RU2476799C2

RU2476799C2 - Heat exchanger

Info

Publication number: RU2476799C2
Application number: RU2009101457/06A
Authority: RU
Inventors: Рогер ДОЕНГЕС; Рюдигер СТОК; Гутард ГОЕРГЕ
Original assignee: Виессманн Верке ГмбХ Энд Ко. КГ
Priority date: 2008-02-12
Filing date: 2009-01-20
Publication date: 2013-02-27
Also published as: EP2090858B1; RU2009101457A; DK2090858T3; SI2090858T1; DE102008008734A1; ES2341507T3; HRP20100367T1; PL2090858T3; EP2090858A1; DE502009000007D1; ATE463709T1

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: heat exchanger comprising a twisted pipeline, supplying a fluid working medium to the heat exchanger, a helical axis of horizontal direction and parts of the twisted pipeline arranged on the top and bottom from the helical axis. In accordance with this invention the helical pipeline provides for a double-section passage circuit, besides, the first passage circuit having large dimensions is designed for the working medium of the heat exchanger, and the second smaller circuit of passage is designed as a ventilation circuit. At the same time for each spiral passage in the upper part of the helical axis on a part of the twisted pipeline there is at least one hole for air exhaust, which connect to each other the first and second passage circuits.

EFFECT: provision of maximum possible ventilation for a heat exchanger with a pipeline of twisted type and a horizontal helical axis.

9 cl, 4 dwg

Description

Изобретение соотносится с теплообменником, соответствующим широкому описанию патентной формулы 1.The invention relates to a heat exchanger corresponding to the broad description of Patent Formula 1.

Теплообменник упомянутого ранее вида, который в соответствии с DE 20009560 состоит из витого трубопровода спирального типа, проводящего к теплообменнику жидкую рабочую среду, винтовой оси горизонтального направления и частей витого трубопровода, расположенных сверху и снизу от винтовой оси. На внешней окружности витого трубопровода теплообменника предусмотрены патрубки для подключения приточно-отточной циркуляции, которая служит не только для подачи и отвода рабочей среды теплообменника, но и для вентиляции. Данный теплообменник является частью отопительного котла; он огибает камеру горения с горелкой, из которой по направлению потока витого трубопровода отходит отработанный газ и отдает свое тепло жидкой рабочей среде теплообменника.A heat exchanger of the aforementioned type, which, in accordance with DE 20009560, consists of a spiral-type coiled tubing that conducts a liquid working medium to the heat-exchanger, a horizontal axis of the helical axis and parts of a coiled tubing located above and below the helical axis. On the outer circumference of the twisted pipe of the heat exchanger, nozzles are provided for connecting the supply and exhaust circulation, which serves not only to supply and discharge the working medium of the heat exchanger, but also for ventilation. This heat exchanger is part of a boiler; it goes around the combustion chamber with a burner, from which the exhaust gas leaves in the direction of the flow of the twisted pipeline and gives its heat to the liquid working medium of the heat exchanger.

Основная задача изобретения сводится к тому, чтобы обеспечить теплообменник с трубопроводом витого типа и горизонтальной винтовой осью максимально возможной вентиляцией вне зависимости от оснащения теплообменника описанными выше патрубками для подключения приточно-отточной циркуляции.The main objective of the invention is to provide a heat exchanger with a twisted-type pipe and a horizontal screw axis with the maximum possible ventilation, regardless of the equipment of the heat exchanger with the above-described nozzles for connecting the supply and exhaust circulation.

Данная задача в отношении теплообменника первоначально указанного вида решается посредством характеристик, которые представлены в приведенных в патентной формуле 1 свойствах. При этом следует учитывать, что соответствующий изобретению теплообменник не ограничивается применением в отопительном котле, но также может быть установлен и в емкостных водонагревателях (в данном случае теплообменник окружен не отходящим газом горелки, а омывается подогреваемой водой), в которых равным образом может возникать проблема ухудшения теплообмена вследствие подачи газа.This problem in relation to the heat exchanger of the originally specified type is solved by the characteristics that are presented in the properties given in patent formula 1. It should be borne in mind that the heat exchanger according to the invention is not limited to use in a heating boiler, but can also be installed in capacitive water heaters (in this case, the heat exchanger is surrounded by non-exhaust gas from the burner, but washed by heated water), in which the problem of deterioration can equally occur heat transfer due to gas supply.

Таким образом, изобретение предполагает, что контур протекания витого трубопровода обнаруживает два контура протекания, первый из которых имеет большие размеры и предусмотрен для рабочей среды теплообменника, а второй меньший контур протекания спиральной формы спроектирован для обеспечения вентиляции, причем для каждого спирального прохода в области описанной выше винтовой оси на витом трубопроводе имеется, как минимум, по одному отверстию для выпуска воздуха, которые связывают между собой первый и второй контуры протекания.Thus, the invention assumes that the flow path of the twisted pipeline detects two flow paths, the first of which is large and designed for the working environment of the heat exchanger, and the second smaller spiral flow path is designed to provide ventilation, and for each spiral passage in the region described above the screw axis on the twisted pipe has at least one air outlet that connects the first and second flow paths.

При этом условие «двухсекционного контура протекания» обеспечивает не только техническую возможность принципиально цельного витого трубопровода с двумя камерами протекания, но и функцию последующего внедрения в витой трубопровод дополнительных конструктивных элементов. Другими словами, если при таком варианте в витой трубопровод устанавливается дополнительный витой трубопровод (вентиляционный контур), то скапливающийся воздух или газ теоретически будут удаляться через предусмотренное преимущественно в верхней области каждого контура отверстие для выпуска воздуха.At the same time, the condition of a “two-section flow path” provides not only the technical feasibility of a fundamentally integral twisted pipeline with two flow chambers, but also the function of the subsequent introduction of additional structural elements into the twisted pipeline. In other words, if with this option an additional twisted pipe (ventilation circuit) is installed in the twisted pipeline, the accumulated air or gas will theoretically be removed through the air outlet provided primarily in the upper region of each circuit.

Для лучшего понимания изобретения необходимо учитывать следующее: в теплообменниках с трубопроводами витой формы и горизонтальной винтовой осью принципиальная проблема сводится к тому, что газ, поступающий в теплообменник с рабочей средой, по условиям гравитации скапливается в верхней области витого трубопровода, что является нежелательным, т.к. способствует ухудшению теплообмена. Конструкция теплообменника, выполненная в соответствии с DE 20009560 U1, предполагает, что на каждом втором контуре имеется патрубок, через который этот газ может быть удален (газ скапливается в контурах протекания в любом случае, даже при отсутствии таких патрубков). В теплообменниках, в которых подобные патрубки не предусмотрены, например, соответствующих ЕР 1562006 А1, проблематичность такого явления напрямую зависит от размера конструкции.For a better understanding of the invention, it is necessary to consider the following: in heat exchangers with twisted-shaped pipelines and a horizontal helical axis, the fundamental problem is that the gas entering the heat exchanger with the working medium accumulates in the upper region of the twisted pipeline under gravity conditions, which is undesirable, i.e. to. contributes to the deterioration of heat transfer. The design of the heat exchanger, made in accordance with DE 20009560 U1, assumes that on every second circuit there is a nozzle through which this gas can be removed (gas accumulates in the flow paths in any case, even in the absence of such nozzles). In heat exchangers in which such pipes are not provided, for example, corresponding to EP 1562006 A1, the problematic nature of this phenomenon directly depends on the size of the structure.

Настоящее изобретение решает данную проблему, т.к. обеспечивает возможность удаления газа именно в тех местах, где он скапливается, т.е. предусматривает в этих местах, как минимум, по одному отверстию для выпуска воздуха, через которые можно отводить газ.The present invention solves this problem, because provides the ability to remove gas precisely in those places where it accumulates, i.e. provides in these places at least one opening for the release of air through which gas can be vented.

Помимо того, что вентиляционный контур по плоскости сечения должен быть меньше витого трубопровода, данное условие предполагает, что вентиляционные отверстия, во-первых, должны быть расположены в трубопроводе определенным образом, и, во-вторых, способствовать устранению, прежде всего, газа и мелких частиц из рабочей среды теплообменника. Это условие более подробно описывается далее. Усовершенствованные варианты теплообменника согласно данному изобретению раскрыты в соответствующих зависимых пунктах формулы.In addition to the fact that the ventilation circuit along the section plane must be smaller than the twisted pipeline, this condition assumes that the ventilation holes, firstly, must be located in the pipeline in a certain way, and, secondly, help to eliminate, first of all, gas and small particles from the working environment of the heat exchanger. This condition is described in more detail below. Improved variants of the heat exchanger according to this invention are disclosed in the respective dependent claims.

Теплообменник, отвечающий условиям изобретения, а также его усовершенствованные варианты, описанные в формуле изобретения, детально показаны на следующих графических рисунках различных вариантов исполнения:A heat exchanger that meets the conditions of the invention, as well as its improved options described in the claims, are shown in detail in the following graphic drawings of various embodiments:

рис.1 - схематичное изображение первого конструктивного исполнения теплообменника, соответствующего настоящему изобретению, в продольном сечении;Fig. 1 is a schematic representation of a first embodiment of a heat exchanger according to the present invention in longitudinal section;

рис.2 - перспективное частичное изображение предпочтительной формы исполнения вентиляционного контура на витом трубопроводе со специальными выступами;Fig. 2 - perspective partial image of the preferred form of the ventilation circuit on a twisted pipe with special protrusions;

рис.3 - перспективное частичное изображение вентиляционного контура, соответствующего рис.3, без витого трубопровода; и рис.4 - перспективное изображение вентиляционного контура, как отдельного конструктивного элемента.Fig. 3 - perspective partial image of the ventilation circuit corresponding to Fig. 3, without a twisted pipeline; and Fig. 4 is a perspective image of the ventilation circuit as a separate structural element.

На рис.1 изображена абстрактная форма исполнения теплообменника, соответствующего настоящему изобретению, который состоит (данное пояснение также соотносится с конструктивными формами исполнения, представленными на рисунках 2-4) из витого трубопровода 1, проводящего к теплообменнику жидкую рабочую среду, который обнаруживает прямоугольный контур протекания, винтовой оси 2 горизонтального направления и частей витого трубопровода 3 и 4, которые расположены сверху и снизу от винтовой оси 2. При этом витой трубопровод имеет спиралевидную форму. В случае если трубопровод применяется в качестве теплообменника для отопительного котла, на нем предусматривается прорезь для протекания 10 (показано заштрихованным контуром), через которую протекает горячий отработанный газ горелки и тем самым подогревает рабочую среду теплообменника в витом трубопроводе.Fig. 1 shows an abstract embodiment of a heat exchanger in accordance with the present invention, which consists (this explanation also relates to the structural forms of execution shown in Figs. 2-4) of a twisted pipeline 1 that conducts a liquid working medium to the heat exchanger, which detects a rectangular flow path , the screw axis 2 of the horizontal direction and the parts of the twisted pipe 3 and 4, which are located above and below the screw axis 2. In this case, the twisted pipe has a spiral shape mu. If the pipeline is used as a heat exchanger for a heating boiler, a slot for flow 10 (shown by a shaded outline) through which hot exhaust gas from the burner flows and thereby heats the working medium of the heat exchanger in a twisted pipe is provided on it.

Существенным признаком теплообменника, соответствующего условиям настоящего изобретения, является тот факт, что витой трубопровод 1 имеет двухсекционный контур протекания, причем первый контур протекания 5, имеющий большие размеры, предусмотрен для рабочей среды теплообменника, а второй меньший контур протекания 6 спроектирован как вентиляционный контур (система) 7. При этом для каждого спирального прохода в области описанной выше винтовой оси 2 на части витого трубопровода 3 предусмотрено, как минимум, одно отверстие для выпуска воздуха 8, которое связывает между собой первый и второй контуры протекания 5 и 6.An essential feature of a heat exchanger corresponding to the conditions of the present invention is the fact that the coiled tubing 1 has a two-section flow path, the first flow path 5 having large dimensions provided for the working medium of the heat exchanger, and the second smaller flow path 6 is designed as a ventilation circuit (system ) 7. At the same time, for each spiral passage in the region of the screw axis 2 described above, at least one air outlet is provided on the part of the coiled pipeline 3 8, which interconnects the first and second flow paths 5 and 6.

Повторная отсылка к рис.1 свидетельствует о том, что теплообменник представляет собой (как и предполагалось ранее теоретически) принципиально цельную конструкцию с двумя контурами протекания. В данном случае отверстия для выпуска воздуха 8 могут быть выполнены, например, путем двойного сверления витого трубопровода и последующей сварки внешнего отверстия.A repeated reference to Fig. 1 indicates that the heat exchanger is (as theoretically previously assumed) a fundamentally integral design with two flow paths. In this case, the air outlet 8 can be made, for example, by double drilling a twisted pipe and subsequent welding of the external hole.

Однако более предпочтительным с технологической точки зрения представляется решение, соответствующее рис.2-4, которое предполагает исполнение вентиляционного контура 7 в качестве отдельного конструктивного элемента с последующей установкой в витой трубопровод, причем под «установкой» в частности подразумевается штопорообразное «ввинчивание» или «ввертывание» выполненного вентиляционного контура 7 спиралевидной формы в витой трубопровод 1.However, from a technological point of view, the solution corresponding to Fig. 2-4, which involves the execution of the ventilation circuit 7 as a separate structural element with subsequent installation in a twisted pipeline, is more preferable, and by “installation” in particular is meant a corkscrew “screwing in” or “screwing in” »Completed ventilation circuit 7 spiral shape in a twisted pipe 1.

Для того, чтобы через вентиляционный контур 7 устранялось как можно меньше рабочей среды теплообменника, площадь поперечного сечения отверстия для выпуска воздуха 8 должна быть меньше контура протекания 6 вентиляционной системы 7. Кроме того, поскольку контур протекания 5 для рабочей среды теплообменника больше контура протекания 6 вентиляционной системы 7, соответственно площадь поперечного сечения отверстия для выпуска воздуха 8 должна быть намного меньше контура протекания 5 для рабочей среды теплообменника. Данное условие обуславливает перепад давления внутри теплообменника, что, во-первых, обеспечивает хорошую вентиляцию, а во-вторых, приводит к весьма незначительным потерям рабочей среды теплообменника через вентиляционный контур.In order to eliminate as little as possible the working medium of the heat exchanger through the ventilation circuit 7, the cross-sectional area of the air outlet 8 should be smaller than the flow path 6 of the ventilation system 7. In addition, since the flow path 5 for the working medium of the heat exchanger is larger than the flow path 6 of the ventilation system 7, respectively, the cross-sectional area of the air outlet 8 should be much smaller than the flow path 5 for the working medium of the heat exchanger. This condition causes a pressure drop inside the heat exchanger, which, firstly, provides good ventilation, and secondly, leads to very small losses of the working environment of the heat exchanger through the ventilation circuit.

Наиболее предпочтительное технологическое решение предусматривает круглую форму контура протекания 6 вентиляционной системы 7 и круговое сечение отверстия для выпуска воздуха 8. Разумеется, для вентиляционного контура 7 также можно использовать другие профили (например, прямоугольные) и формы отверстия для выпуска воздуха 8 (например, щелевые). Очевидно, что трубчатый контур с простым отверстием или несколькими отверстиями более прост в изготовлении.The most preferred technological solution provides for the circular shape of the flow path 6 of the ventilation system 7 and the circular cross section of the air outlet 8. Of course, other profiles (for example, rectangular) and the shapes of the air outlet 8 (for example, slotted) can also be used for the ventilation circuit 7 . Obviously, a tubular circuit with a simple hole or several holes is easier to manufacture.

С целью обеспечения более надежного положения вентиляционного контура 7 внутри витого трубопровода 1 предполагается (см. рис.4), что выполненный в спиралевидной форме вентиляционный контур 7 предпочтительно должен выступать на три радиуса и внутри витого трубопровода 1 опираться на выступы 9. При этом определяемые с учетом выступов 9 внешние диаметры вентиляционного контура 7 примерно соответствуют внутреннему диаметру контура протекания 5 для рабочей среды теплообменника, т.е. после ввинчивания вентиляционный контур 7 должен упруго подпираться внутренними стенками витого трубопровода 1 для постоянного обеспечения безопасного положения вентиляционного контура 7 внутри витого трубопровода 1, что особенно важно применительно к положению отверстия для выпуска воздуха 8, т.к. вентиляция теплообменника лучше всего функционирует тогда, когда отверстие для выпуска воздуха 8 находится в самом верху внутри витого трубопровода 1. В связи с этим, предпочтительнее в верхней области верхней части витого трубопровода 3 расположить один из выступов 9, на котором должно быть предусмотрено отверстие для выпуска воздуха 8 (см. рис.2 и 3).In order to ensure a more reliable position of the ventilation circuit 7 inside the twisted pipe 1, it is assumed (see Fig. 4) that the spiral-shaped ventilation circuit 7 should preferably protrude three radii and rely on the protrusions 9 inside the twisted pipe 1. taking into account the protrusions 9, the external diameters of the ventilation circuit 7 approximately correspond to the internal diameter of the flow path 5 for the working medium of the heat exchanger, i.e. after screwing in, the ventilation circuit 7 must be elastically supported by the inner walls of the twisted pipe 1 to constantly ensure a safe position of the ventilation circuit 7 inside the twisted pipe 1, which is especially important with respect to the position of the air outlet 8, because ventilation of the heat exchanger functions best when the air outlet 8 is located at the very top inside the coiled pipe 1. In this regard, it is preferable to arrange one of the protrusions 9 in the upper region of the upper part of the coiled pipe 3, on which the outlet must be provided air 8 (see Fig. 2 and 3).

Отвечающий требованиям изобретения теплообменник, а именно техническое оснащение теплообменника, соответствующее условиям изобретения, функционирует следующим образом:The heat exchanger that meets the requirements of the invention, namely the technical equipment of the heat exchanger, corresponding to the conditions of the invention, operates as follows:

рассмотрим, например, новую установку отопительного котла с теплообменником горизонтальной ориентации. Поступающий с рабочей средой теплообменника растворенный газ (в частности, воздух) по условиям гравитации скапливается в верхней точке витого трубопровода 1. Однако в связи с тем, что именно в этой точке предусмотрен вентиляционный контур 7 с отверстием для выпуска воздуха 8, этот газ может быть удален через вентиляционный контур 7, который хотя бы временно (например, с помощью клапана быстрого выхлопа) соединяется с окружающей средой теплообменника. Другими словами, благодаря давлению в теплообменнике избыточный газ удаляется из теплообменника через отверстие для выпуска воздуха 8 и вентиляционный контур 7, устраняя причины, препятствующие процессу теплообмена. В противоположность известным способам удаления газа из горизонтально расположенного теплообменника (как правило, вследствие высокой пропускной способности теплообменника) теплообменник, отвечающий условиям настоящего изобретения, отличается наличием во всех контурах ввинченной вентиляционной системы с внешними отверстиями, обеспечивающими эффективное прохождение воздуха, причем подобное удаление воздуха может осуществляться, как при запуске теплообменника в эксплуатацию, так и повторно в любой момент после него.consider, for example, a new installation of a heating boiler with a horizontal orientation heat exchanger. Dissolved gas entering the working medium of the heat exchanger (in particular, air) accumulates under the conditions of gravity at the upper point of the twisted pipe 1. However, due to the fact that it is at this point that a ventilation circuit 7 with an air outlet 8 is provided, this gas can be removed through the ventilation circuit 7, which at least temporarily (for example, using the quick exhaust valve) is connected to the environment of the heat exchanger. In other words, due to the pressure in the heat exchanger, excess gas is removed from the heat exchanger through the air outlet 8 and the ventilation circuit 7, eliminating the reasons that impede the heat exchange process. In contrast to the known methods for removing gas from a horizontally located heat exchanger (usually due to the high throughput of the heat exchanger), the heat exchanger that meets the conditions of the present invention is characterized by the presence in all circuits of a screwed ventilation system with external openings that provide efficient air passage, and such air removal can be carried out , both when starting the heat exchanger in operation, and repeatedly at any time after it.

Наконец, настоящее изобретение предусматривает соответствующее отведение обоих концов вентиляционного контура из витого трубопровода 1. Для этого (см. рис.2) может применяться, например, крышка (на рисунке не показана), которая будет закрывать витой трубопровод и одно из отверстий контура вентиляционной системы. При этом необходимо пояснить, что исполнение вентиляционного контура согласно рис.2, по меньшей мере, первоначально, должно быть выполнено с учетом возможности беспрепятственного свинчивания. Кроме того, канал для прохождения воздуха, как минимум, одной стороной вентиляционного контура должен быть открыт для среды (например, рабочей среды теплообменника), которая обеспечит минимальный уровень давления.Finally, the present invention provides for the appropriate removal of both ends of the ventilation circuit from the twisted pipe 1. For this (see Fig. 2), for example, a cover (not shown) can be used that will close the twisted pipe and one of the holes in the ventilation system circuit . It is necessary to clarify that the design of the ventilation circuit according to Fig. 2, at least initially, should be made taking into account the possibility of unhindered make-up. In addition, the channel for the passage of air, at least one side of the ventilation circuit must be open to the medium (for example, the working medium of the heat exchanger), which will ensure a minimum pressure level.

Перечень отсылочных позицийList of reference items

1 Витой трубопровод1 Twisted pipe

2 Винтовая ось2 screw axis

3 Часть витого трубопровода3 Part of a twisted pipeline

4 Часть витого трубопровода4 Part of a twisted pipeline

5 Первый контур протекания5 First flow path

6 Второй контур протекания6 Second flow path

7 Вентиляционный контур (система)7 Ventilation circuit (system)

8 Отверстие для выпуска воздуха8 Air outlet

9 Выступ9 Projection

10 Прорезь для протекания.10 Slot for leakage.

Claims

1. A heat exchanger consisting of a twisted pipe (1) conducting a liquid working medium to the heat exchanger, a horizontal axis of a screw axis (2) and parts of a spiral pipe (3 and 4), which are located above and below the screw axis (2), characterized in that the twisted pipeline (1) contains a two-section flow path, the first flow path (5) having large dimensions, designed for the working environment of the heat exchanger, and the second smaller flow path (6) is designed as a ventilation circuit (7), for each spiral of the passage in the upper region of the helical axis (2) on the part of the coiled pipeline (3) there is at least one hole for the release of air (8), which connect the first and second flow paths (5, 6).

2. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the ventilation circuit (7) is made as a separate structural element installed in a twisted pipe (1).

3. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the air outlet (8) has a cross-sectional area smaller than the flow path (6) of the ventilation circuit (7).

4. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the flow path (6) of the ventilation circuit (7) is made round.

5. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the air outlet (8) has a circular cross section or is made in the form of a narrow or slotted opening.

6. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the ventilation circuit (7) has a spiral shape.

7. The heat exchanger according to claim 6, characterized in that the ventilation circuit (7) is spiral-shaped distributed around the circumference and preferably protrudes over three radii, and is supported on the protrusions (9) inside the coiled pipeline (1).

8. The heat exchanger according to claim 7, characterized in that one of the protrusions (9) is located in the upper region of the upper part of the twisted pipe (3), and an opening for discharging air (8) is made on such a protrusion (9).

9. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the design of the ventilation circuit (7) provides at least a temporary connection with the working medium of the heat exchanger.