Теплообменник
Заявленное изобретение относится к теплообменным аппаратам и может быть использовано в теплообменниках с первичным и вторичным контурами, содержащих вентиль для управления потоком теплоносителя. Задачей заявленного изобретения является создание компактного теплообменника. Для решения поставленной задачи теплообменник, содержащий корпус с первичным контуром между входным соединением и соединением обратного трубопровода и вторичным контуром между подводящим соединением и отводящим соединением, содержит вентиль для управления потоком теплоносителя через первичный контур и исполнительное устройство с расширяющимся элементом, расположенным в области отводящего соединения, на который воздействует температура на вторичном контуре. Вентиль и расширяющийся элемент находятся с противоположных сторон теплопередающей поверхности, через которую тепло от первичной стороны передается вторичной стороне, и теплообменник представляет собой пластинчатый теплообменник. При изменении температуры во вторичном контуре удлиняется или сжимается расширяющийся элемент, который связан с вентилем, который в свою очередь управляет расходом теплоносителя в первичном контуре. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к теплообменнику с корпусом, имеющим первичную сторону, содержащую первичный контур между входным соединением и соединением обратного трубопровода, и вторичную сторону, содержащую вторичный контур между подводящим соединением и отводящим соединением, имеющему вентиль для управления потоком теплоносителя через первичную сторону.
Подобный теплообменник применяют, например, в зданиях, где теплоснабжение осуществляется от централизованной тепловой сети. Теплоноситель из централизованной тепловой сети проходит по первичной стороне. Хозяйственная вода, поступающая от точки отбора, подключенной к отводящему соединению, нагревается, проходя по вторичной стороне теплообменника. Аналогично происходит при необходимости нагревать не хозяйственную воду, а воду системы отопления здания.
В случае, когда здание, снабжаемое от централизованной тепловой сети, относительно невелико, например небольшой дом на одну семью, желательно, чтобы теплообменник занимал как можно меньше места. Это, безусловно, возможно, но в ограниченных пределах. Требуется определенная система труб для подключения входного соединения и соединения обратного трубопровода централизованной тепловой сети. Подводящее соединение должно быть подключено к источнику хозяйственной воды, например к сети питьевой воды. Отводящее соединение должно быть подключено к трубопроводу горячей воды внутри отапливаемого помещения.
В патентном документе ЕР 0111673 В1 раскрыт теплообменник, представляющий собой масляный радиатор. Через первичную сторону радиатора проходит охлаждаемое масло. Первичная сторона находится во внутренней части корпуса. Там же расположены многочисленные трубы, образующие вторичную сторону теплообменника. По этим трубам проходит охлаждающая вода. Для регулирования расхода охлаждающей воды служит вентиль, клапанный элемент которого отводится от седла посредством элемента, выполненного из расширяющегося материала. Масляный радиатор, таким образом, управляет расходом через вторичную сторону, т.е. количеством, охлаждающей воды как функцией температуры потока на первичной стороне, т.е. температуры масла.
В основе изобретения лежит задача создания компактного теплообменника.
Задача решена посредством теплообменника вышеуказанного типа, содержащего вентиль, имеющий управляющее устройство с расширяющимся элементом, на который воздействует температура на вторичной стороне теплообменника.
В таком варианте исполнения становится возможным непосредственное управление вентилем, без какого-либо существенного увеличения объема помещения, требуемого для установки теплообменника. Расширяющийся элемент удлиняется при увеличении температуры и сжимается при понижении температуры. Такое температурное изменение управляет вентилем, который в свою очередь управляет расходом теплоносителя на первичной стороне. Зависимость при этом относительно простая. Если точка отбора, например кран горячей воды, открыта для отбора горячей хозяйственной воды, то холодная вода поступает в подводящее соединение. Как только более холодная вода достигает расширяющегося элемента, последний изменяет свой объем. Указанное изменение объема ведет к открытию вентиля. Открытие вентиля приводит к тому, что горячий теплоноситель проходит через первичную сторону и отдает свое тепло хозяйственной воде на вторичной стороне. Такая передача тепла приводит к соответствующему повышению температуры хозяйственной воды, что снова непосредственно регистрируется расширяющимся элементом. Происходящее таким образом увеличение объема расширяющегося элемента используется снова для прикрытия вентиля. Получается некоторый небольшой контур регулирования, который работает с относительно высокой скоростью и без каких-либо значительных конструктивных сложностей, т.е. способен работать вне корпуса теплообменника. Таким образом, с помощью относительно простых средств можно поддерживать температуру воды на вторичной стороне постоянной.
Здесь, предпочтительно, расширяющийся элемент расположен в области отводящего соединения. Таким образом, расширяющийся элемент в принципе регистрирует температуру хозяйственной воды, выходящей из теплообменника. Эта температура должна соответствовать заданному значению. В этом случае можно непосредственно использовать действие расширяющегося элемента, без учета необходимости дальнейшего подогрева хозяйственной воды за расширяющимся элементом по направлению движения потока.
Также предпочтительно, расширяющийся элемент соединен с вентилем непосредственно. При этом получается экономия за счет элементов, передающих усилие, например гидравлических передающих элементов в виде шланга или какой-либо другой линии или механического толкателя. Если расширяющийся элемент связан непосредственно с вентилем, то можно оптимально использовать рабочий объем внутри корпуса теплообменника.
Предпочтительно, расширяющийся элемент содержит несжимаемую среду. В этом случае имеет место однозначная зависимость перемещения от температуры, т.е. каждой температуре расширяющегося элемента соответствует его определенный объем, который может воздействовать на вентиль, не испытывая ответного воздействия. При сжимаемом газообразном наполнителе получается такая характеристика температура-усилие, при которой характеристика температура-перемещение зависит еще от внешних сил, действующих на вентиль.
Предпочтительно, расширяющийся элемент содержит воск или жидкость. Как воск, так и жидкость имеют несжимаемый характер. Изменения объема, которое получает воск или соответствующая жидкость при изменении температуры, достаточно, чтобы открыть или закрыть вентиль.
Особенно предпочтительно, если расширяющийся элемент в теплообменнике расположен параллельно направлению его рабочего перемещения. Изменяя положение расширяющегося элемента в теплообменнике, выполняют предварительную настройку. Это означает, что путем определенного положения расширяющегося элемента в теплообменнике устанавливают такое заданное значение температуры, которое должна иметь жидкость на отводящем соединении. Такого положения достигают, например, благодаря тому, что расширяющийся элемент ввинчен в корпус теплообменника на резьбе. Вращая расширяющийся элемент относительно оси вращения, достигают требуемого положения расширяющегося элемента.
Целесообразно также, если вентиль и исполнительное устройство расположены в корпусе на одинаковой высоте. При этом можно осуществлять короткие перемещения при незначительном влиянии температуры на передающие элементы между исполнительным устройством и вентилем.
Предпочтительно, вентиль расположен на входном соединении, а входное и отводящее соединения расположены рядом, на одном краю корпуса. Проще говоря, входное соединение и соединение обратного трубопровода, а также подводящее и отводящее соединения образуют четырехугольник, предпочтительно прямоугольный, причем оба контура проходят по диагонали. В этом случае входное и отводящее соединения выполнены с возможностью размещения с короткой стороны рассматриваемого четырехугольника, т.е. находятся достаточно близко друг к другу, при этом расстояние между исполнительным устройством и вентилем незначительно.
Предпочтительно, вентиль расположен в корпусе. В этом случае отпадает необходимость в дополнительном подпорном объеме за пределами корпуса.
Интеграция исполнительного устройства и вентиля в этом случае упрощается.
Предпочтительно, открывающая пружина действует на вентиль в направлении открытия, а расширяющийся элемент в направлении закрытия. Это относительно простой вариант управления, обеспечивающий непосредственное воздействие на вентиль без каких-либо преобразований направления. Если расширяющийся элемент с возрастанием температуры расширяется, то вентиль закрывается, чтобы уменьшить передачу тепла от первичной стороны вторичной стороне. Если температура на вторичной стороне понижается, расширяющийся элемент сжимается и вентиль открывается дальше, при этом к первичной стороне снова подводится большее количество тепла, которое затем передается на вторичную сторону, что приводит к соответствующему повышению температуры на вторичной стороне.
Теплообменник выполнен, предпочтительно, в виде пластинчатого теплообменника. Пластинчатый теплообменник имеет относительно большую теплопередающую поверхность. Он образован профилированными пластинами, которые частично примыкают друг к другу и частично находятся на расстоянии друг от друга, при этом поперечное сечение выполнено по типу сотовой конструкции. Здесь первичная сторона и вторичная сторона могут иметь практически одинаковые проходные сечения потоков так, что для первичной стороны и вторичной стороны можно применять, в принципе, одинаковые теплоносители.
Изобретение раскрыто ниже на предпочтительных примерах исполнения с использованием чертежей. Здесь приведены следующие чертежи:
фиг.1 - схема теплообменника;
фиг.2 - вид спереди теплообменника.
Теплообменник 1 имеет корпус 2, в котором находятся первичная сторона 3 и вторичная сторона 4. Первичная сторона 3 содержит первичный контур 5 между входным соединением 6 и соединением 7 обратного трубопровода. В первичном контуре 5 в направлении стрелки 8 проходит теплоноситель, например горячая вода из теплоцентрали.
Вторичная сторона 4 содержит вторичный контур 9 между подводящим соединением 10 и отводящим соединением 11. По вторичному контуру 9 теплоноситель проходит в направлении стрелки 12. Как видно из фиг.1, потоки в первичном контуре 5 и вторичном контуре 9 имеют встречное направление.
Пунктирная линия 13 обозначает теплопередающую поверхность, через которую тепло от первичной стороны, т.е. первичного контура 5, передается вторичной стороне 4, т.е. вторичному контуру 9, если на подводящее соединение 10 поступает холодная техническая вода, а на входное соединение 6 - горячая вода. Конечно, реальный теплообменник имеет не только изображенные в виде линий контуры 5, 9. Применяется, например, большое число гофрированных пластин, собранных таким образом, что в поперечном сечении они образуют каналы в виде сот, относящиеся попеременно к первичной стороне 3 и вторичной стороне 4. Конструкция такого теплообменника известна специалистам. Речь идет о пластинчатом теплообменнике, у которого теплопередающие поверхности достаточно большие относительно объема.
В первичном контуре 5 на первичной стороне 3 расположен вентиль 14, выполненный с возможностью воздействия на поток, проходящий через первичный контур 5. Вентиль 14 обеспечивает большую или меньшую величину потока или полностью перекрывает поток теплоносителя через первичный контур 5. Таким образом, одновременно регулируют количество тепла, подводимого к первичной стороне 3, и, в соответствии с этим, количество тепла, передаваемого вторичной стороне 4. Как только на вторичной стороне 4 отпадет необходимость в тепле, например, когда от отвода 11 не отбирается хозяйственная вода, вентиль 14 можно закрыть.
Вентиль, как схематически показано на фиг.1, установлен в корпусе 2, т.е. нет необходимости в каких-либо дополнительных элементах снаружи или сверлении дополнительных отверстий для подключения вентиля 14 к первичному контуру 5.
Вентиль 14 связан с исполнительным устройством 15, имеющим расширяющийся элемент 16. При взаимодействии расширяющегося элемента с наружной стенкой вторичного контура 9 возле отводящего соединения 11 происходит теплообмен, т.е. на расширяющийся элемент воздействует температура хозяйственной воды (другой нагретой жидкости), выходящей из теплообменника 1.
Расширяющийся элемент 16 в качестве расширяющейся среды содержит воск или несжимаемую жидкость. При таком расширяющемся элементе существует однозначная связь между температурой на отводящем соединении 11 и объемом, который занимает расширяющийся элемент. Расширяющийся элемент 16 может быть выполнен, например, в виде сильфонного элемента, действующего через схематически показанный стрелкой толкатель 18 на вентиль 14.
Вентиль 14 содержит открывающую пружину 17, действующую на вентиль 14 в направлении открытия. При отсутствии других внешних сил вентиль 14 нормально открыт. В соответствии с этим теплоноситель движется по первичному контуру 5 первичной стороны 3 таким образом, что тепло передается жидкости, находящейся во вторичном контуре 9. При этом расширяющийся элемент 16 нагревается и удлиняется. Это удлинение через толкатель 16 воздействует на вентиль 14 так, что вентиль прикрывается или закрывается совсем. Таким образом, получен небольшой контур регулирования, следящий за тем, чтобы температура воды (или другой жидкости), выходящей из отводящего соединения 11, всегда поддерживалась на заданном уровне, установленном заранее.
Для настройки заданного значения расширяющийся элемент 16 выполнен с возможностью незначительного перемещения в корпусе 2 в направлении своего действия. Это достигнуто, например, за счет того, что расширяющийся элемент 16 ввинчен в корпус 2, причем ось вращения соответствует направлению действия расширяющегося элемента. Если расширяющийся элемент ввинчивается глубже в корпус 2, то, например, при достаточно невысокой температуре на отводящем соединении 11 кран 14 закрывается.
На фиг.2 схематически представлен вид спереди теплообменника 1, где показаны отдельные позиции соединений. Те же элементы на фиг.1 обозначены теми же позициями.
На чертежах показано, что входное соединение 6, отводящее соединение 11, соединение 7 обратного трубопровода и подводящее соединение 10 образуют четыре вершины прямоугольника, причем входное соединение 6 и отводящее соединение 11 расположены рядом с короткой стороны прямоугольника. В соответствии с этим, входное соединение 6 и отводящее соединение 11 расположены очень близко друг к другу так, что толкатель 18 между расширяющимся элементом 16 и вентилем 14 имеет относительно небольшую длину.
Первичный контур 5, изображенный здесь сплошными линиями, проходит по диагонали. Вторичный контур 9, изображенный пунктирными линиями, проходит также по диагонали, причем, как показано выше, конструкция теплообменника 1 показана здесь схематично.
1. Теплообменник, содержащий корпус, имеющий первичную сторону, содержащую первичный контур между входным соединением и соединением обратного трубопровода, и вторичную сторону, содержащую вторичный контур между подводящим соединением и отводящим соединением, вентиль для управления потоком теплоносителя через первичную сторону и исполнительное устройство (15) с расширяющимся элементом (16), расположенным в области отводящего соединения (11), на который воздействует температура на вторичной стороне (4), отличающийся тем, что вентиль и расширяющийся элемент находятся с противоположных сторон теплопередающей поверхности, через которую тепло от первичной стороны передается вторичной стороне, и теплообменник представляет собой пластинчатый теплообменник.
2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что расширяющийся элемент (16) соединен непосредственно с вентилем (14).
3. Теплообменник по п.1 или 2, отличающийся тем, что расширяющийся элемент (16) содержит несжимаемую расширяющуюся среду.
4. Теплообменник по п.3, отличающийся тем, что расширяющаяся среда представляет собой воск или жидкость.
5. Теплообменник по любому из пп.1, 2 и 4, отличающийся тем, что расширяющийся элемент (16) расположен в теплообменнике (1) параллельно направлению рабочего перемещения.
6. Теплообменник по любому из пп.1, 2 и 4, отличающийся тем, что вентиль (14) и исполнительное устройство (15) расположены на одинаковой высоте относительно корпуса (2).
7. Теплообменник по п.6, отличающийся тем, что вентиль (14) расположен на входном соединении (6), причем входное соединение (6) и отводящее соединение (11) расположены рядом, с одной стороны корпуса (2).
8. Теплообменник по любому из пп.1, 2, 4 и 7, отличающийся тем, что вентиль (14) расположен в корпусе (2).
9. Теплообменник по любому из пп.1, 2, 4 и 7, отличающийся тем, что вентиль (14) выполнен таким образом, что открывающая пружина (17) воздействует на него в направлении открытия, а расширяющийся элемент (16) - в направлении закрытия.
