SK287769B6 - Heat-water exchanger - Google Patents

Abstract

Heat-water exchanger connected with heat exchangers in series consisting of a combustion gas chamber (1), which is separated from an air chamber (3) by a water chamber (2), and this is the cover (1a) of the combustion gas chamber (1). In the air chamber (3) is located a preheating degree (4), whose output is connected to an input (6) into the water chamber (2), and in the combustion gas chamber is located a heated degree (5), whose input is connected to an output (7) from the water chamber (2).

Description

Oblasť technikyTechnical field

Vynález sa dotýka teplovodného výmenníka tepla na získavanie odpadového tepla spalín alebo iných horúcich plynov, zvlášť odpadového tepla z malých tepelných zdrojov, ako sú lokálne domáce tepelné jednotky.The invention relates to a hot-water heat exchanger for recovering waste heat from flue gases or other hot gases, in particular waste heat from small heat sources such as local domestic heat units.

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Oblasť teplovodných výmenníkov tepla pre získavanie odpadového tepla spalín alebo iných horúcich plynov je pomerne značne prepracovaná. Sú známe mnohé patentované riešenia tohto problému. Väčšina riešení je vhodná na získavanie odpadového tepla z väčších tepelných zdrojov produkujúcich vyššie tepelné výkony. Existujú však aj riešenia na získavanie odpadového tepla z lokálnych domácich tepelných jednotiek. Získavanie odpadového tepla z lokálnych domácich tepelných jednotiek má svoje špecifiká. Zvlášť získavanie odpadového tepla z kozubov, kde účinnosť kozubov je pomerne malá a veľké percento odpadového tepla spalín ostáva nevyužité. Pritom teplota spalín z kozubov, prípadne z pecí je vysoká a tak značná časť vytvoreného tepla odchádza bez úžitku komínom.The area of hot-water heat exchangers for recovering waste heat from flue gases or other hot gases is quite sophisticated. Many patented solutions to this problem are known. Most solutions are suitable for extracting waste heat from larger heat sources producing higher heat outputs. However, there are also solutions for extracting waste heat from local domestic heat units. The recovery of waste heat from local domestic heat units has its specifics. In particular, the recovery of waste heat from fireplaces where the efficiency of the fireplaces is relatively small and a large percentage of the waste heat of the flue gas remains unused. At the same time, the temperature of the flue gas from the fireplace or from the furnace is high, and thus a considerable part of the heat generated is discharged without any benefit through the chimney.

Najjednoduchším riešením je jednoduchý tepelný výmenník tvorený jednostupňovým rúrkovým hadom uložený v rozšírenej komínovej vložke, ktorá sa priamo vkladá do komínového potrubia. Nedostatkom takéhoto riešenia je obyčajne nízka účinnosť a vznikajúca kondenzácia spalín na teplovodnej vložke, nakoľko vstupné teplonosné médium má obvykle ďaleko nižšiu teplotu, ako je teplota kondenzácie spalín. To má za následok rýchle zanesenie tepelného výmenníka dechtom a stekanie dechtu po komínovom systéme.The simplest solution is a simple heat exchanger consisting of a single-stage pipe coil embedded in an expanded chimney liner, which is directly inserted into the chimney pipe. The disadvantage of such a solution is usually the low efficiency and the resulting flue gas condensation on the hot-water liner, since the input heat transfer medium is usually at a temperature much lower than the flue gas condensation temperature. This results in rapid tar clogging of the heat exchanger and tar run down the chimney system.

Existujú aj ďalšie riešenia napr. podľa ČS 230473 - Regulovateľný výmenník tepla, ktorého podstata spočíva vtom, že vnútri plášťa je sústredne umiestnený kanál, rozdeľujúci vnútorný priestor plášťa na voľný priechod a teplo zmenný priechod so vstavanými teplo zmennými rúrkami, pričom na konci kanálu sú umiestnené klapkové uzávery, ktorými je možné regulovať prietok spalín jednotlivými časťami. Nedostatky, spojené s kondenzáciu spalín, opísané, však na tomto systéme nie sú vyriešené.There are other solutions eg. according to CS 230473 - Adjustable heat exchanger, which consists in the fact that inside the casing is centrally located channel, dividing the inner space of the casing into free passage and heat exchange passage with built-in heat exchange tubes, to regulate the flue gas flow through individual parts. However, the drawbacks associated with the flue gas condensation described in this system are not solved.

Riešenie podľa ČS 240153 - Zariadenie na ohrev ohrevnej vody teplom spalín, tiež rieši prechod spalín buď cez výmenník, alebo voľne komínom. Nedostatky, spojené s kondenzáciu spalín, opísané, však na tomto systéme nie sú vyriešené.The solution according to CS 240153 - The device for heating hot water by the flue gas heat, also solves the flue gas passage either through the exchanger or freely through the chimney. However, the drawbacks associated with the flue gas condensation described in this system are not solved.

Riešenie podľa JP56046985 predstavuje teplovzdušný výmenník. Nakoľko pri takomto riešení dochádza k tepelnej výmene vzduch/spaliny, je to riešenie potencionálne nebezpečné, pretože pri akejkoľvek netesnosti systému môže dôjsť k prieniku spalín do ohrievaného vzduchu a tým aj k prípadnej otrave CO.The solution according to JP56046985 is a hot-air exchanger. Since such a solution results in an air / flue gas heat exchange, this is a potentially dangerous solution, since any leakage of the system can lead to flue gas entering the heated air and thus possibly poisoning the CO.

Riešenie podľa JP60002887 predstavuje teplovodný vejárový výmenník. Toto riešenie je pravdepodobne náročné na čistenie výmenníkov a tiež nerieši kondenzáciu spalín.The solution according to JP60002887 is a hot water fan exchanger. This solution is probably difficult to clean the heat exchangers and also does not solve flue gas condensation.

Riešenie podľa US2002060065 a US2003056944 predstavuje veľmi jednoduchý externý výmenník tepla montovaný na spalinovú rúru zvonka. Riešenie je zrejme určené hlavne na plechovú komínovú rúru priamo z pece. Nevýhodou je podstatne nižšia účinnosť takéhoto výmenníka, ako pri výmenníkoch, ktoré sú po celom povrchu obtekané spalinami.The solutions of US2002060065 and US2003056944 are a very simple external heat exchanger mounted on the flue gas pipe from the outside. The solution is obviously intended mainly for sheet metal chimney pipe directly from the furnace. The disadvantage is that the efficiency of such an exchanger is considerably lower than that of heat exchangers which are surrounded by flue gas over the entire surface.

Riešenie podľa DE3445273 predstavuje sofistikovaný teplovodný výmenník tepla. Nevýhodou je zložitá montáž a potreba veľkých stavebných úprav prípadným zásahom do jestvujúceho komína.The solution according to DE3445273 is a sophisticated hot-water heat exchanger. The disadvantage is the complicated assembly and the need for major structural modifications by possible interference with the existing chimney.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Tieto nedostatky do značnej miery odstraňuje teplovodný výmenník tepla s výmenníkmi zapojenými do série podľa tohto vynálezu.These drawbacks are largely overcome by a hot water heat exchanger with series exchangers according to the invention.

Jeho podstata spočíva v tom, že pozostáva so spalinovej komory, ktorá je oddelená od vzduchovej komory vodnou komorou, pričom táto vytvára plášť spalinovej komory, a vo vzduchovej komore je umiestnený predhrevný stupeň, ktorého výstup je zapojený na vstup do vodnej komory a v spalinovej komore je umiestnený ohrevný stupeň, ktorého vstup je napojený na výstup z vodnej komory.It consists of a flue gas chamber which is separated from the air chamber by a water chamber, which forms a shell of the flue gas chamber, and a pre-heating stage is placed in the air chamber, the outlet of which is connected to the water chamber inlet and a heating stage, the inlet of which is connected to the outlet of the water chamber.

Výmenník je určený na osadenie do komínového systému nad lokálne ohrevné telesá, ako sú kozuby, pece a pod.The exchanger is intended for installation in the chimney system above local heating elements such as fireplaces, furnaces and the like.

Výhody takéhoto technického riešenia sú zrejmé. Teplovodný výmenník je tvorený prakticky tromi sériovo zapojenými výmenníkmi, takže odvod tepla zo spalín je značný a tým je dosahovaná vysoká účinnosť výmenníka. Pritom výmenníky sú umiestnené sústredne a nie nad sebou, ako je to klasicky zaužívané. Prvý výmenník je umiestnený vo vzduchovej komore a prakticky slúži ako predhrev teplonosného média. Teplonosné médium je v ňom predhrievané teplým vzduchom od tepelného zdroja, výhodne z medzipriestoru dvojplášťovej kozubovej vložky. Druhý výmenník je tvorený vodnou komorou, ktorá tvorí vnútorný plášť spalinovej komory a je vyhrievaná po vnútornom obvode spalinami apo vonkajšom obvode teplým vzdu2 chom od tepelného zdroja, výhodne z medzipriestoru dvojplášťovej kozubovej vložky. Tretí výmenník je výmenník umiestnený v spalinovej komore a vyhrievaný po celej svojej ploche. Je zrejmé, že výmenníky nemusia byť len klasické vinuté výmenníky ako, ale môžu byť akejkoľvek známej konštrukcie napr. s paralelnými rúrkami, s vejárovou centrálnou rúrkou a pod. Takáto konštrukcia sa vyznačuje malou stavebnou výškou celého výmenníka, takže aj prípadné dodatočné zabudovanie do stávajúceho komínového systému kozubu alebo pece nevyžaduje veľké stavebné úpravy. Ďalšou veľkou výhodou je to, že k ohrevu teplonosného média dochádza postupne a na predhrev je používaný teplý vzduch a nie spaliny. Studené teplonosné médium vstupuje do predhrevného stupňa, kde v rúrkovom výmenníku s teplo zmennými rúrkami umiestnenom vo vzduchovej komore sa predhreje. Ohrevné médium - predhriaty vzduch, ako je uvedené, je výhodne zabezpečovaný z medzipriestoru dvojplášťovej kozubovej vložky. V prípade jednoplášťových vložiek z obvodného plášťa vložky. Tým je zabezpečené, že nedochádza k prudkému ochladzovaniu spalín studeným teplonosným médiom, pretože teplonosné médium vstupuje do druhého ohrevného stupňa už predhriate. Kondenzácia spalín aj pri štartovaní (rozkurovaní) zariadenia je pri tomto usporiadaní minimálna. Z predhrevu je, ako je zrejmé, predhriate teplonosné médium vytláčané do spodnej časti vodnej komory, kde je v styku s plášťom spalinovej komory prakticky okamžite ohriate na teplotu vyššiu ako je kondenzačná teplota spalín. Ohriate teplonosné médium je odoberané z hornej časti vodnej komory a vstupuje do dohrevného stupňa uloženého v spalinovej komore. K prestupu tepla dochádza cez celý povrch dohrevného výmenníka, médium je dohriate na prevádzkovú teplotu. Takýmto usporiadaním je zabezpečené, že pri ohreve prakticky vôbec nedochádza ku kondenzácii spalín na výmenníku a k problémom s tým spojených. Je to známe stekanie spalinového dechtového kondenzátu po stenách zariadenia a celom komínovom systéme, ktoré je časté pri doterajších zariadeniach. Pritom odber odpadového tepla zo spalín je maximálny a tým je dosiahnutá vysoká účinnosť celého zariadenia podľa tohto technického riešenia.The advantages of such a technical solution are obvious. The heat exchanger consists of practically three series-connected heat exchangers, so that the heat dissipation from the flue gas is considerable and thus a high exchanger efficiency is achieved. The exchangers are located concentrically and not one above the other, as is common practice. The first exchanger is located in the air chamber and practically serves as a preheating of the heat transfer medium. The heat transfer medium is preheated therein by warm air from a heat source, preferably from the interspace of the double-shell fireplace insert. The second exchanger is formed by a water chamber which forms the inner shell of the flue gas chamber and is heated along the inner periphery by the flue gas and at the outer periphery by a warm air from the heat source, preferably from the interspace of the double-shell fireplace insert. The third exchanger is an exchanger placed in the flue gas chamber and heated over its entire surface. Obviously, the exchangers need not only be conventional coil exchangers like, but can be of any known design e.g. with parallel tubes, with fan central tube and the like. Such a construction is characterized by a low overall height of the entire exchanger, so that any additional installation into the existing chimney system of the fireplace or furnace does not require major structural modifications. Another great advantage is that the heat transfer medium is heated gradually and warm air and not flue gas is used for preheating. The cold heat transfer medium enters the preheating stage, where it is preheated in a tube heat exchanger with heat exchange tubes located in the air chamber. The heating medium - preheated air as mentioned above is preferably provided from the interspace of the double-shell fireplace insert. In the case of single-shell liners from the liner circumferential shell. This ensures that the flue gas is not rapidly cooled by the cold heat transfer medium, since the heat transfer medium enters the second heating stage already preheated. The flue gas condensation, even when starting the device, is minimal in this arrangement. From the preheating, it is evident that the preheated heat transfer medium is forced into the lower part of the water chamber, where it is almost immediately heated to a temperature higher than the flue gas condensation temperature in contact with the flue gas chamber shell. The heated heat transfer medium is taken from the upper part of the water chamber and enters the post-heating stage stored in the flue gas chamber. Heat transfer occurs across the entire surface of the reheater exchanger, the medium is heated to operating temperature. By this arrangement it is ensured that during the heating practically there is no condensation of the flue gases on the exchanger and the problems associated therewith. It is known to run off the flue gas tar condensate on the walls of the plant and the entire chimney system, which is common in previous plants. At the same time, the waste heat removal from the flue gas is maximum and thus the high efficiency of the whole device according to this technical solution is achieved.

Využitie výmenníka sa doporučuje klasické. Teplonosné médium je odoberané z výstupu dohrevného stupňa a teplo je ďalej rozvádzané do jednotlivých spotrebičov,( radiátory, bojlery, podlahové vykurovanie a pod.), z ktorých po odbere tepla je teplonosné médium privádzané späť na vstup predhrevného stupňa.The use of exchanger is recommended classic. The heat transfer medium is taken from the output of the reheat stage and the heat is further distributed to individual appliances (radiators, boilers, underfloor heating, etc.), from which the heat transfer medium is fed back to the preheat stage input.

Príklady uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Príklad 1Example 1

Teplovodný výmenník tepla s výmenníkmi zapojenými do série podľa obr. 1 pozostáva zo spalinovej komory J, ktorá je oddelená od vzduchovej komory 3 vodnou komorou 2, tvoriacou ohrevný stupeň, pričom táto vytvára plášť la spalinovej komory í, a vo vzduchovej komore 3 je umiestnený predhrevný stupeň 4_tvorený rúrkovým vinutým výmenníkom, ktorého výstup 6 je zapojený do spodnej časti vodnej komory 2 a v spalinovej komore je umiestnený dohrevný stupeň 5, tvorený vinutým rúrkovým výmenníkom, ktorého vstup je napojený na výstup 7 vodnej komory 2. Vonkajší plášť 8 vzduchovej komory 3 je vybavený otvormi 9 na vstup a výstup predhrievacieho vzduchu z medziplášťa kozubovej dvojplášťovej vložky.The hot-water heat exchanger with the exchangers connected in series according to FIG. 1 consists of a flue gas chamber J which is separated from the air chamber 3 by a water chamber 2 forming a heating stage, which forms a jacket 1a of the flue gas chamber 1, and in the air chamber 3 a preheating stage 4 formed by a tubular coil is connected. in the lower part of the water chamber 2 and in the flue gas chamber there is a reheating stage 5 formed by a coiled tubular heat exchanger whose inlet is connected to the outlet 7 of the water chamber 2. The outer casing 8 of the air chamber 3 is equipped with openings 9 double-shell inserts.

Príklad 2Example 2

Teplovodný výmenník tepla s výmenníkmi zapojenými do série podľa obr. 2 pozostáva zo spalinovej komory J, ktorá je oddelená od vzduchovej komory 3 vodnou komorou 2, tvoriacou ohrevný stupeň, pričom táto vytvára plášť la spalinovej komory J, a vo vzduchovej komore 3 je umiestnený predhrevný stupeň 4_tvorený rúrkovým vinutým výmenníkom, ktorého výstup 6 je zapojený do spodnej časti vodnej komory 2 a v spalinovej komore je umiestnený dohrevný stupeň 5, tvorený rúrkovým výmenníkom s lamelami 5a, ktorého vstup je napojený na výstup 7 vodnej komory 2. Vonkajší plášť 8 vzduchovej komory 3 je vybavený otvormi 9 na vstup a výstup predhrievacieho vzduchu z medziplášťa kozubovej dvojplášťovej vložky.The hot-water heat exchanger with the exchangers connected in series according to FIG. 2 consists of a flue gas chamber J which is separated from the air chamber 3 by a water chamber 2 forming a heating stage, which forms a jacket 1a of the flue gas chamber J, and in the air chamber 3 is a preheating stage 4 formed by a tubular coil. in the lower part of the water chamber 2 and in the flue gas chamber there is a reheating stage 5 formed by a tubular heat exchanger with lamellas 5a, the inlet of which is connected to the outlet 7 of the water chamber 2. The outer casing 8 of the air chamber 3 is provided with openings 9 Intermediate sheath of double-shell fireplace insert.

Príklad 3Example 3

Teplovodný výmenník tepla s výmenníkmi zapojenými do série podľa obr. 3 pozostáva zo spalinovej komory 1, ktorá je oddelená od vzduchovej komory 3 vodnou komorou 2. tvoriacou ohrevný stupeň, pričom táto vytvára plášť la spalinovej komory 1, a vo vzduchovej komore 3 je umiestnený predhrevný stupeň ^tvorený rúrkovým výmenníkom s paralelnými zvislými rúrkami, ktorého výstup 6 je zapojený do spodnej časti vodnej komory 2 a v spalinovej komore je umiestnený dohrevný stupeň 5, tvorený vinutým rúrkovým výmenníkom, ktorého vstup je napojený na výstup 7 vodnej komory 2. Vonkajší plášť 8 vzduchovej komory 3 je opatrený otvormi 9 na vstup a výstup predhrievacieho vzduchu z medziplášťa kozubovej dvojplášťovej vložky.The hot-water heat exchanger with the exchangers connected in series according to FIG. 3 consists of a flue gas chamber 1, which is separated from the air chamber 3 by a water chamber 2 forming a heating stage, which forms a jacket 1a of the flue gas chamber 1, and in the air chamber 3 is a preheating stage formed by a tubular exchanger with parallel vertical tubes. the outlet 6 is connected to the bottom of the water chamber 2 and in the flue gas chamber there is a heating stage 5 formed by a coiled tubular exchanger, the inlet of which is connected to the outlet 7 of the water chamber. air from a double-shell fireplace liner.

Priemyselná využiteľnosťIndustrial usability

Teplovodný výmenník tepla s výmenníkmi zapojenými do série podľa tohto vynálezu je možné priemyselne vyrábať v každej strojárskej prevádzke zameranej na zámočníctvo.A hot-water heat exchanger with series-connected heat exchangers according to the invention can be manufactured industrially in any mechanical locksmithing plant.

Claims (4)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS 1. Teplovodný výmenník tepla s výmenníkmi zapojenými do série, vyznačujúci sa tým, že pozostáva so spalinovej komory (1), ktorá je oddelená od vzduchovej komory (3) vodnou komorou (2), pričom touto je tvorený plášť (la) spalinovej komory (1), a vo vzduchovej komore (3) je umiestnený predhrevný stupeň (4), ktorého výstup je zapojený na vstup (6) do vodnej komory (2) a v spalinovej komore je umiestnený dohrevný stupeň (5), ktorého vstup je napojený na výstup (7) z vodnej komory (2).A hot-water heat exchanger with series-connected heat exchangers, characterized in that it consists of a flue gas chamber (1) which is separated from the air chamber (3) by a water chamber (2), which is formed by a flue chamber chamber (1a). 1), and in the air chamber (3) there is a preheating stage (4), the outlet of which is connected to the inlet (6) to the water chamber (2) and in the flue gas chamber there is a heating stage (5) (7) from the water chamber (2). 2. Teplovodný výmenník tepla s výmenníkmi zapojenými do série podľa bodu 1, vyznačuj úci sa t ý m , že predhrevný stupeň (4) je tvorený vinutým rúrkovým výmenníkom.2. A hot-water heat exchanger with series-connected heat exchangers according to claim 1, characterized in that the preheating stage (4) is formed by a coiled tubular heat exchanger. 3. Teplovodný výmenník tepla s výmenníkmi zapojenými do série podľa bodu 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že ohrevný stupeň (5) je tvorený vinutým rúrkovým výmenníkom.Hot-water heat exchanger with series-connected heat exchangers according to claim 1 or 2, characterized in that the heating stage (5) consists of a coiled tubular heat exchanger. 4. Teplovodný výmenník tepla s výmenníkmi zapojenými do série podľa bodu 1, 2 alebo 3, vyznačuj ú c i sa tým, že vonkajší plášť (8) vzduchovej komory (3) je vybavený otvormi (9) na vstup a výstup predhrievacieho vzduchu a/alebo je perforovaný.Hot-water heat exchanger with series-connected heat exchangers according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the outer casing (8) of the air chamber (3) is equipped with openings (9) for inlet and outlet of preheating air and / or is perforated. 3 výkresy3 drawings