ТЕПЛООБМЕННИК

Полезная модель относится к теплоэнергетике и может быть использована в конструкциях рекуперативных теплообменных аппаратов поверхностного типа - преимущественно водо-водяных подогревателей для целей приготовления горячей воды, а также к химической промышленности, где может быть применено в цепи технологических процессов для производства продукции химической отрасли.
Известен теплообменник, содержащий трубчатый кожух с подводящим и отводящим патрубками с закрепленной внутри него трубчатой системой с подводящим и отводящим патрубками. Трубчатая система соединена с ее подводящим и отводящим патрубками через демпферно-упругие элементы, ограничитель хода вынужденных колебаний установлен на внутренней поверхности трубчатого кожуха, а ударный узел - в отводящем патрубке трубчатой системы (RU №95814, МПК F28F 1/00, F28F 13/08 опубл. 10.07.2010 г.).
Недостатком известного технического решения является относительная сложность конструкции и относительно малая эффективность турбулизации греющего и нагреваемого потоков относительно поверхности теплообмена, обусловленная траекторией хода трубчатой системы.
Известен теплообменник, содержащий кожух с подводящим и отводящим патрубками, с закрепленной внутри него трубчатой системой с подводящим и отводящим патрубками, демпферно-упругие элементы, ударный узел. Трубчатая система выполнена из двух и более змеевиковых труб с прямолинейными начальными и конечными участками, ударный узел выполнен с каналом выхода, коромыслом с осью качения и каналами входа с ударными клапанами на штоках в количестве змеевиковых труб. Каждый из каналов входа соединен с каналом выхода через расположенные в них ударные клапаны на штоках, которые установлены с возможностью возвратно-поступательного движения между каналами входа и каналом выхода ударного узла и связанных с плечами коромысла, расположенного с осью качения в канале выхода ударного узла. Прямолинейные начальные участки змеевиковых труб трубчатой системы подключены к подводящему патрубку трубчатой системы через демпферно-упругие элементы, а прямолинейные конечные участки змеевиковых труб подключены к соответствующим каналам входа ударного узла (RU №2476800, МПК F28D 7/02, F28F 9/24, F28G 7/00 опубл. 27.02.2013).
Недостатком известной конструкции является относительно низкая надежность работы устройства, обусловленная тем, что колебания, генерируемые ударным узлом в змеевиковых трубах, приводят к излому и выходу из строя их конечных участков.
Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков является теплообменник, включающий кожух с подводящими и отводящими патрубками у греющего и нагреваемого контуров, внутри которого расположен змеевик, жестко установленный на гидромеханическом преобразователе, имеющем боковой отвод, соединенный с нижним фланцем и с отводящим патрубком греющего контура с помощью трубы или шланга, при этом концы змеевика посредством шлангов соединены с подводящим и отводящим патрубками греющего контура. Гидромеханический преобразователь содержит корпус с крышкой, между которыми жестко зажаты концы мембраны, прижатой с помощью возвратной пружины к диску, жестко соединенному со штоком (RU №136551, МПК F28F 1/00, опубл. 10.01.2014 г.).
Недостатками известной конструкции являются нерациональные потери тепловой энергии на участке от бокового отвода до отводящего патрубка греющего контура, неконтролируемая амплитуда перемещения змеевика в случае предельных значений гидравлического удара может привести к выходу устройства из строя, отсутствие возможности настройки работы теплообменника на различные параметры импульсной системы теплоснабжения.
Технический результат заключается в повышении надежности конструкции при увеличении эффективности работы теплообменника от уменьшения нерациональных потерь тепла за счет интенсификации теплообмена между греющей и нагреваемой средами в условиях импульсной циркуляции греющего теплоносителя.
Технический результат достигается тем, что в теплообменнике, содержащем кожух с подводящими и отводящими патрубками греющего и нагреваемого контуров, внутри которого расположен змеевик, соединенный посредством шлангов с подводящим патрубком греющей среды и боковым отводом гидромеханического преобразователя, между полым корпусом и крышкой которого зажата мембрана, прижатая к диску со штоком, жестко соединенным с нижней частью змеевика, полый корпус гидромеханического преобразователя подключен к отводящему патрубку греющего контура. Гидромеханический преобразователь и соединение посредством шлангов его бокового отвода со змеевиком расположены внутри кожуха. С внешней стороны кожуха дополнительно выведены воздушный ресивер с краном и пневмомеханический преобразователь, между полым корпусом и крышкой которого зажата мембрана, закрепленная к второму диску со штоком, который жестко связан с верхней частью змеевика, причем полый корпус пневмомеханического преобразователя закреплен к воздушному ресиверу, а также ограничители хода, установленные с внутренней стороны кожуха напротив верхней части змеевика.
На (фиг. 1) изображен теплообменник, содержащий кожух 1 с подводящим 2 и отводящим 3 патрубками греющего контура, подводящим 4 и отводящим 5 патрубками нагреваемого контура. Внутри кожуха 1 расположен змеевик 6, соединенный посредством шлангов 7 с подводящим патрубком 2 греющей среды и боковым отводом 8 гидромеханического преобразователя 9. Полый корпус 10 гидромеханического преобразователя 9 подключен к отводящему патрубку 3 греющего контура. Между полым корпусом 10 и крышкой 11 гидромеханического преобразователя 9 зажата мембрана 12, прижатая к диску со штоком 13, жестко соединенному с нижней частью змеевика 6. На внешнюю сторону кожуха 1 выведены воздушный ресивер 14 с краном 15 и пневмомеханический преобразователь 16, между полым корпусом 17 и крышкой 18 которого зажата мембрана 19, закрепленная ко второму диску со штоком 20, который жестко связан с верхней частью змеевика 6, причем полый корпус 17 пневмомеханического преобразователя 16 закреплен к воздушному ресиверу 14. Ограничители хода 21 установлены с внутренней стороны кожуха 1 напротив верхней части змеевика 6.
Теплообменник (фиг. 1) работает следующим образом. Изначально устройство подключается посредством подводящего 2 и отводящего 3 патрубков греющей среды к источнику теплоты с импульсной подачей теплоносителя (на фиг. 1 не указан), а посредством подводящего 4 и отводящего 5 патрубков нагреваемой среды включается в систему теплопотребления (на фиг. 1 не указана). Импульсная подача греющего теплоносителя достигается за счет использования пульсатора (на фиг. 1 не указан), который организует пульсацию скорости и давления в греющей среде. Возникающая при этом полная или неполная волна гидравлического удара преобразуется в кинетическую энергию движения змеевиковой трубы 6 (в данном случае вверх) за счет мембраны 12 гидромеханического преобразователя 8, которая, поглощая избыточное давление в момент гидравлического удара, прогибается и перемещает связанный с ней диск со штоком 13 относительно полого корпуса 10 и крышки 11. Это перемещение передается змеевиковой трубе 6. Возврат змеевиковой трубы 6 в исходное положение осуществляется за счет воздуха, находящегося под давлением в воздушном ресивере 14, который, воздействуя на мембрану 19 пневмомеханического преобразователя 16, зажатую между его полым корпусом 17 и крышкой 18, перемещает закрепленный к ней второй диск со штоком 20, связанный с верхней частью змеевика 6. Кран 15 обеспечивает возможность создания требуемого давления в воздушном ресивере 14, что позволяет произвести настройку амплитуды колебания змеевиковой трубы 6 под конкретные параметры греющего теплоносителя и создаваемого гидравлического удара. Шланги 7 обеспечивают возможность перемещения змеевиковой трубы 6 относительно кожуха 1, а ограничители хода 21, выполненные из амортизационного материала, выполняют роль демпфера при избыточной амплитуде ее хода, защищая кожух 1 от разрушения.
В результате использования данной конструкции теплообменника обеспечивается интенсификация теплообмена между греющей и нагреваемой средами в условиях импульсной циркуляции греющего теплоносителя при сохранении чистоты теплопередающей поверхности стенок змеевика и уменьшении нерациональных потерь тепла в элементах его конструкции.