Вертикальный кожухотрубный 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) 1. 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,отличающийся тем, что он снабжен устройством для очистки теплообменной поверхности от снега-льда и грязи, которое содержит патрубки, количество которых равно числу труб трубного пучка, перфорированные трубы, электромагнитный клапан и регулятор уровня воды, при этом датчик регулятора уровня воды установлен в распределительном коллекторе теплого воздуха теплообменника, в котором расположены 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 уровня воды. 2. Вертикальный кожухотрубный теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что патрубки и перфорированные трубы выполнены из коррозийно стойкого материала,например из поливинилхлорида.(56) 1. А.с. СССР 1483191, МПК 24 3/147, 30.05.89 // Бюл.20. 2. Баскаков А.П. и др. Теплотехника Учебник для вузов. - М. Энергоиздат, 1982. - С. 128. 48632008.12.30 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 помещения воздухе. Известна конструкция вертикального кожухотрубного теплообменника, который используется в системах общеобменной вентиляции помещений 1. Известный теплообменник содержит оборудованный распределительными и собирающими коллекторами теплого и холодного воздуха цилиндрический кожух, в котором на валу установлен ротор, выполненный из верхней и нижней трубных досок и пучка теплопередающих труб, концы которых закреплены в трубных досках защитный сектор с регулируемой площадью, установленный в распределительном коллекторе холодного воздуха в зоне подачи теплого воздуха в межтрубном пространстве трубного пучка. При этом защитный сектор перекрывает частично поступание холодного воздуха в трубы трубного пучка. Теплообменник работает следующим образом. Приточный и вытяжной вентиляторы обеспечивают непрерывное движение холодного воздуха по трубам и теплого воздуха по межтрубному пространству трубного пучка. При движении теплого и холодного воздуха через теплообменник происходит нагрев холодного воздуха частью теплоты, содержащейся в теплом воздухе, при этом водяные пары, содержащиеся в теплом воздухе, конденсируются на наружной поверхности теплопередающих труб, и при низких наружных температурах (ниже -10 С) на наружной поверхности труб образуется слой снега-льда, который уменьшает тепловую мощность теплообменника и понижает надежность его работы. Более интенсивное образование слоя снега-льда происходит на трубах, которые расположены у выхода теплого воздуха из теплообменника. Для удаления снега-льда с наружной поверхности труб трубного пучка медленно вращают ротор, при этом защитный сектор перекрывает поступление холодного воздуха в часть труб трубного пучка и находящийся на их наружной поверхности слой снега-льда тает под действием теплоты воздуха, удаляемого из помещения. К недостаткам известной конструкции теплообменника следует отнести сложности его конструкции и эксплуатации. Сложность конструкции теплообменника обусловлена наличием в теплообменнике массивного вращающегося ротора. Сложность эксплуатации теплообменника обусловлена сложностью очистки наружной поверхности труб пучка от слоя грязи, так как очистка связана с прекращением работы теплообменника и промывкой его химраствором. Наиболее близким к заявляемой конструкции вертикального кожухотрубного теплообменника является теплообменник для подогрева наружного воздуха теплотой удаляемого теплого воздуха 2. В этой конструкции теплообменника холодный воздух движется через межтрубное пространство, а теплый - по трубам трубного пучка, в результате чего упрощается очистка теплообменной поверхности теплообменника от слоя грязи. К недостаткам теплообменника следует отнести пониженную эффективность и надежность его работы. Пониженная эффективность работы обусловлена снижением тепловой мощности теплообменника при температурах наружного воздуха ниже -10 С из-за образования на внутренней поверхности теплопередающих труб пучка слоя снега-льда с грязью. Пониженная надежность работы обусловлена возможностью перекрытия проходного сечения труб слоем снега-льда при длительностоящих температурах наружного воздуха- 20- 25 С, в результате чего теплообменник становится неработоспособным. Задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности и надежности работы теплообменника. Поставленная задача решается тем, что известный вертикальный кожухотрубный теплообменник, содержащий оборудованный распределительными и собирающими коллек 2 48632008.12.30 торами теплого и холодного воздуха кожух, в котором расположены верхняя и нижняя трубные доски и пучок теплопередающих труб, снабжен устройством для очистки теплообменной поверхности от снега-льда и грязи, которое содержит патрубки, количество которых равно числу труб трубного пучка, перфорированные трубы, электромагнитный клапан и регулятор уровня воды, при этом датчик регулятора уровня воды установлен в распределительном коллекторе теплого воздуха теплообменника, в котором расположены перфорированные трубки, 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 уровня воды. Для уменьшения металлоемкости и повышения коррозионной стойкости патрубки и перфорированные трубы выполнены из поливинилхлоридного материала. Сущность предлагаемой полезной модели вертикального кожухотрубного теплообменника поясняется следующими графическими изображениями на фиг. 1 изображена схема предлагаемого теплообменника, продольный разрез по А-А на фиг. 2 на фиг. 2 - разрез по В-В на фиг. 1 на фиг. 3 - схема 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 теплопередающих труб 8 трубного пучка. Теплообменник снабжен устройством для очистки теплообменной поверхности от снега-льда и грязи, которое содержит патрубки 9, количество которых равно числу труб трубного пучка, перфорированные трубы 10, электромагнитный клапан 11 и регулятор уровня воды 12 с датчиком 13. Датчик 13 регулятора уровня воды 12 установлен в распределительном коллекторе 3 теплого воздуха, в котором расположены перфорированные трубы 10, подключенные к водопроводу 14 горячей воды через электромагнитный клапан 11, а патрубки 9 установлены со стороны верхней трубной доски 6 соосно и с кольцевыми зазорами внутри труб 8 трубного пучка и их входа 15 расположены выше датчика 13 регулятора 12. Для управления работой устройства для очистки теплообменной поверхности от снега-льда и грязи разработана система ручного управления, электрическая схема которой приведена на фиг. 3. Система управления содержит автоматический выключатель 16, кнопки 17, 18 соответственно стоп и пуск, промежуточное реле с катушкой 19 и с контактами 20 и 21,регулятор уровня воды 12 с размыкающим контактом 22, катушку 23 электромагнитного клапана 11. Заявленный вертикальный кожухотрубный теплообменник работает следующим образом. При замыкании автоматического выключателя 16 начинают непрерывно работать приточный и вытяжной вентиляторы (на фиг. 1-3 не показаны), при этом вытяжной вентилятор протягивает теплый воздух из распределительного коллектора 3 через патрубки 9,трубы 8 трубного 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 пыль, содержащая 3 48632008.12.30 ся в удаляемом 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 труб 8 слоем снега-льда. Для повышения эффективностии надежности работы теплообменника необходимо периодически удалять слой снега-льда и грязь с теплообменной поверхности. Для этого нажимают на кнопку пуск 18 (фиг. 3), при этом срабатывает промежуточное реле с катушкой 19 и замыкает свои контакты 20 и 21. В этом случае замыкание контакта 20 блокирует кнопку 18, и катушка 19 реле остается подключенной к электросети. При замыкании контакта 21 к электросети подключается катушка 23 электромагнитного клапана 11 и он открывается, при этом горячая вода из водопровода 14 подается через перфорированные трубы 10 в распределительный коллектор 3 теплого воздуха. Часть воды сразу поступает через кольцевые зазоры между патрубками и трубами 8 на внутреннюю поверхность труб 8, но так как подача воды в коллектор 3 больше ее расхода через кольцевые зазоры, то уровень воды в коллекторе 3 повышается до уровня установки датчика 13 регулятора 12. В этом случае срабатывает регулятор 12 и размыкает контакт 22,при этом катушка 19 обесточивается и промежуточное реле размыкает свои контакты 20 и 21. С размыканием контакта 21 обесточивается катушка 23 электромагнитного клапана 11, и он закрывается, и горячая вода не поступает в коллектор 3. 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 через патрубки 9. Под действием теплоты воды тает слой снега-льда и удаляется грязь с внутренней поверхности труб 8, в результате чего повышается эффективность и надежность работы теплообменника. Повторное удаление снега-льда и грязи с теплообменной поверхности осуществляют через некоторое время с учетом образования снега-льда и грязи на теплообменной поверхности путем нажатия на кнопку 18. Таким образом, в процессе работы заявляемого вертикального кожухотрубного 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. 4