PL232198B1

PL232198B1 - Rura płomienna kondensacyjnego wymiennika ciepła

Info

Publication number: PL232198B1
Application number: PL413027A
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: WO2017007355A1; PL413027A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest rura płomienna kondensacyjnego wymiennika ciepła mającego zastosowanie w instalacjach centralnego ogrzewania oraz wody użytkowej.

Znane są rury wymienników ciepła zaopatrzone w środki do turbulizacji przepływających przez nie gazów spalinowych, intensyfikujących proces wymiany ciepła.

Z publikacji europejskiego zgłoszenia patentowego EP2384837 znana jest rura wymiennika ciepła o niekołowym, w szczególności prostokątnym przekroju poprzecznym, ukształtowana z rury o przekroju kołowym, oraz o pofałdowanej powierzchni w kierunku wzdłużnym i poprzecznym o amplitudzie pofałdowania od 02, do 1,2 zewnętrznej średnicy kołowej rury.

Z publikacji europejskiego zgłoszenia patentowego EP 1429085 znana jest rura o zmiennym przekroju na jej długości i płaską częścią w środkowym obszarze.

Z dokumentu patentowego US 2008029243 A1, znana jest rura płomienna wymiennika ciepła, która ma ukształtowane nagnioty skierowane do środka rury, przy czym odległość pomiędzy wierzchołkiem nagniotu a ścianą rury wewnątrz rury wynosi co najwyżej 1,0 mm. Rura w górnej i dolnej części ma kształt walcowy.

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. W szczególności celem jest modyfikacja okrągłego kształtu powierzchni rury, wprowadzająca duże zaburzenia przepływu gazów spalinowych przy niewielkich odkształceniach, minimalizujących naprężenia wynikające z odkształceń, co wpływa bezpośrednio na żywotność wymiennika ciepła.

Cel ten osiągnięto poprzez opracowanie nowej geometrii rury płomiennej.

Rura płomienna kondensacyjnego wymiennika ciepła posiadająca nagnioty skierowane do środka rury tak, że na zadanej wysokości są ukształtowane dwa nagnioty usytuowane naprzeciw siebie, tworzące sekcję, w której odległość pomiędzy wierzchołkami nagniotów wewnątrz rury wynosi co najwyżej 1,0 mm, przy czym rura w górnej i dolnej części ma kształt walcowy, według 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, mierzonego w obszarze sekcji, omywanego przez gazy spalinowe wynosi od 2,5 do 6,5. Korzystnie, walcowa górna część rury 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.

Nagnioty w sąsiadujących ze sobą sekcjach mogą być usytuowane względem siebie pod kątem 90° albo pod kątem 45°.

Korzystnie, odległość pomiędzy sekcjami nagniotów zmniejsza się na długości rury.

Korzystnie, nagnioty mogą mieć kształt okrągły, albo owalny, albo kształt kropli.

Opracowane proporcje w zakresie wymiarów rury 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 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 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,

PL 232 198 B1 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;

Rura płomienna dla kondensacyjnego wymiennika ciepła w przykładowej realizacji wynalazku, ma 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 na długości rury 1 usytuowane są względem siebie pod kątem 90° albo pod kątem 45°. Rura 1 w górnej części ma kształt walcowy o długości H wynoszącej 1,0 jej obwodu przekroju poprzecznego omywanego przez gazy spalinowe, mierzonego w części walcowej, oraz w dolnej części ma również kształt walcowy. 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 2 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, mierzonego w sekcji, omywanego przez gazy spalinowe 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 rury 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.

Zastrzeżenia patentowe

Claims

1. Rura płomienna kondensacyjnego wymiennika ciepła posiadająca nagnioty skierowane do środka rury tak, że na zadanej wysokości są ukształtowane dwa nagnioty usytuowane naprzeciw siebie, tworzące sekcję, w której odległość pomiędzy wierzchołkami nagniotów wewnątrz rury wynosi co najwyżej 1,0 mm, przy czym rura w górnej i dolnej części ma kształt walcowy, znamienna 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, mierzonego w obszarze sekcji, omywanego przez gazy spalinowe wynosi od 2,5 do 6,5.

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

PL232 198 Β1

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

4. Rura według zastrz. 3, znamienna tym, że nagnioty (2) w sąsiadujących ze sobą sekcjach usytuowane są względem siebie pod kątem 90°.

5. Rura według zastrz. 3, znamienna tym, że nagnioty (2) w sąsiadujących ze sobą sekcjach usytuowane są względem siebie pod kątem 45°.

6. Rura według zastrz. 1 albo 3, albo 4 albo 5, znamienna tym, że odległość (S) pomiędzy sekcjami nagniotów (2) zmniejsza się na długości rury (1).

7. Rura według zastrz. 1 albo 3, albo 4 albo 5, albo 6, znamienna tym, że nagnioty (2) mają kształt okrągły.

Rysunki