ITVR20030047U1

ITVR20030047U1 - HEAT EXCHANGER

Info

Publication number: ITVR20030047U1
Authority: IT
Original assignee: Montini Renato
Priority date: 2003-09-23
Filing date: 2003-09-23
Publication date: 2005-03-24
Also published as: WO2005028966A1

Description

SCAMBIATORE DI CALORE HEAT EXCHANGER

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Il presente trovato riguarda uno scambiatore di calore particolarmente adatto ad essere utilizzato su caldaie per uso cosiddetto domestico. The present invention relates to a heat exchanger particularly suitable for use on boilers for so-called domestic use.

Tradizionalmente, gli scambiatori di calore, soprattutto per applicazioni domestiche, sono costituiti essenzialmente da un tubo contenente un fluido da riscaldare, in genere dell’acqua. Traditionally, heat exchangers, especially for domestic applications, essentially consist of a tube containing a fluid to be heated, generally water.

La superficie esterna del tubo è sottoposta all’azione termica, in questo caso riscaldante, determinata dai fumi di combustione generati da un bruciatore. In pratica, la funzione del o dei tubi è quella di trasferire calore dai fumi all’acqua. The external surface of the tube is subjected to the thermal action, in this case heating, determined by the combustion fumes generated by a burner. In practice, the function of the pipe or pipes is to transfer heat from the fumes to the water.

Per migliorare lo scambio termico sono state proposte differenti soluzioni. To improve the heat exchange, different solutions have been proposed.

In primo luogo, si è cercato di aumentare la superficie di scambio termico del/dei tubo/i utilizzando, per esempio, un tubo sagomato a serpentina oppure si è provveduto a piegare il tubo in maniera tale che la sua generatrice si sviluppi lungo una superficie cilindrica coassiale al bruciatore (in pratica ottenendo, con una porzione di tubo, una pluralità di spire). Firstly, an attempt was made to increase the heat exchange surface of the tube (s) using, for example, a serpentine-shaped tube or the tube was bent in such a way that its generator extends along a surface. cylindrical coaxial to the burner (in practice obtaining, with a portion of tube, a plurality of turns).

Naturalmente, facendo particolare riferimento all’ultima tipologia indicata, il tubo risulta connesso, alle estremità, a rispettivi connettori comunicanti con almeno una luce d’ingresso per l’acqua da riscaldare e con almeno una luce d’uscita dell’acqua riscaldata. Of course, with particular reference to the last type indicated, the tube is connected, at the ends, to respective connectors communicating with at least one inlet port for the water to be heated and with at least one outlet for the heated water.

Alcune soluzioni, adatte soprattutto per caldaie presentanti un bruciatore a sviluppo orizzontale, prevedono la possibilità di utilizzare, in serie, uno o più moduli ognuno dei quali è costituito da un tubo foggiato a spire e presentante, eventualmente, la sezione trasversale ovale (o comunque schiacciata). Some solutions, especially suitable for boilers having a horizontal burner, provide for the possibility of using, in series, one or more modules, each of which consists of a tube shaped in coils and possibly having an oval cross section (or in any case crushed).

Tuttavia, soluzioni di questo tipo, nonostante risultino, allo stato attuale, largamente utilizzate, presentano alcuni problemi tra i quali ricordiamo la bassa potenza specifica che non consente, talvolta, di mantenere gli ingombri al di sotto della soglia necessaria. However, solutions of this type, despite being widely used at present, have some problems, among which we recall the low specific power which does not allow, at times, to keep the overall dimensions below the necessary threshold.

Compito precipuo del presente trovato è quello di eliminare, o quantomeno di ridurre drasticamente, gli inconvenienti sopra lamentati in tipi noti. The aim of the present invention is to eliminate, or at least to drastically reduce, the drawbacks mentioned above in known types.

All’interno di questo compito, uno scopo del trovato è quello di mettere a punto uno scambiatore di calore il quale possa offrire una elevata affidabilità di funzionamento Within this aim, an object of the invention is to provide a heat exchanger which can offer high operational reliability

Un altro scopo del trovato è quello di realizzare uno scambiatore di calore applicabile a caldaie di diversa potenza e dimensione. Another object of the invention is to provide a heat exchanger applicable to boilers of different power and size.

Un ulteriore scopo del presente trovato è quello di fornire uno scambiatore di calore di strutturazione molto semplice e di elevata durata. A further object of the present invention is to provide a heat exchanger with a very simple structure and a long life.

Ancora un importante scopo è quello di mettere a punto uno scambiatore di calore facile da usare e di costo di produzione competitivo, onde risultare vantaggioso anche dal punto di vista economico. Another important object is to provide a heat exchanger that is easy to use and has a competitive production cost, in order to be advantageous also from an economic point of view.

Non ultimo scopo del trovato è quello di realizzare uno scambiatore di calore a basso consumo, con elevati rendimenti e con costi di manutenzione contenuti. Not least object of the invention is to provide a low consumption heat exchanger with high efficiency and low maintenance costs.

Questo compito, nonché questi ed altri scopi ancora che meglio appariranno in seguito, vengono raggiunti da uno scambiatore di calore secondo il trovato, il quale si caratterizza per il fatto di comprendere un primo tubo di scambio e un secondo tubo di scambio comprendenti almeno due spire giacenti sostanzialmente su ima superficie cilindrica sviluppantesi attorno all’asse di sviluppo del bruciatore e presentanti, rispettivamente, un prima estremità di connessione ad una luce d’ingresso di un fluido da riscaldare e una seconda estremità di connessione ad una luce d’uscita di un fluido riscaldato, le spire del primo tubo risultando alternate alle spire del secondo tubo, lo scambiatore di calore presentando, inoltre, mezzi distanziatori tra spire adiacenti. This aim, as well as these and other objects which will become clearer hereinafter, are achieved by a heat exchanger according to the invention, which is characterized in that it comprises a first exchange tube and a second exchange tube comprising at least two coils. lying substantially on a cylindrical surface extending around the development axis of the burner and having, respectively, a first end for connection to an inlet port of a fluid to be heated and a second end for connection to an outlet port of a heated fluid, the coils of the first tube alternating with the coils of the second pipe, the heat exchanger also having spacer means between adjacent coils.

Vantaggiosamente, uno scambiatore di calore secondo il trovato si caratterizza per il fatto che il primo tubo di scambio e il secondo tubo di scambio comprendono almeno una rispettiva porzione di scambio termico presentante una sezione trasversale sostanzialmente ovale. Advantageously, a heat exchanger according to the invention is characterized in that the first exchange tube and the second exchange tube comprise at least a respective heat exchange portion having a substantially oval cross section.

Opportunamente, uno scambiatore di calore secondo il presente trovato si caratterizza per il fatto che i mezzi distanziatori sono costituiti da almeno due elementi a pettine presentanti, rispettivamente, un elemento di supporto, disposto esternamente alla suddetta superficie cilindrica e sostanzialmente parallelo a detto asse di sviluppo, ciascun elemento di supporto essendo associato ad pluralità di elementi distanziatori aggettantesi verso l’asse di sviluppo e destinati ad essere frapposti tra due spire tra loro adiacenti. Conveniently, a heat exchanger according to the present invention is characterized by the fact that the spacer means consist of at least two comb elements having, respectively, a support element, arranged externally to the aforementioned cylindrical surface and substantially parallel to said development axis , each support element being associated with a plurality of spacer elements projecting towards the axis of development and intended to be interposed between two coils adjacent to each other.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di alcune forme di esecuzione preferite ma non esclusive di uno scambiatore di calore secondo il trovato, illustrate a titolo indicativo e non limitativo Further characteristics and advantages of the invention will become clearer from the description of some preferred but not exclusive embodiments of a heat exchanger according to the invention, illustrated by way of non-limiting example.

disegni in cui: drawings in which:

la Figura 1 illustra una vista in alzato laterale parzialmente sezionata lungo un piano longitudinale di una caldaia con associata una prima forma di realizzazione di uno scambiatore di calore secondo il trovato; Figure 1 illustrates a partially sectioned side elevation view along a longitudinal plane of a boiler with associated a first embodiment of a heat exchanger according to the invention;

la Figura 2 è una vista simile a quella illustrata in Figura 1, di una prima variante dello scambiatore di calore; Figure 2 is a view similar to that shown in Figure 1, of a first variant of the heat exchanger;

la Figura 3 mostra una vista simile a quelle di Figura 1 e 2 di una seconda variante di uno scambiatore di calore secondo il trovato; mentre Figure 3 shows a view similar to those of Figures 1 and 2 of a second variant of a heat exchanger according to the invention; while

la Figura 4 è un ingrandimento dei mezzi distanziatori. Figure 4 is an enlargement of the spacer means.

Negli esempi di realizzazione che seguono, singole caratteristiche, riportate in relazione a specifici esempi, potranno,in realtà essere intercambiate con altre diverse caratteristiche, esistenti in altri esempi di realizzazione. In the following embodiments, single characteristics, reported in relation to specific examples, can actually be interchanged with other different characteristics, existing in other embodiments.

Inoltre, è da notare che tutto quello che nel corso della procedura di ottenimento del brevetto si rivelasse essere già noto, si intende non essere rivendicato ed oggetto di stralcio (disclaimer) dalle rivendicazioni. Furthermore, it should be noted that everything that in the course of the procedure for obtaining the patent turns out to be already known, is intended not to be claimed and subject to an excerpt (disclaimer) from the claims.

Con riferimento alle sopracitate Figure, uno scambiatore di calore secondo il trovato, indicato globalmente con il numero di riferimento 1, comprende un primo tubo di scambio 2 e un secondo tubo di scambio 3. With reference to the aforementioned Figures, a heat exchanger according to the invention, generally indicated with the reference number 1, comprises a first exchange tube 2 and a second exchange tube 3.

Sia il primo tubo di scambio 2 che il secondo tubo di scambio 3 sono foggiati, almeno in corrispondenza della porzione centrale, a spire e, in particolare, essi presentano almeno due spire giacenti su di una superficie cilindrica coassiale, in uso, all’asse di sviluppo del bruciatore 4 destinato, in uso, ad essere associato allo scambiatore di calore 1. Both the first exchange tube 2 and the second exchange tube 3 are formed, at least in correspondence with the central portion, in turns and, in particular, they have at least two turns lying on a cylindrical surface coaxial, in use, to the axis development of the burner 4 intended, in use, to be associated with the heat exchanger 1.

Opportunamente, come tra l’altro ben illustrato nelle Figure dalla 1 alla 3, le spire del primo tubo di scambio 2 risultano disposte, nel piano diametrale alla superficie cilindrica, alternate alle spire del secondo tubo 3. Conveniently, as well illustrated among other things in Figures 1 to 3, the coils of the first exchange tube 2 are arranged, in the diametrical plane to the cylindrical surface, alternating with the coils of the second tube 3.

Sia il primo tubo di scambio 2 che il secondo tubo di scambio 3 presentano una prima estremità di connessione ad una luce d’ingresso 5, in questo particolare caso per l’acqua da riscaldare, ed una seconda estremità di connessione ad una luce d’uscita 6 per l’acqua riscaldata. Both the first exchange tube 2 and the second exchange tube 3 have a first end for connection to an inlet port 5, in this particular case for the water to be heated, and a second end for connection to an inlet port outlet 6 for heated water.

Vantaggiosamente, facendo riferimento alle forme realizzative illustrate in Figura 1 e in Figura 2, è possibile prevedere che tra le prime estremità del primo tubo di scambio 2 e del secondo tubo di scambio 3 e la luce d’ingresso 5 sia disposto un collettore superiore 7 destinato all’alimentazione dell’acqua in ingresso allo scambiatore di calore 1; in modo del tutto analogo, tra le seconde estremità del primo tubo di scambio 2 e del secondo tubo di scambio 3 e la luce d’uscita 6 è disposto un collettore inferiore 8 atto ad inviare il liquido in uscita dallo scambiatore di calore 1 alla luce d’uscita 6. Advantageously, with reference to the embodiments illustrated in Figure 1 and Figure 2, it is possible to provide that an upper manifold 7 is arranged between the first ends of the first exchange tube 2 and of the second exchange tube 3 and the inlet port 5 intended for supplying the water entering the heat exchanger 1; in a completely similar way, between the second ends of the first exchange tube 2 and of the second exchange tube 3 and the outlet port 6 there is a lower manifold 8 able to send the liquid exiting the heat exchanger 1 to the port output 6.

Sempre secondo il presente trovato, è possibile prevedere che lo scambiatore di calore 1 presenti mezzi distanziatori 9 tra due spire adiacenti. Still according to the present invention, it is possible to provide that the heat exchanger 1 has spacer means 9 between two adjacent coils.

In particolare, come ben illustrato nella sezione ingrandita di Figura 4, i mezzi distanziatori 9 possono essere costituiti da almeno due elementi a pettine disposti, opportunamente, in posizioni diametralmente opposte rispetto all’asse di sviluppo del bruciatore 4. In particular, as well illustrated in the enlarged section of Figure 4, the spacer means 9 may consist of at least two comb elements suitably arranged in diametrically opposite positions with respect to the development axis of the burner 4.

Gli elementi a pettine, secondo una preferita forma di realizzazione, presentano un elemento di supporto 10, nell’esempio illustrato disposto esternamente al primo tubo di scambio 2 e al secondo tubo di scambio 3; tuttavia, nulla vieta che tale elemento di supporto possa essere disposto internamente ad essi. The comb elements, according to a preferred embodiment, have a support element 10, in the illustrated example arranged externally to the first exchange tube 2 and to the second exchange tube 3; however, there is nothing to prevent this support element from being placed inside them.

Opportunamente, in entrambi i casi, l’elemento di supporto 10 si estende lungo una direzione sostanzialmente parallela all’asse di sviluppo del bruciatore 4. Conveniently, in both cases, the support element 10 extends along a direction substantially parallel to the development axis of the burner 4.

Dall’elemento di supporto 10 si aggettano, negli esempi illustrati verso l’asse di sviluppo del bruciatore 4, una pluralità di elementi distanziatori 11, i quali sono destinati ad essere frapposti tra due spire adiacenti. From the support element 10 project, in the illustrated examples towards the development axis of the burner 4, a plurality of spacer elements 11, which are intended to be interposed between two adjacent coils.

Opportunamente, è possibile prevedere che gli elementi distanziatori 11 se estendano perpendicolarmente all’elemento di supporto 10. Conveniently, it is possible to provide that the spacer elements 11 extend perpendicularly to the support element 10.

Sempre secondo il presente trovato, il primo tubo di scambio 2 e il secondo tubo di scambio 3 presentano una rispettiva porzione di scambio termico la quale, facendo riferimento alle sopracitate Figure, corrisponde sostanzialmente alla porzione foggiata a spire. Still according to the present invention, the first exchange tube 2 and the second exchange tube 3 have a respective heat exchange portion which, with reference to the aforementioned Figures, substantially corresponds to the portion formed into coils.

Vantaggiosamente, tale rispettiva porzione di scambio termico presenta una sezione trasversale sostanzialmente ovale o comunque schiacciata. Advantageously, this respective heat exchange portion has a substantially oval or in any case flattened cross section.

Per consentire l’ottimizzazione dello scambio termico, l’asse maggiore della sezione trasversale risulta disposto sostanzialmente perpendicolare all’asse di sviluppo del bruciatore 4. To allow optimization of the heat exchange, the major axis of the cross section is arranged substantially perpendicular to the development axis of the burner 4.

Tuttavia, è possibile prevedere che la sezione trasversale possa essere costituita, come ben evidenziato in Figura 4, da due tratti piani 12 (disposti perpendicolarmente all’asse di sviluppo del bruciatore 4) raccordati mediante rispettive porzioni estremali 13. However, it is possible to foresee that the cross section may consist, as clearly shown in Figure 4, of two flat sections 12 (arranged perpendicular to the development axis of the burner 4) connected by respective extremal portions 13.

Facendo particolare riferimento alla variante illustrata in Figura 2, è possibile, inoltre, prevedere mezzi di inversione del flusso dei fumi i quali, ad esempio, possono essere realizzati mediante l’inserimento, internamente alla superficie cilindrica su cui si sviluppano le spire, di una piastra di inversione 14. Referring in particular to the variant illustrated in Figure 2, it is also possible to provide means for inversion of the flue gas flow which, for example, can be made by inserting, inside the cylindrical surface on which the coils develop, a reversing plate 14.

Tale piastra di inversione 14 ha lo scopo di forzare il flusso di fumi ad attraversare lo scambiatore di calore attraverso le fessure presenti tra le spire adiacenti aumentando, in tal modo, il rendimento. Said inversion plate 14 has the purpose of forcing the flow of fumes to cross the heat exchanger through the slits present between the adjacent coils, thereby increasing the efficiency.

Facendo riferimento ad un ulteriore esempio di realizzazione, ben illustrato in Figura 3, si può prevedere di utilizzare, su di una medesima caldaia, un primo scambiatore di calore 100 e un secondo scambiatore di calore 101. With reference to a further example of embodiment, well illustrated in Figure 3, it can be envisaged to use, on the same boiler, a first heat exchanger 100 and a second heat exchanger 101.

In tal caso, le prime estremità di connessione del primo tubo 2 e del secondo tubo 3 del primo scambiatore di calore 100 risultano connesse al collettore superiore 7 mentre le seconde estremità del primo tubo 2 e del secondo tubo 3 del secondo scambiatore di calore sono connesse al collettore inferiore 8. In this case, the first connection ends of the first tube 2 and of the second tube 3 of the first heat exchanger 100 are connected to the upper manifold 7 while the second ends of the first tube 2 and of the second tube 3 of the second heat exchanger are connected to the lower manifold 8.

In particolare, in questa forma realizzativa è previsto u collettore intermedio 14 connesso, superiormente, alle seconde estremità dei tubi costituenti il primo scambiatore di calore 100 e, inferiormente, alle prime estremità del secondo scambiatore di calore 101. In particular, in this embodiment an intermediate manifold 14 is provided connected, at the top, to the second ends of the tubes constituting the first heat exchanger 100 and, at the bottom, to the first ends of the second heat exchanger 101.

Il funzionamento dello scambiatore di calore secondo il presente trovato discende in maniera chiara da quanto sopra esposto. The operation of the heat exchanger according to the present invention clearly derives from the foregoing.

Tutte le caratteristiche del trovato, su indicate come vantaggiose, opportune o simili, possono anche mancare o essere sostituite da equivalenti. All the characteristics of the invention, indicated above as advantageous, convenient or the like, can also be missing or be replaced by equivalents.

Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo. The invention thus conceived is susceptible of numerous modifications and variations, all of which are within the scope of the inventive concept.

Si è in pratica constatato come in tutte le forme realizzativi il trovato abbia raggiunto il compito e gli scopi ad esso preposti. In practice it has been found that in all embodiments the invention has achieved the intended aim and objects.

In particolare, grazie all’utilizzo di due distinti tubi di scambio si è ottenuta un’elevata potenza specifica limitando in modo considerevole le perdite di carico. In particular, thanks to the use of two separate exchange tubes, a high specific power was obtained, considerably limiting the load losses.

Inoltre, la sezione ovale della porzione di scambio termico e i mezzi distanziatori hanno permesso di aumentare considerevolmente i rendimenti. Furthermore, the oval section of the heat exchange portion and the spacer means have allowed to considerably increase the efficiency.

In pratica i materiali impiegati, purché compatibili con l’uso contingente, nonché le dimensioni e le forme potranno essere qualsiasi, a seconda delle esigenze. In practice, the materials used, as long as they are compatible with the contingent use, as well as the dimensions and shapes, may be any, depending on the needs.

Inoltre, tutti i dettagli sono sostituibili da altri elementi tecnicamente equivalenti. Furthermore, all the details can be replaced by other technically equivalent elements.

Laddove le caratteristiche tecniche nelle rivendicazioni sono seguite riferimenti numerici e/o sigle, detti riferimenti numerici e/o sigle sono stati aggiunti all’unico scopo di aumentare l’intelligibilità delle rivendicazioni e pertanto detti riferimenti numerici e/o sigle non producono alcun effetto sull’ambito di ciascun elemento identificato solo a titolo indicativo da detti riferimenti numerici e/o sigle. Where the technical characteristics in the claims are followed by numerical references and / or abbreviations, said numerical references and / or abbreviations have been added for the sole purpose of increasing the intelligibility of the claims and therefore said numerical references and / or abbreviations do not produce any effect on the scope of each element identified only as an indication by said numerical references and / or abbreviations.

Claims

CLAIMS 1. Heat exchanger characterized in that it comprises a first exchange tube and a second exchange tube comprising at least two coils lying substantially in correspondence with a cylindrical surface extending around the development axis of the burner and having, respectively, a first end connection to an inlet port of a fluid to be heated and a second end for connection to an outlet port of a heated fluid, the turns of said at least one first tube alternating with the turns of said at least one second tube, said heat exchanger having spacer means between adjacent turns.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that said first exchange tube and said second exchange tube comprise at least one respective heat exchange portion having a substantially oval cross section.

3. Heat exchanger according to one or more of the preceding claims, characterized in that said spacer means comprise at least two comb elements having a respective support element, arranged externally to said cylindrical surface and substantially parallel to said development axis, for a plurality of spacer elements projecting towards said development axis and intended to be interposed between two adjacent coils.

4. Heat exchanger according to one or more of the preceding claims, characterized in that said spacer elements lie in a plane substantially perpendicular to said development axis.

5. Heat exchanger according to one or more of the preceding claims, characterized in that said spacer elements extend along a direction substantially parallel to the plane of the largest dimension of the cross section of said exchange tube.

6. Heat exchanger according to one or more of the riven above, characterized in that said first ends of said first exchange tube and of said second exchange tube are connected to an upper manifold.

7. Heat exchanger according to one or more of the preceding claims, characterized in that said second ends of said first exchange tube and of said second exchange tube are connected to a lower collector.

8. Heat exchanger according to one or more of the preceding claims, characterized in that it comprises an intermediate manifold connected, at a first upper portion in use, to said second ends of a first heat exchanger and, at a second lower portion in use, at said first ends of a second heat exchanger.

9. Heat exchanger according to one or more of the preceding claims, characterized in that it comprises smoke inversion means.

10. Exchanger according to one or more of the preceding claims, characterized in that said smoke inversion means comprise an inversion plate arranged inside said coils and lying on a plane substantially perpendicular to said development axis.

11. Exchanger characterized in that it comprises one or more of the characteristics described and / or illustrated.