Негорюча теплообмінна перешкода

Реферат: Негорюча теплообмінна перешкода містить заповнену водою металеву ємність з теплообмінником в ній, з'єднаним з кінцевим поглиначем теплоти зовні металевої ємності. Як теплообмінник використано випаровувально-конденсаційну систему, ділянки теплопідведення якої введено у воду в металевій ємності, а ділянки конденсації - у кінцевий поглинач теплоти. UA 93167 U (54) НЕГОРЮЧА ТЕПЛООБМІННА ПЕРЕШКОДА UA 93167 U UA 93167 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі будівництва, а саме до вогнестійких будівельних конструкцій, і може бути використана для захисту від дії вогню при пожежі будівель та споруд, устаткування пожежонебезпечних технологічних процесів, а також від дії високих температур в приміщеннях. Відома перешкода проти загоряння (див. заявку DE 190598, МПК А62С 39/00, опубл. 1969 p.) містить заповнену водою металеву ємність. Під дією високої температури при пожежі вода в металевій ємності нагрівається до температури 100 °C, випаровується або кипить, а утворювана пара виходить назовні. Недоліком такої перешкоди є обмежений час дії, тому що вода у вигляді пари виходить назовні, а її запас в ємності під час пожежі не поповнюється. Як найбільш близький аналог вибрана теплообмінна перешкода проти загоряння (див. патент РФ № 2376048, МПК А62С 2/06, Е04В 1/94, опубл. 2009 p.), що містить заповнену водою металеву ємність з теплообмінником в ній, з'єднаним з кінцевим поглиначем теплоти зовні металевої ємності. Як кінцевий поглинач теплоти в технічному рішенні - найбільш близькому аналогові - використано басейн, а як теплообмінник - змійовик, з'єднаний з басейном або зі змійовиком в басейні. Вода в металевій ємності нагрівається під дією полум'я з утворенням пари та виходом її назовні. Нагріта вода в змійовику металевої ємності по трубних розводках надходить в басейн охолодження або в змійовик, встановлений в басейні, де охолоджується шляхом перемішування з водою басейну або за рахунок теплообміну з водою басейну крізь стінку змійовика, після чого природним шляхом або за допомогою помпи подається по трубних розводках в змійовик металевої ємності з водою. За рахунок теплообміну охолодженої в басейні води в змійовику з нагрітою водою металевої ємності в ній встановлюється температура, менша 100 °C, а пароутворення зменшується. Таким чином, за рахунок встановлення змійовика в металевій ємності збільшується час функціонування теплообмінної перешкоди. В той же час дана теплообмінна перешкода проти загоряння має ряд суттєвих недоліків. Ефективність даної теплообмінної перешкоди знаходиться на невисокому рівні внаслідок низької ефективності тепловідведення від води в змійовику як металевої ємності, так і змійовику басейну внаслідок невисоких коефіцієнтів тепловіддачі від рухомої води до внутрішньої стінки змійовика та від зовнішньої стінки змійовика до води басейну (при природному рухові води її швидкість невелика, а відповідно невеликий рівень тепловідведення, для досягнення ж більших швидкостей руху води з метою активізації тепловідведення потрібно застосовувати помпи для прокачування води всередині труб змійовиків, що суттєво ускладнює систему тепловідведення та переводить даний пристрій до систем активної дії, тобто систем, що потребують живлення та управління. Для досягнення достатньо високої ефективності потрібно відповідно закону Ньютона-Рихмана (якщо не підвищувати швидкість води в змійовиках) збільшити площу теплообміну (збільшити кількість змійовиків або їх довжину), що, як правило, важко здійснити на практиці. Відповідно температура води в металевій ємності не буде суттєво знижуватись, що помітно не вплине на пароутворення в ній, а це веде до значних витрат води під час пожежі протягом короткого проміжку часу, тобто час функціонування даної теплообмінної перешкоди буде незначним. Ця теплообмінна перешкода є складною за будовою, містить багато елементів, контурів для руху води, відповідно з'єднань та ущільнень, що приводить до невисокого рівня надійності даної теплообмінної перешкоди. При тривалому знаходження в стані очікування ці елементи потребують обслуговування та періодичної перевірки стану готовності. Під час початку функціонування при виникненні пожежі можлива відмова деяких з елементів перешкоди внаслідок старіння матеріалів та появи протікань в численних ущільненнях з втратами теплоносія. Дана теплообмінна перешкода відноситься до пристроїв активного способу дії, тому що для її функціонування можуть бути потрібні помпи (або/чи вентилятори) для прокачування (чи охолодження води) через теплообмінник або через кілька теплообмінників (для підвищення ефективності тепловідведення). В основу корисної моделі поставлена задача створення негорючої теплообмінної перешкоди, в якій нова конструкція теплообмінника дозволила б підвищити ефективність, надійність і тривалість функціонування та забезпечити пасивність роботи. Поставлена задача вирішується тим, що в теплообмінній перешкоді проти загоряння, що містить заповнену водою металеву ємність з теплообмінником в ній, з'єднаним з кінцевим поглиначем теплоти зовні металевої ємності, згідно з корисною моделлю, як теплообмінник використано випаровувально-конденсаційну систему, ділянки теплопідведення якої введено у воду металевої ємності, а ділянки конденсації - у кінцевий поглинач теплоти. Використання як теплообмінника випаровувально-конденсаційної системи дозволяє отримати високу ефективність роботи негорючої теплообмінної перешкоди шляхом використання переваг випаровувально-конденсаційного циклу в теплообміннику, а саме 1 UA 93167 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 високого рівня коефіцієнтів тепловіддачі на робочих ділянках, та високої теплопередавальної здатності при малих габаритах теплообмінника за рахунок високих величин прихованої теплоти пароутворення (тепловий потік передається парою теплоносія, яка утворюється на ділянках теплопідведення випаровувально-конденсаційної системи, переміщується крізь ділянки транспорту та конденсується на ділянках конденсації цієї системи) внутрішнього теплоносія цього теплообмінника - випаровувально-конденсаційної системи. Високий рівень надійності досягається за рахунок відсутності в теплообміннику рухомих частин і з'єднань та системи управління його роботою. Суттєве збільшення часу функціонування досягається за рахунок спроможності випаровувально-конденсаційної системи тривало відводити великі теплові потоки при пожежі, відповідних зниження температури води в металевій ємності в результаті цього, суттєвого сповільнення випаровування води в металевій ємності та зниження витрати води, що в кінцевому підсумку приведе до зростання часу здатності негорючої теплообмінної перешкоди ефективно захищати від дії вогню при пожежі. Пасивність роботи перешкоди обумовлена тим, що в складі пропонованого теплообмінника відсутні джерела живлення, системи управління, а його функціонування не залежить від обслуговування. Технічна суть та принцип дії пропонованої негорючої теплообмінної перешкоди пояснюється кресленням. На кресленні зображено: фіг. 1 - теплообмінна перешкода у розрізі, яка включає корпус 1 металевої ємності 2 з водою. В корпусі 1 встановлено ділянки 3 теплопідведення теплопередавальних елементів 4 випаровувально-конденсаційного типу, а їх ділянки 5 конденсації занурено у ємність 6 з водою кінцевого поглинача теплоти 7 - басейну. Ділянки 3 теплопідведення та ділянки 5 конденсації з'єднані між собою транспортними ділянками 8 теплопередавальних елементів 4, що в сукупності утворюють випаровувально-конденсаційну систему 9; фіг. 2 - поперечний переріз кінцевого поглинача теплоти витяжної башти 10 з ділянками 5 конденсації теплопередавальних елементів 4 випаровувально-конденсаційного типу в ній, причому ділянки 5 конденсації споряджено ребрами 11, що омиваються атмосферним повітрям. Негорюча теплообмінна перешкода, що встановлюється навколо пожежонебезпечного устаткування, працює наступним чином. У випадку виникнення пожежі утворювані струмені полум'я та потужні теплові потоки високої густини на шляху свого розповсюдження надходять до негорючої теплообмінної перешкоди у вигляді сукупності ділянок 3 теплопідведення теплопередавальних елементів 4 випаровувально-конденсаційного типу, встановлених у корпусі 1 металевої ємності 2 з водою. Корпус 1, вода в металевій ємності 2 з водою та ділянки теплопідведення 3 теплопередаючих елементів 4 випаровувально-конденсаційного типу нагріваються. Теплоносій всередині корпусів теплопередавальних елементів 4 починає випаровуватися або кипіти, перетворюється у пару та передає тепловий потік за рахунок прихованої теплоти пароутворення крізь транспортні ділянки 8 на ділянки конденсації 5. Тут теплоносій конденсується, віддаючи при цьому тепловий потік до ємності 6 з водою кінцевого поглинача теплоти 7 - басейну (фіг. 1). Вода в ємності 6 акумулює теплоту, поступово прогрівається та передає тепловий потік в довкілля шляхом випаровування. При використанні як кінцевого поглинача теплоти-витяжної башти 10 (фіг. 2) тепловий потік, що передається з корпусу 1 негорючої теплообмінної перешкоди випаровувально-конденсаційною системою 9, відводиться до атмосферного повітря, яке надходить до башти 10 знизу, нагрівається від гарячих ребер 11, піднімається за рахунок підйомної сили вверх та надходить до довкілля у верхній частині башти 10. Далі сконденсований теплоносій у рідкому стані повертається до ділянок теплопідведення 3 теплопередавальних елементів випаровувально-конденсаційного типу 4 і цикл повторюється. При використанні як кінцевого поглинача теплоти витяжної башти 10 (фіг. 2), в якій використовується відновлюваний ресурс - атмосферне повітря, відведення теплоти від негорючої теплообмінної перешкоди може здійснюватися протягом необмеженого проміжку часу. До однієї витяжної башти 10 можуть під'єднуватися декілька теплообмінників у вигляді випаровувально-конденсаційних систем 9 залежно від кількості негорючих теплообмінних перешкод, що застосовуються на підприємстві, яке встановило такі перешкоди. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 Негорюча теплообмінна перешкода, що містить заповнену водою металеву ємність з теплообмінником в ній, з'єднаним з кінцевим поглиначем теплоти зовні металевої ємності, яка відрізняється тим, що як теплообмінник використано випаровувально-конденсаційну систему, ділянки теплопідведення якої введено у воду в металевій ємності, а ділянки конденсації - у кінцевий поглинач теплоти. 2 UA 93167 U Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3