Трубный узел для трубчатого теплообменника и трубчатый теплообменник, содержащий такой трубный узел

Изобретение относится к области теплотехники и может использоваться в трубчатых теплообменниках. Трубный узел для трубчатого теплообменника согласно настоящему изобретению для достижения цели содержит: трубу, которая формируется в плоской форме и позволяет газу сгорания, образующемуся в камере сгорания, протекать вдоль ее внутренней части и обмениваться теплом с теплоносителем, который протекает снаружи от нее; и турбулизатор, который соединяется с внутренней частью трубы и вызывает образование турбулентности в потоке газа сгорания. Технический результат - повышение эффективности теплообмена, а также предотвращение высокотемпературного окисления и выгорания турбулизатора и деформации или повреждения труб. 2 н. и 25 з.п. ф-лы, 55 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к трубному узлу для трубчатого теплообменника и к трубчатому теплообменнику, содержащему такой трубный узел, и, в частности, к трубному узлу для трубчатого теплообменника, способному повысить эффективность теплообмена и предотвратить деформацию и повреждение даже в среде с высоким водяным давлением и к трубчатому теплообменнику, включающему в себя такой трубный узел.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Как правило, нагревательное устройство включает в себя теплообменник, в котором теплообмен происходит между теплоносителем и газом сгорания, образующимся при сжигании топлива, так что нагрев осуществляется или горячая вода обеспечивается с помощью нагретого теплоносителя.

Среди теплообменников трубчатый теплообменник включает в себя множество труб, в которых течет газ сгорания, образующийся посредством поджига от горелки, и имеет конструкцию, в которой теплообмен осуществляется между газом сгорания и теплоносителем, за счет того, что теплоноситель протекает снаружи от труб.

В качестве предшествующего уровня техники таких трубчатых теплообменников, фиг. 1 и 2 иллюстрируют теплообменник, раскрытый в патентной публикации ЕР № EP 2508834, а фиг. 3 и 4 иллюстрируют теплообменник, раскрытый в патентной публикации ЕР № EP 2437022.

Что касается теплообменника, показанного на фиг. 1 и 2, то внешний кожух имеет коническую форму, направленную вниз, с основанием на верхней крышке 10 и включает в себя камеру 4 сгорания, верхнюю пластину 2, множество дымовых труб под верхней пластиной и нижнюю пластину 3, расположенную под ними. Три типа диафрагм 5, 6 и 7 устанавливаются между верхней пластиной 2 и нижней пластиной 3, и верхняя диафрагма 5 имеет коническую форму (угол: 90°<β<180°) и имеет отверстие в ее центральной части. Промежуточная диафрагма 6 представляет собой пластину, которая меньше или равна диаметру внешнего кожуха, а нижняя диафрагма 7 имеет диаметр, аналогичный диаметру внешнего кожуха, и имеет конструкцию с участком отверстия в ее центре. Отверстия с регулярным распределением добавляются к диафрагмам и имеют структуру, организованную путем набора отверстий в отдельных окружностях или в концентрических окружностях.

Тепло газа сгорания, образующегося посредством поджига от горелки, прикрепленной к верхней крышке 10, в основном обменивается в камере 4 сгорания, и явная теплота и скрытая теплота газа сгорания передаются в текучую среду внутри теплообменника через множество дымовых труб. Текучая среда внутри теплообменника протекает через впуск 11 для текучей среды, проходит через центральное отверстиев нижней диафрагме 7, обтекает снаружи диаметра промежуточной диафрагмы 6, течет через центральное отверстие в верхней диафрагме 5 и выпускается через выпуск 12 для текучей среды.

Теплообменник, показанный на фиг. 3 и 4 имеет конструкцию, которая аналогична конструкции, показанной на фиг. 1 и 2, в которой верхняя пластина 2 и нижняя пластина 3 имеют коническую форму.

Дымовые трубы, имеющие плоскую форму и содержащие выдавленные рельефы и применяемые для обычных теплообменников, показанных на фиг. 1-4, применимы к котлам низкого давления. Однако, поскольку вероятность деформации и повреждения дымовых труб высока, при их использовании в устройствах, работающих с высоким давлением, таких как водонагреватели, промышленные изделия и бойлеры большой емкости, то в них нельзя применять дымовые трубы. Чтобы решить эту проблему, необходимо увеличивать толщину применяемого материала. В результате материальные затраты значительно увеличиваются.

Кроме того, поскольку верхняя часть дымовой трубы, через которую протекает высокотемпературный газ сгорания, имеющий большой объем на единицу массы, и нижняя часть дымовой трубы, через которую протекает низкотемпературный газ сгорания после теплообмена, имеют одинаковую конструкцию дымовой трубы, то когда количество наносимых выдавленных рельефов увеличивается для повышения эффективности теплообмена, в верхней части дымовой трубы возникает большое сопротивление потоку. В том случае когда эта проблема решается за счет уменьшения количества наносимых выдавленных рельефов, то эффективность теплообмена участка скрытой теплоты, где возникает эффект конденсации, значительно снижается.

Что касается способа увеличения количества выдавленных рельефов в участке скрытой теплоты, то невозможно изготовить более чем определенное количество выдавленных рельефов из-за формы и размера выдавленных рельефов. Даже когда способ применяется, процесс его изготовления усложняется, и производственные затраты увеличиваются.

Что касается диафрагм в нем, то из-за конического наружного кожуха, три их типа имеют разные формы, так что число компонентов увеличивается. В частности, поскольку верхняя диафрагма имеет коническую форму, затраты на ее изготовление возрастают, и процесс сборки теплообменника усложняется.

Кроме того, хотя плоские трубы, применяемые к обычному теплообменнику, применяются к котлам низкого давления (с рабочим давлением от 6 кг/см² или ниже), поскольку вероятность деформации и повреждения дымовых труб в устройствах, работающих при высоком давлении, таких как водонагреватели, промышленные изделия и котлы большой емкости высока, то невозможно использовать в них дымовые трубы. Чтобы решить эту проблему, необходимо увеличить толщину применяемого материала. В результате ухудшаются теплообменные характеристики. Кроме того, в соответствии с увеличением уровня сложности производства, производительность снижается, а затраты на производство увеличиваются.

РАСКРЫТИЕ

Техническая проблема

Настоящее изобретение направлено на то, чтобы предложить трубный узел для трубчатого теплообменника, способного повысить эффективность теплообмена между теплоносителем и газом сгорания, и повысить долговечность за счет предотвращения высокотемпературного окисления и повреждения турбулизатора от огня, вызываемого теплом сгорания газа сгорания и предотвращения деформации и повреждения трубы, которые могут возникнуть в среде с высоким водяным давлением, и трубчатого теплообменника, включающего в себя трубный узел.

Техническое решение

В одном аспекте настоящего изобретения предлагается трубный узел для трубчатого теплообменника, причем трубный узел включает в себя трубу, имеющую плоскую форму, чтобы позволить газу сгорания, образующемуся в камере сгорания, протекать по ее внутренней части и обмениваться теплом между газом сгорания и теплоносителем, текущим снаружи и включает в себя турбулизатор, объединенный с внутренней частью трубы и вызывающий образование турбулентности в потоке газа сгорания.

Турбулизатор может включать в себя верхний турбулизатор, объединенный с верхней внутренней частью трубы, рядом с камерой сгорания, чтобы входить в поверхностный контакт с трубой для увеличения теплопроводности и вызывать образование турбулентности в потоке газа сгорания, и может включать в себя нижний турбулизатор, объединенный с внутренней частью трубы под верхним турбулизатором, чтобы вызывать образование турбулентности в потоке газа сгорания.

Верхний турбулизатор может включать в себя первую часть, включающую в себя первую поверхность для контакта с трубой, имеющую форму, соответствующую одной боковой части трубы, и входящую в поверхностный контакт с внутренней поверхностью одной боковой части трубы, и может включать в себя вторую часть, включающую в себя вторую поверхность для контакта с трубой, имеющую форму, соответствующую другой боковой части трубы и входящую в поверхностный контакт с внутренней поверхностью другой боковой части трубы.

Первая часть и вторая часть верхнего турбулизатора могут быть изготовлены путем сгиба одной пластины из основного материала в соответствие с центральной линией пластины из основного материала.

Верхний турбулизатор может включать в себя первый участок для удерживания от давления, сформированный путем вырезания и сгиба части первой поверхности для контакта с трубой, чтобы позволить наружной поверхности второй поверхности для контакта с трубой и ее наружному краю быть коллинеарными для удерживания другой боковой части трубы, и может включать в себя второй участок для удерживания от давления, сформированный путем вырезания и сгиба части второй поверхности для контакта с трубой, чтобы позволить наружной поверхности первой поверхности для контакта с трубой и ее наружному краю быть коллинеарными для удерживания одной боковой части трубы.

Верхний турбулизатор может включать в себя первый направляющий участок, сформированный путем вырезания и сгиба части первой поверхности для контакта с трубой так, чтобы обращаться к внутреннему пространству трубы, и второй направляющий участок, сформированный путем вырезания и сгиба части второй поверхности для контакта с трубой так, чтобы обращаться к внутреннему пространству трубы. Здесь, первый направляющий участок и второй направляющий участок могут быть попеременно сформированы так, чтобы быть пространственно разнесенными по вертикали и вызывать изменение направления потока газа сгорания.

Верхний турбулизатор может включать в себя первый участок для удерживания от давления, сформированный путем сгиба части первого вырезанного участка, вырезанного из первой поверхности для контакта с трубой и выступания этой части в направлении второй поверхности для контакта с трубой, и может включать в себя второй участок для удерживания от давления, образованный путем сгиба части второго вырезанного участка, вырезанного из второй поверхности для контакта с трубой и выступания этой части в направлении первой поверхности для контакта с трубой. Здесь, выступающий край первого участка для удерживания от давления может входить в контакт со второй поверхностью для контакта с трубой, а выступающий край второго участка для удерживания от давления может проходить через первый вырезанный участок и входить в контакт с внутренней поверхностью трубы.

Множество таких первых участков для удерживания от давления и множество таких вторых участков для удерживания от давления могут быть предусмотрены так, чтобы быть пространственно разнесенными в боковом направлении и в вертикальном направлении. Здесь, расположенный выше первый участок для удерживания от давления, расположенный на верхней стороне, и первый участок для удерживания от давления, расположенный на нижней стороне, могут быть предусмотрены в положениях, которые не перекрываются друг с другом в вертикальном направлении. Кроме того, расположенный выше второй участок для удерживания от давления и расположенный ниже второй участок для удерживания от давления могут быть предусмотрены в положениях, которые не перекрываются друг с другом в вертикальном направлении.

Первый участок для удерживания от давления и второй участок для удерживания от давления могут иметь форму пластины и могут включать в себя обе большие боковые поверхности, расположенные параллельно направлению потока газа сгорания.

Турбулизатор может включать в себя плоский участок, разделяющий внутреннее пространство трубы и расположенный в продольном направлении трубы, и может включать в себя множество первых направляющих элементов и множество вторых направляющих элементов, которые пространственно разнесены в продольном направлении и попеременно выступают от обеих боковых поверхностей плоского участка так, чтобы быть наклоннеными.

Первые направляющие элементы могут быть размещены на одной боковой поверхности плоского участка так, чтобы быть наклоненными к одной стороне. Здесь, вторые направляющие элементы могут быть размещены на другой поверхности плоского участка так, чтобы быть наклоненными к другой стороне. Кроме того, теплоноситель, протекающий в первых направляющих элементах и вторых направляющих элементах, может быть последовательно перенесен ко второму направляющему элементу и первому направляющему элементу, расположенным так, чтобы быть рядом на противоположной боковой поверхности плоского участка, и может попеременно протекать в обоих пространствах от плоского участка.

Край со стороны впуска теплоносителя первого направляющего элемента может быть соединен с одним боковым краем плоского участка с помощью первого соединительного элемента, при этом первое отверстие для сообщения, через которое текучая среда сообщается между обоими пространствами от плоского участка, может быть предусмотрено совместно между одним боковым краем плоского участка, первым соединительным элементом и первым направляющим элементом. Здесь, край со стороны впуска теплоносителя второго направляющего элемента может быть соединен с другим боковым краем плоского участка с помощью второго соединительного элемента, при этом второе отверстие для сообщения, через которое текучая среда сообщается между обоими пространствами от плоского участка, может быть предусмотрено совместно между другим боковым краем плоского участка, вторым соединительным элементом и вторым направляющим элементом.

Первый направляющий элемент и второй направляющий элемент могут быть сформированы путем вырезания и сгиба частей плоского участка в направлении обеих сторон плоского участка, и текучая среда может сообщаться между обоими пространствами от плоского участка через прорезанные части первого направляющего элемента и второго направляющего элемента.

Турбулизатор может включать в себя верхний турбулизатор, предусмотренный на стороне впуска газа сгорания, и нижний турбулизатор, предусмотренный на стороне выпуска газа сгорания. Здесь, вертикальные промежутки между множеством первых направляющих элементов и множеством вторых направляющих элементов, сформированных на нижнем турбулизаторе, могут быть меньше вертикальных промежутков между множеством первых направляющих элементов и множеством вторых направляющих элементов, сформированных на верхнем турбулизаторе.

Турбулизатор может включать в себя верхний турбулизатор, предусмотренный на стороне впуска газа сгорания, и нижний турбулизатор, предусмотренный на стороне выпуска газа сгорания. Здесь, область пути потока между нижним турбулизатором и внутренней поверхностью трубы может быть сформирована так, чтобы она была меньше, чем область пути потока между верхним турбулизатором и внутренней поверхностью трубы.

Нижний турбулизатор может иметь большую площадь контакта с теплоносителем внутри трубы, чем площадь контакта верхнего турбулизатора.

Множество выступающих участков может быть сформировано на внутренней поверхности трубы, расположенной на стороне выпуска газа сгорания.

Держатели, которые располагаются так, чтобы быть пространственно разнесенными по вертикали для входа в контакт с обеими боковыми поверхностями трубы и выступать назад и вперед, могут быть сформированы в части верхнего края и части нижнего края нижнего турбулизатора.

Удерживающие элементы, которые располагаются так, чтобы быть пространственно разнесенными по вертикали для входа в контакт с передней поверхностью и задней поверхностью трубы и выступать назад и вперед, могут быть сформированы в части верхнего края и в части нижнего края нижнего турбулизатора.

Трубный узел может дополнительно включать в себя участок для удерживания от давления, сформированный внутри трубы, чтобы удерживать обе противоположные боковые поверхности трубы от внешнего давления, приложенного к ней.

Участок для удерживания от давления может включать в себя множество пар углублений, которые выступают от обеих боковых поверхностей трубы в направлении внутреннего пространства трубы и обращены друг к другу, будучи пространственно разнесенными по вертикали.

Углубления могут быть сформированы путем прикладывания давления на наружную поверхность трубы по направлению к внутренней части трубы после того, как турбулизатор вставляется в трубу.

Турбулизатор может включать в себя множество отверстий, позволяющих паре углублений проходить через них и входить в контакт друг с другом.

Участок для удерживания от давления может включать в себя держатели, которые выступают наружу от обеих боковых поверхностей турбулизатора и входят в контакт с внутренними поверхностями трубы, обращенными друг к другу.

Держатели могут быть сформированы путем вырезания и сгиба частей поверхности турбулизатора в обе стороны.

Трубный узел может дополнительно включать в себя средство для удерживания, объединенный с турбулизатором, чтобы удерживать трубу от приложенного к ней внешнего давления.

Прорезь, имеющая форму, в которой верхний край является запертым, а нижний край является открытым, может быть сформирована в центральной части средства для удерживания. Здесь, турбулизатор и держатель могут быть собраны путем введения турбулизатора в основном направлении внутрь прорези, сформированной в средстве для удерживания.

Прорезь, имеющая форму, в которой верхний край и нижний край являются запертыми, может быть сформирована в поверхности средства для удерживания. Здесь, турбулизатор и средство для удерживания могут быть собраны путем введения турбулизатора во вспомогательном направлении внутрь прорези, сформированной в средстве для удерживания.

Множество прорезей, пространственно разнесенных по вертикали, могут быть сформированы в поверхности турбулизатора. Здесь, турбулизатор и средство для удерживания могут быть собраны путем введения части средства для удерживания во внутреннюю часть прорези, сформированной в турбулизаторе, в вертикальном направлении.

Прорезь может включать в себя первый вырезанный участок, имеющий ширину, которая формируется так, чтобы входить в контакт с обеими боковыми поверхностями турбулизатора, и второй вырезанный участок, имеющий ширину, большую, чем ширина первого вырезанного участка, оба из них формируются поочередно, будучи при этом соединенными по вертикали.

Множество пар первых удерживающих элементов и множество пар вторых элементов, сформированных так, чтобы выступать для удерживания обеих боковых поверхностей средства для удерживания, могут быть предусмотрены на обеих боковых поверхностях турбулизатора.

Множество выступающих участков, выступающих для вхождения в контакт с внутренней поверхностью трубы, могут быть предусмотрены, будучи при этом пространственно разнесенными по вертикали, на внешнем краю средства для удерживания.

Удерживающий элемент и удерживающий выступ, который выступает для удерживания обеих боковых поверхностей средства для удерживания, могут быть сформированы в части верхнего края и в части нижнего края турбулизатора.

Прорезь может включать в себя первый вырезанный участок, имеющий ширину, которая формируется так, чтобы входить в контакт с обеими боковыми поверхностями турбулизатора, и второй вырезанный участок, имеющий ширину, большую, чем ширина первого вырезанного участка, оба из них формируются поочередно, будучи при этом соединенными по вертикали.

Турбулизатор может включать в себя участки для фиксации, каждый из которых формируется между расположенными рядом прорезями, а средство для удерживания может включать в себя множество удерживающих канавок, удерживаемых участками для фиксации.

Множество выступающих участков, выступающих для вхождения в контакт с внутренней поверхностью трубы, могут быть предусмотрены, будучи при этом пространственно разнесенными по вертикали, на внешнем крае средства для удерживания.

В другом аспекте настоящего изобретения предлагается трубчатый теплообменник, включающий в себя внешний кожух, в который теплоноситель втекает или вытекает из него, камеру сгорания, которая объединяется с внутренней частью внешнего кожуха так, чтобы формировать путь потока теплоносителя между внешним кожухом и камерой сгорания, в которой осуществляется поджиг от горелки, и вышеописанный трубный узел для трубчатого теплообменника.

Множество таких труб могут быть установлены вертикально так, чтобы позволить газу сгорания, образующемуся в камере сгорания, течь вниз, могут быть пространственно разнесены в направлении по окружности и могут быть размещены радиально.

Множество таких труб может быть дополнительно размещено в центральной части среди множества радиально размещенных труб.

Многокаскадная диафрагма для направления потока теплоносителя, чтобы попеременно изменять направление потока теплоносителя внутрь или наружу в радиальном направлении, может быть предусмотрена так, чтобы быть пространственно разнесенной по вертикали во внешнем кожухе.

Множество труб могут быть вставлены в многокаскадные диафрагмы и удерживаться ими.

Многокаскадная диафрагма может включать в себя верхнюю диафрагму, промежуточную диафрагму и нижнюю диафрагму, которые имеют форму пластин. Здесь, верхняя диафрагма и нижняя диафрагма могут включать в себя отверстие для потока теплоносителя в ее центральной части и краевую часть, которая формируется для вхождения в контакт с внутренней поверхностью внешнего кожуха. Кроме того, промежуточная диафрагма может иметь форму, в которой центральная часть запирается, а краевая часть отстоит от внутренней поверхности внешнего кожуха так, чтобы позволить теплоносителю протекать между ними.

Верхняя трубная решетка, в которую вставляются части верхних краев множества труб, может быть объединена с нижним краем камеры сгорания, а нижняя трубная решетка, в которую вставляются части нижних краев множества труб, может быть объединена с нижним краем внешнего кожуха.

Внешний кожух может иметь цилиндрическую форму.

Полезные эффекты

Согласно настоящему изобретению труба включает в себя турбулизатор, так что может поддерживаться турбулентность в потоке газа сгорания, и эффективность теплообмена может быть увеличена.

Кроме того, верхний турбулизатор предусматривается сверху и прижат к трубе, расположенной рядом с камерой сгорания, для увеличения теплопроводности, так что можно предотвратить высокотемпературное окисление и повреждение от огня, вызванное теплотой сгорания. Нижний турбулизатор предусматривается под верхним турбулизатором и вызывает образование турбулентности в потоке газа сгорания так, чтобы повысить эффективность теплообмена между газом сгорания и теплоносителем.

Кроме того, верхний турбулизатор включает в себя участок для удерживания от давления, и нижний турбулизатор включает в себя первый участок для удерживания, второй участок для удерживания, первый удерживающий элемент и второй удерживающий элемент, чтобы предотвратить деформацию и повреждение трубы даже в среде с высоким водяным давлением, так что настоящее изобретение может быть широко применено к водонагревателю (с рабочим давлением от 10 кг/см² или выше), промышленным изделиям (большой емкости) и подобным изделиям, помимо котлов.

Кроме того, верхний турбулизатор может включать в себя первую часть и вторую часть, которые симметричны друг другу. Здесь, первая часть и вторая часть верхнего турбулизатора могут быть сформированы путем сгиба одной пластины из основного материала в соответствие с ее центральной линией так, чтобы упростить процесс изготовления верхней пластины.

Кроме того, область пути потока газа сгорания между трубой и турбулизатором, предусмотренная в обменнике скрытой теплоты, меньше, чем область пути потока газа сгорания между трубой и турбулизатором, предусмотренная в обменнике явной теплоты, так что сопротивление потоку газу сгорания может быть уменьшено в обменнике явной теплоты, в котором течет газ сгорания, и эффективность рекуперации скрытой теплоты может быть увеличена в обменнике скрытой теплоты, чтобы повысить эффективность теплообмена.

Кроме того, обменник явной теплоты и обменник скрытой теплоты формируются в виде цельной конструкции так, что конструкция теплообменника может быть упрощена, а часть сварки между компонентами может быть уменьшена. Миниатюрный высокоэффективный теплообменник может быть реализован путем формирования плоской трубы.

Кроме того, поскольку турбулизатор и средство для удерживания устанавливаются в основном направлении, во второстепенном направлении, или в вертикальном направлении, а затем вставляются в трубу и собираются в ней, сборная конструкция трубного узла может быть упрощена.

Кроме того, не однородно сформированный выступающий участок формируется на наружной поверхности средства для удерживания так, чтобы уменьшить площадь контакта между держателем и трубой, так что возникновение щелевой коррозии, вызванной застоем теплоносителя в случае, когда область контакта между средством для удерживания и трубой является большой, может быть предотвращено, что увеличивает срок службы трубного узла.

Кроме того, направление потока теплоносителя преобразуется путем размещения многокаскадных диафрагм на пути потока теплоносителя так, что путь потока теплоносителя удлиняется для повышения эффективности теплообмена и увеличения скорости потока теплоносителя. Соответственно, можно предотвратить локальный перегрев, который может возникнуть, когда теплоноситель застаивается, чтобы предотвратить возникновение шума кипения и ухудшение теплового КПД, вызванного затвердеванием и осаждением посторонних веществ, включенных в теплоноситель, из-за застаивания теплоносителя.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 - изометрический вид с поперечным сечением, иллюстрирующий один пример обычного трубчатого теплообменника,

Фиг. 2 - вид, согласно фиг. 1, с поперечным сечением,

Фиг. 3 - изометрический вид с поперечным сечением, иллюстрирующий другой пример обычного трубчатого теплообменника,

Фиг. 4 - вид, согласно фиг. 3, с поперечным сечением,

Фиг. 5 - внешний изометрический вид трубчатого теплообменника в соответствии с настоящим изобретением,

Фиг. 6 и 7 - изометрические изображения трубчатого теплообменника в соответствии с настоящим изобретением, с пространственным разделением деталей,

Фиг. 8 - вид, согласно фиг. 5, сверху,

Фиг. 9 - изометрический вид с поперечным сечением по линии А-А, изображенной на фиг. 8,

Фиг. 10 - вид с поперечным сечением по линии А-А, изображенной на фиг. 8,

Фиг. 11 - прозрачный, изометрический вид трубного узла для трубчатого теплообменника в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения,

Фиг. 12 - вид, согласно фиг. 11, сверху,

Фиг. 13 - изометрический вид с пространственным разделением деталей, иллюстрирующий процесс сборки трубного узла для трубчатого теплообменника в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения,

Фиг. 14 - вид спереди, иллюстрирующий верхний турбулизатор и нижний турбулизатор в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения,

Фиг. 15А и 15В - вид с поперечным сечением и изометрический вид с поперечным сечением по линии В-В, изображенной на фиг. 14, соответственно,

Фиг. 16А и 16В - виды сбоку, иллюстрирующие технологический процесс изготовления формы верхнего турбулизатора в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения,

Фиг. 17 - вид спереди, иллюстрирующий технологический процесс изготовления формы верхнего турбулизатора в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения,

Фиг. 18 - изометрический вид верхнего турбулизатора трубного узла для трубчатого теплообменника в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения,

Фиг. 19 - вид, согласно фиг. 18, сверху,

Фиг. 20А и 20В - вид с поперечным сечением и изометрический вид с поперечным сечением по линии D-D, изображенной на фиг. 19, соответственно,

Фиг. 21 - вид, согласно фиг. 18, слева,

Фиг. 22 - внешний изометрический вид трубного узла для трубчатого теплообменника в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения,

Фиг. 23 - прозрачный, изометрический вид трубного узла для трубчатого теплообменника в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения,

Фиг. 24 - изометрический вид с пространственным разделением деталей, иллюстрирующий процесс сборки и обработки трубного узла для трубчатого теплообменника в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения,

Фиг. 25 - вид спереди, иллюстрирующий турбулизатор в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения,

Фиг. 26А - вид спереди трубного узла для трубчатого теплообменника в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения, а фиг. 26B - вид с поперечным сечением по линии E-E,

Фиг. 27 - прозрачный, изометрический вид трубного узла для трубчатого теплообменника в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения,

Фиг. 28 - изометрический вид с пространственным разделением деталей, иллюстрирующий процесс сборки трубного узла для трубчатого теплообменника в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения,

Фиг. 29 - вид спереди, иллюстрирующий турбулизатор в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения,

Фиг. 30 - вид, согласно фиг. 27, сверху,

Фиг. 31 - изометрический вид с пространственным разделением деталей, иллюстрирующий процесс сборки трубного узла для трубчатого теплообменника в соответствии с пятым вариантом осуществления настоящего изобретения,

Фиг. 32А - вид спереди турбулизатора, показанного на фиг. 31, а фиг. 32B - изометрический вид, иллюстрирующий поток газа сгорания,

Фиг. 33 - вид с поперечным сечением, иллюстрирующий трубчатую форму со стороны выпуска газа сгорания трубного узла для трубчатого теплообменника в соответствии с пятым вариантом осуществления настоящего изобретения,

Фиг. 34А, фиг. 34B, фиг. 34C и фиг. 34D - виды с поперечным сечением, иллюстрирующие разноообразие примеров конструкции удерживания трубы,

Фиг. 35 - прозрачный, изометрический вид трубного узла для трубчатого теплообменника в соответствии с шестым вариантом осуществления настоящего изобретения,

Фиг. 36 - вид, согласно фиг. 35, сверху,

Фиг. 37 - изометрический вид с пространственным разделением деталей, иллюстрирующий процесс сборки трубного узла для трубчатого теплообменника в соответствии с шестым вариантом осуществления настоящего изобретения,

Фиг. 38А - вид турбулизатора спереди в соответствии с шестым вариантом осуществления настоящего изобретения, а фиг. 38B - вид держателя сбоку,

Фиг. 39 - прозрачный, изометрический вид трубного узла для трубчатого теплообменника в соответствии с седьмым вариантом осуществления настоящего изобретения,

Фиг. 40 - изометрический вид с пространственным разделением деталей, иллюстрирующий процесс сборки трубного узла для трубчатого теплообменника в соответствии с седьмым вариантом осуществления настоящего изобретения,

Фиг. 41А - вид турбулизатора спереди в соответствии с седьмым вариантом осуществления настоящего изобретения, а фиг. 41B - вид держателя сбоку,

Фиг. 42 - прозрачный, изометрический вид трубного узла для трубчатого теплообменника в соответствии с восьмым вариантом осуществления настоящего изобретения,

Фиг. 43 - изометрический вид с пространственным разделением деталей, иллюстрирующий процесс сборки трубного узла для трубчатого теплообменника в соответствии с восьмым вариантом осуществления настоящего изобретения, и

Фиг. 44А - вид турбулизатора спереди в соответствии с восьмым вариантом осуществления настоящего изобретения, а фиг. 44B - вид держателя сбоку.

Описание позиционных обозначений

1000: трубчатый теплообменник;

1000a: участок обмена явной теплоты;

1000b: участок обмена скрытой теплоты;

1100: внешний кожух;

1110: впуск теплоносителя;

1120: выпуск теплоносителя;

1200: камера сгорания;

1300: верхняя трубная решетка;

1600: верхняя диафрагма;

1700: промежуточная диафрагма;

1800: нижняя диафрагма;

1900: нижняя трубная решетка;

100: трубный узел;

110: труба;

120: турбулизатор;

120-1: верхний турбулизатор;

130-1: нижний турбулизатор;

122-1, 125-1: участки для удерживания от давления;

123-1: направляющий участок;

от 130-1-1 до 130-1-4: средства для удерживания.

ПРИНЦИПЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее по тексту компоненты и принцип работы согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения будут подробно описаны, как представлено ниже, со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Как показано на фиг. 5-10, трубчатый теплообменник 1000 согласно настоящему изобретению включает в себя внешний кожух 1100, в который теплоноситель втекает и вытекает из него, камеру сгорания 1200, объединенную с внутренней частью внешнего кожуха 1100 так, чтобы сформировать путь потока теплоносителя, между ними и в которой осуществляется поджиг от горелки, и трубный узел 100, который включает в себя множество труб, имеющих плоскую форму, чтобы позволить газу сгорания, образующемуся в камере 1200 сгорания, протекать в них для обмена теплом с теплоносителем и включает в себя турбулизаторы, объединенные с внутренними частями труб, вызывающие появление турбулентности в потоке газа сгорания и удерживающие трубы. Компоненты и функционирование различных примеров от 100-1 до 100-8 трубного узла 100, включающего в себя трубы и турбулизаторы, будут описаны ниже.

Кроме того, верхняя трубная решетка 1300, в которую вставляются верхние края множества труб, объединяется с нижним краем камеры 1200 сгорания. Множество многокаскадных диафрагм 1600, 1700 и 1800 для направления потока теплоносителя, чтобы попеременно переключать направление потока теплоносителя, вонутрь или наружу в радиальном направлении, предусматриваются на наружных поверхностях труб 1400 так, чтобы они были пространственно разнесены по вертикали. Нижняя трубная решетка 1900, в которую вставляются нижние края множества труб, объединяется с нижним краем внешнего кожуха 1100.

Множество труб устанавливаются в вертикальном направлении, так что газ сгорания, образующийся в камере 1200 сгорания, протекает вниз, и устанавливаются, будучи при этом пространственно разнесенными в направлении по окружности и размещаются в радиальном направлении. Множество труб может быть дополнительно размещено в центральной части среди множества радиально размещенных труб.

Внешний кожух 1100 имеет цилиндрическую форму, имеющую открытые верхнюю и нижнюю части. Впуск 1110 теплоносителя присоединяется к одной стороне нижней части, а выпуск 1120 теплоносителя присоединяется к одной стороне верхней части. Внешний кожух 1100 выполняется так, чтобы иметь цилиндрическую форму для увеличения КПД внутреннего давления.

Камера 1200 сгорания включает в себя цилиндрическую основную часть 1210 камеры сгорания, имеющую открытые верхнюю и нижнюю части и участок 1220 для фланца, сформированный на верхнем краю основной части 1210 камеры сгорания, и устанавливается на верхнем краю внешнего кожуха 1100. Основная часть 1210 камеры сгорания располагается так, чтобы пространственно отстоять внутрь от внутренней поверхности внешнего кожуха 1100, так чтобы между основной частью 1210 камеры сгорания и внешним кожухом 1100 обеспечивалось имеющее обтекаемую структуру пространство S4, через которое протекает теплоноситель.

Как показано на фиг. 7, верхняя трубная решетка 1300 запечатывает нижнюю часть камеры 1200 сгорания и включает в себя множество отверстий 1310 и 1320 для вставки труб, в которые вставляются верхняя и нижняя части труб 1400 и с которыми они объединяются.

Многокаскадные диафрагмы 1600, 1700 и 1800 объединяются с внешними поверхностями труб, будучи при этом пространственно разнесенными друг от друга по вертикали так, чтобы переключать поток теплоносителя и удерживать трубы.

Многокаскадные диафрагмы 1600, 1700 и 1800 могут включать в себя верхнюю диафрагму 1600, промежуточную диафрагму 1700 и нижнюю диафрагму 1800, которые имеют форму пластины.

Отверстия 1610 для вставки труб формируются радиально в верхней диафрагме 1600. Отверстие 1620, через которое проходят трубы 1400 и протекает теплоноситель, формируется в центральной части верхней диафрагмы 1600. Краевая часть верхней диафрагмы 1600 входит в контакт с внутренней поверхностью внешнего кожуха 1100.

В промежуточной диафрагме 1700 формируется множество отверстий 1710 и 1720 для вставки труб. Область, где отверстия 1710 и 1720 для вставки труб не формируются, имеет закрытую форму. Краевая часть промежуточной диафрагмы 1700 пространственно отнесена от внутренней поверхности внешнего кожуха 1100 так, что между ними предусматривается путь для потока теплоносителя.

Нижняя диафрагма 1800 имеет такую же конструкцию, что и верхняя диафрагма 1600. В ней в радиальном направлении формируются отверстия 1810 для вставки труб. Отвертсие 1820, через которое проходят трубы и протекает теплоноситель, формируется в центральной части нижней диафрагмы 1800. Краевая часть нижней диафрагмы 1800 входит в контакт с внутренней поверхностью внешнего кожуха 1100.

Нижняя трубная решетка 1700 запечатывает нижнюю часть внешнего кожуха 1100 и включает в себя множество отверстий 1910 и 1920 для вставки труб, в которые вставляются нижние края труб.

Как показано на фиг. 9 и 10, трубчатый теплообменник 1000 согласно настоящему изобретению включает в себя обменник 1000a явной теплоты, в котором теплообмен происходит между явной теплотой сгорания, образующейся в камере 1200 сгорания, и теплоносителем, и обменник 1000b скрытой теплоты, в котором теплообмен происходит между скрытой теплотой газа сгорания, который прошел через обменник 1000a явной теплоты, и теплоносителем. Обменник 1000a явной теплоты и обменник 1000b скрытой теплоты выполняются как единое целое.

Газ сгорания, образующийся в камере 1200 сгорания, протекает вниз по внутреннему пространству труб.

Как показывает стрелка на фиг. 10, теплоноситель, протекающий в первое пространство S1 во внешнем кожухе 1100 через впуск 1110 для теплоносителя, проходит между множеством труб, проходит через отверстие 1820, сформированное в нижней диафрагме 1800, и течет к центральной части второго пространства S2, предусмотренного выше него. Теплоноситель, который проследовал в направлении наружу из второго пространства S2, проходит через пространство G между промежуточной диафрагмой 1700 и внешним кожухом 1100 и протекает в пространство S3, предусмотренное выше него. Теплоплоноситель, который проследовал в направлении внутрь из третьего пространства S3, проходит через отверстие 1620, сформированное в центре верхней диафрагмы 1600, проходит четвертое пространство S4, предусмотренное между основной частью 1210 камеры сгорания и внешним кожухом 1100, и затем выпускается через выпуск 1120 для теплоносителя.

Поскольку направление потока теплоносителя поочередно переключается внутрь или наружу в радиальном направлении, путь потока теплоносителя увеличивается так, что эффективность теплообмена увеличивается, и скорость потока теплоносителя увеличивается, чтобы предотвратить явление кипения, вызванное локальным перегревом, которое может возникнуть, когда теплоноситель застаивается.

Далее по тексту будут описаны варианты осуществления трубного узла 100 для трубчатого теплообменника согласно настоящему изобретению.

Первый вариант осуществления

Как показано на фиг. 11-17, трубный узел 100-1 для трубчатого теплообменника согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения включает в себя трубу 110-1, имеющую плоскую форму для обмена теплом между газом сгорания, образующимся в камере сгорания и протекающим через ее внутреннюю часть и теплоносителем, протекающим снаружи от нее, верхний турбулизатор 120-1, объединенный с верхней внутренней частью трубы 110-1, смежной с камерой сгорания для вхождения в поверхностный контакт с трубой 110-1, чтобы увеличить теплопроводность и вызвать образование турбулентности в потоке газа сгорания, и нижний турбулизатор 130-1, объединенный с внутренней частью трубы 110-1 ниже верхнего турбулизатора 120-1, и вызывающий образование турбулентности в потоке газа сгорания.

Верхний турбулизатор 120-1 включает в себя поверхности 121-1 (121a-1 и 121b-1) для контакта, входящие в плотный контакт с внутренней поверхностью трубы 110-1, участки 122-1 (122a-1 и 122b-1) для удерживания от давления, сформированные путем сгибания частей, вырезанных из поверхностей 121-1 (121a-1 и 121b-1) для контакта с трубой, и направляющие участки 123-1 (123a-1 и 123b-1).

Поверхности 121-1 для контакта с трубой имеют конструкцию, в которой первая поверхность 121а-1 для контакта с трубой, которая входит в поверхностный контакт с внутренней поверхностью одной боковой части трубы 110-1, симметрична второй поверхности 121b-1 для контакта с трубой, которая входит в поверхностный контакт с внутренней поверхностью другой боковой части трубы 110-1.

Участки 122-1 для удерживания от давления включают в себя первый участок 122a-1 для удерживания от давления, который формируется путем вырезания и сгиба части первой поверхности 121a-1 для контакта с трубой так, что наружная поверхность второй поверхности 121b-1 для контакта с трубой и наружный край данной части коллинеарны, чтобы удерживать другую часть трубы 110-1, и включает в себя второй участок 122b-1 для удерживания от давления, который формируется путем вырезания и сгиба части второй поверхности 121b-1 для контакта с трубой так, что внешняя поверхность первой поверхности 121a-1 для контакта с трубой и данной части коллинеарны, чтобы удерживать одну часть трубы 110-1, обе из которых являются компонентами для предотвращения деформации и повреждения трубы 110-1 под действием водяного давления теплоносителя.

Направляющие участки 123-1 включают в себя первый направляющий участок 123a-1, сформированный путем вырезания и сгиба части первой поверхности 121a-1 для контакта с трубой так, чтобы он обращался к внутреннему пространству трубы 100-1, и включает в себя второй направляющий участок 123b-1, сформированный вырезанием и сгибом части второй поверхности 121b-1 для контакта с трубой так, чтобы он обращался к внутреннему пространству трубы 100-1, оба из которых являются компонентами для повышения эффективности теплообмена путем изменения направления потока газа сгорания, проходящего через верхний турбулизатор 120-1.

Первый направляющий участок 123a-1 и второй направляющий участок 123b-1 формируются поочередно, при этом они пространственно разнесены по вертикали. Соответственно, газ сгорания протекает влево или вправо от основной линии вертикального направления, как показано стрелкой на фиг. 15А.

Как показано на фиг. 16 и 17, верхний турбулизатор 120-1 изготавливается путем сгибания одной пластины из основного материала в соответствие с ее центральной линией C в первую часть 120a-1, расположенную на одной стороне, и вторую часть 120b-1, расположенную на другой стороне.

Сначала первая поверхность 121а-1 для контакта с трубой, первый участок 122а-1 для удерживания от давления и первый направляющий участок 123а-1 изготавливаются на первой части 120а-1 пластины из основного материала, а вторая поверхность 121b-1 для контакта с трубой, второй участок 122b-1 для удерживания от давления и второй направляющий участок 123b-1 изготавливаются на второй части 120b-1 пластины из основного материала. Кроме того, верхний турбулизатор 120-1 изготавливается путем сгибания первой части 120a-1 и второй части 120b-1 в соответствие с центральной линией C в направлении стрелки, показанной на фиг. 16В. В соответствии с такими компонентами первая часть 120a-1 и вторая часть 120b-1, сформированные так, чтобы быть симметричными друг другу, сгибаются в соответствие с центральной линией C, чтобы упростить технологический процесс для реализации верхнего турбулизатора 120-1.

В соответствии с компонентами верхнего турбулизатора 120-1 поверхности 121-1 для контакта с трубой верхнего турбулизатора 120-1 плотно прижимаются к внутренней поверхности трубы 110-1 так, чтобы увеличить теплопроводность между верхним турбулизатором 120-1 и трубой 110-1. Соответственно, даже когда газ сгорания входит в непосредственный контакт с верхним турбулизатором 120-1, поскольку теплота сгорания газа сгорания, передаваемого в верхний турбулизатор 120-1, легко передается к трубам посредством теплопроводности, можно предотвратить перегрев верхнего турбулизатора 120-1, тем самым эффективно предотвращая окисление верхнего турбулизатора 120-1 при высокой температуре и его повреждение огнем.

Ниже по тексту будут описаны компоненты и работа нижнего турбулизатора 130-1.

Нижний турбулизатор 130-1 может включать в себя плоский участок 131-1, расположенный в продольном направлении трубы 110-1, разделяя при этом внутреннее пространство трубы 110-1 на обе стороны, и может включать в себя первый направляющий элемент 132-1 и второй направляющий элемент 133-1, поочередно выступающие с обеих сторон плоского участка 131-1 так, чтобы быть наклоненными, будучи при этом пространственно разнесенными в продольном направлении.

Первый направляющий элемент 132-1 располагается на одной боковой поверхности плоского участка 131-1 так, чтобы быть наклоненным к одной стороне, а второй направляющий элемент 133-1 располагается на другой боковой поверхности плоского участка 131-1 так, чтобы быть наклоненным к другой стороне. Соответственно, теплоноситель, который перетек в первый направляющий элемент 132-1 и второй направляющий элемент 133-1, последовательно переносится ко второму направляющему элементу 133-1 и первому направляющему элементу 132-1, расположенным рядом на противоположной стороне плоского участка 131-1 и попеременно протекает через оба пространства от плоского участка 131-1.

Край со стороны впуска теплоносителя первого направляющего элемента 132-1 соединяется с одним боковым краем плоского участка 131-1 с помощью первого соединительного элемента 132a-1, в то время как первое отверстие 132b для сообщения, через которое текучая среда сообщается между обоими пространствами от плоского участка 131-1, совместно предусматривается между одним боковым краем плоского участка 131-1, первым соединительным элементом 132a-1 и первым направляющим элементом 132-1.

Край со стороны впуска теплоносителя второго направляющего элемента 133-1 соединяется с другим боковым краем плоского участка 131-1 с помощью второго соединительного элемента 133a-1, при этом одновременно второе отверстие 133b-1 для сообщения, через которое текучая среда сообщается между обоими пространствами от плоского участка 131-1, предусмотривается между другим боковым краем плоского участка 133, вторым соединительным элементом 133а и вторым направляющим элементом 133.

Первый направляющий элемент 132-1 и второй направляющий элемент 133-1 могут быть сформированы путем вырезания и сгиба частей плоского участка 131-1 к обеим сторонам плоского участка 131-1 так, чтобы обеспечивать сообщение текучей среды между обоими пространствами от плоского участка 131-1 через вырезанные участки плоского участка 131-1.

Кроме того, первый участок 134-1 для удерживания и второй участок 135-1 для удерживания, которые располагаются так, чтобы быть пространственно отделенными по вертикали и выступать назад и вперед так, чтобы входить в контакт с обеими сторонами трубы 110-1, формируются в части верхнего края и в части нижнего края нижнего турбулизатора 130-1 соответственно.

Кроме того, первые удерживающие элементы 136-1 (136a-1 и 136b-1) и вторые удерживающие элементы 137-1 (137a-1 и 137b-1), которые располагаются так, чтобы быть пространственно разнесенными по вертикали и выступают назад и вперед так, чтобы входить в контакт с передней поверхностью и задней поверхностью трубы 110-1, формируются в части верхнего края и в части нижнего края нижнего турбулизатора 130-1.

Поскольку нижний турбулизатор 130-1 включает в себя первый участок 134-1 для удерживания, второй участок 135-1 для удерживания, первые удерживающие элементы 136-1 и вторые удерживающие элементы 137-1, можно предотвратить деформацию или повреждение трубы даже в среде с высоким водяным давлением, так что трубу можно широко применять для водонагревателей с рабочим давлением от 10 кг/см² или выше, для промышленных (большой емкости) изделий и тому подобных, помимо котлов.

Второй вариант осуществления

Как показано на фиг. 18-21, трубный узел 100-2 для трубчатого теплообменника согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения формируется путем изменения компонентов верхнего турбулизатора трубного узла 100-1 для трубчатого теплообменника согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, в котором труба 110-1 и нижний турбулизатор 130-1 могут иметь такую же конструкцию.

В данном варианте осуществления верхний турбулизатор 120-1-1 включает в себя поверхности 124-1 (124a-1 и 124b-1) для контакта с трубой, входящие в плотный контакт с внутренней поверхностью трубы 100-1 и участки 125-1 (125a-1 и 125b-1) для удерживания от давления, сформированные путем сгиба из вырезанных участков 126-1 (126a-1 и 126b-1) поверхностей 124-1 (124a-1 и 124b-1) для контакта с трубой.

Поверхности 124-1 для контакта с трубой имеют конструкцию, в которой первая поверхность 124a-1 для контакта с трубой, которая входит в поверхностный контакт с внутренней поверхностью одной боковой части трубы 110-1, симметрична второй поверхности 124b-1 для контакта с трубой, которая входит в поверхностный контакт с внутренней поверхностью другой боковой части трубы 110-1.

Участки 125-1 для удерживания от давления являются компонентами для предотвращения деформации и повреждения трубы 110-1 под действием водяного давления теплоносителя и включают в себя первый участок 125а-1 для удерживания от давления, сформированный путем сгиба части первого вырезанного участка 126а-1 из первой поверхности 124a-1 для контакта с трубой так, чтобы выступать в направлении ко второй поверхности 124b-1 контакта с трубой, и включает в себя второй участок 125b-1 для удерживания от давления, сформированный путем сгиба части второго вырезанного участка 126b-1 из второй поверхности 124b-1 для контакта с трубой так, чтобы выступать в направлении к первой поверхности 124a-1 для контакта с трубой.

Площадь выреза первого вырезанного участка 126а-1 образуется так, чтобы она была больше, чем площадь выреза второго вырезанного участка 126b-1. Выступающий край первого участка 125a-1 для удерживания от давления входит в контакт со второй поверхностью 124b-1 для контакта с трубой. Когда участок 125-1 для удерживания от давления вставляется в трубу 110-1, выступающий край второго участка 125b-1 для удерживания от давления проходит через первый вырезанный участок 126a-1 и входит в контакт с внутренней поверхностью трубы 110-1.

В соответствии с данными компонентами, первый участок 125a-1 для удерживания от давления удерживает первую поверхность 124a-1 для контакта с трубой и вторую поверхность 124b-1 для контакта с трубой так, чтобы твердо сохранять их форму при воздействии водяного давления, и второй участок 125b-1 для удерживания от давления более твердо удерживает трубу 110-1, удерживаемую с помощью первой поверхности 124a-1 для контакта с трубой и второй поверхности 124b-1 для контакта с трубой.

Кроме того, как показано на фиг. 21, предусматривается множество таких первых участков 125a-1 для удерживания от давления и таких вторых участков 125b-1 для удерживания от давления при их пространственном разнесении назад и вперед и в вертикальном направлении. Первый участок 125a'-1 для удерживания от давления, расположенный выше, и первый участок 125aʺ-1 для удерживания от давления, расположенный ниже, предусматриваются в положениях, не перекрывающихся друг с другом в вертикальном направлении. Второй участок 125b'-1 для удерживания от давления, расположенный выше, и второй участок 125b''-1 для удерживания от давления, расположенный ниже, также предусматриваются в положениях, не перекрывающихся друг с другом. В соответствии с данными компонентами, поскольку водяное давление, приложенное к трубе 110-1, равномерно рассредотачивается первыми участками 125a-1 для удерживания от давления и вторыми участками 125b-1 для удерживания от давления, предусмотренными по всей площади верхнего турбулизатора 120-1-1, имея при этом зигзагообразную форму вперед-назад и в вертикальном направлении, можно эффективно предотвращать деформацию и повреждение трубы 110-1.

Кроме того, поскольку первый участок 125a-1 для удерживания от давления и второй участок 125b-1 для удерживания от давления имеют конструкцию, в которой обе большие боковые поверхности, имеющие форму пластин, размещаются так, чтобы быть параллельными направлению потока газа сгорания, можно минимизировать сопротивление потоку во время процесса, в котором газ сгорания проходит через первый участок 125a-1 для удерживания от давления и второй участок 125b-1 для удерживания от давления, когда газ сгорания протекает в соответствии со стрелкой, показанной на фиг. 20А.

Трубный узел 100-2 согласно варианту осуществления, подобно описанному выше первому варианту осуществления, может быть изготовлен путем сгиба одной пластины из основного материала в соответствие с ее центральной линией C в первую часть 120a-1, расположенную на одной стороне, и вторую часть 120b-1, расположенную на другой стороне.

Третий вариант осуществления

Как показано на фиг. 22-26, трубный узел 100-3 для трубчатого теплообменника согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения включает в себя трубу 110-2, имеющую плоскую форму для обмена теплом между газом сгорания, протекающим по ее внутренней части, и теплоносителем, протекающим снаружи от нее, турбулизатор 120-1-2, объединенный с внутренней частью трубы 110-2 так, чтобы вызывать образование турбулентности в потоке газа сгорания, и участок для удерживания от давления, сформированный внутри трубы 110-2 для удерживания обеих противоположных сторон трубы 110-2 от внешнего давления, приложенного к ней.

Участок для удерживания от давления включает в себя пару углублений 111-2 (111a-2 и 111b-2), которые выступают из обеих боковых поверхностей трубы 110-2 во внутреннее пространство трубы 110-2 и обращены друг к другу, будучи при этом пространственно разнесенными по вертикали. Формируется множество таких пар углублений 111-2.

Как показано на фиг. 24 и 26, углубления 111-2 (111a-2 и 111b-2) формируются в процессе прессования наружной поверхности трубы 110-2 по направлению к внутренней части трубы 110-2 в соответствии со стрелкой, показанной на фиг. 24 после того, как турбулизатор 120-1-2 вставляется в трубу 110-2. Кроме того, в турбулизаторе 120-1-2 формируется множество отверстий 128-2, которые позволяют паре углублений 111-2 (111a-2 и 111b-2) проходить через них и входит в контакт друг с другом, когда увеличивается внешнее давление.

Поскольку участок для удерживания от давления реализуется посредством формирования углублений 111-2 (111a-2 и 111b-2) на наружной поверхности трубы 110-2, в которую вставляется турбулизатор 120-1-2, то можно реализовать участок для удерживания от давления без дополнительного компонента, а затраты на изготовление трубного узла, имеющего отличные характеристики сопротивления давлению, могут быть снижены.

Как показано на фиг. 25, нижний турбулизатор 120-1-2 может включать в себя плоскую часть 121-2, расположенную в продольном направлении трубы 110-2, разделяя при этом внутреннее пространство трубы 110-2 на обе стороны, и может включать в себя первые направляющие элементы 122-2 и вторые направляющие элементы 123-2, поочередно выступающие от обеих сторон плоского участка 121-2 так, чтобы быть наклоненными, будучи при этом пространственно разнесенными в продольном направлении.

Первые направляющие элементы 122-2 размещаются на одной боковой поверхности плоского участка 121-2 так, чтобы быть наклоненными к одной стороне, а вторые направляющие элементы 123-2 размещаются на другой боковой поверхности плоского участка 121-2 так, чтобы быть наклоненными к другой стороне. Соответственно, теплоноситель, который протекал в первые направляющие элементы 122-2 и вторые направляющие элементы 123-2, последовательно переносится ко вторым направляющим элементам 123-2 и первым направляющим элементам 121-2, размещенным рядом на противоположной стороне плоского участка 121-2 и попеременно протекает через оба пространства от плоского участка 121-2.

Край со стороны впуска теплоносителя первого направляющего элемента 122-2 соединяется с одним боковым краем плоского участка 121-2 посредством первого соединительного элемента 122а-2, в то время как первое отверстие 122b-2 для сообщения, через которое текучая среда сообщается между обоими пространствами от плоского участка 121-2 предусматривается совместно между одним боковым краем плоского участка 121-2, первым соединительным элементом 122а-2 и первым направляющим элементом 122-2.

Край со стороны впуска теплоносителя второго направляющего элемента 123-2 соединяется с другим боковым краем плоского участка 121-2 посредством второго соединительного элемента 123a-2, в то время как второе отверстие 123b-2 для сообщения, через которое текучая среда сообщается между обоими пространствами от плоского участка 121-2, предусматривается совместно между другим боковым краем плоского участка 121-2, вторым соединительным элементом 123a-2 и вторым направляющим элементом 123-2.

Первый направляющий элемент 122-2 и второй направляющий элемент 123-2 могут быть сформированы путем вырезания и сгиба частей плоского участка 121-2 к обеим сторонам плоского участка 121-2 для обеспечения сообщения текучей среды между обоими пространствами от плоского участка 121-2 через вырезанные участки плоского участка 121-2.

Кроме того, первый участок 124-2 для удерживания и второй участок 125-2 для удерживания, которые располагаются так, чтобы быть пространственно разнесенными по вертикали и выступают назад и вперед для вхождения в контакт с обеими сторонами трубы 110-2, формируются в части верхнего края и в части нижнего края турбулизатора 120-1-2 соответственно.

Кроме того, первые элементы 126-2 (126a-2 и 126b-2) для удерживания и вторые элементы 127-2 (127a-2 и 127b-2) для удерживания, которые располагаются так, чтобы быть пространственно разнесенными по вертикали и выступают назад и вперед, чтобы входить в контакт с передней поверхностью и задней поверхностью трубы 110-2, формируются в части верхнего края и в части нижнего края турбулизатора 120-1-2 соответственно.

Поскольку углубления 111-2 (111a-2 и 111b-2) формируются в трубе 110-2, и турбулизатор 110-2 включает в себя первый участок 124-2 для удерживания, второй участок 125-2 для удерживания, первые удерживающие элементы 126-2 и вторые удерживающие элементы 127-2, можно предотвратить деформацию или повреждение трубы даже в среде с высоким водяным давлением, так что трубу можно широко применять для водонагревателей с рабочим давлением от 10 кг/см² или выше, промышленных изделий (большой емкости) и тому подобных, помимо котлов.

Четвертый вариант осуществления

Как показано на фиг. 27-30, трубный узел 100-4 для трубчатого теплообменника согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения имеет отличие в компонентах участка для удерживания от давления по сравнению с вышеописанным третьим вариантом осуществления и может включать в себя другие компоненты, которые являются такими же, как и в третьем варианте осуществления. Соответственно, в то время как описываются компоненты и работа трубного узла 100-4 для трубчатого теплообменника согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения, компоненты, эквивалентные компонентам вышеописанного третьего варианта осуществления, будут обозначены одинаковыми позиционными обозначениями и его повторное описание будет опущено.

Трубный узел 100-4 для трубчатого теплообменника согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения включает в себя трубу 110-2, имеющую плоскую форму для обмена теплом между газом сгорания, протекающим по ее внутренней части, и теплоносителем, протекающим снаружи, турбулизатор 120-2-2, объединенный с внутренней частью трубы 110-2 так, чтобы вызывать образование турбулентности в потоке газа сгорания, и участок для удерживания от давления, сформированный внутри трубы 110-2 для удерживания обеих противоположных сторон трубы 110-2 от внешнего давления, приложенного к ней.

Участок для удерживания от давления включает в себя держатели 129-2 (129a-2 и 129b-2), которые выступают наружу от обеих сторон турбулизатора 120-2-2 и входят в контакт с внутренними поверхностями трубы 110-2, обращенными друг к другу.

Держатели 129-2 включают в себя первый держатель 129а-2, выступающий вперед от одной боковой поверхности турбулизатора 120-2-2, и второй держатель 129b-2, выступающий назад от другой боковой поверхности турбулизатора 120-2-2. Первый держатель 129a-2 и второй держатель 129b-2 формируются на обеих сторонах так, чтобы быть пространственно разнесенными, и множество таких первых держателей 129a-2 и множество таких вторых держателей 129b-2 формируются через определенные промежутки вдоль продольного направления турбулизатора 120-2-2.

Поскольку множество первых держателей 129a-2 и множество вторых держателей 129b-2 формируются так, чтобы быть согнутыми к передней и задней части турбулизатора 120-2-2, как описано выше, участок для удерживания от давления может быть реализован без дополнительных компонентов, так что могут быть уменьшены затраты на изготовление трубного узла, имеющего отличные характеристики сопротивления давлению.

Пятый вариант осуществления

Как показано на фиг. 31-34, трубный узел 100-5 для трубчатого теплообменника согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения включает в себя трубу 110-3, имеющую плоскую форму для обмена теплом между газом сгорания, протекающим по ее внутренней части, и теплоносителем, протекающим снаружи, и турбулизатор 150-3 объединенный с внутренней частью трубы 110-3 и вызывающий образование турбулентности в потоке газа сгорания.

Турбулизатор 150-3 может включать в себя плоский участок 151-3, расположенный в продольном направлении трубы 110-3, одновременно разделяющий внутреннее пространство трубы 110-3 на обе стороны, и может включать в себя первые направляющие элементы 152-3 и вторые направляющие элементы 153-3, поочередно выступающие с обеих сторон плоского участка 131-3 так, чтобы быть наклоненными, будучи при этом пространственно разнесенными в продольном направлении.

Первые направляющие элементы 152-3 размещаются на одной боковой поверхности плоского участка 151-3 так, чтобы быть наклоненными к одной стороне, а вторые направляющие элементы 153-3 размещаются на другой боковой поверхности плоского участка 151-3 так, чтобы быть наклонненными к другой стороне. Соответственно, теплоноситель, который протекал в первые направляющие элементы 152-3 и вторые направляющие элементы 153-3, последовательно переносится ко вторым направляющим элементам 153-3 и первым направляющим элементам 152-3 размещенным рядом на противоположной стороне плоского участка 151-3 и попеременно протекает через оба пространства от плоского участка 151-3.

Край со стороны впуска теплоносителя первого направляющего элемента 152-3 соединяется с одним боковым краем плоского участка 151-3 с помощью первого соединительного элемента 152a-3, в то время как первое отверстие 152b-3 для сообщения, через которое текучая среда сообщается между обоими пространствами от плоского участка 151-3 предусматривается совместно между одним боковым краем плоского участка 151-3, первым соединительным элементом 152a-3 и первым направляющим элементом 152-3.

Край со стороны впуска теплоносителя второго направляющего элемента 153-3 соединяется с другим боковым краем плоского участка 151-3 с помощью второго соединительного элемента 153a-3, в то время как второе отверстие 153b-3 для сообщения, через которое текучая среда сообщается между обоими пространствами от плоского участка 151-3, предусматривается совместно между другим боковым краем плоского участка 151-3, вторым соединительным элементом 153a-3 и вторым направляющим элементом 153-3.

Первый направляющий элемент 152-3 и второй направляющий элемент 153-3 могут быть сформированы путем вырезания и сгиба частей плоского участка 151-3 к обеим сторонам плоского участка 151-3 так, чтобы обеспечивать сообщение текучей среды между обоими пространствами плоского участка 151-3 через вырезанные участки плоского участка 151-3.

Кроме того, приваренные участки 154-3 и 155-3 выступают билатерально из плоскоского участка 151-3 так, чтобы войти во внутреннюю поверхность трубы 110-3, так что приваренные участки 154-3 и 155-3 и внутренняя поверхность трубы 110-3 могут быть сварены и объединены друг с другом. Соответственно, площадь и точка части сварки между турбулизатором 150-3 и трубой 110-3 могут быть уменьшены.

В соответствии с вышеописанными компонентами турбулизатора 150-3 как показано стрелкой на фиг. 32B, поскольку направление потока газа сгорания непрерывно изменяется к одной стороне и к другой стороне во внутреннем пространстве трубы 110-3, благодаря первому направляющему элементу 152-3 и второму направляющему элементу 153-3, так что поддерживается турбулентный поток, эффективность теплообмена между газом сгорания и теплоносителем может быть увеличена.

Между тем, во время процесса, в котором газ сгорания последовательно проходит через вышеописанный обменник 1000a явной теплоты и обменник 1000b скрытой теплоты, показанные на фиг. 10, температура газа сгорания постепенно снижается за счет теплообмена с теплоносителем. Соответственно, температура газа сгорания является высокой в обменнике 1000a явной теплоты, в котором газ сгорания протекает так, что его объем расширяется. Температура газа сгорания становится низкой в обменнике 1000b скрытой теплоты, из которого газ сгорания выходит, так что объем уменьшается.

Соответственно, чтобы повысить эффективность теплообмена, сопротивление потоку газа сгорания может быть уменьшено путем формирования большой области пути потока газа сгорания, проходящего через обменник 1000a явной теплоты, и область пути потока газа сгорания может быть сформирована так, чтобы быть относительно небольшой в обменнике 1000b скрытой теплоты.

В качестве компонентов для этой цели, турбулизатор 150-3 имеет интегральную конструкцию, включающую в себя верхний турбулизатор 150а-3, предусмотренный на стороне впуска газа сгорания, и нижний турбулизатор 150b-3, предусмотренный на стороне выпуска газа сгорания. Здесь, для того, чтобы сформировать область пути потока между нижним турбулизатором 150b-3 и внутренней поверхностью трубы 110-3 так, чтобы она была меньше, чем область пути потока между верхним турбулизатором 150a-3 и внутренней поверхностью трубы 110-3, нижний турбулизатор 150b-3 может иметь большую площадь контакта с теплоносителем внутри трубы 110-3, чем верхний турбулизатор 150a-3.

В качестве одного варианта осуществления, как показано на фиг. 32, вертикальные промежутки L2 между множеством первых направляющих элементов 152-3 и множеством вторых направляющих элементов 153-3, сформированных на нижнем турбулизаторе 150b-3, могут размещаться плотнее, чем вертикальные промежутки L1 между множеством первых направляющих элементов 152-3 и множеством вторых направляющих элементов 153-3, сформированных на верхнем турбулизаторе 150a-3.

В этом случае вертикальные промежутки между множеством первых направляющих элементов 152-3 и множеством вторых направляющих элементов 153-3, сформированных на турбулизаторе 150-3, могут быть сформированы так, чтобы постепенно разуплотняться со стороны впуска газа сгорания к стороне выпуска газа сгорания.

В качестве другого варианта осуществления, как показано на фиг. 33, множество выступающих участков 111-3 формируется на внутренней поверхности трубы 110-3, расположенной на стороне выпуска газа сгорания, чтобы уменьшить область пути потока со стороны выпуска газа сгорания.

Как показано на фиг. 34, участки 142-3 (142a-3, 142b-3 и 142c-3) держателей для удерживания от водяного давления теплоносителя могут быть дополнительно предусмотрены внутри трубы 110-3.

Держатели 142-3 могут включать в себя держатель 142a-3 в виде бруска, оба конца которого прикрепляются к внутренней поверхности трубы 110-3, как показано на фиг. 34А и держатель 142b-3, оба конца которого согнуты и прикрепляются к внутренней поверхности трубы 110-3, как показано на фиг. 34B и 34C.

В случае конструкции, показанной на фиг. 34A и 34B, когда труба 110-3 изготавливается, одни концы держателей 142a-3 и 142b-3 привариваются к основному материалу, из которого будет сформирована труба 110-3, основной материал изготавливается так, чтобы быть скрученным в подобие формы трубы 110-3, обе крайние части основного материала и другие концы держателей 142а-3 и 142b-3 привариваются друг к другу, а затем турбулизатор 150-3 вставляется и объединяется с обеими сторонами держателей 142a-3 и 142-3.

В случае конструкции, показанной на фиг. 34C, когда труба 110-3 изготавливается, держатель 142b-3 и турбулизатор 150-3 могут быть сначала объединены друг с другом, и комбинация держателя 142b-3 и турбулизатора 150-3 может быть запрессована на внутренней части трубы 110-3 и объединена с ней.

В качестве другого варианта осуществления, как показано на фиг. 34D, держатель 142-3 может включать в себя выдавленные рельефы 142c-3, сформированные так, чтобы выступать внутрь трубы 140 с обеих соответствующих сторон трубы 110-3. В соответствии с компонентами, когда высокое водяное давление прикладывается снаружи трубы 110-3, выдавленные рельефы 142c-3, сформированные в соответствующих положениях, входят в контакт друг с другом так, чтобы предотвратить деформацию трубы 110-3.

Как описано выше, участок 142-3 держателя объединяется с внутренней частью трубы 110-3 так, что когда водяное давление теплоносителя прикладывается к внешней поверхности трубы 110-3 в значительной степени, деформация трубы 110-3 может быть предотвращена. Соответственно, труба 110-3 в сочетании с участком 142-3 держателя может быть применена к устройствам сгорания для различных целей, в дополнении к котлу или водонагревателю.

Шестой вариант осуществления

Как показано на фиг. 35-38, трубный узел 100-6 для трубчатого теплообменника согласно шестому варианту осуществления настоящего изобретения включает в себя трубу 110-4, имеющую плоскую форму для обмена теплом между газом сгорания, протекающим по ее внутренней части, и теплоносителем, протекающим снаружи, турбулизатор 120-1-4, объединенный с внутренней частью трубы 110-4 так, чтобы вызывать образование турбулентности в потоке газа сгорания, и средство 130-1-4 для удерживания, объединенное с турбулизатором 120-1-4 и удерживающее трубу 110-4 от внешнего давления, приложенного к ней.

Будут описаны компоненты и сборная конструкция турбулизатора 120-1-4 и средства 130-1-4 для удерживания, включенные в трубный узел 100-6 согласно шестому варианту осуществления настоящего изобретения.

Прорезь 132-4 (132-1-4), имеющая форму с запертым верхним краем и открытым нижним краем 132с-4, формируется в центральной части участка 131-4 основной детали средства 130-1-4 для удерживания как показано на фиг. 38, и турбулизатор 120-1-4 вставляется в прорезь 132-1-4, сформированную в средстве 130-1-4 для удерживания в основном направлении, как показано на фиг. 37 так, что турбулизатор 120-1-4 и средство 130-1-4 для удерживания являются собранными.

Прорезь 132-1-4 имеет структуру, в которой первый вырезанный участок 132a-4, имеющий такую ширину, чтобы входить в контакт с обеими боковыми поверхностями турбулизатора 120-1-4, и второй вырезанный участок 132b-4, имеющий большую ширину, чем у первого вырезанного участка 132a-4, соединяются в вертикальном направлении и формируются попеременно. Соответственно, обе боковые поверхности турбулизатора 120-1-4 входят в плотный контакт с первым вырезанным участком 132a-4 и удерживаются им, и газ сгорания может протекать через пространство, предусмотренное между вторым вырезанным участком 132b-4 и турбулизатором 120-1-4.

Кроме того, множество выступающих участков 133-4, которые выступают и имеют неоднородную форму для контактирования с внутренней поверхностью трубы 110-4, предусматриваются так, чтобы быть пространственно разнесенными по вертикали на внешнем краю средства 130-1-4 для удерживания. Согласно компонентам выступающих участков 133-4, поскольку площадь контакта между средством 130-1-4 для удерживания и трубой 110-4 ограничивается площадью, в которой выступающие участки 133-4 формируются, площадь контакта может быть уменьшена. Соответственно, поскольку можно предотвратить возникновение щелевой коррозии, которая может быть вызвана скоплением теплоносителя из-за поверхностного натяжения, когда площадь контакта между средством для удерживания и трубой велика, то долговечность трубного узла может быть увеличена.

Турбулизатор 120-1-4 может включать в себя плоский участок 121-4, расположенный в продольном направлении трубы 110-4, одновременно разделяющий внутреннее пространство трубы 110-4 на обе стороны, и может включать в себя первые направляющие элементы 122-4 и вторые направляющие элементы 123-4, поочередно выступающие с обеих сторон плоского участка 121-4 так, чтобы быть наклоненными, будучи при этом разнесенными в продольном направлении.

Первые направляющие элементы 122-4 размещаются на одной боковой поверхности плоского участка 121-4 так, чтобы быть наклоненными к одной стороне, а вторые направляющие элементы 123-4 размещаются на другой боковой поверхности плоского участка 121-4 так, чтобы быть наклоненными к другой стороне. Соответственно, теплоноситель, который протекал в первые направляющие элементы 122-4 и вторые направляющие элементы 123-4, последовательно переносится ко вторым направляющим элементам 123-4 и первым направляющим элементам 122-4, расположенным рядом на противоположной стороне плоского участка 121-4 и попеременно протекает через оба пространства от плоского участка 121-4.

Край со стороны впуска теплоносителя первого направляющего элемента 122-4 соединяется с одним боковым краем плоского участка 121-4 с помощью первого соединительного элемента 122а-4, в то время как первое отверстие 122b-4 для сообщения, через которое текучая среда сообщается между обоими пространствами от плоского участка 121-4 предусматривается совместно между одним боковым краем плоского участка 121-4, первым соединительным элементом 122а-4 и первым направляющим элементом 122-4.

Край со стороны впуска теплоносителя второго направляющего элемента 123-4 соединяется с другим боковым краем плоского участка 121-4 с помощью второго соединительного элемента 123a-4, в то время как второе отверстие 123b-4 для сообщения, через которое текучая среда сообщается между обоими пространствами от плоского участка 121-4, предусматривается совместно между другим боковым краем плоского участка 121-4, вторым соединительным элементом 123a-4 и вторым направляющим элементом 123-4.

Первый направляющий элемент 122-4 и второй направляющий элемент 123-4 могут быть сформированы путем вырезания и сгиба частей плоского участка 121-4 к обеим сторонам плоского участка 121-4 так, чтобы обеспечивать сообщение текучей среды между обоими пространствами от плоского участка 121-4 через вырезанные участки плоского участка 121-4.

Кроме того, первый участок 124-4 для удерживания и второй участок 125-4 для удерживания, которые располагаются так, чтобы быть пространственно разнесенными по вертикали и выступают назад и вперед для вхождения в контакт с обеими сторонами трубы 110-4, формируются в части верхнего конца и в части нижнего конца турбулизатора 120-1-4 соответственно.

Кроме того, множество пар первых удерживающих элементов 126-4 и множество пар вторых удерживающих элементов 127-4, которые выступают для удерживания обеих боковых поверхностей средства 130-1-4 для удерживания, пространственно разнесены по вертикали на обеих боковых поверхностях турбулизатора 120-1-4.

Соответственно, когда турбулизатор 120-1-4 вставляется в прорезь 132-1-4 средства 130-1-4 для удерживания в основном направлении, поскольку средство 130-1-4 для удерживания удерживается первым удерживающим элементом 126-4 и вторым удерживающим элементом 127-4, то положения турбулизатора 120-1-4 и средства 130-1-4 для удерживания могут быть фиксированными.

Согласно вышеописанным компонентам турбулизатора 120-1-4, поскольку направление потока газа сгорания непрерывно изменяется к одной стороне и к другой стороне во внутреннем пространстве трубы 110-4 с помощью первого направляющего элемента 122-4 и второго направляющего элемента 123-4 так, что поддерживается турбулентный поток, эффективность теплообмена между газом сгорания и теплоносителем может быть увеличена.

Седьмой вариант осуществления

Как показано на фиг. 39-41, трубный узел 100-7 для трубчатого теплообменника согласно седьмому варианту осуществления настоящего изобретения включает в себя трубу 110-4, имеющую плоскую форму для обмена теплом между газом сгорания, протекающим по ее внутренней части, и теплоносителем, протекающим снаружи, турбулизатор 120-2-4, объединенный с внутренней частью трубы 110-4 так, чтобы вызывать образование турбулентности в потоке газа сгорания, и средство 130-2-4 для удерживания, объединенное с турбулизатором 120-2-4 для удерживания трубы 110-4 от приложенного к ней внешнего давления.

Далее по тексту, в то время как описаны компоненты и сборная конструкция турбулизатора 120-2-4 и средства 130-2-4 для удерживания, включенных в трубный узел 100-7 для трубчатого теплообменника согласно седьмому варианту осуществления настоящего изобретения, компоненты эквивалентные таковым в вышеописанном шестом варианте осуществления, будут обозначаться теми же позиционными обозначениями, и их повторное описание будет опущено.

В данном варианте осуществления прорезь 132-2-4, имеющая форму с запертыми верхним и нижним краями, формируется на участке 131-4 основной детали средства 130-2-4 для удерживания, как показано на фиг. 41, а турбулизатор 120-2-4 и средство 130-2-4 для удерживания собираются путем вставки турбулизатора 120-2-4 во внутреннюю часть прорези 132-2-4, сформированной в средстве 130-2-4 для удерживания, во второстепенном направлении, как показано на фиг. 40.

Прорезь 132-2-4 имеет структуру, в которой первый вырезанный участок 132d-4 имеющий ширину для вхождения в контакт с обеими боковыми поверхностями турбулизатора 120-2-4, и второй вырезанный участок 132e-4, имеющий большую ширину, чем у первого вырезанного участка 132d-4, соединяются в вертикальном направлении и формируются попеременно.

Соответственно, обе боковые поверхности турбулизатора 120-2-4 входят в плотный контакт с первым вырезанным участком 132d-4 и удерживаются им, и газ сгорания может протекать через пространство, предусмотренное между вторым вырезанным участком 132e-4 и турбулизатором 120-2-4.

В данном варианте осуществления удерживающий элемент 128a-4 и удерживающий выступ 128b-4, которые выступают для удерживания обеих боковых поверхностей средства 130-2-4 для удерживания, формируются как в части верхнего края, так и в части нижнего края турбулизатора 120-2-4.

Удерживающий элемент 128a-4 может быть сформирован путем вырезания и сгиба в вертикальном направлении части плоского участка 121-4, а удерживающий выступ 128b-4 может быть предусмотрен в положении, пространственно отнесенным на расстояние, соответствующее толщине средства 130-2-4 для удерживания в направлении к одной стороне удерживающего элемента 128a-4, имея в тоже время форму выдавленного рельефа. Соответственно, когда турбулизатор 120-2-4 вставляется внутрь прорези 132-2-4, сформированной в средстве 130-2-4 для удерживания во вспомогательном направлении, удерживающий выступ 128b-4 проходит через сквозной участок 132f-4, сформированный в прорези 132-2-4 и имеющий такую же форму, как и форма удерживающего выступа 128b-4. Здесь, поскольку удерживающий элемент 128a-4 входит в плотный контакт с участком 131-4 основной детали средства 130-2-4 для удерживания, то средство 130-2-4 для удерживания удерживается удерживающим элементом 128a-4 и удерживающим выступом 128b-4 так, чтобы зафиксировать положения турбулизатора 120-2-4 и средства 130-2-4 для удерживания.

Восьмой вариант осуществления

Как показано на фиг. 42-44, трубный узел 100-8 для трубчатого теплообменника согласно восьмому варианту осуществления настоящего изобретения включает в себя трубу 110-4, имеющую плоскую форму для обмена теплом между газом сгорания, протекающим по ее внутренней части, и теплоносителем, протекающим снаружи, турбулизатор 120-3-4, объединенный с внутренней частью трубы 110-4, чтобы вызывать образование турбулентности в потоке газа сгорания, и средство 130-3-4 для удерживания, объединенное с турбулизатором 120-3-4 и для удерживания трубы 110-4 от приложенного к ней внешнего давления.

Далее по тексту, в то время как описаны компоненты и сборная конструкция турбулизатора 120-3-4 и средства 130-3-4 для удерживания, включенных в трубный узел 100-8 для трубчатого теплообменника согласно восьмому варианту осуществления настоящего изобретения, компоненты эквивалентные таковым для вышеописанного шестого варианта осуществления и седьмого варианта осуществления, будут обозначаться такими же позиционными обозначениями, и их повторное описание будет опущено.

В данном варианте осуществления множество прорезей 129-4, пространственно разнесенных по вертикали, формируются на плоском участке 121-4 турбулизатора 120-3-4, как показано на фиг. 44, и турбулизатор 120-3-4 и средство 130-3-4 для удерживания собираются путем вставки в вертикальном положении одной части средства 130-3-4 для удерживания во внутреннюю часть прорези 129-4, сформированной в турбулизаторе 120-3- 4.

Участки 129a-4 для фиксации формируются на турбулизаторе 120-3-4 в промежутках смежно расположенных прорезей 129-4, и множество удерживающих канавок 135-4, которые захватываются участками 129a-4 для фиксации, формируются на средстве 130-3-4 для удерживания.

Кроме того, множество выступающих участков 134-4, которые выступают для вхождения в контакт с внутренней поверхностью трубы 110-4, предусматриваются на внешнем крае средства 130-3-4 для удерживания, будучи при этом пространственно разнесенными в вертикальном направлении, так что щелевую коррозию можно предотвратить, уменьшив площадь контакта между трубой 110-4 и средством 130-3-4 для удерживания.

Как описано выше, настоящее изобретение не ограничивается вышеописанными вариантами осуществления, и следует понимать, что специалист в данной области техники может сделать множество модификаций настоящего изобретения, не отступая от технической концепции настоящего изобретения, определяемого формулой изобретения, и множество модификаций будут включено в объем настоящего изобретения.

1. Трубный узел для трубчатого теплообменника, содержащий:

трубу, имеющую плоскую форму, чтобы позволить газу сгорания, образующемуся в камере сгорания, протекать по ее внутренней части и обмениваться теплом между газом сгорания и теплоносителем, протекающим снаружи от нее; и

турбулизатор, объединенный с внутренней частью трубы и выполненный с возможностью вызывать образование турбулентности в потоке газа сгорания, причем

турбулизатор содержит:

верхний турбулизатор, объединенный с верхней внутренней частью трубы, рядом с камерой сгорания, для вхождения в поверхностный контакт с трубой, чтобы увеличить теплопроводность и вызывать образование турбулентности в потоке газа сгорания; и

нижний турбулизатор, объединенный с внутренней частью трубы ниже верхнего турбулизатора, чтобы вызывать образование турбулентности в потоке газа сгорания.

2. Трубный узел по п. 1, в котором верхний турбулизатор содержит первую часть, содержащую первую поверхность для контакта с трубой, имеющую форму, соответствующую одной боковой части трубы, и входящую в поверхностный контакт с внутренней поверхностью одной боковой части трубы, и содержит вторую часть, содержащую вторую поверхность для контакта с трубой, имеющую форму, соответствующую другой боковой части трубы, и входящую в поверхностный контакт с внутренней поверхностью другой боковой части трубы.

3. Трубный узел по п. 2, в котором первый участок и второй участок верхнего турбулизатора изготавливаются путем сгиба одной пластины из основного материала в соответствие с центральной линией пластины из основного материала.

4. Трубный узел по п. 2, в котором верхний турбулизатор содержит:

первый участок для удерживания от давления, сформированный путем вырезания и сгиба части первой поверхности для контакта с трубой так, чтобы обеспечить коллинеарность наружной поверхности второй поверхности для контакта с трубой и ее наружного края для удерживания другой боковой части трубы; и

второй участок для удерживания от давления, сформированный путем вызрезания и сгиба части второй поверхности для контакта с трубой, чтобы обеспечить коллинеарность наружной поверхности первой поверхности для контакта с трубой и ее наружного края для удерживания одной боковой части трубы.

5. Трубный узел по п. 2, в котором верхний турбулизатор содержит:

первый направляющий участок, сформированный путем вырезания и сгиба части первой поверхности для контакта с трубой так, чтобы он обращался к внутреннему пространству трубы; и

второй направляющий участок, сформированный путем вырезания и сгиба части второй поверхности для контакта с трубой так, чтобы он обращался к внутреннему пространству трубы, и

причем первый направляющий участок и второй направляющий участок формируются попеременно так, чтобы быть пространственно разнесенными по вертикали и вызывать изменение направления потока газа сгорания.

6. Трубный узел по п. 2, в котором верхний турбулизатор содержит первый участок для удерживания от давления, сформированный путем сгиба части первого вырезанного участка, вырезанного из первой поверхности для контакта с трубой и выступающего по направлению ко второй поверхности для контакта с трубой, и содержит второй участок для удерживания от давления, сформированный путем сгиба части второго вырезанного участка, вырезанного из второй поверхности для контакта с трубой и выступающий по направлению к первой поверхности для контакта с трубой, и

причем выступающий край первого участка для удерживания от давления входит в соприкосновение со второй поверхностью для контакта с трубой, и выступающий край второго участка для удерживания от давления проходит через первый вырезанный участок и входит в контакт с внутренней поверхностью трубы.

7. Трубный узел по п. 6, в котором множество таких первых участков для удерживания от давления и множество таких вторых участков для удерживания от давления предусматриваются так, чтобы быть пространственно разнесенными в боковом направлении и в вертикальном направлении,

причем расположенный выше первый участок для удерживания от давления и расположенный ниже первый участок для удерживания от давления предусматриваются в положениях, не перекрывающихся друг с другом в вертикальном направлении, и

причем расположенный выше второй участок для удерживания от давления и расположенный ниже второй участок для удерживания от давления предусматриваются в положениях, не перекрывающихся друг с другом в вертикальном направлении.

8. Трубный узел по п. 6, в котором первый участок для удерживания от давления и второй участок для удерживания от давления имеют форму пластины и включают в себя обе большие боковые поверхности, расположенные параллельно направлению потока газа сгорания.

9. Трубный узел по п. 1, в котором нижний турбулизатор содержит плоский участок, разделяющий внутреннее пространство трубы и расположенный в продольном направлении трубы, и содержит множество первых направляющих элементов и множество вторых направляющих элементов, которые пространственно разнесены вдоль продольного направления и попеременно выступают из обеих боковых поверхностей плоского участка так, чтобы быть наклоненными.

10. Трубный узел по п. 9, в котором первые направляющие элементы размещены на одной боковой поверхности плоского участка так, чтобы быть наклоненными к одной стороне,

причем вторые направляющие элементы размещены на другой поверхности плоского участка, чтобы быть наклоненными к другой стороне, и

причем теплоноситель, текущий в первые направляющие элементы и вторые направляющие элементы, последовательно переносится ко второму направляющему элементу и первому направляющему элементу, расположенным рядом на противоположной боковой поверхности плоского участка и попеременно протекает в обоих пространствах от плоского участка.

11. Трубный узел по п. 10, в котором край со стороны впуска теплоносителя первого направляющего элемента соединен с одним боковым краем плоского участка с помощью первого соединительного элемента, при этом первое отверстие для сообщения, через которое текучая среда сообщается между обоими пространствами от плоского участка, предусмотрено совместно между одним боковым краем плоского участка, первым соединительным элементом и первым направляющим элементом, и

причем край со стороны впуска теплоносителя второго направляющего элемента соединен с другим боковым краем плоского участка с помощью второго соединительного элемента, при этом второе отверстие для сообщения, через которое текучая среда сообщается между обоими пространствами от плоского участка, предусматривается совместно между другим боковым краем плоского участка, вторым соединительным элементом и вторым направляющим элементом.

12. Трубный узел по п. 11, в котором первый направляющий элемент и второй направляющий элемент формируются путем вырезания и сгиба частей плоского участка в направлении обеих сторон плоского участка, и

причем текучая среда сообщается между обоими пространствами от плоского участка через вырезанные части первого направляющего элемента и второго направляющего элемента.

13. Трубный узел по п. 1, в котором турбулизатор содержит верхний турбулизатор, предусмотренный на стороне впуска газа сгорания, и нижний турбулизатор, предусмотренный на стороне выпуска газа сгорания, и

причем вертикальные расстояния между множеством первых направляющих элементов и множеством вторых направляющих элементов, сформированных на нижнем турбулизаторе, могут быть меньше вертикальных расстояний между множеством первых направляющих элементов и множеством вторых направляющих элементов, сформированных на верхнем турбулизаторе.

14. Трубный узел по п. 1, в котором турбулизатор содержит верхний турбулизатор, предусмотренный на стороне впуска газа сгорания, и нижний турбулизатор, предусмотренный на стороне выпуска газа сгорания, и

причем область пути потока между нижним турбулизатором и внутренней поверхностью трубы сформирована так, чтобы быть меньше, чем область пути потока между верхним турбулизатором и внутренней поверхностью трубы.

15. Трубный узел по п. 14, в котором нижний турбулизатор имеет большую площадь контакта с теплоносителем внутри трубы, чем верхний турбулизатор.

16. Трубный узел по п. 14, в котором множество выступающих участков сформировано на внутренней поверхности трубы, расположенной на стороне выпуска газа сгорания.

17. Трубный узел по п. 1, в котором держатели, которые располагаются так, чтобы быть пространственно разнесенными по вертикали, чтобы входить в контакт с обеими боковыми поверхностями трубы и выступать назад и вперед, сформированы в части верхнего края и в части нижнего края нижнего турбулизатора.

18. Трубный узел по п. 1, в котором удерживающие элементы, которые располагаются так, чтобы быть пространственно разнесенными по вертикали, чтобы входить в контакт с передней поверхностью и задней поверхностью трубы и выступать назад и вперед, формируются в части верхнего края и в части нижнего края нижнего турбулизатора.

19. Трубный узел по п. 1, дополнительно содержащий участок для удерживания от давления, сформированный внутри трубы, для удерживания обеих противоположных боковых поверхностей трубы от внешнего давления, приложенного к ней.

20. Трубный узел по п. 19, в котором участок для удерживания от давления содержит держатели, которые выступают наружу от обеих боковых поверхностей турбулизатора и входят в соприкосновение с внутренними поверхностями трубы, обращенными друг к другу.

21. Трубный узел по п. 20, в котором держатели формируются путем вырезания и сгиба частей поверхности турбулизатора в обе стороны.

22. Трубный узел по п. 1, дополнительно содержащий средство для удерживания, объединенное с турбулизатором для удерживания трубы от приложенного к ней внешнего давления.

23. Трубчатый теплообменник, содержащий:

внешний кожух, в который теплоноситель входит или из которого выходит;

камеру сгорания, которая объединена с внутренней частью внешнего кожуха для формирования пути потока теплоносителя между внешним кожухом и камерой сгорания, и в которой осуществляется поджиг от горелки; и

трубный узел для трубчатого теплообменника по любому из пп. 1-22.

24. Трубчатый теплообменник по п. 23, в котором множество таких труб установлены вертикально так, чтобы позволить газу сгорания, образующемуся в камере сгорания, протекать вниз, и разнесены пространственно в направлении по окружности и размещены радиально.

25. Трубчатый теплообменник по п. 23, в котором многокаскадная диафрагма для направления потока теплоносителя для попеременного изменения направления потока теплоносителя, который должен направляться внутрь или наружу в радиальном направлении, предусмотрена так, чтобы быть пространственно разнесенной по вертикали во внешнем кожухе, и множество таких труб вставляются в многокаскадные диафрагмы и удерживаются ими.

26. Трубчатый теплообменник по п. 25, в котором многокаскадная диафрагма содержит верхнюю диафрагму, промежуточную диафрагму и нижнюю диафрагму, которые имеют форму пластины,

причем верхняя диафрагма и нижняя диафрагма содержат отверстие для потока теплоносителя в ее центральной части и краевую часть, чтобы входить в контакт с внутренней поверхностью внешнего кожуха, и

причем промежуточная диафрагма имеет форму, в которой центральная часть заперта, а краевая часть пространственно разнесена от внутренней поверхности внешнего кожуха, чтобы позволить теплоносителю протекать между ними.

27. Трубчатый теплообменник по п. 25, в котором верхняя трубная решетка, в которую вставлены части верхних краев множества труб, объединена с нижним краем камеры сгорания, и

причем нижняя трубная решетка, в которую вставлены части нижних краев множества труб, объединена с нижним краем внешнего кожуха.