ITMI20101425A1

ITMI20101425A1 - HEAT EXCHANGER, IN PARTICULAR FOR CONDENSING BOILER

Info

Publication number: ITMI20101425A1
Application number: IT001425A
Authority: IT
Inventors: Carlo Benzoni; Stefano Casiraghi
Original assignee: Riello Spa
Priority date: 2010-07-29
Filing date: 2010-07-29
Publication date: 2012-01-30

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

del brevetto per invenzione industriale dal titolo: of the patent for industrial invention entitled:

"SCAMBIATORE DI CALORE, IN PARTICOLARE PER CALDAIA A CONDENSAZIONE" "HEAT EXCHANGER, ESPECIALLY FOR CONDENSING BOILERS"

La presente invenzione riguarda uno scambiatore di calore, in particolare per una caldaia a condensazione. The present invention relates to a heat exchanger, in particular for a condensing boiler.

In particolare, la presente invenzione riguarda uno scambiatore di calore comprendente un elemento allungato cavo avvolto a formare un'elica definente una pluralità di spire e un interstizio elicoidale disposto fra le spire. L'elemento allungato cavo è definito da un profilato, il quale si estende lungo un asse e comprende un tubo e delle alette estruse assieme al tubo. In particular, the present invention relates to a heat exchanger comprising an elongated hollow element wound to form a helix defining a plurality of turns and a helical interstice disposed between the turns. The hollow elongated element is defined by a section which extends along an axis and comprises a tube and fins extruded together with the tube.

Gli scambiatori di calore del tipo sopra identificato sono noti e sono configurati per essere montati in caldaie a gas a condensazione. In particolare, i documenti EP 1,627,190 Bl; EP 1,600,708 Al; EP 1,750,070 Al; EP 1,750, 069 Al; EP 1,752,718 Al mostrano esempi significativi di scambiatori di calore montati in caldaie a gas a condensazione e provvisti di rispettivi elementi allungati cavi avvolti a elica. Heat exchangers of the type identified above are known and are configured to be mounted in gas condensing boilers. In particular, EP 1,627,190 B1; EP 1,600,708 A1; EP 1,750,070 A1; EP 1,750, 069 A1; EP 1,752,718 A1 show significant examples of heat exchangers mounted in gas condensing boilers and provided with respective elongated hollow elements wound in a helix.

Ciascuno degli elementi allungati cavi del tipo sopra identificato presenta delle estremità opposte che devono essere collegate alla parte restante del circuito di circolazione definito sostanzialmente da tubi con sezione trasversale circolare. A questo scopo sono realizzati degli attacchi i quali sono configurati per collegare le estremità dell'elemento allungato cavo a tali tubi. Tali attacchi impongono che le alette siano rimosse lungo almeno un tratto in corrispondenza delle estremità dell'elemento allungato cavo come descritto nel documento EP 1,600,708. Each of the hollow elongated elements of the type identified above has opposite ends which must be connected to the remaining part of the circulation circuit substantially defined by pipes with circular cross-section. For this purpose, couplings are made which are configured to connect the ends of the hollow elongated element to such pipes. These attachments require the tabs to be removed along at least a portion at the ends of the hollow elongated element as described in EP 1,600,708.

La rimozione delle alette è realizzata per fresatura delle alette ed è un'operazione che richiede un tempo tanto maggiore quanto maggiore è il numero delle alette e l'estensione delle alette. The removal of the fins is carried out by milling the fins and is an operation that requires a longer time the greater the number of fins and the extension of the fins.

Uno scopo della presente invenzione è quello di realizzare uno scambiatore di calore configurato per realizzare una più agevole e rapida rimozione delle alette dall'elemento allungato e cavo. An object of the present invention is to provide a heat exchanger configured to achieve an easier and quicker removal of the fins from the elongated and hollow element.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare uno scambiatore di calore configurato per ottimizzare lo scambio termico nello scambiatore di calore. Another object of the present invention is to provide a heat exchanger configured to optimize the heat exchange in the heat exchanger.

Secondo la presente invenzione è realizzato uno scambiatore di calore per caldaia a condensazione, lo scambiatore di calore comprendendo un elemento allungato cavo avvolto a formare un'elica definente una pluralità di spire e un interstizio elicoidale disposto fra le spire adiacenti; l'elemento allungato cavo essendo definito da un profilato, il quale si estende lungo un asse e comprende un tubo e delle alette estruse assieme al tubo, il quale comprende delle pareti alettate alternate a pareti non alettate; in cui le alette comprendono rispettive basi che giacciono su un cilindro circolare avente come asse l'asse del profilato e le facce esterne delle pareti alettate non si protendono all'esterno del cilindro circolare. According to the present invention, a heat exchanger for a condensing boiler is provided, the heat exchanger comprising an elongated hollow element wound to form a helix defining a plurality of turns and a helical interstice arranged between the adjacent turns; the elongated hollow element being defined by a profile, which extends along an axis and comprises a tube and extruded fins together with the tube, which comprises finned walls alternating with non-finned walls; in which the fins comprise respective bases which lie on a circular cylinder having as its axis the axis of the section and the external faces of the finned walls do not extend outside the circular cylinder.

In questo modo, è possibile rimuovere tutte le alette simultaneamente tramite un'operazione di tornitura in corrispondenza delle estremità dell'elemento allungato cavo senza variare lo spessore delle pareti alettate. In this way, it is possible to remove all the fins simultaneously by a turning operation at the ends of the hollow elongated element without changing the thickness of the finned walls.

Secondo una preferita forma di attuazione le facce esterne delle pareti alettate giacciono sul cilindro circolare. According to a preferred embodiment, the external faces of the finned walls lie on the circular cylinder.

La forma convessa delle pareti alettate favorisce le ulteriori lavorazioni di adattamento dell'estremità dell'elemento allungato vaco per la connessione. The convex shape of the finned walls favors the further adaptation processes of the end of the elongated element vaco for the connection.

Secondo un'ulteriore preferita forma di attuazione della presente invenzione, le pareti non alettate sono più larghe delle pareti alettate; preferibilmente la larghezza delle pareti non alettate essendo maggiore del doppio della larghezza delle pareti alettate; le pareti non alettate e le alette definendo, in parte, l'interstizio elicoidale. According to a further preferred embodiment of the present invention, the non-finned walls are wider than the finned walls; preferably the width of the non-finned walls being greater than double the width of the finned walls; the non-finned walls and the fins defining, in part, the helical interstice.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione che segue di un suo esempio non limitativo di attuazione, con riferimento alle figure dei disegni annessi, in cui: Further characteristics and advantages of the present invention will become clear from the following description of a non-limiting example of implementation thereof, with reference to the figures of the annexed drawings, in which:

- la figura 1 è una vista in sezione, con parti asportate per chiarezza, di uno scambiatore di calore realizzato in accordo con la presente invenzione; e Figure 1 is a sectional view, with parts removed for clarity, of a heat exchanger made in accordance with the present invention; And

- la figura 2 è una vista prospettica, con parti asportate per chiarezza, di un elemento allungato cavo nella configurazione rettilinea. Figure 2 is a perspective view, with parts removed for clarity, of an elongated hollow element in the rectilinear configuration.

Con riferimento alla figura 1, con 1 è indicato nel suo complesso uno scambiatore di calore per una caldaia a gas a condensazione. Lo scambiatore di calore 1 comprende un involucro 2 e un elemento allungato cavo 3 avvolto a formare un'elica 4 alloggiata all'interno dell'involucro 2. L'involucro 2 comprende due pareti di estremità (non illustrate) e una parete laterale 5, nella fattispecie una parete cilindrica. I fumi di combustione caldi sono immessi nell'involucro da un bruciatore, generalmente disposto almeno in parte all'interno dell'involucro 2 e non illustrato nelle figure allegate, e sono evacuati attraverso una bocca di uscita disposta lungo l'involucro 2 e non illustrata nelle figure allegate. L'elemento allungato cavo 3 forma una pluralità di spire 6, le quali sono mantenute distanziate le une dalle altre tramite distanziali, non illustrati, in modo da definire un interstizio elicoidale 7 che si estende per l'intero sviluppo dell'elica 4. With reference to Figure 1, 1 indicates as a whole a heat exchanger for a gas condensing boiler. The heat exchanger 1 comprises a casing 2 and an elongated hollow element 3 wound to form a helix 4 housed inside the casing 2. The casing 2 comprises two end walls (not shown) and a side wall 5, in this case a cylindrical wall. The hot combustion fumes are introduced into the casing by a burner, generally arranged at least partially inside the casing 2 and not shown in the attached figures, and are evacuated through an outlet located along the casing 2 and not shown. in the attached figures. The elongated hollow element 3 forms a plurality of coils 6, which are kept spaced from each other by means of spacers, not shown, so as to define a helical interstice 7 which extends for the entire extension of the helix 4.

Generalmente, all'interno dell'elica 4 è collocato un deflettore discoidale, non illustrato, che impone ai fumi di combustione di seguire un percorso determinato anche in funzione della regione di alimentazione e della regione di evacuazione dei fumi. In ogni caso, al fine di ottenere uno scambio termico elevato fra i fumi di combustione che circolano nell'involucro e l'acqua che circola nell'elemento allungato cavo 3 è importante che i fumi di combustione transitino attraverso l'interstizio elicoidale 7 in modo tale per cui i fumi di combustione siano portati in intimo contatto con l'elemento allungato cavo 3. Generally, inside the propeller 4 there is a discoidal deflector, not shown, which forces the combustion fumes to follow a path determined also according to the supply region and the smoke evacuation region. In any case, in order to obtain a high heat exchange between the combustion fumes circulating in the casing and the water circulating in the elongated hollow element 3 it is important that the combustion fumes pass through the helical interstice 7 in a manner such that the combustion fumes are brought into intimate contact with the elongated hollow element 3.

L'interstizio elicoidale 7 presenta un'altezza H variabile dove l'altezza H è la distanza fra due spire 6 adiacenti e una lunghezza L costante dove la lunghezza L è definita dalla zona in cui le due spire adiacenti sono affacciate. In direzione radiale l'altezza H dell'interstizio elicoidale 7 decresce da un valore massimo fino a un valore minimo per crescere nuovamente fino al valore massimo. Questa variabilità favorisce l'instaurarsi di un moto turbolento nei fumi di combustione e favorisce lo scambio termico. The helical interstice 7 has a variable height H where the height H is the distance between two adjacent turns 6 and a constant length L where the length L is defined by the area in which the two adjacent turns face. In the radial direction, the height H of the helical interstice 7 decreases from a maximum value to a minimum value in order to increase again to the maximum value. This variability favors the establishment of a turbulent motion in the combustion fumes and favors the heat exchange.

L'elemento allungato cavo 3 comprende un tubo 8 e delle alette 9. Con riferimento alla figura 2, l'elemento allungato cavo 3 nella configurazione rettilinea si estende lungo un asse A longitudinale ed è realizzato per estrusione preferibilmente di alluminio o di una lega di alluminio. Il tubo 8 presenta una sezione trasversale allungata e configurata in modo da definire un asse maggiore X e un asse minore Y. La sezione trasversale del tubo 8 ricalca grossomodo una forma rettangolare e presenta due pareti 10 affacciate e due pareti 11 affacciate. Le pareti 10 sono pareti principali, sono prive di alette e contribuiscono a delimitare l'interstizio elicoidale 7, mentre le pareti 11 sono pareti alettate. The hollow elongated element 3 comprises a tube 8 and fins 9. With reference to Figure 2, the hollow elongated element 3 in the rectilinear configuration extends along a longitudinal axis A and is preferably made by extrusion of aluminum or an alloy of aluminum. The tube 8 has an elongated cross section and configured so as to define a major axis X and a minor axis Y. The cross section of the tube 8 roughly follows a rectangular shape and has two facing walls 10 and two facing walls 11. The walls 10 are main walls, are devoid of fins and help to delimit the helical interstice 7, while the walls 11 are finned walls.

Ciascuna aletta 9 si estende da una delle pareti 11 e definisce in sostanza un prolungamento di una delle pareti 10. Lo spessore di ciascuna aletta 9 è inferiore allo spessore del tubo 8 che si mantiene costante lungo tutto lo sviluppo del tubo. Da un punto di vista dimensionale ciascuna parete 10 principale presenta una larghezza W1 maggiore del doppio della larghezza W2 delle pareti 11. Mentre ciascuna parete 10 presenta una larghezza W1 maggiore di tre volte l'altezza HK delle alette 9. Each fin 9 extends from one of the walls 11 and essentially defines an extension of one of the walls 10. The thickness of each fin 9 is less than the thickness of the tube 8 which remains constant along the entire length of the tube. From a dimensional point of view, each main wall 10 has a width W1 greater than twice the width W2 of the walls 11. While each wall 10 has a width W1 greater than three times the height HK of the fins 9.

Ciascuna parete 11 presenta una faccia esterna 12 che giace su un cilindro C circolare, il quale ha come asse l'asse A dell'elemento allungato e cavo 3 nella configurazione rettilinea, ossia il profilato. Each wall 11 has an external face 12 which lies on a circular cylinder C, which has as its axis the axis A of the elongated and hollow element 3 in the rectilinear configuration, ie the section.

Ciascuna aletta 9 presenta una base B, la quale giace sul cilindro C circolare. Each fin 9 has a base B, which lies on the circular cylinder C.

Questa particolare conformazione delle pareti 11 permette di eliminare le porzioni terminali di tutte le alette 9 in corrispondenza delle estremità dell'elemento allungato cavo 3 tramite una sola operazione di tornitura attorno all'asse A senza modificare lo spessore delle pareti 11 alettate. Le porzioni di alette 9 rimosse sono illustrate a linee tratteggiate nella figura 2. This particular conformation of the walls 11 allows to eliminate the terminal portions of all the fins 9 at the ends of the elongated hollow element 3 by means of a single turning operation around the axis A without changing the thickness of the finned walls 11. The portions of flaps 9 removed are shown in dotted lines in Figure 2.

L'operazione di tornitura permette di ridurre i tempi di fabbricazione dello scambiatore di calore. In aggiunta a ciò, lo scambiatore di calore oggetto della presente invenzione presenta una forma estremamente conveniente per quanto concerne l'ottimizzazione dello scambio termico. The turning operation allows to reduce the manufacturing time of the heat exchanger. In addition to this, the heat exchanger object of the present invention has an extremely convenient shape as regards the optimization of the heat exchange.

Risulta infine evidente che allo scambiatore di calore descritto possono essere apportate modifiche, varianti, e miglioramenti senza uscire dall'ambito delle rivendicazioni allegate. In particolare, il numero di alette può essere selezionato in funzione di specifiche esigenze di scambio termico. Finally, it is evident that modifications, variations and improvements can be made to the heat exchanger described without departing from the scope of the attached claims. In particular, the number of fins can be selected according to specific heat exchange needs.

Inoltre, le alette 9 possono essere disposte in qualsiasi posizione lungo le pareti il. Furthermore, the fins 9 can be arranged in any position along the walls 11.

Le pareti 9 possono avere delle forme diverse da quelle illustrate a patto che siano disposte all'interno del cilindro C circolare . The walls 9 can have different shapes from those illustrated as long as they are arranged inside the circular cylinder C.

Claims

CLAIMS 1. Heat exchanger, in particular for condensing boiler; the heat exchanger (1) comprising an elongated hollow element (3) wound to form a helix (4) defining a plurality of turns (6) and a helical gap (7) disposed between the adjacent turns (6); the elongated hollow element (3) being defined by a profile, which extends along an axis (A) and comprises a tube (8) and fins (9) extruded together with the tube (8), which comprises walls finned (11) alternating with non-finned walls (10); in which the fins (9) comprise respective bases (B) which lie on a circular cylinder (C) having as axis the axis (A) of the section and the external faces (12) of the finned walls do not protrude outside the circular cylinder (C).

2. A heat exchanger according to claim 1, wherein the outer faces (12) of the finned walls (11) lie on the circular cylinder (C).

3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, wherein the tube (8) comprises two finned walls (11) facing each other and two non-finned walls (10) facing each other.

A heat exchanger according to claim 3, wherein the non-finned walls (10) have a radius of curvature greater than the radius of curvature of the finned walls (11).

5. Heat exchanger according to any one of the preceding claims, wherein the non-finned walls (10) are wider than the finned walls (11); preferably the width (W1) of the non-finned walls (10) being greater than double the width (W2) of the finned walls (11); the non-finned walls (10) and the fins defining, in part, the helical interstice (7).

6. Heat exchanger according to any one of the preceding claims in which the tube (8) has an oblong cross-section characterized by a major axis (X) and a minor axis (Y), the fins (9) being parallel to the axis major (X).

7. Heat exchanger according to claim 6, wherein each fin (9) has a height (HK) less than one third of the width (W1) of the non-finned walls (10).