ТЕПЛОУТИЛИЗАТОР Российский патент 1995 года по МПК F28C3/06 

Изобретение относится к области утилизации тепла жидкой среды, засоренной механическими включениями, и может быть использовано при утилизации тепла душевых и сточных вод в квартирах, жилых помещениях, гостиницах, столовых, банях и на промышленных предприятиях для подогрева холодной воды, поступающей в смеситель с горячей водой. Подогретая теплоутилизатором вода также может быть использована в радиаторах приточной вентиляции для подогрева поступающего в помещение холодного воздуха.

Известен теплообменник по авт.св. N 145323 регенеративного типа с использованием тепла влажного воздуха, паровоздушной смеси и насыщенного пара, выполненный в виде вращающегося барабана, разделенного перегородками, во внутренней полости которого размещены трубы, воспринимающие тепло и отдающие его нагреваемой среде.

Недостатком данного теплообменника является то, что он работает только на теплоносителе, не засоренном механическими включениями.

Известны теплоутилизаторы по авт.св. N 1474431 и N 1562651, содержащее верхнюю и нижнюю камеры греющей и нагреваемых сред, отделенных перфорированной перегородкой, снабженные патрубками и теплоаккумулирующими насадками, разбрызгивающее устройство, поддон и запорную аппаратуру. Приведенные теплоутилизаторы работают на чистой греющей среде (теплоносителе), в которой отсутствуют плавающие и взвешенные включения. Утилизировать тепло сточных душевых, обмывочных и других вод указанные теплоутилизаторы по данной причине не могут.

Известен подогреватель смешивающего типа по авт.св. N 1562650, содержащий водораспределитель в виде двух перфорированных поддонов, барботажную ступень с байпасным устройством, камеру предварительного подогрева и струйный отсек и переливной гидрозатвор, сообщающий пространство обоих поддонов.

Известен утилизатор тепла по авт. св. N 1603169, содержащий корпус, контактный водоподогреватель с водораспределителем и насадкой, водосборник, дегазатор, а также водоподводящий, водоотводящий, газоподводящий и газоотводящий патрубки и два отсека.

Все перечисленные выше теплоутилизаторы имеют общий недостаток работают на теплоносителе, в котором отсутствуют механические включения.

За пpототип принят наиболее близкий по техническому решению теплообменник по авт.св. N 1379584, который содержит в корпусе завихрители с тангенциальными каналами для раздачи жидкости и газа, центральный и периферийный трубчатые змеевики соответственно с односторонним направлением навивки, причем витки периферийного змеевика расположены с образованием промежуточных зазоров, а центральный змеевик заведен верхней частью в полость направляющего козырька с образованием кольцевого проема, причем направление навивки совпадает с направлением тангенциальных каналов.

Наряду с высокой интенсификацией теплообмена теплообменник не может надежно работать с жидкостью теплоносителем, содержащим механические включения, различные по геометрическим размерам и удельному весу.

Целью настоящего изобретения является обеспечение надежной работы теплоутилизатора при использовании теплоносителя, содержащего механические включения, различные по геометрическим размерам и удельному весу.

Указанная цель достигается тем, что теплоутилизатор снабжен очистительным устройством, выполненным в виде плавающего на поплавке ротора, соединенного с фильтром щетками и заслонкой.

Данное конструкторское решение является существенным признаком и позволяет обеспечить надежную работу теплоутилизатора без предварительной очистки теплоносителя на стационарных очистных сооружениях.

Новым существенным признаком теплоутилизатора является то, что тангенциальный патрубок подвода теплоносителя подключен к корпусу выше фильтра, причем труба слива теплоносителя размещена по оси корпуса, а ее верхний торец размещен на уровне теплоносителя в корпусе. Этот существенный признак приобретает новое свойство, которое заключается в том, что поступающий теплоноситель по касательной к корпусу движется по кругу, раскручивает очистительное устройство и передвигает круговым движением плавающие включения к краю верхнего торца ротора, а осадок на дне корпуса к сливным отверстиям в сливной трубе, периодически перекрываемым вращающейся заслонкой, что обеспечивает надежное удаление механических включений в сливную трубу.

Новым существенным признаком является также то, что змеевик выполнен двухзаходным, его вход и выход выведены через нижнюю часть корпуса. Этот существенный признак заключается в том, что все витки змеевика и патрубка размещены на одном диаметре, а входной и выходной патрубки подведены снизу. Данная конструкция змеевика позволяет очищать всю наружную поверхность трубы змеевика П-образной щеткой в процессе работы теплоутилизатора.

Следующим новым существенным признаком является то, что самоочищающийся фильтр выполнен в виде двух рядов из отдельных кусков проволоки, размещенных на поверхностях двух конусов, имеющих общее большее основание, причем куски проволоки закреплены консольно на упомянутом основании, при этом соседние куски проволоки разных конусов размещены на расстоянии, равном или увеличивающимся от периферии к центру. При такой конструкции фильтра теплоноситель очищается от крупных включений, которые не заклиниваются на фильтре и полностью скатываются (сползают) по фильтрующему элементу (проволоке) в сливную трубу и смываются теплоносителем. Данная конструкция фильтра позволяет ему надежно самоочищаться в процессе работы.

Новым существенным признаком является также то, что ротор выполнен в виде трубы из теплоизоляционного материала и размещен с охватом сливной трубы с образованием между стенками упомянутых труб каналов для прохода теплоносителя. Этот существенный признак приобретает новое свойство, заключающееся в том, что при такой конструкции ротор образует несколько каналов теплоносителя:
канал свежего теплоносителя между ротором и стенкой корпуса;
канал отработанного теплоносителя между ротором и сливной трубой;
канал теплоносителя с плавающими механическими включениями через верхний торец ротора во время циклического погружения от колебания уровня теплоносителя, создающегося вращающейся заслонкой;
канал отработанного теплоносителя с осадком механических включений на дне корпуса через дополнительные отверстия сливной трубы у дна, периодически открываемые вращающейся заслонкой.

Отличительные от прототипа признаки в известных решениях не обнаружены, это позволяет сделать вывод, что заявляемое решение обладает существенными отличиями.

В технической и патентной литературе данная совокупность признаков не описана, следовательно заявляемое решение соответствует критерию новизна.

Таким образом, перечисленная совокупность существенных и отличительных признаков позволяет достигнуть поставленной цели обеспечить надежную работу теплоутилизатора при использовании теплоносителя, содержащего механические включения, различные по размеру и удельному весу.

Использование теплоутилизатора позволит сэкономить потребляемую тепловую энергию на 15-30%
На фиг.1 изображен в разрезе общий вид теплоутилизатора; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 змеевик. Движение теплоносителя подогреваемой среды и очистительного устройства показано стрелками.

Теплоутилизатор содержит корпус 1, тангенциальный патрубок 2, сливную трубу 3, змеевик 4, очистительное устройство 5, поплавок 6, ротор 7, самоочищающийся фильтр 8, щетки 9, заслонку 10, патрубки 11, нижнюю часть 12 корпуса, нижний ряд 13 проволоки, верхний ряд 14 проволоки, основание 15, канал 16, сливное отверстие 17.

Теплоутилизатор имеет частично заполненный теплоносителем корпус 1 с тангенциальным патрубком 2 подвода теплоносителя и сливной трубой 3. Внутри корпуса 1 размещены змеевик 4 для нагреваемой среды и очистительное устройство 5, выполненное в виде плавающего на поплавке 6 ротора 7, соединенного с самоочищающимся фильтром 8, щетками 9 и заслонкой 10.

Змеевик 4 выполнен двухзаходным и его входной и выходной патрубки 11 выведены в нижней части 12 корпуса 1.

Самоочищающийся фильтр 8 выполнен в виде двух рядов 13 и 14 отдельных кусков проволоки, размещенных на поверхности двух конусов и закрепленных консольно к общему большему основанию 15, при этом соседние куски проволоки разных конусов размещены на расстоянии, равном или увеличивающимся от периферии к центру так, что расстояние АВ, А₁В₁, А₂В₃ и ВС, В₁С₁, В₂С₂ и т.д. между соседними проволоками А и В, В и С и т.д. размещенными на разных конусах от периферии к центру, должно быть равно либо увеличиваться.

Ротор 7 выполнен в виде трубы из теплоизоляционного материала, размещен с охватом сливной трубы 3 и образует между стенками трубы 3 и ротором 7 канал 16 для прохода теплоносителя. Сливная труба 3 проходит через нижнюю часть 12 корпуса 1 и имеет внизу сливные отверстия 17, взаимодействующие с отверстиями заслонки 10.

Теплоутилизатор работает следующим образом.

В корпус 1 через тангенциальный патрубок 2 по касательной к стенке корпуса 1 подается теплоноситель (душевая или другая сточная вода) на фильтр 8, очищается от крупных механических включений, затем движется по кругу вниз, вращая очистительное устройство 5, которое поддерживается на плаву поплавком 6. Теплоноситель, омывая змеевик 4, нагревает жидкость (нагреваемую среду) в нем. Отработанный теплоноситель проходит под ротором 7, выполненным из теплоизоляционного материала, поднимается по каналу 16 между сливной трубой 3 и ротором 7, затем переливается через край сливной трубы 3 и удаляется из теплоутилизатора.

Часть отработанного теплоносителя с осадком, осевшим на дно нижней части 12 корпуса 1, циклически сливается через сливные отверстия 17 сливной трубы 3, с которыми взаимодействует вращающаяся вместе с ротором 7 заслонка 10.

Другая часть теплоносителя периодически переливается через край ротора 7 вместе с плавающими включениями в сливную трубу 3 и уносится потоком теплоносителя.

Переливание происходит во время заглубления ротора 7 при его циклическом колебании относительно уровня теплоносителя.

Колебание уровня теплоносителя создается вращающейся заслонкой 10 на роторе 7, которая циклически открывает сливные отверстия 17, через которые порциями сбрасывается отработанный теплоноситель вместе с осадком.

Наружная поверхность змеевика 4 от налипших включений очищается в процессе работы щетками 9, закрепленными на роторе 7.

Круговое движение теплоносителя в корпусе 1 способствует скапливанию плавающих частиц у верхнего торца ротора 7, а осадка у сливной трубы 3, которые затем легко сбрасываются теплоносителем в сливную трубу 3.

Поступающая холодная вода в змеевик 4 через патрубок 11 нагревается от теплоносителя (сточной воды) и подается, например, в смеситель на разбавление горячей воды, тем самым утилизирует тепло от сточной воды. Так, при температуре сточной воды 40-55^оС и холодной воды 5-12^оС, поступающей в смеситель, холодная вода нагревается до 20-30^оС, что позволяет снизить расход подачи горячей воды до 15-30%

Использование: энергетика, утилизация тепла сточных вод. Сущность изобретения: теплоутилизатор содержит частично заполненный теплоносителем корпус 1 с тангенциальным патрубком 2 подвода теплоносителя и трубой слива. В корпусе 1 размещен змеевик 4 для нагреваемой среды. Очистительное устройство 5 выполнено в виде плавающего на поплавке 6 ротор 7, соединенного с фильтром 8, щетками 9 и заслонкой 10. Патрубок 2 подключен к корпусу 1 выше фильтра 8. Труба 3 размещена по оси корпуса, а ее верхний торец размещен на уровне теплоносителя в корпусе 1. Змеевик 4 выполнен двухзаходным и его входной и выходной патрубки 11 подключены к нижней части корпуса 1. Фильтр 8 выполнен в виде двух рядов 13 и 14 отдельных кусков проволоки, размещенных на поверхности двух конусов и закрепленных консольно к общему большему основанию 15. Соседние куски проволоки разных конусов размещены на расстоянии, равном и увеличивающимся от периферии к центру. Ротор 7 выполнен в виде трубы из теплоизоляционного материала с охватом трубы 3 и образует между стенками упомянутых труб каналы для прохода теплоносителя. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. ТЕПЛОУТИЛИЗАТОР,содержащий частично заполненный теплоносителем корпус с тангенциальным патрубком подвода теплоносителя и трубой слива последнего и размещенный внутри корпуса змеевик, отличающийся тем, что он снабжен очистительным устройством, выполненным в виде плавающего на поплавке ротора, соединенного с фильтром, щетками и заслонкой. 2. Теплоутилизатор по п.1, отличающийся тем, что патрубок подвода теплоносителя подключен к корпусу выше фильтра, причем труба слива теплоносителя размещена по оси корпуса, а ее верхний торец размещен на уровне теплоносителя в корпусе. 3. Теплоутилизатор по п.1, отличающийся тем, что змеевик выполнен двухзаходным, его вход и выход подключены к нижней части корпуса. 4. Теплоутилизатор по п.1, отличающийся тем, что фильтр выполнен в виде двух рядов из отдельных кусков проволоки, размещенных на поверхностях двух конусов, имеющих большее основание, выполненное из проволоки, причем куски проволоки закреплены консольно на упомянутом основании, при этом соседние куски проволоки разных конусов размещены на расстоянии, равном или увеличивающемся от периферии к центру. 5. Теплоутилизатор по п.1, отличающийся тем, что ротор выполнен в виде трубы из теплоизоляционного материала и размещен с охватом сливной трубы с образованием между стенками упомянутых труб каналов для прохода теплоносителя.