Вертикальный пластинчатый теплообменник

(51) МПК (2006) 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) Вертикальный пластинчатый теплообменник, содержащий распределительные и собирающие коллекторы теплого и холодного воздуха, пакет вертикально установленных теплопередающих пластин, разделенных проставками на каналы для холодного воздуха,входы и выходы которых сообщены соответственно с раздаточным и собирающим коллекторами холодного воздуха, и на каналы для теплого воздуха, выходы которых сообщены с собирающим коллектором теплого воздуха, отличающийся тем, что он снабжен устройством для очистки теплообменной поверхности от снега-льда и грязи, которое содержит оборудованный распределительным коллектором водонапорный бак, в верхней и 56702009.10.30 нижней стенках которого выполнены параллельно расположенные прямоугольные отверстия прямоугольные патрубки, количество которых равно числу каналов для теплого воздуха, и электромагнитный клапан, при этом водонапорный бак установлен на верхней стенке теплообменника так, что отверстия в его верхней и нижней стенках расположены над каналами для теплого воздуха, и его распределительный коллектор, подключенный к водопроводу горячей воды через электромагнитный клапан, расположен с выступом над левой стенкой теплообменника, распределительный коллектор теплого воздуха которого присоединен к водонапорному баку, со стороны верхней стенки которого через ее отверстия и через отверстия с продольными зазорами в нижней стенке установлены соосно с продольными зазорами прямоугольные патрубки, входы которых расположены выше верхней стенки водонапорного бака, внутри каналов для теплого воздуха, входы которых расположены выше верхней стенки водонапорного бака, сообщенные через прямоугольные патрубки с распределительным коллектором теплого воздуха теплообменника.(56) 1. А СССР 761791, МПК 24 31/08, 1980. 2. Баротфи И., Рафаи П. Энергосберегающие технологии и агрегаты на животноводческих фермах. - М. Агропромиздат, 1988. - С. 128-129. Предлагаемое техническое решение относится к вертикальным пластинчатым теплообменникам, которые применяются в отопительно-вентиляционных системах помещений для нагрева приточного воздуха частью теплоты, содержащейся в удаляемом из помещений воздухе. Известна конструкция пластинчатого теплообменника, который применяется в отопительно-вентиляционных системах производственных помещений, характеризующихся большими поступлениями в воздушную среду помещений водяных паров и вредных газов от технологических процессов 1. Известный теплообменник содержит оборудованный входными и выходными патрубками для вытяжного и приточного воздуха корпус, в котором расположен пластинчатый теплообменник, во входном патрубке приточного воздуха которого перед каналами для холодного воздуха установлено устройство для таяния слоя снега-льда, образующегося на теплообменной поверхности при низких отрицательных температурах наружного воздуха,которое содержит установленную на шкивах бесконечную ленту с прикрепленными к ней на равном расстоянии друг от друга двух заслонок и приводимую во вращение электродвигателем. Теплообменник работает следующим образом. При непрерывном движении влажного теплого и приточного холодного воздуха по соответствующим каналам теплообменника происходит нагрев приточного воздуха частью теплоты влажного теплого воздуха. При этом, при низких температурах наружного воздуха конденсат, образующийся на теплообменной поверхности при охлаждении теплого воздуха, превращается в слой снега-льда, в результате чего, если не принять надлежащих мер, то уменьшается тепловая мощность и надежность работы теплообменника из-за возможности полного перекрытия каналов для теплого воздуха слоем снега-льда. При отрицательных температурах наружного воздуха вводят в работу устройство для таяния слоя снега-льда. При этом заслонки перемещаются при помощи бесконечной ленты, последовательно перекрывают каналы для холодного воздуха, в результате чего происходит таяние снега-льда в теплых каналах, примыкающих к перекрытым каналам холодного воздуха, теплотой влажного теплого воздуха. К недостаткам известной конструкции теплообменника следует отнести сложности его конструкции и эксплуатации, а также пониженную эффективность работы. 2 56702009.10.30 Сложность конструкции теплообменника обусловлена наличием в конструкции сложного устройства для удаления снега-льда с теплообменной поверхности теплообменника. Сложность эксплуатации обусловлена сложностью очистки теплообменной поверхности от слоя грязи, образующейся на теплообменной поверхности в результате оседания мелкодисперсной пыли, содержащейся в теплом воздухе. Пониженная эффективность работы, выражающаяся в снижении тепловой мощности теплообменника в процессе его эксплуатации, обусловлена уменьшением коэффициента теплопередачи теплообменника из-за увеличивающегося со временем слоя грязи на теплообменной поверхности, а также ростом снега-льда при отрицательных температурах наружного воздуха. Наиболее близким к заявляемой конструкции вертикального пластинчатого теплообменника является перекрестноточный теплообменник, применяемый в отопительновентиляционных системах животноводческих помещений 2. Теплообменник содержит пакет вертикально установленных теплопередающих пластин, разделенных проставками на клапаны для теплого и холодного воздуха, которые входами и выходами сообщены соответственно с распределительными и собирающими коллекторами теплообменнивающихся воздушных потоков. Теплообменник работает следующим образом. При движении теплого и холодного воздуха по соответствующим каналам происходит нагрев холодного воздуха частью теплоты влажного теплого воздуха, при этом при низких температурах холодного воздуха происходит конденсация водяных паров на теплообменной поверхности, содержащихся в теплом воздухе. Конденсат при низких температурах наружного воздуха превращается в слой снега-льда, к которому добавляется мелкодисперсная пыль, содержащаяся в теплом воздухе. При наличии на теплообменной поверхности слоя снега-льда с грязью уменьшается тепловая мощность теплообменника, кроме того, при длительно стоящих низких отрицательных температурах наружного воздуха (-20-25 С) происходит перекрытие каналов для теплого воздуха слоем снега-льда и теплообменник становится неработоспособным. К недостаткам теплообменника следует отнести пониженные эффективность и надежность работы. Пониженная эффективность работы обусловлена снижением тепловой мощности теплообменника из-за образования при отрицательных температурах наружного воздуха на теплообменной поверхности слоя снега-льда с грязью, уменьшающего коэффициента теплопередачи теплообменника. Пониженная надежность работы обусловлена возможностью перекрытия проходного сечения каналов для теплого воздуха слоем снега-льда при длительно стоящих отрицательных температурах наружного воздуха (-20-25 С), в результате чего теплообменник становится неработоспособным. Задачей предлагаемой полезной модели вертикального пластинчатого теплообменника является повышение эффективности и надежности работы теплообменника. Поставленная задача решается тем, что известный вертикальный пластинчатый теплообменник, содержащий распределительные и собирающие коллекторы теплого и холодного воздуха, пакет вертикально установленных теплопередающих пластин, разделенных проставками на каналы для холодного воздуха, входы и выходы которых сообщены соответственно с раздаточным и собирающим коллектором холодного воздуха, и на каналы для теплого воздуха, выходы которых сообщены с собирающим коллектором теплого воздуха, снабжен устройством для очистки теплообменной поверхности от снега-льда и грязи, которое содержит оборудованный распределительным коллектором водонапорный бак, в верхней и нижней стенках которого выполнены параллельно расположенные прямоугольные отверстия прямоугольные патрубки, количество которых равно числу каналов для теплого воздуха, и электромагнитный клапан, при этом водонапорный бак установлен на верхней стенке теплообменника так, что отверстия в его верхней и нижней 3 56702009.10.30 стенках расположены над каналами для теплого воздуха, и его распределительный коллектор, подключенный к водопроводу горячей воды через электромагнитный клапан, расположен с выступом над левой стенкой теплообменника, распределительный коллектор теплого воздуха которого присоединен к водонапорному баку, со стороны верхней стенки которого через ее отверстия и через отверстия с продольными зазорами в нижней стенке установлены соосно с продольными зазорами прямоугольные патрубки, входы которых расположены выше верхней стенки водонапорного бака, внутри каналов для теплого воздуха, сообщенные через прямоугольные патрубки с распределительным коллектором теплого воздуха теплообменника. Сущность предлагаемой полезной модели вертикального пластинчатого теплообменника поясняется следующими графическими изображениями на фиг. 1 изображен продольный разрез теплообменника по А-А на фиг. 2 на фиг. 2 - главный вид теплообменника на фиг. 3 - поперечный разрез теплообменника по В-В на фиг. 2 на фиг. 4 - электрическая схема системы управления работой устройства для очистки теплообменной поверхности от снега-льда и грязи. Вертикальный пластинчатый теплообменник содержит распределительные 1, 2 и собирающие 3, 4 коллекторы соответственно теплого и холодного воздуха, теплопередающие пластины 5, разделенные проставками 6 на каналы 7, 8 для теплого и холодного воздуха, при этом входы и выходы каналов 8 сообщены соответственно с распределительным 2 и собирающим 4 коллекторами холодного воздуха теплообменника, а выходы каналов 7 сообщены с собирающим коллектором 3 теплого воздуха теплообменника. Теплообменник снабжен устройством для очистки теплообменной поверхности от снега-льда и грязи, которое содержит водонапорный бак 9 с распределительным коллектором 10 воды, в верхней 11 и нижней 12 стенках которого выполнены параллельно расположенные прямоугольные отверстия 13, 14 прямоугольные патрубки 15 и электромагнитный клапан 16 с катушкой 17. Водонапорный бак 9 установлен на верхней стенке теплообменника так, что отверстия 13 и 14 в его стенках 11 и 12 расположены над каналами 7 для теплого воздуха, а его распределительный коллектор 10 расположен с выступом 18 над левой стенкой 19 теплообменника, распределительный коллектор 1 теплого воздуха которого присоединен к водонапорному баку 9. Со стороны верхней стенки 11 бака 9 через ее отверстия 13 и через отверстия 14 с продольными заборами 20 установлены соосно с продольными зазорами 21 прямоугольные патрубки 15, входы 22 которых расположены выше верхней стенки 11 бака 9, внутри каналов 7 для теплого воздуха, которые сообщены через патрубки 15 с распределительным коллектором 1 теплого воздуха теплообменника, при этом распределительный коллектор 10 бака 9 присоединен к водопроводу 23 горячей воды через электромагнитный клапан 16. Для управления работой устройства для очистки теплообменной поверхности от снега-льда и грязи разработана система управления, электрическая схема которой приведена на фиг. 4. Система управления содержит автоматический выключатель 24, трехпозиционный переключатель 25 режимов работы системы кнопки 26, 27 соответственно стоп и пуск,промежуток реле с катушкой 28 и контактами 29, 30 программное реле времени 31 с контактом 32 катушку 17 клапана 16. Заявленный вертикальный пластинчатый теплообменник работает следующим образом. Для нагрева холодного воздуха частью теплоты влажного теплого воздуха теплообменник оборудован приточным и вытяжным вентиляторами (на фиг. 1-3 не показано), при этом приточный вентилятор протягивает холодный воздух из распределительного коллектора 2 через каналы 8, собирающий коллектор 4 и подает его в помещение (на фиг. 1-3 не 4 56702009.10.30 показано), а вытяжной вентилятор протягивает теплый влажный воздух из распределительного коллектора 1 через прямоугольные патрубки 15, каналы 7, собирающий коллектор 3 и выбрасывает его в окружающую среду. При движении теплого влажного воздуха по каналам 7, а холодного по каналам 8 происходит нагрев холодного воздуха частью теплоты, содержащиеся в теплом воздухе и скрытой теплотой парообразования, выделяющейся при конденсации водяного пара, содержащегося в теплом воздухе, на внутренних поверхностях теплопередающих пластин 5 каналов 7. Одновременно с конденсацией водяных паров на поверхности теплопередающих пластин 5 оседает мелкодисперсная пыль, содержащаяся в теплом воздухе, в результате чего образуется слой грязи, уменьшающий тепловую мощность теплообменника. Кроме того, конденсат, образующийся на поверхности теплопередающих пластин 5,при температурах наружного воздуха ниже -10 С превращается в слой снега-льда, который также снижает тепловую мощность теплообменника и понижает его надежность работы из-за возможности перекрытия проходного сечения каналов для теплого воздуха. Для повышения эффективности и надежности работы теплообменника необходимо удалять периодически слой снега-льда и грязь с теплообменной поверхности. Эту задачу выполняет устройство, электрическая схема системы управления работой которого приведена на фиг. 4. Система управления работой устройства, осуществляющего очистку теплообменной поверхности от слоя снега-льда и грязи, обеспечивает ручное и автоматическое управление работой устройства. Ручной режим управления задается левым положением ручки переключателем 25. В этом случае при замыкании выключателя 24 и нажатии на кнопку пуск 27 срабатывает промежуточное реле с катушкой 28 и замыкает свои контакты 29 и 30, при этом контакт 29 блокирует кнопку пуск 27, а с замыканием контакта 30 к электросети подключается катушка 17 клапана 16 и он открывается. Так как клапан 16 открылся, то горячая вода из водопровода 23 поступает в распределительный коллектор 10 водонапорного бака 9 и из него через зазоры 14 и 22 соответственно между патрубками 15 и нижней стенкой 12 бака 9 и теплопередающими пластинами 5 каналов 7 для теплого воздуха подается на поверхности теплопередающих пластин каналов 7, на которых образовался слой снега-льда и грязи. Так как подача воды в коллектор 10 больше ее расхода через зазоры 14 и 22, то при полном заполнении бака 9 водой она поступает на пластины 5 под давлением водопровода горячей воды, что способствует удалению грязи и снега-льда с теплообменной поверхности. Прекращается подача воды на пластины 5 нажатием на кнопку стоп 26. При правостороннем положении ручки переключателя 25 обеспечивается автоматический режим работы устройства для очистки теплообменной поверхности от снега-льда и грязи. В этом случае работой устройства управляет программное реле времени 31 путем замыкания контакта 32 и размыкания его через заданное время. При замыкании контакта 32 срабатывает промежуточное реле с катушкой 28 и замыканием контакта 30 подключает катушку 17 электромагнитного клапана 16 к электросети,при этом клапан 16 открывается и горячая вода из водопровода 23 под давлением подается на теплообменные пластины 5. Под действием теплоты воды тает слой снега-льда и удаляется грязь с теплообменной поверхности, при этом загрязненная вода поступает через собирающий коллектор 3 теплого воздуха в канализацию. По истечении заданного времени программное реле времени 31 размыкает контакт 32 и прекращается подача горячей воды на теплообменную поверхность теплообменника. Изменением задания программному реле времени может быть обеспечена в зависимости от температуры наружного воздуха одно-, двух- и п-кратная очистка теплообменной 56702009.10.30 поверхности от снега-льда и грязи, в результате чего повышается эффективность и надежность работы теплообменника. Таким образом, в процессе работы заявленного вертикального пластинчатого теплообменника происходит достижение поставленной задачи повышение эффективности и надежности работы теплообменника за счет периодической очистки теплообменной поверхности от снега-льда и грязи при помощи устройства для очистки теплообменной поверхности, которым снабжен теплообменник. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6