RO201600042U1 - Schimbător de căldură şi procedeu de realizare - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un schimbător de căldură folosit pentru prepararea agentului termic, necesar încălzirii şi producerii apei calde menajere, utilizat pentru cazane murale cu ardere normală. Schimbătorul conform invenţiei este constituit dintr-o primă parte (A) metalică, care asigură schimbul de căldură între gazele fierbinţi şi agentul termic şi care este formată din nişte conducte (1) drepte, pe care sunt asamblate nişte aripioare (2), capetele conductelor (1) fiind fixate la câte un ansamblu colector format din nişte piese (3) de capăt şi din nişte colectoare (9), toate asamblate nedemontabil, şi dintr-o a doua parte (B) de colectare şi legătură cu o centrală termică, care poate fi metalică sau din material plastic compozit.

Description

SCHIMBĂTOR DE CĂLDURĂ Şl PROCEDEU DE REALIZARE

Invenţia se referă la un schimbător de căldură gaze-lichid şi a unui procedeu de realizare a acestuia, schimbător destinat transferului termic al căldurii, de la un mediu primar, combustibil de ardere, furnizor de gaze arse fierbinţi sau de la altă sursă de gaze fierbinţi, la un mediu secundar, lichid, utilizat pentru prepararea agentului termic, necesar încălziriÎţşi producerii apei calde menajere, sau a încălzirii unui habitaclu, schimbător de căldură ce poate fi utilizat pentru cazane murale cu ardere normală, în principal, dar care prin suprapunere şi închidere etanşă a camerei de ardere poate fi extins şi la centrale în condensaţie.

Schimbătorul de căldură, conform invenţiei, este format dintr-o serie de ţevi metalice drepte, asamblate la fiecare capăt al lor la câte un asamblu colector independent, comun ţevilor, care asigură circulaţia agentului termic lichid, care a preluat căldura de la mediul primar, prin ţevi, în sensuri succesiv opuse, asigurând un traseu lung al lichidului, respectiv, care asigură un schimb de căldură mare şi dintr-o serie de aripioare metalice fixate de ţevi, toate elementele fiind din oţel, cu precădere, inoxidabil.

Toate elementele metalice sunt asamblate între ele prin brazare în cuptor cu atmosferă controlată.

Aripioarele, prin forma geometrică, urmăresc dirijarea gazelor fierbinţi pe un traseu de curgere care să spele cât mai bine ţevile care intră în componenţa schimbătorului şi să rupă curentul de gaze în curenţi cu grosimi de 3-4 mm, dirijaţi in vecinătatea intimă a ţevilor schimbătorului, rezultatul fiind îmbunătăţirea transferului termic.

Aliajul de lipit este sub formă de pastă şi este depus pe suprafaţa ţevilor cu ajutorul unor seringi multiple, prin decupări speciâl practicate în aripioare, astfel că, datorită capilarităţii, aliajul topit va umple doar interstiţiul format datorită dilatărilor termice între ţevi şi bord urările aripioarelor.

Aripioarele au un anumit unghi în zona bordurărilor, astfel încât, în momentul creării pachetului de aripioare şi a montării acestuia pe ţevi, între aripioare să existe un pas constant şi bine controlat, întregul schimbător fiind ambalat termic uniform, fără să existe zone ale acestuia solicitate diferit.

Sunt cunoscute soluţiile tehnice ale propunerii de invenţie românească cu titlul schimbător de căldură şi procedeu de realizare, firma Kober, depozit nr. a 2011 00445/ 09.05.2011, în care schimbătorul de căldură este format dintr-un tub metalic, prin care curge un lichid, ca agent care preia căldura de la mediul primar, şi dintr-o serie de aripioare metalice fixate de acesta, toate din oţel inoxidabil, tub metalic constituit dintr-o ţeavă continuă cu porţiuni drepte şi curbe între acestea sau din mai multe porţiuni de ţeavă dreaptă, interconectate între ele prin elemente de întoarcere, pe toate acestea fiind montate elemente de capăt, pentru racordarea la sursa de agent termic, ţeava pe Ccife se montează aripioare prin sudare, sau aplicate din turnare, în cazul utilizării aluminiului.

Acest tip de schimbător de căldură prezintă principalele dezavantaje legate de modul de realizare, implicând manoperă multă, după cum urmează: realizarea schimbătorului dintr-o ţeavă continuă implică operaţii de îndoire a acesteia, la rece sau la cald şi sudarea la capetele acesteia a racordurilor de intrare şi ieşire a agentului termic; realizarea schimbătorului din mai multe porţiuni de teavă dreaptă, interconectate între ele prin elemente de întoarcere şi racorduri de intrare şi ieşire a agentului lichid, toate asamblate prin sudură; introducerea aripioarelor pe conductă, pentru schimbul de căldură, presupune orificii care să permită îmbrăcarea lor, cu implicaţii asupra preciziei de formare a ansamblului schimbător.

Sunt cunoscute soluţiile constructive prezentate în brevetul canadian CA 2759525 A1 2010/10/28, respectiv WO 2010/123249 şi PCT/KR2010/002445, cu denumirea: Procedeu de brazare-sudare a unei plăci de fixare şi a unui capac pentru formarea canalelor de curgere a unui schimbător de căldură şi modul de realizare al acestuia.

Brevetul respectiv face referire la metoda de preasamblare în scopul brazării a unor colectoare de capăt montate pe un schimbător de căldură realizat dintr-o multitudine de ţevi, deschise la ambele capete, care prezintă următorul dezavantaj: - montarea capacului pe placa de fixare se face dificil, necesitând introducerea acestuia pe o latură şi apăsarea lui pe cealaltă latură, înaintea brazării pieselor.

Schimbătorul de căldură, conform invenţiei, înlătură dezavantajul de mai sus şi prezintă următoarele avantaje: - realizat din oţel inoxidabil are un coeficient de schimb de căldură dezavantajos în comparaţie cu cele din cupru şi aluminiu, dar preţul oţelului inoxidabil este mai redus decât al acestora; - forma geometrică a aripioarelor îmbunătăţesc transferul termic, urmărind un traseu de curgere care să spele cât mai bine ţevile şi să rupă curentul de gaze fierbinţi pentru a fi dirijat în vecinătatea intimă a ţevilor schimbătorului; - realizarea unor decupâfi care permit prin introducerea unor seringi ca aliajul de lipit să se depună chiar pe suprafaţa ţevilor permiţând acestuia să curgă prin capilaritate doar în interstiţiul format prin dilatare termică între ţevi şi bordurările aripioarelor; - realizarea unui unghi între 7 şi 9 grade în zona bordurărilor, care obligă ca în momentul creării pachetului de aripioare şi a montării acestuia pe ţevi, între aripioare să existe un pas constant şi bine controlat, astfel schimbătorul se va ambala termic uniform şi nu vor exista zone ale acestuia solicitate diferit; - realizarea unui unghi în zona de depunere a aliajului de lipit, depus cu ajutorul celor două seringi, care are rolul de a obliga aliajul să spele în momentul topirii cu preferinţă conturul ţevii; - realizarea unor decupări şi a unor urechi în cadrul elementelor care compun colectoarele, care, prin construcţia lor, permit un mod de asamblare mult mai uşor, în sensul că este necesară o simplă presare şi nu introducerea pe o latură şi apăsarea pe cealaltă latură, dar care asigură practic acelaşi mod ferm de fixare înaintea brazării a celor două piese care constituie colectorul; - la temperatura mediului ambiant este necesar ca aripioarele să se monteaze pe ţevi cu strângere, deoarece datorită formei geometrice ţevile şi aripioarele au direcţii de dilatare diferită, fapt care duce la apariţia unui joc în timpul încălzirii pentru brazare, joc care este umplut de aliajului de lipit prin capilaritate; - la realizarea ansamblului colector, datorită faptului că forma geometrică le conferă acelaşi tip de dilatare la temperatura de brazare, trebuie prevăzut la premontaj un spaţiu de umplere cu aliaj de lipit, motiv pentru care pe una din cele două piese au fost prevăzute deformări adecvate.

Se prezintă, în continuare, un exemplu de realizare a invenţiei, în legătură cu figurile 1...16, care reprezintă: - figura 1 - vedere axonometrică a unui ansamblu schimbător de căldură cu partea de colectare şi legătura cu centrala termica toate din otel, de preferinţa inoxidabil, solidarizate între ele prin brazare; - figura 2 - vedere axonometrică a unui ansamblu schimbător de căldură cu partea de colectare din^material plastic compozit şi legătură cu centrala termică, prin şuruburi şi etanşare cu inele O din cauciuc rezistent la temperatură; - figura 3 - vedere axonometrică a unui ansamblu schimbător de căldură cu două rânduri de ţevi, cu partea de colectare din material plastic compozit şi legătura cu centrala termică prin şuruburi şi etanşare cu inele O din cauciuc rezistent la temperatură; - figura 4 - vedere în plan a unui ansamblu schimbător de căldură format din conducte drepte, aripioare (nu sunt figurate integral) şi ansambluri colectoare, realizat prin brazare; - figura 5 - secţiune prin conductele drepte ale unui ansamblu schimbător de căldură; - figura 6 - secţiune prin conductele drepte ale unui ansamblu schimbător de căldură, care au montate la interior şicane; - figura 7 - vedere în plan a modului de calibrare interioara cu o broşă a conductelor; - figura 8 - vedere axonometrică, a unei aripioare 2a, pentru conducte circulare şi elipsoidale aşezate pe un rând, a unui ansamblu schimbător de căldură; - figura 9 - vedere axonometrică, a unei aripioare 2b, pentru conducte circulare pe un rând, a unui ansamblu schimbător de căldură; - figura 10 - vedere axonometrică, a unei aripioare 2c, pentru două rânduri de conducte circulare, rândul de sus care furnizează energia termică direct din arderea combustibilului, rândul de jos, care furnizează energia termică provenită din căldura latentă de condensare; - figura 11 - secţiune printr-un dispozitiv pentru depunerea aliajului de lipit a aripioarelor de conducte; - figura 12 - unghiurile aripioarelor pentru asigurarea interstiţiului şi pasului între aripioare la montaj şi uşurării depunerii materialului de lipit la brazare; - figura 13 - vedere axonometrică a unui ansamblu colector metalic ce se fixează la capetele conductelor ansamblului schimbător de căldură; - figura 14 - vedere axonometrică a unei piese de capăt 3; - figura 15 - secţiune printr-un ansamblu colector metalic; - figura 16 - vedere axonometrică a unui ansamblu colector din material plastic compozit fixat cu Şuruburi şi etanşat cu inele O din cauciuc rezistent la temperatură.

Schimbătorul de căldură conform invenţiei este format din două părţi, dintr-o parte metalica A, figurile 1, 2 si 3, care asigura schimbul termic şi dintr-o parte de colectare şi legătură cu centrala termica B, metalica, figura 1 şi din plastic compozit figurile 2 şi 3.

Partea de schimb de căldură este constituită, figura 4, din nişte conducte drepte 1, prin care circulă agentul termic furnizat de o centrală termică, nepoziţionată, în sine cunoscută, conducte pe care sunt asamblate nişte aripioare 2, iar capetele conductelor sunt fixate la câte un ansamblu colector format dintr-o piesă de capăt 3 şi un colector metalic 9 figura 13, toate asamblate nedemontabil prin brazare în cuptor cu atmosferă controlată.

Cele două ansambluri colectoare, figura 13, prin construcţia lor, asigură circulaţia agentului termic între intrarea şi ieşirea lui din schimbător pe conducte în sensuri succesiv opuse, lungind traseul circuitului, pentru un mai bun schimb de căldură.

Conductele pot avea o secţiune circulară, 1a sau elipsoidală 1b, figura 5.

Pentru creşterea schimbului de căldură cu mediul ambiant, pe conductele 1 se montează nişte şicane 4, respectiv 4a pentru conducte circulare şi 4b pentru conducte elipsoidale, figura 6, formate din table de lungimi aproximativ egale cu lungimea conductelor 1, care au aripioare obţinute prin decupare şi deformare.

Conductele 1 au dimensiuni controlate şi prin intermediul unui dispozitiv se introduc pe ele aripioarele 2, procesul de brazare presupunând existenta unor distante minime între suprafeţele exterioare ale conductelor şi suprafeţele interioare ale aripioarelor, pentru pătrunderea aliajului de lipit. întrucât, în cazul conductelor, coeficientul termic de dilatare longitudinală este mai mare decât cel de dilatare transversală, iar în cazul aripioarelor coeficientul de dilatare transversal este mai mare decât cel longitudinal, la o temperatură de brazare de aproximativ 1000 °C, distanţa minima dintre suprafeţe având tendinţa să se mărească, considerent pentru care în vederea eliminării acestui neajuns este necesar ca la temperatura mediului ambiant de circa 20°C, între aripioare şi ţevi să existe un joc egal cu zero sau negativ, situaţie obţinută prin calibrarea dimensiunilor interioare ale conductelor 1 cu o s6ulă specială, respectiv o broşă 5, după montarea aripioarelor 2 şi a pieselor de capăt 3, figura 7.

Aripioarele 2 au diverse forme funcţie de destinaţia lor, astfel nişte aripioare 2a, figura 8, pentru schimbător de căldură cu un singur rând de conducte circulare şi elipsoidale, pentru utilizarea energiei termice provenite de la arderea combustibilului într-o centrală termică. Aşezarea conductelor în aripioare se face pe bordurări ale acestora; pentru conducte circulare nişte bordurări a, iar pentru conducte elipsoidale nişte bordurări b, figura 8.

Aripioarele au bordurări şi decupări pentru o încărcare termică uniformă a lor astfel sunt realizate nişte bordurări triunghiulare cu colţuri rotunjite c, figura 8 şi circulare d, pentru curgerea controlată a gazelor de ardere, figura 9, iar pentru depunerea aliajului de lipit, sunt realizate nişte decupări e, figurile 8, 9,10. Aşezarea conductelor în aripioare se face pe bordurările b ale unei aripioare 2a sau 2c. Pentru două conducte circulare, rândul de sus, furnizează energia termica directa din arderea combustibilului, rândul de jos, furnizează energia termică provenită din căldura latentă de vaporizare, figura 10.

Pentru depunerea aliajului de lipit prin decupările e se utilizează un dispozitiv, figura 11, format din mai multe seringi 6, egal cu numărul de ţevi, pe toată lungimea de conductă acoperită de aripioare, aliajul de lipit fiind împins pe conducte şi respectiv la baza aripioarelor de nişte cilindri cu piston 8, acţionaţi manual sau automat.

Pentru asigurarea unui interstiţiu necesar brazării cu un pas p între aripioare, acestea, prin ambutisare, au un unghi a cuprins intre 7°-9° şi un unghi β cuprins între 45°-50°, figura 12.

Ansamblul schimbător de căldură, are partea de colectare şi legătură cu centrala termică realizată fie printr-un ansamblu colector din oţel, de preferinţă inox, figura 13, fie din material plastic compozit figura 16.

Colectoarele din oţel, de preferinţă inox, 9 se solidarizează cu piesa de capăt din oţel, de preferinţă inox, 3, pentru realizarea ansamblului colector prin brazare, ceea ce presupune existenţa unui premontaj bine definit dimensional, obţinut prin execuţia unor decupări f, a unor îndoituri g precum şi execuţia înainte de brazare a unor puncte de sudură h, figurilel4si 15.

Partea de colectare şi legătură cu centrala termică, realizată din material plastic compozit, se fixează la partea de schimbător de căldură prin nişte şuruburi 10 şi se etanşează cu nişte inele O, 11, partea de legătură formată dintr-un colector 12 şi un capac 13 se solidarizează prin lipire sau sudură în zona de contact, figura 16.

Claims (7)

1. REVENDICĂRI

   1. Schimbător de căldură gaze-lichid, destinat transferului termic, de la un mediu primar, combustibil de ardere, furnizor de gaze arse fierbinţi sau de la altă sursă de gaze fierbinţi, la un mediu secundar, lichid, utilizat pentru prepararea agentului termic, necesar încălzirii şi producerii apei calde menajere, sau a încălzirii unui habitaclu, schimbător de căldură ce poate fi utilizat pentru cazane murale cu ardere normală, în principal, ^ar care prin suprapunere şi închidere etanşă a camerei de ardere poate fi extins şi la centrale în condensaţie, caracterizat prin aceea că este constituit din două părţi, o parte (A), metalică, care asigură schimbul de căldură între gazele fierbinţi şi agentul termic şi o parte (B) de colectare şi legătură cu centrala termică, care poate fi metalică sau material plastic compozit.
2. 2. Schimbător de căldură, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că partea metalică (A) este constituită din nişte conducte drepte (1), de secţiune circulară sau elipsoidală, pe care sunt asamblate nişte aripioare (2), iar capetele conductelor sunt fixate la cate un ansamblu colector format din piesele de capăt (3) şi colectoarele (9), toate asamblate nedemontabil.
3. 3. Schimbător de căldură, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că cele două ansambluri colectoare formate din piesele de capata (3) şi colectoarele (9), prin construcţia lor, asigură circulaţia agentului termic între intrarea şi ieşirea lui din schimbător pe conducte în sensuri succesiv opuse, lungind traseul circuitului, pentru un schimb de căldură mai bun.
4. 4. Schimbător de căldură, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că pentru creşterea schimbului de căldură dintre gazele fierbinţi şi agentul termic, pe conductele (1) sunt montate nişte şicane (4a) pentru conducte circulare şi (4b) pentru conducte elipsoidale, formate din table de lungimi aproximativ egale cu lungimea conductelor (1).
5. 5. Schimbător de căldură, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că aripioarele (2) au diverse forme funcţie de destinaţia lor, astfel nişte aripioare (2a), sunt pentru un singur rând de conducte circulare şi elipsoidale, care utilizează energia termică provenită direct din arderea combustibilului într-o centrală termică, nişte aripioare (2c) pentru două conducte circulare, rândul de sus, care furnizează energia termică directă din arderea combustibilului, rândul de jos, care furnizează energia termică provenită din căldura latentă de vaporizare.
6. 6. Schimbător de căldură, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că aşezarea conductelor în aripioare se face pe bordurări ale acestora, pentru conducte circulare nişte bordurări (a), pentru conducte elipsoidale nişte bordurări (b). 4 7 Schimbător de căldură, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că aripioarele au bordurări şi decupări pentru o încărcare termică uniformă a lor, astfel bordurări triunghiulare cu colţuri rotunjite (c), circulare (d), asigurând curgerea controlată a gazelor de ardere.
7. 8. Schimbător de căldură, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că partea de colectare şi legătură cu centrala termică, realizată din material plastic compozit, se fixează la partea de schimbător de căldură prin nişte şuruburi (10) şi se etanşează cu nişte inele O, (11), partea de legătură fiind formată dintr-un colector (12) şi un capac (13) ce se solidarizează prin lipire sau sudură în zona de contact.