Теплообменник
HEAT EXCHANGER

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в конструкциях емкостных рекуперативных теплообменных аппаратов поверхностного типа – преимущественно водоводяных подогревателей в системах теплоснабжения и горячего водоснабжения.
Известно, что в конвективных теплообменниках каналы для прохода горячего и холодного рабочих тел выполнены в виде гладкостенных труб (RU 2150644, F28D 7/00, опубл. 10.06.2000).
Недостатком известного устройства является то, что при течении загрязненной жидкости на теплообменной поверхности оседают взвешенные вещества, что ухудшает теплообмен.
Известны теплообменники, в каналах  которых для интенсификации теплообмена размещены сложные поверхности – турболизаторы (SU 1383083, F28F 1/40, F28F 13/02,  опубл. 23.03.1988).
Недостатком известного устройства является сложность изготовления.
Известны теплообменники, которые содержат резиновые поршни, полимерные щетки, металлические ерши, специально вращающееся турбинки  или сверла для очистки теплопередающих поверхностей (RU 2130155, F28D 7/02, F28G 7/00,  опубл. 10.05.1999).
Недостатком этих устройств является то, что при механической очистке возможно частное повреждение теплопередающих поверхностей, что ускоряет коррозию, а кроме того для очистки необходима остановка и разборка теплообменника.
Известен теплообменник, содержащий кожух с подводящим и отводящим патрубками нагреваемого контура, трубчатую систему в виде змеевика, с подводящим и отводящим патрубками греющего контура, соединенным с кожухом. Змеевик, выполненный в виде конуса, расположен вертикально по центру в шарнирных опорах, закрепленных жестко на кожухе. Ударный узел установлен после отводящего патрубка греющего контура и соединен с электроприводом (RU 2680768, F28G 13/00, F28D 7/01, опубл. 26.02.2019).
Недостатком известного устройства является ограничение движения конусного змеевика при воздействии на него гидравлического удара и вследствие этого недостаточно высокая эффективность теплопередачи.
Технический результат заключается в повышении коэффициента теплопередачи в теплообменнике между греющей и нагреваемой средой, снижении металлоемкости и упрощении конструкции, самоочищения теплопередающей поверхности.
Сущность изобретения заключается в том, что теплообменник содержит кожух с подводящим и отводящим патрубками нагреваемого контура, трубчатую систему в виде змеевика, расположенного по центру кожуха, с подводящим и отводящим патрубками греющего контура, соединенными с кожухом, ударный узел, установленный после отводящего патрубка греющего контура и соединенный с электроприводом. Змеевик выполнен в виде цилиндра, к входу и выходу которого припаяны поршни, установленные соответственно в нижней и верхней камерах, а в верхней камере дополнительно расположена пружина.
На чертеже показан общий вид теплообменника.
Теплообменник содержит кожух 1 с подводящим 2 и отводящим 3 патрубком для нагреваемого контура, подводящий патрубок 4 греющего контура, соединенный  с верхней камерой 5, внутри которой расположен поршень 6, соединенный с цилиндрическим змеевиком 7, находящимся в  кожухе 1. Нижний конец цилиндрического змеевика 7 соединен с поршнем 8 нижней камеры 9, соединенной с отводящим патрубком греющего контура 10, связанного с ударный узлом 11 и электроприводом 12. В верхней камере 5 дополнительно установлена пружина 13.
Теплообменник работает следующим образом. Перед началом работы кожух теплообменника 1 через подводящий патрубок 2 заполняется подогреваемой жидкостью, через отводящий патрубок 3 будет сливаться нагретая до определенной температуры подогреваемая жидкость. Цилиндрический змеевик 7, через припаянные  поршни 6 и 8, установленные соответственно в верхней 7 и нижней 9 камерах поддерживается в вертикальном положении, заполняется греющей жидкостью и остается неподвижным. При осуществлении пуска электропривода 12 клапан ударного узла 11 открывается. При открытом клапане ударного узла 11 поток греющей жидкости проходит через  подводящий патрубок 4, верхнюю камеру 5, полый поршень верхней камеры 6, цилиндрический змеевик 7, поршень нижней камеры 8, нижнюю камеру 9, отводящий патрубок 10, ударный узел 11 с электроприводом 12 и далее в систему теплоснабжения. Проходя через цилиндрический змеевик 7 греющая жидкость отдает тепло подогреваемой жидкости, находящейся в кожухе 1. Дальнейшее вращение электропривода 12 приводит к резкому закрытию клапана ударного узла 11. Резкое закрытие клапана ударного узла 11 создает гидроудар. Прямая волна гидравлического удара сопровождается переходом кинетической энергии потока в потенциальную энергию вследствие частичного сжимания жидкости и стенок трубопроводов. Далее запасенная кинетическая энергия при обратной волне гидравлического удара переходит в кинетическую энергию и некоторое время поток с ускорением   движется в обратную сторону. Ускоренное реверсивное движение потока  вызывает в цилиндрическом змеевике 7 центробежную силу, тангенциальная и осевая составляющие которой будут поднимать по оси  и закручивать цилиндрический змеевик 7 на некоторый угол. По прекращению воздействия обратной волны гидроудара цилиндрический змеевик 7 опускается в исходное состояние под действием пружины 13.
Величина осевого перемещения и угла закручивания цилиндрического змеевика будут определяться частотой прерывания потока. Наибольшая эффективность теплопередачи соответствует частоте прерывания греющей среды с частотой 1-2 Гц.
По сравнению с известным решением предлагаемое позволяет повысить коэффициент теплопередачи в теплообменнике между греющей и нагреваемой средой, снизить металлоемкость конструкции, упростить конструкцию и повысить эффект самоочищения теплопередающей поверхности.