PL233044B1 - Płytowy wymiennik ciepła kotła grzewczego - Google Patents

Abstract

Zgłoszenie dotyczy płytowego wymiennika ciepła kotła grzewczego, stosowanego w kotłach o różnym przeznaczeniu. Płytowy wymiennik (1) ciepła kotła grzewczego, wyposażony jest w szereg ułożonych równolegle względem siebie płyt (5) wymiennika. Każda z płyt (5) wymiennika posiada połączenie ze wspólnym dla nich kolektorem (2) zbiorczym cieczy. Natomiast pojedyncza płyta (5) wymiennika ma przynajmniej na jednej powierzchni bocznej zamocowane co najmniej dwa płaty kierujące (7) rozmieszczone na wysokości tej powierzchni bocznej jeden ponad drugim. Równocześnie każdy z płatów kierujących (7) z co najmniej jednego swego końca ma okno przelotowe (8). Układ okien przelotowych (8) i przestrzeni pomiędzy płatami kierującymi (7) na powierzchni bocznej płyty (5) tworzy kanał labiryntowy dla przepływu spalin.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest płytowy wymiennik ciepła kotła grzewczego, znajdujący zastosowanie w kotłach o różnym przeznaczeniu, w tym również jako wymiennik ciepła kotłów centralnego ogrzewania oraz kotłów o przeznaczeniu przemysłowym.

W stanie techniki, w polskim zgłoszeniu patentowym P.259103 ujawniony jest piec centralnego ogrzewania z komorą paleniskową z znajdującym się w jej dolnej części paleniskiem. Komora paleniskowa otoczona jest płaszczem wodnym, a w jej górnej części umieszczone są trzy, ułożone równolegle względem siebie radiatory. Każdy z tych radiatorów połączony jest z płaszczem wodnym pieca i ma kształt zbliżony do prostopadłościanu. Na górnych i dolnych ściankach radiatorów znajdują się występy powodujące zawirowanie gorących spalin wzdłuż ich pionowych ścian, co skutkuje zwiększeniem wymiany ciepła. Ponadto w piecu, ponad radiatorami umieszczone są kolejno filtr absorbujący dwutlenek siarki ze spalin oraz wymiennik ciepła wykonany z mocno pofalowanej blachy.

Również z opisu ochronnego Ru.62297 znany jest kocioł wodny centralnego ogrzewania posiadający komorę paleniskową w kształcie prostopadłościanu otoczoną z przodu, tyłu i boków płaszczem wodnym. Komora paleniskowa od dołu posiada ruszt wodny z umieszczoną poniżej komorą popielnikową. Z kolei od góry, nad komorą paleniskową naprzemiennie rozmieszczone są przegrody wodne tak, że dolna przegroda połączona jest z czołową ścianą płaszcza wodnego, zaś najwyżej położna przegroda połączona jest z tylną ścianą płaszcza wodnego. W takim układzie przegród wodnych, gorące spaliny przepływają przez nie labiryntowo oddając ciepło, zaś ostatni poziom przegród wodnych tworzy kanał dymny łączący się z czopuchem.

Znany jest także ze zgłoszenia W. 125183 płytowy wymiennik ciepła kotła grzewczego zawierający kolektor zbiorczy przeznaczony dla cieczy grzewczej i dla chłodniejszej cieczy powracającej. Kolektor wyposażony jest w otwory przyłączeniowe dla doprowadzania i odprowadzenia cieczy, odpowiednio cieczy powracającej oraz cieczy grzewczej. W otworze wlotowym cieczy do kolektora zbiorczego zamocowany jest przewód rozprowadzający ciecz posiadający na swojej długości otwory. Z kolektorem, połączone są płyty wymiennika o kształcie zbliżonym do prostopadłościanu posiadające otwory przepływowe cieczy zlokalizowane na jednym z boków wyznaczających grubość płyty wymiennika. W tych otworach osadzone są pary króćców przyłączeniowych, która służą do połączenia płyt wymiennika z wspólnym dla wszystkich płyt kolektorem cieczy, a jednocześnie przez które realizowany jest wpływ i wypływ cieczy.

Celem wynalazku jest opracowanie modułowej konstrukcji wymiennika ciepła, która będzie miała małe rozmiary i którą będzie można zamocować w kotle o dowolnym przeznaczeniu, niezależnie od rodzaju wykorzystywanego paliwa. Konstrukcja wymiennika ciepła, poprzez zwiększenie sprawności cieplnej, ma rozwiązać problemy techniczne wynikające ze strat cieplnych występujących w kotłach grzewczych oraz z często pojawiającym się w takich przypadkach wysokim stopniem zanieczyszczenia spalin.

Istota wynalazku polega na tym, że pojedyncza płyta wymiennika ma przynajmniej na jednej powierzchni bocznej zamocowane co najmniej dwa płaty kierujące rozmieszczone na wysokości tej powierzchni bocznej jeden ponad drugim. Jednocześnie każdy z płatów kierujących z co najmniej jednego swego końca ma okno przelotowe, zaś okna przelotowe i przestrzenie pomiędzy płatami kierującymi tworzą co najmniej jeden kanał labiryntowy.

Korzystnie każda płyta wymiennika ma na jednej powierzchni bocznej płaty kierujące, przy czym skrajna płyta wymiennika ma dodatkowo płaty kierujące usytuowane na zewnętrznej powierzchni, dzięki czemu uzyskuje się ukierunkowany przepływ gorących spalin w obszarach pomiędzy wymiennikiem ciepła, a obudową kotła grzewczego.

Celowym jest, gdy płaty kierujące rozmieszczone są identycznie na wszystkich płytach wymiennika, przez co upraszcza się proces produkcji zachowując modułową i powtarzalną budowę.

Pożądanym jest również, gdy końce wybranych płatów kierujących bez okna przelotowego przylegają do powierzchni kolektora zbiorczego cieczy, wyłączając przepływ spalin na wysokości wymiennika ciepła innymi drogami niż linią labiryntową utworzoną przez okna przelotowe.

Dobrze jest także, gdy wybrane pary sąsiadujących ze sobą w pionie płatów kierujących wraz z powierzchniami bocznymi płyt wymiennika tworzą kanał przepływowy o zmiennym przekroju poprzecznym, umożliwiając uzyskanie różnych prędkości przepływu spalin na wysokości wymiennika ciepła, co przekłada się także na możliwość uzależnienia prędkości przepływu spalin w zależności

PL 233 044 B1 od ich temperatury spadającej w miarę ich przepływania przez wymiennik ciepła i oddalania się od paleniska kotła grzewczego.

Równie korzystne jest, gdy przekrój poprzeczny kanałów przepływowych zwiększa się w kierunku od okna przelotowego dolnego płata kierującego do okna przelotowego górnego płata kierującego, dzięki czemu prędkość przepływu spalin zmienia się również na szerokości wymiennika ciepła.

Korzystnie na jednej wysokości znajdują się dwa płaty kierujące posiadające okno przelotowe między skierowanymi ku sobie końcami, zaś ponad nimi znajduje się płat kierujący z oknami przelotowymi po obu końcach, skutkując dużymi zawirowaniami spalin i zwiększonym wytrącaniem się pyłów, przy równoczesnym zachowaniu możliwości łatwego czyszczenia wymiennika ciepła.

Dobrze jest, gdy rozmiar okna przelotowego na wysokości płyty wymiennika zwiększa się w kierunku od dołu do góry, a każde okno przelotowe znajdujące się w kolejnym, położonym wyżej płacie kierującym ma większy rozmiar niż okno przelotowe znajdujące się w poprzedzającym go płacie kierującym, co zapewnia wysoką skuteczność odprowadzania spalin, w szczególności w przypadku słabego ciągu kominowego.

Szczególnie celowe jest wykonanie, w którym powierzchnie górnych płatów kierujących leżą w płaszczyźnie wyznaczanej przez górne ścianki płyt wymiennika, bezpośrednio prowadząc spaliny w kierunku kolejnych elementów kotła grzewczego.

Podstawową zaletą wynalazku jest uzyskanie ukierunkowanego przepływu gorących spalin na całej wysokości powierzchni bocznej płyty wymiennika ciepła, co włącza do wymiany cieplnej maksymalnie duży obszar powierzchni. Skutkuje to zwiększeniem cyrkulacji spalin na wysokości powierzchni bocznej płyty wymiennika ciepła, lepszym oddawaniem ciepła do wymiennika ciepła oraz obniżeniem temperatury spalin wyprowadzanych w kierunku komina. Inna zaleta wymiennika ciepła wynika z wytworzenia turbulentnego przepływu spalin na wysokości powierzchni bocznej płyty wymiennika ciepła, przez co ze spalin wytrącają się zanieczyszczenia, zmniejszając emisję pyłów trafiających do filtrów jaki i do komina, a także ograniczając negatywne dla środowiska naturalnego skutki spalania. Dodatkową korzyścią jest możliwość łatwego czyszczenia wymiennika ciepła, ponieważ dostęp do przestrzeni pomiędzy płytami wymiennika jest łatwy i nie utrudniają go płaty kierujące. Skutkuje to możliwością przeprowadzenia prostej i szybkiej konserwacji. Ważną zaletą wymiennika ciepła jest także jego modułowa budowa - płaty kierujące mogą być osadzane na płytach wymiennikach w dobrany do potrzeb sposób, bez konieczności modyfikacji konstrukcji całego wymiennika ciepła, czy kotła grzewczego. Dodatkowo czynności montażowe, w tym łączenie kolektora zbiorczego cieczy, płyt wymiennika oraz płatów kierujących mogą być realizowane w miejscu docelowej instalacji. Poprawia to zdecydowanie warunki i bezpieczeństwo pracy, upraszczając przede wszystkim transport elementów wymiennika ciepła do miejsca montażu w przypadkach gdy kotły grzewcze instalowane są w miejscach do których prowadzą wąskie przejścia bądź ciasne klatki schodowe, co zasadniczo uniemożliwia transport gotowych kotłów grzewczych, jak również poważnie utrudnia transport bądź ewentualny montaż kotłów grzewczych zawierających przykładowo płaszcz wodny i zabudowane kanały dymne.

Wynalazek został objaśniony w przykładach wykonania na rysunku, na których fig. 1 przedstawia płytowy wymiennik ciepła w widoku perspektywicznym w pierwszym przykładzie wykonania, fig. 2

- płytowy wymiennik ciepła w widoku perspektywicznym w drugim przykładzie wykonania, fig. 3

- płytowy wymiennik ciepła w widoku perspektywicznym w trzecim przykładzie wykonania, fig. 4

- płytowy wymiennik ciepła w widoku z góry w trzecim przykładzie wykonania, a na fig. 5 - w schematycznym widoku od czoła dwie płyty wymiennika.

Płytowy wymiennik 1 ciepła kotła grzewczego (fig. 1) zawiera kolektor zbiorczy 2 cieczy posiadający w swoich ściankach otwory przyłączeniowe. W ściankach kolektora zbiorczego 2 cieczy znajdują się otwór wlotowy 3 oraz otwór wylotowy 4 cieczy. W dodatkowych otworach przyłączeniowych mogą zostać osadzone, nie przedstawione szczegółowo na rysunku, czujniki temperatury kotła grzewczego oraz czujniki zabezpieczenia termicznego, jak również inne elementy instalacji grzewczej. W otworze wlotowym 3 cieczy do kolektora zbiorczego 2 zamocowany jest, również nie przedstawiony na rysunku, przewód rozprowadzający ciecz wewnątrz kolektora zbiorczego 2.

Do kolektora zbiorczego 2 cieczy zamocowany jest szereg czterech ułożonych równolegle względem siebie płyt 5 wymiennika. Każda z płyt 5 wymiennika ma w widoku z boku kształt trapezu prostokątnego. Wierzchołek o kącie ostrym płyty 5 wymiennika wyznacza dolną część płytowego wymiennika ciepła, a równocześnie wierzchołek płyty 5 wymiennika o kształcie trapezu znajduje się przy ściance kolektora zbiorczego 2 cieczy, tak że po zamocowaniu płytowego wymiennika 1 ciepła kotła grzewczego w samym kotle grzewczym, wierzchołek płyty 5 wymiennika znajduje się w dolnej części

PL 233 044 B1 kotła, umożliwiając prosty dostęp do palnika bądź paleniska. Również każda z płyt 5 wymiennika posiada otwory przepływowe cieczy zlokalizowane na jednym z boków wyznaczających jej grubość. W otworach przepływowych płyt 5 wymiennika zamocowane są pary króćców 6 przyłączeniowych dla wpływu i wypływu cieczy z płyty 5 wymiennika.

W pierwszym przykładzie wykonania na wewnętrznych powierzchniach bocznych płyt 5 wymiennika oraz zewnętrznych powierzchniach bocznych skrajnych płyt 5 wymiennika zamocowanych zostało pięć płatów kierujących 7 rozmieszczonych jeden ponad drugim. Każdy z płatów kierujących 7 na jednym swoim końcu posiada okno przelotowe 8, przy czym na sąsiadujących ze sobą płatach kierujących 7 okna przelotowe 8 rozmieszczone są naprzemiennie, na przeciwległych końcach - raz w części płatów kierujących 7 przy swobodnym końcu płyt 5 wymiennika, a raz przy kolektorze 2 zbiorczym cieczy. Końce płatów kierujących 7 bez okien przelotowych 8 przylegają do powierzchni kolektora 2 zbiorczego cieczy. Tym samym układ okien przelotowych 8 i przestrzeni pomiędzy płatami kierującymi 7 tworzy kanały labiryntowe, przez którą przepływają spaliny, ulegając zawirowaniom, co sprzyja wytrącaniu się zanieczyszczeń, a w szczególności pyłów przy spalaniu paliw stałych. Umieszczenie płatów kierujących 7 na zewnętrznych powierzchniach bocznych skrajnych płyt 5 wymiennika oraz ich przyleganie końców płatów kierujących 7 bez okien przelotowych do powierzchni kolektora 2 zbiorczego cieczy powoduje, że spaliny są prowadzone wyłącznie linią labiryntową przez całą powierzchnię płytowego wymiennika 1 ciepła.

W drugim przykładzie wykonania (fig. 2) pary sąsiadujących ze sobą w pionie płatów kierujących 7', 7” wraz z powierzchniami bocznymi płyt 5 wymiennika tworzą kanały przepływowe dla spalin o przekroju zwiększającym się w kierunku od okna przelotowego 8 dolnego płata kierującego 7' do okna przelotowego 8 górnego płata kierującego 7”.

Z kolei w trzecim przykładzie wykonania (fig. 3, 4) na powierzchniach bocznych płyt 5 wymiennika naprzemiennie umieszczone są najpierw dwa płaty kierujące 7 z oknem przelotowym 8 umieszczonym pomiędzy skierowanymi ku sobie końcami tych płatów kierujących 7. Następnie umieszczony jest płat kierujący posiadający okna przelotowe 8 na obu swoich końcach.

W każdym z przykładów wykonania, płaty kierujące 7 (fig. 5) ułożone są luźno na wąskich wspornikach 9 zamocowanych na powierzchniach bocznych płyt 5 wymiennika. Na powierzchniach bocznych płyt 5 wymiennika znajdują się również dodatkowe wsporniki 9'. Skutkuje to możliwością łatwego przestawiania płatów kierujących 7 i uzyskiwania różnych konfiguracji okien przelotowych 8. Ponadto daje to możliwość łatwego usuwania płatów kierujących 7 w przypadku zbyt słabego ciągu kominowego, bądź też dodawania płatów kierujących 7, gdy ciąg kominowy jest zbyt duży i rosną straty ciepła. Ułożone luźno na wspornikach 9 płaty kierujące 7 uszczelniane są pyłem wytrącającym się z przepływających linią labiryntową spalin. Alternatywnie płaty kierujące 7 mogą być przy spawane do jednej powierzchni bocznej płyty 5 wymiennika.

Również w każdym z przykładów wykonania, powierzchnie górnych płatów kierujących 7 leżą w płaszczyźnie wyznaczanej przez górne ścianki płyt 5 wymiennika. Tym samy ułożone równo płaty kierujące 7 ukierunkowują spaliny do czopucha komina. Można jednak pozostawić górną przestrzeń wymiennika 1 ciepła otwartą i przykładowo umieścić w niej dodatkowy rekuperator ciepła pobierający podgrzane powietrze do dmuchawy współpracującej z palnikiem kotła grzewczego, bądź też można wykorzystać podgrzane powietrze do ogrzewania innego, niewielkiego pomieszczenia.

Płytowy wymiennik 1 ciepła może być stosowany w kotłach dowolnego rodzaju. Może być wykorzystywany w kotłach na paliwa stałe gazowe oraz ciekłe. Dodatkowo wymiennik 1 ciepła może być stosowany zarówno w kotłach posiadających płaszcz wodny, jak i w kotłach z akumulującym ciepło płaszczem ceramicznym. Konstrukcja wymiennika 1 ciepła umożliwia jego szybki montaż bądź demontaż w kotle grzewczym, co umożliwia przeprowadzenie naprawy albo też całkowitą wymianę. W szczególności jest możliwe w kotłach grzewczych z płaszczem ceramicznym. W takim przypadku płaszcz ceramiczny, kumulujący nadwyżki temperatury, dogrzewa również wymiennik 1 ciepła po wyłączeniu się palnika kotła grzewczego w momencie osiągnięcia ustalonej temperatury.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Płytowy wymiennik ciepła kotła grzewczego, zawierający kolektor zbiorczy cieczy z otworami przyłączeniowymi, w tym z otworem wlotowym oraz otworem wylotowym cieczy i połączony z szeregiem ułożonych równolegle względem siebie płyt wymiennika, z których każda

   PL 233 044 B1 w widoku z boku ma kształt trapezu prostokątnego, którego wierzchołek o kącie ostrym wyznacza dolną część płytowego wymiennika ciepła, przy czym każda płyta wymiennika posiada otwory przepływowe cieczy zlokalizowane na jednym z boków wyznaczających jej grubość, przez które to otwory realizowane jest odrębne połączenie każdej z płyt wymiennika ze wspólnym dla szeregu płyt wymiennika kolektorem zbiorczym cieczy, znamienny tym, że pojedyncza płyta (5) wymiennika ma przynajmniej na jednej powierzchni bocznej zamocowane co najmniej dwa płaty kierujące (7) rozmieszczone na wysokości tej powierzchni bocznej jeden ponad drugim, przy czym każdy z płatów kierujących (7) z co najmniej jednego swego końca ma okno przelotowe (8), zaś okna przelotowe (8) i przestrzenie pomiędzy płatami kierującymi (7) tworzą co najmniej jeden kanał labiryntowy.
2. 2. Płytowy wymiennik ciepła, według zastrz. 1, znamienny tym, że każda płyta (5) wymiennika ma na jednej powierzchni bocznej płaty kierujące (7), przy czym skrajna płyta (5) wymiennika ma dodatkowo płaty kierujące (7) usytuowane na zewnętrznej powierzchni.
3. 3. Płytowy wymiennik ciepła, według zastrz. 2, znamienny tym, że płaty kierujące (7) rozmieszczone są identycznie na wszystkich płytach (5) wymiennika.
4. 4. Płytowy wymiennik ciepła, według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że końce wybranych płatów kierujących (7) bez okna przelotowego (8) przylegają do powierzchni kolektora zbiorczego (2) cieczy.
5. 5. Płytowy wymiennik ciepła, według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że wybrane pary sąsiadujących ze sobą w pionie płatów kierujących (7) wraz z powierzchniami bocznymi płyt (5) wymiennika tworzy kanał przepływowy o zmiennym przekroju poprzecznym.
6. 6. Płytowy wymiennik ciepła, według zastrz. 5, znamienny tym, że przekrój poprzeczny kanałów przepływowych zwiększa się w kierunku od okna przelotowego (8) dolnego płata kierującego (7') do okna przelotowego (8) górnego płata kierującego (7”).
7. 7. Płytowy wymiennik ciepła według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że na jednej wysokości znajdują się dwa płaty kierujące (7) posiadające okno przelotowe (8) między skierowanymi ku sobie końcami, zaś ponad nimi znajduje się płat kierujący (7) z oknami przelotowymi (8) po obu końcach.
8. 8. Płytowy wymiennik ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że rozmiar okna przelotowego (8), na wysokości płyty wymiennika, zwiększa się w kierunku od dołu do góry, a każde okno przelotowe (8) znajdujące się w kolejnym, położonym wyżej płacie kierującym ma większy rozmiar niż okno przelotowe (8) znajdujące się w poprzedzającym go płacie kierującym (7).
9. 9. Płytowy wymiennik ciepła według jednego z zastrz. od 1 do 8, znamienny tym, że powierzchnie górnych płatów kierujących (7) leżą w płaszczyźnie wyznaczanej przez górne ścianki płyt (5) wymiennika.