Кожухотрубный теплообменник

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Синяков Анатолий Леонидович(72) Автор Синяков Анатолий Леонидович(73) Патентообладатель Синяков Анатолий Леонидович(57) 1. Кожухотрубный теплообменник с перекрестным движением теплообменивающихся воздушных потоков, содержащий оборудованный распределительными и собирающими коллекторами теплого и холодного воздуха кожух, в котором установлены верхний и расположенный под ним с зазором нижний нагреватели холодного воздуха, каждый из которых выполнен из пучка теплопередающих труб, присоединенных входами и выходами к трубным доскам, отличающийся тем, что снабжен двумя оборудованными каплеулавливающими фильтрами собирающе-распределительными коллекторами теплого воздуха, левые и правые стенки которых выполнены в виде трубных досок, отверстия в которых соосны с отверстиями трубных досок верхнего и нижнего нагревателей холодного воздуха, расположенных в кожухе горизонтально и выполненных по длине составными из левых и правых секций, при этом собирающе-распределительные коллекторы теплого воздуха установлены в кожухе между левыми и правыми секциями верхнего и нижнего нагревателей холодного воздуха и к их левым и правым трубным доскам присоединены соответственно выходами и входами теплопередающие трубы соответственно левых и правых секций нагревателей холодного воздуха. 15241 1 2011.12.30 2. Кожухотрубный теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что верхние и нижние, передняя и задняя стенки собирающе-распределительных коллекторов теплого воздуха теплоизолированы от окружающей среды, а их трубные доски выполнены из теплоизоляционного материала, например прессованного пенопласта. Предлагаемое техническое решение относится к теплообменникам, которые применяются в отопительно-вентиляционных системах производственных помещений для нагрева приточного воздуха частью теплоты воздуха, удаляемого из помещений. Известна конструкция кожухотрубного теплообменника 1. Теплообменник содержит оборудованный распределительными и собирающими коллекторами теплообменивающихся воздушных потоков кожух, внутри которого расположены верхняя и нижняя трубные доски и пучок теплопередающих труб. Теплообменник работает следующим образом. Холодный воздух движется через межтрубное пространство трубного пучка, а теплый - по трубам трубного пучка. В этом случае холодный воздух нагревается частью теплоты теплого воздуха и теплотой парообразования, выделяющейся при конденсации водяных паров, содержащихся в теплом воздухе, на внутренних поверхностях теплопередающих труб трубного пучка. Конденсат, образующийся при охлаждении теплого воздуха, стекает по трубкам в собирающий коллектор теплого воздуха и из него в канализацию. Конденсат при температурах наружного воздуха ниже -10 С превращается в слой снега-льда на внутренних поверхностях теплопередающих труб, в результате чего с понижением температуры наружного воздуха уменьшается тепловая мощность теплообменника. Кроме того, при длительно стоящих низких температурах наружного воздуха слой снега-льда может перекрыть проходное сечение теплопередающих труб, и теплообменник становится неработоспособным. К недостаткам известного теплообменника следует отнести пониженные эффективность и надежность работы. Пониженная эффективность работы обусловлена ростом слоя снега-льда на внутренних поверхностях теплопередающих трубок при низких температурах наружного воздуха,в результате чего уменьшается коэффициент теплопередачи теплообменника, а следовательно, и его тепловая мощность. Пониженная надежность работы обусловлена невозможностью работы теплообменника из-за перекрытия проходных сечений теплопередающих труб слоем снега-льда. Наиболее близким к заявляемой конструкции кожухотрубного теплообменника является теплообменник с повышенными эффективностью и надежностью работы 2. Теплообменник содержит оборудованный распределительными и собирающими коллекторами теплого и холодного воздуха кожух, в котором установлены вертикально нижний пучок теплопередающих труб, присоединенных к основным нижней и верхней трубным доскам и верхний пучок теплопередающих труб, расположенных горизонтально и с зазором над основной верхней трубной доской, и концы его труб закреплены в дополнительных трубных досках. Известный кожухотрубный теплообменник работает следующим образом. Холодный воздух из распределительного коллектора движется через межтрубное пространство верхнего пучка, трубы которого расположены горизонтально, и поступает в зазор между верхней и дополнительными трубными досками, где происходит выравнивание его температуры. После этого из зазора подогретый холодный воздух движется по трубам нижнего пучка и поступает в собирающий коллектор. Половина расхода теплого воздуха через теплообменник движется из распределительного коллектора по трубам верхнего пучка и поступает в собирающий коллектор, а половина теплого воздуха движется через межтрубное пространство нижнего пучка и также поступает в собирающий коллектор. 2 15241 1 2011.12.30 В процессе движения холодного воздуха по межтрубному пространству верхнего пучка он подогревается теплым воздухом, который движется по трубам верхнего пучка, при этом в трубах происходит конденсация водяных паров, содержащихся в теплом воздухе. Конденсат из труб под давлением воздуха поступает в собирающий коллектор и затем удаляется в канализацию. Предварительно подогретый холодный воздух затем движется по трубам нижнего пучка и дополнительно подогревается второй частью теплого воздуха, движущегося через межтрубное пространство нижнего пучка. При этом на внешних поверхностях труб образуется конденсат в результате охлаждения паров, содержащихся в теплом воздухе. Конденсат из межтрубного пространства поступает в собирающий коллектор теплого воздуха и затем удаляется в канализацию. Этот конденсат при низких температурах наружного воздуха превращается в слой снега-льда, толщина которого увеличивается по длине труб от верхней к нижней трубным доскам. Так как конденсат из труб верхнего пучка не поступает в межтрубное пространство нижнего пучка, то толщина слоя снега-льда на наружной поверхности труб нижнего пучка уменьшается, что приводит к увеличению коэффициента теплопередачи теплообменника, а следовательно, к увеличению его тепловой мощности и надежной работы. Недостатком такой конструкции теплообменника является пониженная эффективность его работы. Пониженная эффективность работы обусловлена, во-первых, тем, что конденсат, образующийся в трубах верхнего пучка и перемещаемый теплым воздухом в собирающий коллектор теплого воздуха, при температурах наружного воздуха ниже-10 С превращается в слой снега-льда, толщина которого увеличивается от распределительного к собирающему коллектору теплого воздуха, в результате чего уменьшается коэффициент теплопередачи теплообменника, а следовательно, и его тепловая мощность. Во-вторых, пониженная эффективность работы теплообменника обусловлена также тем,что конденсат, образующийся на внешней поверхности труб нижнего пучка, из-за сложной конструкции межтрубного пространства не полностью стекает в собирающий коллектор теплого воздуха, в результате чего увеличивается толщина слоя снега-льда на наружной поверхности труб при низких температурах наружного воздуха, что приводит к снижению коэффициента теплопередачи теплообменника, а следовательно, к уменьшению его тепловой мощности. Задачей изобретения является повышение эффективности работы кожухотрубного теплообменника с перекрестным движением теплообменивающихся воздушных потоков. Задача решается тем, что кожухотрубный теплообменник с перекрестным движением теплообменивающихся воздушных потоков, содержащий оборудованный распределительными и собирающими коллекторами теплого и холодного воздуха кожух, в котором установлены верхний и расположенный под ним с зазором нижний нагреватели холодного воздуха, каждый из которых выполнен из пучка теплопередающих труб, присоединенных входами и выходами к трубным доскам, снабжен двумя оборудованными каплеулавливающими фильтрами, собирающе-распределительными коллекторами теплого воздуха, левые и правые стенки которых выполнены в виде трубных досок, отверстия в которых соосны с отверстиями трубных досок верхнего и нижнего нагревателей холодного воздуха, расположенных в кожухе горизонтально и выполненных по длине составными из левых и правых секций, при этом собирающе-распределительные коллекторы теплого воздуха установлены в кожухе между левыми и правыми секциями верхнего и нижнего нагревателей холодного воздуха и к их левым и правым трубным доскам присоединены соответственно выходами и входами теплопередающие трубы соответственно левых и правых секций нагревателей холодного воздуха, при этом верхние и нижние, передняя и задняя стенки собирающе-распределительных коллекторов теплого воздуха теплоизолированы от окружающей среды, а их трубные доски выполнены из теплоизоляционного материала, например прессованного пенопласта. 15241 1 2011.12.30 Для предотвращения замерзания конденсата в собирающе-распределительных коллекторах теплого воздуха верхние и нижние, передние и задние стенки коллекторов теплоизолированы от окружающей среды, а их трубные доски выполнены из теплоизоляционного материала, например прессованного пенопласта. Сущность предлагаемого изобретения - кожухотрубного теплообменника поясняется следующими графическими изображениями на фиг. 1 изображена схема предлагаемого кожухотрубного теплообменника, вертикальный разрез по - на фиг. 2 на фиг. 2 - вид по - на фиг. 1. Предлагаемый теплообменник содержит кожух 1, оборудованный распределительными 2, 3 и собирающими 4, 5 коллекторами соответственно холодного и теплого воздуха, в котором установлены с зазороммежду собой горизонтально верхний 6 и нижний 7 нагреватели холодного воздуха, каждый из которых выполнен из пучка теплопередающих труб 8, присоединенных входами и выходами к трубным доскам 9, 10 и 11, 12. Теплообменник снабжен двумя собирающе-распределительными коллекторами 13, 14,левые и правые стенки которых выполнены в виде трубных досок 15, 16, 17, 18, отверстия в которых соосны с отверстиями трубных досок 9, 10 и 11, 12 верхнего 6 и расположенного горизонтально нижнего 7 нагревателей холодного воздуха. Теплообменник также снабжен двумя каплеулавливающими фильтрами 19, 20, которые установлены в собирающе-распределительных коллекторах 13, 14. Нагреватели 6, 7 холодного воздуха выполнены по длине составными из левых 21, 22 и правых 23, 24 секций, теплопередающие трубы которых соответственно выходами и входами присоединены соответственно к левым 15, 18 и правым 16, 17 трубным доскам собирающе-распределительных коллекторов 13, 14. Для предотвращения замерзания конденсата в собирающе-распределительных коллекторах 13, 14 верхняя и нижняя, передняя и задняя стенки коллекторов теплоизолированы от окружающей среды теплоизоляционным слоем 25, а их трубные доски 15, 16, 17, 18 выполнены из теплоизоляционного материала, например прессованного пенопласта. Для удаления конденсата из коллекторов 13, 14 их нижние стенки установлены с наклоном в сторону задней стенки кожуха 1 теплообменника, при этом конденсат поступает в канализацию через трубы, которыми оборудованы коллекторы (на фиг. 1 не показаны). Кожухотрубный теплообменник работает следующим образом. Холодный воздух движется через межтрубные пространства секций 21 и 23 верхнего нагревателя 6 холодного воздуха и затем поступает в зазор между нагревателями 6 и 7. В это же время часть теплого воздуха движется по трубам 8 секции 21, и затем поступает в собирающе-распределительный коллектор 13, и из него поступает в трубы 8 секции 23,после чего поступает в собирающий коллектор 5 теплого воздуха. В процессе движения холодного воздуха через межтрубные пространства секций 21 и 23, а теплого воздуха по трубам 8 этих секций происходит подогрев холодного воздуха частью теплоты теплого воздуха, при этом в трубах 8 происходит конденсация водяных паров, содержащихся в теплом воздухе, и конденсат из труб 8 секции 21 под давлением воздуха поступает в собирающе-распределительный коллектор 13 и из коллектора удаляется в канализацию. В коллекторе 13 происходит выравнивание температуры теплого воздуха, охлажденного в секции 21, и он поступает в трубы 8 секции 23, где отдает часть своей теплоты холодному воздуху, движущемуся через межтрубное пространство секции 23. Для предотвращения поступления конденсата из труб 8 секции 21 в трубы 8 секции 23 собирающе-распределительный коллектор оборудован каплеулавливающим фильтром 19. При охлаждении теплого воздуха в трубах 8 секции 23 происходит конденсация водяных паров, содержащихся в теплом воздухе, и конденсат образуется на внутренней поверхности труб 8 секции 23, который из труб 8 затем поступает в собирающий коллектор 5 и из него - в канализацию. 4 15241 1 2011.12.30 При низких температурах наружного воздуха (ниже -10 С) конденсат в трубах 8 секции 23 превращается в слой снега-льда, толщина которого увеличивается по ходу движения теплого воздуха в трубах 8 секции 23. Так как конденсат из труб 8 секции 21 не поступает в трубы 8 секции 23, то толщина слоя снега-льда на внутренней поверхности труб 8 секции 23 уменьшается, что приводит к увеличению коэффициента теплопередачи верхнего нагревателя 6 холодного воздуха, а следовательно, к увеличению тепловой мощности верхнего нагревателя. После этого подогретый холодный воздух в верхнем нагревателе 6 из зазорадвижется по межтрубным пространствам секций 22, 24 и поступает в собирающий коллектор 4. Вторая половина теплого воздуха из распределительного коллектора 3 движется по трубам 8 секции 22 и поступает в собирающе-распределительный коллектор 14. В секции 22 происходит дополнительный подогрев холодного воздуха, который движется через межтрубное пространство секции 22, при этом на внутренних поверхностях труб 8 секции 22 образуется конденсат, который под давлением воздуха поступает в собирающе-распределительный коллектор 14 и из него - в канализацию. Процесс дополнительного нагрева холодного воздуха в секции 24 нижнего нагревателя 7 аналогичен процессу нагрева холодного воздуха в секции 23 верхнего нагревателя. Так как конденсат из труб 8 секции 22 не поступает в трубы 8 секции 24 благодаря собирающераспределительному коллектору 14 и каплеулавливающему фильтру 20, то уменьшается толщина слоя снега-льда в трубах 8 секции 24, в результате чего увеличивается коэффициент теплопередачи секции 24, а следовательно, и ее тепловая мощность. Благодаря наличию в конструкции теплообменника собирающе-распределительных коллекторов, позволяющих отводить часть конденсата из теплообменной поверхности в канализацию, увеличивается тепловая мощность верхнего и нижнего нагревателей холодного воздуха, а следовательно, и в целом тепловая мощность теплообменника. Таким образом, в процессе работы теплообменника происходит достижение поставленной технической задачи - повышение эффективности работы теплообменника путем увеличения его коэффициента теплопередачи за счет уменьшения толщины слоя снегальда на его теплообменной поверхности путем отвода конденсата из части теплообменной поверхности в канализацию. Источники информации 1. Баротфи И. и др. Энергосберегающие технологии и агрегаты на животноводческих фермах. - М. Агропромиздат, 1988. - С. 130. 2.4175 , 2008. Фиг. 2 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5