Импульсный нагнетатель-теплообменник

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована в системах теплопотребления для удовлетворения тепловой нагрузкой  абонентов, подключенных по независимой схеме или подогрева горячей воды.
Известен импульсный нагнетатель в составе водоподъемного устройства, содержащий питательную трубу с установленными на ней ударным клапаном и эластичной диафрагмой, а также обратные клапаны входа и выхода, дополнительно введены вентиль, сильфон и нагнетатель, соединенный с одной стороны с питательной трубой через эластичную диафрагму, а с другой - с обратными клапанами входа и выхода. Вентиль установлен на выходе ударного клапана и механически связан с сильфоном, гидравлически соединенным с питательной трубой, а между эластичной диафрагмой и нагнетателем установлена пружина (RU 99553, МПК F04F 7/00, опубл. 22.06.2010).
Недостатками известного решения является склонность мембраны к разрыву, в результате чего может наступить случай аварийного смешивания рабочей и нагнетаемой сред, а также отсутствие возможности осуществления процесса их взаимного теплообмена.
Известен 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, при этом сверху профилированный канал закрыт дном диафрагмы, которое выполнено из пластины высокотеплопроводящего материала (RU 167942, МПК F24D 3/00, F28D 9/04, F04F 7/00, опубл. 12.01.2007).
Недостатком известной конструкции является ее относительная сложность, а также то, что плоская подвижная стенка поверхности теплообмена недостаточно эффективно осуществляет процесс теплообмена между греющей и нагреваемой средой.
Наиболее близким техническим решением к заявленному устройству является импульсный нагнетатель-теплообменник, включающий трубопровод рабочей среды с ударным клапаном (узлом) и полый корпус с расположенной в нем пружиной и подключенными к его внутренней полости обратными клапанами входа и выхода нагнетаемой среды, причем демпфер из трехслойного материала нержавеющей стали, установленный внутри полого корпуса, сжат пружиной и подключен к трубопроводу рабочей среды (RU 171325, МПК F24D 3/00, опубл.  29.05.2017).
Среди недостатков известного устройства следует отметить относительно низкую эффективность теплообмена между греющей и нагреваемой средой, обусловленную недостаточно развитой поверхностью теплообмена демпфера, а также небольшую нагнетательную производительность.
Технический результат  заключается в повышении эффективности теплообмена между греющей и нагреваемой средой в условиях импульсно-колеблющейся поверхности теплообмена при увеличении нагнетательной производительности устройства от использования импульсов количества движения рабочей (греющей или нагреваемой) среды.
Технический результат достигается за счет того, что импульсный нагнетатель-теплообменник включает трубопровод рабочей среды с ударным узлом и полый корпус с расположенной в нем пружиной и подключенными к его внутренней полости обратными клапанами входа и выхода нагнетаемой среды. Демпфер из трехслойного теплопроводящего материала установлен внутри полого корпуса, сжат пружиной и подключен к трубопроводу рабочей среды. Дополнительно содержит второй демпфер из трехслойного теплопроводящего материала, глухую перегородку и коллектор. Второй демпфер из трехслойного теплопроводящего материала установлен внутри полого корпуса и подключен к трубопроводу рабочей среды параллельно первому демпферу. Глухая перегородка установлена в трубопроводе рабочей среды между подключенными демпферами. Коллектор установлен внутри полого корпуса и соединен с демпферами, а пружина установлена между коллектором и полым корпусом.
На чертеже представлен импульсный нагнетатель-теплообменник.
Импульсный нагнетатель-теплообменник включает трубопровод рабочей среды 1 с ударным узлом 2, полый корпус 3, с расположенной в нем пружиной 4 и подключенными к его внутренней полости обратными клапанами входа 5 и выхода 6 нагнетаемой среды, первый демпфер 7 из трехслойного теплопроводящего материала, установленный внутри полого корпуса 3, подключенный к трубопроводу рабочей среды 1. Второй демпфер 8 из трехслойного теплопроводящего материала установлен внутри полого корпуса 3 и подключен к трубопроводу рабочей среды 1 параллельно первому демпферу 7. Глухая перегородка 9 установлена в трубопроводе 1 рабочей среды между подключенными демпферами 7 и 8. Коллектор 10 установлен внутри полого корпуса 3 и соединен с демпферами 7 и 8, а пружина 4 установлена между коллектором 10 и полым корпусом 3.
Импульсный нагнетатель-теплообменник работает следующим образом. Сначала осуществляют настройку жесткости пружины 4 на обеспечение необходимой высоты всасывания нагнетаемой среды, поступающей через обратный клапан 5 входа нагнетаемой среды и обратный клапан 6 выхода нагнетаемой среды. При этом первый демпфер 7 и второй демпфер 8 из трехслойного теплопроводящего материала окажутся  в сжатом состоянии от воздействия силы упругости пружины 4  на коллектор 10. Демпферы 7 и 8 в таком положении будут занимать минимум пространства внутри полого корпуса 3.
Обратный клапан входа 5 нагнетаемой среды связывают с  ее источником  (на чертеже не указан), обратный клапан выхода 6 нагнетаемой среды связывают с ее приемником (на чертеже не указан).  Трубопровод рабочей (например, греющей) среды 1 соединяют с ее источником и приемником (на чертеже не указаны), причем приемник рабочей среды должен располагаться со стороны выхода ударного клапана 2. При этом рабочая среда, благодаря наличию глухой перегородки 9 будет последовательно проходить через первый демпфер 7, коллектор 10 и второй демпфер 8 к ударному узлу 2.
После этого осуществляют подачу рабочей среды (например, греющего теплоносителя), которая при определенной скорости истечения из ударного узла 2 автоматически закрывает его. В результате этого возникает гидравлический удар, положительная волна распространения которого  (избыточное давление) преодолевает силу сжатия пружины 4 со стороны коллектора 10 и растягивает демпферы 7 и 8, наполняя их рабочей (греющей) средой в этом растянутом состоянии. Нагнетаемая (нагреваемая) жидкость, находящаяся в полом корпусе 3, в результате этого вытесняется через обратный клапан выхода 6.
Открытие ударного узла 2 происходит автоматически при смене положительной волны гидравлического удара на отрицательную и сопровождается исходным сжатием демпферов 7 и пружиной 4 через коллектор 10. При этом в полый корпус 3  через обратный клапан входа 5 нагнетаемой среды поступит новая ее порция для нагревания и нагнетания в последующем цикле гидравлического удара, генерируемого ударным узлом 2.
Так как демпферы 7 и 8, а также коллектор 10  выполнены из высокотеплопроводного материала, то между рабочей средой и нагнетаемой осуществляется процесс теплопередачи, дополнительно интенсифицируемый импульсным движением поверхности теплопередачи, что позволяет совместить в единой конструкции и теплообменник, и нагнетатель.
По сравнению с известным решением предлагаемое позволяет повысить эффективность теплообмена между греющей и нагреваемой средой в условиях импульсно-колеблющейся поверхности теплообмена при увеличении нагнетательной производительности устройства от использования импульсов количества движения рабочей (греющей или нагреваемой) среды.