Импульсный нагнетатель-теплообменник
PULSE SUPERCHARGER-HEAT EXCHANGER

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в системах теплоснабжения для осуществления теплопередачи и трансформации напора между рабочей и нагнетаемой средами.
Известен теплообменник, включающий содержащий внешнюю трубу с подводящим и отводящим патрубками греющей среды и вставленную в нее внутреннюю трубу с подводящим и отводящим патрубками нагреваемой среды, в межтрубном пространстве внешней трубы установлены вставки, выполненные в виде тепловых труб, которые ступенчато расположены по длине внешней трубы с образованием ходов в межтрубном пространстве и введены во внутреннюю трубу с перекрытием не менее половины ее сечения (RU 2563946, МПК F28D 7/00, опубл. 27.09.2015).
Среди недостатков данной конструкции следует отметить то, что устройство теплообменника характеризуется относительно малой эффективностью, склонностью к образованию отложений и отсутствием эффекта самоочищения внутренних пространств циркуляции теплоносителей.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является импульсный нагнетатель-теплообменник, включающий полый корпус, разделенный посредством диафрагмы на две гидравлически изолированные зоны, первая из которых соединена с входным патрубком рабочей среды, а вторая с обратными клапанами входа и выхода нагнетаемой среды, между полым корпусом и диафрагмой установлена пружина, выходной патрубок рабочей среды включен в первую гидравлически изолированную зону полого корпуса, пространство для циркуляции рабочей среды от входного патрубка к выходному патрубку выполнено в форме профилированного канала, закрученного по спирали и утопленного по высоте в первую гидравлически изолированную зону полого корпуса. Сверху профилированный канал закрыт дном диафрагмы, которое выполнено из пластины высокотеплопроводящего материала (RU 167942, МПК F24D 3/00, F28D 9/04, F04D 7/00 опубл. 12.01.2017).
Устройство известного импульсного нагнетателя-теплообменника имеет относительно сложною конструкцию, склонность диафрагмы к разрыву, в результате чего может наступить случай аварийного смешивания рабочей и нагнетаемой сред, характеризуется относительно низкой эффективностью использования положительной волны гидравлического удара.
Технический результат заключается в повышении эффективности работы и коэффициента теплопередачи импульсного нагнетателя-теплообменника за счет использования дросселируемого располагаемого напора.
Сущность изобретения заключается в том, что импульсный нагнетатель-теплообменник включает полый корпус, входной патрубок рабочей среды, обратные клапана входа и выхода нагнетаемой среды, выходной патрубок рабочей среды, содержит коллектора входа, выхода нагнетаемой среды, подключенные с одной стороны к патрубкам входа, выхода нагнетаемой среды, а с другой посредствам быстросъемных резьбовых соединений к медным конвертам, которые установлены в полом корпусе и имеют демпфирующие элементы, выполненные из виброгасящего материала. Полый корпус имеет крышку, присоединенную к нему посредствам шпилек, а на выходном патрубке рабочей среды установлен ударный узел.
На чертеже представлен импульсный нагнетатель-теплообменник.
Импульсный нагнетатель-теплообменник, включающий полый корпус 1, к торцевой стороне которого, жестко соединен входной 2 патрубок рабочей среды, обратные клапана входа 3 и выхода 4 нагнетаемой среды, выходной 5 патрубок рабочей среды, коллектора входа, выхода 6, 7 нагнетаемой среды соединенные с наружной стороны с патрубками входа 8, выхода 9 нагнетаемой среды, а с внутренней при помощи быстросъемных резьбовых соединений 10, 11 с медными конвертами 12, которые имеют демпфирующие элементы 13, крышку 14, закрепленную при помощи шпилек 15 и ударный узел 16.
В заявленном изобретении могут быть использованы ударные узлы, например известные из патентов RU 177025, МПК F15B 21/12, F24D 3/02 опубл. 06.02.2018, RU 183591, МПК F15B 21/12, F24D 3/02 опубл. 29.09.2018.
Импульсный нагнетатель-теплообменник работает следующим образом. Перед началом работы медные конверты 12 заполняются нагнетаемой средой по цепи: обратный клапан входа 3, парубок входа 8, коллектор входа 6, медные конверты 12, коллектор выхода 7, патрубок выхода 9, обратный клапан выхода 4. По окончании процесса заполнения конвертов 12 в них устанавливается определенное давление.  Далее во внутренний объем полого корпуса 1 через входной патрубок 2 подается рабочая жидкость, когда он заполнится, то рабочая жидкость будет вытекать через выходной патрубок рабочей среды 5 и через ударный узел 16. Внутри полого корпуса установится давление меньшее, чем в медных конвертах. После этого вводится в работу ударный узел 16, который резко прерывает поток рабочей среды с образованием гидроудара. При этом кинетическая энергия потока рабочей среды переходит в потенциальную с многократным увеличением давления. Далее накопленная потенциальная при обратной волне гидроудара  передается потоку в обратном направлении, и он воздействует на поверхности медных конвертов с вытеснением нагнетаемой среды через патрубок выхода 9 нагнетаемой среды и обратный клапан 4. Дальнейшая работа ударного узла 16 приводит к восстановлению потока и медные конверты за счет более высокого внутреннего давления в них восстанавливают исходное состояние, соприкасаясь с крышкой корпуса 14, притянутую шпильками 15 через демпфирующие элементы 13, при этом внутренние полости медных конвертов через обратный клапан входа 3 и входной патрубок 8 нагнетаемой среды, заполняются нагнетаемой средой. В последующем процесс повторяется, при этом происходит пульсирующая циркуляция нагнетаемой среды, способствующая интенсификации теплопередачи между средами. Для обеспечения компактности конструкции в нагнетателе-теплообменнике применяются несколько медных конвертов 12 легко соединяемых с коллекторами входа 6, выхода 7 нагнетаемой среды при помощи быстросъемных резьбовых соединений 10, 11. Производительность нагнетателя-теплообменника и интенсификация теплопередачи зависит от типа сред, перепада давлений между средами и частоты прерывания потока. Наибольшая эффективность нагнетателя-теплообменника находится в полосе частот от 1 до 2 Гц.
По сравнению с известным решением предлагаемое позволяет повысить эффективность работы и коэффициент теплопередачи импульсного нагнетателя-теплообменника за счет использования дросселируемого располагаемого напора.