Спосіб теплообміну між принаймні трьома теплоносіями і теплообмінник для його здійснення (варіанти)

1. Спосіб теплообміну між принаймні трьома теплоносіями в теплообміннику, при якому змішують між собою принаймні два з теплоносіїв, який відрізняється тим, що третій або кожен наступний теплоносій спочатку вводять у пропускну порожнину теплообмінника поруч із другим теплоносієм без попереднього змішування з ним так, що у пропускній порожнині теплообмінника другий теплоносій принаймні місцями витісняється третім і кожним наступним теплоносієм, після чого теплоносії, майже не змішуючи, пропускають паралельно через пропускну порожнину теплообмінника. 2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що під час роботи чи в стані спокою автоматично чи вручну вибирають місце введення третього чи кожного наступного теплоносія, так що між теплоносіями в кожному режимі експлуатації передається опти C2 2 (11) 1 3 76083 4 причому перший ступінь використовує зворотну обох окремих теплообмінників. Шляхом відкриванводу з системи опалювання будівлі, що обслуговуня регульованого клапана відпрацьовані гази моється, а другий ступінь працює на прямій воді із жуть більшою чи меншою мірою обминати перший системи зі стороннім підігрівом води або з інших теплообмінник, а при послідовному підключенні теплових джерел, яку після другого ступеню також обох теплообмінників - до 100%. Відомий теплооподають на перший ступінь. бмінник служить для теплообміну між двома тепМетою двоступінчатого режиму підігріву зволоносіями, але для теплообміну між трьома тепротної води є більш низьке охолодження рециркулоносіями він непридатний. Регульований клапан ляту з системи опалювання перед її повторним служить для зменшення загальної потужності тепвведенням у систему зі стороннім підігрівом шлялообмінника, поміж іншим, шляхом того, що обмихом використання охолоджувального потенціалу нається перший із послідовно підключених теплозворотної води, яка підлягає нагріванню. обмінників. Це рекомендовано для узгодження При цьому у відомій конструкції виникає потпотужності теплообмінника у вантажному автомореба у високозатратних трубах між обома теплообілі, але не годиться для якомога більшого охолобмінниками, а також виникають великі втрати тисдження теплоносіїв. ку та потреба у площі. Взимку при функціонуванні Виходячи із рівня техніки, в основу винаходу системи опалювання та високій температурі її звопоставлена задача створення такого способу і ротної води у вжитку знаходиться лише апарат такого теплообмінника для здійснення цього спопершого ступеню охолодження зворотної води, а собу, за допомогою яких можна було б ефективнідругий ступінь використовують лише частково або ше організувати теплообмін між принаймні трьома зовсім не використовують. теплоносіями. Для двоступінчатого підігріву зворотної води В способі теплообміну між принаймні трьома неможливо заздалегідь визначити та серійно виготеплоносіями, при якому змішують між собою притовити конструктивні елементи певних типорозмінаймні два з теплоносіїв, згідно з винаходом ця рів, оскільки існує практично нескінченна кількість задача вирішується тим, що третій або кожен наваріантів для параметрів, які впливають на консступний теплоносій вводять у пропускну порожнитрукцію елементів системи опалювання та підігріву ну теплообмінника так, що він без попереднього зворотної води. Більш того, кожну установку консзмішування з другим теплоносієм попадає поряд з труюють для конкретних умов експлуатації. При другим теплоносієм у теплообмінник, і після цього цьому виникають труднощі у визначенні парамету теплообміннику принаймні місцями витісняє друрів та у виборі теплообмінників, зокрема при розгий теплоносій, причому при потребі під час робоподілі потужностей між ступенями, пов'язані з нети чи в стані спокою, автоматично чи вручну вибидостатністю загальнодіючих стандартів. рають місце введення третього теплоносія, так що Для рішення деяких із названих проблем слутретій теплоносій у будь-якому режимі експлуатажить відомий спосіб об'єднання у один апарат ції віддає першому або кожному наступному тепобох спаяних або згвинчених пластинчастих теплоносієві оптимальну кількість тепла. лообмінників з метою двоступінчатого підігріву У теплообміннику для дво- або багатоетапного води [наприклад, Зінгер Н.М. та ін. "Пластинчасті теплообміну між принаймні трьома теплоносіями, теплообмінники у системах теплозабезпечення", який має камери для входу та виходу теплоносіїв ж-л "Экономия топлива и электроэнергии", Москва, та теплообмінний пакет, що передає тепло, згідно "Энергоатомиздат", 1995р., стор.183-184]. З його з винаходом задача вирішується, що принаймні до допомогою можна частково спростити зовнішнє однієї вхідної камери приєднані два канали для устаткування трубами шляхом об'єднання обох подачі тепла, причому ця камера розділена на дві теплообмінників та їх внутрішнього гідравлічного впускні порожнини щільно припасованим до неї сполучення. У згвинчених апаратах можна також у розподільним пристроєм, який сягає у пропускні подальшому змінювати число пластин, а внаслідок канали теплообмінного пакету і виконаний з можцього - ефективність теплообміну та розподіл поливістю при потребі під час роботи або в стані тужностей між ступенями. Однак це призводить до спокою автоматично або вручну змінювати кут підвищення вартості теплообмінника порівняно зі нахилу і/або глибину проникнення у пропускний спаяними апаратами та до загрози порушення канал. герметичності у згвинчених пакетах пластин з ущіПереваги, які можуть бути досягнуті згідно з льненням. Потреба у площі зменшується незначзаявленим способом, полягають, зокрема, у тому, ною мірою, оскільки у всьому згвинченому апараті що для теплообміну між принаймні трьома тепломусить бути передбачена можливість демонтажу носіями використовують один теплообмінник, по пакету пластин. можливості серійного виготовлення. Із області автомобілебудування відомим є теДля двоетапного підігріву води при застосуплообмінник, що використовує тепло відпрацьоваванні винаходу потрібен лише один заздалегідь них газів у цілях нагрівання [Заявка ФРН 3103198]. спаяний серійний пластинчастий теплообмінник. Цей теплообмінник складається із двох послідовно Завдяки цілеспрямованому припасуванню ропідключених окремих теплообмінників з різними зподільного пристрою до принаймні однієї вхідної характеристиками. Загальна потужність теплообкамери теплообмінника можна принаймні по одній міну є узгодженою з коливаннями виходу тепла та із пропускних порожнин теплообмінного пакета потреби у ньому, зокрема шляхом зменшення випропускати два теплоносії. При двоетапному підігкористання загальної площі теплообмінника. Для ріві води, наприклад, завдяки припасуванню розцього служить запірний пристрій у формі регульоподільного пристрою до впускної порожнини для ваного клапана у роздільній стінці впускних камер гарячої води, в неї можна впускати як зворотну 5 76083 6 гарячу воду, так і воду подачі з теплової мережі. протікає по відповідних каналах теплообмінного Шляхом регулювання кількості подачі води з теппакету 3 і знову збирається у протилежній верхній лової мережі відбувається автоматичний і плавкамері 2, підігріта до 50°С. Для попереднього наний, а тому оптимальний розподіл площ теплообгрівання води, що підлягає підігріву, служить звомінника для обох потоків гарячої води. При цьому, ротна вода з системи обігріву з температурою не дивлячись на малі розміри пропускних каналів, 40°С, яка через канал 8 для подачі теплоносія та змішування обох потоків у пакеті теплообмінника впускну порожнину 6 поступає у відповідні пропуспрактично не відбувається, оскільки у впускній кні канали. Для наступного підігріву служить вода камері має місце бездоганне розділення теплоподачі з теплової мережі з температурою 78°С, яка носіїв. через канал 7 для подачі теплоносія та впускну Разом з другим теплообмінником відпадають порожнину 5 попадає у ті ж самі пропускні канали. також потреба у трубах та у площі для нього, а Язикоподібний розподільний пристрій 4, розташотакож втрати тиску. У цілому досягають значного ваний у цій впускній камері 2 запобігає тому, щоб спрощення циклу підігріву води, скорочення строобидва теплоносії змішувались перед їх введенків монтажу, а в результаті - значного зменшення ням у пропускні канали. Для цього язикоподібний витрат. розподільний пристрій 4 щільно прилягає до внутВиникає можливість створення типорозмірів рішньої стінки впускної камери 2 і своїми зубцями з для двоетапного підігріву води у відповідності з обох боків сягає у пропускні канали. Оскільки язитипорозмірами теплообмінників. Вибір типорозміру коподібний розподільний пристрій 4 входить своїє набагато простішим. ми зубцями у пропускні канали, він розділяє попеКрім того, подібний розподільний пристрій моречник камери 2 на два нерівні сегменти. Менший жна передбачити у вхідній камері для води циркусегмент призначений для води подачі з теплової ляції, щоб отримати окремий канал для подачі мережі, яка служить теплоносієм з більш високим рециркульованої води, яка надходить з темперапопереднім тиском та меншими витратами, а бітурою вищою, ніж свіжа вода. льший сегмент служить для зворотної води із сисЗапропонований розподільний пристрій може теми обігріву з більш низьким попереднім тиском бути застосований у спаяних або згвинчених пласта більшими витратами. Щоб вода подачі з теплотинчастих теплообмінниках, у порожнині корпуса вої мережі з її більш високим тиском не відтісняла або труби у теплообмінниках, що складаються із язикоподібний розподільний пристрій 4 у напрямку пучка труб, у спіральних теплообмінниках та при впускної порожнини 6 для зворотної води із систеінших конструкціях теплообмінників. ми обігріву з більш низьким тиском, язикоподібний Можливими є інші випадки застосування дворозподільний пристрій 4 на стороні впускної пороабо багатоетапних теплообмінників з подібними жнини 6 має додаткову розпірку 4а. Язикоподібний теплоносіями при змінних або постійних показнирозподільний пристрій 4 розташований у вхідній ках витратного потоку. камері 2 під таким кутом, що якомога більша плоВаріант конструкції згідно з п.3 формули винаща теплообмінного пакету 3 покривається зворотходу дозволяє принаймні у одну пропускну порожною водою. Це особливо вигідно тоді, коли темпенину теплообмінників одночасно вводити принайратура зворотної води є достатньою для підігріву мні два теплоносії, розміщуючи на цій порожнині води, і немає потреби у додатковій подачі води з принаймні ще одну додаткову впускну камеру. теплової мережі. Варіант конструкції згідно з п.4 формули винаДля нагрівання перш за все служить зворотна ходу гарантує, що теплоносії, які здатні перемішувода із системи обігріву. Лише залишок тепла, ватися, проходять крізь впускну камеру (впускні необхідний для досягнення бажаної кінцевої темкамери) в найбільшій мірі незмішаними. ператури підігрітої води, вводять за допомогою Згідно з п.5 формули винаходу розподільний води подачі з теплової мережі. Вона поступає чепристрій може мати форму труби. рез канал 7 для подачі теплоносія і через впускну Приклади здійснення винаходу зображені на порожнину 5 додатково у відповідні пропускні какресленнях і пояснені нижче більш докладно. нали, де вона як поршень витісняє зворотну воду Фіг.1 зображує серійний теплообмінник 1, насистеми обігріву. Завдяки цьому майже автоматиприклад пластинчастий, який складається з камер чно виникає певна перевага гарячої води над зво2, що підводять та відводять теплоносії, та з тепротною водою із системи обігріву. Змішування у лообмінного пакету 3, причому в одну з впускних пропускних каналах практично відсутнє завдяки їх камер 2 додатково введено язикоподібний розпомалим розмірам в декілька міліметрів. В залежнодільний пристрій 4 з розпіркою 4а, який має гребісті від кількісного співвідношення подачі води з нчасту форму біля своїх повздовжніх країв і сягає теплової мережі покриває біля її виходу більшу чи у відповідні проточні канали, причому ширина зубменшу площу теплообмінного пакету 3. Охолоців розподільного пристрою відповідає ширині каджені приблизно до температури зворотної води, налів, а відстань між зубцями - товщині листів, з тобто до 50°С, обидва теплоносії тепер прямують яких виготовлений пакет 3. До утворених впускних паралельно через пропускні канали до протилежпорожнин 5 і 6 окремо приєднані два канали 7 та 8 ної вихідної камери 2, де вони змішуються і виходля подачі теплоносіїв. дять при температурі 27°С. Теплообмінник 1 працює як двоетапний підігФіг.2 зображує теплообмінник 1 зі стандартнирівач води таким чином. ми камерами 2 для входу та виходу теплоносіїв, з Воду, що підлягає підігріву, з температурою теплообмінним пакетом 3, який передає тепло, та 5°С подають через одну із впускних камер 2, наз додатковою камерою 9. приклад нижню, до теплообмінника 1, потім вода На відміну від наведеного вище прикладу ви 7 76083 8 конання теплообмінник може вигідно використовузмішують і тому зворотна в теплову мережу вода ватись як одноступінчатий водонагрівач. не може охолоджуватися до температури нижчої, Питна вода, що підлягає нагріву, з температуніж та, яка утворилася при змішуванні на холодрою 5°С вводиться в теплообмінник 1 через верхному боці. ню камеру 2, проходить відповідні канали теплооПри споживанні питна вода тече через камеру бмінного пакету 3 і збирається знову в бічній 2 додатково в теплообмінні канали, де як поршень камері 2, нагріта до 50°С Через додаткову камеру витісняє воду рециркуляції. Таким чином, навіть 9 в ті ж канали окремо подають воду рециркуляції невеликі кількості споживаної гарячої води привез системи обігрівання будинку з температурою дуть до бажаного охолодження зворотної води. близько 45°С. Для нагріву служить вода подачі з Одночасно практично автоматично отримується теплової мережі з температурою 78°С, яка попадеяка перевага гарячої води перед водою рецирдає в інші теплообмінні канали через нижню камекуляції. Це в принципі непогано, оскільки при макру 2. Камери 2 і 9 настільки віддалені одна від одсимальному споживанні гарячої води рециркуляція ної, що гарантовано досягається те, що обидва практично не потрібна, оскільки при цьому на всіх теплоносії безпосередньо при вході в канали не місцях відбору гаряча вода є і так. змішуються один з одним. Більша камера 2 призЗмішування питної води і води рециркуляції в начена для подавання в якості теплоносія холодтеплообмінних каналах практично не відбувається ної води, що має більший тиск і більшу витрату, через їх малі розміри (декілька міліметрів). Залежменша камера 9 призначена для подавання води но від співвідношення витрати і тиску вода рециррециркуляції, що має менший тиск і меншу витракуляції омиває більшу чи меншу частину тієї повету. Камери 2 і 9 встановлені таким чином, щоб рхні пакета, яка знаходиться біля виходу теплої холодною водою омивалася по можливості більша води Обидва потоки теплоносіїв течуть паралельчастина поверхні пакета. Це потрібно для того, но через канали до бокової камери 2, з якої вони щоб холодна вода максимально охолоджувала виходять змішаними з температурою 50°С. зворотну в теплову мережу воду і висока темпераНа Фіг.3 зображений теплообмінник 1 зі стантура води рециркуляції цьому не протидіяла. А це дартними камерами 2 для входу та виходу тепловідбувається в відомих одноступінчатих водонагносіїв, з теплообмінним пакетом 3, та з додаткорівачах, в яких потоки холодної питної води і тепвим розподільним пристроєм 4 у вигляді труби. лої води циркуляції перед входом в теплообмінник Комп’ютерна верстка Т. Чепелева Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601