Теплообменный аппарат с саморегулируемой площадью поверхности нагрева
HEAT EXCHANGER WITH SELF-REGULATED HEATING SURFACE

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в энергетическом, нефтехимическом и пищевом машиностроении. Оно может быть использовано в двигателестроении, а в частности в системах смазки, охлаждения и системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС) при регулировании и поддержании оптимальных температурных режимов.
Известен теплообменник (а.с. №60223, кл.F28 D7/00, опубл.07.06.85 г.), содержащий камеры для теплоотдающей и тепловоспринимающей сред, разделенные составной трубной решеткой, в которой закреплены пакеты тепловых труб; пучка стержней, установленных в межтрубном пространстве с возможностью перемещения при помощи привода. При этом камера для тепловоспринимающей среды снабжена установленными на входе последней электроконтактным манометром, соединенным через регулятор с приводом перемещения пучка стержней.
Недостатком этого теплообменника является сложность конструкции, большая трудоемкость изготовления и невозможность его использования в автотракторных ДВС.
Известен теплообменник (а.с. №1101661, кл.F28 D15/00, опубл.07.07.84 г.), содержащий камеры для теплоотдающей и тепловоспринимающей сред, разделенные составной трубной решеткой с направляющими, в которых закреплен пакет тепловых труб с возможностью осевого перемещения при помощи привода, камера для теплоотдающей среды на выходе снабжена электроконтактным термометром, соединенный через регулятор с приводом перемещения пакета тепловых труб.
Недостатком этого теплообменника является большая трудоемкость изготовления конструкции и необходимость применения промежуточного высоколетучего теплоносителя в тепловых трубках, а также из-за невозможности его использования в транспортных энергетических установках.
Известен теплообменник (а.с. №932183, кл.F28 D7/08, опубл. 30.05.82 г.), содержащий теплообменную поверхность, выполненную в виде змеевика с прикрепленным к нему экраном; теплообменная поверхность разделена на секции и снабжена коллекторными трубами, секции соединены между собой посредством гибких стяжек, а экран выполнен с продольными гофрами.
Недостатками данного теплообменника являются большие габаритные размеры и металлоемкость конструкции, а также невозможности его использования в транспортных энергетических установках.
Наиболее близким к изобретению является теплообменник (а.с. №1590920, кл.F28 D15/00, опубл.07.09.90 г.), содержащий телескопически установленные одна в другую тепловые трубы с подвижной внутренней из них, введенной в полость вала, и подвижной наружной частью, жестко закрепленной на валу и соединенной с подвижной частью посредством пружины, размещенной внутри трубы.
Недостатком данного теплообменника является применение высокотоксичных веществ в качестве охлаждающих сред, значительные потери мощности на привод теплообменника, большая трудоемкость изготовления и дороговизна в эксплуатации, а также невозможности его использования в транспортных энергетических установках.
Цель изобретения – разработка теплообменного аппарата с изменяемой площадью поверхности, применение которого возможно в ДВС и обеспечит саморегулирование процесса теплообмена и повышение его эффективности в зависимости от нагрузочных и скоростных режимов работы двигателя.
Указанная цель достигается тем, что, в теплообменном аппарате с саморегулируемой площадью поверхности нагрева, содержащем впускной штуцер, корпус, выпускной штуцер, трубку(и) нагревателя с поверхностью нагрева, крышку, нагрев холодного теплоносителя происходит самопроизвольно за счет саморегулируемого увеличения поверхности нагрева трубки(ок) нагревателя путем перемещения вниз, вдоль трубки(ок) нагревателя, поршня посредством пружины, предварительное сжатие которой регулируется через упорную шайбу с помощью регулировочной гайки, а уменьшение поверхности нагрева и полное отключение нагрева обеспечивается применением штока, отключающего подачу горячего теплоносителя.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. Теплообменный аппарат с саморегулируемой площадью поверхности нагрева (фиг.1) включает в себя: впускной штуцер 1; полость "А"; поршень 2; корпус 3; пружину 4; полость "В"; упорную пластину 5 с отверстием 6; сливной штуцер 7; внутреннюю 8 и наружную 9 манжету; выпускной штуцер 10; трубка(и) нагревателя 11; крышку 12; нижнюю 13 и верхнюю 14 гайки; нагревающую поверхность 15; регулировочную гайку 16; шток 17; провод 18.
Теплообменный аппарат работает следующим образом.
При работе энергетической установки холодный теплоноситель, например топливо, под давлением по впускному штуцеру 1 поступает в полость "А" (см. фиг.1). Холодный теплоноситель (при температуре от -30 (зимой) до +30ºС (летом)) заполняет полость "А" и одновременно и под действием силы тяжести воздействует на поршень 2 установленный в корпусе 3 теплообменного аппарата. Поршень начинает перемещаться вниз сжимая пружину 4, установленную в полости "В" теплообменного аппарата на упорной пластине 5, имеющей отверстие 6 для сброса через сливной штуцер 7 просочившегося в полость "В" топлива из-за недостаточно герметичного уплотнения поршня 2 внутренней 8 и наружной 9 манжетой. Холодное топливо плохо подается через выпускной штуцер 10 к энергетической установке и постепенно по максимуму заполняет полость "А" теплообменного аппарата. Внутри теплообменного аппарата расположены трубка(и) нагревателя 11, которая может быть выполнена в виде теплоэлектронагревателя(ей) (ТЭН) или полой(ых) трубок для подачи внутрь трубки(ок) нагревателя горячего теплоносителя. Трубка(и) нагревателя закрепляется в крышке 12 теплообменного аппарата нижней 13 и верхней 14 гайками. По мере наполнения полости "А" увеличивается высота, а вместе с ней и нагревающая поверхности 15 трубок(ки). Холодный теплоноситель, по мере увеличения нагревающей поверхности, подогревается и изменяет величину своей плотности и уменьшает свой вес, воздействующий на поршень 2 и пружину 4, которая начинает, при нагреве холодного теплоносителя, поднимать поршень 2 вверх и выдавливать нагретый теплоноситель (топливо) из полости "А" в выпускной штуцер 10, осуществляя тем самым саморегулирование оптимальной температуры холодного теплоносителя. Для регулирования оптимальной температуры нагрева холодного теплоносителя в теплообменном аппарате установлена регулировочная гайка 16, с помощью которой можно изменять предварительное сжатие пружины 4. При достижении оптимальной температуры нагрева холодного теплоносителя, поршень поднимаясь в верх и занимает такое положение, при котором он касается штока 17, соединенного по средствам провода 18 с системой подачи горячего теплоносителя через впускной штуцер 1 и отключающего нагрев горячего теплоносителя или электрического тока нагрева в трубке(ах) нагревателя 11.