Вертикальный кожухотрубный теплообменник

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(72) Авторы Синяков Анатолий Леонидович Коротинский Виктор Андреевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(57) Вертикальный кожухотрубный теплообменник, содержащий оборудованный распределительными и собирающими коллекторами теплого и холодного воздуха кожух, в котором расположены верхняя и нижняя трубные доски и пучок теплопередающих труб устройство для очистки теплообменной поверхности от снега-льда и грязи, которое содержит выполненные из коррозионно-стойкого материала патрубки, количество которых равно числу 58642009.12.30 труб трубного пучка, перфорированные трубы, электромагнитный клапан и регулятор верхнего уровня воды, датчик которого установлен в распределительном коллекторе теплого воздуха теплообменника, в котором расположены выполненные из коррозионностойкого материала перфорированные трубы, подключенные к водопроводу горячей воды через электромагнитный клапан, а патрубки установлены со стороны верхней трубной доски соосно и с кольцевыми зазорами внутри труб трубного пучка, и их входы расположены выше датчика регулятора верхнего уровня воды систему управления работой устройства для очистки теплообменной поверхности от снега-льда и грязи, которая содержит автоматический выключатель, кнопки Пуск и Стоп, промежуточное реле с двумя замыкающими контактами, регулятор верхнего уровня воды с размыкающим контактом и катушку электромагнитного клапана, при этом к нулевому приводу электросети присоединены выходы катушек промежуточного реле, электромагнитного клапана, а также регулятора верхнего уровня воды, а вход катушки промежуточного реле через последовательно соединенные размыкающий контакт регулятора верхнего уровня воды,кнопку Пуск, параллельно к которой присоединен первый замыкающий контакт промежуточного реле, и кнопку Стоп присоединен к фазному проводу электросети, к которому также присоединены вход регулятора верхнего уровня воды и через второй замыкающий контакт промежуточного реле вход катушки электромагнитного клапана,отличающийся тем, что дополнительно снабжен регулятором нижнего уровня воды и программным реле времени, при этом датчик нижнего уровня воды установлен в распределительном коллекторе теплого воздуха теплообменника ниже датчика регулятора верхнего уровня воды, а программное реле времени и регулятор нижнего уровня воды выходами и входами соответственно присоединены к нулевому и фазному проводам электросети, к которому через последовательно соединенные размыкающий контакт регулятора нижнего уровня воды и контакт программного реле времени дополнительно присоединен выход кнопки Пуск устройства для очистки теплообменной поверхности от слоя снега-льда и грязи.(56) 1. Патент на полезную модель 4863, МПК 24 3/00. Предлагаемое техническое решение относится к вертикальным кожухотрубным теплообменникам, которые в отопительно-вентиляционных системах производственных помещений осуществляют нагрев приточного воздуха частью теплоты, содержащейся в удаляемом из помещений воздухе. Известен вертикальный кожухотрубный теплообменник, содержащий оборудованный распределительными и собирающими коллекторами теплого и холодного воздуха кожух,в котором расположены верхняя и нижняя трубные доски и пучок теплопередающих труб устройство для очистки теплообменной поверхности от снега-льда и грязи, которое содержит выполненные из коррозионно-стойкого материала патрубки, количество которых равно числу труб трубного пучка, перфорированные трубы, электромагнитный клапан и регулятор верхнего уровня воды, датчик которого установлен в распределительном коллекторе теплого воздуха теплообменника, в котором расположены выполненные из коррозионно-стойкого материала перфорированные трубы, подключенные к водопроводу горячей воды через электромагнитный клапан, а патрубки установлены со стороны верхней трубной доски соосно и с кольцевыми зазорами внутри труб трубного пучка, и их входы расположены выше датчика регулятора верхнего уровня воды систему управления работой устройства для очистки теплообменной поверхности от снега-льда и грязи, которая содержит автоматический выключатель, кнопки Пуск и Стоп, промежуточное реле с двумя замыкающими контактами, регулятор верхнего уровня воды с размыкающим кон 2 58642009.12.30 тактом и катушку электромагнитного клапана, при этом к нулевому приводу электросети присоединены выходы катушек промежуточного реле, электромагнитного клапана, а также регулятора верхнего уровня воды, а вход катушки промежуточного реле через последовательно соединенные размыкающий контакт регулятора верхнего уровня воды, кнопку Пуск, параллельно к которой присоединен первый замыкающий контакт промежуточного реле, и кнопку Стоп присоединен к фазному проводу электросети, к которому также присоединены вход регулятора верхнего уровня воды и через второй замыкающий контакт промежуточного реле вход катушки электромагнитного клапана 1. Известный вертикальный кожухотрубный теплообменник работает следующим образом. При движении теплого воздуха по трубам и холодного через межтрубное пространство трубного пучка происходит нагрев холодного воздуха частью теплоты, содержащейся в теплом воздухе, и скрытой теплотой парообразования, выделяющейся при конденсации водяного пара, содержащегося в теплом воздухе, на внутренних поверхностях теплопередающих труб. При конденсации водяного пара на внутренние поверхности труб оседает пыль, содержащаяся в удаляемом теплом воздухе, в результате чего образуется слой грязи, уменьшающий тепловую мощность теплообменника. Кроме того, конденсат, образующийся на внутренней поверхности труб, 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 теплопередающих труб слоем снега-льда. Для повышения эффективности и надежности работы теплообменника периодически удаляют слой снега-льда и грязи с теплообменной поверхности. Для этого нажимают на кнопку Пуск, при этом к электросети подключается катушка промежуточного реле, оно срабатывает и замыкает свои контакты, подключенные параллельно кнопке Пуск и в цепи катушки электромагнитного клапана, последний срабатывает, и горячая вода из водопровода поступает в распределительный коллектор теплого воздуха через перфорированные трубы. Часть воды поступает через кольцевые зазоры между патрубками и теплопередающими трубами на внутреннюю поверхность труб, но так как подача воды в коллектор больше ее расхода через кольцевые зазоры, то уровень воды в коллекторе повышается до уровня установки датчика регулятора верхнего уровня воды. В этом случае срабатывает регулятор и размыкает свой контакт в цепи катушки промежуточного реле и последнее размыкает свои замыкающие контакты. При этом обесточивается катушка элекромагнитного клапана и он закрывается, прекращая поступление горячей воды в коллектор. Горячая вода из распределительного коллектора теплового воздуха через кольцевые зазоры поступает на внутренние поверхности теплопередающих труб, и под действием теплоты воды тает слой снега-льда и удаляется грязь с внутренней поверхности теплопередающих труб. Повторное удаление слоя снега-льда и грязи с теплообменной поверхности осуществляют через некоторое время с учетом образования снега-льда и грязи на теплообменник поверхности путем нажатия на кнопку Пуск. К недостатку конструкции известного теплообменника следует отнести сложность эксплуатации теплообменника. Сложность эксплуатации обусловлена необходимостью непрерывного контроля за толщиной слоя снега-льда и грязи на теплообменной поверхности и своевременного нажатия на кнопку Пуск для очистки теплообменной поверхности от слоя снега-льда и грязи. Задачей предлагаемой полезной модели является упрощение эксплуатации вертикального кожухотрубного теплообменника путем повышения уровня автоматизации его работы. Поставленная задача решается тем, что известный вертикальный кожухотрубный теплообменник, содержащий оборудованный распределительными и собирающими коллекторами теплого и холодного воздуха кожух, в котором расположены верхняя и нижняя 3 58642009.12.30 трубные доски и пучок теплопередающих труб устройство для очистки теплообменной поверхности от снега-льда и грязи, которое содержит выполненные из коррозионностойкого материала патрубки, количество которых равно числу труб трубного пучка, перфорированные трубы, электромагнитный клапан и регулятор верхнего уровня воды, датчик которого установлен в распределительном коллекторе теплого воздуха теплообменника, в котором расположены выполненные из коррозионно-стойкого материала перфорированные трубы, подключенные к водопроводу горячей воды через электромагнитный клапан, а патрубки установлены со стороны верхней трубной доски соосно и с кольцевыми зазорами внутри труб трубного пучка, и их входы расположены выше датчика регулятора верхнего уровня воды систему управления работой устройства для очистки теплообменной поверхности от снега-льда и грязи, которая содержит автоматический выключатель, кнопки Пуск и Стоп, промежуточное реле с двумя замыкающими контактами, регулятор верхнего уровня воды с размыкающим контактом и катушку электромагнитного клапана, при этом к нулевому приводу электросети присоединены выходы катушек промежуточного реле, электромагнитного клапана, а также регулятора верхнего уровня воды, а вход катушки промежуточного реле через последовательно соединенные размыкающий контакт регулятора верхнего уровня воды, кнопку Пуск, параллельно к которой присоединен первый замыкающий контакт промежуточного реле, и кнопку Стоп присоединен к фазному проводу электросети, к которому также присоединены вход регулятора верхнего уровня воды и через второй замыкающий контакт промежуточного реле вход катушки электромагнитного клапана, снабжен регулятором нижнего уровня воды и программным реле времени, при этом датчик нижнего уровня воды установлен в распределительном коллекторе теплого воздуха теплообменника ниже датчика регулятора верхнего уровня воды, а программное реле времени и регулятор нижнего уровня воды выходами и входами соответственно присоединены к нулевому и фазному проводам электросети, к которому через последовательно соединенные размыкающий контакт регулятора нижнего уровня воды и контакт программного реле времени дополнительно присоединен выход кнопки Пуск устройства для очистки теплообменной поверхности от слоя снега-льда и грязи. Сущность предлагаемой полезной модели вертикального кожухотрубного теплообменника поясняется следующими графическими изображениями на фиг. 1 изображена схема предлагаемого теплообменника, продольный разрез А-А на фиг. 2 на фиг. 2 - разрез В-В на фиг. 1 на фиг. 3 - принципиальная схема системы управления работой устройства для очистки теплообменной поверхности от снега-льда и грязи. Вертикальный 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, в которых закреплены концы пучка теплопередающих труб 8 устройство для очистки теплообменной поверхности от слоя снега-льда и грязи, которое содержит выполненные из коррозионно-стойкого материала патрубки 9, количество которых равно числу труб трубного пучка, перфорированные трубы 10, электромагнитный клапан 11 и регулятор 12 верхнего уровня воды с датчиком 13, который установлен в распределительном коллекторе 3 теплого воздуха, в котором расположены выполненные из коррозионно-стойкого материала перфорированные трубы 10, подключенные к водопроводу 14 горячей воды через электромагнитный клапан 11, а патрубки 9 установлены со стороны верхней трубной доски 6 соосно с кольцевыми зазорами внутри труб 8 и трубного пучка, и их входы 15 расположены выше датчика 13 регулятора 12. Кроме того, вертикальный кожухотрубный теплообменник содержит систему управления работой устройства для очистки теплообменной поверхности от слоя снега-льда и грязи (фиг. 3),которая в свою очередь содержит автоматический выключатель 16, кнопки Стоп 17 и Пуск 18, промежуточное реле с катушкой 19 и контактами 20 и 21, регулятор 12 верхнего уровня воды с размыкающим контактом 22, катушку 23 электромагнитного клапана 11,4 58642009.12.30 при этом к нулевому проводу электросети присоединены выходы катушек 19, 23 промежуточного реле и электромагнитного клапана 11, а также регулятора 12 верхнего уровня воды, а вход катушки 19 промежуточного реле через последовательно соединенные размыкающий контакт 22 регулятора 12, кнопку Пуск 18, параллельно к которой присоединен первый замыкающий контакт 20 промежуточного реле, и кнопку 17 Стоп присоединен к фазному проводу электросети, к которому также присоединены вход регулятора 12 верхнего уровня воды и через второй замыкающий контакт 21 промежуточного реле вход катушки 23 электромагнитного клапана 11. Для упрощения эксплуатации теплообменника он снабжен регулятором 24 нижнего уровня воды с датчиком 25 и размыкающим контактом 26, программным реле 27 времени с контактом 28, при этом датчик 25 регулятора 24 установлен в распределительном коллекторе 3 теплого воздуха теплообменника ниже датчика 13 регулятора 12, а программное реле 27 времени и регулятор 24 нижнего уровня воды выходами и входами соответственно присоединены к нулевому и фазному проводам электросети, к которому через последовательно соединенные размыкающий контакт 26 регулятора 24 и контакт 28 программного реле 27 времени дополнительно присоединен выход кнопки 18 Пуск устройства для очистки теплообменной поверхности от слоя снега-льда и грязи. Для контроля положения клапана 11 теплообменник снабжен сигнальной лампой 29,которая подключена ко входу и выходу катушки 23 электромагнитного клапана 11. Заявляемый вертикальный кожухотрубный теплообменник работает следующим образом. Одновременно в работу вводятся приточный и вытяжной вентиляторы, при этом вытяжной вентилятор протягивает теплый воздух из распределительного коллектора 3 через патрубки 9, трубы 8 трубчатого пучка, собирающий коллектор 5 и выбрасывает его в окружающую среду, а приточный вентилятор протягивает наружный воздух из распределительного коллектора 2 через межтрубное пространство трубного пучка, собирающий коллектор 4 и подает его в помещение через распределительные воздуховоды. При движении теплого воздуха по трубам 8 и холодного через межтрубное пространство трубного пучка происходит нагрев холодного воздуха частью теплоты, содержащейся в теплом воздухе, и скрытой теплотой парообразования, выделяющейся при конденсации водяного пара, содержащегося в теплом воздухе, на внутренних поверхностях труб 8. При конденсации водяного пара на внутренние поверхности труб 8 оседает также пыль, содержащаяся в теплом воздухе, в результате чего образуется слой грязи,уменьшающий тепловую мощность теплообменника. Кроме того, конденсат, образующийся на внутренней поверхности труб, при температуре наружного воздуха ниже -10 С превращается в слой снега-льда, который также снижает тепловую мощность теплообменника и понижает надежность его работы из-за возможности перекрытия проходного сечения труб 8 слоем снега-льда. Для повышения эффективности и надежности работы теплообменника необходимо периодически удалять слой снега-льда и грязи с теплообменной поверхности, при этом для упрощения эксплуатации теплообменника удаление слоя снега-льда и грязи должно осуществляться без участия человека. Эту задачу решает система автоматического управления работой устройства для удаления слоя снега-льда и грязи с теплообменной поверхности, приведенная на фиг. 3. Прежде всего задаем программу работы реле времени 27, в соответствии с которой, например, реле времени 6 раз в сутки замыкает контакт 28 на 5 минут каждый раз. Этого времени должно быть достаточно, чтобы порцией горячей воды очистить теплообменную поверхность от слоя снега-льда и грязи. После этого замыкаем автоматический выключатель 16, и если не горит лампочка 29, то проверяем исправность системы путем нажатия на кнопку 18 Пуск. При этом срабатывает промежуточное реле с катушкой 19 и замыкает свои контакты 20 и 21. В этом случае контакт20 блокирует кнопку Пуск 18 и катушка 19 остается подключенной к сети при отпускании кнопки 18. При замыкании контакта 21 к электросети подключается катушка 23 электро 5 58642009.12.30 магнитного клапана 11 и он открывается, при этом горячая вода из водопровода 14 подается через перфорированные трубы 10 в распределительный коллектор 3 теплого воздуха теплообменника. Часть воды сразу поступает через кольцевые зазоры между патрубками 9 и трубами 8 на внутренние поверхности труб 8, но так как подача воды в коллектор 3 больше ее расхода через кольцевые зазоры, то уровень воды в коллекторе 3 повышается. С повышением уровня воды срабатывает сначала регулятор 24 и размыкает свой контакт 26,который не прерывает цепь катушки 19 промежуточного реле, и поэтому вода продолжает поступать в распределительный коллектор 3. При достижении водой верхнего уровня,контролируемого датчиком 13, срабатывает регулятор 12 и размыкает контакт 22. В этом случае промежуточное реле размыкает контакты 20 и 21 и подача воды в распределительный коллектор прекращается. Горячая вода из коллектора 3 через кольцевые зазоры поступает на внутренние поверхности труб 8, при этом вода прижимается к поверхности труб 8 теплым воздухом, поступающим в трубы 8 через патрубки 9. Под действием теплоты воды тает слой снега-льда и удаляется грязь с внутренней поверхности труб 8. Следует отметить, что при понижении уровня воды в распределительном коллекторе 3 сначала регулятор 12 замыкает контакт 22, и после того, как уровень воды станет ниже установки датчика 25 регулятора 24, то последний замыкает контакт 26, и в этом случае система начнет работать в автоматическом режиме. По истечении заданного времени реле 27 замыкает контакт 28 на 5 минут, при этом срабатывает промежуточное реле с катушкой 19 и замыкает контакты 20 и 21. С замыканием контакта 21 электромагнитный клапан 11 открывается, и вода начинает поступать в распределительный коллектор 3, реле 24 размыкает контакт 26, и далее процесс работы системы аналогичен вышеописанному. Наполнение коллектора 3 водой и слив ее в трубы 8 трубного пучка будет продолжаться до тех пор,пока будет замкнут контакт 28 реле времени 27. Очередное очищение теплообменной поверхности труб 8 от слоя снега-льда и грязи начнется через 4 часа и т.д. Таким образом, в процессе работы заявляемого вертикального кожухотрубного теплообменника происходит достижение поставленной технической задачи упрощение эксплуатации теплообменника за счет обеспечения работы устройства для очистки теплообменной поверхности от слоя снега-льда и грязи в автоматическом режиме благодаря оборудованию теплообменника программным реле времени, регулятором нижнего уровня воды в распределительном коллекторе теплого воздуха и соответствующего включения дополнительных элементов в существующую систему управления устройством очистки. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6