Теплообменный аппарат охлаждения воздуха

Предлагаемое техническое решение относится к теплообменным аппаратам и может быть использовано для нагрева, охлаждения жидкостей и газов. Предлагаемый теплообменный аппарат (теплообменник) предназначен для охлаждения горячих газов (воздуха), протекающих в межтрубном пространстве жидкостью (водой), протекающей внутри теплообменных труб.
Для нагрева или охлаждения жидких и газообразных продуктов применяются теплообменники различных типов и используются в различных отраслях промышленности. Используя газ, пар, воду при различных температурах можно нагревать или охлаждать теплоноситель до заданной температуры. Наиболее распространенным типом являются трубчатые теплообменники, которые состоят из трубчатых элементов, соединенных в одну проточную систему.
Известны трубчатые теплообменники, применяемые для охлаждения промышленных газов, выполненные из ряда вертикальных трубчатых элементов, расположенных в корпусе и объединенных в секции. (См., например, авт.св. №105126 от 17.10.1952). Известные теплообменники имеют большие габариты, низкую производительность, неудобны и сложны в изготовлении и эксплуатации.
Известны трубчатые теплообменники, содержащие множество теплообменных трубчатых элементов, объединенных в секции (см., например, патент RU №2210045 опуб. 10.12.2003 г., кл. МПК F28F 9/00). В указанном теплообменнике трубчатые элементы образуют панели, установленные с просветом друг относительно друга. Трубчатые элементы закреплены на трубных досках, а между собой соединены с помощью дистанционирующих элементов. Теплообменник такой конструкции имеет большие габариты, неравномерное охлаждение. Секции работают параллельно, а это приводит к температурным пульсациям, неравномерности температур циркулирующих потоков, что снижает тепловую эффективность.
Известны многосекционные трубчатые теплообменники, содержащие теплообменные трубчатые элементы, на концах которых установлены коллекторы. Секции расположены параллельно друг другу и последовательно соединены с помощью трубчатого колена, (см., например, патент RU №2294503 опубл. 27.02.2007 г., кл. МПК F28D 7/16). Данный многосекционный теплообменник предназначен для нагревания протекающей внутри труб жидкости в потоке горячих газов и состоит из секций, включающих прямолинейные теплообменные трубы, на концах которых установлены коллекторы. Коллекторы соединены последовательно с помощью трубчатых колен.
Также известен теплообменный аппарат воздушного охлаждения, (см. патент RU №2561799 опубл. 05.08.2015 г., кл. МПК F28D 1/02), в котором часть теплообменных труб секций верхними концами соединены с раздающими коллекторами, а другая часть с собирающими коллекторами, причем секции установлены так, что коллекторы смежных секций развернуты относительно друг друга на 180°, кроме того, аппарат снабжен каскадом распределительных коллекторов, расположенных над корпусом аппарата в два яруса и соединенных подводящими и отводящими трубами с соответствующими коллекторами секций, объединяя при этом секции в группы. Данный многосекционный теплообменник предназначен для охлаждения газа (воздуха), протекающего между трубами жидкостью циркулирующей во внутритрубном пространстве.
Недостатком такой конструкции является невозможность увеличить тепловую эффективность без увеличения габаритов теплообменника.
По наибольшему числу общих признаков и достигаемому результату многосекционный теплообменник по патенту RU №2561799 выбираем за прототип.
Технической задачей является создание теплообменного аппарата, позволяющего увеличить тепловую мощность без увеличения габаритных размеров теплообменника, а также увеличить его вибростойкость.
Решение поставленной технической задачи дает возможность повысить тепловую эффективность теплообменника, уменьшить его габаритные размеры и увеличить вибростойкость.
Для решения поставленной задачи в теплообменном аппарате охлаждения воздуха, содержащем корпус, в котором размещены спирально оребренные теплообменные трубы, объединенные коллекторами в секции, соединенными параллельно между собой каскадом распределительных коллекторов, при этом соседние теплообменные секции развернуты относительно друг друга и относительно продольной плоскости симметрии теплообменника на 180°, причем распределительные коллекторы расположены в один ярус над корпусом теплообменника и связаны с теплообменными секциями, подводящими и отводящими трубами с использованием крутоизогнутых колен, при этом на трубах установлены дистанционирующие элементы, выполненные в виде гребенок, спирально оребренные трубы выполнены с биметаллическим оребрением и связаны между собой дистанционирующими элементами, выполненными в виде гребенок.
Предложенная конструкция теплообменного аппарата позволяет повысить тепловую эффективность, не увеличивая габариты теплообменника, а также увеличить его вибростойкость.
Это осуществимо за счет расположения распределительных коллекторов над корпусом теплообменника в один ярус.
Их связи с теплообменными секциями, подводящими и отводящими трубами крутоизогнутыми коленами.
Выполнением теплообменной поверхности из спирально оребренных труб с биметаллическим оребрением.
Наличием дистанционированиия подводящих и отводящих труб, а также наличием дистанционирования спирально оребренных труб секции.
Суть технического решения поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 изображен общий вид теплообменного аппарата;
на фиг. 2 изображен разрез А-А фиг. 1;
на фиг. 3 изображен вид Б фиг. 1.
Теплообменный аппарат состоит из спирально оребренных труб 1 с биметаллическим оребрением - медными или алюминиевыми ребрами, образующими теплообменную поверхность и размещенными в корпусе 2, имеющем патрубок 3 входа горячего воздуха и патрубок 4 выхода охлажденного воздуха. Теплообменные трубы 1 объединены коллекторами 5, 6 и 7 в секции, которые установлены вдоль корпуса параллельно друг другу. Верхние концы части теплообменных труб 1 в пределах секции закреплены в коллекторе 5, а другой части в коллекторе 6. Нижние концы теплообменных труб 1 закреплены в промежуточном коллекторе 7. Для одной (первой) секции коллектор 5 является раздающим, а коллектор 6 собирающим. Смежные секции установлены так, что коллекторы развернуты относительно друг друга на 180°. Следовательно, для теплообменных труб 1 смежной секции коллектор 6 будет являться раздающим, а коллектор 5 собирающим. Следовательно, напротив собирающего коллектора 6 секции будут расположены раздающие коллекторы 5 смежных секций.
Над корпусом 2 аппарата в один ярус расположены распределительные коллекторы 8 и коллекторы 9, которые соединены подводящими трубами 10 и отводящими трубами 11 с соответствующими коллекторами 5 и 6 теплообменных секций, крутоизогнутыми коленами 12, образуя при этом группы секций. Первая группа секций соединена подводящими трубами 10 с распределительным коллектором 8 и отводящими трубами 11 с распределительным коллектором 9, который является собирающим для первой группы секций и раздающим для второй группы секций и далее с чередованием групп.
То есть, распределительные коллекторы 8 и 9 установлены так, что образован каскад раздающих и собирающих коллекторов, объединяющих теплообменные секции в группы секций параллельно-последовательно, обеспечивая необходимое число последовательных ходов охлаждающего теплоносителя (воды). Количество параллельно-последовательно объединенных секций выбирается в зависимости от требуемых параметров циркулирующих теплоносителей.
При этом на подводящих трубах 10 и отводящих трубах 11 установлены дистанционирующие элементы 13, выполненные в виде гребенок, а на оребренных трубах 1 установлены дистанционирующие элементы 14, выполненные в виде гребенок.
Теплообменная поверхность размещена в потоке горячего воздуха, который поступает через патрубок 3 в межтрубное пространство теплообменной поверхности и охлажденный выходит через патрубок 4.
Охлаждающий теплоноситель (вода) поступает во входной коллектор 8 каскада распределительных коллекторов 8 и 9. По подводящим трубам 10, крутоизогнутому колену 12 поступает в раздающие коллекторы 5 и теплообменные трубы 1 первой группы секций, нагревается и через коллектор 7, собирающие коллекторы 6 по отводящим трубам 11, крутоизогнутому колену 12 поступает в распределительный коллектор 9 каскада. Далее осуществляется параллельно последовательная циркуляция теплоносителя по теплообменным трубам 1 следующих групп секций и отводится через выходной коллектор 8 каскада.
Выполнение теплообменного аппарата предложенным образом позволяет:
- повысить тепловую эффективность теплообменника за счет применения теплообменных труб с оребрением из меди или алюминия на 25-30% (в зависимости от материала оребрения);
- обеспечить уменьшение габаритных размеров по высоте за счет применения крутоизогнутых колен, что позволяет расположить распределительные коллекторы в один ярус;
- повысить вибростойкость за счет наличия дистанционирующих элементов на подводящих и отводящих, а также на оребренных трубах.