PL232219B1 - Rura płomienna kondensacyjnego wymiennika ciepła - Google Patents

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 0,2 do 1,2 zewnętrznej średnicy kołowej rury.

Z publikacji europejskiego zgłoszenia patentowego EP1429085 znana jest rura o zmiennym przekroju na jej długości i płaską częścią w środkowym obszarze.

W dokumencie patentowym US 2008029243 A1 ujawniono rurę płomieniową kondensacyjnego 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.

Z dokumentów patentowych WO 2015 059537 A2, US 5839505 A, US 2343542 A, DE 24008886 A, US 2080626 A, US 910192 A, znane są rury płomienne o przekroju okrągłym z nagniotami skierowanymi do środka rury, usytuowane na długości rury w jednej linii albo obrócone względem siebie o 90°.

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.

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 na przeciw siebie, tworzące sekcję, w której odległość pomiędzy wierzchołkami nagniotów wewnątrz rury wynosi co najwyżej 1,0 mm, 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 omywanego przez gazy spalinowe, mierzonego w obszarze sekcji, wynosi od 2,5 do 6,5. Korzystnie, rura w górnej i/lub dolnej części ma kształt walcowy. Korzystnie, walcowa górna część rury ma długość od 0,25 do 1,5 jej obwodu przekroju poprzecznego omywanego przez gazy spalinowe, mierzonego w tej części walcowej.

Korzystnie nagnioty w sąsiadujących ze sobą sekcjach mogą być usytuowane względem siebie nie współliniowo na długości rury, w szczególności pod kątem 90°.

Sekcje nagniotów korzystnie usytuowane są równomiernie na długości rury albo odległość pomiędzy sekcjami nagniotów zmniejsza się na długości rury. Nagnioty korzystnie mają kształt okrągły, 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 - 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, w innej wersji; 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, 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,

PL 232 219 B1 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 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.

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 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.

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 = 20 K 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 (11)

1. Rura płomienna kondensacyjnego wymiennika ciepła posiadająca nagnioty skierowane do środka rury tak, że na zadanej wysokości są ukształtowane dwa nagnioty usytuowane na przeciw siebie, tworzące sekcję, w której odległość pomiędzy wierzchołkami nagniotów wewnątrz rury wynosi co najwyżej 1,0 mm, 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 omywanego przez gazy spalinowe, mierzonego w obszarze sekcji, wynosi od 2,5 do 6,5.

2. Rura według zastrz. 1, znamienna tym, że w górnej części ma kształt walcowy.

3. Rura według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że w dolnej części ma kształt walcowy.

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

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

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

7. Rura według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 6, znamienna tym, że sekcje nagniotów (2) usytuowane są równomiernie na długości rury (1).

PL 232 219 Β1

8. Rura według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 6, znamienna tym, że odległość (S) pomiędzy sekcjami nagniotów (2) zmniejsza się na długości rury (1).

9. Rura według zastrz. 1 albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, znamienna tym, że nagnioty mają kształt okrągły.

10. Rura według zastrz. 1 albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, znamienna tym, że nagnioty (2) mają kształt owalny.

11. Rura według zastrz. 1 albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, znamienna tym, że nagnioty (2) mają kształt kropli.