ПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК С ЕСТЕСТВЕННОЙ ПОДАЧЕЙ ОХЛАЖДАЮЩЕГО ВОЗДУХА
PLATE-TYPE HEAT EXCHANGER WITH NATURAL SUPPLY OF COOLING AIR

Изобретение относится к теплотехнике, а именно, к теплообменному оборудованию и может быть использовано при воздушном охлаждении газов и жидкостей вне помещений без принудительной подачи охлаждающего воздуха.
Известен трубчатый теплообменник, содержащий поперечно обтекаемый пучок труб, соединенных с трубными досками, помещенный в корпус, закрытый верхними и нижними крышками и снабженный входными и выходными патрубками [Патент РФ №2171439, Мкл F28D 7/00, 1999].
Недостатками известного устройства являются высокое гидравлическое сопротивление и необходимость принудительной подачи охлаждающего агента, что снижает эффективность и надежность устройства.
Более близким к предлагаемому изобретению является пластинчатый теплообменник, включающий кожух, в котором помещен пакет пластин, состоящий из множества теплообменных пластин, которые формируют первые промежутки (каналы) между пластинами для первой (охлаждающей) среды (например, воздуха) и вторые промежутки (каналы) между пластинами для второй (охлаждаемой) среды. Кожух снабжен трубными досками и крышками, в которых устроены входные и выходные отверстия (патрубки) для входа в пластинчатый теплообменник и выхода из него нагреваемой и охлаждаемой сред, а теплообменные пластины соединяются с кожухом, трубными досками и крышками через уплотнения [Патент РФ №2426965, Мкл F28D 9/00, Мкл F28G 13/00, 2009].
Основным недостатком известного пластинчатого теплообменника является необходимость принудительной подачи охлаждающего теплоносителя (воздуха), что снижает эффективность и надежность устройства.
Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности и надежности пластинчатого теплообменника с естественной подачей охлаждающего воздуха.
Технический результат достигается тем, что предлагаемый пластинчатый теплообменник с естественной подачей охлаждающего воздуха, включает кожух, снабженный трубными досками и крышками, между которыми помещены полости для теплообменивающихся сред, в крышках устроены входные и выходные патрубки для входа и выхода теплообменивающихся сред, в кожухе помещен пакет, состоящий из теплообменных пластин, которые формируют каналы для охлаждаемой и охлаждающей среды и которые соединяются с кожухом, трубными досками и крышками через уплотнения, при этом кожух выполнен корытообразным, горизонтальным, с днищем и двумя торцами, представляющими собой нижнюю и две торцевые трубные доски с прямоугольными отверстиями для охлаждающей и охлаждаемой среды, соответственно, торцевые и верхние кромки корытообразного горизонтального кожуха, кромки торцевых и верхней крышек, снабжены фланцевыми полосами, верхняя крышка выполнена с верхней трубной доской с отверстиями для охлаждающей среды, каналы охлаждающей среды соединены с отверстиями верхней и нижней трубных досок и направлены вертикально, каналы охлаждаемой среды соединены с отверстиями торцевых трубных досок, и направлены горизонтально, а выходной патрубок охлаждающей среды (воздуха), соединен с вертикальной вытяжной трубой, снабженной дефлектором.
Предлагаемый пластинчатый теплообменник с естественной подачей охлаждающего воздуха (ПТЕПОВ) изображен на фиг.1-6 (на фиг.1-3 общий вид и разрезы, на фиг 4-6 узел стыковки теплообменного элемента с кожухом, крышкой и нижней трубной доской).
ПТЕПОВ состоит из горизонтального корытообразного кожуха 1, днище и торцы которого выполнены в виде нижней трубной доски 2 с прямоугольными воздушными (охлаждающей среды) отверстиями 3 и двух торцевых трубных досок 4, 5 с прямоугольными газовыми (охлаждаемой среды) отверстиями 6, верхние и торцевые кромки которого снабжены фланцевыми полосами 7, внутри горизонтального корытообразного кожуха 1 помещен пакет 8 состоящий из теплообменных пластин 9, установленных на трубную доску 2 с образование между собой вертикальных воздушных (охлаждающей среды) каналов 10, сообщающихся с воздушными отверстиями 3, и горизонтальных газовых (охлаждаемой среды) каналов 11, сообщающихся с газовыми отверстиями 6, торцевых трубных досок 4 и 5, которые, в свою, очередь, закрыты торцевыми крышками 12 и 13, образующими газовые (охлаждаемой среды) полости 14 и 15 и отбортованными на кромках с образованием фланцевых полос 16, сверху горизонтальный корытообразный кожух 1 закрыт верхней крышкой 17, образующей воздушную (охлаждающей среды) полость 18, отбортованную на кромках с образованием фланцевых полос 19 и снабженную верхней трубной доской 20 с прямоугольными воздушными отверстиями 21, сообщающимися с воздушными каналами 10, причем торцевые крышки 12, 13 снабжены входным и выходным патрубками 22 и 23 охлаждаемых газов, верхняя крышка 17 снабжена выходным воздушным патрубком 24, соединенным с вертикальной вытяжной трубой 25, снабженной дефлектором 26, а соединение кромок теплообменных пластин 6 с трубными досками 2, 4, 5, 20 и фланцевых полос 7 корпуса 1 с фланцевыми полосами 16, 19 трубных досок 4, 5, 20 осуществляется через упругие уплотнения 27.
0
Г
0
Г
Предлагаемый ПТЕПОВ работает следующим образом. Охлаждаемая среда, например, дымовые газы, поступает через входной патрубок 22 в газовую полость 14, из которой распределяется по газовым отверстиям 6 трубной доски 4 и направляется в горизонтальные газовые каналы 11 пакета 5, при движении по которым дымовые газы охлаждаются в результате теплообмена до заданной температуры через теплообменные пластины 9 с охлаждающей средой, а именно, наружным воздухом, поднимающимся по вертикальным воздушным каналам 10, после чего охлажденные дымовые газы через газовые отверстия 6 трубной доски 5 поступают в газовую полость 15, откуда через патрубок 23 выводится из теплообменника. В тоже время наружный воздух (охлаждающая среда) под действием, естественной тяги поступает снизу через воздушные отверстия 3 в вертикальные воздушные каналы 10 пакета 8, поднимается вверх, нагревается от t до t при этом в результате теплообмена через теплообменные пластины 9 с охлаждаемыми газами, движущимся по газовым каналам 11, после чего нагретый воздух через воздушные отверстия 21 трубной доски 20 поступает в воздушную полость 18, откуда через патрубок 24, вытяжную трубу 25 высотой Н и дефлектор 26 выбрасывается в атмосферу. При этом нагрев воздуха от t до t и высота вытяжной трубы Н, создают в вертикальных воздушных каналах 10 для воздушного потока самотягу [Ю.П. Гусев. Основы проектирования котельных установок. - М.: Стройиздат, 1977, с.143], равную
<mrow><mi>h</mi><mo>=</mo><mi>H</mi><mo>⋅</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><msub><mi>ρ</mi><mi>B</mi></msub><mo>−</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ρ</mi><mi>B</mi></msub><mo>⋅</mo><mn>273</mn><mo>−</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>C</mi><mi>P</mi></mrow></msub><mo>+</mo><mn>273</mn></mrow></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>⋅</mo><mi>g</mi><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mi>П</mi><mi>а</mi><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
, где
В
3
ρ - плотность наружного воздуха при температуре to, кг/м;
СР
t - средняя температура воздуха в ПТЕПОВ, °C;
<mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>C</mi><mi>P</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>t</mi><mi>Г</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mn>2</mn><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
.
Кроме того, наличие дефлектора 26 на верхней кромке вытяжной трубы 25 создает дополнительную тягу за счет ветрового давления [Богословский В.Н. Отопление и вентиляция, ч. II, М.: Стройиздат, 1976, с.309]. Оба вышеупомянутые факторы обеспечивают постоянное поступление наружного воздуха в воздушные каналы 10 ПТЕПОВ, что позволяет охлаждать горячую среду (сбросные дымовые газы, оборотную воду и пр.) без использования вентилятора и таким образом снизить расход электроэнергии на процессы охлаждения.
Взаимное перпендикулярное расположение воздушных 10 и газовых 11 каналов в ПТЕПОВ позволяет осуществлять процесс теплообмена по перекрестной схеме движения теплоносителей, что обеспечивает достаточно высокую движущую силу теплопередачи и широко используется в воздухоподогревателях для парогенераторов [Тепловой расчет промышленных парогенераторов. Под ред. Частухина В.И. - Киев: Вища школа, 1980, с.50], позволяет значительно упростить конструкцию крышек 12, 13, 17 (внутреннюю полость крышек не нужно делить перегородками на воздушные и газовые каналы) и уменьшить их вес, значительно снизить аэродинамическое сопротивление по сравнению с известными пластинчатыми теплообменниками с конструкциями крышек для прямоточной и противоточной схем движения теплоносителей.
Таким образом, конструкция предлагаемого пластинчатого теплообменника с естественной подачей охлаждающего воздуха позволяет, за счет устройства вытяжной трубы с дефлектором и обеспечения в нем перекрестного движения теплообменивающихся сред, повысить его эффективность и надежность по сравнению с известным пластинчатым теплообменником.