Теплообменный аппарат воздушного охлаждения

Полезная модель относится к теплообменным аппаратам и может быть использована для нагрева, охлаждения жидкостей и газов. Предлагаемый теплообменный аппарат (теплообменник) предназначен для охлаждения протекающей внутри теплообменных труб пароводяной смеси потоком охлаждающего воздуха.
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 (подобный теплообменник описан в авторском свидетельстве №105126), применяемые для охлаждения промышленных газов, выполненные из ряда вертикальных трубчатых элементов, расположенных в корпусе и объединенных в секции. Такие теплообменники имею большие габариты, низкую производительность, неудобны и сложны в изготовлении и эксплуатации.
Известны трубчатые теплообменники, содержащие множество теплообменных трубчатых элементов, объединенных в секции. Секция одного из таких теплообменников описана в патенте РФ №2210045, опубл. 10.08.2003, которая содержит панели, установленные с просветом друг относительно друга на трубных досках трубчатых элементов, которые между собой соединены с помощью дистанционирующих элементов. Теплообменник с такой конструкцией секций 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. Пример такого многосекционного теплообменника представлен в патенте РФ №2294503, опубл. 27.02.2007. Данный 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. Недостатком такой конструкции является неравномерность температурного поля циркулирующих теплоносителей, проблематичность компенсации тепловых расширений при достаточно высоких параметрах охлаждаемого газа и невозможность отключения секции теплообменника в случае ее разгерметизации.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является теплообменный аппарат воздушного охлаждения (патент РФ №2561799, опубл. 10.09.2015), в котором часть теплообменных труб секции верхними концами соединена с раздающими коллекторами, а другая часть с собирающими коллекторами, причем секции установлены так, что коллектора 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 отсутствие возможностей применения ее в качестве конденсатора и оперативного отключения группы секций теплообменника в случае разгерметизации одной из них.
Технической задачей является создание теплообменного аппарата, позволяющего оперативно отключать группы секций теплообменника в случае разгерметизации одной из них, а также применять его в качестве конденсатора.
Решение поставленной технической задачи позволяет расширить функциональные возможности и обеспечить оперативное отключение группы секций теплообменника в случае разгерметизации одной из них, тем самым повысить эффективность расхода охлаждающего теплоносителя.
Для решения поставленной задачи в теплообменном аппарате воздушного охлаждения, содержащем корпус, в котором размещены теплообменные трубы, объединенные коллекторами в секции, соединенные параллельно между собой каскадом распределительных коллекторов, а именно, раздающих и входных коллекторов, собирающих и выходных коллекторов, объединяя секции в группы, группы секций, образованные входными и выходными коллекторами, расположены по ходу охлаждающего теплоносителя порядно и параллельно друг другу и независимы одна от другой по охлаждаемому теплоносителю, при этом каждая группа секций подключена к соответствующим раздающим и собирающим коллекторам. Кроме того, секции разных групп в ряду чередуются одна за другой, а каскады собирающих и выходных коллекторов расположены под секциями и корпусом теплообменника и соединены через промежуточные трубы.
Предложенная конструкция теплообменного аппарата воздушного охлаждения позволяет оперативно отключать группы секций теплообменника за счет независимости подключения их к соответствующим раздающим и собирающим коллекторам охлаждаемого теплоносителя, а также расширить его функциональные возможности, а именно, применять его в качестве конденсатора за счет расположения собирающих и выходных коллекторов под секциями и корпусом теплообменника.
Суть полезной модели поясняется чертежами, где изображены:
фиг. 1 – общий вид теплообменного аппарата воздушного охлаждения;
фиг. 2 – вид теплообменного аппарата сбоку А по фиг.1;
фиг. 3 – вид теплообменного аппарата сверху Б по фиг.1;
фиг. 4 – вид теплообменного аппарата в разрезе В-В по фиг.1.
Позициями на чертежах обозначены:
1 – теплообменные трубы;
2 – корпус;
3 – входной патрубок;
4 – выходной патрубок;
5, 6 – коллекторы;
7, 11 – входные коллекторы;
8, 12 – выходные коллекторы;
9,10,13,14 – промежуточные трубы;
15, 16 – группы секций;
17, 18 – раздающие коллекторы;
19, 20 – собирающие коллекторы.
Теплообменный аппарат содержит теплообменные трубы 1, которые образуют теплообменную поверхность и размещаются в корпусе 2, имеющем входной патрубок 3 входа охлаждающего воздуха и выходной патрубок 4 выхода воздуха. Коллекторы 5 и 6, которые установлены вдоль корпуса 2 параллельно друг другу, объединяют теплообменные трубы 1 в секции. Верхние концы теплообменных труб 1 в пределах секции закреплены в коллекторе 5, а нижние – в коллекторе 6. Секции, объединенные входными 7 и выходными 8 коллекторами через промежуточные трубы 9 и 10, образуют группу секций 15. Секции, объединенные входными коллекторами 11 и выходными 12 через промежуточные трубы 13 и 14, образуют группу секций 16.
Группы секций 15, 16 расположены по ходу охлаждающего  теплоносителя порядно и параллельно друг другу и независимы одна от другой по охлаждаемому теплоносителю. Каждая группа секций подключена к соответствующим раздающим и собирающим коллекторам, так группа секций 15 подключена к раздающему 17 и собирающему 20 коллекторам, а группа секций 16 – к раздающему 18 и собирающему 19 коллекторам.
Входные коллекторы 7 и 11 объединены, соответственно, раздающими коллекторами 17 и 18, выходные коллекторы 8 и 12 объединены, соответственно, собирающими коллекторами 19 и 20. Таким образом, входные 7, 11 и выходные 8, 12 коллекторы установлены так, что секции разных групп в ряду чередуются одна за другой (фиг. 4).
Выходные 8, 12 и собирающие 19, 20 коллекторы расположены под секциями и корпусом теплообменника.
Теплообменная поверхность размещена в потоке воздуха, который поступает через входной патрубок 3 в межтрубное пространство теплообменной поверхности и выходит через выходной патрубок 4.
Охлаждаемый теплоноситель (пароводяная смесь) поступает через раздающий 17 и входной 7 коллекторы и коллектор 5 в группу секций 15, а через раздающий 18 и входной 11 коллекторы в группу секций 16. Пароводяная смесь, проходя внутри теплообменных труб 1, конденсируется, охлаждаясь воздухом, поступающим в межтрубное пространство теплообменника, и далее конденсат отводится в каскад коллекторов 6, 8, 12, 19, 20.
При отключении раздающих коллекторов 17 или 18 от охлаждаемого теплоносителя из работы выводятся только одна из групп секций 15 или 16, без отключения всего теплообменника.
Таким образом, благодаря тому, что в теплообменном аппарате воздушного охлаждения группы секций, образованные входными и выходными коллекторами, расположены по ходу охлаждающего теплоносителя порядно и параллельно друг другу и независимы одна от другой по охлаждаемому теплоносителю, при этом каждая группа секций подключена к соответствующим раздающим и собирающим коллекторам, причем секции разных групп в ряду чередуются одна за другой, а каскады собирающих и выходных коллекторов расположены под секциями и корпусом теплообменника и соединены через промежуточные трубы, расширяются функциональные возможности и обеспечивается оперативное отключение группы секций в случае их разгерметизации без отключения всего теплообменника.