RU2031344C1

RU2031344C1 - Combined heat exchanger

Info

Publication number: RU2031344C1
Authority: RU
Inventors: Л.А. Крюков; С.В. Рудаков
Original assignee: Ивановский энергетический институт им.В.И.Ленина
Priority date: 1991-01-30
Filing date: 1991-01-30
Publication date: 1995-03-20

Abstract

FIELD: heat exchange equipment. SUBSTANCE: heat exchanger has a bundle of pipes 1 with entrance and exit sections 2 and 3 for liquid medium, gas supercharger 4 provided with pipe-line 5 connected to interpipe space of bundle of pipes 1, circulating water circuit provided with circulating pump, two-section irrigator 7 and water-collecting tray 6; irrigator 7 is disposed above the bundle, and tray 6 - under the bundle. Heat exchanger is provided additionally with steam compression thermal pump plant. Evaporator 13 of the latter is disposed in circulating water circuit between circulating pump and irrigator 7. Capacitor 14 is disposed at line 18 for draining water away from tray 6. EFFECT: improved efficiency. 1 dwg

Description

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. The invention relates to heat exchange equipment and can be used in the energy sector for cooling exhaust gases in air conditioning and ventilation systems, as well as in refrigeration equipment.

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. Known contact-surface heat exchangers with an active nozzle, containing, as a rule, a contact stage, where heat and mass transfer is carried out with direct contact of the heated and cooled coolants. As heat carriers, liquid medium (water) and gas (flue gases, air, etc.) are usually used. Water is distributed in a gas stream, for example, using nozzles. In addition, the heat transfer process occurs in the surface stage, which is performed in the form of a regenerative surface. Water moves in the tubes, and gas washes them outside. In this case, the outer surface of the pipes is irrigated with water moving from the contact stage.

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. However, the operation of known heat exchangers has significant drawbacks. Low parameters of the heated water necessitate its heating for further use. The intensity of heat and mass transfer depends on the period of the year. Small values of temperature differences in the steps cause an increase in their dimensions.

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. The closest in technical essence and the achieved result to the proposed technical solution is a heat exchange device that contains a heat exchange tube bundle with inlet and outlet sections for a cooled or heated medium (liquid), a device for supplying a second medium (gas) with a pipeline connected to the annular space of the beam pipes, and the drainage pan and sprinkler associated with the formation of a circulating water circuit. The sprinkler is located above the beam, and the pallet is underneath, both of them are divided along the length of the beam into two compartments, and the sprinkler compartment on the side of the input section of the beam is in communication with the compartment of the pan on the side of the output section.

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.This heat exchanger has improved processability. However, the temperature difference in the course of each beam is only 1,5-2 ^° C hot water temperature in the sump is not sufficient in some cases to use and the water is drained to the sewer. The parameters of the heat exchanger depend on the temperature of the cooling air, i.e. from climatic conditions.

Целью изобретения является повышение эффективности и экономичности работы теплообменного устройства. The aim of the invention is to increase the efficiency and efficiency of the heat exchange device.

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. This goal is achieved by the fact that the heat exchange device containing a tube bundle with inlet and outlet sections for a liquid medium, a gas supercharger with a pipe connected to the annulus of the beam, a circulating water circuit with a circulation pump, a two-section sprinkler and a drain pan, the first of which is located above the beam, and the second under it, is equipped with a steam compression heat pump installation, the evaporator of which is located in the circulating water circuit between the circulation pump and the sprinkler, and the condensate The op is located on the drain line of the pan.

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.Performing the heat exchange device in the form of vapor compression heat pump system can reduce the temperature of the circulating water to 10-15 ^{° C} by the operation of the evaporator temperature and pressure increase in the tube bundle, and provides a work condenser water temperature increase at the output thereof at 8-12 ^{° C,} that will ensure its continued use.

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". A distinctive feature of the technical solution in comparison with the prototype is the presence of a heat exchange device in the form of a vapor compression heat pump installation with an appropriate placement of elements, which allows us to talk about meeting the criterion of "Novelty".

Предлагаемое техническое решение с перечисленными элементами и связями приобретает новые свойства, что соответствует критерию "Существенные отличия". The proposed technical solution with the listed elements and relationships acquires new properties, which meets the criterion of "Significant differences".

На чертеже изображено продольное сечение теплообменника. The drawing shows a longitudinal section of a heat exchanger.

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. The heat exchanger contains a bundle of pipes 1 with an inlet 2 and an outlet 3 sections for a cooled medium, a gas blower 4 with a pipe 5 connected to the annular space, and a collection pan 6 and a sprinkler 7. The sprinkler 7 is located above the bunch of pipes 1 and pallet 6 is below it, both of them are divided along the length of the beam into two compartments 8, 9 and 10, 11, respectively, with compartment 8 of the sprinkler 7 from the side of the input section 2 of the beam in communication with the compartment 11 of the pallet 6 from the side of the output section 3. Compartment 9 sprinklers 7 communicated with an external source of water, and the compartment 10 of the pallet 6 communicates with a drain.

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. In addition, the heat exchanger has a moisture separator 12, a heat exchanger in the form of a vapor compression heat pump installation, which includes an evaporator 13, a condenser 14, a compressor 15 and a throttle valve 16, as well as a circulation pump 17, a drain line 18 and a circulating water circuit 19.

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. The evaporator 13 is installed in the circulating water circuit 19 between the circulation pump 17 and the sprinkler 7. The condenser 14 is located on the drain line 18 from the section of the pan.

Теплообменник работает следующим образом. The heat exchanger operates as follows.

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. External air by a supercharger 4 is supplied through a pipe 5 to the end of the heat-exchange bundle of pipes 1 from the side of the outlet section 3, which removes the cooled medium from the apparatus. Irrigating water from the sprinkler 7 enters each vertical row of pipes 1. Overflowing from the upper rows to the lower ones, the water irrigates all the heat transfer pipes 1 with a thin film, quickly absorbing heat from the pipe metal, and having good contact with the blowing air, immediately gives it heat in the form of latent heat of vaporization of moisture evaporated into the air. Air passing through all the passages of the heat-exchange beam takes away heat from water, increasing its heat content in the direction of travel up to the maximum value at the inlet most heated section 2. Water, passing through the heat-exchange beam, flows into pan 6, where, when mixed, it acquires some average temperature. The hottest water flowing from the inlet portion of the heat exchange beam is collected in compartment 10 of the pan 6. From the compartment 11 of the pallet 6, the circulating water is pumped to compartment 8 of the sprinkler 7. In the compartment 9 of the sprinkler 7, cold tap water is supplied in an amount sufficient to irrigate part of the most cold heat transfer pipes and compensation for water loss, drained from the compartment 10 of the pallet 6 and carried away by cooling air through the outlet duct with a separator 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. The hottest water from the compartment 10 through the drain line 18 enters the condenser 14, where its temperature rises to the temperature of the consumer of hot water supply or heating.

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. At the same time in the evaporator 13 there is a decrease in the temperature of the circulating water. A heat exchanger in the form of a vapor compression heat pump installation is selected according to the required temperatures of hot water after the condenser 14 and chilled circulating water after the evaporator 13. The same values determine the type of working fluid of the heat pump installation, the power of the compressor 15 and the characteristics of the throttle valve 16 depend.

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. Thus, in the heat exchanger mode as an air cooling apparatus, the use of a heat exchanger reduces the temperature of the circulating water, and hence its flow rate, and makes it possible to warm the water for its further use. When using a heat exchange device as a cooler of gaseous fuel combustion products, the same advantages are provided without changing the principle of operation, i.e. heat of exhaust gases is utilized and thermal pollution of the environment is reduced. Therefore, the efficiency and economy of the combined heat exchanger device are improved.

Claims

COMBINED HEAT EXCHANGE DEVICE, containing a bundle of pipes with inlet and outlet sections for a liquid medium, a gas blower with a pipeline connected to the annulus of the bundle, a circulating water circuit with a circulation pump, a two-section irrigation and a drainage pan, the first of which is located above the bundle, and the second is under it, characterized in that, in order to increase efficiency and economy, it is equipped with a steam compression heat pump installation, the evaporator of which is located in the circulating water circuit m forward circulation pump and sprinkler and the capacitor is placed on a water drain line from the sump section.