Комбинированный конвектор

Конвектор для воздушного охлаждения протекающей по трубе жидкости, содержащий канал для охлаждающего потока воздуха с входом из внешней среды и выходом во внешнюю среду; установленную в канале теплообменную секцию, содержащую по меньшей мере один пучок труб, образующий теплообменную поверхность; вентиляторные средства для создания потока воздуха в канале таким образом, что поток воздуха обтекает теплообменную поверхность пучка труб снаружи; увлажняющую секцию, установленную в канале, вверху по течению перед теплообменной секцией, где вода распыляется и захватывается потоком воздуха; при этом конвектор снабжен увлажняющим устройством для смачивания непосредственно водой части теплообменной поверхности пучка труб с целью дополнительного охлаждения этой части пучка труб. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Область техники

Объектом настоящего изобретения является конвектор для воздушного охлаждения протекающей по трубе жидкости.

Уровень техники

Конвекторы, используемые в настоящее время для охлаждения технологических жидкостей, также известные как охладители, в зависимости от принципа работы, можно разделить на следующие типы: "сухие", испарительные, и адиабатические охладители.

"Сухие" охладители представляют собой воздушные охладители, т.е. теплообменники с рядом ребристых трубок, по которым протекает технологическая жидкость, охлаждаемая воздухом под комнатной температурой, подаваемым одним или несколькими вентиляторами; при этом водопроводная вода для охлаждения не используется. Охлаждающая способность этих охладителей зависит от разницы температур воздуха и жидкости, а также величины расхода воздуха. Температура, при которой технологическая жидкость выходит из конвектора, ограничена величиной температуры сухого термометра окружающего воздуха.

Испарительные охладители представляют собой воздушные охладители, т.е. теплообменники с группой ребристых трубок, на ребра которых из форсунки под высоким давлением производится разбрызгивание воды, подаваемой от внешнего источника, таким образом, чтобы испарение воды происходило на ребрах трубок охладительной батареи.

Температура, при которой технологическая жидкость выходит из конвектора, ограничена величиной температуры влажного термометра воздуха. Испарительные охладители обладают высокими характеристиками как по охлаждающей способности, так и по температуре, при которой технологическая жидкость выходит из конвектора. Однако эти охладители обладают рядом недостатков, связанных с образованием отложений и/или коррозией, которые быстро понижают рабочие характеристики охладителей, в результате чего им требуется техобслуживание, требующее высоких затрат; действительно, охлаждающая вода оставляет на пучке труб и на их ребрах осадок в виде соли, как правило, известкового налета, и других солей.

Для решения данных проблем и увеличения срока службы системы можно производить предварительную обработку подаваемой в сопла воды с целью её смягчения, однако это также приводит к повышению затрат и к риску коррозии. Кроме того, имеются также проблемы, связанные с дисперсией разбрызгиваемой воды в окружающей атмосфере, что приводит к возможности возникновения у людей смертоносных инфекций (например, "болезни легионеров").

Адиабатические охладители являются воздушными охладителями, т.е. теплообменниками с пучком ребристых труб, протекающий внутри которых воздух перед поступлением в охладительную батарею смачивается, проходя через пакет влажных водяных фильтров, или, предпочтительно, сквозь закрытую камеру, типа адиабатической камеры, раскрываемой, например, в патентной заявке WO2007/015281.

Главное преимущество адиабатических охладителей по сравнению с испарительными охладителями заключается в том, что не требуется смягчать водопроводную воду, используемую для увлажнения воздуха, поступающего в батарею; фактически, увлажняющие пакеты выполняют функцию каплеуловителей, поглощая воду и не позволяя ей доходить до ребер охладительной батареи.

Ограничение адиабатических охладителей заключается в том, что при одинаковой охлаждающей способности расход воды у них выше (значительно выше в системах без адиабатической камеры), поскольку вода, не испаряющаяся в потоке воздуха, падает вниз и попадает в сборочный резервуар, после чего её можно сливать и не использовать повторно, или собирать в сборочной емкости и снова подавать к увлажняющим пакетам; однако, в системах с повторным использованием воды необходимо производить так называемый "спуск", т.е. сливать часть повторно используемой воды во избежание непрерывного возрастания содержания соли, как в обычной испарительной колонне.

Температура, при которой жидкость выходит из конвектора, ограничена температурой влажного термометра воздуха, а также эффективностью адиабатической системы увлажнения, которая, в свою очередь, зависит от разности температур увлажненного воздуха и охлаждаемой жидкости, а также от величины расхода воздуха.

На фиг. 1 показано изменение температурного профиля технологической жидкости (F) и воздуха (A) внутри адиабатического конвектора: по оси абсцисс показан процент теплообменной поверхности пучка ребристых труб, где I обозначает вход жидкости в пучок ребристых труб, U обозначает выход жидкости из пучка ребристых труб, а по оси ординат отложены температуры технологической жидкости и воздуха (где TS означает температуру, при которой технологическая жидкость выходит из конвектора); как видно из графика, температура воздуха, входящего в пучок ребристых, падает на величину K вследствие увлажнения; температура изменяется от комнатной (TA) – например, 35°C в жарком климате – до более высокого значения, на несколько градусов, чем температура влажного термометра (WB) – например, до 30°C. Температура воздуха (A), проходящего через батарею, для упрощения графика показана постоянной. На самом деле, температура воздуха A при прохождении через пучок ребристых труб, безусловно, возрастает.

В патентных документах DE2421067, DE1051296, EP2397805 и CH692759 раскрываются и другие варианты конвекторов.

Цель и раскрытие изобретения

Цель настоящего изобретения заключается в устранении недостатков конвекторов или охладителей известных типов.

В частности, важной целью настоящего изобретения является создание конвектора для охлаждения воздухом протекающей по трубе жидкости, способного обеспечить снижение температуры технологической жидкости при уменьшенном расходе воды по сравнению с испарительными охладителями.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание конвектора с охладительной батареей, обладающей продолжительным сроком службы.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание конвектора, обладающего высокой надежностью и простого в техобслуживании.

Еще одна цель настоящего изобретения заключается в создании конвектора, не требующего смягчения водопроводной воды.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание конвектора, который при такой же охлаждающей способности обеспечивал бы более высокую производительность теплообмена, более высокую эффективность и меньший расход воды.

Еще одна цель настоящего изобретения заключается в создании конвектора модульной конструкции, позволяющей легко увеличить охлаждающую способность.

Еще одна цель настоящего изобретения заключается в создании конвектора, позволяющего рекуперировать избыточную воду.

Еще одна цель настоящего изобретения заключается в создании конвектора, не создающего рассеивания в воздухе струй воды/воздуха.

Эти и другие цели настоящего изобретения, более подробно раскрываемые ниже, достигаются с помощью конвектора для охлаждения воздухом протекающей по трубе жидкости, по п. 1 приведенной ниже формулы.

Например, конвектор по п. 1 содержит:

- по меньшей мере один канал для охлаждающего потока воздуха, с входом из внешней среды и выходом во внешнюю среду;

- по меньшей мере одну установленную в указанном канале для охлаждающего потока воздуха теплообменную секцию, содержащую по меньшей мере один пучок труб, образующий теплообменную поверхность;

- вентиляторные устройства, создающие поток воздуха в указанном по меньшей мере одном канале, таким образом, что данный поток воздуха обтекает снаружи теплообменную поверхность указанного пучка труб;

- по меньшей мере одну увлажняющую секцию, установленную в канале для прохождения воздуха, вверху по течению перед указанной теплообменной секцией, где вода распыляется и захватывается потоком воздуха.

Отличительной особенностью данного конвектора является наличие увлажняющего устройства для смачивания непосредственно водой части теплообменной поверхности пучка труб с целью дополнительного охлаждения этой части пучка труб.

Термин "производственный процесс" служит для обозначения завода или оборудования, требующих отвода тепла с помощью жидкости, таких как оборудование для переработки пластмасс, гидравлические установки, конденсаторы холодильников с водяным охлаждением, и т.д.

"Технологическая жидкость" означает, например, жидкость типа воды или смесей воды с антифризом.

Термины "пучок труб", "пучок ребристых труб", "оребренные" трубы", "батарея" или "ребристая батарея" служат для обозначения известной системы теплообмена, содержащей трубки с протекающей по ним технологической жидкостью, на внешней поверхности которых выполнены элементы, обеспечивающие повышение теплообмена, например, ребра или аналогичные структуры, для обеспечения теплообмена с воздухом, окружающим данный пучок труб (трубы с ребрами). Например, пучок труб может включать в себя одну или несколько батарей, или представлять собой пучки ребристых труб, соединенные последовательно и/или параллельно.

Термин "теплообменная поверхность" служит для обозначения общей поверхности теплообмена всего пучка труб, т.е. одной или нескольких батарей или пучков ребристых труб, соединенных последовательно и/или параллельно.

Предпочтительно, увлажняющая секция содержит адиабатическую или практически адиабатическую камеру, в которой происходит распыление вводимой потоком воздуха воды, которая затем достигает пучка труб.

Пучок труб имеет входную сторону для входа охлаждаемой жидкости в пучок труб, и выходную сторону, не являющуюся входной стороной, для выхода охлаждаемой жидкости из пучка труб, таким образом, что охлаждаемая технологическая жидкость протекает в общем направлении от входной стороны к выходной стороне пучка труб.

Следует отметить, что относительно вышеупомянутого общего направления протекания часть теплообменной поверхности пучка труб, которая может увлажняться данным устройством, является конечной частью пучка труб. Таким образом, устройство, предпочтительно, расположено практически вдоль конечной части пучков труб, т.е. рядом со стороной выхода технологической жидкости.

Предпочтительно, пучки труб содержат трубы или трубопроводы, по которым протекает технологическая жидкость, состоящие из сегментов, проходящих от входной стороны к выходной стороне, и, предпочтительно, являющихся прямолинейными.

Практически, пучок труб, блок или батарея из ребристых труб, или комбинация блоков и батарей из ребристых труб, являются устройствами, в которых жидкость проходит сквозь пучок труб только в одном направлении, от входа к выходу. Фактически, площадь теплообменной поверхности увеличивается в направлении от входа в пучок труб к выходу из пучка труб; это увеличение происходит пропорционально в данном направлении пучка труб от входной стороны к противоположной выходной стороне.

Желаемая температура технологической жидкости достигается на выходной стороне пучка труб.

Согласно предпочтительным вариантам реализации, увлажняющее устройство для смачивания непосредственно водой части теплообменной поверхности пучка труб содержит регулировочное средство для регулирования смачиваемой ширины данной части, таким образом, чтобы можно было увлажнять от минимального или нулевого размера до максимального размера теплообменной поверхности пучка труб.

Фактически, можно регулировать площадь смачиваемой теплообменной поверхности (рядом с конечной частью), степень охлаждения технологической жидкости, оптимизировать расход воздуха для заданной охлаждающей способности, в то же время избегая попадания распыленной воды в атмосферу.

Предпочтительно, увлажняющее устройство для увлажнения пучка труб содержит по меньшей мере одну водяную форсунку, функционально связанную с гидравлической системой и служащую для увлажнения указанной части пучка труб. Предпочтительно, данное устройство содержит множество водяных форсунок, соединенных с гидравлической системой, каждая из которых может увлажнять соответствующую часть указанной теплообменной поверхности пучка труб, и в котором указанное регулировочное средство для регулирования увлажняемой ширины содержит клапаны для выборочного отключения подачи воды в указанные форсунки.

Форсунки могут быть подключены к гидравлической системе последовательно и/или параллельно, а также в соответствии с какой-либо другой конфигурацией в зависимости от предъявляемых требований. В качестве клапанных устройств, могут использоваться, например, электромагнитные клапаны, закрывающие сегменты труб, оставляя большее количество работающих форсунок или лишь одну работающую форсунку.

Согласно предпочтительным вариантам реализации, по меньшей мере одна форсунка и пучок труб выполнены таким образом, что вода из форсунки, увлажняющая пучок труб, образует на этом пучке практически неразрывную водяную пленку. Предпочтительно, пучки труб имеют хорошо смачиваемое поверхностное покрытие, позволяющее образовываться указанной неразрывной пленке; в качестве такого покрытия может использоваться, например, гидрофильная краска, предпочтительно, акрилового типа.

Фактически, на пучки труб наносится специальное поверхностное покрытие, так что вода, обильно смачивающая пучки труб, создает на них неразрывную пленку, таким образом, что вода не испаряется непосредственно с пучков 18 труб, и, следовательно, не оставляет на них соли; иными словами, испаряется лишь внешний поверхностный слой воды, охлаждая внутренний слой, контактирующий с ребристыми трубками, в результате чего происходит теплообмен с ребрами за счет теплопередачи. Определенный процент воды, поступающей от форсунок, которая смачивает пучки труб без испарения, падает под действием силы тяжести (во втором испарительном фильтре) внутри адиабатической камеры; здесь вода частично испаряется, дополнительно повышая эффективность увлажнения; избыточная вода, т.е. та часть воды, которая смачивает батарею и не испаряется даже в адиабатической камере, поглощает соли испарившейся части воды, и может быть отправлена на слив или на рекуперацию.

Таким образом, конвектор согласно настоящему изобретению может содержать также рекуперационное устройство для рекуперации воды, поступающей из увлажняющего устройства для увлажнения пучка труб; и данное устройство содержит систему подачи рекуперированной воды в систему увлажнения увлажняющей секции.

Согласно предпочтительному варианту изобретения, конвектор содержит средство регулирования для регулирования расхода воды, подаваемого к форсункам, и/или температуры технологической жидкости, и/или расхода воздуха, обеспечиваемого вентиляторами, с целью оптимизации потребления энергии в соответствии с заданной охлаждающей способностью и для избежания попадания диспергированной воды в окружающую среду.

Таким образом, в системе может быть предусмотрено средство регулирования для регулирования расхода воды, подаваемого указанной по меньшей мере одной форсункой в соответствии с параметрами процесса, включая по меньшей мере один из следующих: температуру технологической жидкости, протекающей внутри пучка труб, замеряемую в одной или нескольких точках, расход воздуха, создаваемый указанными вентиляторными средствами, температуру и влажность внешней среды, влажность в указанной увлажняющей секции.

Кроме того, может быть предусмотрено средство управления для регулирования расхода воды, распыляемой в указанной увлажняющей секции в соответствии с параметрами процесса, включая по меньшей мере один из следующих: температуру технологической жидкости, протекающей внутри пучка труб, замеряемую в одной или нескольких точках, расход воздуха, создаваемый указанными вентиляторными средствами, температуру и влажность внешней среды, расход воды, подаваемый указанным средством для увлажнения пучка труб.

Кроме того, может быть предусмотрено регулировочное средство для регулирования расхода воздуха, вытягиваемого указанными вентиляторными устройствами в соответствии с параметрами процесса, включая по меньшей мере один из следующих: температуру технологической жидкости, протекающей внутри пучка труб, замеряемую в одной или нескольких точках, температуру и влажность внешней среды, влажность в указанной увлажняющей секции, расход воды, подаваемый указанным средством для увлажнения пучка труб.

Согласно предпочтительным вариантам реализации, конвектор согласно настоящему изобретению имеет конструкцию по меньшей мере с одной нижней камерой, образующей увлажняющую секцию, над которой расположена верхняя камера, где находится теплообменная секция; вентиляторные устройства установлены над верхней камерой, в которую поступает воздух снизу вверх.

Нижняя камера является адиабатической или практически адиабатической камерой, и содержит по меньшей мере один испарительный фильтр (предпочтительно, по меньшей мере два фильтра, один из которых относится к по меньшей мере одному входу в камеру, а другой – к по меньшей мере одному выходу из камеры), например, сотовый фильтр, который может увлажняться, т.е. смачиваться. Воздух, проходящий сквозь фильтр и через камеру, испаряет воду, собирающуюся в этой же камере, и передает ей теплоту парообразования, в результате чего воздух охлаждается перед прохождением расположенной далее теплообменной секции (т.е. перед прохождением через пучок труб).

В предпочтительных вариантах реализации изобретения, в камере имеются два боковых входа для воздуха, два первых испарительных фильтра, относящиеся к этим двум входам, и один второй испарительный фильтр, относящийся к выходу из нижней камеры, и, разумеется, к входу в верхнюю камеру, поскольку выход из нижней камеры практически совпадает с входом в верхнюю камеру. Предпочтительно, два первых испарительных фильтра установлены в виде буквы "V", т.е. с наклоном и расхождением в стороны в направлении вверх от центра нижней камеры. Второй фильтр установлен горизонтально или практически горизонтально.

Соответственно, увлажняющая секция содержит увлажняющие средства для увлажнения фильтров, в качестве которых используются струйные эжекторы, функционально связанные с гидравлической системой, установленные над по меньшей мере одним первым фильтром.

Согласно предпочтительным вариантам реализации изобретения, верхняя камера содержит по меньшей мере один пучок труб, предпочтительно, установленных с наклоном, и одно увлажняющее устройство, размещенное над данным пучком труб, служащее для его увлажнения. Предпочтительно, конструкция верхней камеры включает в себя по меньшей мере два пучка труб, установленных в виде буквы "V", т.е. с наклоном и расхождением в направлении вверх от центра верхней камеры.

Соответственно, согласно предпочтительным вариантам реализации изобретения, вода (поступающая из увлажняющего устройства, увлажняющая пучок труб, предпочтительно, за счет образования на нем неразрывной пленки), которая не испарилась, падает вниз под действием силы тяжести на отверстие выхода воздуха из нижней камеры, т.е. на отверстие входа в верхнюю камеру; предпочтительно, эта вода увлажняет один или несколько испарительных фильтров, установленных в нижней камере.

В других вариантах реализации изобретения, неиспарившаяся избыточная вода собирается по меньшей мере под одним пучком труб с помощью рекуперационного устройства, а затем с помощью рекуперационной системы подачи воды снова подается в систему увлажнения увлажняющей секции для увлажнения испарительных фильтров.

Согласно предпочтительным вариантам реализации, конвектор состоит из соединяемых друг с другом блоков, каждый из которых содержит один указанный канал для охлаждения потока воздуха, одну указанную теплообменную секцию, указанные вентиляторные устройства, одну указанную увлажняющую секцию; по меньшей мере один блок из комплекта блоков конвектора содержит также одно указанное увлажняющее устройство для непосредственного увлажнения водой определенной части теплообменной поверхности пучка труб.

Предпочтительно, по меньшей мере один пучок труб, образующий общую теплообменную поверхность конвектора, пересекает соединенные блоки.

Увлажняющее устройство для увлажнения пучка труб может устанавливаться лишь в некоторых из блоков, предпочтительно, в последних блоках, таким образом, что при подключении конечных блоков устройство может обеспечивать увлажнение. В других вариантах реализации изобретения, увлажняющее устройство для увлажнения пучка труб может быть связано с комплектом уже соединенных друг с другом блоков.

Еще одним объектом настоящего изобретения является способ по п. 13 воздушного охлаждения протекающей по трубе технологической жидкости.

Данный способ предполагает выполнение следующих операций:

- создание течения жидкости в воздушно-жидкостном теплообменнике в одном направлении протекания, таким образом, чтобы площадь теплообменной поверхности увеличивалась в направлении от входа жидкости в теплообменник к выходу жидкости из теплообменника;

- создание потока воздуха, отбираемого из окружающей среды и обтекающего теплообменную поверхность;

- увлажнение указанного потока воздуха внутри по меньшей мере одной адиабатической или практически адиабатической камеры посредством испарения или распыления воды, таким образом, чтобы указанный поток воздуха мог смешиваться с указанной испарившейся или распыленной водой до контакта с теплообменной поверхностью теплообменника, для снижения температуры указанного потока воздуха;

- увлажнение конечной части теплообменной поверхности.

Термин "конечная часть" служит для обозначения части теплообменной поверхности, расположенной между серединой теплообменника и стороной выхода из теплообменника охлаждаемой жидкости.

Предпочтительно, указанный способ может предусматривать также выполнение операции регулирования увлажняемой ширины теплообменной поверхности, т.е. регулирования, того, какая часть теплообменной поверхности будет увлажняться.

Указанная часть теплообменной поверхности увлажняется с образованием практически неразрывной водяной пленки.

Краткое описание чертежей

Остальные характеристики и преимущества настоящего изобретения станут более ясными после ознакомления с подробным описанием предпочтительного (но не исключительного) варианта его реализации, иллюстрируемого с помощью неограничивающего примера со ссылками на прилагаемые таблицы и чертежи, на которых:

фиг. 1 – график зависимости температурного профиля технологической жидкости и воздуха внутри теплообменника адиабатического конвектора известного типа;

фиг. 2 схема (вид сбоку) конвектора согласно настоящему изобретению;

фиг. 3 – вид спереди (в разрезе) конвектора, показанного на фиг. 2;

фиг. 4 – схематичный вид сбоку конвектора согласно настоящему изобретению, демонстрирующий предлагаемую настоящим изобретением систему рекуперации воды, используемой для увлажнения пучка труб;

фиг. 5 – график зависимости температурного профиля технологической жидкости и воздуха внутри теплообменника конвектора согласно настоящему изобретению.

Подробное описание изобретения варианта реализации изобретения

На всех вышеперечисленных чертежах конвектор согласно настоящему изобретению для воздушного охлаждения протекающей по трубе технологической жидкости в целом обозначен ссылочной позицией 10.

Данный конвектор 10 содержит пять последовательно соединенных блоков 11. Каждый блок 11 содержит внешний корпус 12 с опорными стойками 13 для установки на земле и стенками 14.

Каждый блок 11 содержит две камеры, а именно, нижнюю камеру 15 и верхнюю камеру 16, расположенную непосредственно над нижней камерой 15.

Нижняя камера 15 содержит боковые входы 15A (см. фиг. 3) (и/или входы в основании камеры), чтобы воздух (обозначенный буквой "a") мог поступать внутрь камеры из внешней среды. Верхняя камера 16 имеет верхний выход 16A, в котором установлено вентиляторное устройство, например, вентилятор с вертикальной осью 17, вытягивающий воздух, поступающий через боковые входы 15A, и дающий ему возможность выходить наружу. Между нижней камерой 15 и верхней камерой 16 предусмотрены каналы, обеспечивающие возможность прохождения воздуха A.

Фактически, внутри каждого блока имеется канал для прохождения воздуха A из боковых входов 15A к выходу (верхнему выходу) 16A.

Верхняя камера 16 содержит теплообменную секцию конвектора, включающую в себя пару пучков 18 ребристых труб (или блоков/батарей ребристых труб), проходящих по всей длине верхней камеры, внутри которых протекает охлаждаемая технологическая жидкость. Два пучка труб 18 расположены в форме буквы "V", т.е. с наклоном и расхождением в направлении вверх от центра верхних камер. Тип пучка 18 труб и их расположение соответствуют раскрываемым в патентной заявке WO2007/15281, на которую делается ссылка.

Пучки 18 ребристых труб на своих концах имеют соответствующие впускные коллекторы 19A и выпускные коллекторы 19B для охлаждаемой технологической жидкости, функционально связанные с соответствующими компонентами установки, в которой используется данная технологическая жидкость. Фактически, два пучка 18 труб расположены параллельно друг другу (с общим входом и выходом, т.е. профили распределения температур протекающей по ним от входа к выходу технологической жидкости являются аналогичными).

В нижней камере 15 каждого блока 11 расположена секция D для увлажнения воздушного потока. Воздух, проходящий сквозь камеру 15, обеспечивает испарение подаваемой в эту же камеру 15 воды (например, отфильтрованной, несмягченной водопроводной воды, типовая температура которой, в зависимости от условий окружающей среды, составляет, например, от 10°C до 30°C), передавая ей теплоту парообразования, и охлаждается перед поступлением в теплообменную секцию.

Предпочтительно, в нижней камере 15 установлены также испарительные фильтры (например, сотового типа, аналогичные раскрываемым в патентной заявке WO2007/015281). Например, на двух боковых входах 15A могут быть установлены два первых испарительных фильтра 20, и второй испарительный фильтр 21 может быть установлен на выходе 15C для воздуха, выходящего из нижней камеры 15, т.е. на входе в верхнюю камеру 16, поскольку выход из нижней камеры 15 и вход воздуха в верхнюю камеру 16 практически совпадают.

Два первых испарительных фильтра 20 установлены в виде буквы "V", т.е. с наклоном и расхождением в направлении вверх от центра нижней камеры.

Предпочтительно, второй испарительный фильтр 21 расположен горизонтально или практически горизонтально и находится между нижней камерой 15 и верхней камерой 16.

Соответственно, увлажняющая секция D содержит увлажняющие средства для испарительных фильтров. Эти увлажняющие средства представляют собой, например, струйные эжекторы 22, функционально связанные с гидравлической системой 23 и расположенные над первыми испарительными фильтрами 20.

Соответственно, нижняя камера 15 является адиабатической или практически адиабатической камерой, аналогичной раскрытой в заявке WO2007/015281.

Предпочтительно, конвектор включает в себя устройство 24 для непосредственного смачивания водой (например, водой из водопроводной системы, несмягченной, с типичной рабочей температурой водопроводной системы, которая, в зависимости от условий окружающей среды, может составлять, например, от 10°C до 30°C) части теплообменной поверхности пучков 18 труб.

Соответственно, каждый пучок 18 труб имеет входную сторону 18A, с которой охлаждаемая жидкость входит в пучок труб, и расположенную напротив выходную сторону 18B, таким образом, что охлаждаемая технологическая жидкость протекает в общем направлении X от входной стороны к выходной стороне пучка труб.

Следует отметить, что часть H теплообменной поверхности пучков 18 труб, которая может увлажняться указанным устройством, является конечной частью пучков труб относительно общего направления протекания. Таким образом, устройство 24 расположено практически вдоль конечной части пучков труб, т.е. рядом со стороной выхода технологической жидкости.

Предпочтительно, пучки 18 труб содержат трубы или трубопроводы 18C, по которым протекает технологическая жидкость, состоящие из сегментов, проходящих от входной стороны к выходной стороне, и, предпочтительно, являющихся прямолинейными. Практически, блок или батарея 18 из ребристых труб, или комбинация блоков и батарей из ребристых труб, являются устройствами, в которых жидкость проходит сквозь пучок 18 труб только в одном направлении X, от входа к выходу, т.е. от технологического входа к технологическому выходу. Фактически, площадь теплообменной поверхности увеличивается в направлении от входа в пучок труб к выходу из пучка труб; это увеличение происходит пропорционально в данном направлении пучка 18 труб от входной стороны 18A к противоположной выходной стороне 18B.

Заданная температура технологической жидкости достигается на выходной стороне 18B пучка труб.

На фиг. 1 и 5 производится сравнение температурных профилей технологической жидкости (F) и воздуха (A) в теплообменниках традиционного адиабатического конвектора и комбинированного адиабатически-испарительного охладителя согласно настоящему изобретению. По оси абсцисс отложена площадь теплообменной поверхности пучков ребристых труб в процентах, а по оси ординат – температуры технологической жидкости и воздуха; графики демонстрируют понижение температуры воздуха, входящего в батарею, за счет увлажнения; при этом температура снижается от комнатной (TA) (составляющей, например, 35°C в местах с жарким климатом) до температуры, на несколько градусов превышающей температуру влажного термометра (WB) (например, до величины 30°C).

Температура воздуха (A), проходящего через батарею, для упрощения графика показана постоянной. На самом деле, температура воздуха A при прохождении через пучок ребристых труб, естественно, возрастает.

График, приведенный на фиг. 1, соответствующий адиабатическому охладителю, демонстрирует, что при уменьшении разности температур воздуха и технологической жидкости интенсивность воздушно-жидкостного конвективного теплообмена в конечной части теплообменника падает.

График на фиг. 5, соответствующий теплообменнику согласно настоящему изобретению, показывает преимущества увлажняющего устройства для смачивания части ширины H пучка 18 ребристых труб, с адиабатической камерой 15A, как по рабочим характеристикам, позволяющим достигать выходной температуры (TS) технологической жидкости, почти равной температуре влажного термометра (WB) воздуха (например, 30°C в местах с жарким климатом), так и по эффективности, за счет того, что конечная часть батареи 18 (т.е. часть с уменьшенной интенсивностью воздушно-жидкостного конвективного теплообмена) является увлажненной.

График на фиг. 5 показывает также изменение температур в зависимости от различной величины площади поверхности теплообмена в %.

Таким образом, становится ясно, что путем изменения размеров увлажненной теплообменной поверхности можно оптимизировать выходную температуру (TS) технологической жидкости, оптимизируя тем самым расход воды при сохранении неизменной охлаждающей способности.

По этой причине, увлажняющее устройство 24 для смачивания непосредственно водой части теплообменной поверхности пучка 18 труб содержит регулировочное средство 25 для регулирования смачиваемой ширины данной части, таким образом, чтобы можно было увлажнять от минимального или нулевого размера до максимального размера теплообменной поверхности пучка труб.

Фактически, можно регулировать площадь смачиваемой теплообменной поверхности, степень охлаждения технологической жидкости, оптимизировать расход воздуха для заданной охлаждающей способности, в то же время, избегая попадания распыленной воды в атмосферу.

Это регулировочное средство 25 содержит несколько форсунок 26, подсоединенных к гидравлической системе 27 (например, гидравлически соединенных с водопроводной системой), причем каждая форсунка ориентирована таким образом, чтобы осуществлять увлажнение определенной части теплообменной поверхности пучка труб; регулировочное средство 25 содержит также выборочно включаемые клапанные устройства 28 для отключения расхода воды, подаваемого в форсунки.

Форсунки 26 могут быть подключены к гидравлической системе 27 последовательно и/или параллельно, а также в соответствии с какой-либо другой конфигурацией в зависимости от предъявляемых требований. Как показано на фиг. 2, форсунки расположены последовательно на общем трубопроводе. В качестве клапанных устройств 28, могут использоваться, например, электромагнитные клапаны, закрывающие сегменты труб, оставляя большее количество работающих форсунок или лишь одну работающую форсунку. Показанные на фиг. 2 клапанные устройства представляют собой электромагнитные клапаны, которые открывают или закрывают сегмент перед соответствующей форсункой 26.

Форсунки 26 и пучки труб устроены таким образом, что вода, поступающая от форсунок и увлажняющая пучки труб, создает на них практически неразрывную водяную пленку Y. Предпочтительно, пучки труб имеют хорошо смачиваемое поверхностное покрытие, позволяющее образовываться вышеупомянутой неразрывной пленке; в качестве такого покрытия может использоваться, например, гидрофильная краска, предпочтительно, акрилового типа.

Фактически, на пучки 18 труб наносится специальное поверхностное покрытие, так что вода, обильно смачивающая пучки труб, создает на них неразрывную пленку, таким образом, что вода не испаряется непосредственно с пучков 18 труб, и, следовательно, не оставляет на них соли; иными словами, испаряется лишь внешний поверхностный слой воды, охлаждая внутренний слой, контактирующий с ребристыми трубками 18, в результате чего происходит теплообмен с ребрами за счет теплопередачи.

Определенный процент воды, поступающей от форсунок 26, которая смачивает пучки труб без испарения, падает под действием силы тяжести (во втором испарительном фильтре) внутри адиабатической камеры 15; здесь вода частично испаряется, дополнительно повышая эффективность увлажнения; избыточная вода, т.е. та часть воды, которая смачивает батарею 18 и не испаряется даже в адиабатической камере 15, поглощает соли испарившейся части воды, и может быть отправлена на слив или на рекуперацию.

На фиг. 4 показан конвектор согласно настоящему изобретению, аналогичный изображенному на фиг. 2, содержащий большее количество блоков 11, с рекуперационным устройством 29 для рекуперации воды, поступающей из увлажняющего устройства 24; данное рекуперационное устройство включает в себя систему подачи 30, которая осуществляет подачу рекуперированной воды снова в систему увлажнения увлажняющей секции. Данный конвектор включает в себя, например, первую трубу 31, соединенную с дном нижней камеры 15 и ведущую в сборочную емкость 32 (с выходным отверстием для слива воды, содержащей слишком много соли), которая, в свою очередь, соединена с насосом 33, подающим воду по второй трубе 34 в систему увлажнения увлажняющей секции.

Соответственно, конвектор согласно настоящему изобретению содержит средство регулирования (на чертежах не показано) для регулирования расхода воды, подаваемого к форсункам 26, и/или температуры технологической жидкости и/или расхода воздуха, подаваемого вентиляторами, с целью оптимизации потребления энергии в соответствии с заданной охлаждающей способностью и для избежания попадания диспергированной воды в окружающую среду.

Таким образом, может быть предусмотрено средство регулирования (на чертежах не показано) для регулирования расхода воды, подаваемого указанной по меньшей мере одной форсункой согласно параметрам процесса, а также средство управления (на чертежах не показано) для управления расходом воды, распыленной в указанной увлажняющей секции.

Кроме того, может быть предусмотрено регулировочное средство для регулирования расхода воздуха, вытягиваемого указанным вентиляторным устройством в соответствии с параметрами процесса, включая по меньшей мере один из следующих: температуру технологической жидкости, протекающей внутри пучка труб, замеряемую в одной или нескольких точках, температуру и влажность внешней среды, влажность в указанной увлажняющей секции, расход воды, подаваемый указанным средством для увлажнения пучка труб.

Согласно предпочтительным вариантам реализации, конвектор согласно настоящему изобретению имеет конструкцию по меньшей мере с одной нижней камерой, образующей увлажняющую секцию, над которой расположена верхняя камера, где находится теплообменная секция; вентиляторные устройства установлены над верхней камерой, в которую поступает воздух снизу вверх.

Нижняя камера является адиабатической или практически адиабатической камерой, и содержит по меньшей мере один испарительный фильтр (предпочтительно, по меньшей мере два фильтра, один из которых относится к по меньшей мере одному входу в камеру, а другой – к по меньшей мере одному выходу из камеры), например, сотовый фильтр, который может увлажняться, т.е. смачиваться. Воздух, проходящий сквозь фильтр и через камеру, испаряет воду, собирающуюся в этой же камере, и передает ей теплоту парообразования, в результате чего воздух охлаждается перед прохождением расположенной далее теплообменной секции (т.е. перед прохождением через пучок труб).

В предпочтительных вариантах реализации изобретения, в камере имеются два боковых входа для воздуха, два первых испарительных фильтра, относящиеся к этим двум входам, и один второй испарительный фильтр, относящийся к выходу из нижней камеры, и, разумеется, к входу в верхнюю камеру, поскольку выход из нижней камеры практически совпадает с входом в верхнюю камеру. Предпочтительно, два первых испарительных фильтра установлены в виде буквы "V", т.е. с наклоном и расхождением в стороны в направлении вверх от центра нижней камеры. Второй фильтр установлен горизонтально или практически горизонтально.

Соответственно, увлажняющая секция содержит увлажняющие средства для увлажнения фильтров, в качестве которых используются струйные эжекторы, функционально связанные с гидравлической системой, установленные над по меньшей мере одним первым фильтром.

Согласно предпочтительным вариантам реализации изобретения, верхняя камера содержит по меньшей мере один пучок труб, предпочтительно, установленных с наклоном, и одно увлажняющее устройство, размещенное над данным пучком труб, служащее для его увлажнения. Предпочтительно, конструкция верхней камеры включает в себя по меньшей мере два пучка труб, установленных в виде буквы "V", т.е. с наклоном и расхождением в направлении вверх от центра верхней камеры.

Соответственно, согласно предпочтительным вариантам реализации изобретения, вода (поступающая из увлажняющего устройства, увлажняющая пучок труб, предпочтительно, за счет образования на нем неразрывной пленки), которая не испарилась, падает вниз под действием силы тяжести на отверстие выхода воздуха из нижней камеры, т.е. на отверстие входа в верхнюю камеру; предпочтительно, эта вода увлажняет один или несколько испарительных фильтров, установленных в нижней камере.

В других вариантах реализации изобретения, неиспарившаяся избыточная вода собирается по меньшей мере под одним пучком труб с помощью рекуперационного устройства, а затем с помощью рекуперационной системы подачи воды снова подается в систему увлажнения увлажняющей секции для увлажнения испарительных фильтров.

Согласно предпочтительным вариантам реализации, конвектор состоит из соединяемых друг с другом блоков, каждый из которых содержит один указанный канал для охлаждения потока воздуха, одну указанную теплообменную секцию, указанные вентиляторные устройства, одну указанную увлажняющую секцию и одно указанное увлажняющее устройство, служащее для непосредственного смачивания водой части теплообменной поверхности указанного пучка труб; по меньшей мере один блок из комплекта блоков конвектора содержит также увлажняющую секцию.

Предпочтительно, пучки труб каждого блока функционально связаны друг с другом, образуя, таким образом, общий пучок труб, определяющий общую площадь теплообменной поверхности конвектора.

Увлажняющее устройство для увлажнения пучка труб может устанавливаться лишь в некоторых из блоков, предпочтительно, в последних блоках, таким образом, что при подключении конечных блоков устройство может обеспечивать увлажнение. В других вариантах реализации изобретения, увлажняющее устройство для увлажнения пучка труб может быть связано с комплектом уже соединенных друг с другом блоков.

Основными преимуществами конвектора согласно настоящему изобретению по сравнению с известным уровнем техники являются:

- возможность достижения низких температур технологической жидкости на выходе (TS) (например, 30°C в местах с жарким климатом) при уменьшенном расходе воды по сравнению с испарительными охладителями, за счет использования адиабатической камеры и возможности разделения охлаждаемой поверхности батареи;

- продолжительный срок службы охладительной батареи;

- более высокая надежность и легкость обслуживания;

- отсутствие необходимости смягчения водопроводной воды;

- более высокая производительность теплообмена, более высокая эффективность и более низкий расход воды при одинаковой охлаждающей способности;

- блоковый принцип конструкции, при котором легко достигается повышение охлаждающей способности;

- возможность рекуперации избыточной воды для последующего её использования внутри адиабатической камеры, до тех пор, пока она полностью не испарится в потоке воздуха, что сводит к минимуму необходимость слива и позволяет избежать образования стоячей воды в конвекторе; фактически, вследствие высокого содержания солей эту воду невозможно использовать для второго пропускания сквозь батарею, но её можно использовать в адиабатической камере;

- возможность избежания попадания струй диспергированной в воздухе воды в окружающую среду.

Следует понимать, что описанное выше устройство представляет собой лишь один возможный и неограничивающий вариант реализации настоящего изобретения, которое может быть реализовано с множеством изменений и модификаций без выхода за рамки объема изобретения. Все номера ссылочных позиций в пунктах прилагаемой формулы изобретения приведены лишь с целью упрощения чтения описания и формулы и не ограничивает объем защиты настоящего изобретения.

1. Конвектор (10) для воздушного охлаждения протекающей по трубе жидкости, содержащий

- канал для охлаждающего потока воздуха (A), имеющий вход (15A) из внешней среды и выход (16A) во внешнюю среду;

- установленную в указанном канале для потока воздуха (A) теплообменную секцию, содержащую по меньшей мере один пучок (18) труб, образующий теплообменную поверхность;

- вентиляторные средства (17), создающие указанный поток воздуха (A) в указанном канале, таким образом, что указанный поток воздуха обтекает снаружи указанную теплообменную поверхность указанного пучка (18) труб;

- увлажняющую секцию (D), установленную в указанном канале вверху по течению перед указанной теплообменной секцией, где происходит распыление воды и ее захват потоком воздуха (A), указанный конвектор (10) которой содержит увлажняющее устройство (24) для непосредственного увлажнения водой части теплообменной поверхности указанного пучка (18) труб для дополнительного охлаждения указанной части пучка (18) труб, содержащее регулировочное средство (25) для регулирования ширины увлажняемой указанной части теплообменной поверхности, так, что указанная часть может быть увлажнена от минимального или нулевого размера до максимального размера, отличного от общего размера поверхности теплообмена пучка труб.

2. Конвектор по п. 1, в котором указанный пучок (18) труб имеет входную сторону (18A) для входа охлаждаемой жидкости в пучок (18) труб, и выходную сторону (18B), не являющуюся входной стороной, для выхода указанной охлаждаемой жидкости из пучка (18) труб, таким образом, что охлаждаемая технологическая жидкость протекает в общем направлении от указанной входной стороны (18A) к указанной выходной стороне (18B) пучка труб.

3. Конвектор по п. 2, в котором указанной частью теплообменной поверхности указанного пучка (18) труб, которая может увлажняться с помощью указанного увлажняющего устройства (24), является конечная часть указанного пучка (18) труб относительно общего направления протекания.

4. Конвектор по п. 2, в котором указанный пучок (18) труб содержит трубы протекания (18C), состоящие из сегментов, каждый из которых направлен от входной стороны (18A) к выходной стороне (18B) пучка труб, причем указанные трубы протекания (18C), предпочтительно, являются прямолинейными.

5. Конвектор по п. 1, в котором указанное увлажняющее устройство (24) содержит по меньшей мере одну водяную форсунку (26), функционально связанную с гидравлической системой (27) и служащую для увлажнения указанной части пучка (18) труб.

6. Конвектор по п. 1 или 5, в котором указанное увлажняющее устройство содержит множество форсунок, соединенных с указанной гидравлической системой (27), причем каждая из форсунок (26) может увлажнять соответствующую часть указанной теплообменной поверхности пучка (18) труб, и в котором указанное регулировочное средство (25) для регулирования увлажняемой ширины содержит клапаны (28) для выборочного отключения подачи воды в указанные форсунки (26).

7. Конвектор по одному или нескольким из предыдущих пунктов, в котором указанная по меньшей мере одна форсунка (26) и указанный пучок (18) труб выполнены так, что вода из указанной форсунки (26), увлажняющая пучок (18) труб, образует на этом пучке практически неразрывную водяную пленку (Y).

8. Конвектор по п. 7, в котором указанный пучок (18) труб содержит хорошо смачиваемое поверхностное покрытие, позволяющее образовывать указанную неразрывную пленку (Y), и выполненное в виде гидрофильной краски, предпочтительно, акрилового типа.

9. Конвектор по п. 1, содержащий средство регулирования для регулирования расхода воды, подаваемого из указанной по меньшей мере одной форсунки (26) в соответствии с параметрами процесса, включая по меньшей мере один из следующих: температуру технологической жидкости, протекающей внутри пучка (18) труб, замеряемую в одной или нескольких точках, расход воздуха, создаваемый указанными вентиляторными средствами (17), температуру и влажность внешней среды, влажность в указанной увлажняющей секции.

10. Конвектор по п. 1, содержащий средство управления для регулирования расхода воды, распыляемой в указанной увлажняющей секции в соответствии с параметрами процесса, включая по меньшей мере один из следующих: температуру технологической жидкости, протекающей внутри пучка (18) труб, замеряемую в одной или нескольких точках, расход воздуха, создаваемый указанными вентиляторными средствами (17), температуру и влажность внешней среды, влажность в указанной увлажняющей секции, расход воды, подаваемый указанным средством для увлажнения пучка (18) труб.

11. Конвектор по п. 1, содержащий регулировочное средство для регулирования расхода воздуха, создаваемого указанными вентиляторными средствами (17), в соответствии с параметрами процесса, включая по меньшей мере один из следующих: температуру технологической жидкости, протекающей внутри пучка (18) труб, замеряемую в одной или нескольких точках, температуру и влажность внешней среды, влажность в указанной увлажняющей секции, расход воды, подаваемый указанным средством для увлажнения пучка (18) труб.

12. Конвектор по п. 1, содержащий рекуперационное устройство для рекуперации воды, поступающей из указанного увлажняющего средства (24), которое, в свою очередь, содержит систему впрыска для инжектирования указанной рекуперированной воды в систему увлажнения указанной увлажняющей секции (D).

13. Способ воздушного охлаждения протекающей по трубе жидкости, включающий в себя выполнение следующих операций:

- создание потока жидкости в воздушно-жидкостном теплообменнике в одном направлении протекания, таким образом, чтобы площадь теплообменной поверхности увеличивалась в направлении от входа жидкости в теплообменник к выходу жидкости из теплообменника;

- создание потока воздуха, отбираемого из окружающей среды и обтекающего теплообменную поверхность;

- увлажнение указанного потока воздуха внутри по меньшей мере одной адиабатической или практически адиабатической камеры посредством испарения или распыления воды, таким образом, чтобы указанный поток воздуха мог смешиваться с указанной испарившейся или распыленной водой до контакта с теплообменной поверхностью теплообменника, для снижения температуры указанного потока воздуха;

- увлажнение конечной части теплообменной поверхности;

включающий операцию регулирования ширины увлажняемой теплообменной поверхности, т.е. части теплообменной поверхности, предназначенной для увлажнения.

14. Способ по п. 13, в котором часть теплообменной поверхности увлажняют, образуя практически неразрывную водяную пленку.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплотехнике и позволяет эксплуатационную надежность при использовании двухфазной трубной среды в виде жидкого теплоносителя и твердых тел.

Конвектор для воздушного охлаждения протекающей по трубе жидкости, содержащий канал для охлаждающего потока воздуха с входом из внешней среды и выходом во внешнюю среду; установленную в канале теплообменную секцию, содержащую по меньшей мере один пучок труб, образующий теплообменную поверхность; вентиляторные средства для создания потока воздуха в канале таким образом, что поток воздуха обтекает теплообменную поверхность пучка труб снаружи; увлажняющую секцию, установленную в канале, вверху по течению перед теплообменной секцией, где вода распыляется и захватывается потоком воздуха; при этом конвектор снабжен увлажняющим устройством для смачивания непосредственно водой части теплообменной поверхности пучка труб с целью дополнительного охлаждения этой части пучка труб. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Наверх