Калорифер с повышенной теплопередачей
HEAT EXCHANGER WITH INCREASED HEAT TRANSFER

Изобретение относится к области теплоэнергетики, где может быть использовано в системах теплопотребления для удовлетворения отопительной нагрузкой различных абонентов, а также вентиляционной нагрузкой. Технический результат - заключается в повышении эффективности калориферной установки за счет создания колебаний воздуха, проходящих через нагревательные элементы.
Известен многоходовой калорифер содержащий нагревательный элемент, коллекторы, боковые щитки с установленными на них входным и выходным патрубками, нижнюю емкость для охлаждающей жидкости и насос, отличающийся тем, что он дополнительно содержит вентилятор и распылитель охлаждающей жидкости, размещенный между вентилятором и нагревательным элементом и соединенный с нижней емкостью (RU 135089, МПК F24H 3/06, опубл. 27.11.2013).
Среди недостатков известного многоходового калорифера следует отметить, малую надежность, связанную со спецификой повышения эффективности данной установки, а точнее конструкции распыляющих форсунок и расход теплоносителя на орошение нагревательных элементов.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является отопительный прибор, являющийся калориферной установкой, включающий, по меньшей мере, два нагревательных элемента (секции теплообменника) с возможностью конвективной передачи тепла во внешнюю среду с двухсторонним пропуском через них теплоносителя через входной и выходной патрубки, демпферно-упругие элементы, кожух, по меньшей мере, два ролика на каждый нагревательный элемент, двое направляющих салазок, пульсатор потока, два присоединительных патрубка, два крана, воздухоотводчик и гидравлический аккумулятор, на котором установлен штуцер с золотником для подачи в него воздуха, нагревательные элементы установлены внутри кожуха друг за другом с образованием воздушного зазора и сообщены между собой через демпферно-упругие элементы, входной и выходной патрубки, жестко закрепленные с кожухом, подключены к нагревательным элементам через демпферно-упругие элементы, ролики установлены на торцах нагревательных элементов с возможностью вращения и вставлены в направляющие салазки, которые жестко закреплены на кожухе параллельно осям деформации демпферно-упругих элементов, пульсатор потока установлен на выходе выходного патрубка, прогнозируемые оси деформации всех демпферно-упругих элементов расположены параллельно, присоединительные патрубки жестко закреплены с кожухом симметрично входному и выходному патрубкам и входами соединены через демпферно-упругие элементы с кранами, которые расположены внутри кожуха соосно демпферно-упругим элементам и подключены к нагревательному элементу, наиболее удаленному от входного и выходного патрубков, выходы присоединительных патрубков объединены гидравлическим аккумулятором, на котором установлен штуцер с золотником, и подключены к воздухоотводчику, установленному в высшей точке конструкции. Дополнительно содержит, по меньшей мере, один преобразователь механического движения с реечной передачей между двумя оппозитными штоками и валом, а также крыльчатку, причем преобразователь механического движения жестко закреплен внутри кожуха между соседними нагревательными элементами и свободными торцами оппозитных штоков и соединен с нагревательными элементами, а крыльчатка установлена на валу преобразователя механического движения (RU 183405, МПК F24H 3/00, опубл. 21.09.2018).
Из недостатков приведенного выше устройства следует отметить относительно низкую эффективность потока воздуха, создаваемого крыльчаткой, которая раскручивается попеременно в разные стороны, а также значительные механические потери в приводе.
Технический результат заключается в повышении эффективности передачи тепла от теплообменников подогреваемому воздуху за счет наложения колебаний на вращательное движение крыльчатки вентилятора.
Технический результат достигается за счет того, что калорифер с повышенной теплопередачей включает первую и вторую секции теплообменника, установленные внутри кожуха, воздушный зазор между которыми перекрывается экранной пластиной и возможностью конвективной передачи тепла во внешнюю среду с пропуском через них теплоносителя параллельно через два входных патрубка подключенных к подающему трубопроводу, выходные патрубки первой и второй секций теплообменника, объединены с входами преобразователя механического движения и пульсатора потока в общую точку, а далее через выход пульсатора потока подключены к обратному трубопроводу, преобразователь механического движения, жестко закрепленный между первой и второй секции теплообменника, при этом выход преобразователя механического движения мягко через поршень, шток, упорный подшипник, связан с подвижной муфтой, на которой жестко закреплены упорный подшипник и крыльчатка вентилятор, подвижная муфта расположена на шлицах вала электродвигателя и ограничивается пружиной, расположенной в торце вала электродвигателя, шток проходит через отверстие в центре экранной пластины, а крыльчатка вентилятора связана с электродвигателем через шлицы на валу электродвигателя и на подвижной муфте.
На фиг. 1 изображен общий вид калорифера с повышенной теплопередачей; на фиг. 2 - вал электродвигателя со шлицами; на фиг. 3 - подвижная муфта с крыльчаткой и упорным подшипником; на фиг. 4 - экранная пластина со штоком.
Калорифер (фиг. 1) с повышенной теплопередачей включает подающий трубопровод 1, который через входные патрубки 2, 3 параллельно соединен с входами первой 4 и второй секции 5 теплообменника; обратный трубопровод 6, соединенный через пульсатор потока 7 с преобразователем механического движения 8 и с выходами первой 4 и второй секции 5 теплообменника через выходные патрубки 9,10, преобразователь механического движения 8, жестко закрепленный между первой 4 и второй 5 секции теплообменника; крыльчатка вентилятора 11, жестко закрепленная к подвижной муфте 12, расположенной на шлицах 13 вала 14 электродвигателя 15 (фиг. 2-3), и жестко связанной с упорным подшипником 16, задняя часть муфты 12 опирается на пружину 17, а передняя через упорный подшипник 16 и шток 18, проходящий через отверстие в центре экранной пластины 19, связана с поршнем 20 преобразователя механического движения 8; кожуха 21, внутри которого установлены первая 4 и вторая 5 секции теплообменника, подключенных параллельно к подающему 1 и обратному трубопроводу 6. Воздушный зазор между ними перекрывает экранная пластина 19 (фиг-4).
Принцип работы устройства осуществляется следующим образом. При подключении устройства к подающему 1 и обратному 6 трубопроводам оно заполняется горячим теплоносителем и через секции теплообменника 4 и 5 начнет протекать горячий теплоноситель по двум параллельным цепям: с верху - подающий трубопровод 1, входной патрубок 2, первая секция теплообменника 4, с низу - подающий трубопровод 1, входной патрубок 3, вторая секция теплообменника 5, далее потоки отработанного теплоносителя объединяются через выходные патрубки 9,10 в общую точку и через открытый клапан пульсатора потока 7 направляются в обратный трубопровод 6. К общей точке подключен преобразователь механического движения 8. Далее включается электродвигатель 15, который через вал электродвигателя 14, шлицы 13 и подвижную муфту 12 приводит в движение крыльчатку вентилятора 11. Крыльчатка вентилятора 11 забирает воздух снаружи и нагнетает его в пространстве, ограниченном кожухом 21 и экранной пластиной 19 в первую 4 и вторую 5 секции теплообменника, подключенных внутри кожуха параллельно к подающему 1 и обратному трубопроводу 6. Сжатый воздух, проходя первую 4 и вторую 5 секции теплообменника нагревается и поступает в отапливаемое помещение. При достижении скорости потока теплоносителя заданной, клапан пульсатора потока 7 резко закроется с образованием волны повышенного давления, которая направлена в первую 4 и вторую 5 секции теплообменника и будет способствовать увеличению теплопередачи. Одновременно волна повышенного давления будет воздействовать на поршень 20 преобразователя механического движения 8, перемещая его. При движении поршня 20 он будет перемещать подвижную муфту 12 с крыльчаткой 11 через шток 18, упорный подшипник 16, сжимая пружину 17. При прекращении воздействия волны повышенного давления, клапан пульсатора потока 8 откроется и через него снова начнет проходить отработанный теплоноситель, подвижная муфта 12 с крыльчаткой 11 вернется в исходное положение под действием пружины 17. Осевые колебания вентилятора 11 будут создавать колебания скорости потока воздуха и способствовать увеличению теплоотдачи от теплопередающих поверхностей первой 4 и второй 5 секций теплообменника.
Эффективность теплоотдачи от теплопередающих поверхностей первой 4 и второй 5 секций теплообменника к воздуху зависят от частоты прерывания потока теплоносителя. Наиболее оптимальным является диапазон частот от 1,5 Гц до 3 Гц. Амплитуда колебаний составляет 4-6 мм.
По сравнению с известным решением предлагаемое позволяет повысить эффективность передачи тепла от теплообменников подогреваемому воздуху за счет наложения колебаний на вращательное движение крыльчатки вентилятора.