Кожухотрубный теплообменник

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(72) Автор Синяков Анатолий Леонидович(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(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 горизонтально 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 он 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 расположенного в кожухе горизонтально нижнего нагревателей холодного воздуха, которые выполнены по длине составными из левых и правых секций, при этом собирающе-распределительные коллекторы теплого воздуха установлены в кожухе теплообменника 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. 58312009.12.30 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.(56) 1. Баротфи И., Рафаи П. Энергосберегающие технологии и агрегаты на животноводческих фермах. - М. Агропромиздат, 1988. - . 130. 2. Патент 4175, МПК 280 7/00. 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 собирающим 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 снегальда 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 уменьшаются коэффициент теплопередачи теплообменника, а следовательно, и его тепловая мощность. Пониженная надежность работы обусловлена возможностью прекращения 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 конды 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 2 58312009.12.30 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. 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 надежности 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 теплового воздуха, в результате чего уменьшаются 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 полезной модели является повышение эффективности работы кожухотрубного теплообменника с перекрестным движением теплообменивающихся воздушных потоков. Задача решается тем, что известный кожухотрубный теплообменник с перекрестным движением теплообменивающихся воздушных потоков, содержащий оборудованный распределительными и собирающими коллекторами теплого и холодного воздуха кожух, в котором установлены верхний горизонтально 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 он снабжен оборудованными каплеулавливающими фильтрами собирающераспределительными коллекторами теплого воздуха, левые и правые стенки которых выполнены в виде трубных досок, отверстия в которых соосны с отверстиями трубных досок верхнего и расположенного в кожухе горизонтально нижнего нагревателя холодного воздуха, которые выполнены по длине составными из левых и правых секций, при этом собирающе-распределительные коллекторы теплого воздуха установлены в кожухе теплообменника между левыми и правыми секциями верхнего и нижнего нагревателей холодного воздуха, и к их левым и правым трубным доскам присоединены соответственно 3 58312009.12.30 выходами и входами теплопередающие трубы соответственно левых и правых секций нагревателей холодного воздуха. 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 предлагаемой полезной модели кожухотрубного теплообменника поясняется следующими графическими изображениями на фиг. 1 изображена схема предлагаемого кожухотрубного теплообменника, вертикальный разрез по В-В на фиг. 2,на фиг. 2 - вид по А-А 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 их 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 58312009.12.30 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. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5