АППАРАТ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ С ВНЕШНЕЙ РЕЦИРКУЛЯЦИЕЙ ВОЗДУХА Российский патент 2001 года по МПК F28D21/00 F25D17/06 F25B39/02 

Изобретение относится к аппаратам воздушного охлаждения, используемым в химической, нефтяной, газовой и других отраслях промышленности для охлаждения продуктов, которые при понижении температуры в рабочем диапазоне изменяют агрегатное состояние до твердой фазы или образуют твердые химические соединения.

Известна конструкция аппарата воздушного охлаждения с внешней рециркуляцией воздуха (Рекламный проспект фирмы "Batignolles technologies thermiques (Btt)", Франция, выставка "Нефтегаз - 89"), в которой имеется канал, находящийся снаружи относительно отсека теплообменника. Через этот канал осуществляют внешнюю циркуляцию согретого трубным пучком воздуха, направляемого под вентилятор, расположенный в отсеке теплообменника. С другой стороны под вентилятор подается холодный воздух.

Недостатком такого аппарата является то, что практически не происходит смешивание холодного и горячего воздуха, в результате чего потоки холодного воздуха направляются вентилятором в трубный пучок, что отрицательно влияет на работу аппарата воздушного охлаждения.

Известна конструкция аппарата воздушного охлаждения с внешней рециркуляцией воздуха - (прототип) (Winterizingair cooled heat exchanders, Frank L. Rubin. Hidrocarbon processing. October, 1980, vol. 59, N 10, p. 149), в которой имеется канал, находящийся снаружи относительно отсека теплообменника. Через этот канал осуществляют внешнюю циркуляцию воздуха, согретого трубным пучком, и его смешивание с поступающим холодным воздухом. Максимальное расстояние для движения смешиваемых потоков создается верхним входом для холодного воздуха, а сужение на выходе из канала ускоряет дополнительное перемешивание воздуха, направляемого под вентилятор, расположенный в отсеке теплообменника. В этой системе не происходит соприкосновения холодного воздуха с поверхностью труб.

Недостатком такого аппарата является недостаточное смешивание холодного и горячего воздуха, в результате которого потоки недостаточно согретого воздуха направляются вентилятором в дальний конец трубного пучка, что отрицательно влияет на надежную работу аппарата воздушного охлаждения.

Целью изобретения является повышение надежности конструкции аппарата воздушного охлаждения, обеспечение устойчивой работы воздушного тракта аппарата и повышение эффективности охлаждения продукта.

Поставленная цель достигается тем, что в аппарате воздушного охлаждения с внешней рециркуляцией воздуха, состоящем из теплообменной секции, вентилятора, рециркуляционного канала и жалюзи для входа и выхода воздуха, под теплообменной секцией и рециркуляционным каналом размещена камера смешения, сообщенная с рециркуляционным каналом, при этом в верхней части камеры смешения под теплообменной секцией со смещением в сторону, противоположную рециркуляционному каналу, установлен коллектор, в котором расположен вентилятор, а в месте сообщения с рециркуляционным каналом камера смешения снабжена пластинами трапецеидальной формы шириной, равной 0,25 - 0,40 ширины теплообменной секции, закрепленными своими большими основаниями на нижних частях стенок рециркуляционного канала, при этом средняя пластина закреплена на стенке, отделяющей рециркуляционный канал от теплообменной секции, с наклоном на угол 40 - 50^o в сторону вентилятора, а две другие на смежных стенках с наклоном на угол 40 - 50^o в сторону рециркуляционного канала.

Размещение в аппарате воздушного охлаждения с внешней рециркуляцией воздуха под теплообменной секцией и рециркуляционным каналом камеры смешения, сообщенной с рециркуляционным каналом, расположение вентилятора в коллекторе, который установлен в верхней части камеры смешения под теплообменной секцией со смещением в сторону, противоположную рециркуляционному каналу, а также снабжение камеры смешения в месте сообщения с рециркуляционным каналом пластинами трапецеидальной формы шириной, равной 0,25 - 0,40 ширины теплообменной секции, закрепленными своими большими основаниями на нижних частях стенок рециркуляционного канала, причем средняя пластина закреплена на стенке, отделяющей рециркуляционный канал от теплообменной секции, с наклоном на угол 40 - 50^o в сторону вентилятора, а две другие на смежных стенках с наклоном на угол 40 - 50^o в сторону рециркуляционного канала, позволило осуществить более тщательное смешивание холодного и горячего воздуха, обеспечив тем самым надежную работу аппарата при низких температурах. Предлагаемая конструкция позволила повысить надежность аппарата воздушного охлаждения, обеспечить устойчивую работу воздушного тракта аппарата и повысить эффективность охлаждения.

Заявителю не известно аппаратов воздушного охлаждения с внешней циркуляцией воздуха, в которых выравнивание температурного поля осуществляется подобным образом.

На фиг. 1 представлена схема аппарата воздушного охлаждения с внешней рециркуляцией воздуха.

На фиг.2 - разрез по А - А на фиг. 1.

Аппарат воздушного охлаждения с внешней рециркуляцией воздуха состоит из корпуса 1, в котором установлены теплообменная секция 2, вентилятор 3 с приводом 4 и рециркуляционный канал 5, стенка 6 отделяет рециркуляционный канал 5 от теплообменной секции 2. Теплообменная секция 2 снабжена каналом 7. Камера смешения 8 расположена в корпусе 1 под каналом 7 теплообменной секции 2 и рециркуляционным каналом 5 и сообщена с нижней частью рециркуляционного канала 5. В верхней части камеры смешения 8 расположен коллектор 9, установленный со смещением к стенке 10 корпуса 1. В коллекторе 9 расположено колесо вентилятора 3. В месте сообщения с рециркуляционным каналом 5 камера смешения 8 снабжена пластинами трапецеидальной формы 11 и 12 шириной, равной 0,25 - 0,40 ширины теплообменной секции 2, закрепленными своими большими основаниями на нижних частях стенок рециркуляционного канала 5. Пластина 11, имеющая форму равнобедренной трапеции, своим большим основанием закреплена на нижней части стенки 6 рециркуляционного канала 8 с наклоном на угол 40 - 50^o в сторону вентилятора 3. Две другие пластины 12, имеющие форму прямоугольной трапеции, закреплены на нижних частях смежных стенке 6 передней и задней стенах рециркуляционного канала 5 с наклоном на угол 40 - 50^o в сторону рециркуляционного канала 5. Боковые стороны пластин 12 закреплены на стенке 13 корпуса 1. Аппарат оснащен системой жалюзи 14, 15 для выхода нагретого воздуха из теплообменной секции 2 и 16 для входа холодного воздуха в рециркуляционный канал 5.

Аппарат воздушного охлаждения с внешней рециркуляцией воздуха работает следующим образом.

Воздух, нагнетаемый вентилятором 3, обдувает трубы теплообменной секции 2 и охлаждает проходящий по ним продукт. На выходе из теплообменной секции 2 часть нагретого воздуха удаляется из аппарата через жалюзи 14, а часть через жалюзи 15 поступает в рециркуляционный канал 5. С противоположной стороны через жалюзи 16 в рециркуляционный канал 5 поступает поток холодного воздуха. В рециркуляционном канале 5 происходит частичное смешение холодного и горячего потоков воздуха, но, поскольку взаимопроникновение осуществляется крупными струями, указанные закономерности распределения скоростей сохраняются для каждого из этих потоков по всему тракту рециркуляционного канала 5. Это значит, что на выходе из рециркуляционного канала 5 содержание горячего воздуха увеличено со стороны стенки 13, а холодного со стороны стенки 6. В камере смешения 8 создается разрежение, достаточное для подсоса неоднородного потока воздуха из рециркуляционного канала 5. Неоднородный поток воздуха, попадая в камеру смешения 8, изменяет направление движения на 90^o.

С помощью пластин 12, установленных в камере смешения 8 и закрепленных на нижних частях стенок рециркуляционного канала с наклоном на угол 40 - 50^o в сторону рециркуляционного канала 5, осуществляется смешивание неоднородного потока воздуха, поступающего из рециркуляционного канала 5 по ширине камеры смешения 8. А установленная в камере смешения 8 пластина 11, закрепленная в нижней части стенки 6 рециркуляционного канала 5 с наклоном на угол 40 - 50^o в сторону вентилятора 3, ограничивает попадание воздушного потока неоднородной структуры в вентилятор и обеспечивает смешивание неоднородного потока по длине камеры смешения 8. Таким образом, с помощью пластин 11 и 12 обеспечивается тщательное смешивание в камере смешения 8 поступающего из рециркуляционного канала 5 неоднородного потока воздуха.

Поток воздуха с выровненным температурным полем по всему сечению камеры смешения 8 около стенки 10 совершает резкий поворот и проходит через вентилятор 3 с вектором скорости, направленным под некоторым углом к оси вентилятора, тем самым формируя область повышенного напора около стенки 6 канала 7 теплообменной секции 2 и пониженного - около стенки 10. Максимальное снижение напора возникает в зоне действия вихря, образующегося в пространстве канала 7 над центральной частью колеса вентилятора 3. Выравнивание поля скоростей в канале 7 осуществлено смещением коллектора 9 с вентилятором 3, установленным в камере смешения 8, в сторону стенки 10. Это позволило повысить эффективность охлаждения продукта.

Таким образом, предлагаемая конструкция аппарата воздушного охлаждения с внешней рециркуляцией воздуха позволила увеличить надежность аппарата воздушного охлаждения, обеспечить устойчивую работу воздушного тракта аппарата и повысить эффективность охлаждения продукта путем выполнения камеры смешения с возможностью тщательного перемешивания горячего и холодного воздуха для поддержания температуры стенок всех теплообменных труб выше температуры гидратообразования.

Изобретение предназначено для использования в химической, нефтяной, газовой и других отраслях промышленности для охлаждения продуктов, изменяющих при понижении температуры агрегатное состояние до твердой фазы или образующих твердые химические соединения. Аппарат содержит теплообменную секцию, рециркуляционный канал и размещенную под ними камеру смешения теплого и холодного воздуха. В верхней части камеры смешения под теплообменной секцией со смещением в сторону, противоположную рециркуляционному каналу, установлен коллектор с размещенным в нем вентилятором. В месте сообщения камеры с рециркуляционным каналом на стенках закреплены пластины трапецеидальной формы, одна из которых наклонена в сторону вентилятора, а две другие - в сторону рециркуляционного канала. Наличие, размеры и определенный угол наклона пластин позволяют тщательно смешивать неоднородные потоки воздуха. Изобретение обеспечивает повышение надежности работы аппарата, повышает эффективность охлаждения продукта за счет поддержания температуры всех теплообменных стенок выше температуры гидратообразования. 2 ил.

Аппарат воздушного охлаждения с внешней рециркуляцией воздуха, состоящий из теплообменной секции, вентилятора, рециркуляционного канала и жалюзи для входа и выхода воздуха, отличающийся тем, что в нем под теплообменной секцией и рециркуляционным каналом размещена камера смешения, сообщенная с рециркуляционным каналом, при этом в верхней части камеры смешения под теплообменной секцией со смещением в сторону, противоположную рециркуляционному каналу, установлен коллектор, в котором расположен вентилятор, а в месте сообщения с рециркуляционным каналом камера смешения снабжена пластинами трапецеидальной формы шириной, равной 0,25-0,40 ширины теплообменной секции, закрепленными своими большими основаниями на нижних частях стенок рециркуляционного канала, при этом средняя пластина закреплена на стенке, отделяющей рециркуляционный канал от теплообменной секции, с наклоном на угол 40-50^o в сторону вентилятора, а две другие на смежных стенках с наклоном на угол 40-50^o в сторону рециркуляционного канала.