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) Кожухотрубный теплообменник с перекрестным движением теплообменивающихся воздушных потоков, содержащий оборудованный основными распределительными и собирающими коллекторами теплого и холодного воздуха, а также дополнительными распределительным и собирающим коллекторами теплого воздуха кожух, в котором расположены с вертикальным зазором верхний и нижний нагреватели холодного воздуха, каждый из которых выполнен из пучка теплопередающих труб, концы которых закреплены в трубных досках, отличающийся тем, что он снабжен устройством для удаления снегальда с теплообменной поверхности, которое содержит распределительный коллектор холодного воздуха, электрокалорифер и два шибера, при этом электрокалорифер расположен в 58812009.12.30 сообщенном с наружной средой через дополнительный распределительный коллектор холодного воздуха зазоре между верхним и нижним нагревателями холодного воздуха, а шиберы установлены соответственно в основном и дополнительном распределительных коллекторах холодного воздуха теплообменника.(56) 1. Патент на полезную модель 4073, МПК 28 7/00. 2. Патент на полезную модель 4175, МПК 28 7/00. Предлагаемое техническое решение относится к теплообменникам, которые используются в отопительно-вентиляционных системах для утилизации теплоты тепловых вторичных энергетических ресурсов. Известная конструкция кожухотрубного теплообменника, который используется для подогрева холодного воздуха теплотой удаленного теплого воздуха 1. Известный теплообменник содержит оборудованный распределительными и собирающими коллекторами воздушных потоков кожух, в котором расположены с вертикальным зазором между собой верхний и нижний нагреватели холодного воздуха, каждый из которых выполнен из пучка теплопередающих труб, концы которых закреплены в трубных досках, при этом нижний нагреватель смещен вправо относительно верхнего нагревателя холодного воздуха на диаметр трубы пучка, а стенки зазора выполнены из теплоизоляционного материала. Теплообменник работает следующим образом. Теплый воздух движется внутри труб,а холодный - в межтрубных пространствах верхнего и нижнего нагревателей холодного воздуха, при этом холодный воздух нагревается теплым воздухом и на внутренней поверхности теплопередающих труб нагревателей конденсируются водяные пары, содержащиеся в теплом воздухе. Конденсат из труб верхнего нагревателя попадает в теплоизолированное пространство между нагревателями и из него удаляется в дренажную систему. Частично охлажденный теплый воздух в верхнем нагревателе затем через зазор поступает в теплопередающие трубы нижнего нагревателя, где дополнительно охлаждается холодным воздухом, который движется в межтрубном пространстве теплопередающих труб по перекрестной схеме. Известный теплообменник имеет пониженные эффективность и надежность работы. Пониженная эффективность работы обусловлена ростом слоя снега-льда на внутренней поверхности теплопередающих труб нижнего пучка не только из-за выпадения конденсата при охлаждении водяных паров, содержащихся в теплом воздухе, но и из-за поступления части конденсата из труб верхнего нагревателя в трубы нижнего нагревателя,так как отсутствует каплеулавливающий фильтр в зазоре между нагревателями. С ростом толщины снега-льда на теплообменной поверхности труб при низких температурах наружного воздуха уменьшаются коэффициент теплопередачи теплообменника, а следовательно, и его тепловая мощность. Пониженная надежность работы обусловлена тем, что при длительно стоящих низких температурах наружного воздуха (-20 С и ниже) может быть перекрыто проходное сечение теплопередающих труб теплообменника слоем снега-льда и теплообменник прекратит работу. Наиболее близким к заявляемой конструкции кожухотрубного теплообменника с перекрестным движением теплообменивающихся воздушных котлов является теплообменник,содержащий оборудованный основными распределительными и собирающими коллекторами теплого и холодного воздуха, а также дополнительными распределительными и собирающим коллекторами теплого воздуха кожух, в котором расположены с вертикальным зазором верхний и нижний нагреватели холодного воздуха, каждый из которых выполнен из пучка теплопередающих труб, концы которых закреплены в трубных досках 2. 2 58812009.12.30 Кожухотрубный теплообменник работает следующим образом. Холодный воздух из распределительного коллектора движется через межтрубное пространство верхнего нагревателя, который расположен горизонтально, и поступает в зазор между нагревателями,где происходит выравнивание его температуры. После этого из зазора подогретый холодный воздух движется по трубам нижнего нагревателя, который установлен вертикально, и поступает в собирающий коллектор холодного воздуха. Половина расхода теплого воздуха через теплообменник движется по трубам верхнего нагревателя, а вторая половина - через межтрубное пространство нижнего нагревателя. В процессе движения холодного воздуха по межтрубному пространству верхнего нагревателя он предварительно подогревается теплотой воздуха, движущегося по горизонтально расположенным его теплопередающим трубам, при этом в теплопередающих трубах происходит конденсация водяных паров, содержащихся в теплом воздухе, и конденсат из труб под давлением воздуха поступает в собирающий коллектор теплого воздуха, откуда через трубу поступает в канализацию. Предварительно подогретый холодный воздух затем движется по теплопередающим трубам нижнего нагревателя и дополнительно подогревается второй частью теплого воздуха, движущегося через межтрубное пространство нижнего нагревателя. При этом на внешних поверхностях теплопередающих труб образуется конденсат в результате охлаждения паров, содержащихся в теплом воздухе. Этот конденсат под давлением воздуха и благодаря наклону нижней трубной доски нагревателя поступает в собирающий коллектор и через трубу удаляется в канализацию. При низких отрицательных температурах(-15 С и ниже) холодного воздуха конденсат, образующийся в теплопередающих трубах верхнего нагревателя и на внешней поверхности теплопередающих труб нижнего нагревателя, превращается в слой снега-льда, толщина которого увеличивается по мере понижения температуры холодного воздуха. Недостатком такой конструкции теплообменника является пониженная эффективность работы, которая обусловлена снижением тепловой мощности теплообменника при низких отрицательных температурах холодного воздуха из-за уменьшения его коэффициента теплопередачи при образовании слоя снега-льда на теплообменных поверхностях верхнего и нижнего нагревателей холодного воздуха, толщина которого увеличивается по мере понижения температуры холодного воздуха. 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 основными распределительными и собирающими коллекторами теплого и холодного воздуха, а также дополнительными распределительным и собирающим коллекторами теплого воздуха кожух, в котором расположены с вертикальным зазором верхний и нижний нагреватели холодного воздуха, каждый из которых выполнен из пучка теплопередающих труб,концы которых закреплены в трубных досках, снабжен устройством для удаления снегальда с теплообменной поверхности, которое содержит дополнительный распределительный коллектор холодного воздуха, электрокалорифер и два шибера, при этом электрокалорифер расположен в сообщенном с наружной средой через дополнительный распределительный коллектор холодного воздуха зазоре между верхним и нижним нагревателями холодного воздуха, а шиберы установлены соответственно в основном и дополнительном распределительных коллекторах холодного воздуха теплообменника. Сущность предлагаемой полезной модели кожухотрубного теплообменника с перекрестным движением теплообменивающихся воздушных потоков поясняется следующими графическими изображениями на фиг. 1 изображена схема предлагаемого кожухотрубного теплообменника, вертикальный разрез на фиг. 2 - вид по А-А на фиг. 1. 3 58812009.12.30 Предлагаемый теплообменник содержит кожух 1, оборудованный основными распределительными 2, 3 и собирающими 4, 5 коллекторами холодного и теплого воздуха, а также дополнительными распределительным 6 и собирающим 7 коллекторами теплого воздуха, в котором расположены с вертикальным зазоромверхний 8 и нижний 9 нагреватели холодного воздуха, которые выполнены из пучков теплопередающих труб 10, 11,концы которых закреплены в трубных досках соответственно 12 и 13, 14 и 15. Верхний нагреватель 8 с теплопередающими трубами 10 установлен в кожухе горизонтально, а нижний нагреватель 9 - вертикально и с зазоромниже верхнего нагревателя 8. Собирающие коллекторы 5 и 7 теплого воздуха оборудованы конденсатоотводящими трубами 16, 17. Кожухотрубный теплообменник снабжен устройством для удаления слоя снега-льда с теплообменной поверхности, которое содержит дополнительный распределительный коллектор 18 холодного воздуха, электрокалорифер 19 и два шибера 20 и 21. Электрокалорифер расположен в сообщенном с наружной средой через дополнительный распределительный коллектор 18 холодного воздуха зазоремежду верхним 8 и нижним 9 нагревателями холодного воздуха, а шиберы 20 и 21 установлены соответственно в основном 2 и дополнительном 18 распределительных коллекторах холодного воздуха. Кожухотрубный теплообменник работает следующим образом. При открытом шибере 20 и закрытом шибере 21 холодный воздух из распределительного коллектора 2 движется через межтрубное пространство верхнего 8 нагревателя холодного воздуха, трубы 10 которого расположены горизонтально, и поступает в зазормежду верхним 8 и нижним 9 нагревателями холодного воздуха, где происходит выравнивание его температуры. После этого из зазора подогретый холодный воздух через электрокалорифер 19 поступает в трубы 11 нижнего 9 нагревателя и из них в собирающий коллектор 4 теплого воздуха. Половина расхода теплого воздуха через теплообменник движется из распределительного коллектора по трубам 10 верхнего нагревателя 8 и поступает в собирающий коллектор 7. Вторая половина теплого воздуха из распределительного коллектора 3 движется через межтрубное пространство нижнего 9 нагревателя холодного воздуха и поступает в собирающий коллектор 5 теплого воздуха. В процессе движения холодного воздуха через межтрубное пространство верхнего 8 нагревателя он предварительно подогревается теплотой воздуха, движущегося по трубам 10. При этом в трубах 10 происходит конденсация водяных паров, содержащихся в теплом воздухе, и конденсат из труб 10 под давлением воздуха поступает в собирающий коллектор 7, откуда через трубу 17 поступает в канализацию. Предварительно подогретый холодный воздух затем движется по трубам 11 нижнего 9 нагревателя и дополнительно подогревается второй частью теплого воздуха, движущегося через межтрубное пространство нагревателя 9. При этом на внешних поверхностях труб 11 образуется конденсат в результате охлаждения паров, содержащихся в теплом воздухе. Этот конденсат стекает по трубам 11 на нижнюю трубную доску нагревателя 19 и под давлением теплого воздуха и наклона трубной доски поступает в собирающий коллектор 5 и оттуда в канализацию. При низких отрицательных температурах (-15 С и ниже) холодного воздуха конденсат, образующийся в трубах 10 и на внешней поверхности труб 11, превращается в слой снега-льда, в результате уменьшается тепловая мощность теплообменника. Поэтому необходимо для увеличения тепловой мощности теплообменника периодически очищать теплообменную поверхность от слоя снега-льда. Для этой цели служит устройство, которым оборудован теплообменник. Для очистки теплообменной поверхности от снега-льда верхнего 8 нагревателя холодного воздуха шибер 20 перемещают влево и тем самым прекращается поступление холодного воздуха в распределительный коллектор 2, а при этом открывают шибер 21 и холодный воздух через дополнительный распределительный коллектор 18 и электрокалорифер 19 поступает в трубы 11 нижнего 9 нагревателя холодного воздуха. В этом случае 4 58812009.12.30 при отсутствии движения холодного воздуха через межтрубное пространство верхнего 8 нагревателя удаление слоя снега-льда с внутренней поверхности труб 10 осуществляется путем таяния снега-льда теплотой теплого воздуха, движущегося по трубам 10 при постоянном расходе холодного воздуха через теплообменник. После очистки теплообменной поверхности от снега-льда верхнего 8 нагревателя холодного воздуха открывают шибер 20 и закрывают шибер 21. Очистку теплообменной поверхности от снега-льда нижнего 9 нагревателя холодного воздуха осуществляют повышением температуры холодного воздуха, предварительно нагретого в верхнем 8 нагревателе и поступающего в трубы нижнего 9 нагревателя, путем подключения к электросети электрокалорифера 19. В этом случае таяние снега-льда осуществляется теплотой теплого воздуха, движущегося через межтрубное пространство нижнего 9 нагревателей, а также теплотой воздуха, движущегося по трубам 11 нижнего нагревателя. После очистки теплообменной поверхности нижнего 9 нагревателя холодного воздуха от снега-льда электрокалорифер 19 отключают от электросети. Аналогичным образом осуществляют и все последующие удаления снега-льда с теплообменных поверхностей верхнего 8 и нижнего 9 нагревателей холодного воздуха теплообменника. Периодическая очистка теплообменной поверхности от снега-льда приводит к увеличению коэффициента теплопередачи теплообменника, а следовательно, к увеличению его тепловой мощности и надежности работы. Таким образом, в процессе работы заявляемого кожухотрубного теплообменника происходит достижение поставленной технической задачи - повышение эффективности работы теплообменника путем увеличения его тепловой мощности за счет удаления слоя снегальда с его теплообменной поверхности при помощи устройства для удаления снега-льда,которым оборудован теплообменник. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5