IT9022350A1

IT9022350A1 - Scambiatore di calore

Info

Publication number: IT9022350A1
Application number: IT022350A
Authority: IT
Inventors: Klaus Daiber; Peter Friedrich; Peter Menne; Andreas Ruf; Rainer Schild
Original assignee: Vaillant Joh Gmbh & Co
Priority date: 1989-12-12
Filing date: 1990-12-11
Publication date: 1992-06-11
Also published as: FR2659428B3; DE9016792U1; FR2659428A3; ATA281189A; IT9022350A0; IT1244326B; AT397859B

Description

Descrizione dell'invenzione industriale avente per titolo: "Scambiatore di calore"

Riassunto del trovato

Scambiatore di calore con almeno un tubo, che è percorso da un fluido, specialmente acqua, si estende in sostanza orizzonatalmente ed è sollecitato esternamente da un fluido adducente calore, specialmente gas di combustione. In un tale scambiatore di calore per impedire che localmente si scenda al di sotto del punto di rugiada è previsto che il tubo (1) nell'interno almeno in determinate parti è dotato di un inserto isolante (2, 2', 5). (Figura 1).

Descrizione dal trovato

L'invenzione si riferisce ad uno scambiatore di calore con almeno un tubo, che è percorso da un fluido, specialmente acqua, si estende in sostanza orizzonatalmente ed è sollecitato esternamente da un fluido adducente calore, specialmente gas di combustione, e inoltre nell'interno, almeno in determinate parti, è dotato di un isolante., In scambiatori di calore esiste sempre il problema di trasmettere la potenza dell'apparecchio, ossia la quantità di calore addotta, sul fluido da riscaldare, in tutte le condizioni di esercizio e senza che si verifichino, rumori provocati da ebollizione. Nelle note soluzioni dal lato dell'acqua nel tubo si cerca un ottenere un elevato coefficiente di convezione termica mediante corrispondenti inserti.

Ciò porta al fatto che la temperatura in corrispondenza del lato esterno del tubo diminuisce fortemente ed in determinati punti scende al di sotto del punto di rugiada del vapore acqueo. Al riguardo sono in pericolo particolarmente le zone del tubo che, in seguito alla geometria dello scambiatore di calore e alle condizioni termodinamiche, poco partecipano alla convezione termica sul lato di sollecitazione e sul lato del fluido da riscaldare.

La condensa che si forma quando si scende al di solito del punto di rugiada, quando il calore viene addotto mediante gas di combustione, di regola ha un'azione assai corrosiva e porta ad un rapido danneggiamento dello strato proiettivo dello scambiatore di calore, solitamente applicato sui tubi, il che inoltre porta conseguentemente ad una distruzione dello scambiatore di calore. Inoltre in seguito al gocciolamento della condensa dei tubi possono verificarsi un insudiciamente ed un danneggiamento di oggetti disposti al di sotto dello scambiatore di calore. Conformemente al DE-OS 3306 800 viene proposto il fatto di produrre una compensazione della temperatura all'interno dello scambiatore di calore, per il fatto che la sezione trasversale del tubo viene suddivisa in più canali di flusso ed inoltre viene proposto di applicare, anche differenti rivestimenti superficiali, relativamente alla capacità di assorbimento e di riflessione, sui tubi associati e sulle parti associate. Al riguardo è soprattutto svantaggiosa la struttura complicata, delle pareti divisorie, che dovrà attraversare il tubo dello scambiatore di calore nell'ambito della sua intera estensione longitudinale, e inoltre che per aumentare 1'effetto sono necessari anche aggiuntivi rivestimenti. L'invenzione si pone lo scopo di evitare questi inconvenienti e di proporre uno scambiatore di calore del genere menzionato all'inizio, in cui si evita sicuramente di scendere al di sotto del punto di rugiada, laddove in particolare si cerca di ottenere una semplice costruzione. Secondo 1'invenzione ciò si ottiene per il fatto che 1'inserto isolante almeno in determinate parti poggia, direttamente o tramite distanziatori, sulla parete interna del tubo.

Con questi accorgimenti si ottiene che fra il fluido da riscaldare affluente nell'interno del tubo, e il lato esterno dei tubi, sollecitato con calore, ad esempio o per effetto di gas di combustione, si ottiene una differenza di temperatura corrispondentemente più alta in seguito al coefficiente di convezione termica peggiorato a<' >causa dell'inserto isolante. Ciò porta ad un corrispondente aumento della temperatura sul lato esterno del tubo, per cui si evita di scendere al di sotto del punto di rugiada. L'inserto isolante può essere fatto di un materiale di modesta conducibilità termica, ad esempio di un materiale sintetico.

Conseguentemente in maniera semplice viene corrispondentemente peggiorato il coefficiente di convezione termica almeno localmente. Si può impiegare un materiale isolante, preferibilmente un materiale sintetico con struttura aperta oppure chiusa.

Conformememente ad un'ulteriore caratteristica dell'invenzione si può prevedere che 1'inserto isolante sia formato da un tubo interno, che inserito nel tubo, è fatto di un materiale di buona conduzione termica e fra la sua parete esterna e la parete interna del tubo almeno in determinate parti rimane un'intercapedine, laddove la sezione trasversale del tubo interno si scosta in determinate parti preferibilmente da quella del tubo.

Con questa variante fra il tubo interno e il tubo, almeno n determinate parti, si ottiene un'intercapedine d'aria che agisce da isolamento e conseguentemente impedisce un eccessivo raffreddamento del tubo da parte del fl.uido da riscaldare, per cui si ottiene- una temperatura corrispondentemente elevata sul lato esterno del tubo.

Può essere inoltre anche previsto che nel tubo sia inserito un inserto isolante di sezione trasversale sostanzialmente circolare, che lungo generatrici laterali poggia sulla parete interna del tubo oppure è unito con questa, laddove fra le parti dell'inserto isolante, unite con la parete del tubo, e la parete interna del tubo rimane un'intercapedine, oppure che nel tubo è disposto un inserto isolante che in sezione trasversale presenta preferibilmente uno spessore costante ed è dotato di un' incurvatura della sezione trasversale, il cui raggio è superiore a quello del tubo in questa zona, e che lungo i propri bordi longitudinali poggia sulla parete interna del tubo oppure è unito con questa.

In entrambi i casi si ottiene parimenti la formazione di un'intercapedine fra la parete interna del tubo e l'inserto isolante, che può essere costituito di un materiale di buona conduzione termica.

Per quanto riguarda lo scambiatore di calore secondo 1'invenzione può essere inoltre previsto che gli inserti isolanti siano disposti nella zona superiore della sezione trasversale dei tubi.

In tal modo specialmente nell' ambito del tubo si ottiene protezione contro un'eccessiva riduzione della temperatura sulla sua parete esterna, che risulta minimamente sollecitata dai gas di combustione fluenti dal basso verso 1'alto.

Ciò si verifica anche quando l'intercapedine fra il tubo ed il tubo interno è disposta nella zona superiorè della sezione trasversale del tubo. Anche in questo caso aumentando la resistenza alla convezione termica nella zona superiore della sezione trasversale del tubo si impedisce un' eccessiva diminuzione della temperatura del lato esterno del tubo.

L'invenzione viene ora illustrata dettagliatamente in base al disegno.

In particolare:

le figure da 1 fino a 6 mostrano sezioni trasversali di tubi per scambiatori di calore secondo 1'invenzione, e la figura 7 mostra una sezione longitudinale attraverso un tubo per uno scambiatore di calore secondo 1'invenzione. Nella forma di realizzazione secondo la figura 1 nella zona superiore della sezione trasversale del tubo 1, che per migliorare la convezione termica, rispettivamente per migliorare la sollecitazione con gas di combustione, presenta una sezione trasversale ovale, è disposto un inserto isolante 2, rispettivamente detto tubo è unito con la parete interna del tubo 1. Però fondamentalmente la sezione trasversale ovale del tubo 1 secondo la figura 1 non è necessaria in modo assoluto e l'inserto isolante 2 può essere applicato anche in un'altra zona della sezione trasversale del tubo 1, ad esempio anche nella zona inferiore della sezione trasversale del tubo.

L'inserto isolante 2, opportunamente con impiego di uno stampo infilato nel tubo 1, può essere incorporato mediante schiumificazione nel tubo 1.

Un'ulteriore possibilità per applicare un inserto isolante 2 sulla parete interna del tubo 1 è rappresentata in figura 2 e consiste nel fatto di colare in questa una massa indurente, ad esempio una resina, laddove introducendo una parte sagomata 3 corrispondente, rappresentata tratteggiata nella figura 2, nel tubo 1 si può assicurare che si verifichi una formazione dell'inserto isolante 2, a segmento nella sezione trasversale. In particolare anche mediante corrispondente esecuzione della parte sagomata è possibile variare lo spessore dell'inserto isolante 2 sulla sua sezione trasversale.

Ciò consente un adattamento della resistenza alla convezione termica alla sollecitazione del tubo 1 sul proprio lato esterno con gas di combustione oppure con un altro fluido cedente calore e circolante, laddove in seguito allo spessore variabile dell'inserto isolante 2, la resistenza alla convezione termica dal lato esterno del tubo 1 al fluido, assorbente calore e circolante nel suo interno, aumenta tanto maggiormente quanto minore è la locale sollecitazione del tubo 1 con calore.

Fondamentalmente sarebbe anche possibile prevedere un inserto isolante 2 con sezione trasversale sostanzialmente a forma di segmento.

Nelle forme di realizzazione secondo le figure 1 e 2 gli inseti isolanti 2 sono fatti di un materiale di elevata resistenza alla convezione termica, ad esempio materiali sintetici con struttura porosa, laddove può trattarsi sia di materiali sintetici a pori aperti, sia anche di materiali sintetici a pori chiusi, come ad esempio POM, PE, PTFE.

Nella forma di realizzazione secondo la figura 31' inserto isolante 2' può essere fatto anche di un materiale di buona conduzione termica, come ad esempio lamiera di acciaio o di rame. Tuttavia 1'inserto isolante 2', a prescindere da distanziatori 3, è mantenuto ad una modesta distanza dalla parete interna del tubo 1, laddove i distanziatori 3 possono essere formati ad esempio da piccole noppe sagomate in un sol pezzo sul lato esterno dell'inserto isolante 2'. In seguito a questi distanziatori 3 fra la parete interna del tubo 1 e il lato esterno dell'inserto isolante rimane un'intercapedine 4, che può essere ad esempio della grandezza di circa 1 mm. In seguito all'attrito parietale, relativamente alto, dipendente dalla strettezza dell' intercapedine, del fluido circolante sulla parete del tubo 1 e sull'inserto isolante 2', e rispettivamente oppure di un aggiuntivo sbarramento della sezione trasversale dell' intercapedine, il fluido può percorrere questa intercapedine solo in modo corrispondentemente lento e pertanto può dissipare in questa soltanto poco calóre dal tubo 1, cosicché a questo nell'ambito dell'inserto isolante 2' viene sottratto soltanto poco calore. Per questo motivo sul lato esterno del tubo 1 nonostante la sua sollecitazione termica, modesta in questa zona, si ottiene una temperatura corrispondentemente elevata, cossicchè si evita sicuramente di scendere al di sotto del pynto di rugiada.

Nella forma di realizzazione secondo la figura 4 nel tubo 1 è infilato un tubo interno 6, che forma l'inserto isolante e presenta una sezione trasversale che si scosta dalla sezione trasversale interna del tubo 1. In particolare il tubo interno ad eccezione della zona superiore del tubo 1 poggia ermeticamente sulla parete interna del tubo 1, cosicché si ottiene una convezione termica corrispondentemente buona, laddove il tubo interno 5 è fatto di un materiale presentante un'elevata conducibilità termica, ad esempio rame, per stabilire una buona convezione termica dal lato esterno del tubo 1 al fluido da riscaldare, fluente nell'interno del tubo interno 5.

Con le sezioni trasversali fra di loro differenti, del tubo 1 e del tubo interno 5, nella zona superiore della sezione trasversale del tubo 1 rimane un'intercapedine 4', che tuttavia non è percorsa dal fluido da riscaldare ma nell' aria agisce come isolante. In tal modo viene parimenti assicurato che nella zona superiore del tubo 1 si ottiene un corrispondente peggioramento della convezione termica dal lato esterno del tubo 1 al fluido circolante nell' interno del tubo interno 5, e pertanto come ulteriore conseguenza, nonostante la minore sollecitazione termica di questo, nella zona superiore del tubo 1, si ottiene una temperatura sufficientemente alta sul lato esterno dèi tubo 1, per impedire sicuramente che si scenda al di sotto del punto di rugiada.

Con una corrispondente conformazione del tubo interno 5 può prodursi anche un'intercapedine che si estende sull'intera lunghezza del tubo. Rispetto al tubo secondo la figura 3 ciò comporta condizioni sostanzialmente ampiamente identiche.

Nella forma di realizzazione secondo la figura 5 nel tubo 1 è inserito un inserto isolante 6, il quale presenta una sezione trasversale sostanzialmente circolare e tocca la parete interna del tubo 1, rispettivamente unito con questa, per cui dalla sezione trasversale libera 7 viene separata un'intercapedine 4". In tal caso, in seguito alla minore sezione trasversale dell'intercapedine 4", in questa si ottiene una resistenza al flusso sostanzialmente più alta che nella sezione trasversale libera 7, cosicché il fluido da riscaldare nella zona dell' intercapedine 4" assorbe soltanto poco calore dalla parete tubolare) ed in ogni caso meno che nella zona della sezione trasversale 7. Inoltre è anche possibile chiudere l' intercapedine 4", cosicché 1' aria racchiusa in questa agisce come isolatore e pertanto la parete del tubo 1 cede soltanto poco calore, tramite 1'inserto isolante 6, al fluido che percórre la sezione trasversale 7.

Conseguentemente però nonostante la minore sollecitazione termica del tubo 1 in questa zona si ottiene una temperatura corrispondentemente alta sul lato esterno, cosicché si evita di scendere al di sotto del punto di rugiada. ]

I

Nella forma di realizzazione secondo la figura 6 e montato un inserto isolante 8, che nelle proprie zone marginali laterali è collegato con la parete interna del tubo 1, per cui è separata un'intercapedine 4"' dalla parte 7 della sezione trasversale del tubo 1. Conseguentemente si ottengono sostanzialmente le stesse condizioni che si hanno nella forma di realizzazione secondo la figura 5.'In tal caso 1'inserto isolante 8 in sezione trasversale presenta un raggio superiore a quello del tubo 1 nella zona di montaggio dell' inserto isolante 8. In particolare nòn sono più necessari distanziatori come quelli previsti per la forma di realizzazione secondo la figura 3.

La figura 7 mostra una sezione longitudinale attraverso un tubo secondo la figura 6, laddove in seguito a determinate condizioni l'intercapedine 4"' nella zona di entrata è ampiamente chiusa. Fondamentalmente questa potrebbe essere anche completamente chiusa. Nel primo caso si può garantire il lento flusso desiderato attraverso l'intercapedine 4"' praticando una apertura corrispondentemente piccola nella sezione trasversale di afflusso oppure nell' inserto isolante 8 stesso.

Claims

Rivendicazioni 1. Scambiatore di calore con almeno un tubo, che è percorso da un fluido, specialmente acqua, si estende in sostanza verticalmente ed esternamente è sollecitato da un fluido adducente calore, specialmente gas di combustione e nell' interno, almeno in determinate, parti è dotato di un inserto isolante, caratterizzato dal fatto che 1'inserto isolante (2) almeno in determinate parti poggia, direttamente o tramite distanziatori (3), sulla parete interna del tubo (1).
2. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che 1'inserto isolante è formato da un tubo interno (5), che è inserito nel tubo (1), è fatto preferibilmente di un materiale di buona conduzione termica e fra la sua parete esterna e la parete interna del tubo (1) almeno in determinate zone rimane un'intercapedine (4' ), laddove la sezione trasversale del tubo interno (5) si scosta in determinate zone preferibilmente da quella del tubo (1).
3. Scambiatore di calore secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che 1' inserto isolante (2, 2' ) è disposto nella zona superiore della sezione trasversale del tubo (1).
4. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che 1' intercapedine fra il tubo (1) e il tubo interno (5) è disposta nella zona superiore della sezione trasversale del tubo (1).
5. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che nel tubo (1) è inserito un inserto isolante (6) di sezione trasversale sostanzialmente circolare, che lungo generatrici laterali poggia sulla parete interna del tubo (1) o è unito con questa, laddove fra le parti dell'inserto isolante (6), unite con la ,parete del tubo (1), e la parete interna del tubo (1) rimane un' intercapedine (4"' ).
6. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che nel tubo (1) è disposto un inserto isolante (8), che in sezione trasversale presenta preferibilmente uno spessore costante ed è dotato di un'incurvatura della sezione trasversale, il cui ràggio è superiore a quello del tubo (1) in questa zona, e lungo i propri bordi longitudinali poggia sulla parete interna del tubo (1) o è unito con questa.