Водо-водяной 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 отопительный прибор, включающий, по крайней мере, два нагревательных элемента с двухсторонним пропуском через них теплового носителя через вход и выход для конвективной передачи тепла во внешнюю среду, ударный клапан, закрепленный в пульсаторе, установленный на выходе теплоносителя и демпферно-упругие элементы, причем нагревательные элементы сообщены между собой через демпферно-упругие элементы с  образованием воздушного зазора, обеспечивающие смещение нагревательных элементов в вертикальном и горизонтальном направлении относительно друг друга (RU 141724, МПК F24Н 3/00, опубл. 10.06.2014).
Среди недостатков известной конструкции следует отметить отсутствие возможности регулирования степени упругости конструкции под различные параметры импульсно-колеблющегося движения теплоносителя, а также неприменимость указанного технического решения в качестве водо-водяного теплообменника.
Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков является отопительный прибор, который включает, по меньшей мере, два нагревательных элемента 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. 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. Дополнительно содержит, по меньшей мере, два присоединительных патрубка, два крана, воздухоотводчик и гидравлический аккумулятор, на котором установлен штуцер с золотником для подачи в него воздуха. 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 (RU 181734, МПК F24H 3/00, опубл. 26.07.2018).
Недостатком прототипа является отсутствие технической возможности  использования устройства в качестве водо-водяного теплообменника.
Технический результат заключается в повышении энергетической эффективности водо-водяного теплообменника за счет создания конструкции с колеблющейся поверхностью теплообмена.
Технический результат достигается тем, что водо-водяной теплообменник включает, по меньшей мере, два нагревательных элемента 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, по меньшей мере, 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. Кожух выполнен в виде гидравлически изолированной емкости. Конструкция дополнительно содержит входной и выходной патрубки нагреваемой среды и сливной кран. Входной и выходной патрубки подключены к кожуху с возможностью пропуска через него нагреваемой среды. А сливной кран подключен к объединенным выходам присоединительных патрубков с наружной стороны кожуха.
На чертеже представлена конструкция водо-водяного теплообменника.
Водо-водяной теплообменник включает, по меньшей мере, два нагревательных элемента 1 с возможностью конвективной передачи тепла во внешнюю среду с двухсторонним пропуском через них теплоносителя через входной 2 и выходной 3 патрубки, демпферно-упругие элементы 4, кожух 5, по меньшей мере, два ролика 6 на каждый нагревательный элемент 1, двое направляющих салазок 7, пульсатор потока 8, по меньшей мере, два присоединительных патрубка 9, два крана 10, воздухоотводчик 11 и гидравлический аккумулятор 12, на котором установлен штуцер с золотником 13 для подачи в него воздуха. Нагревательные элементы 1 установлены внутри кожуха 5 друг за другом с образованием воздушного зазора и сообщены между собой через демпферно-упругие элементы 4. Входной 2 и выходной 3 патрубки, жестко закрепленные с кожухом 5, подключены к нагревательным элементам 1 через демпферно-упругие элементы 4. Ролики 6 установлены на торцах нагревательных элементов 1 с возможностью вращения и вставлены в направляющие салазки 7, которые жестко закреплены на кожухе 5 параллельно осям деформации демпферно-упругих элементов 4. Пульсатор потока 8 установлен на выходе выходного патрубка 3. Прогнозируемые оси деформации всех демпферно-упругих элементов 4 расположены параллельно. Присоединительные патрубки 9 жестко закреплены с кожухом 5 симметрично входному 2 и выходному 3 патрубкам и входами соединены через демпферно-упругие элементы 4 с кранами 10, которые расположены внутри кожуха 5 соосно демпферно-упругим элементам 4 и подключены к нагревательному элементу 1, наиболее удаленному от входного 2 и выходного 3 патрубков. Выходы присоединительных патрубков 9 объединены гидравлическим аккумулятором 12, на котором установлен штуцер с золотником 13, и подключены к воздухоотводчику 11, установленному в высшей точке конструкции. Кожух 5 выполнен в виде гидравлически изолированной емкости. Конструкция дополнительно содержит входной 14 и выходной 15 патрубки нагреваемой среды и сливной кран 16. Входной 14 и выходной 15 патрубки подключены к кожуху 5 с возможностью пропуска через него нагреваемой среды. А сливной кран 16 подключен к объединенным выходам присоединительных патрубков 9 с наружной стороны кожуха 5.
Водо-водяной теплообменник работает следующим образом. Сначала входной патрубок 2 подключают к трубопроводу подачи  греющего теплоносителя, а выходной патрубок 3 через пульсатор потока 8 – к трубопроводу слива греющего теплоносителя (на чертеже трубопроводы подачи и слива теплоносителя не указаны). Входной 14 и выходной 15 патрубки нагреваемой среды   подключаются  соответственно к источнику и приемнику нагреваемой среды (на чертеже не представлены). Затем осуществляют заполнение всех нагревательных элементов 1 теплообменника и связывающих их демпферно-упругих элементов 4  греющим теплоносителем через входной патрубок 2 и (или) через выходной патрубок 3. Внутренняя полость кожуха 5 заполняется нагреваемым теплоносителем  через входной 14 и (или) выходной 15 патрубки нагреваемой среды. При этом краны 10 должны быть закрыты на этапе сборки конструкции теплообменника или заменены заглушками, которые обеспечат идентичную схожесть представленного технического решения. Через сливной кран 16 обеспечивают заполнение присоединительных патрубков 9 и соответствующей полости гидравлического аккумулятора рабочей жидкостью (например, маслом или водой). При этом воздух удаляется через воздухоотводчик 11. После этого через штуцер с золотником 13 в гидравлический аккумулятор 12 закачивается воздух под давлением, достаточным для аккумулирования амплитуды повышения давления со стороны греющего теплоносителя, который будет циркулировать через нагревательные элементы импульсно от работы пульсатора потока 8. Затем обеспечивается циркуляция теплоносителя через входной 2 и выходной 3 патрубки и при помощи пульсатора потока 8, установленного на выходном патрубке 3, генерируются периодические импульсы количества движения греющего теплоносителя – локальные гидравлические удары. Волна повышения давления в момент гидравлического удара от выходного патрубка 3 распространяется к входному патрубку 2 подачи греющего теплоносителя в нагревательные элементы 1 и за счет податливости демпферно-упругих элементов 4 на линейное расширение, а также вращения роликов 6 в направляющих салазках 7, способствует организации движения нагревательных элементов 1 относительно кожуха 5 и заполняющей его нагреваемой среды при интенсификации теплообмена. В этих условиях демпферно-упругие элементы 4, посредством которых нагревательные элементы 1 подключены к входному 2 и выходному 3 патрубкам, а также расположенные между нагревательными элементами 1, будут растягиваться. Демпферно-упругие элементы 4, расположенные между кранами 10 и присоединительными патрубками 9, будут сжиматься в результате демпфирования избыточного давления греющей среды, воздействующего на них со стороны нагревательных элементов 1, гидравлическим аккумулятором 12. После поглощения импульса количества движения греющего теплоносителя и в результате того, что пульсатор потока 8 откроет проходное сечение выходного патрубка 3, все демпферно-упругие элементы 4 за счет воздействия сжатого воздуха в гидравлическом аккумуляторе 12 примут свою начальную форму. При этом нагревательные элементы 1 с роликами 6 займут исходное положение в направляющих салазках 7 относительно кожуха 5. При этом будет обеспечена интенсификация теплообмена от импульсного движения нагревательных элементов 1 в нагреваемой среде, а в нагревательные элементы 1 поступит новая порция греющего теплоносителя по входному патрубку 2. С последующим циклом повышения давления греющего теплоносителя от периодического перекрытия сечения выходного патрубка 3 пульсатором потока 8, процесс работы теплообменника повторится в описанной выше последовательности и будет продолжаться до тех пор, пока будет присутствовать импульсная циркуляция греющего теплоносителя через входной 2 и выходной 3 патрубки. В результате использования предлагаемой конструкции водо-водяного теплообменника достигается эргономичность и точность настройки степени упругости конструкции под различные параметры импульсно-колеблющегося потока теплоносителя от изменения давления воздуха в гидравлическом аккумуляторе. При этом регулирование степени податливости конструкции может быть обеспечено без остановки работы отопительного прибора. Колебательное движение поверхности теплообмена водо-водяного теплообменика позволяет реализовать эффективное использование температурного напора греющего теплоносителя в условиях интенсифицированного теплообмена с нагреваемым теплоносителем. В результате использования данной конструкции водо-водяного теплообменника обеспечивается интенсифицированный теплообмен между греющей и нагреваемой средой в условиях генерируемых колебаний разграничивающей их теплопередающей поверхности. Эргономичность и точность настройки степени упругости конструкции под различные параметры импульсно-колеблющегося потока теплоносителя достигается путем изменения давления воздуха в гидравлическом аккумуляторе, а регулирование степени податливости конструкции может осуществляться без остановки работы теплообменника.
По сравнению с известным решением предлагаемое позволяет повысить энергетическую эффективность водо-водяного теплообменника за счет создания конструкции с колеблющейся поверхностью теплообмена.