ТЕПЛООБМЕННАЯ УСТАНОВКА
HEAT EXCHANGE UNIT

Изобретение относится к системам утилизации вторичных энергоресурсов системами вентиляции, а также к промышленной теплотехнике.
Известны теплообменные установки, которые содержат каналы для перемещения теплоносителей вторичных энергоресурсов (ВЭР) и потребителей теплоты ВЭР с размещенными в них теплообменниками. Теплообменники объединены между собой циркуляционным контуром промежуточного теплоносителя (Аничхин А.Г. «Расчет минимально необходимых площадей поверхностей теплообмена в системах утилизации теплоты с промежуточным теплоносителем» в сб. ГипроНИИ АН СССР «Энергосбережение в системах вентиляции и кондиционирования воздуха», М., «НАУКА», 1990 г.).
Данные установки применимы, в основном, для утилизации теплоты одиночных источников ВЭР. При наличии нескольких источников ВЭР приходится применять несколько установок, при этом не всегда удается полностью эффективно использовать рабочие диапазоны начальных и конечных параметров теплоносителей для ВЭР и для потребителей теплоты ВЭР, не говоря уже о перераспределении теплоты ВЭР между их потребителями
Известны теплообменные установки (Аничхин А.Г. «Условия термодинамической оптимизации передачи теплоты системами с промежуточным теплоносителем»; ж. Промышленная энергетика, №6, 1991, с.37-41), которые содержат не менее двух групп каналов для перемещения теплоносителей с различными рабочими диапазонами начальных и конечных граничных параметров ВЭР и потребителей теплоты ВЭР. В каждом канале монтированы теплообменники, которые соединены между собой циркуляционным контуром промежуточного теплоносителя.
Данным установкам свойственны следующие недостатки.
- Хотя система позволяет воспринять максимальные параметры теплоносителей ВЭР в ряде каналов, но тут же теряет их за счет смешения с промежуточным теплоносителем, отводимых от теплообменников, размещенных в каналах теплоносителей ВЭР с пониженными параметрами.
- Не представляется эффективно использовать максимальный потенциал имеющегося в наличии теплоносителя ВЭР для индивидуального нагрева хотя бы одного из теплоносителя потребителя ВЭР.
Предлагаемая теплообменная установка позволяет устранить указанные недостатки, повысить эффективность передачи теплоты и ее использования.
Данный эффект достигается тем, что теплообменники, в каждом канале, выполнены из секций, обусловленных промежутками между соседними по величине граничными параметрами всех теплоносителей в рабочем диапазоне начальных и конечных параметров теплоносителя соответствующего канала. Входы и выходы промежуточного теплоносителя всех секций в пределах каждого промежутка дополнительно соединены перемычками.
Хотя бы на одной из перемычек установлен вспомогательный побудитель движения промежуточного теплоносителя.
Сущность изобретения поясняется чертежом.
3
31
32
4
41
42
5
51
52
6
61
62
7
71
72
8
81
82
9
91
92
10
101
102
11
111
112
На чертеже представлена теплообменная установка, содержащая не менее двух групп каналов 1, 2 для перемещения теплоносителей для ВЭР 3, 4, 5, 6 и для потребителей теплоты ВЭР 7, 8, 9, 10, 11 с различными рабочими диапазонами начальных и конечных граничных параметров. Так, в качестве примера, для теплоносителей ВЭР, перемещаемых по каналам 3, 4, 5, 6, примем рабочие диапазоны начальных и конечных граничных параметров для ВЭР канала 3: тепловой эквивалент теплоносителя - W, начальный параметр (температура) - Тград, конечный параметр (температура)Тград и соответственно для каналов 4, 5, 6 - W, T, T; W, T, T; W, T, T. Аналогично для теплоносителей потребителей ВЭР, перемещаемых по каналам 7, 8, 9, 10, 11, соответственно: W, T, T; W, T, T; W, T, T; W, T, T; W, T, T.
Установка содержит также теплообменники 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, монтированные в каждом канале 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 11 и соединенные циркуляционным контуром 21 промежуточного теплоносителя с побудителем 22.
i1
i2
i1
i2
Теплообменники 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 в каждом канале 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 выполнены из секций, количество которых в каждом канале обусловлено промежутками а, б, в, г, д, е, з, и, к, л, м между соседними по величине граничными параметрами T T (здесь i - номер канала, 1 больший параметр для канала, а 2 - меньший) теплоносителей в рабочем диапазоне начальных и конечных параметров теплоносителя T T соответствующего канала.
41
42
41
81
91
51
111
32
101
61
72
112
62
82
92
52
42
102
Согласно чертежу, если рассматриваем, например, канал (4), то его рабочий диапазон ограничивается начальными и конечными параметрами Т, Т, и в этот диапазон включаются 10 промежутков б, в, г, д, е, з, и, к, л, м, обусловленных соседними по величине граничными параметрами T, T; T; T; Т; Т; T; Т; Т, Т; T, T, T; Т; Т, Т. Для удобства каждой секции на чертеже присвоено обозначение, состоящее из номера теплообменника, который она составляет с индексом, характеризующим промежуток. Так, например, секция 16е - это секция является неотъемлемой частью теплообменника 16, смонтированного в канале 7 и работающего в промежутке «е» соседних по величине граничных параметров теплоносителей.
Входы и выходы промежуточного теплоносителя всех секций в пределах каждого промежутка дополнительно соединены перемычками 23.
По крайней мере, на одной из перемычек 24 может быть установлен вспомогательный побудитель 25 движения промежуточного теплоносителя.
Установка работает следующим образом.
3
31
32
4
41
42
5
51
52
6
61
62
По каналам 3, 4, 5, 6 группы 1 перемещаются теплоносители вторичных энергоресурсов (ВЭР) с соответствующими рабочими диапазонами начальных и конечных граничных параметров W, Т, Т; W, T, T; W, T, T; W, T, T.
7
71
72
8
81
82
9
91
92
10
101
102
11
111
112
31
71
41
81
91
51
111
32
101
61
72
112
62
82
92
52
42
102
По каналам 7, 8, 9, 10, 11 группы 2 перемещаются теплоносители потребители теплоты ВЭР с соответствующими рабочими диапазонами начальных и конечных граничных параметров W, T, T; W, T, T; W, T, T; W, T, T; W, T, T. Для дальнейшего объяснения физического смысла работы предлагаемой установки поясним, что при любых значениях от параметра W параметры Т (температура) находятся в соотношении Т≈T>Т≈Т>Т>Т>T>T>Т>Т>T≈T>T≈T≈T>T>T≈T.
Теплоносители ВЭР и потребителей теплоты ВЭР в каждом канале, проходя через размещенные в них теплообменники 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, отдают свою теплоту ВЭР в теплообменниках 12, 13, 14, 15, а в теплообменниках 16, 17, 18, 19, 20 теплота воспринимается теплоносителями потребителей. Передача теплоты осуществляется при помощи промежуточного теплоносителя, циркулирующего по контуру 21 и по перемычкам 23 побудителем 22. Перемычки 23 в каждом промежутке совместно с соответствующими секциями теплообменников образуют как бы местный циркуляционный контур и тем самым обеспечивают в нем оптимальный расход промежуточного теплоносителя при минимальных размерах площадей теплообмена секций теплообменников. Теплоносители ВЭР, так же как и теплоносители потребителей теплоты ВЭР, могут содержать различные химические соединения или являться неотъемлемой частью технологического процесса, и поэтому не всегда их допустимо смешивать.
На чертеже условно стрелками показан один из возможных вариантов циркуляции промежуточного теплоносителя по перемычкам. Так, на перемычке 24 часть потока промежуточного теплоносителя с определенными параметрами необходимо направить в секции теплообменников, установленных в каналах группы 1, хотя по соседним перемычкам промежуточный теплоноситель движется во встречном направлении. Такое движение промежуточного теплоносителя обеспечивается вспомогательным побудителем 25. Есть вероятность, что установка вспомогательного побудителя возникнет на перемычке, расположенной в соседстве с перемычками, по которым промежуточный теплоноситель перебрасывается из секций теплообменников, установленных в каналах группы 2. Все определяется сочетанием рабочих диапазонов начальных и конечных параметров ВЭР и потребителей теплоты ВЭР.