ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 2009 года по МПК F28D7/00 

Изобретение относится к теплообменнику с корпусом, в который помещают первичный и вторичный контуры, между которыми существует теплообмен, причем в первичном контуре имеется первичный канал, помещаемый между входным соединением и выходным соединением, и с клапаном для управления потоком жидкости через первичный канал.

Такой теплообменник известен, например, из DE 19702897 С2.

Теплообменники такого типа преимущественно используются в сочетании с системами централизованного теплоснабжения. Поступающая из системы централизованного теплоснабжения горячая вода протекает через первичный контур теплообменника. Вторичный контур теплообменника снабжен соединениями для подачи и отбора технической воды. При отборе технической воды открывается соединенный с первичным контуром клапан, поэтому через первичный контур течет поток горячей воды. При этом чтобы нагреть техническую воду, тепло из первичного контура переносится во вторичный контур. Во многих случаях соединенный с первичным контуром клапан используют также для регулирования температуры технической воды во вторичном контуре. При значительном расходе воды во вторичном контуре в первичный контур необходимо подавать надлежащее количество тепла и, соответственно, большой объем горячей жидкости.

Эти рассуждения относятся и к случаю, когда теплообменник используют не для нагревания технической воды, а для нагревания воды в системы отопления здания.

Расходы на необходимое для отопления дома тепло должны минимизироваться, особенно в том случае, когда к сети централизованного теплоснабжения подключаются небольшие, например, одноквартирные жилые дома. Однако существующие теплообменники занимают довольно много места, тем более что они требуют монтажа трубопроводов, подчас сравнительно дорогого.

В основе изобретения лежит задача создать компактную теплообменную установку.

В случае теплообменника названного вначале типа эта задача решается благодаря тому, что клапан выполнен в виде вставной детали; в корпус теплообменника помещают, по крайней мере, часть корпуса клапана.

Благодаря такому устройству клапан, который до сих пор располагался перед теплообменником в виде отдельного конструктивного элемента, теперь можно поместить в теплообменник. Теплообменник получается более компактным. Кроме того, упрощается конструкция системы отопления или установки для нагревания технической воды, в состав которых входят такие теплообменники. Отпадает, по крайней мере, прокладка труб между клапаном и корпусом теплообменника. Благодаря этому не только уменьшаются габариты теплообменника, но и снижается расход материалов, а также упрощается промышленный монтаж.

Клапан имеет взаимодействующий с седлом затвор, обтекаемый теплоносителем со стороны седла клапана. Обтекание затвора со стороны седла дает то преимущество, что при этом по сравнению с обтеканием в противоположном направлении существенно снижается тенденция к вибрациям затвора.

Хотя, если клапан находится в корпусе теплообменника, получается резонатор больших размеров, при обтекании затвора со стороны седла большие размеры резонатора уже не играют никакой роли, потому что вибрации уменьшаются, более того, их можно избежать. Из-за увеличения окружающей массы уровень шума даже снижается.

Клапан помещается возле входного соединения первичного канала, причем исполнительное устройство находится с противоположной относительно входного соединения стороны корпуса. Итак, клапан обтекается с одной стороны, а приводится в действие с другой. Эта сравнительно простая конструкция обеспечивает удовлетворительные гидравлические параметры в первичном контуре.

В альтернативной конструкции клапан может быть помещен возле выходного соединения, а затвор иметь возвратную пружину, которой противодействует исполнительное устройство. В этом варианте также можно предусмотреть, чтобы затвор обтекался со стороны седла клапана, даже если клапан находится возле выходного соединения. В выходном соединении протекающая через первичный контур теплообменника жидкость имеет более низкую температуру, поэтому здесь клапан термически нагружен не так сильно.

При этом исполнительное устройство предпочтительно помещают с той стороны корпуса, которая является противоположной выходному соединению. Рассуждения, которые были приведены в отношении входного соединения, относятся и к данному случаю. Монтаж трубы от выходного соединения из-за исполнительного устройства больше не ограничен и не затруднен.

Предпочтительно клапан помещают в полость, образованную продолжением входного или выходного соединения. Это облегчает изготовление. Соответствующее (высверленное) отверстие для впускного или выпускного соединения предусматривают в любом случае. С технологической точки зрения продолжить такое отверстие, при необходимости с измененным диаметром, чтобы создать пространство для монтажа клапана, сравнительно нетрудно.

Клапан предпочтительно соединить с соединительной муфтой, причем муфту и клапан вставляют в корпус с противоположных сторон. В этом случае к муфте можно присоединить подающий или обратный трубопровод. Клапан этому соединению не мешает. Так как клапан соединен с муфтой, они фиксируют друг друга в корпусе теплообменника. Это упрощает крепление на корпусе трубной муфты и клапана.

При этом муфту и корпус клапана предпочтительно привинтить друг к другу. Резьбовое соединение можно осуществить и внутри корпуса теплообменника, для этого необходимо, придерживая корпус клапана, вращать муфту (или наоборот). Резьбовое соединение способно воспринять достаточные растягивающие силы, поэтому внутри теплообменника необязательно соблюдать границы давления, которые определяются креплением на корпусе клапана и муфты.

Соединительную муфту и/или корпус клапана предпочтительно приклеить или припаять к корпусу. Во многих случаях предпочтение отдается пайке. Эта мера имеет смысл с точки зрения уплотнения клапана и муфты. С точки зрения надежного крепления обеих деталей в корпусе приклеивать или паять их уже не требуется. В качестве альтернативы можно использовать прессовую посадку.

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

Фиг.1 - первая конструктивная форма теплообменника;

Фиг.2 - вторая конструктивная форма теплообменника;

Фиг.3 - третья конструктивная форма теплообменника;

Фиг.4 - схематичный разрез теплообменника.

На Фиг.1 схематично показан теплообменник 1 с корпусом 2, в котором расположены первичный контур 3 и вторичный контур 4. В первичном контуре имеется канал (на Фиг.1 он не показан) для жидкого теплоносителя, который проходит от входного соединения 5 до выходного соединения 6. Направление потока обозначено стрелкой 7.

Во вторичном контуре также имеется канал для жидкости, которую необходимо нагреть. Этот канал, который на чертеже подробно не показан, проходит от соединения с подводящим трубопроводом 8 до соединения с обратным трубопроводом 9. Через теплопроводящую поверхность 10 (показана схематично) происходит теплопередача между протекающей в первичном контуре 3 жидкостью и жидкостью, которая течет во вторичном контуре 4.

Для наглядности теплообменник на Фиг.1 изображен в весьма схематичном виде. Более подробно каналы показаны на Фиг.4. Большое количество гофрированных пластин 11, которые соединяются друг с другом вдоль контактных линий 12, образует полости 13 в виде каналов, которые относятся попеременно то к первичному контуру 3, то к вторичному контуру 4. На Фиг.4 это представлено схематично точками и крестиками. Полости 13, которые обозначены крестиками, относятся к первичному контуру 3. Полости 13, которые обозначены точками, относятся к вторичному контуру 4. Жидкость в первичном контуре 3 и вторичном контуре 4 протекает в противоположных направлениях, это обеспечивает оптимальную теплопередачу из первичного контура 3 во вторичный контур 4.

Для управления потоком горячей жидкости в первичном контуре предусмотрен клапан 14, корпус 15 которого встраивается в корпус 2 теплообменника. При регулировании потока жидкости в первичном контуре 3 подвод тепла к теплообменнику 1 зависит от объема этой жидкости. Например, если через отверстие 9 отбирается хозяйственная вода, то через отверстие 8 поступает более холодная хозяйственная вода. В этом случае клапан 14 открывается, поэтому в первичный контур 3 поступает большее количество тепла, которое передается во вторичный контур 4. Как видно из Фиг.1, клапан 14 выполнен в виде встроенного клапана, корпус 15 которого находится внутри корпуса 2. В корпусе 15 клапана имеется седло 16. С седлом взаимодействует затвор 17, который приводится в действие исполнительным устройством 19. Если затвор перемещается к седлу 16 клапана, то подача жидкости в первичный контур дросселируется. Если затвор 17 отходит от седла 16, то приток теплоносителя увеличивается.

В корпусе 15 клапана имеются боковые отверстия 20, через них из клапана 14 вытекает жидкость, когда затвор 17 отходит от седла 16.

Клапан 14 находится в полости, образованной продолжением входного соединения 5. Поэтому пространство для монтажа клапана 14 создать несложно. Для этого в корпусе 2 необходимо сделать отверстие со стороны исполнительного устройства 19. Если использовать сверла разного диаметра, то можно выполнить входное соединение 5 и отверстие в корпусе 2 разных диаметров. Если теплообменник выполнен пайкой из штампованных листов, то отверстие также может быть образовано перфорированными в листах отверстиями.

Более подробно устройство такого встроенного клапана показано на Фиг.4. В корпусе 2 крепится соединительная муфта 22, в которой имеется входное соединение 5. Например, муфта 22 может иметь соответствующую внутреннюю резьбу 23 для создания в первичном контуре соединения между муфтой 22 и подробно не показанной трубой для подвода жидкого теплоносителя.

Корпус 15 клапана 14 соединен с муфтой 22 посредством промежуточной детали 24. Одновременно деталь 24 служит опорой для седла 16 клапана. Благодаря уплотнению 25 между муфтой 22 и промежуточной деталью 24 жидкость не течет мимо клапана 14, если, как показано на чертеже, затвор 17 прилегает к седлу 16.

Благодаря детали 24 можно соединить между собой, например свинтить, муфту 22 и корпус 15 клапана.

Такое соединение обеспечивает надежное крепление в корпусе 2 муфты 22 и корпуса 15 клапана. Кроме того, как корпус 15 клапана или связанный с ним кожух 26, так и муфту 22 можно соединить с корпусом 2 с помощью паяного соединения 27, 28, которое можно заменить клеевым соединением.

В показанной на Фиг.1 и 4 конструкции теплоноситель обтекает затвор 17 со стороны седла 16. Благодаря этому устраняются вибрации затвора 17 при постепенном дросселировании клапана.

В конструкции, которая представлена на Фиг.1, клапан 14 находится возле входного соединения 5. Это обеспечивает сравнительно простое управление клапаном 14 с помощью исполнительного устройства 19, которое находится с противоположной по отношению к входному соединению 5 стороны корпуса 2.

На Фиг.2 показана измененная конструктивная форма теплообменника, обозначения деталей здесь такие же. Здесь клапан 14 находится возле выходного соединения 6 первичного контура 3.

Чтобы затвор 17 был обтекаем со стороны седла 16 жидкостью, которая вытекает через выходное соединение 6, затвор 17 нагружен возвратной пружиной 32, которая опирается на кожух 29. Кожух 29 помещен на внутренней стенке корпуса 2. В кожухе 29 имеются отверстия 30, через которые жидкость течет к выходному соединению 6.

Исполнительное устройство 19 нагружает затвор 17 в направлении открывания, то есть, чтобы открыть клапан, толкатель 18, преодолевая силу пружины 32, отжимает затвор 17 от седла 16.

На Фиг.3 показана еще одна конструктивная форма теплообменника, обозначения деталей здесь такие же.

При такой конструкции клапан 14 также находится возле выходного соединения 6. Затвор обтекается также со стороны седла 16 клапана. В отличие от исполнения в соответствии с Фиг.2, исполнительное устройство 19 находится с той же стороны, что и выходное соединение 6. Для этого предусмотрен тройник 31, через который проходит толкатель 18.

Изобретение предназначено для теплообмена и может быть использовано для отопления. Теплообменник содержит корпус, в котором расположены первичный и вторичный контуры, между которыми существует теплообмен. В первичном контуре между входным соединением и выходным соединением имеется первичный канал. Клапан для управления потоком жидкости через первичный канал выполнен в виде встроенного клапана, корпус которого, по меньшей мере, частично расположен в корпусе теплообменника. Клапан соединен с соединительной муфтой, причем муфта и клапан вставлены с противоположных сторон корпуса. Целью изобретения является создание компактного теплообменника. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Теплообменник с корпусом, в котором расположены первичный и вторичный контуры, между которыми существует теплообмен, причем в первичном контуре между входным соединением и выходным соединением имеется первичный канал, и с клапаном для управления потоком жидкости через первичный канал, отличающийся тем, что клапан (14) выполнен в виде встроенного клапана, корпус (15) которого, по меньшей мере, частично расположен в корпусе (2), причем указанный клапан (14) соединен с соединительной муфтой (22), причем муфта (22) и клапан (14) вставлены с противоположных сторон корпуса (2).2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что клапан (14) имеет взаимодействующий с седлом (16) клапана затвор (17), обтекаемый теплоносителем со стороны седла (16).3. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что клапан (14) расположен возле входного соединения (5) первичного канала, причем исполнительное устройство (19) расположено с противоположной относительно входного соединения (5) стороны корпуса (2).4. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что клапан (14) расположен возле выходного соединения (6), а затвор (17) имеет возвратную пружину (32), которая противодействует исполнительному устройству (19).5. Теплообменник по п.4, отличающийся тем, что исполнительное устройство (19) находится с противоположной относительно выходного соединения (6) стороны корпуса (2).6. Теплообменник по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что клапан (14) расположен в полости (21), образованной продолжением входного или выходного соединения (5, 6).