ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 2008 года по МПК F28D9/02 F28F27/00 

Изобретение относится к теплообменнику с каналом первичного контура, который помещен между входным и выходным соединением, каналом вторичного контура, который помещен между соединением к подающему трубопроводу и соединением к обратному трубопроводу, теплопередающим устройством между первичным и вторичным контуром, а также датчиком температуры.

Такой теплообменник применяется, например, в системе централизованного теплоснабжения для нагревания технической воды, которая течет через вторичный контур. Необходимое для нагревания тепло подводится посредством жидкого теплоносителя из сети централизованного теплоснабжения. Жидкий теплоноситель течет в первичном контуре. Первичный и вторичный контуры прилегают друг к другу в корпусе для теплоносителя, они находятся в теплопроводной связи, так что перенос тепла осуществляется через теплопередающее устройство. Аналогичным образом с помощью такого теплообменника можно нагревать техническую воду для отопления здания, причем и в этом случае источником тепла является сеть централизованного теплоснабжения.

Чтобы как можно точнее установить температуру на выходе, поток жидкого теплоносителя в первичном контуре регулируют в зависимости от количества тепла, которое отбирается во вторичном контуре. Поясним это на примере технической воды, которая нагревается в теплообменнике. Поскольку вода отбирается у соединения обратного трубопровода к вторичному контуру, через соединение с подающим трубопроводом притекает холодная техническая вода. Соответственно, чтобы во вторичный контур переносилось достаточное количество тепла, жидкий теплоноситель практически одновременно должен протекать в первичном контуре.

Чтобы управлять и даже регулировать тот клапан, который управляет потоком жидкости в первичном контуре, во многих случаях необходим датчик температуры, который позволяет осуществить такое регулирование.

Так, в WO 02/070976 А1 показан теплообменник названного вначале типа, в котором датчик температуры имеет закрытую камеру. Внутри камеры находится расширяющаяся жидкость или расширяющийся газ. Закрытая камера находится в теплопроводной связи с теплообменником. Камера может помещаться либо снаружи, либо внутри теплообменника. Здесь на камеру действует температура первичного контура и температура вторичного контура. Жидкость или газ, который вытесняется из закрытой камеры, действует непосредственно на клапан, чтобы открыть или закрыть его. Датчик температуры имеет размеры, которые рассчитаны на большую площадь теплообменника. Таким образом, для размещения датчика требуется относительно большое пространство. Обеспечить выдачу данных, которые необходимы для управления потоком жидкого теплоносителя в первичном контуре, в таких условиях не так просто.

В основе данного изобретения лежит задача предложить компактное устройство для определения температуры, которое в то же время давало бы удовлетворительные результаты.

В случае теплообменника названного выше типа эта задача решается благодаря тому, что датчик температуры помещен в канал вторичного контура у соединения с обратным трубопроводом таким образом, что он контактирует с теплопередающим устройством или находится на небольшом расстоянии от него.

Такая конструкция, во-первых, позволяет регистрировать температуру непосредственно в точке соединения канала вторичного контура с обратным трубопроводом. Таким образом, датчик позволяет определять температуру технической воды, которая течет в канале там, где заканчивается теплопередача из первичного контура во вторичный. Итак, с помощью такого датчика можно сравнительно быстро и точно регулировать подвод тепла к жидкости, которая протекает в канале вторичного контура. Датчик температуры воспринимает также сравнительно быстрые изменения, которые происходят не непосредственно в протекающей в канале вторичного контура жидкости, но и в окружающей среде, в частности, в первичном контуре. Эти влияния через теплопередающее устройство действуют либо непосредственно на датчик, если он контактирует с этим устройством, либо с небольшой задержкой, если между ними существует какой-то промежуток. В любом случае обеспечивается очень быстрая реакция на изменение температуры. Непосредственное влияние на датчик больших масс металла, которые имеются в районе фитингов у присоединения обратного трубопровода, предотвращается. Большие массы металла реагируют на изменения температуры намного медленнее. Соответственно жидкость из первичного контура для нагревания этих фитингов не нужна. Например, если отбор технической воды из канала вторичного контура закончился, то датчик температуры нагревается быстрее, так как обеспечивается лучшее влияние на него со стороны первичного контура.

Предпочтительно входное присоединение, выходное присоединение, соединение с подающим трубопроводом и соединение с обратным трубопроводом должны образовывать углы четырехугольника, внутри которого помешен датчик температуры. Это позволяет простым способом обеспечить влияние на датчик температуры первичного контура. Итак, датчик присоединения к обратному трубопроводу не «экранируется». Поскольку на датчик влияет также температура первичного контура, достигается быстрое регулирование и, прежде всего, быстрое закрытие клапана в этом контуре.

Жидкость в каналах первичного и вторичного контура предпочтительно должна протекать в противоположных направлениях. Так как датчик температуры находится возле соединения обратного трубопровода с каналом вторичного контура, а жидкость в каналах протекает в противоположных направлениях, на датчик влияет также температура входного присоединения канала первичного контура. Благодаря этому при регулировании потока в первичном контуре можно учесть также влияние температуры первичного контура, без полного встраивания датчика в этот контур.

Предпочтительно упомянутый четырехугольник, начиная от соединения обратного трубопровода, должен иметь более длинную и более короткую сторону, причем входное соединение ограничивает короткую сторону, а датчик температуры помещен ближе к короткой стороне, чем к длинной. Благодаря этому обеспечивается влияние температуры со стороны части протекающего через первичный контур теплоносителя, который поступает в теплообменник. Помещение датчика температуры относительно входного присоединения позволяет оценить влияние на датчик температуры первичного контура.

Предпочтительно теплопроводной связи между датчиком и стенкой присоединения к обратному трубопроводу быть не должно. Стенка этого соединения обычно изготавливается из металла, например латуни. Если в этом месте теплопроводная связь с датчиком отсутствует, например, благодаря тому, что он находится на некотором расстоянии от упомянутой стенки, то достигается непосредственное и относительно быстрое влияние на датчик со стороны жидкости у выхода канала вторичного контура. Напротив, влияние больших масс металла с соответственно большей термической инерцией уменьшается.

Датчик температуры предпочтительно выполнить в виде электронного датчика. Таким образом, электронный датчик выдает электрические сигналы, которые зависят от температуры. Такие сигналы легко обрабатываются электрическими схемами, это позволяет использовать для регулирования потока электрические цепи. Можно использовать и другие виды датчиков температуры.

Предпочтительно датчик помещен в отверстие корпуса теплообменника. Этот вариант размещения и монтажа датчика температуры является относительно простым.

Далее изобретение описывается более подробно на основе предпочтительных примеров реализации, описание сопровождается чертежами. На чертежах показано следующее:

фиг.1 - схематичное изображение теплообменника;

фиг.2 - вторая конструктивная форма теплообменника в схематичном представлении;

фиг.3 - схематичное изображение для объяснения теплообмена;

фиг.4 - схематичное изображение для объяснения положения датчика температуры в теплообменнике.

Схематично изображенный на фиг.1 теплообменник 1 имеет корпус 2, входное соединение 3 и выходное соединение 4 канала 5 первичного контура, который обозначен сплошными линиями, а также соединение к подающему трубопроводу 6 и соединение к обратному трубопроводу 7 канала 8 вторичного контура, который обозначен штрихпунктирными линиями. Каналы 5, 8 прилегают друг к другу через теплопередающее устройство 9.

На фиг.1 теплообменник изображен лишь в схематичном виде. В реальных теплообменниках канал 5 первичного контура и канал 8 вторичного контура реализуется, например, следующим образом: друг на друга накладываются гофрированные или гнутые листы, в результате в сечении возникает сотовая структура. В этом случае одни из этих «сот» относятся к каналу 5 первичного контура, другие - к каналу 8 вторичного контура. Теплопередающее устройство образуется стенками сот.

Соединение 7 соединено с точкой 10 отбора, которая в данном случае представлена клапаном 11. Когда клапан 11 открывается, в канале 8 вторичного контура течет вода. У соединения к подающему трубопроводу вода имеет более низкую температуру, например 10-15°С, в точке же отбора температура воды должна составлять, например, 50°С. Соответственно одновременно с отбором технической воды через точку отбора 10 необходимо позаботиться о том, чтобы через канал 5 первичного контура подводилось достаточное количество тепла.

Для регулирования потока воды в канале 5 первичного контура предусмотрен клапан 12, которым управляет устройство 13. Управляющее устройство 13, в свою очередь, получает данные о температуре от датчика температуры 14, который помещен на соединении к обратному трубопроводу 7. При этом датчик 14 вставлен в отверстие 15 корпуса 2, причем так, чтобы он находился в канале 8 вторичного контура. На фиг.4 этот канал обозначен буквами K, канал 5 первичного контура - буквами W. На фиг.4 показана также конструкция теплопередающего устройства 9. На фиг.4 представлены два варианта помещения датчика 14, они отделены друг от друга пунктирной линией. С левой стороны между теплопередающим устройством 9 и датчиком 14 имеется определенный зазор, с правой стороны датчик соприкасается с устройством 9. При обоих вариантах обеспечивается влияние на датчик также температуры первичного контура.

Как видно из фиг.1, соединения 3, 7, 4 и 6 образуют четыре угла прямоугольника. Датчик температуры 14 помещен внутри этого прямоугольника. Из этого чертежа также видно, что упомянутый прямоугольник имеет короткую и длинную сторону. Короткая сторона ограничивается, например, соединением 7 к обратному трубопроводу и входным соединением 3. Датчик 14 помещен ближе к этой короткой стороне между соединениями 7 и 3, чем к длинной стороне между соединениями 7 и 4. Соответственно, хотя на датчик 14 в основном влияет температура в соединении 7 к обратному трубопроводу, на него также воздействует температура жидкого теплоносителя, который подается через входное соединение 3. Часть 5а первичного потока 5 изображена таким образом, что она проходит вблизи датчика 14. Соответственно благодаря теплопроводности на датчик 14 в определенной степени влияет также температура жидкости, протекающей в первичном контуре. Тепловое излучение играет здесь второстепенную роль.

Датчик температуры 14 выполнен в виде электронного датчика. В простейшем случае речь идет о позисторе, сопротивление которого меняется в зависимости от температуры. Конечно, можно использовать и полупроводниковые датчики, характеристики которых меняются в зависимости от температуры.

Определенная датчиком 14 температура анализируется управляющим устройством 13, которое в зависимости от этой температуры управляет находящимся у выходного соединения 4 клапаном 12.

Датчик температуры 14 много места не занимает, поэтому при применении такого датчика 14 габаритные размеры теплообменника 1 увеличиваются незначительно. Датчик 14 не экранируется соединением 7 к обратному трубопроводу. Предпочтительно поместить его под углом от 45° до 90° к линии, соединяющей соединение 7 и соединение 4, или под углом от 0 до 45° к линии, которая соединяет соединение 3 и соединение 7. От выбора этого угла, наряду с другими факторами, зависит, как сильно будет влиять температура первичного контура на управление клапаном 12.

На фиг.2 показана немного измененная конструкция теплообменника 1. Одинаковые и соответствующие элементы обозначены здесь так же, как и на фиг.1.

В отличие от исполнения в соответствии с фиг.1 датчик 14 в данном случае выполнен не в виде электронного датчика, а в виде термосилового датчика. Он содержит наполнение, объем которого изменяется в зависимости от температуры. Датчик температуры 14 посредством капиллярной трубки 16 соединен с клапаном 12.

В остальном датчик температуры 14 размещается точно так же, как показано на фиг.1.

Еще одно различие заключается в том, что входное соединение 3 и выходное соединение 4 помещают с одной и той же стороны корпуса 2. С противоположной стороны размещается соединение 6 к подающему трубопроводу и соединение 7 к обратному трубопроводу канала 8 вторичного контура.

Из сопоставления фиг.3А и 3B видно, что нормальное время нечувствительности Т_d (см. фиг.3А), которое проходит до начала реагирования на изменения температуры, снижается почти до нуля (фиг.3B). Это связано с тем, что датчик температуры 14 помещен прямо в поток жидкости, которая протекает во вторичном контуре, причем без контакта с большими массами. В случае помещения датчика температуры 14 (естественно, можно использовать и несколько датчиков) ответ на изменение температуры наступает намного раньше, в зависимости от расстояния до первичного контура в регулирование можно вовлечь и этот контур.

В районе соединения имеется большая масса металла и жидкости. В этом месте температура будет постепенно увеличиваться. Однако, если датчик температуры 14 будет помещен на некотором расстоянии от фитинга, то надобность в тепле из первичного контура для нагревания этого буфера отпадет.

Изобретение относится к области теплотехники, и может быть использовано в системе централизованного теплоснабжения для нагревания технической воды. Теплообменник содержит канал первичного контура, помещенный между входным соединением и выходным соединением, канал вторичного контура, помещенный между соединением с подающим трубопроводом и соединением с обратным трубопроводом, теплопередающее устройство между каналом первичного контура и каналом вторичного контура, а также датчик температуры. Датчик температуры помещен внутри канала вторичного контура у соединения с обратным трубопроводом, причем датчик температуры контактирует с теплопередающим устройством или находится на небольшом расстоянии от него. Техническим результатом изобретения является экономия пространства при измерении температуры при получении удовлетворительных результатов. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Теплообменник с каналом первичного контура, помещенным между входным и выходным соединением, каналом вторичного контура, помещенным между соединением с подающим трубопроводом и соединением с обратным трубопроводом, теплопередающим устройством между каналом первичного контура и каналом вторичного контура, а также с датчиком температуры, отличающийся тем, что датчик температуры (14) помещен внутри канала (8) вторичного контура у соединения (7) с обратным трубопроводом так, что он контактирует с теплопередающим устройством (9) или находится на небольшом расстоянии от него.2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что входное соединение (3), выходное соединение (4), соединение (6) с подающим трубопроводом и соединение (7) с обратным трубопроводом образуют углы четырехугольника, а датчик температуры (14) помещен внутри этого четырехугольника.3. Теплообменник в соответствии по п.2, отличающийся тем, что потоки в канале (5) первичного контура и канале (8) вторичного контура направлены в противоположные стороны.4. Теплообменник по п.3, отличающийся тем, что указанный четырехугольник, начиная от соединения (7) обратного трубопровода, имеет более длинную и более короткую сторону, причем входное соединение (3) ограничивает короткую сторону, а датчик температуры (14) помещен ближе к короткой стороне, чем к длинной.5. Теплообменник по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что датчик температуры (14) не находится в теплопроводной связи со стенкой соединения (7) с обратным трубопроводом.6. Теплообменник по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что датчик температуры (14) выполнен в виде электронного датчика.7. Теплообменник по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что датчик температуры (14) помещен в отверстие (15) корпуса (2) теплообменника (1).