cámara de combustión 2, dentro de la cual está introducida una conducción 3’ en forma de espiral para agua que va a ser calentada en el interior del intercambiador de calor 3. Said heat exchanger 1 provides a combustion chamber 2, into which a spiral-shaped conduit 3 ’is introduced for water to be heated inside the heat exchanger 3.

Dicho intercambiador de calor 3 confiere una forma sustancialmente cilíndrica a la cámara de combustión. Said heat exchanger 3 confers a substantially cylindrical shape to the combustion chamber.

El intercambiador de calor 3 tiene una conducción de entrada de agua y una conducción de salda de agua indicadas, respectivamente, por los número de referencia 4’ y 4’’. The heat exchanger 3 has a water inlet line and a water outlet line indicated, respectively, by reference numbers 4 ’and 4’.

Se provee un quemador 5 sustancialmente a lo largo del eje vertical de dicha cámara de combustión 2, estando provista cerca de dicho quemador 5 la bujía de encendido 6 para el encendido del propio quemador 5. A burner 5 is provided substantially along the vertical axis of said combustion chamber 2, the spark plug 6 being provided near said burner 5 for ignition of the burner 5 itself.

Un conjunto de tapa-colector 7 de dicho intercambiador de calor 3 está prevista por encima de dicho quemador 5. A cover-manifold assembly 7 of said heat exchanger 3 is provided above said burner 5.

El intercambiador de calor 1 también está provisto en su base de una tapa 8 inferior, mientras que una pared de contención está provista lateralmente. The heat exchanger 1 is also provided at its base with a lower cover 8, while a retaining wall is provided laterally.

Dicho conjunto tapa-colector y dicha tapa 8 inferior, acoplados mediante varillas 10 de atado ajustables que actúan sobre sus bordes, están provistos, respectivamente, en las bases de dicho elemento 9 cilíndrico. Este modo de ensamblado es particularmente eficiente y barato, permitiendo también mantener comprimida la espiral de la conducción 3’ del intercambiador de calor. Said cover-collector assembly and said lower cover 8, coupled by means of adjustable tie rods 10 acting on their edges, are provided, respectively, in the bases of said cylindrical element 9. This mode of assembly is particularly efficient and cheap, also allowing the spiral of the 3 ’conduit of the heat exchanger to be compressed.

El conjunto tapa-colector 7 consta de dos partes: tapa 7’ y elemento colector 7’’. The cover-collector assembly 7 consists of two parts: cover 7 ’and collector element 7’.

La tapa 7’ está compuesta de metal, preferiblemente aluminio, o cualquier otro material conductor del calor. Tiene una superficie sustancialmente plana y está en contacto con la última vuelta de la conducción 3’ del intercambiador de calor 3. The lid 7 ’is composed of metal, preferably aluminum, or any other heat conducting material. It has a substantially flat surface and is in contact with the last turn of conduit 3 ’of heat exchanger 3.

El elemento colector 7’’ está compuesta preferiblemente de aluminio o material plástico. Está previsto encima de dicha tapa 7’ y tiene unas dimensiones tales que cubre la totalidad de la superficie de la tapa 7’. The collecting element 7 ’is preferably composed of aluminum or plastic material. It is provided above said cover 7 ’and has dimensions such that it covers the entire surface of the cover 7’.

Dicho colector 7’’ tiene una forma cóncava y está acoplado con dicha tapa 7’, realizando, junto con la misma, una cavidad 11. Dicha cavidad permite un primer aislamiento térmico frente al calor irradiado desde la tapa 7’ y el quemador 5. Entonces, la mezcla aire-gas entra en el interior de dicha cavidad 11 para alimentar al quemador 5. Dicha mezcla tiene una temperatura mucho más baja que la temperatura del interior de la cámara de combustión. De esa manera, la cavidad 11 realizada por la tapa 7’ y el colector 7’’, al mismo tiempo enfría dicha tapa 7’ y realiza un aislamiento térmico. Said manifold 7 '' has a concave shape and is coupled with said lid 7 ', making, together with it, a cavity 11. Said cavity allows a first thermal insulation against the heat radiated from the lid 7' and the burner 5. Then, the air-gas mixture enters into said cavity 11 to feed the burner 5. Said mixture has a much lower temperature than the temperature inside the combustion chamber. Thus, the cavity 11 made by the lid 7 ’and the collector 7’, at the same time cools said lid 7 ’and performs a thermal insulation.

Como ya se ha dicho, esta disposición permite el uso de juntas de estanqueidad de estanqueidad estándar, evitando la necesidad de usar materiales refractarios. As already stated, this arrangement allows the use of standard sealing gaskets, avoiding the need to use refractory materials.

Tanto la tapa 7’ como la tapa 8 inferior están conformadas de forma que tienen una estructura de salida para el extremo de la espiral desde la envolvente que consta de las dos tapas y el elemento 9 cilíndrico. Debe tenerse en cuenta que en la técnica, usualmente, los extremos de la conducción 3’ del intercambiador de calor 3 salen a través del elemento 9 cilíndrico, creando por ello problemas para la estanqueidad y las soldaduras. Both the cover 7 ’and the lower cover 8 are shaped so that they have an exit structure for the end of the spiral from the envelope consisting of the two covers and the cylindrical element 9. It should be noted that in the art, usually, the ends of the conduit 3 ’of the heat exchanger 3 exit through the cylindrical element 9, thereby creating problems for sealing and welding.

En vez de eso, mediante la salida a través de las tapas es posible obtener una estanqueidad segura sin soldaduras. Instead, by exiting through the covers it is possible to obtain a secure seal without welding.

Lo anterior permite eliminar problemas debidos a la salida de dichos extremos de la conducción 3’ del intercambiador de calor 3, particularmente con respecto a la instalación del intercambiador de calor 1. De hecho, el acoplamiento de las tapas 7’ y 8 es tal que permite su rotación. De esa manera, la posición de los extremos de la espiral de la conducción 3’ puede ser variada convenientemente. The above allows eliminating problems due to the exit of said ends of the conduit 3 'of the heat exchanger 3, particularly with respect to the installation of the heat exchanger 1. In fact, the coupling of the covers 7' and 8 is such that It allows its rotation. In that way, the position of the spiral ends of the conduit 3 ’can be conveniently varied.

La figura 3 muestra el intercambiador de calor 3 que en la realización mostrada es un intercambiador espiral. La conducción 3’ del intercambiador de calor 3 tiene ranuras 12 anulares (véase la figura 4) en sus extremos, que permiten el acoplamiento sin necesidad de soldaduras, sólo mediante un empalme con juntas de estanqueidad (no mostrado en las figuras). Figure 3 shows the heat exchanger 3 which in the embodiment shown is a spiral exchanger. The conduit 3 ’of the heat exchanger 3 has annular grooves 12 (see Figure 4) at its ends, which allow the coupling without welding, only by means of a joint with gaskets (not shown in the figures).

5 La tapa 8 inferior está compuesta preferiblemente de plástico, aluminio u otro metal. El intercambiador de calor 1 tiene bajo dicha tapa 8 un colector 13 de descarga que puede estar compuesto de plástico, aluminio u otro metal. 5 The lower cover 8 is preferably composed of plastic, aluminum or other metal. The heat exchanger 1 has under said lid 8 a discharge manifold 13 which may be composed of plastic, aluminum or other metal.

Finalmente, la figura 5 muestra una sección del cerramiento inferior de la cámara de combustión 3, dentro de la cual está colocado un disco 14 de acero que tiene una forma tal que está insertado entre los espacios vacíos entre vueltas del tubo del intercambiador de calor 3, encima del cual está provisto un refractario 15 aislante térmico. Finally, Figure 5 shows a section of the lower enclosure of the combustion chamber 3, within which a steel disc 14 is placed in such a way that it is inserted between the empty spaces between turns of the heat exchanger tube 3 , on top of which a thermal insulating refractory 15 is provided.

10 Sobre la base de la especificación previa, puede observarse que la ventaja básica de la presente invención es la de limitar el uso de materiales aislantes refractarios para el aislamiento del calor irradiado desde el quemador de la caldera. On the basis of the previous specification, it can be seen that the basic advantage of the present invention is that of limiting the use of refractory insulating materials for the isolation of the heat radiated from the boiler burner.

Otra ventaja de la presente invención es el hecho de permitir un montaje modular y práctico. Another advantage of the present invention is the fact of allowing a modular and practical assembly.

La presente invención ha sido descrita con propósito ilustrativo, de acuerdo con sus realizaciones preferidas, pero debe entenderse que pueden ser introducidos modificaciones y/o cambios por los expertos en la técnica sin salir del alcance The present invention has been described for illustrative purposes, in accordance with its preferred embodiments, but it should be understood that modifications and / or changes may be made by those skilled in the art without departing from the scope.

15 relevante según se define en las reivindicaciones adjuntas. 15 relevant as defined in the appended claims.

Claims

1. Boiler (1) comprising:

a water inlet conduit (4 ') and a water outlet conduit (4' '), among which a heat exchanger (3) is provided, consisting of a helical conduit (3') through the which passes the water that is going to be heated;

a combustion chamber (2) defined laterally by said heat exchanger (3) within which a burner (5), burner (5) is provided the aforementioned which is fed with an air-gas mixture; Y

an upper cover (7 '), which has an upper and a lower surface, positioned such that said lower surface is in contact with at least the last upper turn of the conduit (3') of the heat exchanger, and a cover ( 8) lower, distanced from the last lower turn of the conduit (3 ') of the heat exchanger, so that an empty space is created for the passage of gas and condensate discharge;

characterized in that it comprises:

a collecting element (7 '') which is placed on top of said upper cover (7 ') and having dimensions such that it covers all of said upper surface of said cover (7') and having a concave shape so that with said upper surface of said cover (7 ') it makes a cavity (11) into which an air-gas mixture is collected before being taken inside said burner (5) so that an insulation of the radiated heat is formed from said upper cover (7 ') and said burner (5);

a metal disk (14), with a shape suitable to be fixed inside said heat exchanger (3) by internal screw fixing with the turns of its conduit (3 ’); Y

an insulating refractory element (15) provided above said metallic disk (14), said insulating refractory element (15) and said metallic disk (14) being placed under said burner (5).

2.2.: Caldera (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque dicha tapa superior tiene una superficie superior sustancialmente plana. Boiler (1) according to claim 1, characterized in that said upper cover has a substantially flat upper surface.

3. 3.: Caldera (1) de acuerdo con alguna de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque dicho elemento colector (7’’) está compuesto de metal, preferiblemente aluminio. Boiler (1) according to any of the preceding claims, characterized in that said collecting element (7 ’) is composed of metal, preferably aluminum.

4. Four.: Caldera (1) de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizada porque dicho elemento colector (7’’) está compuesto de material plástico. Boiler (1) according to claims 1 or 2, characterized in that said collecting element (7 ’) is composed of plastic material.

5. 5.: Caldera (1) de acuerdo con alguna de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque dicha tapa (7’) está acoplada a dicho elemento colector (7’’). Boiler (1) according to any of the preceding claims, characterized in that said lid (7 ’) is coupled to said collecting element (7’).

6. 6.: Caldera (1) de acuerdo con alguna de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el acoplamiento entre sí de dicha tapa (7’) y dicho elemento colector (7’’) es ajustado por rotación. Boiler (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the coupling between said lid (7 ’) and said collecting element (7’) is adjusted by rotation.

7. 7.: Caldera (1) de acuerdo con alguna de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque dicho disco (14) está compuesto de acero. Boiler (1) according to any of the preceding claims, characterized in that said disk (14) is made of steel.

8. 8.: Caldera (1) de acuerdo con alguna de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque dicha conducción (3’) de dicho intercambiador de calor (3) comprende una ranura (12) anular en cada uno de sus extremos, que permite el acoplamiento con dichas conducciones de entrada (4’) y salida (4’’) sin soldadura alguna. Boiler (1) according to any of the preceding claims, characterized in that said conduit (3 ') of said heat exchanger (3) comprises an annular groove (12) at each of its ends, which allows coupling with said ducts input (4 ') and output (4' ') without welding.

9. 9.: Caldera (1) de acuerdo con alguna de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque dicho intercambiador de calor (3) comprende un elemento (9) cilíndrico entre dicha tapa (7’) superior y dicha tapa (8) inferior. Boiler (1) according to any of the preceding claims, characterized in that said heat exchanger (3) comprises a cylindrical element (9) between said upper lid (7 ’) and said lower lid (8).

10. 10.: Caldera (1) de acuerdo con alguna de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque dicho intercambiador de calor (3) comprende una pluralidad de varillas (10) de atado, provista cada una de ellas de medios para fijar sus extremos a dicha tapa (7’) superior y a dicha tapa (8). Boiler (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that said heat exchanger (3) comprises a plurality of tie rods (10), each provided with means for fixing its ends to said lid (7 ' ) above and to said cover (8).

11. eleven.: Caldera (1) de acuerdo con alguna de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque dicha tapa (7’) superior con elemento colector (7’’) de gas y dicha tapa (8) inferior con colector de descarga están respectivamente realizados de forma integrada una con otro. Boiler (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that said upper cover (7 ') with gas collector element (7' ') and said lower cover (8) with discharge manifold are respectively made in an integrated manner with another.

12. 12.: Caldera (1) de acuerdo con alguna de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque dicha tapa (7’) superior con elemento colector (7’’) de gas y dicha tapa (8) inferior con colector de descarga están realizados por separado unas de otros. Boiler (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that said upper cover (7 ') with gas collector element (7' ') and said lower cover (8) with discharge manifold are made separately from each other. .