Перекрестноточный кожухотрубный теплообменник

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(72) Авторы Синяков Анатолий Леонидович Прищепов Михаил Александрович Вербило Андрей Анатольевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(57) 1. Перекрестноточный кожухотрубный теплообменник, содержащий оборудованный распределительными и собирающими коллекторами холодного и теплого воздуха кожух,внутри которого расположен нагреватель холодного воздуха, выполненный в виде пучка теплопередающих труб, концы которых закреплены в верхней и нижней трубных досках,отличающийся тем, что снабжен разделительной перегородкой, дополнительной трубной доской, тепловыми трубами, а верхняя и нижняя трубные доски выполнены с продольными сплошными полосами, которые делят нагреватель холодного воздуха на первую и вторую секции нагрева, при этом разделительная перегородка установлена в собирающем коллекторе теплого воздуха, прикреплена к его поперечным стенкам, к продольной сплошной полосе нижней трубной доски и делит собирающий коллектор теплого воздуха 13161 1 2010.04.30 на два собирающих коллектора теплого воздуха соответственно для первой и второй секций нагревателя холодного воздуха, а дополнительная трубная доска расположена в собирающем коллекторе холодного воздуха и прикреплена к его нижней стенке, в которой выполнены отверстия под отверстиями дополнительной трубной доски, в которых установлены и закреплены тепловые трубы, испарительные участки которых расположены в собирающем коллекторе теплого воздуха второй секции нагревателя холодного воздуха, а конденсационные участки - в собирающем коллекторе холодного воздуха. 2. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что тепловые трубы выполнены в виде двухфазных гравитационных термосифонов, заполненных легкокипящей жидкостью, например хладоном-12. 3. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что дополнительная трубная доска выполнена из коррозионно-стойкого теплопроводного материала, например из нержавеющей стали. 4. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что в собирающем коллекторе теплого воздуха второй секции нагревателя холодного воздуха установлен каплеулавливающий фильтр, при этом собирающий коллектор теплого воздуха второй секции нагревателя холодного воздуха снабжен двумя конденсатосборными коллекторами, которые сообщены с канализационной системой при помощи трубок. Предлагаемое техническое решение относится к перекрестноточным кожухотрубным теплообменникам, которые применяются в отопительно-вентиляционных системах производственных помещений для предварительного нагрева холодного приточного воздуха теплотой воздуха, удаляемого из помещений. Известна конструкция перекрестного кожухотрубного теплообменника, используемого для утилизации теплоты вытяжного воздуха системы принудительной вентиляции производственных помещений 1. Известный теплообменник содержит оборудованный распределительными и собирающими коллекторами теплого и холодного воздуха кожух, в котором расположены верхняя и нижняя трубные доски и пучок теплопередающих труб между ними. Теплообменник работает следующим образом. Наружный холодный воздух движется по теплопередающим трубам, а удаляемый из помещения теплый - через межтрубное пространство трубного пучка, при этом холодный воздух нагревается частью теплоты воздуха, удаляемого из помещения. Кроме того, при работе теплообменника мелкодисперсные загрязнения, содержащиеся в теплом воздухе, откладываются на наружной поверхности труб теплопередающего пучка и прочно прилипают к поверхности труб из-за увлажнения их конденсатом. Образующийся слой грязи уменьшает коэффициент теплопередачи теплообменника и, следовательно, его тепловую мощность. Кроме того, тепловая мощность рядов труб трубного пучка по ходу движения холодного воздуха через межтрубное пространство снижается из-за уменьшения температурного напора теплообменника, в результате чего теплообменник работает недостаточно эффективно. К недостаткам известной конструкции теплообменника следует отнести низкую эффективность работы и сложность эксплуатации. Низкая эффективность работы обусловлена уменьшением температурного напора по ходу движения холодного воздуха через межтрубное пространство и снижением коэффициента теплопередачи теплообменника из-за образования на теплопередающей поверхности труб слоя снега-льда с грязью. Сложность эксплуатации теплообменника обусловлена сложностью очистки теплообменной поверхности теплообменника от слоя грязи, так как очистка теплообменной поверхности связана с прекращением работы теплообменника и промывкой его химраствором. 2 13161 1 2010.04.30 Наиболее близким к заявляемой конструкции перекрестного кожухотрубного теплообменника является теплообменник для подогрева наружного холодного воздуха теплотой удаляемого теплого воздуха 2. В этой конструкции теплообменника теплый воздух движется по трубкам теплопередающего пучка, а холодный - через межтрубное пространство трубного пучка, в результате чего упрощается очистка теплообменной поверхности теплообменника от слоя грязи. К недостатку теплообменника следует отнести его пониженную эффективность работы из-за уменьшения его тепловой мощности в результате уменьшения температурного напора в теплообменнике по ходу движения холодного воздуха через межтрубное пространство теплопередающего пучка труб. Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы перекрестноточного кожухотрубного теплообменника. Поставленная задача решается тем, что известный перекрестноточный кожухотрубный теплообменник, содержащий оборудованный распределительными и собирающими коллекторами холодного и теплого воздуха кожух, внутри которого расположен нагреватель холодного воздуха, выполненный в виде пучка теплопередающих труб, концы которых закреплены в верхней и нижней трубных досках, снабжен разделительной перегородкой,дополнительной трубной доской, тепловыми трубами, а верхняя и нижняя трубные доски выполнены с продольными сплошными полосами, которые делят нагреватель холодного воздуха на первую и вторую секции нагрева, при этом разделительная перегородка установлена в собирающем коллекторе теплого воздуха, прикреплена к его поперечным стенкам,к продольной сплошной полосе нижней трубной доски и делит собирающий коллектор теплого воздуха на два собирающих коллектора теплого воздуха соответственно для первой и второй секции нагревателя холодного воздуха, а дополнительная трубная доска расположена в собирающем коллекторе холодного воздуха и прикреплена к его нижней стенке, в которой выполнены отверстия под отверстиями дополнительной трубной доски,в которых установлены и закреплены тепловые трубы, испарительные участки которых расположены в собирающем коллекторе теплого воздуха второй секции нагревателя холодного воздуха, а конденсационные участки - в собирающем коллекторе холодного воздуха. Дополнительная трубная доска теплообменника выполнена из коррозионно-стойкого теплопроводного материала, например из нержавеющей стали, а тепловые трубы выполнены в виде двухфазных гравитационных термосифонов, которые заполнены легкокипящей жидкостью, например хладоном-12. Для отвода конденсата в канализацию из труб второй секции нагревателя холодного воздуха и от испарительных участков тепловых труб в собирающем коллекторе теплого воздуха второй секции нагревателя установлен каплеулавливающий фильтр, при этом собирающий коллектор теплого воздуха второй секции нагревателя холодного воздуха снабжен двумя конденсатосборными коллекторами, которые сообщены с канализационной системой при помощи трубок. Сущность предлагаемого изобретения перекрестноточного кожухотрубного теплообменника поясняется следующими графическими изображениями на фиг. 1 изображена схема предложенного теплообменника, продольный разрез по АА на фиг. 2 на фиг. 2 - разрез по В-В на фиг. 1. Перекрестноточный кожухотрубный теплообменник содержит кожух 1, распределительные 2, 3 и собирающие 4, 5 коллекторы соответственно холодного и теплого воздуха,верхнюю 6 и нижнюю 7 трубные доски, нагреватель холодного воздуха, выполненный в виде пучка теплопередающих труб 8, концы которых закреплены в трубных досках 6 и 7. Теплообменник снабжен разделительной перегородкой 9, дополнительной трубной доской 10, тепловыми трубами 11, а верхняя 6 и нижняя 7 трубные доски выполнены с продольными сплошными полосами 12, 13, делящими нагреватель холодного воздуха на первую 14 и вторую 15 секции нагрева. 3 13161 1 2010.04.30 Разделительная перегородка 9 установлена в собирающем коллекторе 5 теплого воздуха, прикреплена к его поперечным стенкам, к продольной сплошной полосе 13 нижней трубной доски 7 и делит коллектор 5 на два собирающих коллектора 16, 17 теплого воздуха соответственно для первой 14 и второй 15 секций нагревателя холодного воздуха. Дополнительная трубная доска 10 расположена в собирающем коллекторе 4 холодного воздуха и прикреплена к его нижней стенке, в которой выполнены отверстия под отверстиями дополнительной трубной доски 10, в которых установлены тепловые трубы 11,испарительные участки 18 которых расположены в собирающем коллекторе 17 теплого воздуха второй секции 15 нагревателя холодного воздуха, а конденсационные 19 - в собирающем коллекторе 4 холодного воздуха теплообменника. Дополнительная трубная доска 10 выполнена из коррозионно-стойкого теплопроводного материала, например из нержавеющей стали, а тепловые трубы 11 выполнены в виде двухфазных гравитационных термосифонов, которые заполнены хладоном-12. Для предотвращения поступления конденсата из труб 8 второй секции 15 нагревателя холодного воздуха на испарительные участки 18 тепловых труб 11 в собирающем коллекторе 17 теплого воздуха установлен каплеулавливающий фильтр 20. Для отвода конденсата из коллектора 17 он оборудован конденсатособирающими коллекторами 21, 22, которые сообщены при помощи труб 23, 24 с канализационной системой. Заявляемый перекрестноточный кожухотрубный теплообменник работает следующим образом. Холодный воздух движется через межтрубное пространство теплопередающих труб 8 первой 14 и второй 15 секций нагревателя и через межтрубное пространство конденсационных участков 19 тепловых труб 11, а теплый воздух движется внутри труб 8 первой 14 и второй 15 секций нагревателя холодного воздуха и через межтрубное пространство испарительных участков 18 тепловых труб 11. При движении воздушных потоков через теплообменник происходит нагрев холодного воздуха частью теплоты, содержащейся в теплом удаляемом воздухе. При охлаждении теплого воздуха происходит конденсация содержащихся в нем водяных паров, в результате чего увеличивается тепловая мощность теплообменника. В первой секции 14 нагревателя, теплообменная поверхность которой составляет 4050 от общей, из-за высокого температурного напора при расчетном коэффициенте теплопередачи теплый воздух охлаждается до минимально допустимой положительной температуры, и тепловая мощность секции составляет 50-60 мощности теплообменника. При движении подогретого в первой секции холодного воздуха через вторую секцию его температура увеличивается, при этом уменьшается температурный напор во второй секции нагревателя, в результате чего теплый воздух охлаждается до более низкой температуры, и тепловая мощность второй секции нагревателя составляет 50-40 от общей. Так как теплый воздух во второй секции нагревателя охлаждается не до минимально допустимой положительной температуры, то существует возможность увеличить тепловую мощность теплообменника за счет более глубокого охлаждения теплого воздуха, выходящего из труб второй секции. В результате этого увеличивается эффективность работы теплообменника в целом. Дополнительный нагрев холодного воздуха после второй секции осуществляется частью теплого воздуха, выходящего из труб второй секции при помощи тепловых труб 11,испарительные участки 18 которых расположены в собирающем коллекторе 17 теплого воздуха второй секции нагревателя, а конденсационные 19 - в собирающем коллекторе 4 холодного воздуха теплообменника. Передача теплоты от потока теплого воздуха, выходящего из труб 8 второй секции нагревателя, в холодный поток воздуха после его подогрева в первой и второй секциях нагревателя осуществляется через стенки тепловых труб 11 за счет фазовых превращений хладона. Теплый воздух омывает нижнюю испарительную часть труб, в которых происходит испарение хладона. Под действием возникающей разности давлений пары хладона пере 4 13161 1 2010.04.30 мещаются в верхнюю конденсационную часть, омываемую холодным воздухом, где конденсируются. Образующийся конденсат под действием сил тяжести возвращается в испарительную часть, а выделенная теплота идет на нагрев холодного воздуха. Таким образом, в процессе работы заявляемого перекрестноточного кожухотрубного теплообменника происходит достижение поставленной технической задачи повышение эффективности работы теплообменника за счет дополнительного охлаждения теплого воздуха, выходящего из теплопередающих труб второй секции нагревателя холодного воздуха теплообменника. Источники информации 1. Баскаков А.П. Теплотехника. - М. Энергоиздат, 1982. - С.128. 2.1668840 1, 1991. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5