<p>Изобретение относится к теплообменнику для отопительной установки или системы теплоснабжения в виде трубчатого теплообменника с закрытым резервуаром, в котором внутреннее пространство заполнено первой средой, которая подводит количества тепла, а вторая среда, которая отводит количества тепла, находится в трубчатом змеевике резервуара. Изобретение относится также к выполнению такого теплообменника с малой конструктивной высотой и высоким коэффициентом полезного действия, а также большой удельной мощностью.</p>
<p>026850</p>
<p>Изобретение относится к теплообменнику в качестве теплоотвода для отопительной установки или системы теплоснабжения.</p>
<p>В отопительных установках или системах теплоснабжения зачастую используют возобновляемые источники энергии. Поэтому зачастую имеется необходимость на основе прибывающих с различными параметрами относительно объема и температуры среды сред предоставлять приспособленную к условиям подсоединенного потребителя среду. Различные источники тепла могут быть представлены, например, обычными отопительными котлами, тепловыми солнечными коллекторами, геотермальными зондами или похожими устройствами.</p>
<p>Обычно для этой цели применяют теплоотводы и с помощью раздельных контуров циркуляции достигают передачи тепла между средами. Общая постановка задачи в этом случае использования состоит в том, что из прибывающего количества тепла в наиболее короткое время производится нагретый теплоноситель, который соответствует требованиям к температуре среды и ее объёму.</p>
<p>Давно известно, что на стороне получения энергии имеются существенные различия в параметрах сред. Например, обычные отопительные котлы поставляют среды с температурами 40°C и выше. Солнечные тепловые коллекторы нуждаются в собственной циркуляции сред. Геотермальные зонды поставляют среды с температурами от 30°C до более чем 100°C. На потребительской стороне отопительный контур может требовать температур от 35 до 80°C, в то время как техническая вода должна предоставляться с температурами более 55°C.</p>
<p>Таким образом, одни контуры циркуляции должны оставаться отделенными от других контуров циркуляции. Таким образом, например, контур циркуляции теплового солнечного коллектора содержит незамерзающую среду, в то время как в контуре циркуляции отопительного котла необходимость в ней отсутствует. Со стороны потребителя различия состоят точно также между контуром циркуляции для отопительных целей и контуром циркуляции для технической воды, который требует использования воды питьевого качества и должен, поэтому, снабжаться пресной водой.</p>
<p>Поскольку объединение различных сред с различными же содержаниями тепла невозможно, и в равной степени исключена непосредственная дальнейшая передача заданных сред в присоединенные отопительные системы, первоначальные источники энергии объединяются в системах теплоснабжения в так называемом теплоотводе, в котором выполняется теплообмен от первичных сред во вторичную среду. Для уравнивания сильно варьирующегося количества тепла с вторичной стороны предусматривается больший объем жидкости. Вышеописанные задачи должен выполнять теплообменник, выполненный в качестве центрального элемента.</p>
<p>Для этой цели может быть рассмотрен, например, трубчатый теплообменник. Известные теплообменники этого вида, как например, описанные в DE 3641139 С2, не подходят, тем не менее, вследствие их инерционности.</p>
<p>В конструкции трубчатого секционного теплообменника согласно DE 3519315 A1 возможно задание объемного отношения таким образом, что в таком теплообменнике предотвращено образование какого-либо излишнего объема накопителя и, кроме того, разделительная поверхность увеличена за счет применения гофрированных труб. Этот вид воздушно-водного теплообменника не подходит для использования в качестве теплоотвода в системах теплоснабжения, поскольку он не предназначен для функционирования с двумя жидкими средами.</p>
<p>Эти задачи могут быть решены с помощью весьма эффективного пластинчатого теплообменника. Однако такие теплообменники вследствие их конструкции имеют значительные недостатки при применении в системах теплоснабжения. Например, в областях с выходом питьевой воды большой жесткости необходимо подготавливать среды установки теплоснабжения с помощью химико-физических способов. В конечном счете, это необходимо также и при самых незначительных объемах доливки.</p>
<p>Если подготовка среды не производится, теплообменник в кратчайшие сроки забивается и значительно теряет при этом в коэффициенте полезного действия, пропускной способности и динамике.</p>
<p>В пластинчатых теплообменниках нельзя предотвратить также отложения извести в служащей для водного снабжения секции, которая постоянно наполняется пресной водой. Химическая чистка забитых пластинчатых теплообменников приводит, в конечном счете, к повреждению материала и, вместе с тем, к сокращению его срока службы. По вышеупомянутым причинам пластинчатые теплообменники только изредка применяются в установках теплоснабжения.</p>
<p>Для предотвращения описанных проблем пластинчатых теплообменников в системах теплоснабжения выполняются так называемые комбинированные накопители с большим резервуаром и расположенным в нем трубчатым змеевиком. Они имеют сравнительно большой объем накопителя и в то же время маленькую разделительную поверхность теплообменника. Вследствие неизбежно образующегося в комбинированном накопителе теплового расслоения, падение температуры в нем получается сверху вниз.</p>
<p>Если равновесие в таком комбинированном накопителе нарушено отбором количества тепла, что производится, естественно, посредством расположенных в комбинированном накопителе наверху приспособлений для отбора, то вследствие этого в верхней области комбинированного накопителя происходит заметное охлаждение. Охлажденная среда начинает перемещаться вниз и смешивается с более холодными слоями таким образом, что в конечном счете производится смешанная температура, которая</p>
<p>- 1 026850</p>
<p>может более не допустить отбора количества тепла.</p>
<p>В некоторых комбинированных накопителях образуется состоящий из холодной воды тороидальный вихрь, который в результате своего опускания продолжительно нарушает температурные отношения в пределах комбинированного накопителя.</p>
<p>Этот невыгодный эффект различные производители таких комбинированных накопителей пытаются предотвратить путем монтирования поперечных переборок и перепускных каналов в комбинированном накопителе. Например, в известном устройстве CTC Eco Zenith I 550 фирмы CTC, 341 26 Люнгби, Швеция, в таком комбинированном накопителе установлена поперечная переборка, которая снабжена в каждом случае многократно перфорированным перепускным каналом, как в верхней, так и в нижней области.</p>
<p>В комбинированном накопителе Spiro фирмы FEURON AG, 9430 Санкт-Маргретен, Швейцария, в свою очередь, сделана попытка с помощью распределенно простирающегося по всему объему комбинированного накопителя спирального теплообменника сдерживать наиболее долго расслоение среды, соответствующее естественному тепловому расслоению.</p>
<p>В обоих вышеописанных комбинированных накопителях подведенная преимущественно с наивысшей температурой среда от солнечного теплового коллектора подводится при помощи собственного теплообменника в пределах комбинированного накопителя, который располагается в обоих случаях на днище резервуара. В комбинированном накопителе устройства СТС Eco Zenith I 550 производится обмен теплом с наличествующей в нижней камере холодной средой, в то время как в комбинированном накопителе Spiro фирмы FEURON AG дополнительно включен теплообменник с более плотно навитой спиралью в отдельном корпусе, а подъем нагретой среды в верхнюю область комбинированного накопителя должен, предпочтительно, производиться посредством подъемного канала.</p>
<p>Обе системы имеют тот недостаток, что они работают с большими объемами и имеют сложное внутреннее строение. В то же время, неизбежно образующееся температурное расслоение и технические мероприятия по воспрепятствованию нежелательным смесительным процессам делают комбинированные накопители инерционными в их поведении. Технические издержки и тем самым производственные расходы высоки.</p>
<p>Однако для обеспечения теплообмена с незначительной инерционностью необходимо обеспечивать весьма эффективный теплообмен.</p>
<p>В комбинированном накопителе Spiro фирмы FEURON AG для этого предусмотрен трубчатый змеевик, который выполнен из гофрированной трубы и должен производить для эффективного теплообмена, соответственно техническому описанию этого комбинированного накопителя, турбулентное течение внутри гофрированного трубопровода. Тем не менее, эффективный теплообмен не может быть достигнут, поскольку окружающая гофрированную трубу среда не имеет турбулентного течения, и не имеется в наличии особых приспособлений для достижения этой формы течения.</p>
<p>Поэтому имеется потребность в замене комбинированных накопителей на теплообменники, которые делают возможным обмен количествами тепла между первичной и вторичной средой с заметно уменьшенной инерционностью, и предотвращают, однако, при этом наличествующую у вышеописанных пластинчатых теплообменников подверженность повреждениям. При этом также должны быть учтены до сих пор известные условия использования для различных областей температуры.</p>
<p>Поэтому целью изобретения является предложение теплообменника для применения для теплоотвода для отопительной установки или системы теплоснабжения, который не имеет недостатков обычных в уровне техники комбинированных накопителей, имеет при малом объеме большую передаваемую мощность, который переносит количество тепла без большой инерционности на также наличествующую в теплообменнике вторичную среду от прибывающих сред из первичных контуров циркуляции, и делает возможным тем самым быструю реакцию на переменное требование тепла, который долговечен и, кроме того, может быть выполнен просто и малозатратно, чтобы тем самым получить снижение совокупных издержек на отопительные установки или, соответственно, системы теплоснабжения и, кроме того, повышение степени использования тепла такими устройствами.</p>
<p>В нижеследующем описании, вариантах осуществления и пунктах формулы изобретения представленные ниже понятия использованы в следующих значениях:</p>
<p>Теплообменник - является трубчатым теплообменником, выполненным, по меньшей мере, с одним расположенным в резервуаре трубчатым змеевиком и с выведенными наружу присоединениями для трубчатого змеевика, а также с внутренним пространством резервуара.</p>
<p>Трубчатый змеевик - является винтообразно и/или спиралеобразно навитой трубой, шаг которой может быть равномерным или различным в различных областях.</p>
<p>Труба - является металлической трубой с профилированной стенкой, предпочтительно, гофрированной трубой с проходящим параллельно или винтообразно гофрами.</p>
<p>Разделитель - является твердой и герметичной для жидкостей перегородкой между различными средами. Он образован трубными стенками.</p>
<p>Среда - является текучей средой, которая может содержать и транспортировать количество тепла.</p>
<p>Первая среда - является текучей средой, которая может быть нагрета произвольными источниками</p>
<p>- 2 026850</p>
<p>тепла и переносит в теплообменнике количество тепла во вторую среду.</p>
<p>Вторая среда - является текучей средой, которая принимает количество тепла в теплообменнике от первой среды и транспортирует его к наличествующим в системе потребителям или к модулям накопителя.</p>
<p>Вышеуказанная задача решена с помощью теплообменника с признаками отличительной части п.1 формулы изобретения в сочетании с признаками ограничительной части данного пункта формулы изобретения. Дополнительные независимые и подчиненные пункты формулы изобретения описывают варианты осуществления теплообменника согласно изобретению.</p>
<p>Согласно изобретению задача решена с помощью теплообменника, выполненного в виде трубчатого теплообменника. Он выполнен таким образом, что объем резервуара заполнен первой средой, а вторая среда протекает через расположенный в том же резервуаре трубчатый змеевик.</p>
<p>Тем самым достигнуто постоянное наличие достаточно большого объема нагретой первой среды и возможность принимать посредством отводящей количество тепла второй среды это количество тепла по мере надобности и в краткие сроки, а также с большой производительностью подачи.</p>
<p>При этом теплообменник достигает коэффициента полезного действия переноса по меньшей мере 90%, по отношению количества тепла, подведенного первой средой и отведенное со второй средой, при действующих в системах теплоснабжения температурных условиях.</p>
<p>Для достижения этого теплообменник имеет, по меньшей мере, следующие параметры:</p>
<p>отношение объема резервуара и объема трубчатого змеевика устремлено к значению 5 или находится ниже него;</p>
<p>резервуар теплообменника хорошо теплоизолирован;</p>
<p>трубчатый змеевик состоит из металлического материала;</p>
<p>толщина стенки трубы трубчатого змеевика очень незначительна;</p>
<p>трубчатый змеевик подвижен в ограниченном объеме в резервуаре;</p>
<p>форма резервуара выбрана таким образом, что резервуар имеет незначительную поверхность.</p>
<p>Вышеописанными мерами согласно изобретению достигнуто, что резервуар теплообменника постоянно заполнен достаточным объемом нагретой первой среды. При образовании потребности в тепле, вторая среда направляется через трубчатый змеевик и происходит интенсивный теплообмен.</p>
<p>Наиболее предпочтительным является при этом трубчатый змеевик, который состоит из тонкостенной гофрированной трубы. Такого вида гофрированной трубы имеют толщины стенки в области нескольких десятых долей миллиметра. Стенка трубы образует очень тонкий разделитель, который позволяет достигать интенсивной теплопередачи.</p>
<p>Согласно изобретению для трубчатого змеевика используются гофрированная труба из высококачественной стали. Уменьшенная теплопередача высококачественных сталей компенсируется незначительной толщиной стенки.</p>
<p>Винтообразно навитый трубчатый змеевик из гофрированной трубы вызывает уже при сравнительно незначительной скорости течения переход в турбулентное течение, вследствие чего процесс обмена в значительной мере интенсифицируется.</p>
<p>Трубчатый змеевик может перемещаться в резервуаре в ограниченном объеме, например, вследствие теплового расширения. Вследствие этого и за счет преимущественно турбулентных течений какиелибо отложения не могут образовываться в области разделителя.</p>
<p>Предпочтительно, резервуар теплообменника имеет цилиндрическую форму. Его длина может составлять до 6 диаметров.</p>
<p>С другой стороны, сравнительно незначительный объем резервуара обусловливает также постоянный приток свежей первой среды, и наличие за счет этого в резервуаре также высокой скорости течения. Таким образом, также и на этой стороне разделителя обеспечено устойчивое турбулентное течение, чем дополнительно интенсифицирован процесс обмена.</p>
<p>Вышеописанными мерами предотвращено образование внутри резервуара температурного расслоения первой среды. Тем самым в значительной степени предотвращено образование тороидальных вихрей в первой и температурных колебаний во второй среде.</p>
<p>Теплообменник согласно изобретению может достигать таким образом при сравнительно незначительном объеме примерно 60 л, входной температуре первой среды примерно 90°C, объемном расходе первой и второй среды в каждом случае примерно 3000 л/ч и градиенте температуры примерно 40°C, удельной производительности 750 Вт на 100 см<sup>2</sup> разделительной поверхности. Тем самым эксплуатационные характеристики теплообменников согласно изобретению достигают уровней пластинчатых теплообменников.</p>
<p>Также возможно выполнение теплообменника согласно изобретению таким образом, что трубчатый змеевик развернут во внутренней части резервуара к виду многосекционного устройства. Тем самым объемные отношения между первой и второй средой в теплообменнике смещаются в пользу второй среды.</p>
<p>При этом несколько трубчатых змеевиков могут быть либо выведены их отдельными присоединениями наружу и быть соединенными вне резервуара, либо быть разветвленными в пределах резервуара.</p>
<p>- 3 026850</p>
<p>В случае расположения в резервуаре более одного трубчатого змеевика, присоединения которых выведены наружу, один из трубчатых змеевиков может быть соединен также с другим источником тепла.</p>
<p>Также один из трубчатых змеевиков может быть соединен с контуром системы теплоснабжения, который требует другого уровня температуры.</p>
<p>Предпочтительный вариант осуществления состоит в том, что по меньшей мере один второй трубчатый змеевик служит для присоединения третьей среды от источника тепла или от потребителя тепла к теплообменнику, когда третья среда на основе особых ее свойств не может смешиваться с первой или со второй средой.</p>
<p>В зависимости от конкретного варианта осуществления системы теплоснабжения, в которой задействован теплообменник согласно изобретению, он может быть снабжен трубчатым змеевиком для хозяйственно-пищевого водоснабжения таким образом, что тем самым делается возможным предоставление горячей воды.</p>
<p>Также в зависимости от варианта осуществления системы теплоснабжения, в которой задействован теплообменник согласно изобретению, он может быть снабжен электрически приводимым в действие нагревательным патроном, который может выполнять либо снабжение количествами тепла, либо лишь обеспечение защиты от замерзания.</p>
<p>Профилированная стенка трубчатого змеевика, с одной стороны, позволяет увеличить предназначенную для теплообмена поверхность, то есть, так называемую разделительную поверхность. Кроме того, нагреваемая вторая среда в трубчатом змеевике за счет профилированной стенки получает турбулентное течение, которое интенсифицирует теплообмен.</p>
<p>Согласно изобретению теплообменник выполнен таким образом, что он имеет наименьшую возможную инерционность при теплопередаче по отношению к потребности в тепле в отопительном контуре. Для достижения этого, теплообменник выполнен таким образом, что он имеет коэффициент полезного действия переноса по меньшей мере 90%.</p>
<p>Изобретение разъяснено ниже более подробно посредством нескольких вариантов осуществления и чертежей. При этом показано:</p>
<p>фиг. 1 - схематическое представление теплообменника согласно изобретению;</p>
<p>фиг. 2 - вариант осуществления теплообменника согласно изобретению, в котором все трубчатые</p>
<p>змеевики соединены параллельно;</p>
<p>фиг. 3 - вариант осуществления теплообменника согласно изобретению, в котором все трубчатые змеевики соединены параллельно в пределах теплообменника.</p>
<p>Теплообменник согласно изобретению 1 состоит, по меньшей мере, из резервуара 2, окружающей резервуар 2 изоляции 3 и трубчатого змеевика 4. В противоположность варианту осуществления известных из уровня техники теплообменников для отопительных установок или систем теплоснабжения, предоставленная генераторами тепла нагретая первая среда имеется в наличии во внутреннем пространстве 7 резервуара 2, а снабжаемая потребителю тепла вторая среда, которая нагревается процессами обмена, протекает через трубчатый змеевик 4.</p>
<p>Трубчатый змеевик 4 соединен своими выведенными наружу присоединениями 5 и 6 с контуром циркуляции, в котором находятся потребители тепла. Во внутреннем пространстве 7 резервуара 2 находится первая среда, причем резервуар 2 посредством присоединений 8 и 9 соединен с первым контуром циркуляции, в котором расположены генераторы тепла. При этом генераторы тепла могут быть представлены тепловыми солнечными коллекторами, тепловыми насосами, отопительными котлами, геотермальными зондами или устройствами для регенерации технологического тепла.</p>
<p>В теплообменнике 1 согласно изобретению могут быть расположены второй трубчатый змеевик 10 и третий трубчатый змеевик 11, причем они могут быть равным образом соединены своими присоединениями 12 и 13, а также 14 с потребителями тепла.</p>
<p>Трубчатые змеевики 4, 10 и 11 могут быть соединены с одним и тем же контуром циркуляции. Они могут снабжать также различные контуры циркуляции нагретой средой.</p>
<p>В простейшем случае лишь один трубчатый змеевик 4 расположен в теплообменнике 1.</p>
<p>При принятии в качестве основы теплообменника 1 с объемом 60 л, такое устройство имеет следующие преимущества:</p>
<p>отношение между первой средой во внутреннем пространстве 7 резервуара 2 и второй средой в трубчатом змеевике 4 колеблется от 1:2 до 1:4. Для теплообменника 1 с емкостью 60 л это означает, что в трубчатом змеевике 4 может содержаться до 24 л второй среды;</p>
<p>теплообменник 1 имеет при объёмном расходе Q1=1000 л/ч, входной температуре 60°C и выходной температуре 40°C производительность 24 кВт;</p>
<p>в описанном случае производительность переноса разделителя/стенки разделителя составляет 125 Вт/ 100 см<sup>2</sup>;</p>
<p>теплообменник 1 имеет при объёмном расходе 470 л/ч, входной температуре 50°C и выходной температуре 10°C производительность примерно 23 кВт;</p>
<p>удельная производительность разделителя может составлять в таком случае 150 Вт/100 см<sup>2</sup>; теплообменник 1 достигает после нагревания характеристик, которые соответствуют таковым пла- 4 026850</p>
<p>стинчатого теплообменника. Только лишь при выполнении цикла нагрева имеется в наличии инерционность, возникающая на основе входного и выходного объёмных расходов теплообменника 1, после произведенного нагревания может изыматься нагретая вторая среда с температурой 50°C в одинаковых условиях на протяжении сколь угодно долгого времени в объеме примерно 500 л;</p>
<p>теплообменник 1 имеет обнаруженную на основе расчета максимальную производительность 120 кВт при расходе 3000 л/ч, он способен поддерживать при остановке притока нагретой первой среды в течение времени примерно 1 мин процесс обмена с производительностью примерно 100 кВт;</p>
<p>теплообменник 1 при повышенном расходе 3000 л/ч, при входной температуре 90°C, выходной температуре 50°C имеет на разделителе/стенке разделителя удельную производительность 750 Вт/100 <sub>см</sub><sup>2<sub></sup>.</sub></p>
<p>Независимо от фактической величины теплообменника согласно изобретению 1 далее принято: производительность переноса прямо пропорциональна площади поверхности разделителя, следовательно, площади поверхности примененного гофрированно-трубчатого змеевика и, в конечном счете, также числу гофрированно-трубчатых змеевиков. Также прямо пропорционально производительность переноса зависит от объёмного расхода на первичной стороне и вторичной стороне, а также от градиента температуры At;</p>
<p>трубчатый змеевик 4 состоит из гофрированной трубы, выполненной из высококачественной стали; гофрированная труба из высококачественной стали профилирована параллельно или винтообразно; толщина стенки гофрированной трубы из высококачественной стали располагается между 0,1 мм и</p>
<p>0,5 мм. Менее благоприятная сама по себе теплопередача высококачественных сталей значительно компенсирована незначительной толщиной стенки по сравнению с таковой для сталей обычного качества;</p>
<p>трубчатый змеевик 4 во внутреннем пространстве 7 резервуара 2 подвешен с ограниченной подвижностью. Он способен расширяться за счет изменений температуры и/или незначительно изменять свою форму.</p>
<p>течение в трубчатом змеевике турбулентно благодаря применению гофрированных труб уже при</p>
<p>незначительных скоростях течения, чем обеспечен интенсивный процесс обмена.</p>
<p>объемные отношения и геометрическое оформление трубчатого змеевика 4 выбраны таким образом, что также во внутреннем пространстве 7 резервуара 2 доминирует турбулентное течение, и тем самым процессы обмена протекают на обеих сторонах разделителя одинаково интенсивно.</p>
<p>выбором трубчатого змеевика 4 из гофрированной трубы из высококачественной стали в сочетании с изменениями его формы и турбулентными течениями предотвращены отложения на разделителе и тем самым обеспечено сохранение постоянной интенсивности процесса обмена на протяжении долгого времени;</p>
<p>выбранными объемными отношениями между внутренним пространством 7 и трубчатым змеевиком 4, а также его формой предотвращено образование каких-либо температурнозависимых расслоений</p>
<p>первой среды во внутреннем пространстве.</p>
<p>Вместе с тем, обеспечена реализация теплообменником 1 в каждом рабочем состоянии выведенного на досягаемый максимум процесса обмена и достижение при этом, в любом случае, располагающегося выше 90% коэффициента полезного действия.</p>
<p>Кроме того, эффективно проводимый процесс обмена обеспечивает, что должной температуры 50°C во второй среде достигают за десятую часть времени, необходимого для известного из уровня техники комбинированного накопителя.</p>
<p>Исключительно незначительная инерционность теплообменника 1 достигнута, наряду с уже представленными выше мерами, посредством того, что реализуемая трубчатым змеевиком 4 разделительная</p>
<p>площадь составляет от 150 см до 700 см/л объема резервуара.</p>
<p>Достижение такого высокого значения может быть сделано возможным также посредством того, чтобы другие трубчатые змеевики 10 и 11 расположены в резервуаре 2.</p>
<p>Трубчатые змеевики 4, 10 и 11 могут быть выполнены в виде винтообразных намоток, в виде спиралеобразных намоток или в виде сочетания обеих форм.</p>
<p>Особые варианты осуществления теплообменника согласно изобретению 1 могут быть образованы посредством того, что трубчатые змеевики 4, 10 и 11 соединены посредством соединения 16 вне изоляции 3.</p>
<p>Также возможно выполнение соединения 16 только между двумя из числа наличествующих трубчатых змеевиков 4, 10 и 11, в то время как остающийся трубчатый змеевик присоединен к отдельному контуру циркуляции. Такой вариант осуществления является предпочтительным, если дополнительно к системе отопления или теплоснабжения должна производиться подготовка технической воды.</p>
<p>Межсоединение трубчатых змеевиков 4, 10 и 11 может быть выполнено также во внутреннем пространстве 7 резервуара 2 посредством соединения 17. В этом случае межсоединение произведено в окруженной изоляцией 3 области, и за пределы изоляции выведены лишь присоединения трубчатого змеевика 4.</p>
<p>Таким образом образован эффективный теплообменник с большой разделительной поверхностью.</p>
<p>Наконец, такой теплообменник согласно изобретению предоставляет за счет принципа агрегатиро- 5 026850</p>
<p>вания возможность выполнения различных вариантов осуществления и приспособления его, таким образом, к заданным условиям использования.</p>
<p>Вышеописанное устройство может быть выполнено известными средствами в виде как стоящего на основании, так и подвесного устройства, или в виде сочетания обеих возможностей.</p>
<p>Также возможно выполнение теплообменника согласно изобретению в предварительно собранной форме, совместно с необходимыми трубопроводными присоединениями и, в соответствующих случаях, с вентилями и циркуляционными насосами.</p>
<p>Изоляция 3 теплообменника 1 может быть расположена согласно критериям оптимального энергетического использования. Она может охватывать дальние линии, вентили и циркуляционные насосы. Также она может быть выполнена съемной.</p>
<p>Изобретение имеет то преимущество, что оно предлагает теплообменники для систем отопления или теплоснабжения, которые работают эффективно, габариты которых малы, которые могут предоставлять нагретые среды с незначительной инерционностью и, кроме того, могут быть произведены малозатратно и с незначительными издержками на материалы и изготовление.</p>
<p>Список ссылочных материалов</p>
<p>1 - теплообменник;</p>
<p>2 - резервуар;</p>
<p>3 - изоляция;</p>
<p>4 - трубчатый змеевик;</p>
<p>5 - присоединение;</p>
<p>6 - присоединение;</p>
<p>7 - внутреннее пространство;</p>
<p>8 - присоединение;</p>
<p>9 - присоединение;</p>
<p>10 - трубчатый змеевик;</p>
<p>11 - трубчатый змеевик;</p>
<p>12 - присоединение;</p>
<p>13 - присоединение;</p>
<p>14 - присоединение;</p>
<p>15 - присоединение;</p>
<p>16 - соединение;</p>
<p>17 - соединение.</p><p> The invention relates to a heat exchanger for a heating installation or heating system in the form of a tubular heat exchanger with a closed tank, in which the inner space is filled with a first medium that supplies heat, and the second medium that removes heat is in the tubular coil of the tank. The invention relates also to the implementation of such a heat exchanger with a small structural height and high efficiency, as well as high power density. </ p>
<p> 026850 </ p>
<p> The invention relates to a heat exchanger as a heat sink for a heating installation or heating system. </ p>
<p> In heating installations or heat supply systems often use renewable energy sources. Therefore, there is often a need, on the basis of media arriving with different parameters regarding the volume and temperature of the medium, to provide an environment adapted to the conditions of the connected consumer. Various sources of heat can be represented, for example, by conventional heating boilers, thermal solar collectors, geothermal probes or similar devices. </ p>
<p> Typically, heat sinks are used for this purpose, and they achieve heat transfer between media using separate circuits. The general formulation of the problem in this use case is that the heated coolant is produced from the arriving amount of heat in the shortest possible time, which meets the requirements for the medium temperature and its volume. </ p>
<p> It has long been known that there are significant differences in the parameters of environments on the side of energy production. For example, conventional heating boilers supply media with temperatures of 40 ° C and higher. Solar thermal collectors need their own circulation of media. Geothermal probes supply media with temperatures ranging from 30 ° C to more than 100 ° C. On the consumer side, the heating circuit may require temperatures from 35 to 80 ° C, while process water must be provided with temperatures in excess of 55 ° C. </ p>
<p> Thus, some circulation circuits must remain separate from other circulation circuits. Thus, for example, the circulation circuit of a thermal solar collector contains non-freezing medium, while in the circulation circuit of the heating boiler there is no need for it. On the consumer side, the differences are the same between the circulation circuit for heating purposes and the circulation circuit for process water, which requires the use of potable quality water and must therefore be supplied with fresh water. </ p>
<p> Since the integration of different media with different heat contents is impossible, and the direct further transfer of the specified media to the connected heating systems is equally excluded, the initial energy sources are combined in the heat supply systems in the so-called heat sink, in which heat is exchanged from the primary media to the secondary Wednesday To equalize a highly variable amount of heat on the secondary side, a larger volume of fluid is provided. The above tasks should be performed by a heat exchanger, made as a central element. </ p>
<p> For this purpose, for example, a tubular heat exchanger can be considered. Known heat exchangers of this type, such as those described in DE 3641139 C2, are not suitable, however, due to their inertia. </ p>
<p> In the construction of a tubular sectional heat exchanger according to DE 3519315 A1, it is possible to set the volume ratio in such a way that any excess storage volume is prevented in such a heat exchanger and, moreover, the separation surface is increased due to the use of corrugated tubes. This type of air-to-water heat exchanger is not suitable for use as a heat sink in heat supply systems, since it is not designed to function with two liquid media. </ p>
<p> These tasks can be solved with a very efficient plate heat exchanger. However, such heat exchangers due to their design have significant drawbacks when used in heating systems. For example, in areas with high hardness drinking water, it is necessary to prepare the heat supply installation environments using chemical-physical methods. Ultimately, this is also necessary with the smallest amounts topped up. </ p>
<p> If the medium is not prepared, the heat exchanger clogs in the shortest possible time and significantly loses in efficiency, throughput and dynamics. </ p>
<p> In plate heat exchangers, lime deposits in the water supply section, which is constantly filled with fresh water, cannot also be prevented. Dry cleaning of clogged plate heat exchangers ultimately leads to damage to the material and, at the same time, to a reduction in its service life. For the above reasons, plate heat exchangers are only occasionally used in heat supply installations. </ p>
<p> To prevent the described problems of plate heat exchangers in heating systems, so-called combined storage tanks with a large reservoir and a tubular coil located in it are performed. They have a relatively large storage volume and at the same time a small separation surface of the heat exchanger. Due to the thermal stratification inevitably formed in the combined storage ring, the temperature drop in it is obtained from top to bottom. </ p>
<p> If the equilibrium in such a combined storage unit is disturbed by the selection of the amount of heat, which is produced, of course, by means of a selection device located in the combined storage unit at the top, then as a result, a noticeable cooling occurs in the upper area of the combined storage unit. The cooled medium begins to move downward and mixes with the colder layers in such a way that eventually a mixed temperature is produced, which </ p>
<p> - 1 026850 </ p>
<p> can no longer allow the amount of heat to be taken. </ p>
<p> In some combined accumulators, a toroidal vortex consisting of cold water is formed, which, as a result of its lowering, continuously breaks the temperature relationships within the combined accumulator. </ p>
<p> Various manufacturers of such combined drives are trying to prevent this disadvantageous effect by mounting transverse bulkheads and bypass channels in the combined drive. For example, in a known CTC Eco Zenith I 550 device manufactured by CTC, 341 26 Lyngby, Sweden, a transverse bulkhead is installed in such a combined drive, which is provided in each case with a multiple-perforated overflow channel, both in the upper and in the lower region. </ p>
<p> The Spiro combined storage unit from FEURON AG, 9430 St. Margrethen, Switzerland, in turn, attempted to suppress the longest separation of the medium corresponding to the natural thermal separation using the distributor of the spiral heat exchanger distributed over the entire volume. </ p>
<p> In both of the above-described combined drives, the medium supplied mainly from the highest temperature from the solar thermal collector is supplied by means of its own heat exchanger within the combined drive, which is located in both cases on the bottom of the tank. In the combined storage device of the CTC Eco Zenith I 550 device, heat is exchanged with a cold medium present in the lower chamber, while in the combined Spiro storage unit from FEURON AG the heat exchanger with a more tightly wound coil is additionally included in a separate housing, and the heated medium is lifted into the upper region the combined drive should preferably be produced by means of a lifting channel. </ p>
<p> Both systems have the disadvantage that they work with large volumes and have a complex internal structure. At the same time, the inevitable temperature stratification and technical measures to prevent undesirable mixing processes make the combined drives inertial in their behavior. Technical costs and thus production costs are high. </ p>
<p> However, to ensure heat transfer with little inertia, it is necessary to provide a very efficient heat transfer. </ p>
<p> A FEROON AG Spiro combined storage tank is provided with a tubular coil, which is made of a corrugated pipe and must produce a turbulent flow inside the corrugated pipeline for efficient heat exchange, according to the technical description of this combined storage unit. However, effective heat exchange cannot be achieved, because the environment surrounding the corrugated pipe does not have a turbulent flow, and there are no special devices to achieve this form of flow. </ p>
<p> Therefore, there is a need to replace combined accumulators with heat exchangers, which make it possible to exchange quantities of heat between the primary and secondary environments with markedly reduced inertia, and prevent, however, the susceptibility of damage to the above-described plate heat exchangers. It should also take into account the still known conditions of use for different areas of temperature. </ p>
<p> Therefore, the aim of the invention is to propose a heat exchanger for use for a heat sink for a heating installation or heating system, which does not have the drawbacks of conventional combined accumulators in the prior art, has a large volume of transmitted power which transfers the amount of heat without large inertia to heat exchanger secondary environment from the incoming media from the primary circulation circuits, and thus makes possible a quick response to a variable heat demand, which is durable and, moreover, can be performed simply and at low cost, thereby obtaining a reduction in the total costs of heating installations or, respectively, of the heat supply system and, in addition, an increase in the degree of heat utilization of such devices. </ p>
<p> In the following description, embodiments, and claims, the following concepts are used in the following meanings: </ p>
<p> Heat Exchanger - is a tubular heat exchanger made with at least one tubular coil located in the tank and with connections extended to the tubular coil, as well as with the internal space of the tank. </ p>
<p> Tubular coil - is a helical and / or spiral-wound pipe, the pitch of which can be uniform or different in different areas. </ p>
<p> Pipe - is a metal pipe with a profiled wall, preferably a corrugated pipe with corrugations parallel or spiral-like. </ p>
<p> Separator - is a solid and liquid-tight septum between different media. It is formed by tube walls. </ p>
<p> Medium - is a fluid that can contain and transport the amount of heat. </ p>
<p> The first environment is a fluid that can be heated by arbitrary sources. </ p>
<p> - 2 026850 </ p>
<p> heat and transfers in the heat exchanger the amount of heat in the second environment. </ p>
<p> Secondary environment - is a fluid medium that receives the amount of heat in the heat exchanger from the first medium and transports it to consumers in the system or to drive modules. </ p>
<p> The above problem is solved by using a heat exchanger with signs of the distinctive part of claim 1 in combination with the signs of the restrictive part of this claim. Additional independent and subordinate claims describe embodiments of a heat exchanger according to the invention. </ p>
<p> According to the invention, the problem is solved using a heat exchanger made in the form of a tubular heat exchanger. It is designed in such a way that the volume of the tank is filled with the first medium, and the second medium flows through a tubular coil located in the same tank. </ p>
<p> Thus, the constant availability of a sufficiently large volume of the heated first medium and the ability to receive this amount of heat as needed and in a short time, as well as with high flow rates, is achieved by means of a second medium removing heat. </ p>
<p> At the same time, the heat exchanger achieves a transfer efficiency of at least 90% in terms of the amount of heat supplied by the first medium and abstracted with the second medium, under temperature conditions operating in the heat supply systems. </ p>
<p> To achieve this, the heat exchanger has at least the following parameters: </ p>
<p> The ratio of the volume of the tank and the volume of the tubular coil is directed to the value 5 or below it; </ p>
<p> the heat exchanger tank is well insulated; </ p>
<p> The tubular coil consists of a metallic material; </ p>
<p> The wall thickness of the tubular coil pipe is very small; </ p>
<p> tubular coil is movable in a limited volume in the tank; </ p>
<p> The shape of the tank is chosen so that the tank has a small surface. </ p>
<p> By the above measures according to the invention, it is achieved that the heat exchanger tank is constantly filled with a sufficient volume of heated first medium. With the formation of the need for heat, the second medium is directed through a tubular coil and there is an intense heat exchange. </ p>
<p> The most preferred is a tubular coil, which consists of a thin-walled corrugated pipe. This type of corrugated pipe has a wall thickness in the region of several tenths of a millimeter. The pipe wall forms a very thin separator, which allows to achieve intensive heat transfer. </ p>
<p> According to the invention, a corrugated stainless steel pipe is used for a tubular coil. The reduced heat transfer of high-quality steels is compensated for by an insignificant wall thickness. </ p>
<p> A spiral-wound tubular coil of corrugated pipe causes a transition to a turbulent flow at a relatively insignificant flow rate, as a result of which the exchange process is greatly intensified. </ p>
<p> A tubular coil can move in a reservoir in a limited volume, for example, due to thermal expansion. As a result, and due to the predominantly turbulent flow, no deposits can form in the region of the separator. </ p>
<p> Preferably, the heat exchanger tank has a cylindrical shape. Its length can be up to 6 diameters. </ p>
<p> On the other hand, a relatively small volume of the reservoir also causes a constant inflow of fresh first medium, and the presence due to this in the reservoir also a high flow velocity. Thus, also on this side of the separator, a stable turbulent flow is ensured, which further intensifies the exchange process. </ p>
<p> The above measures prevented the formation of temperature stratification of the first medium inside the tank. Thus, the formation of toroidal vortices in the first and temperature fluctuations in the second medium is largely prevented. </ p>
<p> The heat exchanger according to the invention can thus reach with a relatively small volume of about 60 liters, an inlet temperature of the first medium of about 90 ° C, a volume flow rate of the first and second medium in each case about 3000 l / h and a temperature gradient of about 40 ° C, specific performance 750 watts per 100 cm <sup> 2 </ sup> separation surface. Thus, the performance characteristics of heat exchangers according to the invention reach the levels of plate heat exchangers. </ p>
<p> It is also possible to perform the heat exchanger according to the invention in such a way that the tubular coil is deployed in the inside of the tank to a kind of multi-section device. Thus, the volume relationship between the first and second medium in the heat exchanger is shifted in favor of the second medium. </ p>
<p> In this case, several tubular coils can either be removed by their separate connections to the outside and be connected outside the tank, or be branched within the tank. </ p>
<p> - 3 026850 </ p>
<p> If there is more than one tubular coil in the tank, the connections of which are brought out, one of the tubular coils can also be connected to another heat source. </ p>
<p> Also, one of the tubular coils can be connected to the heating system circuit, which requires a different temperature level. </ p>
<p> A preferred embodiment is that at least one second tubular coil serves to connect a third medium from a heat source or from a heat consumer to a heat exchanger when the third medium based on its special properties cannot be mixed with the first or second medium . </ p>
<p> Depending on the specific embodiment of the heat supply system in which the heat exchanger according to the invention is involved, it can be equipped with a tubular coil for domestic water supply in such a way that the provision of hot water is made possible. </ p>
<p> Also, depending on the embodiment of the heat supply system in which the heat exchanger according to the invention is involved, it can be provided with an electrically driven heating cartridge that can perform either the supply of quantities of heat or only the provision of freeze protection. </ p>
<p> The profiled wall of the tubular coil, on the one hand, allows to increase the surface intended for heat exchange, that is, the so-called separation surface. In addition, the heated second medium in the tubular coil receives a turbulent flow due to the profiled wall, which intensifies the heat exchange. </ p>
<p> According to the invention, the heat exchanger is designed in such a way that it has the lowest possible inertia in heat transfer with respect to the heat demand in the heating circuit. To achieve this, the heat exchanger is designed in such a way that it has a transfer efficiency of at least 90%. </ p>
<p> The invention is explained in more detail below by means of several embodiments and drawings. This shows: </ p>
<p> FIG. 1 is a schematic representation of a heat exchanger according to the invention; </ p>
<p> FIG. 2 shows an embodiment of a heat exchanger according to the invention, in which all tubular </ p>
<p> coils are connected in parallel; </ p>
<p> FIG. 3 shows an embodiment of the heat exchanger according to the invention, in which all tubular coils are connected in parallel within the limits of the heat exchanger. </ p>
<p> The heat exchanger according to the invention 1 consists at least of a reservoir 2 surrounding the insulator 3 of the reservoir 2 and a tubular coil 4. In contrast to the embodiment of the heat exchangers known from the prior art for heating plants or heat supply systems, the heated first environment is provided by heat generators available in the inner space 7 of the tank 2, and the second medium supplied to the consumer of heat, which is heated by exchange processes, flows through the tubular coil 4. </ p>
<p> The tubular coil 4 is connected by its outlets, connections 5 and 6, to a circulation circuit in which there are heat consumers. In the inner space 7 of the tank 2 is the first environment, and the tank 2 through connections 8 and 9 is connected to the first circulation circuit in which the heat generators are located. In this case, heat generators can be represented by thermal solar collectors, heat pumps, heating boilers, geothermal probes, or devices for the regeneration of process heat. </ p>
<p> In the heat exchanger 1 according to the invention, a second tubular coil 10 and a third tubular coil 11 can be located, and they can be equally connected by their connections 12 and 13, as well as 14 to heat consumers. </ p>
<p> Tubular coils 4, 10 and 11 can be connected to the same circulation circuit. They can also supply different circulation circuits with heated medium. </ p>
<p> In the simplest case, only one tubular coil 4 is located in the heat exchanger 1. </ p>
<p> When adopted as the basis of the heat exchanger 1 with a volume of 60 liters, such a device has the following advantages: </ p>
<p> The ratio between the first medium in the inner space 7 of the reservoir 2 and the second medium in the tubular coil 4 ranges from 1: 2 to 1: 4. For heat exchanger 1 with a capacity of 60 liters, this means that the tubular coil 4 can contain up to 24 liters of the second medium; </ p>
<p> the heat exchanger 1 has a volume flow rate Q1 = 1000 l / h, an inlet temperature of 60 ° C and an outlet temperature of 40 ° C with a capacity of 24 kW; </ p>
<p> in the described case, the transfer capacity of the separator / wall of the separator is 125 W / 100 cm <sup> 2 </ sup>; </ p>
<p> the heat exchanger 1 has a flow rate of 470 l / h, an inlet temperature of 50 ° C and an outlet temperature of 10 ° C, and a capacity of approximately 23 kW; </ p>
<p> The specific performance of the separator may then be 150 W / 100 cm. <sup> 2 </ sup>; the heat exchanger 1 achieves, after heating, the characteristics that correspond to those of the plate; </ p>
<p> stinging heat exchanger. Only when the heating cycle is performed, the inertia that occurs on the basis of the input and output volumetric costs of the heat exchanger 1 is available, after the heat produced, the heated second medium with a temperature of 50 ° C can be removed under the same conditions for an arbitrarily long time in a volume of about 500 liters; </ p>
<p> The heat exchanger 1 has a maximum capacity of 120 kW at a flow rate of 3000 l / h detected on the basis of the calculation, it is able to maintain the exchange process with a capacity of about 100 kW when the inflow of the heated first medium stops for about 1 minute; </ p>
<p> Heat exchanger 1 with an increased flow rate of 3000 l / h, with an input temperature of 90 ° C, an output temperature of 50 ° C has a specific performance of 750 W / 100 on the separator / wall of the separator <sub> cm </ sub> <sup> 2 <sub> </ sup>. </ sub> </ p>
<p> Regardless of the actual value of the heat exchanger according to the invention 1, the following is assumed: transfer performance is directly proportional to the surface area of the separator, therefore, the surface area of the applied corrugated tubular coil and, ultimately, also the number of corrugated tubular coils. Also directly proportional to the transfer performance depends on the volume flow on the primary side and the secondary side, as well as on the temperature gradient At; </ p>
<p> tubular coil 4 consists of a corrugated pipe made of high-quality steel; corrugated high-grade steel pipe is shaped parallel or screw-shaped; wall thickness of corrugated stainless steel pipe is between 0.1 mm and </ p>
<p> 0.5 mm. The less favorable heat transfer by itself of high-quality steels is significantly compensated for by a small wall thickness compared to that for steels of ordinary quality; </ p>
<p> tubular coil 4 in the inner space 7 of tank 2 is suspended with limited mobility. It is able to expand due to temperature changes and / or slightly change its shape. </ p>
<p> The flow in the tubular coil is turbulent due to the use of corrugated pipes already at </ p>
<p> low flow rates, which ensured an intensive exchange process. </ p>
<p> The volume relationships and geometrical design of the tubular coil 4 are selected in such a way that the turbulent flow also dominates in the inner space 7 of the reservoir 2, and thus the exchange processes occur equally intensively on both sides of the separator. </ p>
<p> the choice of tubular coil 4 made of corrugated stainless steel pipe in combination with changes in its shape and turbulent currents prevented deposits on the separator and thus ensured that the constant intensity of the exchange process was maintained for a long time; </ p>
<p> selected volumetric ratios between the internal space 7 and the tubular coil 4, as well as its shape, prevented the formation of any temperature-dependent bundles </ p>
<p> the first environment in the inner space. </ p>
<p> At the same time, the implementation of the heat exchanger 1 in each operating state of the exchange process brought to the maximum possible is ensured and, at the same time, achieving, in any case, more than 90% efficiency. </ p>
<p> In addition, an efficiently conducted exchange process ensures that the proper temperature of 50 ° C in the second medium is reached in a tenth of the time required for the combined storage device known from the prior art. </ p>
<p> The extremely low inertia of the heat exchanger 1 has been achieved, along with the measures already presented above, by means of the fact that the separator implemented by the tubular coil 4 </ p>
<p> The area ranges from 150 cm to 700 cm / l tank volume. </ p>
<p> Achieving such a high value can also be made possible by ensuring that other tubular coils 10 and 11 are located in tank 2. </ p>
<p> Tubular coils 4, 10, and 11 can be made in the form of helical windings, in the form of spiral-like windings, or a combination of both forms. </ p>
<p> Special embodiments of the heat exchanger according to the invention 1 can be formed by connecting the tubular coils 4, 10 and 11 by connecting 16 outside the insulation 3. </ p>
<p> It is also possible to connect 16 only between two of the existing tubular coils 4, 10 and 11, while the remaining tubular coil is connected to a separate circulation circuit. Such an implementation option is preferred if, in addition to the heating or heating system, the process water must be prepared. </ p>
<p> The interconnection of the tubular coils 4, 10 and 11 can also be made in the inner space 7 of the reservoir 2 by connecting 17. In this case, the interconnect is made in the area 3 surrounded by insulation, and only the connections of the tubular coil 4 are outside the insulation. </ p>
<p> Thus, an efficient heat exchanger is formed with a large separation surface. </ p>
<p> Finally, such a heat exchanger according to the invention provides, at the expense of the principle of an aggregate, 5 026850 </ p>
<p> ability to perform various embodiments and adapt it, thus, to the specified conditions of use. </ p>
<p> The above device can be performed by known means in the form of both standing on the base and hanging device, or a combination of both possibilities. </ p>
<p> It is also possible to manufacture the heat exchanger according to the invention in a pre-assembled form, together with the necessary piping connections and, in appropriate cases, with valves and circulation pumps. </ p>
<p> Insulation 3 of heat exchanger 1 can be located according to the criteria for optimal energy use. It may cover long lines, valves and circulating pumps. It can also be removable. </ p>
<p> The invention has the advantage that it offers heat exchangers for heating or heating systems that operate efficiently, whose dimensions are small, which can provide heated media with little inertia and, moreover, can be produced at low cost and with little material and material costs. manufacturing. </ p>
<p> Reference List </ p>
<p> 1 - heat exchanger; </ p>
<p> 2 - tank; </ p>
<p> 3 - isolation; </ p>
<p> 4 - tubular coil; </ p>
<p> 5 - accession; </ p>
<p> 6 - accession; </ p>
<p> 7 - inner space; </ p>
<p> 8 - accession; </ p>
<p> 9 - accession; </ p>
<p> 10 - tubular coil; </ p>
<p> 11 - tubular coil; </ p>
<p> 12 - accession; </ p>
<p> 13 - accession; </ p>
<p> 14 - accession; </ p>
<p> 15 - accession; </ p>
<p> 16 - connection; </ p>
<p> 17 - connection. </ p>