КОНТАКТНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 1995 года по МПК F28C1/02 F28F25/06 

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в системах охлаждения жидких и газообразных сред в промышленных предприятиях в сейсмоопасных районах.

Известно устройство для охлаждения воды, содержащее корпус и установленные в нем каплеуловитель, водораспределительные трубопроводы с разбрызгивающими соплами, водосборный резервуар.

Недостатком такого устройства является низкая эффективность и пониженная механическая прочность.

Данный недостаток частично устраняется в установке для охлаждения жидкости, которая содержит корпус с влагосборником, верхним отводящим и нижним подводящим патрубками в зоне, между которыми установлены жидкостные форсунки, причем выходные отверстия форсунок верхнего и нижнего рядов направлены навстречу друг другу, а средние яруса форсунок, расположенных у противоположных стенок корпуса, смещены по высоте.

Размещение форсунок факелами навстречу друг другу позволяет за счет соударения капель увеличивать поверхность контакта фаз, а следовательно, интенсифицировать процессы тепло- и массообмена,
На основании изложенного по наибольшему числу признаков изобретение по авт. св. СССР N 1213338 является наиболее близким к предлагаемому контактному теплообменнику и является его прототипом.

К недостаткам прототипа следует отнести ограничение функциональных возможностей из-за низкой прочности устройства, что ограничивает диапазон его применения (невозможность использования в сейсмоопасных районах), а наличие форсунок приводит к повышенному гидравлическому сопротивлению и к возможности их засорения и зарастания.

Целью изобретения является повышение надежности и эффективности теплообмена.

Поставленная цель достигается тем, что корпус контактного теплообменника выполнен в виде трех колонок, жестко соединенных друг с другом при помощи трубных коллекторов, причем вторая и третья по ходу потока колонки снабжены дроссельными устройствами. Коллекторы выполнены в виде труб, причем в верхнем трубном коллекторе размещен жидкостной трубный ороситель, имеющий два ряда отверстий, симметрично смещенных относительно вертикальной плоскости на радиальный угол 30^о, причем весь теплообменник, кроме патрубков, покрыт слоем бетона с образованием монолитного блока.

На фиг. 1 изображен контактный теплообменник, разрез.

Теплообменник состоит из нижнего 1 и верхнего 2 коллекторов, газовыбросного патрубка 3, оросительного коллектора 4, трех вертикальных трубных колонок 5, дроссельных устройств 6, влагосборника 7, сборного коллектора охлажденной жидкости 8, бетонной смеси 9 и возможными промежуточными поперечными связями 10.

Контактный теплообменик работает следующим образом. Отепленная жидкость поступает в оросительный коллектор 4, который расположен внутри верхнего коллектора 2. Через отверстия в оросителе, расположенные в два ряда и симметрично смещенные относительно вертикальной плоскости трубы на радиальный угол 30^о (фиг. 2) жидкость разбрызгивается струями на стенки верхнего коллектора 2, по которым в виде пленки стекает в три вертикальные трубные колонки 5. Газ (воздух) вентилятором подается в нижний коллектор 1, из которого попадает в три вертикальные колонки 5, причем для равномерного распределения газообразного потока по колонным во второй и третий из них по ходу движения потока установлены дроссельные устройства 6, проходные сечения которых составляют соответственно 0,33 и 0,4 от проходного сечения первой колонки.

В колонках 5 газовый поток срывает стекающую ему навстречу пленку жидкости и перемешивается с ней по всей высоте колонок. В результате происходит интенсивный процесс тепло- и массообмена между жидкостью и газовым потоком при непосредственном их контакте. Затем газовый поток, воспринявший тепло от жидкости через верхний коллектор 2 и выбросной патрубок 3, удаляется наружу, причем скорость газового потока и соотношение жидкость газ подбираются таким образом, что на выходе газового потока выноса капель жидкости не происходит и не требуется установка каплеотделителя.

Охлажденная жидкость стекает вниз в нижний коллектор 1, из которого попадает в коллектор охлажденной жидкости 8 и через влагосборник 7 поступает к потребителю. Влагосборник 7 служит для перехвата возможного попадания жидкости в газовый трубопровод, расположенный за пределами теплообменника при нарушении режима работы установки.

Возможно несколько контактных теплообменников соединить параллельно по жидкости и газу и жестко скрепить промежуточными поперечными связями 10 (см. фиг. 1). Эта конструкция, заполненная бетонной смесью 9, будет представлять собой единый монолитный железобетонный массив с выведенными наружу патрубками с фланцами. Такой монолитный железобетонный массив может быть использовано в сейсмоопасных районах, а также служить опорой для какой-либо строительной конструкции.

По теплотехническим характеристикам предлагаемый контактный теплообменник не уступает современным теплообменникам, например водоохладителям, в качестве которого выбрана градирня ГПН-100 (с подвижной насадкой).

В таблице приведены основные данные сравниваемых теплообменных устройств при охлаждении воды воздухом, причем результаты получены во время промышленных испытаний.

Эффективность предлагаемого контактного теплообменника состоит еще и в том, что, размещая его вне помещения, возможно в холодный период года осуществлять охлаждение жидкости без подачи газового потока, а за счет остывания стенок труб вертикальных колонок и коллекторов.

Сущность изобретения: контактный теплообменник состоит из корпуса, выполненного в виде трех вертикальных трубчатых колонок 5, которые вверху и внизу соединены коллекторами 2,1 из труб. Отепленная жидкость подается в верхний коллектор 2 через ороситель 4, разбрызгивается в коллекторе 2 и стекает в виде пленки в три колонки 5. Газообразный поток через нижний коллектор 1 подается в колонки 5, причем для его равномерного распределения во второй и третьей колонках 5 по ходу движения газообразного потока установлены дроссельные устройства 6, проходные сечения которых составляют 0,33 и 0,4 от проходного сечения первой колонки. В трех вертикальных колонках 5 происходит интенсивный тепло- и массообмен между жидкостным и газообразным потоками, в результате которого охлажденная жидкость стекает вниз и через влагосборник 7 и коллектор 8 поступает к потребителю, а отработанный газообразный поток через выбросной патрубок 3 выводится наружу. Несколько контактных теплообменников, скрепленных между собой поперечными связями с пространством между ними, которое заполняется бетонной смесью, могут образовывать монолитный железобетонный массив, который может быть использован в сейсмоопасных районах. 2 ил.

КОНТАКТНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК преимущественно для охлаждения воды, содержащий вертикальный корпус, соединенный с верхним собирающим и нижним раздающим коллекторами с соответствующими патрубками для газообразного теплоносителя, причем в верхнем коллекторе размещен ороситель в виде трубы с отверстиями в нижней части, а нижний коллектор сообщен с влагосборником, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и эффективности теплообмена, корпус выполнен в виде трех колонок, жестко соединенных друг с другом при помощи перемычек, причем вторая и третья по ходу потока колонки снабжены дроссельными устройствами, проходные сечения которых составляют соответственно 0,33 и 0,4 от проходного сечения первой колонки, при этом оба коллектора выполнены в виде труб, а отверстия в оросителе расположены в два ряда, симметрично смещенных относительно вертикальной плоскости его трубы на радиальный угол 30^o, причем весь теплообменник, кроме патрубков, покрыт слоем бетона с образованием монолитного блока.