КЛАПАННОЕ УСТРОЙСТВО ТЕПЛООБМЕННИКА Российский патент 2015 года по МПК F16K11/44 F24D19/10 

Данное изобретение относится к клапанному устройству теплообменника, содержащему первое клапанное средство, расположенное в трубопроводе, соединенное с первичным контуром теплообменника и содержащее первый впускной канал, первый выпускной канал, первое клапанное седло и первый запирающий элемент, расположенный между указанным первым впускным каналом и указанным первым выпускным каналом, причем указанное клапанное устройство дополнительно содержит второе клапанное средство, расположенное в трубопроводе, соединенное со вторичным контуром указанного теплообменника и содержащее второй впускной канал, второй выпускной канал, второе клапанное седло и второй запирающий элемент, расположенный между указанным вторым впускным каналом и указанным вторым выпускным каналом.

Предложенное изобретение в дальнейшем описано в отношении устройства теплообменника, предусмотренного для подачи бытовой горячей воды к водопроводному крану. Водопроводный кран присоединен к выходному отверстию вторичного контура теплообменника. Впускное отверстие вторичного контура теплообменника присоединено к источнику подачи холодной воды. Первичный контур теплообменника присоединен к системе централизованного теплоснабжения, содержащей подводящий трубопровод и обратный трубопровод.

Когда из крана вытекает горячая вода, то к входному отверстию вторичного контура теплообменника необходимо подать такой же объем воды. Кроме того, к первичному контуру теплообменника должен быть подан теплоноситель из теплоцентрали для нагревания до требуемой температуры холодной воды, поступающей во вторичный контур теплообменника. Известно, что для этой цели используют два клапанных средства. Первое клапанное средство расположено в трубопроводе, присоединенном к первичному контуру теплообменника, регулируя поток теплоносителя, проходящего из теплоцентрали в первичный контур теплообменника или из него. Вторые клапанные средства расположены в трубопроводе, присоединенном ко вторичному контуру теплообменника, при этом они регулируют подачу холодной воды к вторичному контуру теплообменника.

Монтаж обоих клапанных средств в устройстве теплообменника в некоторых случаях является усложненным и дорогостоящим.

Задача изобретения заключается в том, чтобы упростить монтаж клапанного устройства теплообменника.

Эта задача решается посредством клапанного устройства вышеупомянутого типа, в котором указанные первые клапанные средства и вторые клапанные средства объединены в общий клапанный узел.

В этом случае при монтаже клапанного устройства необходимо работать лишь с одним единственным клапанным узлом. Работа с одним узлом является более простой по сравнению с работой с двумя или более узлами. Помимо этого, когда оба клапанных средства расположены в общем клапанном узле, то имеется возможность для расположения двух клапанных средств относительно друг друга заданным способом при их более удобном взаимодействии.

Предпочтительно указанный первый запирающий элемент и указанный второй запирающий элемент выполнены с возможностью перемещения под действием перепада давлений между вторым впускным каналом и вторым выпускным каналом указанного второго клапанного средства. Давление у впускного канала второго клапанного средства зависит, среди прочего, от потока воды, проходящего через теплообменник. При отсутствии потока воды, проходящего через вторичный контур теплообменника, перепад давлений отсутствует и поэтому давление у впускного канала и выпускного канала второго клапанного средства являются одинаковыми. С другой стороны, когда из крана выпускают горячую воду, то через вторичный контур теплообменника проходит поток воды и, следовательно, возникает перепад давлений, так что давление у впускного канала второго клапанного средства превышает давление у выпускного канала второго клапанного средства. Соответственно, давление у впускного канала второго клапанного средства может открывать второе клапанное средство. При выпуске из крана горячей воды необходимо обеспечить подачу теплоносителя из теплоцентрали, например, воду для отопления помещений, к первичному контуру теплообменника. Соответственно, имеется возможность использовать давление у впускного канала второго клапанного средства также для открытия первого клапанного средства.

Предпочтительно указанный общий клапанный узел содержит задерживающее средство, обеспечивающее открытие указанного второго клапанного средства только после открытия указанного первого клапанного средства. Когда в теплообменнике нет потребности в тепле, то отсутствует подача теплоносителя из теплоцентрали к первичному контуру теплообменника. Соответственно, происходит небольшое охлаждение теплоносителя, поступившего из теплоцентрали в подводящий трубопровод, проходящий к первичному контуру теплообменника. Неблагоприятное воздействие этого обстоятельства заключается в том, что у вторичного контура теплообменника необходимо выпустить из крана большое количество воды, пока не будет получена требуемая температура горячей воды. При использовании данного варианта осуществления горячий теплоноситель из теплоцентрали в течение короткого времени подают к первичному контуру теплообменника, прежде чем горячая вода у вторичного контура теплообменника будет выпущена из крана. Соответственно, к первичному контуру теплообменника подают тепло, прежде чем холодная вода сможет поступить во вторичный контур теплообменника. Таким образом, при этом не расходуется холодная вода или расходуется в меньшем количестве.

Предпочтительно указанный первый запирающий элемент и указанный второй запирающий элемент выполнены с возможностью перемещения вдоль общей подвижной оси. Такое решение упрощает конструкцию клапанного узла. Помимо этого, клапанный узел может быть выполнен с малыми габаритами.

В предпочтительном варианте осуществления указанное второе клапанное седло является подвижным в направлении открытия указанного первого запирающего элемента, при этом указанное второе клапанное седло в рабочем порядке присоединено к указанному первому запирающему элементу. При таком способе иметься возможность для задержки открытия второго запирающего элемента относительно открытия первого клапанного средства. Когда на второе клапанное средство действует давление, то вторые клапанные седла совместно со вторым запирающим элементом приводятся в перемещение с удержанием второго клапанного средства в закрытом состоянии. Однако поскольку это перемещение сообщается первому запирающему элементу, то второе клапанное средство открывается только после открытия первого запирающего элемента, при этом открытие второго клапанного средства происходит за счет подъема второго запирающего элемента из второго клапанного седла.

Предпочтительно указанное второе клапанное седло расположено на мембране, причем указанная мембрана расположена между указанным вторым впускным каналом и указанным вторым выпускным каналом. Использование мембраны обеспечивает простой способ для перемещения второго клапанного седла. Мембрана подвергается действию перепада давлений между давлениями у второго впускного канала и второго выпускного канала. Когда этот перепад давлений служит признаком того, что горячую воду выпустили из крана у выпускного отверстия вторичного контура теплообменника, то мембрана вместе с клапанным седлом приводится в перемещение в направлении открытия первого клапанного средства. Во время первого этапа этого перемещения второе клапанное средством удерживается в закрытом состоянии, а открывается только первое клапанное средство. И только после открытия первого клапанного средства может открыться второе клапанное средство.

Предпочтительно указанное второе клапанное седло соединено с удерживающим средством, удерживающим противодействующее средство, причем указанное противодействующее средство действует на указанный второй запирающий элемент в направлении указанного второго клапанного седла. Указанное противодействующее средство может быть выполнено в виде пружины или подобного элемента. При перемещении клапанного седла вместе с мембраной противодействующее средство прижимает второй запирающий элемент ко второму клапанному седлу, удерживая второе клапанное средство в закрытом состоянии. Однако мембрана создает силу, противодействующую перепаду давлений на мембране. Когда сила, создаваемая на мембране под действием перепада давлений, и возвращающие мембрану силы уравновешивают друг друга, то второй запирающий элемент может быть поднят из второго клапанного седла с преодолением силы противодействующего средства и открытием тем самым второго клапанного средства.

Помимо этого, предпочтительно указанное первое клапанное средство выполнено с возможностью перемещения с преодолением силы возвращающего средства, имеющего пружинящее свойство. Возвращающее средство также может иметь форму пружины. Указанное пружинящее свойство означает, что противодействующая сила, создаваемая возвращающим средством, возрастает при движении открытия первого запирающего элемента. Соответственно, возникает дополнительная сила, противодействующая перемещению второго клапанного седла. При уравновешивании этих сил перепад давлений между впускным каналом и выпускным каналом второго клапанного средства может воздействовать на второй запирающий элемент, как только сила противодействующего средства превысит величину перепада давлений.

Предпочтительно указанное удерживающее средство имеет коробчатую форму. Иными словами, указанное удерживающее средство может иметь U-образную форму, причем основание U-образной формы поддерживает противодействующее средство. Это удерживающее средство U-образной формы присоединено к клапанному седлу. Сразу после подъема второго запирающего элемента из второго клапанного седла вода может проходить через зазор между вторым запирающим элементом и вторым клапанным седлом с выходом из удерживающего средства между ножками коробчатого элемента. Очевидно, что здесь возможно наличие более двух ножек.

Предпочтительно между указанным удерживающим средством и указанным первым запирающим элементом расположен стержень. Такой стержень является простым элементом, через который перемещение мембраны передается к первому запирающему элементу.

Предпочтительные варианты осуществления данного изобретения ниже рассмотрены более подробно со ссылкой на чертежи, на которых:

фиг. 1 представляет собой схематическое изображение устройства теплообменника; и

фиг. 2 представляет собой схематический вид в разрезе клапанного устройства; и

фиг. 3-6 иллюстрируют работу клапанного средства теплообменника в несколько видоизмененном варианте осуществления клапанного средства теплообменника.

Фиг. 1 показывает схематическое изображение устройства 1 теплообменника, подходящего для подстанции, например, используемой в зданиях с целью нагревания воды для бытовых нужд. Однако указанное устройство теплообменника равным образом может использоваться в любой другой системе.

Устройство 1 содержит теплообменник 2. Теплообменник 2 имеет первичный контур 3 и вторичный контур 4. Первичный контур 3 соединен с подводящим трубопроводом 5 централизованного теплоснабжения, присоединенным к источнику централизованного теплоснабжения ИЦТ. Помимо этого первичный контур 3 теплообменника 2 присоединен к обратному трубопроводу 6 централизованного теплоснабжения ОТЦТ. Первые клапанные средства 7 расположены в обратном трубопроводе 6 централизованного теплоснабжения. Когда первые клапанные средства 7 находятся в закрытом состоянии, то через первичный контур 3 теплообменника 2 не проходит теплоноситель из теплоцентрали.

Вторичный контур 4 теплообменника 3 содержит выпускное отверстие 8, присоединенное к одному или более кранов 9 так, что из кранов 9 может быть получена горячая вода. Вторичный контур 4 содержит впускное отверстие 10, присоединенное к трубопроводу 11 холодного водоснабжения. Трубопровод 11 холодного водоснабжения присоединен к каналу холодной воды КХВ.

Радиатор 12 с регулирующим клапаном 13 по существу известным способом присоединен к подводящему трубопроводу 5 централизованного теплоснабжения и к обратному трубопроводу 6 централизованного теплоснабжения.

Вторые клапанные средства 14 расположены в трубопроводе 11 холодного водоснабжения. Регулирование вторых клапанных средств 14 осуществляется посредством перепада давлений на вторых клапанных средствах 14. Когда перепад давлений на вторых клапанных средствах 14 равен нулю или близок к нему, то вторые клапанные средства 14 находятся в закрытом состоянии. Когда на вторых клапанных средствах 14 имеется перепад давлений, то они открываются, создавая возможность для прохождения потока текучей среды через вторичный контур 4 теплообменника 2.

Когда краны 9 закрыты так, что из вторичного контура 4 теплообменника не извлекают горячую воду, то давление во вторичном контуре 4 теплообменника 2 будет соответствовать по существу давлению в канале холодной воды КХВ. В этом случае на вторых клапанных средствах 14 отсутствует перепад давлений. Однако когда через краны 9 выпускают воду, то через вторичный контур 4 теплообменника проходит поток воды, причем такой поток создает падение давлений, так что на вторых клапанных средствах 14 возникает положительный перепад давлений, при этом указанный перепад давлений обеспечивает открытие указанных вторых клапанных средств 14.

Вторые клапанные средства 14 и первые клапанные средства 7 в рабочем порядке присоединены друг к другу, как показано линией 15. Это означает, что первые клапанные средства 7 открываются при потреблении тепла. Такое потребление тепла возникает при открытии вторых клапанных средств 14, так как в этом случае во вторичный контур 4 теплообменника 2 поступает холодная вода, которая должна быть нагрета.

Фиг. 2 показывает клапанный узел 16, объединяющий первые клапанные средства 7 и вторые клапанные средства 15.

Первые клапанные средства 7 содержат первое клапанное седло 17 и первый запирающий элемент 18. Первое клапанное седло 17 и первый запирающий элемент 18 расположены между первым впускным каналом 19 и первым выпускным каналом (на фиг. 3-6 обозначен номером позиции 19А) первых клапанных средств 7. В положении первого запирающего элемента 18 относительно первого клапанного седла 17, показанном на фиг.2, первые клапанные средства 7 находятся в открытом состоянии, создавая возможность для прохождения потока из первого впускного канала 19 к первому выпускному каналу первых клапанных средств 7.

Вторые клапанные средства 14 содержат второй впускной канал 20 и второй выпускной канал 21. Помимо этого, вторые клапанные средства 14 содержат второе клапанное седло 22 и второй запирающий элемент 23. В состоянии, показанном на фиг.2, второй запирающий элемент 23 снова опирается на второе клапанное седло 22. При этом вторые клапанные средства 14 закрыты.

Второе клапанное седло 22 расположено на мембране 24, установленной между вторым впускным каналом 20 и вторым выпускным каналом 21. Когда между вторым впускным каналом 20 и вторым выпускным каналом 21 возникает перепад давлений, то такой перепад давлений деформирует указанную мембрану 24, перемещая тем самым второе клапанное седло 22 по направлению к первым клапанным средствам 7. Вместе со вторым клапанным седлом 22 перемещается второй запирающий элемент 23.

Второе клапанное седло 22 соединено с удерживающим средством 25, причем такое удерживающее средство 25 имеет U-образную форму. Это удерживающее средство U-образной формы имеет основание 26 и две ножки 27. В данном случае возможно наличие большего количества, чем эти две ножки 27, например четырех ножек, пока остается отверстие 28, через которое вода, поступающая во внутреннюю часть удерживающего средства 25, может проходить через отверстия 28 по направлению ко второму выпускному каналу 21. Вообще говоря, удерживающее средство 25 имеет коробчатую форму.

Удерживающее средство 25 удерживает пружину 29, причем указанная пружина 29 продвигает указанный запирающий элемент 23 по направлению ко второму клапанному седлу 22. Однако пружина 29 использована в качестве примера, так как возможно использование другого противодействующего средства.

Мембрана 24 присоединена к первому запирающему элементу 18 посредством удерживающего средства 25 и стержня 30. Стержень 30 удерживается в углублении 31 в основании 26 удерживающего средства 25. Стержень 30 передает перемещение удерживающего средства 25 к первому запирающему элементу 18, т.е. преобразует деформацию мембраны 24 в движение открытия первого запирающего элемента 18.

Первый запирающий элемент 18 приводится в перемещение, преодолевая силу пружины 32 или любого другого возвращающего средства с пружинящим свойством. Пружинящее свойство означает, что сила возвращающего средства возрастает с увеличением расстояния первого запирающего элемента 18 от первого клапанного седла 17.

Работа клапанного узла 16 может быть описана, как изложено ниже со ссылками на фиг. 3-6.

Фиг. 3 показывает состояние, при котором первые клапанные средства 7 и вторые клапанные средства закрыты. При этом потребление воды отсутствует.

Когда воду извлекают из вторичного контура 4 теплообменника, например, когда открыт один или более кранов 9, то давление у второго выпускного канала 21 уменьшается, создавая перепад давлений на мембране 24. Как показано на фиг. 4, деформирование мембраны 24 перемещает второе клапанное седло 22 по направлению к первым клапанным средствам 7. Это перемещение передается стержнем 30 к первому запирающему элементу 18, поднимающему первый запирающий элемент 18 из первого клапанного седла 17 с открытием тем самым первого клапанного средства 7. На этом этапе второй запирающий элемент 23 все еще опирается на второе клапанное седло 22, удерживая второе клапанное средство 14 в закрытом состоянии.

Деформация мембраны 24 и сила пружины 32 (или любого другого возвращающего средства) создает противодействие силе, созданной перепадом давлений на мембране 24. При уравновешивании противодействующей силы и силы, обусловленной перепадом давлений, не происходит дальнейшая деформация мембраны 24 и, соответственно, дальнейшее перемещение второго клапанного седла 22 становится невозможным. Теперь перепад давлений действует на оставшийся второй запирающий элемент 23, поднимая указанный второй запирающий элемент 23 из второго клапанного седла 22, преодолевая силу пружины 20 и открывая вторые клапанные средства 14, как показано на фиг. 5.

Когда открыты оба клапанных средства 7, 14, то поток, проходящий через первичный контур 3 теплообменника 2, можно регулировать посредством термостата 33 или любого другого регулирующего средства.

Сразу после прекращения прохождения потока через вторые клапанные средства 14 вторые клапанные средства 14 закрываются, а мембрана 24 возвращается к исходному положению, показанному на фиг. 3, при этом первые клапанные средства 7 также закрываются.

Как следует из этого объяснения, первые клапанные средства 7 открываются прежде, чем могут открыться вторые клапанные средства 14. При таком способе имеется возможность для подачи в непродолжительное время горячего теплоносителя из теплоцентрали к первичному контуру 3 теплообменника 2 до прохождения холодной воды через вторичный контур 4 теплообменника 2.

Поскольку соединение между первыми клапанными средства 7 и вторыми клапанными средствами 14 защищено клапанным узлом 16, более точно, корпусом 33 клапанного узла 16, то значительно снижается опасность нарушения нормального функционирования.

Изобретение относится к клапанному устройству теплообменника. Клапанное устройство содержит первое клапанное средство (7) для установки в трубопроводе (6), соединенном с первичным контуром (3) теплообменника (2). Средство (7) содержит первый впускной канал (19), первый выпускной канал, первое клапанное седло (17) и первый запирающий элемент (18), расположенный между первым впускным каналом (19) и первым выпускным каналом. Клапанное устройство дополнительно содержит второе клапанное средство (14) для установки в трубопроводе (11), соединенном со вторичным контуром (4) теплообменника. Средство (14) содержит второй впускной канал (20), второй выпускной канал (21), второе клапанное седло (22) и второй запирающий элемент (23), расположенный между каналами (20) и (21). Средство (7) и средство (14) объединены в общий клапанный узел (16). Первый элемент (18) и второй элемент (23) выполнены с возможностью перемещения под действием перепада давлений между каналами (20) и (21). Общий клапанный узел (16) содержит задерживающее средство, обеспечивающее открытие второго средства (14) только после открытия первого средства (7). Изобретение направлено на упрощение монтажа клапанного устройства для теплообменника. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Клапанное устройство для теплообменника, содержащее первое клапанное средство (7) для установки в трубопроводе (6), соединенном с первичным контуром (3) теплообменника (2), включающее в себя первый впускной канал (19), первый выпускной канал, первое клапанное седло (17) и первый запирающий элемент (18), расположенный между указанным первым впускным каналом (19) и указанным первым выпускным каналом, причем указанное клапанное устройство дополнительно содержит второе клапанное средство (14) для установки в трубопроводе (11), соединенном со вторичным контуром (4) указанного теплообменника, включающее в себя второй впускной канал (20), второй выпускной канал (21), второе клапанное седло (22) и второй запирающий элемент (23), расположенный между указанным вторым впускным каналом (20) и указанным вторым выпускным каналом (21), отличающееся тем что указанное первое клапанное средство (7) и указанное второе клапанное средство 14 объединены в общий клапанный узел (16), при этом указанный первый запирающий элемент (18) и указанный второй запирающий элемент (23) выполнены с возможностью перемещения под действием перепада давлений между вторым впускным каналом (20) и вторым выпускным каналом (21), указанный общий клапанный узел (16) содержит задерживающее средство, обеспечивающее открытие указанного второго клапанного средства (14) только после открытия указанного первого клапанного средства (7).

2. Клапанное устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанный первый запирающий элемент (18) и указанный второй запирающий элемент (23) выполнены с возможностью перемещения вдоль общей подвижной оси.

3. Клапанное устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что указанное второе клапанное седло (22) выполнено с возможностью перемещения в направлении открытия указанного первого запирающего элемента (18), при этом указанное второе клапанное седло (22) функционально связано с указанным первым запирающим элементом (18).

4. Клапанное устройство по п. 3, отличающееся тем, что указанное второе клапанное седло (23) расположено на мембране (24), причем указанная мембрана (24) расположена между указанным вторым впускным каналом (20) и указанным вторым выпускным каналом (21).

5. Клапанное устройство по п. 4, отличающееся тем, что указанное второе клапанное седло (23) соединено с удерживающим средством (25), удерживающим противодействующее средство (29), причем указанное противодействующее средство (29) действует на указанный второй запирающий элемент (22) в направлении указанного второго клапанного седла (23).

6. Клапанное устройство по п. 5, отличающееся тем, что указанный первый запирающий элемент (28) выполнен с возможностью перемещения с преодолением сопротивления возвращающего средства (32), имеющего пружинящие свойства.

7. Клапанное устройство по п. 5 или 6, отличающееся тем, что указанное удерживающее средство (25) имеет коробчатую форму.

8. Клапанное устройство по п. 5 или 6, отличающееся тем, что между указанным удерживающим средством (25) и указанным первым запирающим элементом (18) расположен стержень (30).