CS217531B1

CS217531B1 - Radiant convection heat exchanger

Info

Publication number: CS217531B1
Application number: CS307181A
Authority: CS
Inventors: Jiri Jonak
Original assignee: Jiri Jonak
Priority date: 1981-04-24
Filing date: 1981-04-24
Publication date: 1983-01-28
Also published as: SU1758356A1

Abstract

Vynález se týká sálavě konvekčního výměníku tepla, obzvláště pro ohřívání vzduchu a řeší ochranu konvekčních trubek, navazujících na válcovou sálavou komoru, před přehřátím při vysokém výkonu a před kondenzaci spalin na jejich koncích při sníženém výkonu. Zadní část válcové spalovací komory je spojena radiálně uspořádanými sálavě konvekčními prvky s obratovou komorou prstencového tvaru. Z ní vychází soubor axiálně uložených konvekčních trubek, ústících do sběrné komory spalin. Mezi konvekčními trubkami a pláštěm sálavé komory je umístěna válcová mezistěna, navazující na obratovou komoru a tvořící tahovou přepážku. Vzduch vstupuje do výměníku mezi obratovou komorou a vnějším pláštěm výměníku. Podle vynálezu je ve válcové mezistěně u obratové komory vytvořena regulovatelná štěrbina nebo řada otvorů a ve ystupu vzduchu je umístěn krunový usměrňovač. Jejich působením je větší nebo menší část chladného vzduchu přepouštěna kolmo přes začátek souboru konvekčních trubek. Při vysokém výkonu výměníku je tato část trubek intenzívně chlazená, takže nedochází k přehřátí. Při nízkém výkonu se sníží množství vzduchu, které omývá konce konvekčních trubek, takže v nich nedochází ke kondenzaci spalin.The invention relates to a radiant convection heat exchanger, especially for heating air, and solves the problem of protecting convection tubes connected to a cylindrical radiant chamber from overheating at high output and from condensation of flue gases at their ends at reduced output. The rear part of the cylindrical combustion chamber is connected by radially arranged radiant convection elements to a ring-shaped circulation chamber. A set of axially arranged convection tubes exit from it, opening into the flue gas collection chamber. A cylindrical partition wall is located between the convection tubes and the casing of the radiant chamber, connecting to the circulation chamber and forming a draft barrier. Air enters the exchanger between the circulation chamber and the outer casing of the exchanger. According to the invention, a controllable slot or a series of holes is formed in the cylindrical partition wall at the circulation chamber and a crown rectifier is located at the air outlet. Their action causes a greater or lesser portion of the cold air to be passed perpendicularly through the beginning of the set of convection tubes. At high heat exchanger output, this part of the tubes is intensively cooled, so that overheating does not occur. At low heat output, the amount of air that washes the ends of the convection tubes is reduced, so that condensation of flue gases does not occur in them.

Description

Vynález se týká sálavě konvekSního výměníku tepla a řeší ochranu konvekčních trubek, navazujících na válcovou sálavou komoru, před přehřátím při vysokém výkonu a před kondenzací spalin na jejich koncích při sníženém výkonu za současně docílené maximální možné účinnosti výměníku.The present invention relates to the convection heat exchanger radiator and to the protection of convection pipes connected to a cylindrical radiant chamber from overheating at high power and from condensation of flue gases at their ends at reduced power while at the same time achieving maximum possible efficiency of the exchanger.

V čs. patentovém spisu č. 143 212 je popsán sálavě konvekční rekuperativní výměník tepla, jehož hlavními částmi je v podstatě válcová sálavá komora, v jejímž předním čele je umístěn hořák. Další částí je obratová komora prstencového tvaru, která je spojena se zadní částí pláště sálavé komory radiálně uspořádanými sálavě konvekčními prvky ve tvaru trubek. Kolem předního čela sálavé komory je umístěna prstencové sběrná komora s vývodem ochlazeného topného média do kouřovodu a tato komora je souborem axiálně uložených konvekčních trubek spojena s obratovou komorou.In MS. U.S. Patent No. 143,212 discloses a radiantly convective recuperative heat exchanger, the main parts of which are a substantially cylindrical radiant chamber in which a front burner is located. Another part is an annular-shaped reversal chamber which is connected to the rear portion of the radiant chamber shell radially arranged by convection-like tube-shaped convection elements. Around the front face of the radiant chamber is an annular collecting chamber with the outlet of the cooled heating medium into the flue gas duct and this chamber is connected to the reversing chamber by a set of axially mounted convection tubes.

Mezi souborem konvekčních trubek a pláštěm sálavé komory je umístěna válcová mezistěna, která je na zadní straně napojena na obratovou komoru a na přední straně je ponechána mezera pro průchod ohřívaného média. Uvedené části obepíná vnější plášt výměníku. Vstup ohřívaného média do výměníku je proveden mezi vnějším pláštěm výměníku a vnější stěnou obratové komory prstencovým prostorem s tangenciálním vstupem chladného média. Mezi prstencový prostor vstupu ohřívaného média a výstup ohřátého média je vložena klapka, která dovoluje přímý přestup části studeného média do média ohřátého. Spaliny plamene hořáku vystupují sálavě konvekčními prvky ze sálavé komory do obratové komory a dále prochází souborem konvekčních trubek do prstencové sběrné komory a odtud odcházejí vývodem do kouřovodu.Between the convection tube assembly and the radiant chamber jacket is a cylindrical partition wall which is connected at the rear to the reversing chamber and leaves a gap for the passage of the heated medium on the front side. Said parts surround the outer shell of the exchanger. The heated medium enters the exchanger between the outer shell of the exchanger and the outer wall of the reversing chamber through an annular space with tangential cold medium inlet. A flap is inserted between the annular space of the heated medium inlet and the heated medium outlet, allowing a portion of the cold medium to be transferred directly into the heated medium. The burner flame fumes radiate by convection elements from the radiant chamber to the reversing chamber and then pass through a set of convection tubes to the annular collection chamber and from there exit the flue.

Naproti tomu studené médium vstupuje do výměníku v prostoru mezi vnějším pláštěm výměníku a vnější stěnou obratové komory, částečně příčně omývá soubor konvekčních trubek a obrací směr kolem konce válcové mezistěny. Dále omývá plášl sálavé komory, prochází přes trubky sálavě konvekčních prvků, omývá kuželové zadní čelo sálavé komory a v osovém směru vychází do vzduchovodu.In contrast, the cold medium enters the heat exchanger in the space between the outer shell of the heat exchanger and the outer wall of the reversing chamber, partially transversely washing the convection tube set and reversing the direction around the end of the cylindrical partition. It further washes the casing of the radiant chamber, passes through the tubes of the radiant convection elements, washes the conical rear face of the radiant chamber and in the axial direction enters the air duct.

Výměník je proveden v protiproudém uspořádání, což zajištuje vysokou účinnost zařízení. I když v konvekční části jsou toky obou médií navzájem v souproudném uspořádání, je výměník, pokud není doplněn poměrně drahou regulaci, náchylný, zejména při provozu na snížený výkon, ke kondenzaci spalin ve výstupní části souboru konvekčních trubek. Při provozu na zvýšený výkon naopak může nastat teplotní přetížení vstupní části těchto trubek.The exchanger is designed in a counter-current arrangement, which ensures high efficiency of the equipment. Although in the convection section the flows of the two media are in co-current arrangement with each other, the heat exchanger is susceptible to condensation of the flue gas in the outlet section of the convection pipe assembly, especially when operating at reduced power, unless it is relatively expensive. Conversely, when operating at increased power, a thermal overload of the inlet portion of these tubes may occur.

Oba tyto stavy mají negativní vliv na životnost celého zařízení a v krajním případě mohou být i příčinou jeho porušení. Vzhledem k tomu, že teplovzdušné výměníky jsou obvykle použity v provozech postrádajících odbornou obsluhu a navíc jsou provozovány buS s občasnou obsluhou nebo dokonce pracují trvale bez obsluhy, která by upravila chod výměníku při měnících se provozních podmínkách, byly hledány cesty, jak současný stav zlepšit.Both of these conditions have a negative effect on the service life of the whole device and, in extreme cases, may also cause its failure. Given that hot-air exchangers are typically used in operations lacking professional service and are either operated on an occasional basis or even operating unattended to adjust the heat exchanger operation under changing operating conditions, ways have been sought to improve the current situation.

Uvedené nedostatky odstraňuje z největší části provedení sálavě konvekčního výměníku tepla podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že ve válcové mezistěně je u obratové komory proveden alespoň jeden přestupní otvor.These drawbacks are eliminated for the most part by the convection heat exchanger embodiment of the invention, which is characterized in that at least one transfer opening is provided in the cylindrical partition at the reversing chamber.

Aby se aerodynamicky ovlivnilo množství ohřívaného média, prostupujícího přestupními otvory, je výhodné, aby v prostoru mezi vnějším pláštěm výměníku, vnější stěnou obratové komory a/nebo otvoru ve válcové mezistěně byl umístěn kruhový usměrňovač směru toku ohřívaného média.In order to aerodynamically affect the amount of heated medium passing through the transfer openings, it is advantageous to place a circular flow direction rectifier in the space between the outer shell of the exchanger, the outer wall of the reversing chamber and / or the opening in the cylindrical partition.

Kombinace ochrany pláště výměníku před sáláním z obratové komory a kruhového usměrňovače je provedena tak, že kruhový usměrňovač je vytvořen v podstatě ve tvaru válcové plochy, zakončená kuželovým nástavcem, zužujícím se ke středu výměníku a zasahujícím až za otvor ve válcové mězistšně.The combination of the radiation shielding of the heat exchanger shell and the circular rectifier is made in such a way that the circular rectifier is formed essentially in the form of a cylindrical surface, terminated by a conical extension tapering towards the center of the exchanger and extending beyond the opening in the cylindrical copper.

217S31217S31

Regulaci velikosti přestupního otvoru bez použití dalších prvků je možno docílit tím, že alespoň část válcové mezistšny je provedena suvné v axiálním směru.Control of the size of the transfer opening without the use of other elements can be achieved by at least a part of the cylindrical intermediate partition being slidable in the axial direction.

Regulaci množství ohřívaného média, procházejícího přestupními otvory je možno podpořit tím, že kruhový usměrňovač je proveden suvně v axiálním směru.Control of the amount of heated medium passing through the transfer openings can be aided by the fact that the circular rectifier is slidable in the axial direction.

Provedením přestupních otvorů ve válcové mezistěně jednoho otvoru ve formě štěrbiny mezi obratovou komorou a válcovou mezistěnou., eventuálně v kombinaci s kruhovým usměrňovačem se docílí toho, že část ohřívaného média postupuje šikmo podél souboru konvekčních trubek a část proudí kolmo přes kořeny konvekčních trubek a přestupními otvory do prostoru sálavě konvekčních prvků. Takové uspořádání při provozu na normální či zvýšený výkon zabrání přílišnému tepelnému namáhání vstupní části konvekčních trubek.tím, že změnou z podélného na příčné proudění přes soubor konvekčních trubek je zvětšen součinitel přestu pu na straně vzduchu v uvedené části a naopak při sníženém či normálním výkonu tím, že část vzduchu byla odvedena přes nejvíce tepelně namáhanou partii konvekční části, budou méně intenzívně chlazeny konvekční trubky v části blízké výstupu spalin, takže nebude nebezpečí jejich kondenzace na vnitřních stěnách souboru konvekčních trubek.By providing through holes in the cylindrical partition of one of the apertures in the form of a gap between the reversing chamber and the cylindrical partition, possibly in combination with a circular baffle, a portion of the heated medium travels obliquely along the convection tube assembly and a part flows perpendicularly into the space of the convective elements. Such an arrangement, when operating at normal or increased power, avoids excessive thermal stress on the inlet portion of the convection tubes. By changing from longitudinal to transverse flow through the convection tube set, the air side breakdown coefficient in said portion is increased and vice versa that part of the air has been discharged through the most thermally stressed part of the convection section, the convection pipes will be cooled less intensively at the part close to the flue gas outlet, so that there will be no risk of condensation on the inner walls of the convection pipe assembly.

Provedením kruhového usměrňovače ve tvaru válcové plochy, zakončené kuželovým nástavcem se docílí jednak lepšího vedení vzduchu otvorem ve válcové mezistěně, a zároveň se odstíní vnější plášť výměníku od sálavého tepla ze stěny obratové komory.By designing a circular rectifier in the form of a cylindrical surface terminated by a conical extension, both air flow through the opening in the cylindrical partition is improved and the outer shell of the exchanger is shielded from the radiant heat from the wall of the reversing chamber.

Axiálním posuvem válcové mezistěny se docílí regulace velikosti štěrbiny mezi obratovou komorou a válcovou mezistěnou a zároveň zmenšení či zvětšahí prostoru pro průchod ohří váného média na druhém konci válcové mezistšny a tím účinné regulace množství ohřívaného média, propouštěného přestupním otvorem.The axial displacement of the cylindrical partition provides control of the size of the gap between the reversing chamber and the cylindrical partition and at the same time reduces or increases the space for passage of the heated medium at the other end of the cylindrical partition.

Stejnému účelu slouží i axiální posuv kruhového usměrňovače.The axial displacement of the circular rectifier serves the same purpose.

Příkladné provedení sálavě konvekčního výměníku tepla podle vynálezu, jehož válcová mezistěna a kruhový usměrňovač je pohyblivý v axiálním směru bude dále popsáno a zobrazeno na obr. 1 a 2. Obr. 1 představuje svislý řez podélnou osou výměníku. Na obr. 2 je znázorněn detail jiného provedení kruhového usměrňovače, který je umístěn v jinak stejně provedeném sálavě konvekčním výměníku tepla.An exemplary embodiment of a radiation convection heat exchanger according to the invention, whose cylindrical partition and the circular rectifier is movable in the axial direction will be described and illustrated in FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a vertical section through the longitudinal axis of the exchanger. FIG. 2 shows a detail of another embodiment of a circular rectifier which is placed in an otherwise equally designed convection heat exchanger.

Hlavní částí sálavě konvekčního výměníku tepla podle obr. 1 je válcová sálavá komora 1 v jejímž předním čele £ je umístěn plynový hořák £. Ze zadní části sálavé komory £ vycházejí radiálně uspořádané sálavě konvekční prvky 4 vytvořené z trubek, které ústí do obratové komory 2· Z obratové komory £ je vyveden soubor konvekčních trubek 6., který je na druhé straně zaústěn do prstencové sběrné komory £, umístěné okolo předního čela £ sálavé komory £.The main part of the convection heat exchanger radiator of FIG. 1 is a cylindrical radiant chamber 1 in whose front face 6 a gas burner 6 is located. From the rear part of the radiant chamber 4, radially arranged radiation convection elements 4 formed from tubes exit into the reversing chamber 2. A set of convection tubes 6 is led out of the reversing chamber 6, which on the other side opens into an annular collecting chamber 4, the front face £ of the radiant chamber £.

Na sběrnou komoru £ je napojen vývod § ochlazeného topného média, kterým je toto odváděno do kouřovodu. Mezi souborem konvekčních prvků 6 a pláštěm £ sálavé komory £ je suvně v axiálním směru, označeném šipkou 10 umístěna válcová mezistěna 11. Válcová mezistěna 11 je zobrazena v takové poloze, při které mezi jejím pravým koncem a obratovou komorou je vytvořen přestupní otvor 12 ve tvaru štěrbiny. Posuvem válcové mezistěny lze velikost přestupního otvoru 12 měnit a zároveň v opačném smyslu měnit velikost otvoru mezi protilehlým koncem válcové mezistšny 11 a sběrnou komorou £. Mezi vnější stěnou 13 obratové komory £ a pláštěm 14 výměníku je umístěn kruhový usměrňovač 15 směru toku ohřívaného média. Skládá se z válcové části 16 a z kuželového nástavce 17. který se zužuje ke středu výměníku. Kruhový usměrňovač je pohyblivý v axiálním směru ve smyslu šipky £8. Přední část výměníku tepla je zakryta čelem 19 a výstup ohřátého média je uspořádán v zadní části a je tvořen nástavcem 20 s přírubou 21.An outlet 8 of the cooled heating medium is connected to the collecting chamber 6 through which it is discharged into the flue gas duct. Between the set of convection elements 6 and the casing 6 of the radiant chamber 6, a cylindrical partition 11 is disposed in the axial direction indicated by the arrow 10. The cylindrical partition 11 is shown in a position in which a transfer opening 12 in the shape of slits. By moving the cylindrical partition, the size of the transfer opening 12 can be varied and at the same time the size of the opening between the opposite end of the cylindrical partition 11 and the collecting chamber 8 can be changed. Between the outer wall 13 of the reversing chamber 6 and the jacket 14 of the exchanger, a circular rectifier 15 of the flow direction of the heated medium is placed. It consists of a cylindrical part 16 and a conical extension 17 which tapers to the center of the exchanger. The circular rectifier is movable in the axial direction within the meaning of the arrow 8. The front part of the heat exchanger is covered by the face 19 and the outlet of the heated medium is arranged in the rear part and is formed by an extension 20 with a flange 21.

Odlišné provedení kruhového usměrňovače 12. 3® nakresleno na obr. 2, kde mé tvář profilované lopatky.A different embodiment of the circular baffle 12.3® shown in Figure 2, where my face profiled vanes.

Plamen hořáku J hoří v sálavé komoře i a spaliny postupují sálavé konvekčními prvky. £ do obratové komory 2 a dále souborem konvekčních prvků 6 do prstencové sběrné komory 2 a odtud vývodem 8 do kouřovodu. Ohřívané médium je nasáváno v prostoru mezi vnější stěnou li obratové komory 2 a pláštěm výměníku 14 a omývá z obou stran kruhový usměrňovač 12·The burner flame J burns in the radiant chamber i and the flue gases pass through the radiant convection elements. 6 into the reversing chamber 2 and further by a set of convection elements 6 into the annular collecting chamber 2 and from there through the outlet 8 into the flue gas duct. The heated medium is sucked in the space between the outer wall 11 of the reversing chamber 2 and the jacket of the exchanger 14 and washes the rectifier 12 from both sides.

Proud ohřívaného média na vnitřní straně kruhového usměrňovače 15 je kuželovým nástavcem 17 odchylován do přestupního otvoru 12 a na své cestě intenzívně chladí vstupní část souboru konvekčních trubek 6. Po průchodu přestupním otvorem 12 se tento proud spojuje před vstupem do prostoru sálavě konvekčních prvků £ s ohřívaným médiem, prošlým přes soubor konvekčních trubek 6 kolem pláště 2 sálavé komory 1. Čím větší množství ohřívaného média proudí přestupním otvorem 12, tím menši množství chladí soubor konvekčních trubek 2· To má vliv, jak již bylo v úvodu uvedeno, na ochranu souboru konvekčních trubek 2 jednak před přehřátím, jednak před korozí podchlazeným topným médiem.The flow of heated medium on the inside of the circular rectifier 15 is deflected by the conical extension 17 into the passage opening 12 and on its way it intensively cools the inlet part of the convection tube set 6. After passing through the passage opening 12 this flow connects with the heated convection elements. The more the heated medium flows through the orifice 12, the less it cools the set of convection tubes. This has the effect, as already mentioned, of protecting the set of convection tubes. 2 both before overheating and corrosion-cooled heating medium.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

A convective heat exchanger, comprising a cylindrical radiant chamber having a burner or throat for heating medium inlet, an annular-shaped reversal chamber, a convectional element of a convective element, for example a tube, connecting the rear part of the radiant chamber shell and a reversing chamber. , an annular collecting chamber with a cooling medium outlet disposed around the front face of the radiant chamber, a plurality of convection tubes connecting the return and collecting chamber, a cylindrical partition between the convection tube assembly and a radiant chamber jacket connected to the reversing chamber, The heating medium enters the space between the outer shell of the exchanger and the outer wall of the reversing chamber, characterized in that in the cylindrical intermediate section (11) at least one transfer revolutions are provided at the reversing chamber (5). raft (12).

A convective heat exchanger according to claim 1, characterized in that in the space between the outer shell (14) of the exchanger, the outer wall (13) of the reversing chamber (5) and / or the transfer opening (12) in the cylindrical partition (11). a circular flow direction rectifier (15) is provided.

The radiator convection heat exchanger according to claim 2, characterized in that the circular rectifier (15) is designed essentially in the form of a cylindrical surface (16) terminated by a conical extension (17) tapering to the center of the exchanger extending beyond the transfer opening. (12) in the cylindrical partition (11).

A radiation convection heat exchanger according to Claims 1 to 3, characterized in that at least a part of the cylindrical partition (11) is slidable in the axial direction.

A convection heat exchanger according to Claims 2 to 4, characterized in that the circular rectifier (15) is slidable in the axial direction.