КОМБИНИРОВАННОЕ ТЕПЛООБМЕННОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1995 года по МПК F28D1/04 F15B20/00 

Изобретение относится к теплообменному оборудованию и может быть использовано в энергетике для охлаждения отходящих газов в системах кондиционирования и вентиляции, а также в холодильной технике.

Известны контактно-поверхностные теплообменники с активной насадкой, содержащие как правило, контактную ступень, где осуществляется тепло- и массообмен при непосредственном контакте нагреваемого и охлаждаемого теплоносителей. В качестве теплоносителей обычно используют жидкую среду (воду) и газ (дымовые газы, воздух и т.п.). Вода распределяется в потоке газа, например, с помощью форсунок. Кроме того, процесс теплообмена происходит и в поверхностной ступени, которая выполняется в виде рекуперативной поверхности. Вода движется в трубках, а газ омывает их снаружи. При этом наружная поверхность труб орошается водой, движущейся из контактной ступени.

Однако работа известных теплообменников имеет существенные недостатки. Низкие параметры нагреваемой воды обуславливают необходимость ее догрева для дальнейшего использования. Интенсивность тепло- и массообмена зависит от периода года. Малые значения температурных перепадов в ступенях обуславливают увеличение их габаритов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является теплообменное устройство, которое содержит теплообменный пучок труб с входным и выходным участками для охлаждаемой или нагреваемой среды (жидкости), устройство для подачи второй среды (газа) трубопроводом, подключенным к межтрубному пространству пучка труб, и связанные с образованием контура оборотной воды водосборный поддон и ороситель. Ороситель расположен над пучком, а поддон - под ним, оба они разделены по длине пучка на два отсека, причем отсек оросителя со стороны входного участка пучка сообщен с отсеком поддона со стороны выходного участка.

В этом теплообменнике повышена технологичность. Однако температурный напор в каждом ходе пучка составляет всего 1,5-2^оС. Температура горячей воды в поддоне недостаточна в ряде случаев для использования и вода сливается в канализацию. Параметры работы теплообменника зависят от температуры охлаждающего воздуха, т.е. от климатических условий.

Целью изобретения является повышение эффективности и экономичности работы теплообменного устройства.

Поставленная цель достигается тем, что теплообменное устройство, содержащее пучок труб с входным и выходным участками для жидкой среды, нагнетатель газа с трубопроводом, подключенным к межтрубному пространству пучка, контур оборотной воды с циркуляционным насосом, двухсекционным оросителем и водосборным поддоном, первый из которых расположен над пучком, а второй - под ним, снабжено парокомпрессионной теплонасосной установкой, испаритель которой расположен в контуре оборотной воды между циркуляционным насосом и оросителем, а конденсатор размещен на линии слива воды из поддона.

Выполнение теплообменного устройства в виде парокомпрессионной теплонасосной установки позволяет уменьшить температуру оборотной воды на 10-15^оС за счет работы испарителя и увеличить температурный напор в пучке труб, а работа конденсатора обеспечивает повышение температуры воды на выходе из него на 8-12^оС, что обеспечит ее дальнейшее использование.

Отличительным признаком технического решения по сравнению с прототипом является наличие теплообменного устройства в виде парокомпрессионной теплонасосной установки с соответствующим размещением элементов, что позволяет говорить о соответствии критерию "Новизна".

Предлагаемое техническое решение с перечисленными элементами и связями приобретает новые свойства, что соответствует критерию "Существенные отличия".

На чертеже изображено продольное сечение теплообменника.

Теплообменник содержит пучок труб 1 с входным 2 и выходным 3 участками для охлаждаемой среды, нагнетатель 4 газа с трубопроводом 5, подключенным к межтрубному пространству, и связанные с образованием контура оборотной орошающей воды досборный поддон 6 и ороситель 7. Ороситель 7 расположен над пучком труб 1, а поддон 6 - под ним, оба они разделены по длине пучка на два отсека 8, 9 и 10, 11 соответственно, причем отсек 8 оросителя 7 со стороны входного участка 2 пучка сообщен с отсеком 11 поддона 6 со стороны выходного участка 3. Отсек 9 оросителя 7 сообщен с посторонним источником воды, а отсек 10 поддона 6 сообщен со сливом.

Кроме того, теплообменник имеет сепаратор 12 влаги, теплообменное устройство в виде парокомпрессионной теплонасосной установки, которая включает испаритель 13, конденсатор 14, компрессор 15 и дроссельный вентиль 16, а также циркуляционный насос 17, линию 18 слива и контур 19 оборотной воды.

Испаритель 13 установлен в контуре 19 оборотной воды между циркуляционным насосом 17 и оросителем 7. Конденсатор 14 размещен на линии 18 слива воды из секции поддона.

Теплообменник работает следующим образом.

Наружный воздух нагнетателем 4 через трубопровод 5 подается в торец теплообменного пучка труб 1 со стороны выходного участка 3, выводящего охлаждаемую среду из аппарата. Орошающая вода из оросителя 7 поступает на каждый вертикальный ряд труб 1. Переливаясь с верхних рядов на нижние, вода тонкой пленкой орошает все теплообменные трубы 1, быстро воспринимая тепло от металла труб, и, имея хороший контакт с обдувающим воздухом, тут же отдает ему тепло в виде скрытой теплоты парообразования влаги, испаренной в воздух. Воздух, проходя через все ходы теплообменного пучка, отбирает тепло от воды, увеличивая по ходу движения свое теплосодержание, вплоть до максимального значения на входном наиболее нагретом участке 2. Вода, проходя через теплообменный пучок, стекает в поддон 6, где, смешиваясь, приобретает некоторую среднюю температуру. Наиболее горячая вода, стекающая с входного участка теплообменного пучка, собирается в отсеке 10 поддона 6. Из отсека 11 поддона 6 насосом оборотная вода подается в отсек 8 оросителя 7. В отсек 9 оросителя 7 подается холодная водопроводная вода в количестве, достаточном для орошения части наиболее холодных теплообменных труб и компенсации потерь воды, сливаемой из отсека 10 поддона 6 и уносимой охлаждающим воздухом через выводной воздуховод с сепаратором 12.

Наиболее горячая вода из отсека 10 через сливную линию 18 поступает в конденсатор 14, где ее температура увеличивается до температуры потребителя горячего водоснабжения или отопления.

Одновременно в испарителе 13 происходит снижение температуры оборотной воды. Теплообменное устройство в виде парокомпрессионной теплонасосной установки выбирают по требуемым температурам горячей воды после конденсатора 14 и охлажденной оборотной воды после испарителя 13. Эти же величины определяют и вид рабочего тела теплонасосной установки, зависят и мощность компрессора 15, и характеристики дроссельного вентиля 16.

Таким образом, в режиме теплообменника как аппарата воздушного охлаждения применение теплообменного устройства снижает температуру оборотной воды, а значит и ее расход и дает возможность догревать воду для ее дальнейшего использования. При использовании теплообменного устройства как охладителя продуктов сгорания газообразного топлива обеспечиваются те же преимущества без изменения принципа работы, т.е. утилизируется тепло уходящих газов и снижается тепловое загрязнение окружающей среды. Следовательно, повышаются эффективность и экономичность работы комбинированного теплообменного устройства.

Использование: в энергетике для охлаждения отходящих газов в системах кондиционирования и вентиляции, а также в холодильной технике. Сущность изобретения: теплообменное устройство, содержащее пучок труб 1 с входным 2 и выходным 3 участками для жидкой среды, нагнетатель 4 газа с трубопроводом 5, подключенным к межтрубному пространству пучка труб 1, контур оборотной воды с циркуляционным насосом, двухсекционным оросителем 7 и водосборным поддоном 6, первый из которых расположен над пучком труб 1, а второй - под ним, снабжено парокомпрессионной теплонасосной установкой, испаритель 13 который расположен в контуре оборотной воды между циркуляционным насосом и оросителем 7, а конденсатор 14 размещен на линии 18 слива воды из поддона 6. 1 ил.

КОМБИНИРОВАННОЕ ТЕПЛООБМЕННОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее пучок труб с входным и выходным участками для жидкой среды, нагнетатель газа с трубопроводом, подключенным к межтрубному пространству пучка, контур оборотной воды с циркуляционным насосом, двухсекционным оросителем и водосборным поддоном, первый из которых расположен над пучком, а второй - под ним, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности и экономичности, оно снабжено парокомпрессионной теплонасосной установкой, испаритель которой расположен в контуре оборотной воды между циркуляционным насосом и оросителем, а конденсатор размещен на линии слива воды из секции поддона.