ТЕПЛООБМЕННЫЙ БЛОК И СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ТЕПЛООБМЕНА
HEAT EXCHANGE UNIT AND HEAT EXCHANGE METHOD

Предпосылки создания изобретения
Настоящее изобретение относится к теплообменному блоку и способу теплообмена, который может быть реализован посредством такого блока.
В частности, изобретение относится к теплообменному блоку, содержащему по меньшей мере один теплообменник, установленный в соответствующей оболочке, и имеющему предпочтительное, хотя и не исключительное, применение в водонагревательных устройствах, системах отопления или кондиционирования воздуха, как в быту, так и в комплексах жилых зданий, промышленных или торговых зонах.
В нижеследующем описании и в прилагаемой формуле изобретения термин «теплообменный блок» используется для обозначения агрегата, предпочтительно, модульного типа, содержащего по меньшей мере один теплообменник, установленный в соответствующей оболочке и выполненный с возможностью осуществления теплообмена между первой теплопередающей текучей средой, циркулирующей внутри теплообменника, и второй теплопередающей текучей средой, протекающей в оболочке снаружи самого теплообменника.
В предпочтительном варианте осуществления, как это будет пояснено далее по тексту, изобретение относится к теплообменному блоку и способу теплообмена конденсационного типа.
Уровень техники
Как известно, теплообменный блок предназначен для передачи тепловой энергии между двумя текучими средами, а именно - первой и второй теплопередающими текучими средами, как они здесь называются.
Например, в случае обычных бытовых газовых водонагревателей, теплообменный блок предназначен для нагрева воды, циркулирующей внутри установленного в данном блоке теплообменника, посредством горячих газов горения, производимых горелкой.
С этой целью теплообменные блоки конденсационного типа выполняют, например, с возможностью использования как тепла, вырабатываемого в результате горения, так и скрытого тепла конденсации, содержащегося в газах горения. Количество извлекаемого скрытого тепла конденсации в основном зависит от температуры возвращаемой из нагревательной системы воды, поступающей на более холодную сторону теплообменного блока.
В настоящее время теплообменными блоками, особо ценимыми за свою высокую эффективность теплообмена (обусловленную присутствием большой поверхности обмена), компактность, конкурентоспособные вес и стоимость, являются те, которые оборудованы спиралевидными теплообменниками, помещенными в соответствующую оболочку.
В частности, такой теплообменник содержит по меньшей мере один трубопровод, навитый вокруг продольной оси спирали с соответствующим множеством витков, имеющих поперечное сечение, величина которого определяется в соответствии с требуемой тепловой мощностью.
Витки такого трубопровода могут иметь либо уплощенное поперечное сечение, такое, как, например, раскрыто в Международной патентной заявке WO 94/16272 на имя Le Mer или в Европейской патентной заявке ЕР 0745 813 на имя Viessmann Werke, либо круглое поперечное сечение, такое как, например, раскрыто в Международной патентной заявке WO 2005/080900 на имя Cosmogas.
В обоих случаях между последовательными витками спиралевидно навитого трубопровода задается промежуток, образующий проточный канал для протекания второй теплопередающей текучей среды (например, производимых горелкой горячих газов горения) в, по существу, радиальном направлении или в аксиально-радиальном направлении, если витки наклонены относительно продольной оси спирали. Промежуток, заданный между последовательными витками спиралевидно свитого трубопровода имеет заданную и, предпочтительно, постоянную ширину.
Спиралевидный трубопровод коаксиально теплообменнику и внутри него определяет зону подачи второй теплопередающей текучей среды, в которой, в случае газожидкостных теплообменных блоков для водонагревательных устройств обычно устанавливают горелку.
Как было сказано, вторая теплопередающая текучая среда, таким образом, стремится течь через промежутки между витками в, по существу, радиальном или аксиально-радиальном направлении, при этом отдавая тепло первой теплопередающей текучей среде, циркулирующей внутри трубопровода.
В первой конфигурации теплообменных блоков известного типа и согласно, например, раскрытому в Международной патентной заявке WO 2005/080900 на имя Cosmogas или в Европейской патентной заявке ЕР 0745813 на имя Viessmann Werke, после протекания через промежутки между витками вторая теплопередающая текучая среда достигает кольцевой сборной камеры, внешней по отношению к теплообменнику, и снаружи отграниченной боковой стенкой оболочки, чтобы затем непосредственно вытекать из блока через отверстие, выполненное в боковой стенке оболочки блока.
Во второй конфигурации теплообменных блоков известного типа и согласно, например, раскрытому в Международной патентной заявке WO 94/16272 на имя Le Mer или в Международной патентной заявке WO 2004/036121 на имя Giannoni France, для второй теплопередающей текучей среды обеспечена вторая сборная камера, определенная коаксиально теплообменнику и внутри него, позади перегораживающего элемента, являющегося несущим для диска теплоизоляции, выполненной из огнеупорного материала. Данный диск расположен внутри теплообменника с целью разделения спирали, образованной теплообменником, на две части, находящиеся соответственно относительно перегораживающего элемента выше и ниже по направлению потока второй теплопередающей текучей среды.
При этом спиралевидный теплообменник разделяется на переднюю часть, или часть первичного теплообмена, расположенную относительно указанного перегораживающего элемента выше по потоку газов горения и непосредственно подвергающуюся воздействию производимого горелкой тепла, и заднюю часть, или часть вторичного теплообмена, расположенную ниже по. потоку от указанного перегораживающего элемента и экранированную этим элементом от горелки.
В соответствии с данной второй конфигурацией блока, производимые горелкой горячие газы горения - перед выходом из теплообменного блока - протекают последовательно сначала через часть первичного теплообмена теплообменного блока к кольцевой сборной камере, проходя через разделяющие витки промежутки радиально или аксиально-радиально изнутри наружу, а затем - через часть вторичного теплообмена ко второй сборной камере, проходя через разделяющие витки промежутки радиально или аксиально-радиально изнутри наружу в направлении, по существу, перпендикулярном боковой стенке оболочки.
С функциональной точки зрения, две - передняя и задняя - части спиралевидного теплообменника предназначены для поглощения тепла, генерируемого горелкой и газообразными продуктами горения выше по потоку от перегораживающего элемента так, чтобы определить максимальную тепловую мощность, которая может быть произведена теплообменником при максимальной выходной температуре первой теплопередающей текучей среды и, соответственно, осуществить утилизацию скрытой теплоты конденсации горячих газов горения ниже по потоку от перегораживающего элемента.
В третьей известной конфигурации теплообменных блоков и в соответствии с раскрытым, например, в патенте США 4901677, вышеуказанная вторая сборная камера второй теплопередающей текучей среды задана наружно относительно спиралевидного теплообменника с оребренными трубами ниже по потоку от разделительного элемента, являющегося несущим для диска, выполненного из теплоизоляционного огнеупорного материала, причем указанный разделительный элемент установлен, в свою очередь, сзади теплообменника.
Таким образом, вторая сборная камера второй теплопередающей текучей среды образована между разделительным элементом и задней стенкой оболочки теплообменного блока, а первая и вторая сборные камеры второй теплопередающей текучей среды сообщаются между собой по текучей среде через кольцевой канал, образованный в радиально наружном положении относительно разделительного элемента и предназначенный обеспечивать возможность протекания потока второй теплопередающей текучей среды, по существу, параллельно периферийной боковой стенке оболочки и вблизи нее.
В соответствии с конфигурацией, раскрытой в Международных патентных заявках WO 94/16272, WO 2004/036121 и в патенте США №4901677, вторая сборная камера содержит выпускной проход для второй теплопередающей текучей среды, расположенный по центру камеры и коаксиально с оболочкой теплообменного блока, чтобы выпускать газы горения из второй сборной камеры в направлении, параллельном продольной оси спирали теплообменника.
В частности, в соответствии с третьей известной конфигурацией блока, раскрытой в патенте США №4901677, вторая теплопередающая текучая среда покидает теплообменный блок, протекая по выпускному каналу, проходящему аксиально и по центру от задней стенки оболочки теплообменного блока.
Сущность изобретения
Заявитель отмечает, что вышеуказанные известные конфигурации теплообменных блоков имеют некоторые недостатки и ограничения.
Что касается теплообменных блоков, имеющих указанную первую конфигурацию без внутренних перегораживающих элементов, раскрытую в WO 2005/080900 или в ЕР 1160521, было выяснено, что эти блоки, позволяя полностью использовать способность теплообменника поглощать генерируемое горелкой тепло как за счет теплообмена с газами горения, так и за счет излучения, и, соответственно, обеспечивая возможность достижения высокой максимальной тепловой мощности при максимальной выходной температуре первой теплопередающей текучей среды - не обеспечивают возможности оптимального теплообмена между радиально протекающими между витками теплообменника газами горения и первой теплопередающей текучей средой, циркулирующей в трубопроводе теплообменника.
Фактически, Заявитель обнаружил, что газы горения, преимущественно, стремятся протекать внутри оболочки теплообменного блока к выпускному отверстию, выполненному в боковой стенке оболочки, по траекториям, обходящим часть витков вдоль по аксиальной протяженности теплообменника, что не является малозначащим.
Этот недостаток особенно ощущается, если теплообменный блок имеет горизонтальное рабочее положение, так как в этом случае выпускное отверстие газов горения обращено вверх по объяснимым причинам удобства и простоты монтажа, а такое расположение способствует конвективному подъему газов, что усиливает процесс образования преференциальных обходных траекторий в теплообменнике.
Результирующие потери эффективности теплообмена в блоках такого типа нужно компенсировать использованием соответствующего количества витков теплообменника, которое зачастую превышает количество, требуемое для полного использования тепловой мощности горелки, с соответствующим увеличением аксиальной протяженности теплообменника и, следовательно, самого теплообменного блока.
Дополнительно к этому, ограниченная эффективность теплообмена, связанная с указанными преимущественными потоками газов горения внутри блока, также подразумевает то, что будет ограничена производительность последнего по конденсации, что будет снижать его общую эффективность или потребует большего числа витков теплообменника для достижения одной и той же эффективности.
В отношении теплообменных блоков, имеющих указанную вторую конфигурацию с перегораживающими элементами внутри теплообменника, и раскрытых в WO 94/16272 и WO 2004/036121, Заявитель отмечает, что эти блоки - при обеспечении возможности достижения большей, чем в первой конфигурации, производительности по конденсации с повышением эффективности блока, обеспечиваемой частью теплообменника, расположенной ниже по потоку от перегораживающего элемента - не позволяют полностью использовать тепловую мощность горелки, так как только передняя часть теплообменника непосредственно подвержена воздействию горелки и может поглощать ее тепло и за счет теплообмена с газами горения, и за счет излучения.
Таким образом, обеспечивается то, что для одной и той же общей эффективности, теплообменный блок в данной второй известной конфигурации за счет более высокой производительности по конденсации имеет размеры, меньшие, чем в рассмотренной выше первой конфигурации, но и меньшую максимальную тепловую мощность при максимальной выходной температуре первой теплопередающей текучей среды.
Более того, Заявитель установил, что конфигурация выпуска газов горения из второй сборной камеры, показанная в документах уровня техники, проиллюстрированных со ссылкой на вторую и третью известные конфигурации блоков, требует использования элементов для сбора и перемещения газов ниже по потоку от теплообменника и снаружи относительно теплообменного блока, чем будет нежелательно увеличена аксиальная протяженность последнего.
В этом смысле третья известная конфигурация блока, раскрытая в патенте США №4901677, особенно неудовлетворительна по аксиальной протяженности в результате наличия вышеуказанного проходящего от задней стенки оболочки блока аксиального выпускного канала для второй теплопередающей текучей среды.
Следует отметить, что уменьшение габаритных размеров является постоянно ужесточающимся требованием рынка, наряду с минимизацией цен и потерь давления с одной стороны, и максимизацией эффективности теплообмена с другой стороны.
Задача, являющаяся предпосылкой к изобретению, таким образом, состоит в устранении вышеуказанных недостатков и, в частности, в обеспечении теплообменного блока, который, при той же самой общей эффективности блока, совмещал бы в себе полезные аспекты вышеописанных известных конфигураций блоков с максимальной универсальностью монтажа и минимальным аксиальным размером.
В частности, целью изобретение является разработка теплообменного блока, который, при той же самой общей эффективности блока, был бы способен обеспечивать высокую максимальную тепловую мощность при максимальной выходной температуре первой теплопередающей текучей среды, и при этом имел бы меньшие ограничения по установке, а также улучшенную интенсивность теплообмена между первой и второй теплопередающими текучими средами при минимальном аксиальном размере блока.
В соответствии со своим первым аспектом, изобретение относится к теплообменному блоку, определено в пункте 1 прилагаемой формулы изобретения, предпочтительные признаки указанного блока определены в зависимых пунктах 2-34 формулы изобретения.
Конкретнее, изобретение относится к теплообменному блоку, содержащему:
- оболочку, содержащую заднюю стенку, переднюю стенку и периферийную боковую стенку;
- спиралевидный теплообменник, содержащий по меньшей мере один трубопровод для протекания первой теплопередающей текучей среды, свитый в множество витков вокруг продольной оси спирали; причем указанный теплообменник установлен в указанной оболочке;
- зону подачи второй теплопередающей текучей среды, предназначенной для теплообмена с указанной первой теплопередающей текучей средой, образованную в оболочке коаксиально и внутри относительно указанного теплообменника;
- первую сборную камеру второй теплопередающей текучей среды, образованную снаружи относительно указанного теплообменника между радиально наружной стенкой теплообменника и периферийной боковой стенкой оболочки; и
- вторую сборную камеру второй теплопередающей текучей среды, по меньшей мере частично отграниченную по меньшей мере одним разделительным элементом, установленным в аксиально наружном положении относительно указанного теплообменника;
причем периферийная боковая стенка оболочки окружает и поперечно отграничивает теплообменник и первую сборную камеру второй теплопередающей текучей среды, по существу, на всей их аксиальной протяженности;
причем указанная вторая сборная камера образована в аксиально наружном положении относительно указанного теплообменника между указанным по меньшей мере одним разделительным элементом, периферийной боковой стенкой и задней стенкой или передней стенкой оболочки;
причем первая и вторая сборные камеры второй теплопередающей текучей среды отделены друг от друга по меньшей мере одним разделительным элементом и сообщаются друг с другом по текучей среде через по меньшей мере один первый канал, предназначенный для обеспечения протекания второй теплопередающей текучей среды из первой сборной камеры во вторую сборную камеру, по существу, параллельно указанной периферийной боковой стенке и вблизи нее;
причем указанный разделительный элемент содержит теплообменную часть, контактирующую с по меньшей мере одной частью концевого витка теплообменника и предназначенную для обеспечения возможности теплообмена между по меньшей мере одной указанной одной витковой частью теплообменника и указанной второй сборной камерой; и
причем теплообменный блок дополнительно содержит:
i) по меньшей мере одну перегораживающую стенку, проходящую между периферийной боковой стенкой оболочки и частью периферийного края по меньшей мере одного разделительного элемента, причем перегораживающая стенка предназначена для ограничения непосредственного сообщения по текучей среде между первой и второй сборными камерами второй теплопередающей текучей среды;
ii) по меньшей мере один второй канал, обеспечивающий выход текучей среды из второй сборной камеры, причем указанный второй канал образован по периферии в указанной второй сборной камере между аксиальным концом периферийной боковой стенки и задней стенкой или передней стенкой оболочки.
В рамках настоящего раскрытия и прилагаемой формулы изобретения разнообразные «аксиальные», «продольные», «поперечные» или «радиальные» направления или ориентации блока или его компонентов, а также «переднее», «заднее» или «боковое» расположения указанных элементов в блоке, если не заявлено иного, указаны относительно продольной оси спирали теплообменника.
В рабочей конфигурации теплообменного блока такая продольная ось может быть горизонтальной или вертикальной; из этого следует, что разнообразные направления, ориентации или расположения блока или его компонентов следует считать указанными относительно ориентации продольной оси спирали теплообменника.
В нижеследующем описании в целях упрощения изложения, обычно будет иметься в виду, без каких-либо ограничительных намерений, горизонтальное рабочее расположение теплообменного блока, при котором продольная ось теплообменника будет горизонтальной.
В рамках настоящего описания и прилагаемой формулы изобретения, выражение «разделительный элемент, установленный в аксиально наружном положении относительно теплообменника» используют для обозначения того, что разделительный элемент установлен снаружи теплообменника и аксиально сбоку него, и не находится между витками, как это предусмотрено рассмотренной выше второй конфигурацией теплообменных блоков, известных из уровня техники.
В нижеследующем описании и прилагаемой формуле изобретения термин «тепловая мощность» используют для обозначения количества энергии, передаваемой в виде тепла в единицу времени между первой теплопередающей текучей средой, циркулирующей в теплообменнике, и второй теплопередающей текучей средой, циркулирующей снаружи него.
В рамках настоящего описания и прилагаемой формулы изобретения, термин «теплопередающая текучая среда» используют для обозначения любой текучей среды, способной принимать тепло от внешних источников тепла тепло/передавать тепло внешним источникам тепла и переносить тепло в различные точки устройства или системы, в которых указанная текучая среда циркулирует.
Таким образом, например, в случае газо-жидкостных теплообменных блоков первая теплопередающая текучая среда может представлять собой подлежащую нагреву воду (например в бытовых нагревательных котлах), а вторая теплопередающая текучая среда может состоять из горячих газов, например, газов горения, исходящих от горелки, или же первая теплопередающая текучая среда может состоять из сжатого газа или другой текучей среды при относительно высокой температуре, а вторая теплопередающая текучая среда может состоять из холодного воздуха, приходящего из соответствующего циркуляционного устройства (как, например, в системе кондиционирования воздуха).
В нижеследующем описании и прилагаемой формуле изобретения, термин «размер» оболочки или теплообменника блока используют для обозначения пространства, занимаемого ими в аксиальном (то есть, продольном) направлении и поперечно к аксиальному направлению, например, по высоте и ширине, если оболочка имеет, по существу, призматическую геометрическую форму, или в радиальном направлении, если оболочка имеет, по существу, цилиндрическую геометрическую форму.
В нижеследующем описании и прилагаемой формуле изобретения, термины «выше по потоку» и «ниже по потоку» используют для указания положения элемента или части блока относительно направления движения потока соответствующей теплопередающей текучей среды, например, второй теплопередающей текучей среды.
В рамках настоящего изобретения и прилагаемой формулы изобретения, признак, в соответствии с которым разделительный элемент содержит теплообменную часть, предназначенную для обеспечения возможности теплообмена между вышеуказанной по меньшей мере одной частью концевого витка теплообменника и второй сборной камерой, и, очевидно, с протекающим в ней второй теплопередающей текучей средой в условиях работающего блока, означает, что по меньшей мере теплообменная часть разделительного элемента имеет такую конструкцию, что, например, ее толщина и/или состав, по существу, не препятствуют передаче тепла между концевым витком теплообменника и второй сборной камерой.
Разделительный элемент теплообменного блока в соответствии с изобретением, следовательно, имеет конструкцию, которая отличается от конструкции разделительного элемента, раскрытого в патенте США №4901677, который состоит из изолирующего тела, которое на практике предназначено для предотвращения теплообмена между концевым витком теплообменника и сборной камерой второй теплопередающей текучей среды, образованной ниже по потоку от разделительного элемента.
Предпочтительно, по меньшей мере теплообменная часть разделительного элемента сделана из материала, предпочтительно металлического, имеющего высокий коэффициент теплопроводности, например, из алюминия или стали.
В нижеследующем описании и прилагаемой формуле изобретения, термин «материал, имеющий высокий коэффициент теплопроводности» предназначен для указания на материал, имеющий коэффициент теплопроводности не ниже 10 Вт/(м⋅К).
Для целей изобретения, разделительный элемент может быть выполнен в виде единого целого из одного или нескольких материалов, или может содержать детали из различных материалов, при условии, что теплообменная часть разделительного элемента будет иметь конструкцию, как раскрыто выше, которая, по существу, не препятствует передаче тепла между концевым витком теплообменника и второй сборной камерой.
Так, например, разделительный элемент в теплообменной части может содержать металлическую деталь, и деталь, выполненную из пластика сверхвысокой молекулярной плотности, имеющего свойства стойкости к воздействию химикатов, огня и водяного пара, например, из полифениленсульфида (ПФС) в частях, менее подверженных нагреву, например, в тех частях, которые не обращены к зоне подачи второй теплопередающей текучей среды.
Предпочтительно, разделительный элемент имеет небольшую толщину, достаточно малую, чтобы максимизировать передачу тепла между концевым витком теплообменника и сборной камерой второй теплопередающей текучей среды, но и в тоже время достаточную для придания разделительному элементу надлежащих характеристик механического сопротивления.
Предпочтительная толщина разделительного элемента в зависимости от того, из какого материала он изготовлен, составляет от 0,8 до 5 мм. То есть, например, если разделительный элемент изготовлен из стали, то он имеет толщину от 0,8 до 2,4 мм, а если он будет изготовлен из алюминия, то его толщина составит от 2,2 до 4,0 мм.
В целях настоящего изобретения, оболочка теплообменного блока может быть выполнена из любого подходящего для данного применения конструкционного материала, например, из алюминия, стали или пластика сверхвысокой молекулярной плотности, имеющего свойства стойкости к воздействию химикатов, огня и водяного пара, например, из полифениленсульфида (ПФС).
В целях настоящего изобретения, вышеуказанный теплообменник может быть выполнен из любого имеющего высокий коэффициент теплопроводности материала, предпочтительно, из металла, обычно используемого для теплообменного применения, например, из алюминия или стали.
В соответствии с настоящим изобретением Заявителем было выявлено, что по сравнению с вышеописанными известными конфигурациями блока имеется возможность обеспечения высокой максимальной тепловой мощности при максимальной выходной температуре первой теплопередающей текучей среды, и одновременного достижения улучшенной универсальности монтажа при повышении интенсивности теплообмена, при минимальном - для одной и той же общей эффективности блока - аксиальном размере блока, если одновременно использовать следующие характеристики последнего:
- установочное положение разделительного элемента, в котором он находится аксиально снаружи относительно теплообменника;
- конфигурация канала первой теплопередающей текучей среды, предназначенная для обеспечения возможности протекания второй теплопередающей текучей среды из первой сборной камеры во вторую сборную камеру, по существу, параллельно периферийной боковой стенке оболочки блока и вблизи этой стенки;
- расположение канала второй теплопередающей текучей среды, обеспечивающее выход текучей среды из второй сборной камеры, причем такой канал образован по периферии во второй сборной камере между аксиальным концом периферийной боковой стенки оболочки блока и задней стенкой или передней стенкой самой оболочки;
- конфигурация теплообменной части разделительного элемента, контактирующей с по меньшей мере одной частью концевого витка теплообменника, обеспечивающая возможность теплообмена между концевым витком теплообменника и второй сборной камерой и, в частности, со второй теплопередающей текучей средой, протекающей в последней при работе теплообменника.
Прежде всего, Заявитель экспериментально обнаружил, что установочное положение разделительного элемента (аксиально снаружи относительно теплообменника) позволяет получить полезный технический результат - особенно важный в случае газожидкостных теплообменных блоков с горелкой - обеспечение возможности теплообменнику подвергаться воздействию горелки и газов горения по всему своему аксиальному протяжению, чтобы достичь - при одной и той же общей эффективности блока - высокой максимальной тепловой мощности при максимальной выходной температуре первой теплопередающей текучей среды.
В этом отношении Заявитель обнаружил, что максимальная тепловая мощность при максимальной выходной температуре первой теплопередающей текучей среды теплообменного блока согласно изобретению, оснащенного горелкой, предпочтительно выше - при тех же самых эффективности и размером блока - по сравнению со вышеописанной второй известной конфигурацией блоков.
По сути, теплообменный блок в соответствии с изобретением предпочтительно способен использовать, в максимальной степени и равномерным образом, теплообмен со второй теплопередающей текучей средой, и, если блок оборудован горелкой, использовать в максимальной степени генерируемую последней тепловую мощность при любых условиях эксплуатации, за счет того, что теплообменник непосредственно, на всей своей аксиальной протяженности, подвергается воздействию второй теплопередающей текучей среды, например, газов горения, генерируемых самой горелкой.
Заявитель также обнаружил, что за счет установки по меньшей мере одного разделительного элемента в радиально наружном положении относительно теплообменника предпочтительно возможно одновременно достичь дополнительный предпочтительный технический результат, состоящий в повышении универсальности монтажа теплообменного блока в нагревательном устройстве или устройстве кондиционирования воздуха, в частности, в водонагревательных устройствах.
Таким образом, на практике можно образовать вторую сборную камеру второй теплопередающей текучей среды в аксиально наружном положении относительно теплообменника между разделительным элементом, периферийной боковой стенкой оболочки и задней стенкой или передней стенкой оболочки.
Таким образом, предпочтительно обеспечена возможность получения теплообменного блока, имеющего возможность самоадаптации - с минимальными конструктивными изменениями - к требованиям монтажа в нагревательном устройстве или в устройстве кондиционирования воздуха и, в частности, к расположению трактов удаления второй теплопередающей текучей среды, выпускаемой из блока.
Заявитель также экспериментально обнаружил, что конфигурация первого проточного канала между первой и второй сборными камерами и периферийное расположение второго канала, обеспечивающего выход текучей среды из второй сборной камеры, взаимодействуют синергетически, чтобы внутри блока получить особое движение потока второй теплопередающей текучей среды, результатом которого являются следующие полезные технические результаты:
i) равномерность распределения потока второй теплопередающей текучей среды, как в его протекании через теплообменник в, по существу, радиальном или аксиально-радиальном направлении, так и в его протекании через первую сборную камеру в части блока, которая по потоку выше разделительного элемента;
ii) равномерность распределения потока второй теплопередающей текучей среды в канале, ведущем ко второй сборной камере, при этом поток распределяется разделительным элементом вдоль периферийной части оболочки блока, другими словами, по существу, параллельно периферийной боковой стенке оболочки и вблизи данной стенки;
iii) равномерность распределения потока второй теплопередающей текучей среды во второй сборной камере, образованной ниже по потоку от разделительного элемента, причем указанная равномерность в максимально возможной степени сокращает мертвые зоны внутри такой сборной камеры, которая становится, по существу, полностью охваченной потоком второй теплопередающей текучей среды.
С помощью получаемого таким образом равномерного потока во второй сборной камере достигают дополнительного полезного эффекта, состоящего в повышении интенсивности теплообмена с первой теплопередающей текучей средой, текущей в концевом витке теплообменника, причем без какого-либо значительного увеличения аксиального размера блока.
Наконец, Заявитель экспериментально обнаружил, что периферийная конфигурация первого проточного канала между первой и второй сборными камерами и периферийное расположение второго канала, обеспечивающего выход текучей среды из второй сборной камеры, действуют синергетически с характеристиками местоположения (аксиально наружно относительно теплообменника) и с теплообменной конфигурацией теплообменной части разделительного элемента.
По сути, такое синергетическое действие позволяет улучшить теплообмен между второй теплопередающей текучей средой, текущей во второй сборной камере, и первой теплопередающей текучей средой, текущим в концевом витке теплообменника.
По сути, вторая сборная камера второй теплопередающей текучей среды предпочтительно представляет собой дополнительный теплообменный элемент блока, охваченный равномерным по расходу и распределению потоком второй теплопередающей текучей среды, такой элемент позволяет повысить эффективность теплообмена блока и, в частности, если необходимо - усилить конденсационное действие за счет теплообмена с теплообменной частью разделительного элемента, которая, в свою очередь, контактирует с концевым витком теплообменника, в который при эксплуатации подают первую теплопередающую текучую среду, имеющую в теплообменном блоке самую низкую температуру.
В соответствии со своим вторым аспектом, настоящее изобретение относится к способу теплообмена, как определено в пункте 35 прилагаемой формулы изобретения; а предпочтительные признаки изобретения раскрыты в зависимых пунктах 36 - 44.
В частности, изобретение относится к способу теплообмена между первой теплопередающей текучей средой и второй теплопередающей текучей средой в теплообменном блоке, содержащем:
- оболочку, содержащую заднюю стенку, переднюю стенку и периферийную боковую стенку;
- спиралевидный теплообменник, содержащий по меньшей мере один трубопровод для протекания первой теплопередающей текучей среды, свитый в множество витков вокруг продольной оси спирали; причем указанный теплообменник установлен в указанной оболочке;
- зону подачи второй теплопередающей текучей среды, предназначенной для теплообмена с первой теплопередающей текучей средой, образованную в оболочке коаксиально и внутри относительно указанного теплообменника;
- первую сборную камеру второй теплопередающей текучей среды, образованную снаружи относительно указанного теплообменника, между радиально наружной стенкой теплообменника и периферийной боковой стенкой оболочки; и
- вторую сборную камеру второй теплопередающей текучей среды, по меньшей мере частично отграниченную по меньшей мере одним разделительным элементом, установленным в аксиально наружном положении относительно указанного теплообменника;
причем периферийная боковая стенка оболочки окружает и поперечно отграничивает теплообменник и первую сборную камеру второй теплопередающей текучей среды, по существу, по всей их аксиальной протяженности;
причем указанные первая и вторая сборные камеры второй теплопередающей текучей среды отделены друг от друга указанным по меньшей мере одним разделительным элементом с образованием указанной второй сборной камеры между указанным по меньшей мере одним разделительным элементом, периферийной боковой стенкой и задней или передней стенками оболочки;
причем указанный разделительный элемент содержит теплообменную часть, контактирующую с по меньшей мере одной частью концевого витка теплообменника и обеспечивающую возможность теплообмена между указанной по меньшей мере одной частью концевого витка теплообменника и второй теплопередающей текучей средой, протекающей в указанной второй сборной камере;
причем способ содержит следующие шаги:
- подают вторую теплопередающую текучую среду в указанную зону подачи;
- собирают вторую теплопередающую текучую среду в указанной первой сборной камере;
- подают вторую теплопередающую текучую среду из указанной первой сборной камеры в указанную вторую сборную камеру, по существу, параллельно периферийной боковой стенке оболочки и вблизи нее через по меньшей мере один первый канал, предусмотренный между периферийным краем указанного по меньшей мере одного разделительного элемента и периферийной боковой стенкой оболочки и/или в периферийной области указанного по меньшей мере одного разделительного элемента;
- осуществляют теплообмен между второй теплопередающей текучей средой, протекающей в указанной второй сборной камере, и первой теплопередающей текучей средой, протекающей в концевом витке теплообменника, посредством указанной теплообменной части разделительного элемента; и
- выпускают вторую теплопередающую текучую среду из второй сборной камеры в направлении, по существу, перпендикулярном продольной оси теплообменного блока, через по меньшей мере один второй канал, обеспечивающий выход текучей среды, образованный по периферии во указанной второй сборной камере между аксиальным концом периферийной боковой стенки и задней стенкой или передней стенкой оболочки.
Заявленный способ теплообмена предпочтительно обеспечивает достижение технических результатов, раскрытых выше в отношении теплообменного блока.
В соответствии со своим третьим аспектом, настоящее изобретение относится к нагревательному устройству или устройству кондиционирования воздуха, содержащему теплообменный блок, раскрытый в настоящем документе.
Настоящее изобретение в по меньшей мере одном из вышеуказанных аспектов может иметь по меньшей мере один из отличительных признаков; последние могут, в частности, сочетаться друг с другом при необходимости удовлетворения конкретным требованиям применения.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления, спиралевидный теплообменник содержит по меньшей мере один гладкий трубопровод, другими словами, трубопровод без теплообменных ребер, отходящих от его наружной поверхности.
Таким образом предпочтительно обеспечивается возможность, по существу, полностью предотвратить ухудшение интенсивности теплообмена с течением времени, связанное со скоплением отложений в труднодоступной для очистки области контакта теплообменных ребер с наружной поверхностью трубопровода.
В предпочтительном варианте осуществления, трубопровод теплообменника имеет уплощенное, предпочтительно, овальное поперечное сечение.
Предпочтительно, витки из вышеуказанного множества витков трубопровода теплообменника имеют уплощенное поперечное сечение, длинная ось которого, по существу, перпендикулярна продольной оси спирали теплообменника.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления, для удовлетворения специфических требований применения, длинная ось уплощенного поперечного сечения витков трубопровода теплообменника наклонена относительно продольной оси спирали.
Предпочтительно, угол наклона составляет от 60° до 87°.
В предпочтительном варианте осуществления, периферийная боковая стенка оболочки окружает и поперечно отграничивает теплообменник и первую сборную камеру второй теплопередающей текучей среды, по существу, без разрывов.
В рамках настоящего описания и нижеследующей формулы изобретения, такой предпочтительный признак означает, что периферийная боковая стенка оболочки лишена отверстий, предназначенных для обеспечения протекания второй теплопередающей текучей среды к своему выпускному отверстию, непосредственно сообщающемуся с областью снаружи блока, по существу, обходя при этом вторую сборную камеру.
Предпочтительно, разделительный элемент, примыкающий к теплообменнику аксиально сбоку сзади или спереди теплообменника, предназначен конструктивного отделения второй сборной камеры второй теплопередающей текучей среды как от первой сборной камеры, так и от зоны подачи второй теплопередающей текучей среды, образованной коаксиально и внутри относительно теплообменника, таким образом, чтобы обеспечивать возможность протекания второй теплопередающей текучей среды по периферии внутри оболочки блока ко второй сборной камере в направлении, по существу, параллельном периферийной боковой стенке оболочки и вблизи нее.
С этой целью, как будет подробнее изложено далее в настоящем документе, разделительный элемент может иметь любую подходящую геометрическую форму, и может иметь или не иметь сквозные отверстия для обеспечения прохода второй теплопередающей текучей среды, в зависимости от геометрической формы и конфигурации оболочки блока.
Предпочтительно, указанный по меньшей мере один канал для сообщения по текучей среде между первой и второй сборными камерами второй теплопередающей текучей среды выполнен между периферийным краем по меньшей мере одного разделительного элемента и периферийной стенкой оболочки, и/или в периферийной области по меньшей мере одного разделительного элемента.
В особенно предпочтительном варианте осуществления, теплообменный блок содержит множество первых каналов, выполненных между периферийным краем по меньшей мере одного разделительного элемента и периферийной боковой стенкой оболочки, и/или в периферийной области разделительного элемента.
Заявитель экспериментально обнаружил, что соответствующим образом регулируя конфигурацию первого проточного канала (каналов) между первой и второй сборными камерами, можно получить дополнительный полезный технический результат, состоящий в оптимизации динамики второй теплопередающей текучей среды, как при протекании через теплообменник в, по существу, радиальном или аксиально-радиальном направлении, так и при протекании через первую сборную камеру в части блока по потоку выше разделительного элемента.
Такая оптимизация динамики второй теплопередающей текучей среды, в свою очередь, подразумевает предпочтительное повышение эффективности теплообмена.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, оптимизацию динамики второй теплопередающей текучей среды обычно получают, регулируя суммарную площадь поперечного сечения потока текучей среды, определяемую вышеуказанным по меньшей мере одним первым каналом или вышеуказанным множеством первых каналов.
В частности, Заявитель экспериментально обнаружил, что можно несложно и эффективно достичь оптимизации динамики второй теплопередающей текучей среды в области блока по потоку выше разделительного элемента, придав суммарной площади поперечного сечения потока текучей среды, задаваемой по меньшей мере одним вышеуказанным одним первым каналом или вышеуказанным множеством первых каналов, предпочтительно низкое значение по сравнению с полным внутренним поперечным сечением блока.
В предпочтительном варианте осуществления, суммарная площадь поперечного сечения потока текучей среды, определяемая указанным по меньшей мере одним первым каналом или указанным множеством первых каналов, составляет от 5% до 30% полного внутреннего поперечного сечения блока.
В этом отношении, Заявитель экспериментально обнаружил, что значения суммарной площади поперечного сечения потока текучей среды, составляющие меньше 5% полного внутреннего поперечного сечения блока, могут негативно повлиять на стабильность работы теплообменного блока.
Также Заявитель экспериментально обнаружил, что значения суммарной площади поперечного сечения потока текучей среды, превышающие 30% полного внутреннего поперечного сечения блока, не позволяют достичь существенных эффектов оптимизации динамики в дополнение к вышеуказанному эффекту равномерного распределения потока второй теплопередающей текучей среды при его протекании сквозь теплообменник, первую сборную камеру, и при протекании через разделительный элемент ко второй сборной камере, такой эффект - как было изложено выше - обусловлен периферийным расположением первого проточного канала (каналов).
В более предпочтительном варианте осуществления, суммарная площадь поперечного сечения потока текучей среды, определяемая указанным по меньшей мере одним первым каналом или указанным множеством первых каналов, составляет от 5% до 25%.
В зависимости от потребностей, указанную площадь поперечного сечения потока текучей среды можно регулировать в одном из следующих предпочтительных диапазонов: от 5% до 20%, от 15% до 30%, от 10% до 20%, от 10% до 25%, от 15% до 25% или от 15% до 20% полного поперечного сечения оболочки.
В рамках настоящего изобретения и прилагаемой формулы изобретения, также следует понимать, что, если не указано иного, то перед всеми числами, представляющими величины, количества, процентное выражение и т.д., подразумевается слово «приблизительно». Также, все диапазоны численных категорий включают в себя все возможные комбинации максимальных и минимальных численных величин и все возможные промежуточные диапазоны между ними, дополнительно к тем, которые конкретно указаны здесь.
В частности, Заявитель экспериментально обнаружил, что при наблюдении таких конкретных значений суммарной площади поперечного сечения потока второй теплопередающей текучей среды, задаваемой первой каналом (каналами), эффективная оптимизация динамики второй теплопередающей текучей среды - которая в направлении наружу пересекает теплообменник, по существу, радиально или аксиально-радиально - достигается вдоль по, по существу, всей аксиальной протяженности теплообменника и вдоль, по существу, по всей его окружной протяженности, значительно уменьшая преференциальные траектории текучей среды и процессы обхода витков теплообменника.
В частности, Заявитель обнаружил, что расход второй теплопередающей текучей среды, которая радиально или аксиально-радиально пересекает теплообменник, проходя через промежутки между витками, можно сделать, по существу, постоянным вдоль аксиальной протяженности самого теплообменника.
Заявитель также считает, что такой расход делают, по существу, постоянным также вдоль окружной протяженности теплообменника с обеспечением равномерного протекания второй теплопередающей текучей среды внутри первой кольцевой сборной камеры вдоль окружной протяженности теплообменника, что значительно сокращает наличие е в первой сборной камере мертвых зон, не охватываемых потоком текучей среды.
Заявитель также обнаружил, что путем такой оптимизации динамики второй теплопередающей текучей среды и, следовательно, теплообмена между этой текучей средой и теплообменником, возможно предпочтительно повысить эффективность теплообмена блока - по сравнению с проиллюстрированной выше первой конфигурацией без внутренних перегораживающих элементов - за счет чего уменьшаются размеры теплообменника, особенно в аксиальном направлении, - с вытекающим из этого предпочтительным снижением стоимости, расхода материалов и уменьшением размеров теплообменника и содержащего его теплообменного блока.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, площадь поперечного сечения потока текучей среды, определяемая по меньшей мере вышеуказанным одним первым каналом или вышеуказанным множеством первых каналов, равномерно распределена по периметру периферийной боковой стенки оболочки.
Таким образом, это предпочтительно обеспечивает возможность равномерного регулирования распределения в окружном направлении второй теплопередающей текучей среды, чтобы тем самым оптимизировать ее динамику.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления изобретения, площадь поперечного сечения потока текучей среды, определяемая по меньшей мере вышеуказанным одним первым каналом или вышеуказанным множеством первых каналов, увеличивается по периметру периферийной боковой стенки оболочки блока с увеличением расстояния от вышеуказанного по меньшей мере одного второго канала, обеспечивающего выход текучей среды из второй сборной камеры второй теплопередающей текучей среды.
Этот предпочтительный вариант осуществление теплообменного блока особенно предпочтителен, когда в рабочей конфигурации блок установлен горизонтально. Горизонтальная установочная конфигурация, фактически, неизбежно способствует конвективному подъему второй теплопередающей текучей среды, например, приходящих от горелки газов горения, усиливая процессы образования преференциальных траекторий, обходящих нижние области теплообменника.
Наоборот, данный предпочтительный вариант осуществления теплообменного блока ограничивает образование карманов скопления второй теплопередающей текучей среды в области, например в верхней области при горизонтальной установке блока, первой сборной камеры вблизи канала, обеспечивающего выход текучей среды из второй сборной камеры, за счет меньшего перепада давления способствуя протеканию второй теплопередающей текучей среды к областям, наиболее удаленным от второго канала, обеспечивающего выход текучей среды из второй сборной камеры, например -к самым нижним областям при горизонтальной установке блока.
Таким образом, в частности, оптимизируют распределение второй теплопередающей текучей среды вдоль окружной протяженности первой сборной камеры, определяемой снаружи теплообменника, за счет чего значительно сокращается наличие мертвых зон, не охватываемых потоком текучей среды в первой сборной камере.
В рамках данного предпочтительного варианта осуществления, требуемого увеличения определяемой первым каналом (каналами) площади поперечного сечения потока текучей среды вдоль периметра периферийной боковой стенки оболочки блока при увеличении расстояния от второго канала, обеспечивающего выход текучей среды из второй сборной камеры, можно достичь различными путями.
При этом в первом предпочтительном варианте осуществления, требуемое увеличение площади поперечного сечения потока текучей среды может достигаться обеспечением множества сквозных отверстий (образующих такое же количество первых проточных каналов) в периферийной области разделительного элемента, причем сквозные отверстия имеют площадь поперечного сечения потока текучей среды, увеличивающуюся с увеличением расстояния от второго канала, обеспечивающего выход текучей среды из второй сборной камеры.
В альтернативном предпочтительном варианте осуществления, требуемое увеличение площади поперечного сечения потока текучей среды может достигаться заданием одного или множества первых проточных каналов между периферийным краем разделительного элемента и периферийной боковой стенкой оболочки, причем проточные каналы имеют площадь поперечного сечения потока текучей среды, увеличивающуюся с увеличением расстояния от второго канала, обеспечивающего выход текучей среды из второй сборной камеры.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления, требуемое увеличение площади поперечного сечения потока текучей среды может достигаться путем сочетания вышеописанных методов.
В рамках данных вариантов осуществления, геометрическая форма первого канала (каналов) не является критичной, при условии, что она остается способной обеспечивать возможность увеличения площади поперечного сечения потока второй теплопередающей текучей среды по мере удаления от второго канала, обеспечивающего выход текучей среды из второй сборной камеры.
Предпочтительно, разделительный элемент содержит, по существу, пластинчатое тело или, по существу, кольцевидное тело.
Предпочтительно, разделительный элемент содержит, по существу, пластинчатое тело, когда разделительный элемент установлен в аксиально наружном и заднем положении относительно теплообменника.
Предпочтительно, разделительный элемент содержит, по существу, кольцевидное тело, когда разделительный элемент установлен в аксиально наружном и переднем положении относительно теплообменника.
Таким, образом разделительный элемент легко изготовить с обеспечением возможности изменения его геометрической формы простым и гибким способом для получения конфигурации указанного по меньшей мере одного канала сообщения по текучей среде между первой сборной камерой и второй сборной камерой второй теплопередающей текучей среды, которая наиболее подходит для оптимизации динамики последней.
Предпочтительно, тело разделительного элемента имеет геометрическую форму, по существу, ответную геометрической форме оболочки.
В рамках предпочтительного варианта осуществления, в котором разделительный элемент установлен в аксиально наружном и заднем положении относительно теплообменника, и если оболочка имеет, по существу, чашеобразную или, по существу, цилиндрическую форму, тело разделительного элемента предпочтительно должно быть дисковидным.
Предпочтительно, разделительный элемент, по меньшей мере, частично имеет поперечный размер, который меньше поперечного сечения оболочки блока; при этом, указанный по меньшей мере один канал для сообщения по текучей среде между первой сборной камерой и второй сборной камерой второй теплопередающей текучей среды, как изложено выше, выполнен между периферийным краем разделительного элемента и периферийной боковой стенкой оболочки.
Таким образом предпочтительно можно чрезвычайно просто и легко выполнить указанный по меньшей мере один первый канал для сообщения по текучей среде между первой сборной камерой и второй сборной камерой второй теплопередающей текучей среды, который в этом случае проходит по окружности между периферийным краем разделительного элемента и периферийной боковой стенкой оболочки, при этом отсутствует необходимость в специальных трубопроводах.
Предпочтительно, разделительный элемент содержит по меньшей мере один проставочный выступ, который отходит в поперечном направлении от периферийного края разделительного элемента и взаимодействует с периферийной боковой стенкой оболочки, упираясь в нее.
Предпочтительнее, чтобы разделительный элемент содержал множество проставочных выступов, отходящих в поперечном направлении от периферийного края.
Таким образом, предпочтительно возможно чрезвычайно простым образом получить идеальную центровку и правильное расположение разделительного элемента относительно оболочки, чтобы так же просто выполнить вышеуказанный по меньшей мере один первый канал или вышеуказанное множество первых каналов для сообщения по текучей среде между первой и второй сборными камерами второй теплопередающей текучей среды.
Опционально и в соответствии с вышеизложенным, проставочный выступ (выступы) позволяет (позволяют) чрезвычайно просто получить вышеуказанную предпочтительную конфигурацию, в которой определяемая указанным по меньшей мере одним первым каналом площадь поперечного сечения потока текучей среды увеличивается по периметру периферийной боковой стенки оболочки блока с увеличением расстояния от второго канала, обеспечивающего выход текучей среды из второй сборной камеры второй теплопередающей текучей среды.
Предпочтительно, теплообменный блок дополнительно содержит третью сборную камеру второй теплопередающей текучей среды, образованную ниже по потоку от второй сборной камеры, причем третья сборная камера сообщается по текучей среде со вторым каналом, обеспечивающим выход текучей среды из второй сборной камеры, и с выполненным ниже по потоку от указанной третьей сборной камеры выпускным отверстием для второй теплопередающей текучей среды из теплообменного блока.
Как отмечалось выше, заявленный теплообменный блок дополнительно содержит по меньшей мере одну перегораживающую стенку, проходящую между периферийной боковой стенкой оболочки и частью периферийного края по меньшей мере одного разделительного элемента, причем перегораживающая стенка выполнена с возможностью ограничения прямого сообщения по текучей среде между первой и второй сборными камерами второй теплопередающей текучей среды.
Таким образом, предпочтительно можно оптимизировать динамику второй теплопередающей текучей среды, в частности, в канале между первой и второй сборными камерами, путем регулирования, в частности и в соответствии с изложенным выше, площади поперечного сечения потока текучей среды, определяемой указанным по меньшей мере одним первым каналом, изменяя геометрию и/или размер такой перегораживающей стенки.
Еще предпочтительнее, чтобы по меньшей мере одна перегораживающая стенка отходила от указанной части периферийного края по меньшей мере одного разделительного элемента или от периферийной боковой стенки оболочки блока.
В предпочтительном варианте осуществления, особенно предпочтительно при горизонтальном рабочем положении блока, что вышеуказанная по меньшей мере одна перегораживающая стенка отходит от части периферийного края вышеуказанного по меньшей мере одного разделительного элемента, или от периферийной боковой стенки оболочки блока, на вышеуказанном по меньшей мере одном втором канале, обеспечивающем выход текучей среды из второй сборной камеры второй теплопередающей текучей среды.
Таким образом, имеется предпочтительная возможность ограничивать явления перепуска течения второй теплопередающей текучей среды из первой сборной камеры во второй канал, обеспечивающий выход текучей среды из второй сборной камеры, и образованный во второй сборной камере между аксиальным концом периферийной боковой стенки и задней стенкой или передней стенкой оболочки блока.
В этом случае, следовательно, вторая теплопередающая текучая среда предпочтительно направляется к другим областям второй сборной камеры, в которых происходит требуемая дополнительная передача тепла концевому витку теплообменника, причем данная дополнительная передача тепла полезно опосредуется вышеуказанной теплообменной частью разделительного элемента.
В предпочтительном варианте осуществления, третья сборная камера второй теплопередающей текучей среды образована в крышке, отходящей от периферийной боковой стенки оболочки и расположенной ниже по потоку от вышеуказанного по меньшей мере одного второго канала, обеспечивающего выход текучей среды из второй сборной камеры.
Таким образом, имеется предпочтительная возможность придания третьей сборной камере нужной конфигурации путем соответствующего конфигурирования и расположения такой наружной крышки в зависимости от требований выполняемой задачи.
В предпочтительном варианте осуществления, вышеуказанная крышка отходит от периферийной боковой крышки оболочки блока на внутреннем отверстии, выполненном, по меньшей мере, частично, в толщине периферийной боковой стенки оболочки; в этом случае разделительный элемент также содержит пластинчатую часть, отходящую от по меньшей мере одной перегораживающей стенки параллельно периферийной боковой стенке оболочки, и расположенную со стыковкой геометрических форм во внутреннем отверстии.
Таким образом, имеется предпочтительная возможность ограничивать явления перепуска течения второй теплопередающей текучей среды из первой в третью сборную камеру этой текучей среды и взамен преимущественно направлять вторую теплопередающую текучую среду ко второй сборной камере, где происходит дальнейшая передача тепла теплообменнику, полезно опосредуемая вышеуказанной теплообменной частью разделительного элемента.
Предпочтительно, указанная по меньшей мере одна перегораживающая стенка содержит по меньшей мере один канал, обеспечивающий возможность потока второй теплопередающей текучей среды из первого к указанному по меньшей мере одному второму каналу, обеспечивающему выход текучей среды из второй сборной камеры, по существу, параллельно периферийной боковой стенке оболочки и вблизи нее.
Таким образом, можно предпочтительно повысить возможность регулирования динамики второй теплопередающей текучей среды, как за счет регулирования значения суммарной площади поперечного сечения канала второй теплопередающей текучей среды из первой во вторую сборную камеру, так и за счет направления вторичного потока второй теплопередающей текучей среды ко второму каналу, обеспечивающему выход текучей среды из второй сборной камеры, в предпочтительной конфигурации блока, в которой перегораживающая стенка проходит на по меньшей мере одном втором канале, обеспечивающем выход текучей среды из второй сборной камеры.
В данном предпочтительном варианте осуществления теплообменного блока, особенно предпочтительно, что при горизонтальном рабочем положении блока, вышеуказанный по меньшей мере один канал, выполненный в вышеуказанной по меньшей мере одной перегораживающей стенке, предпочтительно препятствует образованию карманов скопления второй теплопередающей текучей среды в верхней области первой сборной камеры, образующихся за счет конвективного подъема текучей среды.
В рамках вышеуказанных предпочтительных вариантов осуществления, вышеуказанный по меньшей мере один первый канал может содержать одно или более сквозных отверстий и/или сквозных пазов, выполненных в вышеуказанной перегораживающей стенке и имеющих геометрические формы и размеры, соответствующие тому, какого типа регулировку динамики текучей среды нужно выполнять.
В особо предпочтительном варианте осуществления, вторая сборная камера второй теплопередающей текучей среды имеет, по существу, кольцевую конфигурацию.
В предпочтительном варианте осуществления, в котором вторая сборная камера образована в аксиально наружном положении относительно теплообменника между разделительным элементом, периферийной боковой стенкой и задней стенкой оболочки блока, эта, по существу, кольцевая конфигурация второй сборной камеры может быть достигнута - предпочтительным и преимущественным образом - путем придания соответствующей геометрической формы разделительному элементу и/или задней стенке оболочки блока.
Предпочтительно, по существу, кольцевая конфигурация второй сборной камеры второй теплопередающей текучей среды позволяет оптимизировать динамику такой текучей среды при ее протекании по второй сборной камере, чтобы повысить интенсивность теплообмена с первой теплопередающей текучей средой, текущей внутри концевого витка теплообменника, и взаимодействующей по теплообмену со второй теплопередающей текучей средой с задействованием вышеуказанной теплообменной части разделительного элемента.
В частности, по существу, кольцевая конфигурация второй сборной камеры обеспечивает следующие полезные технические результаты:
- она обеспечивает возможность выполнения дополнительного теплообменного элемента блока, что особенно эффективно для дополнительного повышения эффективности теплообмена блока и, в частности - при необходимости -дополнительного увеличения конденсационного эффекта второй теплопередающей текучей среды (например, газов горения); это достигается за счет теплообмена с теплообменной частью разделительного элемента, взаимодействующей по теплообмену и, предпочтительно, непосредственно контактирующей с концевым витком теплообменника, в который в процессе работы предпочтительно подают первую теплопередающую текучую среду, имеющий самую низкую температуру внутри теплообменного блока;
- она обеспечивает возможность сообщать второй теплопередающей текучей среды такое движение потока, которое препятствует прямому прохождению ко второму каналу, обеспечивающий выход текучей среды из второй сборной камеры, тем самым повышая интенсивность передачи тепла от этой текучей среды и, при необходимости, повышая конденсирующую способность второй сборной камеры блока.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, вышеуказанный по меньшей мере один разделительный элемент содержит, по существу, пластинчатое тело и по центру снабжен теплоизоляционным диском, обращенным к зоне подачи второй теплопередающей текучей среды.
Предпочтительно, теплоизоляционный диск обеспечивает возможность достижения соответствующей теплоизоляции между зоной подачи второй теплопередающей текучей среды, имеющей чрезвычайно высокую температуру, и второй сборной камерой данной текучей среды, в которой вторая теплопередающая текучая среда течет после того, как он отдаст большую часть своего исходного тепла.
В предпочтительном варианте осуществления, в котором блок является газожидкостным теплообменным блоком для водонагревательных устройств, вторая теплопередающая текучая среда, предпочтительно, образована газами горения горелки, помещенной в вышеуказанной зоне подачи, причем эта зона в настоящем раскрытии будет также называться термином «камера сгорания».
В более предпочтительном варианте, теплоизоляционный диск помещают в соответствующее гнездо, выполненное по центру разделительного элемента.
Предпочтительно, теплоизоляционный диск полностью принят коаксиально и внутри относительно теплообменника.
Таким образом обеспечивается предпочтительная возможность теплоизоляции зоны подачи второй теплопередающей текучей среды - которая является самой горячей частью блока - от второй сборной камеры второй теплопередающей текучей среды и от задней стенки оболочки блока, за счет чего повышается конденсирующая способность второй сборной камеры, при необходимости, а также возможность тепловой защиты материала оболочки.
В предпочтительном варианте осуществления, тело разделительного элемента имеет, по существу, пластинчатую форму, при этом теплообменная часть разделительного элемента содержит периферийный венец этого, по существу, пластинчатого тела.
Таким образом, периферийный венец тела разделительного элемента способен как действовать в качестве теплообменной части, обеспечивающей возможность оптимального теплообмена между первой теплопередающей текучей средой, текущей внутри концевого витка теплообменника, и второй теплопередающей текучей средой, текущей внутри второй сборной камеры, так и образовывать гнездо, предназначенное для размещения в нем, предпочтительно - с фактической стыковкой геометрических форм, первого витка теплообменника, что позволяет надежно фиксировать теплообменник и облегчает монтаж последнего внутри теплообменного блока.
Предпочтительно, теплообменная часть разделительного элемента, в данном предпочтительном случае образованная периферийным венцом тела разделительного элемента, находится в непосредственном контакте, без зазоров и без промежуточных теплоизоляционных элементов, с первым концевым витком теплообменника, в котором циркулирующая внутри теплообменника текучая среда имеет самую низкую температуру.
Таким образом, предпочтительно обеспечена возможность повышения интенсивности теплообмена между второй теплопередающей текучей средой, текущей у задней стенки разделительного элемента, и теплообменником, в частности - с его первым витком, с повышением, при необходимости, способности теплообменного блока утилизировать скрытую теплоту конденсации.
В особо предпочтительном варианте осуществления, периферийный венец является радиально наружным относительно гнезда теплоизоляционного диска.
Таким образом, предпочтительно обеспечена возможность передачи части тепла, поглощенного теплоизоляционным диском, к теплообменной части разделительного элемента, а от последнего - к концевому витку теплообменника, с повышением тем самым эффективности теплообмена блока.
В особо предпочтительном варианте осуществления, периферийный венец, по существу, пластинчатого тела разделительного элемента, по меньшей мере, частично, проходит спиралевидно, по существу, с тем же шагом витков, что у витков теплообменника.
Предпочтительно, вторая сборная камера второй теплопередающей текучей среды также имеет изменяющуюся в окружном направлении площадь поперечного сечения потока текучей среды.
За счет, по существу, кольцевой и спиралевидной конфигурации второй сборной камеры второй теплопередающей текучей среды, которая является результатом данного предпочтительного признака, предпочтительно обеспечена возможность дополнительной оптимизации динамики такой текучей среды при ее течении по второй сборной камере, повышая тем самым интенсивность теплообмена с первой теплопередающей текучей средой, текущей внутри концевого витка теплообменника и взаимодействующей со второй теплопередающей текучей средой в теплообмене, обусловленном вышеуказанной теплообменной частью разделительного элемента.
В частности, выполненная, по существу, кольцевой вторая сборная камера образует некий дополнительный одновитковый спиральный теплообменный тракт, равномерно и направленно переносящий поток второй теплопередающей текучей среды ко второму каналу, обеспечивающему выход текучей среды из второй сборной камеры.
Данный одновитковый спиральный тракт, по существу, действует как дополнительный спиральный теплообменный элемент блока, обеспечивающий возможность дополнительного повышения интенсивности теплообмена блока, и в частности позволяющий - при необходимости - дополнительного повышения конденсационного эффекта газов горения за счет теплообмена с разделительным элементом, контактирующим с концевым витком теплообменника, в который в процессе работы предпочтительно подают первую теплопередающую текучую среду, имеющую минимальную температуру внутри теплообменного блока.
Благодаря по меньшей мере частичному спиралевидному развитию периферийного венца, по существу, пластинчатого тела разделительного элемента и, по существу, кольцевой и спиральной конфигурации второй сборной камеры второй теплопередающей текучей среды, которые являются результатом сочетания данных предпочтительных признаков, также предпочтительно обеспечена возможность достижения вышеуказанного повышения эффективности теплообмена блока при одновременном уменьшении аксиального размера последнего.
В этом предпочтительном варианте осуществления, фактически, вторая сборная камера второй теплопередающей текучей среды частично проникает в объем, занимаемый имеющим свой шаг витков теплообменником, который своим концевым витком (лежащим на аксиально смещенных плоскостях) образует объем, предпочтительно используемый в целях теплообмена второй сборной камерой второй теплопередающей текучей среды в отличие от неиспользуемого такого объема блоков, известных из уровня техники, в которых установлен теплообменник данного типа.
Предпочтительно, так как противоположные концы периферийного венца лежат в аксиально смещенных плоскостях, чтобы эти концы были соединены наклонной соединительной стенкой.
Данная наклонная стенка предпочтительно предотвращает необходимость создания углублений или ступеней, которые могли бы отрицательно сказаться на динамике второй теплопередающей текучей среды, в частности, она не дает развиваться каким-либо турбулентным явлениям, которые могли бы развиться между аксиально смещенными концами периферийного венца.
Предпочтительно, гнездо теплоизоляционного диска содержит нижнюю стенку, наружно снабженную по меньшей мере одним проставочным рельефом, выполненным с возможностью удерживания диска на заданном удалении от задней стенки гнезда.
Таким образом достигается дающая преимущество теплоизоляция между низом гнезда и диском, имеющим высокую температуру, так как он граничит с зоной подачи второй теплопередающей текучей среды, например, с камерой сгорания блока, в которой производятся газы горения (вторая теплопередающая текучая среда) при высокой температуре. Тем самым снижается рассеивание тепла к нижней стенке гнезда теплоизоляционного диска, чем обеспечивается то, что теплообменная часть разделительного элемента - проходящая в поперечном направлении вокруг гнезда теплоизоляционного диска - наилучшим образом будет выполнять свою функцию дополнительного элемента теплообмена, например, с конденсационными эффектами, со второй теплопередающей текучей средой.
Предпочтительно, гнездо теплоизоляционного диска содержит нижнюю стенку, обеспеченную снаружи по меньшей мере одним проставочным рельефом, отходящим к задней стенке оболочки.
Таким образом, обеспечивается предпочтительная возможность получить лучшую теплоизоляцию между гнездом диска, которое контактирует с диском при высокой температуре, и задней стенкой оболочки блока. Это снижает потери тепла, отдаваемого оболочке блока, повышая конденсирующую способность блока во второй сборной камере второй теплопередающей текучей среды.
Предпочтительно, гнездо диска по меньшей мере частично по периферии отграничено окружным рельефом, отходящим от разделительного элемента спереди него.
Такой окружной рельеф, сформированный вокруг гнезда диска, предпочтительно отграничивает периферийный венец тела разделительного элемента, действующий в качестве гнезда первого витка теплообменника, обеспечивая тем самым самоцентрирование и фиксацию теплообменника в правильном положении относительно разделительного элемента и оболочки блока.
Благодаря такой фиксации теплообменника в правильном положении также обеспечивается предпочтительная возможность предотвращения того, что впускное и выпускное соединения теплообменника, герметично установленные с упиранием в соответствующих впускной и выпускной втулках оболочки, могут выйти наружу в результате воздействия давления первой теплопередающей текучей среды.
Предпочтительно, периферийный венец тела разделительного элемента содержит прямолинейную часть, проходящую поперечно относительно прямолинейной концевой части теплообменника.
Таким образом, обеспечивается предпочтительная возможность дополнительного упрощения установки теплообменника внутри блока, так как прямолинейная часть разделительного элемента, выполненная с возможностью принимать и, предпочтительно, взаимодействовать с упиранием с прямолинейной частью трубопровода, образующей первый виток теплообменника, обеспечивает точный угловой ориентир для сборки двух деталей друг с другом.
В предпочтительном варианте осуществления, задняя стенка гнезда теплоизоляционного диска, предпочтительно снабженная вышеуказанным по меньшей мере одним проставочным рельефом, отходящим к задней стенке оболочки, по существу, контактирует с задней стенкой оболочки.
Таким образом обеспечивается предпочтительная возможность придания второй сборной камере второй теплопередающей текучей среды, по существу, кольцевой конфигурации путем использования гнезда теплоизоляционного диска, отходящего к задней стенке оболочки, при том же самом минимальном аксиальном размере блока.
Таким образом также обеспечивается предпочтительная возможность предотвращения прохождения второй теплопередающей текучей среды между задней стенкой гнезда диска, имеющей относительно высокую температуру, которая может передаться текучей среде, и задней стенкой оболочки блока, и, следовательно, возможность повышения теплообменной способности, а при необходимости - конденсационной, второй сборной камеры второй теплопередающей текучей среды.
В предпочтительном варианте осуществления, боковая стенка гнезда теплоизоляционного диска содержит часть, сужающуюся к задней стенке гнезда.
Таким образом обеспечивается предпочтительная возможность снижения потерь давления второй теплопередающей текучей среды, текущей во второй сборной камере, что позволяет снизить мощность подающих устройств (обычно, вентиляторов), требующуюся для подачи такой текучей среды в теплообменный блок и обеспечения надлежащей работы последнего.
В предпочтительном варианте осуществления, теплообменный блок содержит, по существу, кольцевой теплоизоляционный элемент, связанный с передней стенкой оболочки и обращенный к зоне подачи второй теплопередающей текучей среды.
Таким образом обеспечивается предпочтительная возможность тепловой изоляции передней стенки оболочки от зоны подачи второй теплопередающей текучей среды -обычно сильно нагретой, если присутствует горелка, чтобы тем самым защитить материал данной стенки.
Предпочтительно, вышеуказанный, по существу, кольцевой теплоизоляционный элемент помещен в соответствующее гнездо, выполненное в передней стенке оболочки блока.
В первом предпочтительном варианте осуществления, гнездо, по существу, кольцевого теплоизоляционного элемента выполнено коаксиально и снаружи относительно отверстия, предпочтительно - коаксиального с продольной осью блока, которое выполнено в передней стенке оболочки и предназначено для приема горелки или другого устройства подачи второй теплопередающей текучей среды в блок.
Во втором предпочтительном варианте осуществления, гнездо, по существу, кольцевого теплоизоляционного элемента образовано внутренними стенками отверстия, предпочтительно - коаксиального с продольной осью блока, которое выполнено в передней стенке оболочки и предназначено для соединения с подающим трактом подлежащего охлаждению горячего текучей среды, что, например, бывает в случае, если блок работает в качестве рекуператора тепла.
В предпочтительном варианте осуществления, вторая сборная камера второй теплопередающей текучей среды образована в аксиально наружном положении относительно теплообменника между вышеуказанным по меньшей мере одним разделительным элементом, периферийной боковой стенкой, передней стенкой оболочки и, по меньшей мере, частично коаксиально и наружно относительно вышеуказанного, по существу, кольцевого теплоизоляционного элемента.
Таким образом обеспечивается предпочтительная возможность достижения максимального уменьшения аксиального размера теплообменного блока, так как часть аксиального размера, по существу, кольцевого теплоизоляционного элемента используется для образования - коаксиально и наружно относительного данного элемента - второй сборной камеры второй теплопередающей текучей среды в передней зоне блока.
Более того, такая предпочтительная конфигурация блока позволяет достичь дополнительного предпочтительного технического результата, состоящего в эффективной тепловой изоляции второй сборной камеры второй теплопередающей текучей среды, которая фактически образована коаксиально и наружно относительно, по существу, кольцевого теплоизоляционного элемента.
В результате улучшается теплообмен между второй и первой теплопередающими текучими средами, текущими, соответственно, во второй сборной камере и в переднем концевом витке теплообменника, и, при необходимости, также улучшается конденсирующая способность второй сборной камеры.
В рамках данного предпочтительного варианта осуществления, в котором вторая сборная камера второй теплопередающей текучей среды задана в передней зоне блока, разделительный элемент предпочтительно содержит, по существу, кольцевидное тело, причем теплообменная часть разделяющего элемента, контактирующая по меньшей мере с одной частью концевого витка теплообменника (в данном случае - переднего витка), содержит часть вышеуказанного кольцевидного тела, а предпочтительнее - содержит его целиком.
Таким образом, обеспечивается предпочтительная возможность максимизации теплообмена между первой и второй теплопередающими текучими средами, текущими, соответственно, во второй сборной камере и в переднем концевом витке теплообменника.
Предпочтительно, теплообменная часть разделительного элемента, взаимодействующая по теплообмену с по меньшей мере одной частью концевого витка теплообменника, находится в непосредственном контакте, без промежутков или промежуточных теплоизоляционных элементов, с таким концевым витком, в который в процессе работы предпочтительно подают первую теплопередающую текучую среду, имеющую самую низкую температуру.
За счет этой предпочтительной конфигурации и аналогично тому, как было раскрыто выше, обеспечивается возможность повышения интенсивности теплообмена между второй теплопередающей текучей средой, соприкасающейся с передней поверхностью разделительного элемента, и теплообменником, в частности - теплообмен между второй теплопередающей текучей средой и первым витком теплообменника, что повышает, при необходимости, конденсирующую способность теплообменного блока.
В особо предпочтительном варианте осуществления, и аналогично предыдущему варианту осуществления разделительного элемента с пластинчатым телом, по существу, кольцевидное тело переднего разделительного элемента проходит поперечно и вокруг, по существу, кольцевого теплоизоляционного элемента, например, в радиально наружном положении относительно него.
Также в этом случае обеспечивается предпочтительная возможность передачи части тепла, поглощенного, по существу, кольцевым теплоизоляционным элементом, теплообменной части разделительного элемента, а от нее - концевому витку теплообменника, что повышает теплообменную эффективность блока.
В предпочтительном варианте осуществления и аналогично предыдущему варианту осуществления разделительного элемента, снабженного пластинчатым телом, по существу, кольцевидное тело переднего разделительного элемента по меньшей мере частично проходит спиралевидно, по существу, с тем же шагом витков, что и у витков теплообменника.
Также и в этом случае предпочтительно, вторая сборная камера второй теплопередающей текучей среды, образованная в передней зоне блока, предпочтительно имеет изменяющуюся по окружности площадь поперечного сечения потока текучей среды.
За счет, по существу, кольцевой и спиралевидной конфигурации второй сборной камеры второй теплопередающей текучей среды, которая следует из данного предпочтительного признака, имеется предпочтительная возможность достижения - mutatis mutandis - технических результатов, изложенных выше, другими словами - еще большей оптимизации динамики второй теплопередающей текучей среды в ее течении через вторую сборную камеру, повышении интенсивности теплообмена с первой теплопередающей текучей средой, текущей внутри концевого витка (в данном случае -переднего витка) теплообменника, и взаимодействующей со второй теплопередающей текучей средой в теплообмене, обусловленном вышеуказанным по меньшей мере одним разделительным элементом, при одновременной минимизации при этом аксиальной протяженности теплообменного блока.
Кроме того, в данном случае вторая сборная камера, выполненная, по существу, кольцевой, представляет собой некий дополнительный одновитковый спиралевидный тракт, проводящий поток второй теплопередающей текучей среды равномерно и направленно ко второму каналу, обеспечивающему выход текучей среды из второй сборной камеры, причем указанный дополнительный одновитковый спиральный тракт, по существу, ведет себя как дополнительный спиральный теплообменный элемент блока, частично проникая в объем спиралевидного теплообменника.
Все это позволяет, как изложено выше, еще больше повысить эффективность теплообмена блока при минимальном аксиальном размере последнего.
В предпочтительном варианте осуществления, разделительный элемент содержит множество теплообменных выступов, отходящих от задней поверхности вышеуказанной теплообменной части разделительного элемента, обращенной к задней стенке оболочки, или от передней поверхности вышеуказанной теплообменной части разделительного элемента, обращенной к передней стенке оболочки теплообменника.
таким образом обеспечена предпочтительная возможность увеличения теплообменной поверхности разделительного элемента, что повышает интенсивность теплообмена между второй теплопередающей текучей средой и теплообменной частью разделительного элемента (то есть, и самого теплообменника) внутри второй сборной камеры, причем данное повышение достигается в обоих предпочтительных вариантах осуществления, в которых вторая сборная камера образована в задней или передней зоне блока.
В предпочтительном варианте осуществления, вышеуказанное множество теплообменных выступов распределено таким образом, чтобы образовывать по меньшей мере один проход, предпочтительнее - множество проходов для протекания второй теплообменной текучей среды, проходящих, по существу, в радиальном направлении и/или в наклонном направлении относительно указанного, по существу, радиального направления.
Образованные таким образом проходы предпочтительно направляют поток второй теплопередающей текучей среды к центру второй сборной камеры и, следовательно - к области с теплообменными выступами, что дополнительно увеличивает общую интенсивность теплообмена и конденсирующую способность второй сборной камеры блока.
Предпочтительно, проходы второй теплопередающей текучей среды, образованные теплообменными выступами, могут быть прямолинейными или криволинейными.
Предпочтительно, с целью максимизации теплообменной поверхности теплообменные выступы, по существу, имеют форму пальцев и/или ребер.
Предпочтительно, отклоняющие ребра обеспечивают возможность дополнительного регулирования динамику второй теплопередающей текучей среды при ее течении внутри второй сборной камеры, радиально направляя текучую среду к центру разделительного элемента (то есть, к продольной оси оболочки и второй сборной камеры), где могут располагаться теплообменные выступы, что предотвращает течение второй теплопередающей текучей среды только по периферии вблизи периферийной стенки оболочки с возможными перепусками этой текучей среды к выпускному каналу из второй сборной камеры.
В предпочтительном варианте осуществления, указанный по меньшей мере один разделительный элемент также содержит по меньшей мере один щелевидный сквозной паз, расположенный вблизи теплоизоляционного диска или, по существу, кольцевого теплоизоляционного элемента.
Предпочтительнее, по меньшей мере один сквозной паз выполнен вблизи гнезда теплоизоляционного диска или вблизи, по существу, кольцевого теплоизоляционного элемента.
Наличие одного или более пазов в разделительном элементе предпочтительно обеспечивает возможность частичного устранения тепловой связи между диском или, по существу, кольцевым теплоизоляционным элементом с его гнездом, если такое предусмотрено, и с теплообменной частью тела разделительного элемента, контактирующей с первым, значительно более холодным, чем теплоизоляционный диск впускным витком теплообменника, или с, по существу, кольцевым теплоизоляционным элементом.
Таким образом обеспечена предпочтительная возможность ограничения температуры теплообменной части разделительного элемента, что при необходимости улучшает конденсирующую способность теплообменного блока.
Как было отмечено выше, в предпочтительном варианте осуществления изобретения вторая теплопередающая текучая среда является газом горения, производимым горелкой, выполненной с возможностью установки в зоне подачи второй теплопередающей текучей среды (в камере сгорания), образованной в оболочке коаксиально и внутри относительно теплообменника.
В данном случае, и как проиллюстрировано выше, блок предпочтительно является конденсационным теплообменным блоком.
Как было проиллюстрировано выше, в дополнительном предпочтительном варианте осуществления изобретения, вторая теплопередающая текучая среда является горячим газом (возможно, газом горения), направленным в зону подачи второй теплопередающей текучей среды, образованную в оболочке коаксиально и внутри относительно теплообменника.
В данном случае, как было отмечено выше, блок предпочтительно является рекуператором тепла.
В рамках способа теплообмена в соответствии с изобретением, и согласно вышеприведенному изложению, шаг подачи второй теплообменной текучей среды из первой сборной камеры во вторую сборную камеру осуществляют через указанный по меньшей мере один первый канал, образованный между периферийным краем по меньшей мере одного разделительного элемента и периферийной боковой стенкой оболочки и/или в периферийной зоне по меньшей мере одного разделительного элемента.
Таким образом обеспечивается преимущество, состоящее в возможности равномерного распределения второй теплопередающей текучей среды внутри блока.
В предпочтительном варианте осуществления, способ теплообмена содержит шаг, на котором ограничивают прямой проход второй теплопередающей текучей среды из первой сборной камеры во вторую сборную камеру, причем ограничение осуществляют посредством указанной по меньшей мере одной перегораживающей стенки, которая раскрыта выше и проходит между периферийной боковой стенкой оболочки и разделительным элементом.
Таким образом, и как было изложено выше, обеспечивается предпочтительная возможность регулирования динамики второй теплопередающей текучей среды путем регулирования поперечного сечения проточного канала между первой и второй сборными камерами путем простого изменения геометрической формы и/или размеров указанной перегораживающей стенки.
В предпочтительном варианте осуществления, способ теплообмена дополнительно содержит шаг, на котором вторую теплопередающую текучую среду подают из первой сборной камеры в третью сборную камеру, образованную ниже по потоку от второй сборной камеры и сообщающуюся по текучей среде с вышеуказанным вторым каналом, обеспечивающим выход текучей среды из второй сборной камеры, и с отверстием для выпуска второй теплопередающей текучей среды из блока.
В предпочтительном варианте осуществления, способ теплообмена дополнительно содержит шаг, на котором часть, или вторичный поток, второй теплопередающей текучей среды подают из первой сборной камеры к вышеуказанному по меньшей мере одному второму каналу, обеспечивающему выход текучей среды из второй сборной камеры.
Таким образом и в соответствии с вышеизложенным, обеспечивается предпочтительная возможность расширения возможностей регулирования и оптимизации динамики второй теплопередающей текучей среды.
Как было указано выше, данный предпочтительный вариант осуществления способа в соответствии с изобретением обеспечивает особенные преимущества при горизонтальном рабочем положении блока, так как подача такого вторичного потока второй теплопередающей текучей среды напрямую к каналу, обеспечивающему выход текучей среды из второй сборной камеры, эффективно предотвращает образование в верхней зоне первой сборной камеры карманов скопления второй теплопередающей текучей среды, возникающих в результате конвективного подъема данной текучей среды.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, способ теплообмена дополнительно содержит шаг, на котором поток второй теплопередающей текучей среды пропускают через множество теплообменных выступов, отходящих от задней поверхности вышеуказанной теплообменной части разделительного элемента, обращенной к задней стенке оболочки блока, или от передней поверхности вышеуказанной теплообменной части разделительного элемента, обращенной к передней стенке оболочки.
Таким образом и в соответствии вышеизложенным обеспечивается предпочтительная возможность повышения интенсивности теплообмена между второй теплопередающей текучей средой и теплообменной частью разделительного элемента (и концевым витком теплообменника, взаимодействующим по теплообмену с такой частью разделительного элемента) за счет наличия увеличенной поверхности теплообмена.
В предпочтительном варианте осуществления, способ теплообмена дополнительно содержит шаг, на котором поток второй теплопередающей текучей среды пропускают в радиальном направлении к центральной части второй сборной камеры и/или в направлении, наклоненном относительно, по существу, радиального направления.
Таким образом и в соответствии вышеизложенным обеспечивается предпочтительная возможность направления потока второй теплопередающей текучей среды в радиальном направлении к центру второй сборной камеры, то есть, к области, снабженной теплообменными выступами, чтобы этим увеличить суммарный теплообмен и конденсирующую способность второй сборной камеры блока.
В предпочтительном варианте осуществления, способ теплообмена дополнительно содержит шаг, на котором поток второй теплопередающей текучей среды отклоняют множеством отклоняющих ребер, отходящих от периферийного края разделительного элемента, и имеющих развитие в радиальном направлении к периферийной боковой стенке оболочки и, опционально, в аксиальном направлении к задней стенке или передней стенке оболочки.
Таким образом и в соответствии вышеизложенным обеспечивается предпочтительная возможность дополнительного регулирования динамики второй теплопередающей текучей среды внутри второй сборной камеры, за счет направления данной текучей среды радиально к центру разделительного элемента (то есть, к продольной оси оболочки и второй сборной камеры), где могут располагаться теплообменные выступы, для предотвращения течения второй теплопередающей текучей среды только по периферии и вблизи периферийной стенки оболочки с возможным перепуском данной текучей среды к отверстию для выпуска текучей среды из блока.
В предпочтительном варианте осуществления, способ теплообмена содержит шаг, на котором динамику подаваемой ко второй сборной камере второй теплопередающей текучей среды регулируют, путем регулирования суммарной площади поперечного сечения потока по меньшей мере одного первого канала, сформированного между периферийным краем по меньшей мере одного разделительного элемента и периферийной боковой стенкой оболочки и/или в периферийной зоне по меньшей мере одного разделительного элемента.
Таким образом и в соответствии вышеизложенным обеспечивается предпочтительная возможность оптимизации динамики второй теплопередающей текучей среды внутри блока очень простым методом, без усложнения конструкции или дополнительных регулирующих элементов.
Предпочтительно, вышеуказанный шаг регулирования содержит равномерное распределение расхода подаваемой ко второй сборной камере текучей среды по периметру указанной периферийной боковой стенки.
Таким образом и в соответствии вышеизложенным обеспечивается предпочтительная возможность равномерного регулирования распределения второй теплопередающей текучей среды в окружном направлении, с оптимизацией ее динамики.
В альтернативном предпочтительном варианте осуществления, особенно предпочтительном при горизонтальном рабочем положении блока, вышеуказанный шаг регулирования содержит такое распределение по периметру периферийной боковой стенки оболочки потока второй теплопередающей текучей среды, направляемого ко второй сборной камере, чтобы расход данной текучей среды увеличивался при увеличении расстояния от указанного по меньшей мере одного второго канала, обеспечивающего выход текучей среды из второй сборной камеры.
Таким образом и в соответствии с вышеизложенным обеспечивается предпочтительная возможность предотвращения образования карманов скопления второй теплопередающей текучей среды в зоне, например, в верхней зоне - при горизонтальном монтаже блока - первой сборной камеры вблизи канала, обеспечивающего выход текучей среды из второй сборной камеры, что способствует, из-за меньшего перепада давления, течению второй теплопередающей текучей среды к зонам, наиболее удаленным от второго канала, обеспечивающего выход текучей среды из второй сборной камеры второй теплопередающей текучей среды, например, к самым нижним зонам в случае горизонтального монтажа блока.
Тем самым оптимизируется распределение второй теплопередающей текучей среды по окружной протяженности, определяемой снаружи относительно теплообменника первой сборной камеры, что значительно уменьшает присутствие в первой сборной камере мертвых зон, в которые не попадает текучая среда.
Краткое описание чертежей
Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из нижеследующего подробного описания некоторых предпочтительных вариантов его осуществления со ссылкой на сопроводительные чертежи.
Разные отличительные признаки отдельных конфигураций можно при необходимости комбинировать в соответствии с вышеприведенным раскрытием если требуется достижение преимуществ, являющихся особым результатом определенного сочетания.
На сопроводительных чертежах изображено следующее:
- на фиг. 1 изображен первый предпочтительный вариант осуществления теплообменного блока в соответствии с изобретением на виде в аксонометрии с частичным пространственным разделением деталей и без изображения некоторых деталей;
- на фиг. 2а и 2b изображены, соответственно, вид сверху и вид снизу теплообменного блока, показанного на фиг. 1;
- на фиг. 3 показанный на фиг. 1 теплообменный блок показан на виде в аксонометрии с пространственным разделением деталей;
- на фиг. 4 показанный на фиг. 1 теплообменный блок показан на виде в продольном разрезе параллельно оси А-А по линии IV-IV, показанной на фиг. 2а;
- на фиг. 5 показанный на фиг. 1 теплообменный блок показан на виде сзади в аксонометрии в частичном разрезе;
- на фиг. 6 показанный на фиг. 1 теплообменный блок показан на виде в разрезе перпендикулярно оси А-А по линии IV-IV, показанной на фиг. 2а;
- на фиг. 7а и 7b первый вариант осуществления разделительного элемента показанного на фиг. 1 теплообменного блока показан на видах в аксонометрии спереди и сзади соответственно;
- на фиг. 8 показан вид в продольном разрезе параллельно оси А-А теплообменного блока, аналогично фиг. 4, иллюстрирующего второй предпочтительный вариант осуществления разделительного элемента блока;
- на фиг. 9а и 9b на видах соответственно спереди и сзади в аксонометрии показан третий предпочтительный вариант осуществления разделительного элемента теплообменного блока в соответствии с настоящим изобретением;
- на фиг. 10 и 11 показаны виды в поперечном сечении перпендикулярно оси А-А теплообменного блока, аналогично фиг. 6, причем каждый вид иллюстрирует дополнительное предпочтительное осуществление разделительного элемента блока;
- на фиг. 12а и 12b соответственно показаны виды спереди и сзади в аксонометрии дополнительного предпочтительного варианта осуществления разделительного элемента теплообменного блока в соответствии с настоящим изобретением;
- на фиг. 13а и 13b соответственно показаны виды спереди и сзади в аксонометрии дополнительного предпочтительного варианта осуществления разделительного элемента теплообменного блока в соответствии с настоящим изобретением;
- на фиг. 14а и 14b соответственно показаны виды спереди и сзади в аксонометрии дополнительного предпочтительного варианта осуществления разделительного элемента теплообменного блока в соответствии с настоящим изобретением;
- на фиг. 15 на виде в продольном разрезе параллельно оси А-А теплообменного блока, аналогично фиг. 4, показан дополнительный предпочтительный вариант осуществления блока;
- на фиг. 16 в увеличенном масштабе на виде в частичном разрезе показаны некоторые подробности предпочтительного осуществления перегораживающей стенки между первой и третьей сборными камерами второй теплопередающей текучей среды;
- на фиг. 17 в увеличенном масштабе на виде в частичном разрезе показаны некоторые подробности предпочтительного осуществления перегораживающей стенки между первой и третьей сборными камерами второй теплопередающей текучей среды;
- на фиг. 18 на виде в аксонометрии показан дополнительный предпочтительный вариант осуществления теплообменного блока в соответствии с настоящим изобретением;
- на фиг. 19 показанный на фиг. 18 теплообменный блок для наглядности показан без некоторых элементов.
Подробное раскрытие предпочтительных вариантов осуществления изобретения
В нижеследующем описании показанные на чертежах элементы конструкции, выполняющие одинаковые функции, обозначены одинаковыми номерами позиций. Кроме того, для того, чтобы не загромождать иллюстрации, некоторые номера позиций показаны не на всех чертежах.
В ссылках на чертежи теплообменный блок в целом обозначен номером 10, как показано.
В показанном на фиг. 1-7 предпочтительном варианте осуществления изобретения, теплообменный блок 10 является газо-жидкостным теплообменным блоком, так называемого, конденсационного типа, в котором теплообмен обеспечивается между первой теплопередающей текучей средой, например, подлежащей нагреву водой, и второй теплопередающей текучей средой, например, горячими газами горения, приходящими от горелки, на сопроводительных чертежах схематично показанной под номером 20.
С частной ссылкой на первый предпочтительный вариант осуществления изобретения, показанный на фиг. 1-7, теплообменный блок 10 содержит оболочку 11, в которой установлен спиралевидный теплообменник 13.
Предпочтительно, оболочка 11 выполнена из подходящего для данного применения конструкционного материала, например, из алюминия, стали или пластика сверхвысокой молекулярной плотности, например, из полифениленсульфида (ПФС).
Предпочтительно, теплообменник 13 содержит трубопровод для протекания первой теплопередающей текучей среды, свитый вокруг продольной оси А-А спирали в множество витков, начинающихся и заканчивающихся, соответственно, на впускном соединении 13 с первой теплопередающей текучей среды и на выпускном соединении 13d данной текучей среды.
Предпочтительно, теплообменник выполнен из металлического материала с высоким коэффициентом теплопроводности, например, из стали или алюминия.
Впускное и выпускное соединения 13с, 13d первой теплопередающей текучей среды выполнены с возможностью того, чтобы соответственно впускать и выпускать теплопередающую текучую среду (подлежащую нагреву воду) в теплообменник 13/из него. Направления впуска и выпуска первой теплопередающей текучей среды на чертежах показаны стрелкой L.
В показанном предпочтительном варианте осуществления изобретения трубопровод имеет уплощенное, предпочтительно - овальное, поперечное сечение (смотри фиг. 3 и фиг. 4).
Предпочтительно, витки указанного множества витков трубопровода теплообменника 13 имеют уплощенное поперечное сечение, длинная ось которого, по существу, перпендикулярна продольной оси А-А спирали.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения (не показан), для того, чтобы удовлетворить конкретным требованиям, длинная ось уплощенного поперечного сечения витков трубопровода теплообменника 13, может образовывать с продольной осью А-А спирали острый угол, например, от 60° до 87°.
Между плоскими поверхностями двух последовательных витков трубопровода находится предпочтительно имеющий, по существу, постоянную ширину промежуток 13b, образующий имеющий заданную и, предпочтительно, постоянную толщину проточный канал для прохождения второй теплопередающей текучей среды в, по существу, радиальном направлении (или, по существу, аксиально-радиальном направлении в случае наклоненных витков).
С этой целью блок 10 предпочтительно обеспечивают соответствующими не показанными на чертежах проставочными элементами, например, ребрами, отходящими от плоских поверхностей трубопровода или проставочными элементами в виде ребер, расположенными между указанными плоскими поверхностями, и предназначенными для образования промежутка 13b между плоскими поверхностями трубопровода.
В контексте настоящего описания и прилагаемой формулы изобретения, термин «ширина» промежутка, образованного между плоскими боковыми поверхностями трубопровода теплообменника, используют для указания расстояния между указанными поверхностями, измеренного в направлении, перпендикулярном к ним.
Предпочтительно, спиралевидный теплообменник 13 установлен внутри оболочки 11 таким образом, чтобы образовывать в указанной оболочке зону 21 подачи второй теплопередающей текучей среды, в данном случае состоящей из горячих газов горения, генерируемых горелкой 20.
Предпочтительно, зона 21 подачи второй теплопередающей текучей среды образована внутри оболочки 11 коаксиально и внутри относительно теплообменника 13.
Таким образом обеспечивается предпочтительная возможность иметь конфигурацию внутри теплообменного блока 10 с получением потока второй теплопередающей текучей среды, идущей от зоны 21 подачи радиально (или, по существу, в аксиально-радиальном направлении в случае наклоненных витков) наружу через промежутки 13b, имеющиеся между витками спиралевидного теплообменника 13.
В показанном предпочтительном варианте осуществления изобретения, оболочка 11, по существу, является чашеобразной и содержит периферийную боковую стенку 11с и заднюю стенку 11d.
Оболочка 11 в данном предпочтительном варианте осуществления герметично закрыта на переднем конце, по существу, кольцевой передней стенкой 22, на которой съемно и герметично закреплена несущая пластина горелки 20, которая сама по себе известна и не показана.
Предпочтительно, передняя стенка 22 содержит первый кольцевой элемент 22а, прикрепленный к боковой стенке 11с, и второй кольцевой элемент 22b, съемно связанный с первой кольцевым элементом 22а.
Предпочтительно, второй кольцевой элемент 22b съемно и герметично прикреплен к первому кольцевому элементу 22а на его внутреннем периферийном крае широко известным способом, например, посредством уплотнительного кольца 31 (смотри фиг. 4).
В такой предпочтительной конфигурации передней стенки 22 блока 10, оболочка 11, следовательно, по существу, герметично закрыта несущей плитой горелки 20, связанной со вторым кольцевым элементом 22b.
В таком предпочтительном варианте осуществления блок 10 также содержит, по существу, кольцевой теплоизоляционный элемент 33, обращенный к зоне 21 подачи второй теплопередающей текучей среды.
Указанный, по существу, кольцевой теплоизоляционный элемент 33 предусмотрен по центру отверстия 36, коаксиального с продольной осью А-А спирали теплообменника 13 (в данном предпочтительном случае совпадающей с продольной осью теплообменного блока 10).
Предпочтительно, теплоизоляционный элемент 33 термически изолирует переднюю стенку 22 оболочки 11 от зоны 21 подачи второй теплопередающей текучей среды при высокой температуре, тем самым термически защищая материал такой стенки.
Предпочтительно, теплоизоляционный элемент 33 помещен в соответствующее гнездо 34, выполненное в передней стенке 22 оболочки 11.
Предпочтительно, гнездо 34 теплоизоляционного элемента 33 выполнено коаксиально и наружно относительно отверстия 32, коаксиально с продольной осью А-А спирали, сформированной во втором кольцевом элементе 22b передней стенки 22 оболочки 11.
Таким образом, горелку 20 принимают в себя отверстия 32 и 36, образованные центрально во втором кольцевом элементе 22b передней стенки 22 блока 10 и, соответственно, в теплоизоляционном элементе 33, чтобы она была установлена в зоне 21 подачи второй теплопередающей текучей среды.
В показанном предпочтительном варианте осуществления, оболочка 11 в частности имеет, по существу, цилиндрическую геометрическую форму и содержит два полукорпуса 11а, 11b соответствующей геометрической формы.
В рабочей конфигурации, предпочтительно - горизонтальной, теплообменный блок 10 сообщается по текучей среде с внешними компонентами (не показаны), образующими часть устройства или системы, в которых установлен блок, причем это сообщение осуществляется посредством множества отверстий 12a-12d, предпочтительно выполненных на боковой стенке 11 с оболочки 11 или в дополнительных элементах, связанных с ней.
Таким образом, в показанном предпочтительном варианте осуществления, первое отверстие 12а предназначено для обеспечения возможности выхода второй теплопередающей текучей среды из блока 10, и предпочтительно выполнено в выпускной крышке 11е этой текучей среды, наружно связанной с периферийной боковой стенкой 11 с оболочки 11.
Предпочтительно, и как это станет ясно из дальнейшего рассмотрения, выпускная крышка 11е составляет единое целое с полукорпусом 11а, чтобы упростить изготовление блока 10, соответствующим образом уменьшив количество его деталей, и упростить операции по сборки данного блока.
В предпочтительной рабочей конфигурации (горизонтальной) предпочтительного варианта осуществления теплообменного блока 10, показанного на фиг. 1, выпускное отверстие 12а предпочтительно располагается таким образом, чтобы иметь вертикальную ось и быть обращенным вверх.
Второй и третий отверстия 12b и 12с предпочтительно выполнены на свободных концах соответствующих втулок 28, 29, отходящих от периферийной стенки 11с оболочки 11, и предпочтительно выполненных в виде единого целого с нижним полукорпусом 11b оболочки 11.
Предпочтительно, впускное и выпускное соединения 13с, 13d для первой теплопередающей текучей среды теплообменника 13 установлены с упиранием во втулках 28, 29, немного выступая из отверстий 12b и 12с, как показано на фиг. 1, для соединения с гидравлическими компонентами нагревательного устройства или системы, которые не показаны, и в которых установлен блок 10.
Следовательно, отверстия 12b, 12с предпочтительно выполнены с возможностью принимать в себя впускное и выпускное соединения 13с, 13d теплообменника 13, что обеспечивает, как уже было отмечено выше, соответственно впуск в теплообменник 13 и/или выпуск из теплообменника 13 первой теплопередающей текучей среды (подлежащей нагреву воды).
В рабочей конфигурации теплообменного блока 10, отверстия 12b, 12с оболочки 11 соответственно расположены сзади и спереди друг друга относительно аксиального развития блока 10 вдоль продольной оси А-А спирали теплообменника 13, и обращены вниз, что упрощает соединение с внешними компонентами (не показаны) нагревательного устройства или системы, в которых установлен блок 10.
В показанном предпочтительном варианте осуществления теплообменного блока 10, и так как данный блок является блоком конденсационного типа, оболочка 11 также предпочтительно снабжена четвертым отверстием 12d, выполненным на свободном конце соответствующей втулки 30, выходящей из периферийной стенки 11с оболочки 11 и предпочтительно выполненной как единое целое с нижним полукорпусом 11b-оболочки 11.
Отверстие 12d предназначено для выпуска конденсата, образующегося в процессе теплообмена между двумя теплопередающими текучими средами, и скапливающегося в нижней части оболочки 11.
Теплообменный блок 10 в соответствии с настоящим изобретением содержит первую сборную камеру 15 второй теплопередающей текучей среды, образованную снаружи относительно теплообменника 13 между радиально наружной стенкой 13а теплообменника 13 и периферийной боковой стенкой 11с оболочки 11.
В данном случае, и так как теплообменник 13 образован спиралевидным трубопроводом, наружная стенка 13а является несплошной, то есть прерываемой промежутками 13b, образованными между последовательными витками теплообменника, и формируется радиально наружной поверхностью витков самого трубопровода.
Такая первая сборная камера 15 спереди отграничена передней стенкой 20 (в частности, кольцевым элементом 22а), а сзади ограничена разделительным элементом 14.
В данном предпочтительном осуществлении, разделительный элемент 14 установлен сзади и аксиально примыкает к теплообменнику 13, предпочтительно содержа пластинчатое тело, подробнее рассматриваемое далее по тексту.
В данном предпочтительном варианте осуществления теплообменного блока 10, периферийная боковая стенка 11с оболочки 11 окружает и поперечно отграничивает теплообменник 13 и первую сборную камеру 15 второй теплопередающей текучей среды, по существу, без прерываний и, по существу, на всей аксиальной протяженности указанного теплообменника (смотри фиг. 4 и фиг. 5).
Предпочтительно, разделительный элемент 14 закрывает сзади, по существу, полностью зону 21 подачи второй теплопередающей текучей среды, коаксиально образованную внутри теплообменника 13, то есть зону, которая в данном предпочтительном варианте осуществления также называется камерой 21 сгорания.
Вторая сборная камера 16 второй теплопередающей текучей среды, таким образом, образована в блоке 10 в аксиально наружном положении относительно теплообменника 13, между разделительным элементом 14, периферийной боковой стенкой 11с и задней стенкой 11d оболочки 11.
По сути, вторая сборная камера 16 второй теплопередающей текучей среды спереди отграничена разделительным элементом 14, сбоку ограничена периферийной боковой стенкой 11с, а сзади ограничена задней стенкой 11d оболочки 11.
Первая сборная камера 15 второй теплопередающей текучей среды сообщается по текучей среде со второй сборной камерой 16, конструктивно отделенной от нее разделительным элементом 14, посредством множества первых каналов 17а-17f, обеспечивающих протекание второй теплопередающей текучей среды из первой сборной камеры 15 во вторую сборную камеру 16, по существу, вблизи периферийной стенки 11с оболочки 11 и параллельно ей (смотри, в частности, фиг. 6).
Теплообменный блок 10 также содержит второй канал 35, обеспечивающий выход текучей среды из второй сборной камеры 16 второй теплопередающей текучей среды, причем этот канал образован по периферии второй сборной камеры между аксиальным концом 11g периферийной боковой стенки 11с и задней стенкой 11d оболочки 11.
Предпочтительно, разделительный элемент 14 в угловом положении, где выполнен второй канал, обеспечивающий выход текучей среды из второй сборной камеры 16 второй теплопередающей текучей среды, содержит перегораживающую стенку 14d, проходящую между периферийной боковой стенкой 11с оболочки 11 и частью периферийного края разделительного элемента 14, и предназначенную для того, чтобы закрывать в этой зоне канал протекания текучей среды между первой и второй сборными камерами 15, 16 (в частности, смотри фиг. 3-5 и 7).
Таким образом, обеспечивается предпочтительная возможность максимального ограничения процессов прямого перепуска второй теплопередающей текучей среды из первой сборной камеры 15 сразу ко второму каналу 35, обеспечивающему выход текучей среды из второй сборной камеры 16, и предпочтительное направление данной текучей среды к другим зонам второй сборной камеры 16 перед тем, как текучая среда покинет камеру.
Как показано для предпочтительного варианта осуществления, и как станет ясно в дальнейшем рассмотрении, периферийная боковая стенка 11с частично сформирована полукорпусом 11а и частично - пластинчатой частью 14с разделительного элемента 14, заподлицо установленной в толще периферийной боковой стенки 11с и как единое целое отходящей от перегораживающей стенки 14d.
Таким образом, в этом предпочтительном варианте осуществления аксиальный конец 11g периферийной боковой стенки 11с оболочки 11 образован на заднем аксиальном конце периферийной боковой стенки 11 с, который, по существу, образован в зоне соединения между перегораживающей стенкой 14d и пластинчатой частью 14с.
Предпочтительно, вторая сборная камера 16 второй теплопередающей текучей среды сообщается по текучей среде ниже по потоку с третьей сборной камерой 18 второй теплопередающей текучей среды, которая, в свою очередь, сообщается по текучей среде со второй каналом 35, обеспечивающим выход текучей среды из второй сборной камеры 16, и с отверстием 12а для выпуска второй теплопередающей текучей среды из блока 10, предусмотренным ниже по потоку от третьей сборной камеры 18, как показано на фиг. 4.
Третья сборная камера 18 второй теплопередающей текучей среды образована в крышке 11е, проходящей от периферийной боковой стенки 11с оболочки радиально наружу от оболочки 11, и в которой предусмотрено выпускное отверстие 12а.
В данном предпочтительном варианте осуществления блока 10, таким образом, крышка 11е расположена ниже по потоку от второго канала 35, обеспечивающего выход текучей среды из второй сборной камеры 16.
Более подробную информацию по конфигурации теплообменного блока 10 в соответствии с данным, предпочтительным, вариантом осуществления, и, в частности, по периферийной боковой стенке 11с, разделительному элементу 14, перегораживающей стенке 11d, по второй и третьей сборным камерам 16, 18, и по второму проточному каналу 35, можно получить из рассмотрения фиг. 16.
В показанном на фиг. 1-7 и фиг. 16 предпочтительном варианте осуществления, крышка 11е выполнена на внутреннем отверстии 11f (которое лучше видно на фиг. 16), предусмотренным в толще периферийной боковой стенки 11с оболочки 11, и выполненным с возможностью приема со стыковкой геометрических форм пластинчатой части 14с разделительного элемента 14.
В данном предпочтительном варианте осуществления крышка 11е соосна с центральной плоскостью теплообменного блока 10 и, как было подчеркнуто выше по тексту, предпочтительно выполнена в виде единого целого с периферийной боковой стенкой 11с оболочки 11.
В альтернативном предпочтительном варианте осуществления, который здесь не показан, крышка 11е может быть выполнена в виде отдельного элемента, прикрепляемого к периферийной боковой стенке 11 с оболочки соответствующими крепежными элементами. В предпочтительном варианте осуществления разделительного элемента 14, показанном на фиг. 7а-7b, разделительный элемент 14 имеет геометрическую форму, по существу, ответную геометрической форме оболочки 11.
Таким образом, каналы 17a-17f предпочтительно сформированы между периферийным краем разделительного элемента 14 и периферийной боковой стенкой 11с оболочки 11 (смотри, в частности, фиг. 6).
С этой целью, разделительный элемент 14 имеет, по меньшей мере, частично, поперечную протяженность, которая меньше поперечного сечения оболочки 11.
В показанном на фиг. 1-7b предпочтительном варианте осуществления суммарная площадь поперечного сечения потока, определяемая множеством вышеуказанных первых проточных каналов (другими словами, каналов 17а-17f) составляет от 15% до 30% полной площади внутреннего поперечного сечения оболочки 11.
В этом случае Заявителем экспериментально было обнаружено, что при таких конкретных значениях суммарной площади поперечного сечения потока второй теплопередающей текучей среды, определяемой первыми каналами 17а-17f, достигается эффективная оптимизация динамики второй теплопередающей текучей среды.
Такая текучая среда течет в направлении наружу, по существу, радиально или аксиально-радиально через теплообменник 13 вдоль, по существу, всей его радиальной протяженности и, по существу, вдоль всей его окружной протяженности, значительно уменьшая движение текучей среды по преференциальным траекториям и процессы обхода витков теплообменника 13.
В частности Заявителем было выяснено, что расход второй теплопередающей текучей среды, текущей через теплообменник 13 радиально или аксиально-радиально, проходя в промежутке, образованном между одним и другим витками, может быть сделан, по существу, постоянным вдоль аксиальной протяженности самого теплообменника.
Заявитель также наблюдал, что указанный расход становился, по существу, постоянным также вдоль окружной протяженности теплообменника 13, обеспечивая равномерное течение второй теплопередающей текучей среды вдоль окружной протяженности теплообменника 13, что, по существу, уменьшает мертвые зоны, не охватываемые потоком текучей среды в первой сборной камере 15.
Заявителем было выявлено, что путем такой оптимизации динамики второй теплопередающей текучей среды, а, следовательно, и теплообмена между этой текучей средой и теплообменником 13, обеспечивается предпочтительная возможность повышении эффективности теплообмена блока 10 - по сравнению с первой конфигурацией теплообменных блоков, известных из уровня техники, без показанных выше перегораживающих элементов - за счет чего уменьшается размер теплообменника 13, особенно в аксиальном направлении, с соответствующим предпочтительным снижением затрат, расхода материалов и размеров как теплообменника 13, так и вмещающего его теплообменного блока 10.
Кроме того, в данном предпочтительным варианте осуществления, и как можно понять из рассмотрения фиг. 6, площадь поперечного сечения потока текучей среды, определяемая первыми каналами 17а-17f, по существу, равномерно распределена по периметру периферийной боковой стенки оболочки 11, и, по существу, симметрично распределена относительно вертикальной центральной плоскости блока 10.
Таким образом, обеспечена предпочтительная возможность равномерного отрегулировать распределение второй теплопередающей текучей среды вдоль окружного направления, чтобы тем самым оптимизировать динамику текучей среды.
В альтернативном предпочтительном варианте осуществления, иллюстрируемом далее по тексту со ссылкой на фиг. 10, разделительный элемент 14 имеет размеры, по меньшей мере частично комплементарные размерам периферийной боковой стенки 11с, а проточные каналы 17а - 17f второй теплопередающей текучей среды частично выполнены в разделительном элементе 14 в его периферийной зоне и содержат множество отверстий соответствующей геометрической формы, например, проемов или щелей.
В показанном на чертежах предпочтительном варианте осуществления, тело разделительного элемента является, по существу, дисковидным.
Разделительный элемент 14 также содержит теплообменную часть, контактирующую с по меньшей мере одной частью концевого витка теплообменника 13 (в данном случае - с заднего конца) и обеспечивающую возможность теплообмена между частью этого витка и второй сборной камерой 16 второй теплопередающей текучей среды.
Предпочтительно, теплообменная часть разделительного элемента 14 является единым целым с телом такого элемента.
Предпочтительно, теплообменная часть разделительного элемента 14 выполнена из материала, предпочтительно - металлического, имеющего высокий коэффициент теплопроводности, например, из алюминия или стали.
Предпочтительно, тело разделительного элемента 14 центрально образует гнездо 14а, в котором размещен диск 19 из теплоизоляционного материала таким образом, что диск обращен к камере 21 сгорания (зоне подачи второй теплопередающей текучей среды в блоке 10).
В этом предпочтительном варианте осуществления и относительно плоскости тела разделительного элемента 14 гнездо 14а проходит аксиально к задней стенке 11 d оболочки 11 так, что вторая сборная камера 16 второй теплопередающей текучей среды имеет предпочтительную, по существу, кольцевую геометрическую форму.
В этом предпочтительном варианте осуществления, тело разделительного элемента 14 имеет периферийный венец 14b, расположенный радиально снаружи относительно гнезда 14а.
Предпочтительно, периферийный венец 14b представляет собой теплообменную часть разделительного элемента 14, контактирующую с по меньшей мере одной частью концевого витка теплообменника 13 и взаимодействующую с ней по теплообмену.
Таким образом обеспечивается предпочтительная возможность передачи части тепла, поглощенного теплоизоляционным диском 19 периферийному венцу 14b, представляющему собой теплообменную часть разделительного элемента 14, а от него- концевому витку теплообменника 13, что повышает теплообменную эффективность блока 10.
Предпочтительно, периферийный венец 14b развивается по меньшей мере частично спиралевидно и, по существу, с тем же шагом витков, что и у витков теплообменника 13.
Таким образом, в показанном предпочтительном варианте осуществления вторая сборная камера 16 второй теплопередающей текучей среды имеет площадь поперечного сечения потока текучей среды, изменяющуюся в окружном направлении.
В данном предпочтительном варианте осуществления и в соответствии с раскрытым выше, конфигурация второй сборной камеры 16 обеспечивает достижение следующих предпочтительных технических результатов:
- формирование дополнительно теплообменного элемента блока 10 - по сути, одновиткового спиралевидного тракта - который особенно эффективен для дополнительного повышения эффективности теплообмена блока 10, и в частности -конденсационного эффекта второй теплопередающей текучей среды (в данном случае
- газов горения, генерируемых горелкой 20) за счет теплообмена с периферийным венцом 14b, образующим теплообменную часть разделительного элемента 14, причем периферийный венец 14b взаимодействует по теплообмену и находится в непосредственном контакте с впускным витком первой текучей среды в теплообменнике 13, при этом в данный виток предпочтительно подают первую текучую среду, имеющую наименьшую температуру в блоке 10;
- придание второй теплопередающей текучей среде движения, препятствующего ее прямому проходу ко второму каналу 35, обеспечивающему выход второй текучей среды из второй сборной камеры 16, что повышает теплопередачу посредством указанной текучей средой и конденсирующую способность второй сборной камеры 16 блока 10.
Предпочтительно, указанные технические результаты достигаются одновременно с оптимальным использованием пространства,. в любом случае занимаемого теплообменником 13, так как вторая сборная камера 16 частично проникает в объем, занимаемый теплообменником 13, имеющим свой собственный шаг витков, и таким образом предназначенным для создания объема, который в этом случае предпочтительно используется второй сборной камерой 16 в целях теплообмена.
Предпочтительно, противоположные концы периферийного венца 14b своими нижними частями соединены посредством наклоненной соединительной стенки 14b', предназначенной для ослабления турбулентности, которая могла бы возникнуть при наличии полости или ступенчатого соединения между противоположными аксиально смещенными относительно друг друга концами периферийного венца 14b.
Гнездо 14а диска 19 включает в себя нижнюю стенку 14а', предпочтительно внутренне снабженную по меньшей мере первым проставочным рельефом 14i, предназначенным для удерживания диска 19 на заданном расстоянии от нижней стенки 14а' гнезда 14а.
Диск фиксируется в гнезде 14а соответствующими крепежными элементами, которые сами по себе известны и здесь не показаны, например, резьбовым винтом, выполненным с возможностью взаимодействия с гнездом, имеющим соответствующее резьбовое отверстие.
Нижняя стенка 14а' гнезда 14а также включает в себя второй проставочный рельеф 14j, отходящий от разделительного элемента 14 наружу и сзади к задней стенке 11d оболочки 11, и предназначенный поддерживать разделительный элемент 14 во взаимодействии при фактическом контакте нижней стенки 14а' гнезда с задней стенкой 11d оболочки 11.
Таким образом обеспечивается предпочтительная возможность предотвратить фактическое прохождение второй теплопередающей текучей среды между нижней стенкой 14а' гнезда 14а и задней стенкой 11d оболочкой с возможными явлениями нагревания второй теплопередающей текучей среды теплоизоляционным диском 19, что может ухудшить конденсирующую способность блока 10.
Гнездо 14а диска 19 спереди по периферии отграничено окружным рельефом 14g, который обеспечивает самоцентрирование и фиксацию в правильном положении теплообменника 13 относительно разделительного элемента 14 и оболочки 11.
Благодаря этой фиксации теплообменника 13 в нужном положении и в соответствии с раскрытым выше обеспечивается предпочтительная возможность предотвращения того, чтобы впускное и выпускное соединения 13с, 13d теплообменника 13, герметично установленные на двух концах теплообменника 13 во взаимодействии с упиранием с соответствующими впускной и выпускной втулки 28, 29 оболочки 11, могли бы выйти наружу в результате воздействия давления первой теплопередающей текучей среды.
Окружной рельеф 14g заканчивается прямолинейной частью 14h, поперечно отграничивающей прямолинейную часть, сформированную в периферийном венце 14b тела разделительного элемента, и предназначенную для размещения в ней прямолинейной концевой части теплообменника 13.
В показанном предпочтительном варианте осуществления разделительный элемент 14 содержит по меньшей мере один проставочный выступ, а более предпочтительно - множество проставочных выступов 14f, отходящих в поперечном направлении от периферийного края разделительного элемента 14 для взаимодействия с упиранием с периферийной боковой стенкой 11с оболочки 11.
Наличие проставочных выступов 14f предпочтительно гарантирует правильную установку и центровку разделительного элемента 14 и связанного с ним теплообменника 12 внутри оболочки 11.
Проставочные выступы 14f также вносят свой вклад в образование первых проточных каналов 17a-17f между периферийным краем разделительного элемента 14 и периферийной боковой стенкой 11с оболочки 11.
Согласно раскрытому выше, в проиллюстрированном предпочтительном варианте осуществления, для того, чтобы ограничить прямой проход второй теплопередающей текучей среды из первой сборной камеры 15 а третью сборную камеру 18 через внутреннее отверстие 11f, перегораживающая стенка 11d разделительного элемента 14 содержит пластинчатую часть 14с, выполненную по меньшей мере частично комплементарной внутреннему отверстию 11f и проходящей параллельно периферийной боковой стенке 11с оболочки 11.
В собранной конфигурации, пластинчатая часть 14с со стыковкой геометрических форм расположена во внутреннем отверстии 11f периферийной боковой стенки 11с, будучи установленной заподлицо в толщу периферийной боковой стенки 11с и закрывая прямой проход между первой и третьей сборными камерами 15, 18 второй теплопередающей текучей среды.
По сути, в данном предпочтительном варианте осуществления и в собранной конфигурации блока 10, пластинчатая часть 14с образует неотъемлемую часть периферийной боковой стенки 11с оболочки 11.
В предпочтительном варианте осуществления, пластинчатая часть 14с разделительного элемента 14 может быть сделана из другого материала, чем теплообменная часть такого элемента, например, из пластика сверхвысокой молекулярной плотности, имеющего свойства стойкости к воздействию химикатов, огня и водяного пара, например, из полифениленсульфида (ПФС).
В этом случае, разделительный элемент 14 будет композитного типа и может быть изготовлен совместным формованием по технологии, известной специалистам в данной области техники.
В альтернативном предпочтительном варианте осуществления разделительного элемента 14, показанном на фиг. 8, поперечная стенка гнезда 14а теплоизоляционного диска 19 содержит часть, сужающуюся к нижней стенке 14а' гнезда 14а.
Таким образом обеспечена предпочтительная возможность снизить потери давления второй теплопередающей текучей среды, протекающей во второй сборной камере 16, что позволяет снизить мощность подающих устройств (обычно, вентилятора), требующихся для подачи этой текучей среды в теплообменный блок 10, при одновременном обеспечении их правильной работы.
В предпочтительном варианте осуществления разделительного элемента 14, показанном на фиг. 9а-9b, перегораживающая стенка 14d снабжена множеством отверстий 14е, определяющих столько же первых каналов, обеспечивающих протекание второй теплопередающей текучей среды из первой сборной камеры 15 во вторую сборную камеру 16, по существу, параллельно периферийной боковой стенке 11с оболочки 11 и вблизи нее.
В частности, эти дополнительные первые проточные каналы 14е обеспечивают протекание второй теплопередающей текучей среды из первой сборной камеры 15 ко второму каналу 35, обеспечивающему выход текучей среды из второй сборной камеры 16.
Таким образом и как было указано выше, обеспечена предпочтительная возможность увеличения возможностей регулирования динамики второй теплопередающей текучей среды, как путем регулировки величины суммарной площади поперечного сечения потока второй теплопередающей текучей среды из первой сборной камеры 15 ко второй сборной камере 16, так путем направления вторичного потока второй теплопередающей текучей среды ко второму каналу 35, обеспечивающему выход текучей среды из второй сборной камеры 16.
Также в этом случае и в соответствии с изложенным выше относительно варианта осуществления, показанного на фиг. 1-7b, суммарная площадь поперечного сечения потока текучей среды, определяемая множеством первых проточных каналов, в этом случае образованная каналами 17a-17f и отверстиями 14е, чтобы достичь предпочтительных результатов регулирования динамики, должна составлять от 15% до 30% полного внутреннего поперечного сечения оболочки 11.
Также в данном предпочтительном варианте осуществления блока 10, как можно понять из фиг. 9а и 9b, площадь поперечного сечения потока текучей среды, определяемая первыми каналами 17а-17f и 14е, по существу, равномерно распределена по периметру периферийной боковой стенки оболочки 11 и, по существу, симметрично распределена относительно вертикальной центральной плоскости блока 10, чтобы равномерно регулировать распределение второй теплопередающей текучей среды по окружному направлению, тем самым оптимизируя динамику данной текучей среды.
В этом предпочтительном варианте осуществления теплообменного блока 10, который особенно предпочтителен при горизонтальном рабочем положении, отверстия 14е, выполненные в перегораживающей стенке 14d предпочтительно предотвращают образование карманов скопления второй теплопередающей текучей среды в верхней зоне первой сборной камеры 15, возникающих из-за конвективного подъема этой текучей среды.
Предпочтительно, и как проиллюстрировано для примера в предпочтительном варианте осуществления, показанном на фиг. 9а-9b, разделительный элемент 14 может содержать множество, по существу, щелевидных сквозных пазов 26, расположенных вблизи гнезда 14а диска 19.
Наличие пазов 26 в разделительном элементе 14 предпочтительно ведет к частичному отсутствию тепловой связи между теплоизоляционным диском 19 с вмещающим его гнездом 14а и периферийным венцом 14b тела разделительного элемента 14, представляющим собой теплообменную часть последнего.
Таким образом обеспечивается предпочтительная возможность регулирования конденсирующей способности блока 10, в данном случае - ее повышения за счет ограничения температуры периферийного венца 14b (теплообменной части) тела разделительного элемента 14.
В предпочтительном варианте осуществления, и согласно иллюстрациям примера на фиг. 10 и 11, площадь поперечного сечения потока текучей среды, определяемая множеством первых проточных каналов, увеличивается по периметру периферийной боковой стенки оболочки 11 блока 10 с увеличением расстояния от второго канала 35, обеспечивающего выход текучей среды из второй сборной камеры 16 второй теплопередающей текучей среды.
Как было изложено выше, данный предпочтительный вариант осуществления особенно предпочтителен в рассматриваемом здесь случае - при горизонтальном рабочем положении блока 10 - так как такое изменение площади поперечного сечения потока текучей среды, определяемой множеством первых проточных каналов, предотвращает образование карманов скопления второй теплопередающей текучей среды в верхней зоне первой сборной камеры 15 вблизи канала 35, обеспечивающего выход текучей среды из второй сборной камеры 16.
Таким образом оптимизируется распределение второй теплопередающей текучей среды вдоль окружной протяженности первой сборной камеры 15, что значительно уменьшает мертвые зоны, в которые не попадает поток текучей среды.
В предпочтительном варианте осуществления и согласно иллюстрации на фиг. 10, требуемое увеличение площади поперечного сечения потока второй теплопередающей текучей среды достигается, во-первых, расположением множества сквозных отверстий 17а', формирующих такое же количество первых проточных каналов, в верхней зоне периферийного венца 14b разделительного элемента 14.
Предпочтительно, сквозные отверстия 17а' имеют площадь поперечного сечения потока, увеличивающуюся с увеличением расстояния от второго выпускного канала 35, обеспечивающего выход текучей среды из второй сборной камеры 16.
Во-вторых, и опять-таки согласно иллюстрации на фиг. 10, требуемое увеличение площади поперечного сечения потока второй теплопередающей текучей среды достигается образованием еще одного множества первых каналов 17с, 17d текучей среды между нижним периферийным краем разделительного элемента 14 и периферийной боковой стенкой 11с оболочки 11, а также сквозного отверстия 17д в проставочном выступе 14f, отходящем от этого периферийного края разделительного элемента 14.
Предпочтительно, проточные каналы 17с, 17d имеют площадь поперечного сечения потока текучей среды, увеличивающуюся с увеличением расстояния от второго канала 35, обеспечивающего выход текучей среды из второй сборной камеры 16.
В рамках данного предпочтительного варианта осуществления, суммарная площадь поперечного сечения потока текучей среды, определяемая множеством сквозных отверстий 17а', первыми проточными каналами 17с, 17d и сквозным отверстием 17g, составляет от 5% до 20% полного внутреннего поперечного сечения оболочки 11.
Заявителем экспериментально было выявлено, что при наблюдении этих конкретных величин определяемой таким образом суммарной площади поперечного сечения потока второй теплопередающей текучей среды достигается эффективная оптимизация динамики второй теплопередающей текучей среды.
Еще в одном предпочтительном варианте осуществления и согласно иллюстрации на фиг. 11, требуемое увеличение площади поперечного сечения потока второй теплопередающей текучей среды достигается путем образования множества первых каналов 17а, 17с, 17d и 17f между периферийным краем разделительного элемента 14 и периферийной боковой стенкой 11 с оболочки 11, а также сквозного отверстия 17g в проставке 14f в проставочном выступе 14f, отходящем от периферийного края разделительного элемента 14 в его нижней зоне.
Предпочтительно, проточные каналы 17а, 17с, 17d и 17f имеют площадь поперечного сечения потока текучей среды, увеличивающуюся с увеличением расстояния от второго канала 35, обеспечивающего выход текучей среды из второй сборной камеры 16.
В данном предпочтительном варианте осуществления, суммарная площадь поперечного сечения потока текучей среды, определяемая каналами 17а, 17с, 17d и 17f текучей среды и сквозным отверстием 17g, составляет от 5% до 20% полного внутреннего поперечного сечения оболочки 11.
В этом случае так же, как и в ранее рассмотренных вариантах осуществления, Заявитель экспериментально выявил, что при наблюдении этих конкретных величин определенной таким образом суммарной площади поперечного сечения потока второй теплопередающей текучей среды достигается эффективная оптимизация динамики второй теплопередающей текучей среды.
В предпочтительном варианте осуществления и согласно иллюстрации примера на фиг. 12а-14b, разделительный элемент 14 дополнительно содержит множество теплообменных выступов 23, отходящих от задней поверхности разделительного элемента 14, обращенной к задней стенке 11d оболочки 11.
Конкретнее, теплообменные выступы 23 отходят от задней поверхности периферийного венца 14b, охватывающего гнездо 14а диска 19.
В показанном на фиг. 12а-14b предпочтительном варианте осуществления, теплообменные выступы 23 выполнены в виде пальцев.
При этом теплообменные выступы 23 проходят во вторую, в данном случае имеющую, по существу, кольцевую конфигурацию сборную камеру 16, образованную между задней стенкой разделительного элемента 14 и задней стенкой 11d оболочки 11, что предпочтительно повышает интенсивность теплообмена между текущей во второй сборной камере 16 второй теплопередающей текучей средой и теплообменной частью разделительного элемента 14 (периферийным венцом 14b).
Предпочтительно, теплообменные выступы 23 выстроены в ряды, стоящие друг за другом в радиальном направлении и проходящие по направлению, наклоненному относительно радиального направления.
Таким образом, в этом предпочтительном варианте осуществления множество теплообменных выступов 23 распределены так, чтобы образовывать по меньшей мере один проход, а лучше, множество проходов 25 для второй теплопередающей текучей среды, проходящих в направлении, наклоненном относительно радиального направления, и предназначенных для придания потоку второй теплопередающей текучей среды предпочтительного центростремительного движения к гнезду 14а теплоизоляционного диска 19.
Таким образом поток второй теплопередающей текучей среды предпочтительно распределяется по всему поперечному сечению второй сборной камеры 16, уменьшая тем самым до минимума присутствие в камере мертвых зон.
В альтернативных предпочтительных вариантах осуществления, которые не показаны, такие выступы 23 могут быть выполнены в виде ребер.
В показанном на фиг. 12а-12b предпочтительном варианте осуществления, разделительный элемент 14 аналогичен тому, который показан на фиг. 10 и 11 исключительно в качества неограничивающего примера, так как теплообменные выступы 23 могут быть одинаково предусмотрены в любом другом осуществлении разделительного элемента 14.
Еще в одном предпочтительном варианте осуществления и согласно иллюстрациям, приведенным снова в качестве неограничивающего примера, на фиг. 13а-13b и фиг. 14а-14b, по меньшей мере одна часть задней поверхности периферийного венца 14b разделительного элемента 14 лишена теплообменных выступов 23, в данном случае опять выполненных в виде пальцев. На этих частях теплообменные выступы 23 показаны пунктирными линиями.
В этом дополнительном предпочтительном варианте осуществления выступы 23 выстроены в ряды, проходящие в, по существу, радиальном направлении.
Также в данном предпочтительном варианте осуществления, множество теплообменных выступов 23 распределены так, чтобы образовался по меньшей мере один проход 25, предпочтительнее - множество проходов 25, для протекания второй теплопередающей текучей среды, проходящих, по существу, радиально, и предназначенных для направления второй теплопередающей текучей среды к центру второй сборной камеры 16, где расположены теплообменные выступы 23.
В данном случае, так же как и в рассмотренных ранее предпочтительных вариантах осуществления, проиллюстрированных на фиг. 13а-13b, обеспечена предпочтительная возможность сообщения потоку второй теплопередающей текучей среды центростремительного движения к гнезду 14а теплоизоляционного диска 19 для обеспечения того, чтобы поток второй теплопередающей текучей среды распространялся бы, по существу, по всему поперечному сечению второй сборной камеры 16, уменьшая тем самым до минимума присутствие мертвых зон в указанной сборной камере.
В предпочтительном варианте осуществления разделительного элемента 14, показанном на фиг. 14а-14b, разделительный элемент 14 содержит теплообменные выступы 23, отходящие от задней поверхности периферийного венца 14b, проходы 25 для второй теплообменной текучей среды, проходящие вдоль, по существу, радиального направления, и множество, по существу, щелевидных сквозных пазов 26, расположенных вокруг гнезда 14а диска 19.
Такая предпочтительная конфигурация разделительного элемента 14 особенно предпочтительна тем, что наличие пазов 26 ведет к частичному отсутствию тепловой связи между гнездом 14а диска 19 и периферийным венцом 14b, который контактирует с первым впускным витком теплообменника, по существу, более холодным, чем диск 19, находящийся в центральном гнезде 14а.
За счет этого частичного отсутствия тепловой связи и аналогично тому, что было изложено для предпочтительного варианта осуществления, проиллюстрированного на фиг. 9а-9b, периферийный венец 14b разделительного элемента 14 и, следовательно, теплообменные выступы 23, отходящие от этой части, в процессе работы оказываются значительно холоднее, что способствует конденсации во второй сборной камере 16 второй теплообменной текучей среды.
В предпочтительном варианте осуществления разделительного элемента 14, проиллюстрированном на фиг. 13а-13b, перегораживающая стенка 14d содержит только часть дисковидного тела разделительного элемента 14, проходящую между периферийной боковой стенкой 11с оболочки 11 и частью периферийного края по меньшей мере одного разделительного элемента 14.
В данном предпочтительном варианте осуществления, следовательно, пластинчатая часть 14с не предусмотрена.
Разделительный элемент 14 в соответствии с показанным на фиг. 13а-13b предпочтительным вариантом осуществления, следовательно, выполнен с возможностью использования внутри оболочки 11, в которой в толщине периферийной боковой стенки 11 с отсутствует внутренний отверстие 11f.
В предпочтительном варианте осуществления, показанном на фиг. 14а-14b, разделительный элемент 14 дополнительно содержит множество отклоняющих ребер 24, отходящих от периферийного края разделительного элемента и имеющих развитие в радиальном направлении к периферийной боковой стенке 11с оболочки 11 и, опционально, в аксиальном направлении к задней стенке 11d оболочки 11.
Отклоняющие ребра 24 обеспечивают предпочтительную возможность регулировать динамику второй теплопередающей текучей среды внутри второй сборной камеры 16, не допуская, чтобы поток указанной второй теплопередающей текучей среды двигался исключительно по периферии, что привело бы к тому, что текучая среда достигала бы второго канала 35, обеспечивающего выход текучей среды из второй сборной камеры, по существу, обходя кольцевую зону, в которую выходят теплообменные выступы 23.
В показанном на фиг. 15 предпочтительном варианте осуществления изобретения вторая сборная камера 16 образована в аксиально наружном положении относительно теплообменника 13 между разделительным элементом 14, периферийной боковой стенкой 11с и передней стенкой 22 оболочки 11.
В данном предпочтительном варианте осуществления, теплообменный блок 10 предпочтительно используется в качестве рекуператора тепла, то есть устройства, способного извлекать тепло из горячего газа, например, из горячих газов горения, приходящих из отдельного теплообменного блока.
Теплообменный блок 10 в данном предпочтительном варианте осуществления, по существу, аналогичен по своим существенным элементам вариантам осуществления, рассмотренным ранее со ссылкой на остальные чертежи.
Также, в данном предпочтительном варианте осуществления с целью достижения максимального уменьшения аксиального размера теплообменного блока 10, по существу, кольцевой теплоизоляционный элемент 33 помещен в соответствующее гнездо 34, выполненное в передней стенке 22 оболочки 11.
Таким образом, вторая сборная камера 16 второй теплопередающей текучей среды предпочтительно образована в передней части блока 10 коаксиально и снаружи относительно, по существу, кольцевого теплоизоляционного элемента, надлежащим образом используя аксиальный размер этого элемента.
Данная предпочтительная конфигурация блока 10 позволяет получить дополнительный полезный технический результат, состоящий в эффективной теплоизоляции второй сборной камеры 16 второй теплопередающей текучей среды. Это ведет к улучшенному теплообмену между первой теплопередающей текучей средой и второй теплопередающей текучей средой, протекающими в первой сборной камере и в переднем концевом витке теплообменника соответственно - и при необходимости -улучшенной конденсирующей способности второй сборной камеры 16.
В рамках данного предпочтительного варианта осуществления разделительный элемент 14 содержит, по существу, кольцевидное тело, а теплообменная часть 14b разделительного элемента, контактирующая с по меньшей мере одной частью переднего концевого витка теплообменника 13, по существу, состоит из вышеуказанного, по существу, кольцевидного тела.
таким образом обеспечена предпочтительная возможность максимизации теплообмена между первой и второй теплопередающими текучими средами, протекающими в первой сборной камере 15 и в переднем концевом витке теплообменника 13, соответственно.
Предпочтительно, по существу, кольцевидное тело разделительного элемента 14 непосредственно контактирует, без зазоров и без промежуточных теплоизоляционных элементов, с передним концевым витком теплообменника 13, в которой предпочтительно подают первую теплопередающую текучая среда, имеющую самую низкую температуру.
За счет данной предпочтительной конфигурации и аналогично тому, что было изложено выше, обеспечена возможность повышения интенсивности теплообмена между второй теплопередающей текучей средой, соприкасающейся с передней поверхностью разделительного элемента 14, и теплообменником 14, в частности, улучшение теплообмена с передним концевым витком теплообменника, чтобы при необходимости повышать способность теплообменного блока 10 утилизировать скрытую теплоту конденсации.
Предпочтительно, по существу, кольцевидное тело переднего разделительного блока 14 является радиально наружным относительно, по существу, кольцевого теплоизоляционного элемента 33.
также в этом случае имеется предпочтительная возможность передачи части тепла, поглощенного, по существу, кольцевым теплоизоляционным элементом 33 к, по существу, кольцевидному разделительному элементу 14, а от него - к переднему концевому витку теплообменника 13, чтобы повысить эффективность теплообмена блока 10.
Предпочтительно, по существу, кольцевидное тело переднего разделительного элемента 14 проходит спиралевидно, по существу, с тем же самым шагом витков, что и у витков теплообменника 13.
Следовательно, в данном предпочтительном варианте осуществления, поэтому, предпочтительно, чтобы вторая сборная камера 16 второй теплопередающей текучей среды, заданная в передней зоне блока 10, имела бы изменяющуюся в окружном направлении площадь поперечного сечения потока текучей среды, чтобы достигались вышеописанные полезные технические эффекты, относящиеся к этому отличительному признаку.
Как можно видеть на фиг. 16, также в данном предпочтительном варианте осуществления блока 10, разделительный элемент 14 содержит - в угловом положении, где выполнен второй канал 35, обеспечивающий выход текучей среды из второй сборной камеры 16 второй теплопередающей текучей среды -перегораживающую стенку 14d, проходящую между периферийной боковой стенкой 11 с оболочки 11 и частью периферийного края разделительного элемента 14, чтобы перекрывать в этой зоне движение текучей среды между первой сборной камерой 15 и второй сборной камерой 16.
Таким образом обеспечивается предпочтительная возможность максимального ограничения процессов перепуска второй теплопередающей текучей среды из первой сборной камеры 15 прямо ко второму каналу 35, обеспечивающему выход текучей среды из второй сборной камеры 16, предпочтительное направление этой текучей среды к другим зонам второй сборной камеры 16 перед тем, как текучая среда покинет сборную камеру.
В этом случае, так же как и в случае предпочтительных вариантов осуществления, проиллюстрированных выше, периферийная боковая стенка 11с сформирована частично полукорпусом 11а и частично пластинчатой частью 14с разделительного элемента 14, заподлицо установленной в толще периферийной боковой стенки 11с и как единое целое отходящей от перегораживающей стенки 14d.
Таким образом, в этом предпочтительном варианте осуществления аксиальный конец 11g периферийной боковой стенки 11с оболочки 11 предусмотрен на переднем аксиальном конце периферийной боковой стенки 11с, который, по существу, предусмотрен в зоне соединения между перегораживающей стенкой 14d и пластинчатой частью 14с.
В отличие от рассмотренных ранее предпочтительных вариантов осуществления, в которых вторая сборная камера 16 второй теплопередающей текучей среды образована в задней зоне блока 10, блок 10 может быть также лишен третьего проточного канала текучей среды и крышки, наложенной снаружи на боковую стенку 11с оболочки 11.
Таким образом, в этом случае отверстие 12а образовано на свободном конце, по существу, трубчатого элемента 11h, проходящего от боковой стенки 11с оболочки 11 и предпочтительно выполненного в виде единого целого с полукорпусом 11а.
В отличие от рассмотренных ранее предпочтительных вариантов осуществления, в которых вторая сборная камера 16 второй теплопередающей текучей среды задана в задней зоне блока 10, теплоизоляционный диск 19, обращенный к зоне 21 подачи второй теплопередающей текучей среды, помещен в соответствующее гнездо 37, заданное в задней стенке 11d оболочки 11, задней стенке 11d которой в данном случае придана соответствующая геометрическая форма.
Также в данном предпочтительном варианте осуществления, в котором вторая сборная камера 16 второй теплопередающей текучей среды задана в передней части блока 10, имеется возможность выбора предпочтительных конфигураций рассмотренных ранее со ссылкой на вариант со второй сборной камерой 16 заднего расположения, с адаптацией этих предпочтительных конфигураций - при необходимости - к кольцевидной конфигурации разделительного элемента 14.
В предпочтительном варианте осуществления теплообменного блока 10, показанном на фиг. 17, периферийная боковая стенка 11с в своей толще не имеет внутреннего отверстия 11f. Таким образом, крышка 11е, которой снабжено отверстие 12а для выпуска второй теплопередающей текучей среды из блока 10, также и в этом случае предусмотрена поперечно и наружно относительно периферийной боковой стенки 11с.
В данном предпочтительном варианте осуществления, перегораживающая стенка 14d отходит от периферийной боковой стенки 11с на разделительном элементе 14 таким образом, чтобы соединить периферийную боковую стенку 11с с периферийным венцом 14b разделительного элемента 14 и перекрыть, по меньшей мере локально, сообщение по текучей среде между первой сборной камерой 15 и второй сборной камерой 16.
В показанном на фиг. 18 и 19 предпочтительном варианте осуществления теплообменного блока 10 крышка 11е смещена относительно диаметральной плоскости теплообменного блока 10.
В данном предпочтительном варианте осуществления, перегораживающая стенка 14d и пластинчатая часть 14d имеют окружную протяженность, большую чем у вариантов осуществления, снабженных крышкой 11е, расположенной вдоль оси, чтобы перекрывать, путем стыковки геометрических форм, внутреннее отверстие 11f, выполненное в толще периферийной боковой стенки 11с оболочки 11, и ограничивать прямой проход второй теплопередающей текучей среды из первой сборной камеры 15 ко второму каналу 35, обеспечивающему выход текучей среды из второй сборной камеры 16.
Далее с конкретной ссылкой на фиг. 1-7 раскрывается предпочтительный вариант осуществления способа в соответствии с изобретением, который может быть выполнен посредством блока 10, описанного выше.
На первом шаге способа, вторую теплопередающую текучую среду подают в зону 21 подачи, например, генерируя газы горения посредством расположенной в указанной зоне (например, камере 21 сгорания) горелки 20.
На следующем шаге, вторая теплопередающая текучая среда (газы горения) протекает через витки теплообменника 13 в, по существу, радиальном направлении (или в аксиально-радиальном направлении, если витки наклонены относительно продольной оси А-А теплообменника), при этом данная текучая среда проходит через промежутки 13b, выполненные между двумя последовательными витками теплообменника 13, собираясь в первой сборной камере 15, образованной снаружи относительно теплообменника 13.
В процессе такого прохождения происходит первая значительная передача тепла от второй теплопередающей текучей среды к первой теплопередающей текучей среде, циркулирующей внутри теплообменника 13, предпочтительно - в противотоке по отношению к направлению потока газов горения.
На следующем шаге, вторую теплопередающую текучую среду, собранную в первой сборной камере 15, подают во вторую сборную камеру 16, образованную сзади относительно теплообменника 13, по траектории, по существу, параллельной периферийной боковой стенке 11 с оболочки 11, и проходящей вблизи нее.
В предпочтительном варианте осуществления способа, который может быть реализован посредством предпочтительного варианта осуществления блока 10, показанного на фиг. 1-7, этот шаг подачи газов горения (второй теплопередающей текучей среды) выполняют посредством каналов 17а-17f, предусмотренных между периферийным краем разделительного элемента 14 и периферийной боковой стенкой 11 с оболочки 11.
С этой целью, и как было отмечено выше, разделительному элементу 14 придают геометрическую форму, по существу, ответную поперечному сечению оболочки 11, и, по меньшей мере, частично, размеры, меньшие данного поперечного сечения, чтобы по периферии образовывать каналы 17а-17f, вдоль, по меньшей мере, части периферийной боковой стенки 11 с оболочки 11.
В предпочтительном варианте осуществления способа, предусмотрено ограничение прямого прохода второй теплопередающей текучей среды из первой сборной камеры 15 во вторую сборную камеру 16 посредством перегораживающей стенки 14d, проходящей между периферийной боковой стенкой 11 с оболочки 11 и разделительным элементом 14.
Таким образом достигаются вышеуказанные предпочтительные технические результаты, включающие в себя лучшее управление динамикой второй теплопередающей текучей среды в первой сборной камере 15 и оптимизацию общего теплообмена.
В предпочтительном варианте осуществления, который может быть реализован посредством блока 10, снабженного разделительным элементом 14, имеющим конфигурацию в соответствии с вариантами, показанными на фиг. 9а и 9b, способ может иметь предпочтительно содержать шага подачи части (вторичного потока) второй теплопередающей текучей среды из первой сборной камеры ко второму каналу 35, обеспечивающему выход текучей среды из второй сборной камеры 16.
В предпочтительном варианте осуществления способ может предпочтительно содержать регулирования динамики подаваемой ко второй сборной камере 16 второй теплопередающей текучей среды путем регулирования суммарной площади поперечного сечения потока текучей среды по первым каналам 17а, 17а', 17b-17g и 14е, предусмотренным между периферийным краем разделительного элемента 14 и периферийной боковой стенкой 11с оболочки и/или в периферийной зоне вышеуказанного разделительного элемента 14.
В предпочтительном варианте осуществления, который может быть реализован посредством блока 10, снабженного разделительным элементом 14, имеющим конфигурацию в соответствии с вариантом, показанным на фиг. 6, этот шаг регулирования включает в себя равномерное распределение расхода подаваемого ко второй сборной камере 16 второй теплопередающей текучей среды по периметру указанной периферийной боковой стенки 11с.
В альтернативном предпочтительном варианте осуществления, который может быть реализован посредством блока 10, снабженного разделительным элементом 14, имеющим конфигурацию в соответствии с вариантами, показанными на фиг. 10 и 11, на данном шаге регулирования поток второй теплопередающей текучей среды, подаваемой ко второй сборной камере 16 распределяют по периметру периферийной боковой стенки 11с таким образом, чтобы увеличивать расход данной текучей среды с увеличением расстояния от второго канала 35, обеспечивающего выход текучей среды из второй сборной камеры 16.
Данные предпочтительные варианты осуществления обеспечивают полезные технические результаты, проиллюстрированных выше со ссылкой на описание блока 10.
На следующем шаге способа в соответствии с изобретением предусмотрено осуществление теплообмена между протекающий во второй сборной камере 16 второй теплопередающей текучей средой и первой теплопередающей текучей средой, протекающей внутри концевого витка теплообменника 13, причем указанный теплообмен осуществляют с помощью теплообменной части разделительного элемента 14, которая может быть представлена периферийным венцом 14b разделительного элемента 14 (вторая сборная камера 16 заднего расположения) или кольцевым телом самого разделительного элемента 14 в варианте, показанном на фиг. 16 (вторая сборная камера 16 переднего расположения).
На дополнительном шаге способа в соответствии с изобретением, в конце предусмотрен выпуск второй теплопередающей текучей среды из второй сборной камеры 16 в направлении, по существу, перпендикулярном продольной оси теплообменного блока 10 посредством обеспечивающего выход текучей среды второго канала 35, образованного по периферии во второй сборной камере 16 между аксиальным концом периферийной боковой стенки 11с и задней стенкой 11d или передней стенкой 22 оболочки 11.
В предпочтительном варианте осуществления способа в соответствии с особыми требованиями применения теплообменного блока 10, предусматривают направление потока второго теплообменного текучей среды к теплообменным выступам 23, отходящим от задней поверхности теплообменной части разделительного элемента 14, обращенной к задней стенке 11d оболочки, или от передней поверхности теплообменной части разделительного элемента 14, обращенной к передней стенке 22 оболочки 11, чтобы добиться интенсификации теплообмена и - при необходимости - повышенной конденсирующей способности блока 10.
В предпочтительном варианте осуществления способа предусматривают подачу второй теплопередающей текучей среды в, по существу, радиальном направлении и/или в направлении, наклоненном относительно радиального направления, с центростремительным движением к центральной части второй сборной камеры 16, предпочтительно, с помощью проходов 25, раскрытых выше.
Еще в одном предпочтительном варианте осуществления способа предусматривают отклонение потока второй теплопередающей текучей среды посредством вышеуказанных отклоняющих ребер 24, отходящих от периферийного края разделительного элемента 14, и имеющих развитие в радиальном направлении к периферийной боковой стенке 11с оболочки 11 и, возможно, в аксиальном направлении к задней стенке 11d или передней стенке 22 оболочки 11.
В предпочтительном варианте осуществления, способ в конце содержит шаг подачи второй теплопередающей текучей среды из второй сборной камеры 16 в третью сборную камеру 18, по текучей среде сообщающуюся со второй каналом 35, обеспечивающим выход текучей среды из второй сборной камеры 16, и с отверстием 12а для выпуска второй теплопередающей текучей среды из блока 10.
Отличительные признаки теплообменного блока и способа, являющихся предметом изобретения, а также относящиеся к ним преимущества понятны из приведенного выше описания.
Возможны дополнительные варианты раскрытых выше вариантов осуществления в пределах идеи настоящего изобретения.
Наконец, должно быть понятно, что в заявленные теплообменный блок и способ могут быть внесены некоторые изменения и модификации, все не выходящие за пределы объема изобретения, кроме того, все детали могут быть заменены на технически эквивалентные элементы. На практике, используемые материалы, наряду с размерами, могут быть любыми, в соответствии с техническими требованиями.