HU220435B - Hőcserélő cső fűtőkazánhoz - Google Patents

Description

A találmány fütőkazánhoz, különösen gáztüzelésű kondenzációs kazánhoz alkalmazott hőcserélő csőre vonatkozik. Az ilyen hőcserélő csőnek acélból készült hengeres sima falú külső csöve van, amely külső csövön a futőkazán tüzelési égéstermékei átáramlanak. A hőcserélő cső külső oldalát a kazánvíz veszi körül. A hőcserélő csőnek a külső csőbe betolt alumínium profilbetétje van, amely a profilbetét belső felületét megnövelő, annak hosszirányában húzódó bordákkal van ellátva, és a külső csővel hővezető érintkezésben áll.

Kondenzációs kazánoknál, amelyek főképpen gáztüzelésű berendezéssel üzemelő futőkazánnal fordulnak elő, az égéstermékek a füstgáz nedvességtartamának kicsapódásáig hűlnek le, a kondenzációs hő kihasználása érdekében. Ezért előfeltétel, hogy a fütőkazán olyan kazánvíz-hőmérséklettel üzemeljen, amelynél az égéstermék a futőkazánon keresztül haladva a futőkazán kimeneti végén alacsonyabb mint az égéstermék harmatponti (lecsapódási) hőmérséklete. Arra kell törekedni, hogy az égéstermékek lehetőleg a fütőkazán vízzel hűtött hőcserélőjén keresztül történő rövid áthaladási úton hűljenek le, az égéstermék a magas belépési hőmérsékletéről - amely a jelenlegi gázégőknél körülbelül 850 °C hőmérsékletű lehet - a harmatponti hőmérséklet és a fütőkazán forró víz visszafolyó vezetékén uralkodó - például 30 °C-os - legalacsonyabb kazánvíz-hőmérséklet közötti hőmérsékletre. Ismertek ehhez hőcserélő csövek, amelyek sima falú, hengeres, égéstermék-csapadékkal szemben sav- és korrózióálló acélból készült külső csőből, és a külső csőbe betolt, keresztmetszetében csillag alakú alumínium profilbetétből állnak. Fűtőkazán céljaira használatos hőcserélő csöveknél, a leginkább szokásos építési módokhoz alkalmazkodva, a külső csőnek acélból kell lennie, hogy a végein a csőfenéken, illetve a csőfalon behegeszthető legyen. Az ilyen csőfenék, illetve csőfal a hőcserélő csövet körülvevő kazánvízteret egyrészt a tűztértől, másrészt a fütőkazán égéstermékgyűjtőjétől választja el.

Az acél külső csőből és alumínium profilbetétből álló összekötő csövet magas belépő hőmérsékletű gázzal is lehet használni, mivel az alumínium nagyobb hőtágulási együtthatójú, mint az acél, így a profilbetét a külső csővel történő érintkezési helyeken emelkedő hőmérséklet mellett még erősebb nyomással nyomódik a külső csőnek, és így hővezető kontaktusban marad vele. Az ismert összekötő csöveknél a hőátvitelt a csillag alakú alumínium profilbetéttől az acél külső csőre az határozza meg és korlátozza, hogy a profilbetét a külső csövet csak a profilbetét csillag alakú karjainak a végén érinti. E csillag alakú karok keresztmetszetükben viszonylag vékonyfalúak azért, hogy a külső csőben elegendő belső keresztmetszetet hagyjanak szabadon az égéstermékek áramlásának. Továbbá az acél külső cső csőfalra történő behegesztéséhez szükségesnek mutatkozott, hogy a külső cső végein a csillag alakú alumínium profilbetét végei elegendően el legyenek tolva a csővéghez képest, megakadályozandó azt, hogy az alumínium profilbetét csillag alakú karjai a külső cső végein fellépő hegesztési hő következtében tönkremenjenek.

Hasonló jellegű, de nem kazánokhoz, hanem felületi kondenzátorokhoz javasolt hőcserélő csövet ismertet a DE-A-2 227 955 számú német közzétételi irat. Ebből olyan kettős cső ismerhető meg, aminek sima falú, előnyösen acélból készült külső csöve, valamint a cső hossziránya mentén húzódó bordákkal ellátott, előnyösen alumíniumból készült belső csöve van. A külső csövet például egy turbina fáradt gőze veszi körül, míg a belső csőben hűtőfolyadék kering. A külső csövet a gyártás során szorosan a belső csőre húzzák, és a jó illeszkedés érdekében a belső csövet a külső csőbe zömítik, például egy húzóformán keresztülhúzva a csőegyüttest. A belső cső egy darabból készül, amit például repülő maggal ellátott extrudálóberendezéssel lehet előállítani, viszonylag költséges eljárással.

Hasonló jellegű, külső csövet és abban szorosan illeszkedő, belső bordázott csövet ír le a DE-A1 452 244 számú német közzétételi irat is, amely elsősorban a csőegyüttes előállítására alkalmas eljárást ismertet.

A találmány célja a bevezetőben ismertetettek szerinti hőcserélő cső megalkotása, amely nagyobb hőátadási teljesítményt biztosít az égéstermék és a kazánvíz között, és emellett egyszerűen állítható elő, valamint fűtőkazánba történő beépítéskor képes a szerelési műveletek elviselésére. Ezt a feladatot a találmány olyan, acél külső csőből és alumínium profilbetétből kialakított hőcserélő csővel oldja meg, amelynél a profilbetét a külső cső tengelye mentén húzódó osztósík által két félköpenyre osztott csőtestből áll. Mindkét félköpeny egymással érintkező hosszirányú peremén az osztósíkhoz képest merőlegesen, tömítésszerűen egymásba kapaszkodó, horony formájú bemélyedés és bordaszerű kiemelkedés van kiképezve. A bordák mindkét félköpeny belső oldalán a csőtest belső keresztmetszetébe benyúlóan úgy vannak kialakítva, hogy ezáltal mindegyik félköpeny a hozzá tartozó bordáival egy oldalon nyitott profilt képez.

A találmány szerinti hőcserélő cső cső formájú profilbetétjének egyrészt nagyon nagy belső felülete lehet, ami az égéstermékektől a hőt átveszi. Előnyösen a belső oldalon a két félköpenyen keresztmetszetben fésűszerűen elrendezett bordák vannak, és mindenekelőtt az ismert csillag alakú profilhoz hasonlítva a találmány szerinti profilbetét lényegesen nagyobb külső felülettel fekszik fel a víz által hűtött acél külső cső belső oldalán. Ennek következtében hőátadási teljesítmény az égéstermékektől a fütőkazánra jelentősen megnő. A kísérletek során megállapítást nyert, hogy egy olyan kondenzációs kazánnál, amelynél a visszatérő forró víz a kazánba történő belépéskor körülbelül 30 °C hőmérsékletű, a találmány szerinti hőcserélő cső alkalmazásával már 50 cm-es csőhosszal is elérhető, hogy a hőcserélő csőbe körülbelül 850 °C hőmérséklettel belépő égéstermékek a találmány szerinti hőcserélő csőben kevéssel a visszafolyó víz hőmérséklete feletti, 48 °C kilépő hőmérsékletre lehűljenek. Ez az elért eredmény egyetlen mostanáig ismert és kondenzációs kazánok számára használható hőcserélő csővel sem volt elérhető. A rövid hőcserélő cső azzal a további lényeges előnnyel jár, hogy a kondenzációs kazán a hőcserélő cső függőleges

HU 220 435 Β1 elrendezésénél összességében alacsonyabban, illetve a hőcserélő cső vízszintes elrendezésénél rövidebben és ezzel helytakarékosabban képezhető ki. A profilbetétet a külső csőhöz nagy felületen érintkeztető kiképzés és belül a sűrűn elhelyezkedő futófelület ellenére a cső formájú profilbetét egyszerűen és kedvező költséggel állítható elő, a két félköpenyre történt osztás és mindegyik félköpenynél az egy oldalon nyitott profilt eredményező bordakialakítás következtében. A fröccsgépeken történő előállításhoz nem szükséges semmilyen, úgynevezett repülő mag a húzószerszámban, ezért a gyártás olcsó és a gyártóeszközök is tartósan használhatóak. Különleges előnyként mutatkozott a találmány szerinti hőcserélő cső további feldolgozása, illetve fütőkazánba történő beépítése során, hogy a külső csőnek egy csőfalba történő behegesztésénél az alumínium profilbetét egyáltalán nem károsodott, köszönhetően a rendkívül nagy hőátadási érintkezőfelületnek és a profilbetétek hőelvezetési képességének, olyan esetekben sem, amikor a profilbetét vége a külső csőnek a csőfalba behegesztendő végéig ért. A hőcserélő cső tehát nem igényli, hogy a külső cső végéhez képest kissé eltolt végű profilbetétje legyen, hanem a hőcserélő cső fütőkazánba történő beépítéséhez a csövet méterre értékesített alapanyagból, egyszerű egyenes vágással lehet a szükséges hosszra levágni. Mindkét félköpeny hosszirányú, egymással érintkező peremének horony formájú bemélyedésekből és bordaszerű kiugrásokból álló, tömítéshez hasonló kiképzése megakadályozza olyan rés képződését, amin keresztül égéstermék vagy csapadék az alumínium profilbetét és az acél külső cső közé behatolhatna és réskorrózióhoz vezethetne.

Amikor a profilbetét a találmány szerinti hőcserélő cső legegyszerűbb kiviteli alakjában a külső csövön a profilbetét csőteste a teljes külső felülete mentén felfekszik, a hőcserélő cső előállítása egyszerű módon úgy történhet, hogy a csőtest külső átmérőjét lényegében a külső cső belső átmérőjének megfelelően méretezik, és ez a külső átmérő csak annyival kisebb, hogy a csőtestet a külső csőbe nehézség nélkül be lehessen tolni. Ezután a külső csövet a teljes külső csőfelület mentén maradandó összenyomó alakváltoztatással, például hengerlő, vagy húzó művelettel, sugárirányban összenyomják, és az alumínium profilbetétnek szorítják. Ezáltal a két félköpeny egymással érintkező hosszirányú peremei és a külső cső oly mértékben tömítve vannak összenyomva, hogy semmilyen rés nem keletkezik közöttük. Ez fontos a hőcserélő csőnek a csatlakozó csőfalon keresztülnyúló végének homlokfelületénél is, mivel így ott sem tud semmilyen égéstermék, vagy csapadék az alumínium profilbetét csőteste és az acél külső cső között áthatolni.

Az ábrán a találmány szerinti hőcserélő cső különböző kiviteli formái vannak bemutatva. Ezek a következők:

1. ábra: a hőcserélő cső egy kiviteli alakja, közvetlenül az acél külső csövön felfekvő alumínium profilbetéttel;

2. ábra: az 1. ábra szerinti kiviteli alakhoz hasonló változat, a belső felületet megnövelő, további egyszerű intézkedést szemléltetve;

3. ábra: az 1. ábra szerinti kiviteli alakhoz hasonló profilbetétet tartalmazó, olyan kiviteli alak, ahol a profilbetét közvetve, egy közbülső profilon keresztül fekszik fel a külső csövön.

Az 1. ábrán bemutatott hőcserélő cső egy korrózióálló króm anyagból készült hengeres, sima falú 1 külső csőből és egy alumíniumból készült 2 profilbetétből áll. A 2 profilbetétet egy csőtest képezi, amely az 1 külső cső hossztengelye mentén húzódó osztósík által két 3, 4 félköpenyre van osztva. Mindkét 3,4 félköpeny belső oldalán 5 bordák vannak kiképezve, amelyek az 1 külső cső hosszirányában húzódnak, és úgy nyúlnak be a csőtest belső keresztmetszetébe, hogy mindegyik 3, 4 félköpeny az 5 bordákkal együtt egy oldalon nyitott profilt képezzen. Ennek eredményeképpen a 3, 4 félköpenyek az 5 bordáikkal egy fföccsgép segítségével, illetve egy húzószerszámmal, úgynevezett repülő mag nélkül egyszerűen és olcsón előállíthatok. Különösen előnyös módon az 5 bordák, amint azt az 1. ábra kiviteli példája mutatja, az 5 bordák keresztmetszetében nézve fésűszerűen és az osztósíkra merőlegesen állva mindkét 3, 4 félköpeny belső oldalán vannak elrendezve. Mindkét 3, 4 félköpeny 5 bordái páronként egymással szemben fekszenek és teljesen, vagy közelítőleg az osztósíkig benyúlnak. Különösen az 5 bordák ilyen fésűszerű elrendezése mellett, a 3, 4 félköpenyeket fröccsöléssel előállítva, az 5 bordákat az 1 külső cső, illetve a 3, 4 félköpenyek hosszirányában húzódó bordázott profilkialakítással lehet ellátni. Ez a 2 profilbetét égéstermékek által körülvett hőátvevő belső felületének igen gazdaságos megnövelését eredményezi. Mindkét 3, 4 félköpenynek az osztósíkja mentén kialakított hosszirányú 6 peremeken horony formájú 7 bemélyedései és borda formájú 8 kiemelkedései vannak. Ez utóbbiak az osztósíkra merőlegesen egymásba illeszthetőek, és általuk a hosszirányú 6 peremek tömítéshez hasonló módon egymásba kapaszkodnak. A két illeszkedési hely tömítettsége a hosszirányú 3, 4 félköpenyek peremei között fontos, ezzel semmilyen rés nem állhat elő, amin keresztül égéstermék, vagy csapadék törhetne be a 2 profilbetét csőteste és az 1 külső cső közé és ott réskorrózióhoz vezethetne. Ha a két 3, 4 félköpeny, amint az

1. ábra szemlélteti, az egyik hosszirányú 6 peremen horony formájú 7 bemélyedéssel, a másik hosszirányú 6 peremen bordaszerű 8 kiemelkedéssel van kiképezve, akkor mindkét 3, 4 félköpeny azonos, fröccsöntéssel előállított hasonló profil szálból, a szükséges hosszban darabolható és az egyik 3,4 félköpeny 180°-kal elfordítva a másik 3,4 félköpenybe illeszthető. Az 1. ábra a hőcserélő csövet az érthetőség kedvéért még nem teljesen kidolgozott állapotban mutatja. A két 3,4 félköpenyből összeillesztett csőtest, amely az 1. ábra példaképpeni kivitelénél a teljes kerületének felületén felfekszik az 1 külső csövön, olyan külső átmérővel készült, amely csekély mértékben kisebb, mint az 1 külső cső belső átmérője. így a csőtest, illetve a 2 profilbetét gond nélkül betolható az 1 külső csőbe. Ezután az 1 külső csövet egy

HU 220 435 Β1 hengerlő-, vagy húzóművelettel teljes kerületén sugárirányú, maradandó összesajtoló műveletnek vetik alá, hogy az 1 külső cső és a 2 profilbetét az 1 külső cső teljes belső felületének és a 2 profilbetét teljes külső felületének a hőátadáshoz fontos intenzív érintkezése végett egymáshoz legyen nyomva. Ezáltal mindkét 3, 4 félköpenynek a 7 bemélyedésekkel és 8 kiemelkedésekkel egymásba kapaszkodó hosszirányú 6 peremei is oly módon hézagmentesen, égéstermék, vagy csapadék ellen tökéletes tömítéssel vannak összepréselve, hogy a kész hőcserélő cső keresztmetszetének még egy csiszolatán sem lehetett megállapítani a 3,4 félköpenyek 6 peremei között hézagot. Az 1 külső cső és a 2 profilbetét résmentes összesajtolása az érintkező kerületi felületen továbbá azt is kiküszöböli, hogy a fütőkazánba beépített hőcserélő cső homlokoldalán égéstermék, vagy csapadék az 1 külső cső és a 2 profilbetét közé behatolhasson. A hőcserélő csőnek a 2 profilbetét és az 1 külső cső közötti rendkívül magas hőátadási képessége ugyancsak meglepően előnyösen hat ellentétes irányú hőáramlásnál is, amikor a hőcserélő csövet egy futőkazán csőfenekére, illetve csőfalára hegesztik. Hegesztési kísérletek kimutatták, hogy az alumínium 2 profilbetét homlokoldalát a krómacél külső csővel érintkeztetve, az alumínium meglepő módon nem sérül meg, vagy olvad szét, noha a krómacél külső csövet megfolyt hegesztőanyaggal kell összekötni a fütőkazán csőfalával. Ezért a hőcserélő cső egyszerű egyenes hasítással, furészeléssel, vagy hasonló eljárással darabolható egy adott fűtőkazánhoz szükséges hosszra, a hőcserélő cső kész méter anyagából.

A 2. ábra az 1. ábrához hasonló kiviteli példát mutat, amelynél a fésűszerűen elrendezett 5 bordák csúcsai olyan távolságra vannak egymástól, hogy a csúcsok közé egy lemez alakú 9 síkprofilt lehet behelyezni. Az 5 bordák hossza úgy van méretezve, hogy a 3, 4 félköpenyeknek a cső alakú 2 profilbetétté történő összeillesztésénél az 5 bordák csúcsai az 5 borda keresztmetszetének megfelelő homlokfelülettel tömören és hézagmentesen a 9 síkprofilhoz legyenek sajtolva, abból a célból, hogy megbízható hővezető érintkezés jöjjön létre a 9 síkprofil és az 5 bordák között. Ezenkívül a két 3, 4 félköpeny egymással érintkező hosszirányú 6 peremei úgy lehetnek kiképezve, hogy azok a 9 síkprofil peremeit befoglalják és a készre előállított hőcserélő csövön maguk közé jó hővezető módon berögzítsék. A 3,4 félköpenyek közé behelyezett 9 síkprofil segítségével a 2 profilbetét hőfelvevő belső felülete, egyszerűen és olcsó módon még jobban megnövelhető, nagyságrendben 10%-kal vagy még nagyobb mértékben.

A 3. ábra egy olyan kiviteli példát mutat, melynél az 1. ábra szerinti 2 profilbetét nem közvetlenül érinti külső oldalával az 1 külső cső belső oldalát, hanem a 2 profilbetét az 1 külső cső belső átmérőjénél lényegesen kisebb külső átmérővel rendelkezik. Az így keletkezett közbülső térben az 1 külső cső és 2 profilbetét között hengeres alumínium 10 közbülső profil van elrendezve. Ez a 10 közbülső profil csőfalból áll, amely teljes külső hengerpalást felületével az 1 külső cső teljes belső felületén, hővezető módon felfekszik, és több, sugárirányban a csőfal belső oldalán elrendezett 11 bordája van, amelyek a 2 profilbetét külső oldaláig nyúlnak, és a 2 profilbetét külső oldalát egy felület mentén, hővezető módon érintik. A 10 közbülső profil, hasonlóan, mint a belső 2 profilbetét egy, az 1 külső cső hossztengelyén húzódó osztósík mentén két, egy oldalon nyitott közbülső félprofilra van felosztva, amely félprofilok tehát szintén egyszerű húzószerszámmal, repülő mag nélkül, fröccsöléssel alumíniumból állíthatók elő. A 10 közbülső profilnál, hasonlóan mint az 1. ábra alapján leírt 2 profilbetétnél, a két köztes félprofil tömítetten egymást érintő, lényegében egymásba kapaszkodó hosszirányú peremekkel van kiképezve. Az 1. ábra kiviteli alakjával összehasonlítva, a 3. ábra szerinti kiviteli alaknál a hőcserélő csőnek az égéstermékekkel érintkező és hőátvevő belső teljes felülete körülbelül 100%-kal megnövelhető. Ezáltal a hőcserélő cső hossza lényegesen tovább rövidíthető, továbbra is biztosítva azt, hogy egy kondenzációs kazánban az égéstermékek például 850 °C belépési hőmérsékletről jelentősen az égéstermékek harmatpontja alatti kilépési hőmérsékletre, például 48 °C-ra lehűljenek.

Claims (7)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Hőcserélő cső fűtőkazánhoz, különösen gáztüzelésű kondenzációs kazánhoz, amely hőcserélő csőnek acélból készült hengeres sima falú külső csöve (1) van, amely külső csövön (1) a futókazán tüzelési égéstermékei átáramlanak és amely hőcserélő cső külső oldalát a kazánvíz körülveszi, továbbá amely hőcserélő csőnek a külső csőbe (1) betolt alumínium profilbetétje (2) van, amely a profilbetét (2) belső felületét megnövelő, a profilbetét (2) hosszirányában húzódó bordákkal (5) van ellátva és a külső csővel (1) hővezető érintkezésben áll, azzal jellemezve, hogy a profilbetét (2) a külső cső (1) tengelye mentén húzódó osztósík által két félköpenyre (3,4) osztott csőtestből áll, ahol mindkét félköpeny (3, 4) egymással érintkező hosszirányú peremén az osztósíkhoz képest merőlegesen, tömítésszerűen egymásba kapaszkodó, horony formájú bemélyedés (7) és bordaszerű kiemelkedés (8) van kiképezve, továbbá a bordák (5) mindkét félköpeny (3,4) belső oldalán a csőtest belső keresztmetszetébe benyúlóan úgy vannak kialakítva, hogy ezáltal mindegyik félköpeny (3, 4) a hozzá tartozó bordáival (5) egy oldalon nyitott profilt képez.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti hőcserélő cső, azzal jellemezve, hogy mindkét félköpeny (3,4) belső oldalán keresztmetszetben fésűszerűen elrendezett bordákkal (5) van kiképezve, amely bordák (5) így az osztósíkhoz képest merőlegesen és páronként egymással szemben elhelyezve az osztósíkig nyúlnak.
3. 3. Az 1., vagy 2. igénypont szerinti hőcserélő cső, azzal jellemezve, hogy mindkét félköpenynek (3, 4) egy-egy, az egyik hosszirányú peremen tömítő, horony formájú bemélyedése (7) és a másik hosszirányú peremen (6) egy, a horony formájú bemélyedés (7) alakjához illesztett tömítő, bordaszerű kiemelkedése (8) van.

   HU 220 435 Bl
4. 4. Az 1-3. igénypontok egyike szerinti hőcserélő cső, azzal jellemezve, hogy a bordák (5) a külső cső (1), illetve a félköpenyek (3,4) hosszirányában húzódó, bordázott profilfelülettel vannak kiképezve.
5. 5. Az 1. igénypont szerinti hőcserélő cső, azzal jellemezve, hogy a két félköpenyből (3, 4) összeillesztett profilbetétnek (2) a külső cső (1) belső átmérőjének megfelelő külső átmérője van, és a profilbetét (2) teljes külső felülete mentén közvetlenül a külső csővel (1) érintkezik, és maradandó sugárirányú összenyomással a profilbetét (2) teljes külső csőfelülete a külső csővel (1) össze van préselve.
6. 6. A 2. igénypont szerinti hőcserélő cső, azzal jellemezve, hogy a két félköpeny (3, 4) fésűszerűen kialakított bordáinak (5) csúcsai közé alumíniumból készült lemez alakú síkprofil (9) van helyezve, és a bordák (5) hossza úgy van méretezve, hogy a félköpenyek (3,4) profilbetétté (2) történő összeillesztésénél a fésű csúcsai hővezető módon a síkprofilhoz (9) nyomódjanak.
7. 7. A 2. igénypont szerinti hőcserélő cső, azzal jelle· mezve, hogy a fésűszerűen kialakított bordákkal (5) rendelkező félköpenyekből (3, 4) álló profilbetét (2) külső átmérője a külső cső (1) belső átmérőjénél kisebb, valamint a profilbetét (2) és a külső cső (1) közötti gyűrű alakú térben alumíniumból készült közbülső profil (10) van elrendezve, amely közbülső profilnak (10) a külső csövön (1) felfekvő csőfala és a csőfalból kilépő, sugárirányban a profilbetétig (2) nyúló több bordája (11) van, valamint a közbülső profil (10) két, egy oldalon nyitott, a külső cső (1) hossztengelye mentén húzódó osztósík mentén elválasztott közbülső profilfélre van osztva, amely közbülső profilfelek a csőfalak hosszirányú pereme mentén tömítésszerűen vannak kiképezve és egymáson fekszenek, továbbá a közbülső profil (10) a külső cső (1) sugárirányban maradandó összenyomása által a külső csővel (1), valamint a belső profilbetéttel (2) hővezetőén van összesaj tolva.