ВОЗДУХООХЛАДИТЕЛЬ ВЕРТИКАЛЬНО-ТРУБНЫЙ Российский патент 1999 года по МПК F25B40/04 F28D1/02 

Изобретение относится к холодильной технике, а более конкретно - к теплообменным аппаратам для охлаждения и осушения влажного воздуха в системах кондиционирования и осушки воздуха, а также может быть использовано для охлаждения смеси газов и выделения из нее отдельных конденсирующихся фракций в технологических производствах химической, нефтяной и газовой промышленности.

Известны воздухоохладители с гладкими вертикальными трубами для охлаждения и осушения влажного воздуха (см., например, (1) Теплообменные аппараты холодильных установок. Г.Н.Данилова и др.-Л.: Машиностроение, 1978, с.164-167). К недостаткам поверхностных вертикально-трубных воздухоохладителей с гладкими трубами следует отнести формирование на поверхности трубы слоя конденсата, толщина которого к нижней части трубы возрастает, в связи с чем увеличивается термическое сопротивление этого слоя, что ухудшает теплопередачу и снижает величину теплового потока. Увеличение теплового потока за счет снижения температуры хладоносителя может приводить к инееобразованию на стенках труб и ухудшению эксплуатации воздухоохладителя.

Известно использование наружного оребрения для уменьшения металлоемкости и создания более компактных воздуоохладителей с использованием прямых вертикальных ребер (см., например, авт.свид. N 1068673) или с использованием пластинчатых ребер и фиксаторов шага на наружной поверхности теплообменных труб (см., например, (1), с.167-169). При этом пластинчатые ребра на теплопередающей поверхности установлены параллельно друг другу по ходу движения воздуха в поперечных рядах труб (см., например, (1), рис.93).

К недостаткам такой конструкции следует отнести, при использовании в системах кондиционирования и осушки воздуха, большие аэродинамические сопротивления из-за сокращения фронта проходного сечения вследствие стекания сверху вниз струек жидкости, а также влияния толщины стекающей пленки на эффективность теплообмена.

Размещение фигурных пластинчатых ребер на пучке вертикальных труб (см., например, (1), рис.94) приводит к накоплению жидкости на впадинах ребер, что ухудшает тепловые и аэродинамические характеристики воздухоочистителя и не решает проблему непрерывного удаления конденсата с теплообменной поверхности аппарата.

Выполнение нестандартных элементов - "воротников" путем отбортовки отверстий на пластинчатых ребрах исключает возможность формирования конфигурации площади поверхности теплообмена в зависимости от величины коэффициента влаговыпадения, т.е. от условий и режимов работы воздухоохладителя-осушителя воздуха (см. Гоголин А.А. Осушение воздуха холодильными машинами. -М.: Госторгиздат, 1962).

Таким образом, существующие конструкции воздухоохладителей для охлаждения и осушения воздуха в системах кондиционирования и сушки, выполненные с наружным прямым пластинчатым оребрением на горизонтальных и вертикальных трубах не обеспечивают условий эффективного отвода выпадающего конденсата с целью сокращения его вредного влияния на теплопередачу путем увеличения термического сопротивления слоя жидкости, и на величину аэродинамического сопротивления потоку движущегося воздуха через фронтальное сечение аппарата и вдоль его протяженности.

Цель изобретения - интенсификация теплообмена в воздухоохладителе путем снижения термического сопротивления со стороны охлаждаемого и осушаемого воздуха.

Поставленная цель достигается тем, что воздухоохладитель вертикально-трубный содержит корпус с поддоном и вентилятором, установленные в корпусе последовательно ряды вертикальных теплообменных труб с наружным оребрением пластинчатыми ребрами. При этом наружное оребрение выполнено в виде последовательно закрепленных на трубах и примыкающих торцами пластинчатых ребер и цилиндрических втулок, плоскости торцов которых параллельны между собой и наклонены под углом 30^o к горизонтали, а относительные высота втулки h и ширина ребра B соответственно составляют h=(0,5...1,0)d и B=(3...4)d, и в размещенных по ходу движения воздуха поперечных рядах теплообменных труб пластинчатые ребра перекрывают друг друга на длине L=(0,1...0,6)d по горизонтали, где d - наружный диаметр теплообменной трубы.

Выполнение наружного оребрения в виде последовательно закрепленных на трубах и примыкающих торцами ребер и цилиндрических втулок, плоскости торцов которых параллельны между собой и наклонены под углом 30^o к горизонтали, обеспечивает непрерывное удаление капель и струек конденсата с теплообменной поверхности труб в интервалах протяженности труб между ребрами, тем самым увеличивая коэффициент теплопередачи аппарата.

Перекрывание ребер в размещенных по ходу движения воздуха поперечных рядах теплообменных труб на длине L=(0,1...0,6)d обеспечивает направленное движение струек конденсата в поперечном сечении воздухоохладителя, тем самым обеспечивается минимальное динамическое воздействие воздушного потока на стекающую по поверхности ребер жидкость.

Относительная высота втулки h в интервале от 0,5 до 1,0 d при относительной ширине ребра B= (3...4)d обеспечивают компактное выполнение теплообменной поверхности воздухоохладителя при допустимых аэродинамических сопротивлениях в условиях влаговыпадения применительно к режимам, характерным для систем кондиционирования и осушки воздуха.

На фиг.1 показано продольное сечение воздухоохладителя; на фиг.2 - поперечное сечение воздухоохладителя (фрагмент); на фиг.3 - цилиндрическая втулка.

Заявляемый воздухоохладитель вертикально-трубный преимущественно для систем кондиционирования и осушки воздуха (в дальнейшем - воздухоохладитель) содержит (согласно фиг.1-2): корпус 1 с поддоном 2 и вентилятором 3, установленные в корпусе и последовательно размещенные по ходу движения воздуха ряды вертикальных теплообменных труб 4 с наружным оребрением пластинчатыми ребрами 5, между которыми размещены цилиндрические втулки 6.

Втулки 6 (фиг. 3) выполнены в виде цилиндров с параллельными торцевыми поверхностями, наклоненными под углом 30^o к горизонтали.

Ребра 5 примыкают торцами к торцам втулок 6 и при закреплении на трубах 4 образуют наружное оребрение с наклоном 30^o относительно горизонтали.

В поперечном сечении воздухоохладителя (фиг.2) по ходу движения воздуха через воздухоохладитель в поперечных рядах труб 4 пластинчатые ребра перекрывают друг друга на длине L.

Корпус 1 содержит также патрубок 7 отвода из поддона 2 жидкости (конденсата), ряды вертикальных теплообменных труб 4 подсоединены к нижнему 8 и верхнему 9 коллекторам, которые патрубками 10 и 11 связаны с системой холодоснабжения.

Заявляемый воздухоохладитель работает следующим образом.

Из системы холодоснабжения через патрубок 10 в коллектор 8 поступает холодоноситель (ледяная вода, рассол, хладагент). Обрабатываемый воздух вентилятором 2 подается через корпус 1 и размещенные по ходу движения воздуха ряды вертикальных теплообменных труб 4, имеющих наружное оребрение пластинчатыми ребрами 5, между которыми размещены втулки 6.

Вследствие контакта воздуха с охлажденной теплообменной поверхностью в виде закрепленных на трубах 4 ребер 5 и втулок 6, воздух охлаждается и из него выпадает в виде капель сконденсировавшийся пар.

Отепленный в трубах 4 холодоноситель поступает в коллектор 9 и через патрубок 11 направляется на охлаждение в систему холодоснабжения. Капли конденсата, выпавшие на поверхности втулок 6 и ребер 5 в соответствующем по ходу движения воздуха поперечном сечении воздухоохладителя по наклонным плоскостям ребер 5 стекают на плоскости нижележащих ребер, размещенных на параллельной трубе и, поскольку ребра перекрывают друг друга на длине L, сливаются к боковой стенке 12 корпуса 1 и по ней - в поддон 2, откуда через патрубок 7 выводятся из аппарата.

Стекание капель с наружной поверхности втулок 6, высота которых составляет (0,5. . .1,0)d, осуществляется за короткий промежуток времени и не оказывает существенного влияния на состояние теплообменной поверхности и величину коэффициента теплопередачи аппарата, поскольку отсутствуют термическое сопротивление пленки жидкости.

Стекание жидкости по поверхности ребер 5 и перетекание ее с ребра на ребро при перекрытии ребер друг другом на длине L=(0,1...0,6)d соответствующих поперечных рядов труб 4 сокращает унос капель жидкости потоком воздуха в последующие ряды труб по ходу движения воздуха, и, тем самым, снижает потери напора и уменьшает расход мощности в вентиляторе 3.

Таким образом, заявляемый воздухоочиститель по сравнению с известным позволяет предотвратить накопление жидкости на теплопередающей поверхности и ребрах, обеспечить ее непрерывное удаление из аппарата, вследствие чего повышается устойчивость работы воздухоохладителя путем сохранения расчетного значения коэффициента теплопередачи независимо от влагосодержания обрабатываемого воздуха и количества выпадающей из него влаги.

В вертикальном корпусе воздухоохладителя размещены поддон и последовательно установленные по ходу движения воздуха вентилятор и ряды вертикальных теплообменных труб с наружным оребрением пластинчатыми ребрами. Последние выполнены в виде последовательно закрепленных на трубах и примыкающих торцами пластинчатых ребер и цилиндрических втулок. Плоскости торцов втулок параллельны и наклонены под углом 30^o к горизонту, относительная высота каждой втулки h = (0,5-1,0)d и ширина ребра В = (3-4)d. По ходу движения воздуха в поперечных рядах труб ребра перекрывают друг друга на длине L = (0,1-0,6)d по горизонтали, где d - наружный диаметр теплообменной трубы. Использование изобретения позволит интенсифицировать теплообмен в воздухоохладителе путем снижения термического сопротивления со стороны охлаждаемого и осушаемого воздуха. 3 ил.

Воздухоохладитель вертикально-трубный преимущественно для систем кондиционирования и осушки воздуха, содержащий корпус с поддоном и вентилятором, установленные в корпусе последовательно размещенные по ходу движения воздуха ряды вертикальных теплообменных труб с наружным оребрением пластинчатыми ребрами, отличающийся тем, что наружное оребрение выполнено в виде последовательно закрепленных на трубах и примыкающих торцами друг к другу пластинчатых ребер и цилиндрических втулок, при этом плоскости торцов втулок параллельны между собой и наклонены под углом 30^o к горизонтали, относительная высота втулки составляет h = (0,5 - 1,0)d и относительная ширина ребра - B = (3 - 4)d, а по ходу движения воздуха в поперечных рядах труб ребра перекрывают друг друга на длине L = (0,1 - 0,6)d по горизонтали, где d - наружный диаметр теплообменных труб.