PL232196B1

PL232196B1 - Kondensacyjny wymiennik ciepła

Info

Publication number: PL232196B1
Application number: PL413023A
Authority: PL
Inventors: Krzysztof SZCZEPAŃSKI; Krzysztof Szczepański; Maciej BERNACIAK; Maciej Bernaciak
Original assignee: Aic Spolka Akcyjna; Aic Spólka Akcyjna
Priority date: 2015-07-05
Filing date: 2015-07-05
Publication date: 2019-05-31
Also published as: PL413023A1; WO2017007351A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest kondensacyjny wymiennik ciepła mający zastosowanie w instalacjach centralnego ogrzewania oraz wody użytkowej.

Znane są wymienniki ciepła zaopatrzone w zespół elementów rurowych, przez które przepływają gorące spaliny, zamocowanych pomiędzy dwoma ścianami sitowymi i umieszczonych w komorze otoczonej płaszczem zewnętrznym, w której cyrkuluje ogrzewana woda, doprowadzana króćcem wlotowym, usytuowanym w dolnej części płaszcza zewnętrznego a odbierana króćcem wylotowym usytuowanym w górnej części płaszcza zewnętrznego. W wymiennikach tych komora spalania umieszczona jest nad górnym dnem sitowym, a pod dolnym dnem sitowym usytuowana jest miska spływu kondensatu.

Znany jest z opisu patentowego PL216290 B1, wymiennik ciepła mający płaszcz zewnętrzny, wewnątrz którego znajduje się zespół pionowych elementów rurowych zamocowanych na swych końcach z obu stron w ścianach sitowych i wyposażony w komorę spalania gazu usytuowaną nad górną ścianą sitową oraz zamontowane w poprzek elementów rurowych, przegrody z otworami, przez które przechodzą elementy rurowe oraz zaopatrzony w króćce wlotu i wylotu cieczy usytuowane w ścianie bocznej płaszcza zewnętrznego.

W dokumencie patentowym US 2008029243 A1 ujawniono wymiennik ciepła zawierający rury płomieniowe, które mają ukształtowane nagnioty skierowane do środka rury, przy czym odległość pomiędzy wierzchołkiem nagniotu a ścianą rury wewnątrz rury wynosi co najwyżej 1,0 mm.

Celem wynalazku jest poprawa parametrów wymiany ciepła w wymienniku ciepła przy jednoczesnym zmniejszeniu gabarytów wymiennika. W szczególności celem wynalazku jest opracowanie rury płomiennej do opalanego kondensacyjnego wymiennika ciepła, intensyfikującej proces wymiany ciepła przy jednoczesnym zmniejszeniu oporów przepływu gazu spalinowego oraz zachowaniu kondensacyjnego charakteru zjawisk zachodzących w wymienniku, pozwalającej na zmniejszenie gabarytów wymiennika ciepła.

Kondensacyjny wymiennik ciepła posiadający w górnej części komorę spalania zaopatrzoną w otwór do wprowadzenia palnika, rury płomienne zamontowane w dnach sitowych otoczone płaszczem zewnętrznym, wewnątrz którego utworzona jest komora dla ogrzewanej cieczy oraz zaopatrzonym w króciec wlotowy i wylotowy ogrzewanej cieczy, zbiornik na skropliny zaopatrzony w króciec odprowadzania skroplin oraz króciec odprowadzania spalin do komina, przy czym rury płomienne mają ukształtowane nagnioty skierowane do środka rury tak, że na zadanej wysokości rury są ukształtowane dwa nagnioty usytuowane naprzeciw siebie, tworzące sekcję, w której odległość pomiędzy wierzchołkami nagniotów wewnątrz rury wynosi co najwyżej 1,0 mm, według niniejszego wynalazku charakteryzuje się tym, że przekrój poprzeczny rury pomiędzy sąsiadującymi sekcjami ma kształt kwadratowy z zaokrąglonymi wierzchołkami i wgniecionymi do osi bokami, a stosunek długości rury do jej obwodu przekroju poprzecznego omywanego przez gazy spalinowe, mierzonego w obszarze sekcji, wynosi od 2,5 do 6,5. Korzystnie rura płomienna w górnej części oraz w dolnej części ma kształt walcowy.

Korzystnie walcowa część rury płomiennej ma długość od 0,25 do 1,5 jej obwodu przekroju poprzecznego omywanego przez gazy spalinowe, mierzonego w części walcowej.

Korzystnie nagnioty w sąsiadujących ze sobą sekcjach usytuowane są względem siebie niewspółliniowo na długości rury.

Korzystnie nagnioty w sąsiadujących ze sobą sekcjach usytuowane są względem siebie pod kątem 90°.

Korzystnie sekcje nagniotów usytuowane są równomiernie na długości rury. Korzystnie odległość pomiędzy sekcjami nagniotów zmniejsza się na długości rury płomiennej.

Nagnioty mogą mieć kształt okrągły albo owalny albo kształt kropli.

Opracowane proporcje w zakresie wymiarów rury płomiennej oraz kształtu i rozmieszczenia nagniotów zgodnie z wynalazkiem zapewnia zachowanie kondensacyjnego charakteru zjawisk zachodzących w wymienniku przy jednoczesnym zmniejszeniu oporów przepływu gazów spalinowych przez rurę oraz zwiększeniu turbulencji przepływu.

Wynalazek przedstawiono przykładowo na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia rurę płomienną w rzucie izometrycznym, z nagniotami w kształcie kropli, rozmieszczonymi równomiernie na długości rury; fig. 2 i fig. 3 - rurę jak na fig. 1, w widoku z boku; fig. 4 - rurę, jak na fig. 1 w widoku z góry; fig. 5 i fig. 6 - rurę, jak na fig. 1 w przekroju osiowym; fig. 7 - rurę, jak na fig. 1 w przekroju poprzecznym;

fig. 8 - rurę w rzucie izometrycznym, z nagniotami w kształcie okrągłym, rozmieszczonymi równomiernie na długości rury; fig. 9 i fig. 10 - rurę jak na fig. 8, w widoku z boku; fig. 11 - rurę, jak na fig. 8 w widoku

PL 232 196 B1 z góry; fig. 12 i fig. 13 - rurę, jak na fig. 8 w przekroju osiowym; fig. 14 - rurę, jak na fig. 8 w przekroju poprzecznym; fig. 15 - rurę w rzucie izometrycznym, z nagniotami w kształcie owalnym, rozmieszczonymi równomiernie na długości rury; fig. 16 i fig. 17 - rurę jak na fig. 15, w widoku z boku; fig. 18 - rurę, jak na fig. 15 w widoku z góry; fig. 19 i fig. 20 - rurę, jak na fig. 15 w przekroju osiowym; fig. 21 - rurę, jak na fig. 15 w przekroju poprzecznym.

Fig. 22 - rurę w rzucie izometrycznym, z nagniotami w kształcie kropli, rozmieszczonymi nierównomiernie na długości rury; fig. 23 i fig. 24 - rurę jak na fig. 22, w widoku z boku; fig. 25 - rurę, jak na fig. 22 w widoku z góry; fig. 26 i fig. 27 -- rurę, jak na fig. 22 w przekroju osiowym; fig. 28 - rurę, jak fig. 22 w przekroju poprzecznym; fig. 29 - rurę w rzucie izometrycznym, z nagniotami w kształcie okrągłym, rozmieszczonymi nierównomiernie na długości rury; fig. 30 i fig. 31 - rurę jak na fig. 29, w widoku z boku; fig. 32 - rurę, jak na fig. 29 w widoku z góry; fig. 33 i fig. 34 - rurę, jak na fig. 29 w przekroju osiowym; fig. 35 - rurę, jak na fig. 29 w przekroju poprzecznym; fig. 36 - rurę w rzucie izometrycznym, z nagniotami w kształcie owalnym, rozmieszczonymi nierównomiernie na długości rury; fig. 37 i fig. 38 - rurę jak na fig. 36, w widoku z boku; fig. 39 - rurę, jak na fig. 36 w widoku z góry; fig. 40 i fig. 41 - rurę, jak na fig. 36 w przekroju osiowym; fig. 42 - rurę, jak na fig. 36 w przekroju poprzecznym; fig. 43 przedstawia wymiennik w przekroju osiowym.

Wymiennik ciepła w przykładowej realizacji wynalazku ma w górnej części komorę spalania 3 zaopatrzoną w otwór do wprowadzenia palnika, rury płomienne 1 zamontowane w dnach sitowych 4, 5, otoczone płaszczem zewnętrznym 6, wewnątrz którego utworzona jest komora 7 dla ogrzewanej cieczy oraz zaopatrzonym w króciec wlotowy 8 i wylotowy 9 ogrzewanej cieczy. W dolnej części płaszcza zewnętrznego 6 zamontowany jest zbiornik 10 na skropliny zaopatrzony w króciec 11 odprowadzania skroplin oraz króciec odprowadzania spalin do komina 12, co przedstawiono na fig. 43. Rury płomienne mają ukształtowane nagnioty 2 skierowane do środka rury 1. Na zadanej wysokości rura 1 ma ukształtowane dwa nagnioty 2 usytuowane naprzeciw siebie i tworzące sekcję. Odległość pomiędzy wierzchołkami nagniotów 2 wewnątrz rury w sekcji wynosi 0,5 mm, a stosunek długości L rury 1 do jej obwodu przekroju poprzecznego omywanego przez gazy spalinowe, mierzonego w obszarze sekcji, wynosi 3,5. Nagnioty 2 w sąsiadujących ze sobą sekcjach usytuowane są względem siebie pod kątem 90°. Rura 1 w górnej części ma kształt walcowy o długości H wynoszącej 1,0 jej obwodu przekroju poprzecznego omywanego przez gazy spalinowe, mierzonego w tej części, oraz w dolnej części rura ma kształt walcowy, natomiast przekrój poprzeczny rury 1 pomiędzy sąsiadującymi sekcjami ma kształt kwadratowy z zaokrąglonymi wierzchołkami i wgniecionymi do osi bokami.

W wariantach wykonania przedstawionych na fig. 1 do fig. 7, nagnioty 2 mają kształt kropli, w innych wariantach przedstawionych na fig. 8 do fig. 14 nagnioty 2 mają kształt okrągły a jeszcze w innych, przedstawionych na fig. 15 do fig. 21, nagnioty 2 mają kształt owalny.

W wymienionych wariantach wykonania wynalazku sekcje nagniotów 2 usytuowane są równomiernie na długości L rury 1.

W innych wariantach wykonania wynalazku, przedstawionych na fig. 22 do fig.28 z nagniotami 2 w kształcie kropli, fig. 29 do fig. 35 z nagniotami 2 w kształcie okrągłym oraz fig. 36 do fig. 42 z nagniotami owalnymi, sekcje nagniotów 2 usytuowane są nierównomiernie na długości L rury, w taki sposób, że odległość S pomiędzy sekcjami zmniejsza się na długości rury.

W innych wariantach wykonania opisanych wyżej odległość pomiędzy wierzchołkami nagniotów wewnątrz rury płomiennej 1 w sekcji nie może być większa niż 1,0 mm, a stosunek długości L rury płomiennej 1 do jej obwodu przekroju poprzecznego omywanego przez gazy spalinowe, mierzonego w sekcji, mieści się w przedziale od 2,5 do 6,5, a długość górnej części walcowej rury płomiennej 1 wynosi od 0,25 do 1,5 jej obwodu przekroju poprzecznego omywanego przez gazy spalinowe, mierzonego w części walcowej.

Stwierdzono, że dla temperatury gazu spalinowego od 1450 do 1550°C, na wejściu do ru ry płomiennej i przepływie 0,83-0,89 kg/h gazu spalinowego w rurze (dla gazu ziemnego, CO2 = 9%) oraz dla temperatury początkowej 30°C i dT=20K ogrzewanej cieczy przy przeciwprądowym przepływie 22-26 l/h przypadającym na rurę, w odległości 155-225 mm od wlotu rury gaz spalinowy osiąga punkt rosy, a spadek ciśnienia nie jest większy niż 375 Pa.

Claims

Kondensacyjny wymiennik ciepła posiadający w górnej części komorę spalania zaopatrzoną w otwór do wprowadzenia palnika, rury płomienne zamontowane w dnach sitowych otoczone płaszczem zewnętrznym, wewnątrz którego utworzona jest komora dla ogrzewanej cieczy oraz zaopatrzonym w króciec wlotowy i wylotowy ogrzewanej cieczy, zbiornik na skropliny zaopatrzony w króciec odprowadzania skroplin oraz króciec odprowadzania spalin do komina, przy czym rury płomienne mają ukształtowane nagnioty skierowane do środka rury tak, że na zadanej wysokości rury są ukształtowane dwa nagnioty usytuowane naprzeciw siebie, tworzące sekcję, w której odległość pomiędzy wierzchołkami nagniotów wewnątrz rury wynosi co najwyżej 1,0 mm, znamienny tym, że przekrój poprzeczny rury (1) pomiędzy sąsiadującymi sekcjami ma kształt kwadratowy z zaokrąglonymi wierzchołkami i wgniecionymi do osi bokami, a stosunek długości (L) rury (1) do jej obwodu przekroju poprzecznego omywanego przez gazy spalinowe, mierzonego w obszarze sekcji, wynosi od 2,5 do 6,5.

Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że rura płomienna (1) w górnej części ma kształt walcowy.

Wymiennik według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że rura płomienna (1) w dolnej części ma kształt walcowy.

Wymiennik według zastrz.
2, znamienny tym, że walcowa część rury płomiennej (1) ma długość (H) od 0,25 do 1,5 jej obwodu przekroju poprzecznego omywanego przez gazy spalinowe, mierzonego w części walcowej.

Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że nagnioty (2) w sąsiadujących ze sobą sekcjach usytuowane są względem siebie niewspółliniowo na długości rury (1).

Wymiennik według zastrz. 5, znamienny tym, że nagnioty (2) w sąsiadujących ze sobą sekcjach usytuowane są względem siebie pod kątem 90°.

Wymiennik według każdego z zastrz. od 1 do 6, znamienny tym, że sekcje nagniotów (2) usytuowane są równomiernie na długości rury (1).

Wymiennik według każdego z zastrz. od 1 do 6, znamienny tym, że odległość (S) pomiędzy sekcjami nagniotów (2) zmniejsza się na długości rury płomiennej (1).

Wymiennik według każdego z zastrz. od nagnioty (2) mają kształt okrągły.

Wymiennik według każdego z zastrz. od nagnioty (2) mają kształt owalny.

Wymiennik według każdego z zastrz. od nagnioty (2) mają kształt kropli.

do 5, albo 6, albo 7, albo 8, znamienny tym, że do 5, albo 6, albo 7, albo 8, znamienny tym, że do 5, albo 6, albo 7, albo 8, znamienny tym, że