ТЕПЛООБМЕННЫЙ МОДУЛЬ Российский патент 2002 года по МПК F28D1/47 

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности, к установкам отопления, горячего водоснабжения индивидуальных жилых домов, отдельных сооружений при использовании низкопотенциальных природных источников тепла, хозбытовых стоков и других тепловых отходов.

Известно, что содержащееся в сточных водах низкопотенциальное тепло до последнего времени, как правило, не утилизировалось. Между тем существует постоянная потребность в воде, нагретой до температуры порядка 50-70^oС, что вполне можно обеспечить с помощью тепловых насосов, позволяющих эффективно трансформировать низкопотенциальное тепло до более высоких температур.

Однако их непосредственное взаимодействие с неочищенной сточной водой недопустимо, что требует использования промежуточных теплообменников, в которых нагреваемой средой является чистая вода, циркулирующая в контуре испарителя теплового насоса. Другой специфической особенностью утилизации низкопотенциального тепла сточных вод является необходимость иметь дело с открытыми тонкослойными потоками теплоносителя с периодически изменяющейся высотой слоя, что наиболее характерно, например, для грабельных отделений городских канализационных насосных станций.

Известна установка отопления и горячего водоснабжения, включающая теплообменник с вибратором, размещенные в слое теплоносителя - приемном колодце сточных вод сети канализации, тепловой насос (патент РФ 2155302).

Недостатком такой установки является то, что она не может работать с открытыми тонкослойными потоками низкопотенциального теплоносителя с изменяющейся высотой слоя.

Известны конструкции кожухотрубных водоводяных теплообменников, в которых греющий и нагреваемый теплоносители протекают одновременно с разных сторон разделяющей их стенки, которой чаще всего является стенка трубки небольшого диаметра (ГОСТ 27590-88).

Известен также фильтровально-теплообменный аппарат, содержащий трубчатые змеевики с циркулирующей в них нагреваемой средой, делитель потока, коллектор, размещенные в заполненном низкопотенциальным теплоносителем корпусе (патент РФ 2161763) - прототип.

Недостатками перечисленных выше устройств являются значительные габариты, жесткость и замкнутость конструкции и связанное с этим постоянство установочных габаритных размеров, что исключает использование их в средах с изменяющийся высотой слоя низкопотенциального теплоносителя.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности утилизации низкопотенциального тепла открытых тонкослойных потоков греющего теплоносителя с изменяющейся высотой слоя за счет создания компактного эффективного теплообменного модуля, позволяющего оперативно, с минимальными затратами труда и времени изменять его габаритные размеры.

Для решения поставленной задачи в теплообменном модуле, включающем трубчатые змеевики, размещенные в слое теплоносителя, делитель потока, коллектор, трубчатые змеевики выполнены S-образной формы посредством трех трубок, соединенных между собой проходными штуцерами и угольниками, с возможностью бесступенчато изменять свое положение в поперечном сечении модуля от вертикального до горизонтального и обратно, при этом фиксацию змеевиков в требуемом положении осуществляют посредством стандартных контргаек, а количество змеевиков кратно двум.

Змеевики S-образной формы, выполненные посредством трех трубок, соединенных между собой проходными штуцерами и угольниками, позволяют оперативно изменять свои установочные габаритные размеры при открытых тонкослойных потоках теплоносителя с периодически изменяющейся высотой слоя, кроме того, просты в изготовлении и удобны при монтаже.

Количество змеевиков, кратное двум, обеспечивает равномерное деление общего потока нагреваемой воды между змеевиками самым простым и надежным способом - каждый раз пополам. В предлагаемой конструкции тонкослойный модуль снабжен по меньшей мере четырьмя змеевиками S-образной формы.

На фиг. 1 изображен общий вид теплообменного модуля, на фиг.2 показано его поперечное сечение.

Теплообменный модуль включает в себя делитель потока 1, соединенный со змеевиком 2 с помощью стандартных угольников 3 и контргаек 4. Змеевик S-образной формы выполнен из трех трубок 5, двух проходных штуцеров 6 и четырех угольников 3. Коллектор 7 конструктивно аналогичен делителю потока 1 и отличается от него лишь направлением движения нагреваемой воды. Положение коллектора 7 относительно концевых трубок 5 змеевика обеспечивается также с помощью угольников 3 и фиксируется контргайками 4, изготовленными согласно ГОСТ 8968-75.

Всесторонний анализ конструкции различных вариантов теплообменного модуля выявил наиболее целесообразный из них, состоящий из четырех змеевиков, изготовленных из стальной оцинкованной водогазовой трубы по ГОСТ 3262-75 (например, трубы с условным проходом 15-20 мм и наружным диаметром 21,3-26,8 мм).

Теплообменный модуль работает следующим образом.

Нагреваемая вода подается циркуляционным насосом контура испарителя теплового насоса в делитель потока 1, равномерно распределяющий ее между четырьмя змеевиками 2, полностью погруженными в поток греющего теплоносителя за счет предварительно установленной и зафиксированной с помощью контргаек 4 габаритной высоты модуля в соответствии с толщиной (высотой) слоя потока.

В процессе движения воды по трубкам 5, из которых 2/3 работают в режиме противотока, вода подогревается пропорционально среднему температурному напору и с помощью коллектора 7 подается в тепловой насос, трансформирующий низкопотенциальное утилизируемое тепло с температурой 15-20^oС в теплоноситель с температурой порядка 50-70^oС, что затем позволяет с успехом использовать его в системах отопления или горячего водоснабжения.

При уменьшении толщины (высоты) слоя греющего теплоносителя контргайки 4 "отпускаются", габаритная высота модуля уменьшается до требуемой величины за счет соответствующего поворота змеевиков 2, после чего контргайки вновь фиксируют змеевики в установленном положении.

По сравнению с известными техническими решениями предлагаемая конструкция теплообменного модуля со змеевиками S-образной формы, выполненными посредством трех трубок, соединенных между собой проходными штуцерами и угольниками, которые обеспечивают движение воды в заданном направлении, а именно - в основном навстречу потоку теплоносителя, удлиняют ее путь в потоке греющего теплоносителя в 3 раза, могут иметь минимальные габариты по ширине за счет отказа от гибки трубок и использования стандартных угольников по ГОСТ 8946-75, позволяющих сократить расстояние между осями соседних трубок в два раза, позволяют оперативно изменять установочные габаритные размеры теплообменного модуля, просты в изготовлении и удобны при монтаже, применима для утилизация низкопотенциального тепла сточных вод с периодически изменяющейся высотой слоя, что наиболее характерно, например для грабельных отделений городских канализационных насосных станций.

Предлагаемый теплообменный модуль может найти применение для отопления и горячего водоснабжения насосных станций, расположенных на больших расстояниях от центральных тепловых пунктов и требующих поэтому прокладки длинных трубопроводов.

Изобретение предназначено для применения в теплоэнергетике, в частности, в установках отопления, горячего водоснабжения индивидуальных жилых домов, отдельных сооружений при использовании низкопотенциальных природных источников тепла, хозбытовых стоков и других тепловых отходов. Теплообменный модуль, включающий трубчатые змеевики, размещенные в слое теплоносителя, делитель потока, коллектор, трубчатые змеевики выполнены S-образной формы посредством трех трубок, соединенных между собой проходными штуцерами и угольниками, с возможностью бесступенчато изменять свое положение в поперечном сечении модуля от вертикального до горизонтального и обратно, при этом фиксацию змеевиков в требуемом положении осуществляют посредством стандартных контргаек, а количество змеевиков кратно двум. Изобретение позволяет повысить эффективность утилизации низкопотенциального тепла потоков теплоносителя. 2 ил.

Теплообменный модуль, включающий трубчатые змеевики, размещенные в слое теплоносителя, делитель потока, коллектор, отличающийся тем, что змеевики выполнены S-образной формы посредством трех трубок, соединенных между собой проходными штуцерами и угольниками, с возможностью бесступенчато изменять свое положение в поперечном сечении модуля от вертикального до горизонтального и обратно, при этом фиксацию змеевиков в требуемом положении осуществляют посредством стандартных контргаек, а количество змеевиков кратно двум.