SK5399Y1

SK5399Y1 - Flueway heat exchanger

Info

Publication number: SK5399Y1
Application number: SK50029-2009U
Authority: SK
Inventors: Peter Bohm
Original assignee: Peter Bohm
Priority date: 2009-04-07
Filing date: 2009-04-07
Publication date: 2010-03-08
Also published as: SK500292009U1

Abstract

Interior heat flue exchanger consists of a hollow jacket body (1) with a lower input and an upper output neck (2, 3), wherein the vertical pipe system (6) is deployed with the optimum spacing in the internal circumference of the hollow jacket body (1) so that the spatial rectifier (7) of thrust gas, whose height is less than height of pipes (6), is placed in the central part of the hollow jacket body (1). The spatial rectifier (7) contains front cone leading areas. The aperture (9) is placed above the lower input neck (2). The vertical pipes (6) contain inserts (10).

Description

Technické riešenie sa týka konštrukčného usporiadania interiérového výmenníka tepla k dymovodu ako prídavného výmenníka tepla k vykurovacím interiérovým telesám na fosílne palivá na využitie odpadového tepla z dymovodu, čo má za následok zníženie komínovej straty. Technické riešenie spadá do oblasti vykurovacej techniky.The technical solution relates to the structural arrangement of the interior heat exchanger to the flue gas duct as an additional heat exchanger to the fossil fuel interior heating elements for the utilization of the waste heat from the flue gas duct, resulting in a reduction of the chimney loss. The technical solution belongs to the area of heating technology.

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Zo stavu techniky sú známe rôzne konštrukcie výmenníkov tepla ako prídavných zariadení aplikovaných ku konštrukčným zariadeniam na prepravu teplonosných médií úžitkových alebo aj odpadových alebo odvádzanie spalín s dostatočne vysokou teplotou. Uvedené skutočnosti sú opísané napríklad v československom patente č. 270 243, kde k rúre na prepravu horúceho plynu sa aplikuje sústava rúrok, v ktorých prúdi kvapalné médium odvádzajúce teplo od prepravovaného plynného média.Various heat exchanger designs are known in the art as auxiliary devices applied to construction devices for the transport of heat transfer fluids for utility or even waste or exhaust gases with a sufficiently high temperature. These facts are described, for example, in Czechoslovak patent no. 270 243, wherein a plurality of tubes are applied to the hot gas transport tube in which a liquid medium conducting heat dissipates from the transported gaseous medium.

Taktiež je známy výmenník tepla odpadových plynov opísaný v slovenskom patentovom spise č. 284 298, ktorý je aplikovaný najmä pre blokové teplárne so spaľovacím motorom na pohon generátora. Odpadové teplo zo spaľovacieho motora sa cez kvapalinový okruh dostáva do výmenníka tepla, ktorý pozostáva z dvojplášťových rúr usporiadaných vždy v smere prúdenia odpadových plynov so sklonom. V rúrkach sa nachádzajú závitovkové skrutkovice so smerom stúpania, ktorý sa mení od dvojplášťovej rúry. Vstup odpadových plynov do výmenníka tepla odpadových plynov a aj vedenie odpadových plynov od jednej k druhej dvojplášťovej rúre sú usporiadané tangenciálne. Obdobná problematika bola ešte skôr riešená technickými konštrukciami opísanými napríklad v spisoch GB 345 895 A, DE 2909530 a DE 4325193. Nevýhody týchto konštrukcii spočívali vo vysokých nákladoch na technické zhotovenie. Taktiež pri dlhšej dobe prevádzky sa výrazne zhoršil prenos tepla najmä v dôsledku tvorby usadenín sadzi.Also known is a heat exchanger of waste gases described in Slovak patent no. 284 298, which is applied in particular to block heating plants with a combustion engine to drive a generator. The waste heat from the internal combustion engine passes through the liquid circuit to a heat exchanger, which consists of double-walled tubes arranged in each direction in the direction of flow of the waste gases with a gradient. There are screw helixes in the tubes with a direction of inclination that changes from the double-walled tube. The inlet of the waste gases into the waste gas heat exchanger and also the conduit of the waste gases from one to the other of the double-walled tube are arranged tangentially. A similar problem has previously been solved by the technical structures described, for example, in GB 345 895 A, DE 2909530 and DE 4325193. Also, over a longer period of operation, the heat transfer significantly deteriorated mainly due to the formation of soot deposits.

Opísané výmenníky tepla sú vhodné pre veľké priemyselné aplikácie ale nie sú vhodné napríklad do interiérov bytových priestorov s nízko kapacitnými vykurovacími telesami na fosílne palivá. Vo veľkej miere sa nad plameň umiestňuje výmenník ako rúrkový had na ohrev vody pre ústredné kúrenie alebo len úžitkovej teplej vody. Nevýhodou je značný únik tepla a poruchovosť. Iné riešenia predstavujú ploché nádrže vytvorené privarením priamo na vonkajší plášť krbových kachlí.The heat exchangers described are suitable for large industrial applications, but are not suitable, for example, in interior spaces with low-capacity fossil fuel heaters. To a large extent, an exchanger is placed above the flame as a tubular coil for central heating or domestic hot water only. The disadvantage is considerable heat loss and failure rate. Other solutions are flat tanks created by welding directly onto the outer casing of the stove.

Teplo v komínovej časti zostáva u týchto systémov nevyužité. Zúžitkovanie tepla v komínovej časti opisuje riešenie napríklad v slovenskom úžitkovom vzore č. 4069. Podstata riešenia spočíva v tom, že na vonkajšiu stranu komínového potrubia sa v špirále pripevní kovová pásovina. Po vodotesnom s vzduchotesnom zaizolovaní sa cez jeden otvor vháňa chladné médium a druhým otvorom sa odoberá médium ohriate. Inými typmi komínových výmenníkov tepla sú riešenia, kde sú použité duté telesá, v ktorých sú z vonkajšej strany upravené kovové rebrá vytvárajúce kanály výhodne tvaru špirály. Na zvýšenie účinku prestupu tepla sa kovové rebrá tvaru špirály aplikujú aj na vnútornom povrchu komínovej rúry. Nevýhodou týchto komínových výmenníkov tepla je zložitá údržba a nedostatočné čistenie vzhľadom na použité špirálové tvary a nízka účinnosť vzhľadom na malú teplo výmennú plochu.The heat in the chimney section remains unused in these systems. The utilization of heat in the chimney part describes the solution, for example, in the Slovak utility model no. 4069. The essence of the solution is that a metal strip is attached in a spiral to the outside of the chimney pipe. After waterproofing with airtight insulation, cold medium is blown through one opening and the heated medium is removed through the other opening. Other types of chimney heat exchangers are solutions in which hollow bodies are used in which metal ribs forming channels of preferably spiral shape are provided externally. To increase the heat transfer effect, the spiral-shaped metal fins are also applied to the inner surface of the chimney pipe. The disadvantages of these chimney heat exchangers are the difficult maintenance and insufficient cleaning due to the spiral shapes used and the low efficiency due to the low heat exchange surface.

Existujú aj výmenníky, ktoré sa aplikujú ako medzičlánky medzi spaľovacím zariadením na tuhé palivo napr. pec, krb a komínom. Môžu byť konštruované na ohrev vzduchu alebo vody. Ďalšie typy výmenníkov sú tvorené napríklad potrubím, ktoré len horizontálne prechádzajú dymovodom, pričom cirkulácia zohriateho média je väčšinou samovoľným prúdením, čo je pri horizontálnom usporiadaní neúčinné. Existujú aj výmenníky tepla opísané napríklad v americkom spise US 4 291 669, ktoré majú centrálnu vložku v dvoch variantoch a to v podobe kotúčov s rovnými a kruhovými odsekmi tesne priliehajúcich k stenám, na ktorých sú ešte odrazové steny v tvare písmena „V“ a v druhom variante je ešte navyše hore uzatvorená centrálna rúrka s bočnými otvormi. Táto vložka výrazne tlmí prúdenie tepla a odrazové steny ešte viac brzdia prienik tepla medzi jednotlivými kotúčmi. Pri druhom variante sa zas centrálnou rúrkou dostane teplo rýchlo do hornej časti, kde dochádza k vzájomnému protismernému prúdeniu medzi odsekmi a otvormi v centrálnej rúrke. Prenos tepla sa tak pri oboch variantoch výrazne tlmí a účinnosť celého zariadenia sa znižuje. Ďalšou nevýhodou býva zložitá montáž a demontáž pri opravách, ale najmä pri čistení celého zariadenia.There are also exchangers which are applied as intermediaries between the solid fuel combustion plant e.g. oven, fireplace and chimney. They can be designed to heat air or water. Other types of heat exchangers are formed, for example, by pipes that only pass horizontally through the flue gas duct, whereby the circulation of the heated medium is mostly self-flowing, which is ineffective in a horizontal arrangement. There are also heat exchangers described, for example, in U.S. Pat. No. 4,291,669, which have a central insert in two variants, in the form of discs with straight and circular sections closely adjacent to the walls on which the reflective walls are in the shape of the letter V and the other. In addition, a central tube with side openings is also closed at the top. This insert significantly inhibits the flow of heat and the reflective walls further inhibit the passage of heat between the individual rolls. In the second variant, the heat is rapidly transferred to the upper part by the central tube, where there is a mutual flow between the sections and the holes in the central tube. The heat transfer is thus significantly reduced in both variants and the efficiency of the whole device is reduced. Another disadvantage is the complicated assembly and disassembly during repairs, but especially when cleaning the entire system.

V súvislosti s uvedeným sa naskytla možnosť riešiť výmenník tepla ako medzičlánok medzi spaľovacím zariadením na tuhé palivo napr. pec, krb a komínom.In view of the above, there has been the possibility of designing a heat exchanger as an interface between a solid fuel combustion plant, e.g. oven, fireplace and chimney.

Výsledkom tohto úsilia je ďalej opisovaný interiérový výmenník tepla k dymovodu navrhnutý podľa tohto úžitkového vzoru.The result of this effort is an interior heat exchanger for the flue gas duct designed according to this utility model.

SK 5399 Υ1SK 5399 Υ1

Podstata technického riešeniaThe essence of the technical solution

Uvedené nedostatky sú odstránené konštrukciou interiérového výmenníka tepla k dymovodu podľa tohto technického riešenia, ktorého podstata spočíva v tom, že pozostáva z dutého plášťového kovového telesa napríklad tvaru valca so spodným vstupným a horným výstupným hrdlom. Spodné vstupné hrdlo je spojené so spodným čelom, ktorého priemer je väčší ako je priemer spodného vstupného hrdla. Horné výstupné hrdlo je spojené s horným čelom, ktorého priemer je väčší ako je priemer horného výstupného hrdla. Po vnútornom obvode dutého plášťového telesa s optimálnym odstupom je rozmiestnená sústava vertikálnych rúr. Pritom v stredovej časti dutého plášťového telesa je umiestnený priestorový usmerňovač ťahu spalín, ktorého výška je menšia ako je výška rúr, ktoré sú priechodzie a vyúsťujú jednak z dolného ale aj z horného čela. Priestorový usmerňovač ťahu spalín je tvaru valca, ktorý je dutý. Priestorový usmerňovač ťahu spalín obsahuje čelné kužeľové nábehové plochy, ktoré obsahujú expanzné otvory. Priestorový usmerňovač ťahu spalín je vynímateľný, čím sa zabezpečí ľahký prístup do vnútra výmenníka z dôvodu čistenia od usadenín. Za spodným hrdlom je v optimálnej vzdialenosti umiestnená clona s optimálnym otvorom, ktorá zabezpečuje rozdelenie prúdu spalín a tým napomáha účinnému ohrevu teplovýmenných rúrok v spodnej časti dutého plášťového kovového telesa.These drawbacks are overcome by the construction of the interior heat exchanger to the flue gas duct according to the present invention, which consists in that it consists of a hollow sheathed metal body, for example a cylinder shape with a lower inlet and an upper outlet neck. The lower inlet throat is connected to a lower face whose diameter is greater than the diameter of the lower inlet throat. The upper outlet neck is connected to an upper face whose diameter is greater than the diameter of the upper outlet neck. Around the inner periphery of the hollow casing with optimal spacing is a set of vertical tubes. In the central part of the hollow casing body there is a spatial flue gas flow rectifier whose height is smaller than the height of the tubes which are through and which result from both the lower and the upper face. The spatial flue gas deflector is cylindrical and hollow. The spatial flue gas baffle comprises front conical lead-in faces that include expansion holes. The spatial flue gas baffle is removable, providing easy access to the interior of the exchanger for cleaning. A diaphragm with an optimum aperture is located at the optimum distance behind the lower throat, which ensures the distribution of the flue gas flow and thus facilitates the efficient heating of the heat exchange tubes at the bottom of the hollow metal body.

Na zvýšenie účinkov zariadenia vertikálne rúry obsahujú vložky, ktoré sú do nich vsunuté. Vložky môžu byť vo vyhotovení vertikálnych plechových pásov alebo môžu byť valcového tvaru napríklad rúrky s vhodným priemerom. Tieto vertikálne vložky zvyšujú účinnosť odovzdávania tepla tým, že absorbujú hlavne sálavú zložku tepla z vnútorného povrchu teplovýmenných rúrok a následne ho odovzdajú prúdiacemu vzduchu.To enhance the effects of the device, the vertical tubes comprise inserts which are inserted therein. The inserts may be in the form of vertical sheet metal strips or may be cylindrical in shape, for example, tubes of suitable diameter. These vertical inserts increase the heat transfer efficiency by absorbing, in particular, the radiant heat component from the inner surface of the heat exchange tubes and then passing it on to the flowing air.

Výhody interiérového výmenníka tepla k dymovodu podľa technického riešenia sú zjavné z účinkov, ktorými sa prejavuje navonok.The advantages of the interior heat exchanger to the flue gas duct according to the technical solution are evident from the effects that are manifested externally.

Podstatnou výhodou je fakt, že výmenník vďaka svojmu konštrukčnému riešeniu dosahuje výrazne vyššiu účinnosť ako porovnateľné spalinové výmenníky doposiaľ prístupné na trhu. Je to dosiahnuté predovšetkým tým, že spaliny prúdiace cez výmenník vďaka usporiadaniu teplovýmenných plôch a vhodnými konštrukčnými detailmi na jednej strane dokonalejšie a rovnomerne odovzdávajú svoje teplo a na druhej strane je vhodným tvarom a usporiadaním týchto teplovýmenných plôch dosiahnuté účinnejšie odvádzanie tohto využiteľného tepla do vykurovaného priestoru.An important advantage is that the heat exchanger, thanks to its design, achieves significantly higher efficiency than comparable flue gas heat exchangers hitherto available on the market. This is achieved, in particular, by the fact that the flue gas flowing through the exchanger, due to the arrangement of the heat-exchanging surfaces and suitable construction details, on the one hand more perfectly and uniformly transfers their heat, and on the other.

Ďalšou výhodou je, že vďaka svojej konštrukcii je výmenník ľahko odnímateľný a následne čistiteľný, čo je vzhľadom na to, že je určený pre spotrebiče spaľujúce tuhé fosílne palivá dôležitý aspekt.A further advantage is that, due to its design, the exchanger is easily removable and subsequently cleaned, which is an important aspect for appliances burning solid fossil fuels.

Významnou výhodou je, že vďaka geometrii vnútorných teplovýmenných plôch je pri vysokej účinnosti odovzdávania tepla dosiahnutá veľmi nízka tlaková strata výmenníka.An important advantage is that due to the geometry of the internal heat exchange surfaces, a very low pressure loss of the exchanger is achieved at a high heat transfer efficiency.

Prehľad obrázkov na výkresochBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Konštrukcia interiérového výmenníka tepla k dymovodu podľa úžitkového vzoru bude bližšie objasnená na priložených výkresoch, kde na obr. 1 je znázornené konštrukčné riešenie v pozdĺžnom reze. Na obr. 2 je znázornené konštrukčné riešenie v priečnom reze.The construction of the interior heat exchanger to the flue gas duct according to the utility model will be explained in more detail in the attached drawings, where in FIG. 1 shows a longitudinal section of the construction. In FIG. 2 shows a cross-sectional design.

Príklady uskutočnenia technického riešeniaExamples of technical solution

Rozumie sa, že jednotlivé uskutočnenia technického riešenia sú predstavované pre ilustráciu a nie ako obmedzenia technických riešení. Odborníci znalí stavom techniky nájdu alebo budú schopní zistiť s použitím nie viac ako rutinného experimentovania mnoho ekvivalentov k špecifickým uskutočneniam technického riešenia, ktoré tu budú špeciálne opísané. Aj takéto ekvivalenty budú obsiahnuté v rozsahu nasledujúcich nárokoch na ochranu. Pre odborníkov znalých stavom techniky nemôže robiť problém dimenzovanie takého zariadenia a vhodná voľba jeho materiálov a konštrukčných usporiadaní, preto tieto znaky nebolí detailne riešené.It is to be understood that individual embodiments of the invention are presented for illustration and not as limitations of the invention. Those skilled in the art will find or be able to ascertain using no more than routine experimentation many equivalents to the specific embodiments of the invention specifically described herein. Such equivalents will also be included within the scope of the following claims. For those skilled in the art, the dimensioning of such a device and the appropriate selection of its materials and construction arrangements cannot be a problem, therefore these features are not solved in detail.

Príklad 1Example 1

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu technického riešenia je opísané jedno optimálne konštrukčné riešenie interiérového výmenníka tepla k dymovodu znázornené na priloženom obr. 1 a 2. Interiérový výmenník tepla k dymovodu podľa technického riešenia pozostáva z dutého kovového plášťového telesa 1 tvaru valca so spodným vstupným a horným výstupným hrdlom 2, 3. Spodné vstupné hrdlo 2 je spojené so spodným čelom 4, ktorého priemer je väčší ako je priemer spodného vstupného hrdla 2. Horné výstupné hrdlo 3 je spojené s horným čelom 5, ktorého priemer je väčší ako je priemer horného výstupného hrdla 3. Po vnútornom obvode dutého plášťového telesa 1 je s optimálnym odstupom rozmiestnená sústava vertikál 3In this example of a particular embodiment of the subject matter of the invention, one optimum constructional solution of the interior heat exchanger to the flue gas duct shown in the accompanying FIG. 1 and 2. The interior heat exchanger to the flue gas duct according to the invention consists of a hollow metal casing body 1 of cylindrical shape with a lower inlet and an upper outlet neck 2, 3. The lower inlet neck 2 is connected to a lower face 4 whose diameter is greater than the diameter the upper inlet throat 3 is connected to an upper face 5 whose diameter is greater than the diameter of the upper outlet throat 3. Around the inner circumference of the hollow casing body 1 is a spaced-apart vertical system 3

SK 5399 Υ1 nych rúr 6, ktoré sú priechodzie a vyúsťujú jednak z dolného ale aj z horného čela 4, 5. Počet vertikálnych rúr 6 je variabilný v závislosti na dimenzii výmenníka. Pritom v stredovej časti dutého plášťového telesa 1 je umiestnený priestorový usmerňovač 7 ťahu spalín, ktorého výška je menšia ako je výška rúr 6. Priestorový usmerňovač 7 ťahu spalín je dutý uzavretý valec. Priestorový usmerňovač 7 ťahu spalín obsahuje čelné kužeľové nábehové plochy s expanznými otvormi. Priestorový usmerňovač 7 ťahu spalín je zasunutý koncentricky do priestoru medzi vertikálnymi rúrami 6. Pričom vzdialenosť od rúrok 6 ako aj vertikálna poloha je fixovaná vhodnými dištančnými elementmi 8 pripevnenými na povrch rúrok 6. Variantne môže byť usmerňovač 7 ťahu spalín zavesený na hornom výstupnom hrdle 3. V spodnej časti dutého kovového plášťového telesa 1 tvaru valca je nad spodným hrdlom 2 v optimálnej vzdialenosti umiestnená clona 9 s otvorom vhodnej veľkosti.The number of vertical pipes 6 varies depending on the size of the exchanger. In the central part of the hollow casing body 1 there is a spatial flue gas rectifier 7 whose height is less than the height of the pipes 6. The spatial flue gas rectifier 7 is a hollow closed cylinder. The spatial flue gas rectifier 7 comprises front conical leading surfaces with expansion openings. The spatial flue gas baffle 7 is inserted concentrically into the space between the vertical pipes 6. While the distance from the pipes 6 as well as the vertical position is fixed by suitable spacers 8 attached to the surface of the pipes 6. Alternatively, the flue gas baffle 7 can be hinged on the upper outlet neck 3. In the lower part of the hollow metal casing body 1, a diaphragm 9 with an aperture of a suitable size is located at the optimum distance above the lower neck 2.

Príklad 2Example 2

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu technického riešenia je opísané druhé optimálne konštrukčné riešenie interiérového výmenníka tepla k dymovodu. Interiérový výmenník tepla k dymovodu podľa technického riešenia je dostatočne opísaný v predchádzajúcom príklade. Navyše vertikálne rúry 6 obsahujú vložky 10, ktoré sú vertikálne plechové pásy. Variantne to môžu byť hlavne koaxiálne rúrky vhodného prierezu, alebo špirály alebo skrutkovica.In this example of a particular embodiment of the subject matter of the invention, a second optimum design solution of the interior heat exchanger to the flue gas duct is described. The interior heat exchanger to the flue gas duct according to the invention is sufficiently described in the previous example. In addition, the vertical tubes 6 comprise liners 10 which are vertical sheet metal strips. As a variant, it may be mainly coaxial tubes of suitable cross-section, or spirals or helices.

Priemyselná vy užiteľnosťIndustrial usability

Interiérový výmenník tepla k dymovodu podľa technického riešenia nachádza využiteľnosť všade tam, kde vykurovacia sústava obsahuje interiérovú rúru na odvádzanie spalín.The interior heat exchanger to the flue gas duct according to the technical solution finds utility wherever the heating system contains an interior pipe for exhaust gases.

NÁROKY NA OCHRANUPROTECTION REQUIREMENTS

Claims

An interior heat exchanger for a flue gas duct, characterized in that it consists of a hollow casing (1) with a lower inlet and an upper outlet connection (2, 3), wherein a system is arranged at an optimal distance from the hollow casing (1). vertical tubes (6); in the central part of the hollow casing (1) there is a spatial flue gas flow rectifier (7) whose height is less than the height of the tubes (6).

An indoor flue gas heat exchanger according to claim 1, characterized in that the flue gas flow rectifier (7) is hollow and closed with expansion openings.

Interior flue gas heat exchanger according to claim 1 and 2, characterized in that the flue gas flow rectifier (7) comprises front conical or otherwise shaped leading surfaces.

Interior flue gas heat exchanger according to at least one of Claims 1 to 3, characterized in that a diaphragm (9) is arranged above the lower inlet neck (2).

Interior flue gas heat exchanger according to at least one of Claims 1 to 4, characterized in that the vertical pipes (6) comprise inserts (10).

An interior flue gas heat exchanger according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the inserts (10) are vertical sheet metal strips or coaxial tubes of optimum cross-section, or a spiral or helix.

2 drawings