ТЕПЛООБМЕННИК ДЛЯ ИСПАРИТЕЛЬНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ВОЗДУХА Российский патент 1995 года по МПК F28C3/08 

Изобретение относится к теплообменным аппаратам воздушно-испарительного типа с непосредственным контактом охлаждаемого газа и хладагента. Теплообменные аппараты такого типа находят широкое применение в различных областях техники, где требуется охлаждение и увлажнение воздуха.

Известны теплообменные аппараты для испарительного охлаждения воздуха, содержащие кожух с торцовыми решетками, пространство между которыми заполнено гидрофильным материалом, и выполненные в последнем каналы для прохода охлаждаемого воздуха. Гидрофильный материал разделен жесткими поперечными пластинами, снабженными по периферии опорными кольцами, на секции, каждая из которых выполнена в виде пакета из перфорированных листов, например картонных.

Известны также подобные теплообменные аппараты, имеющие в нижней части кожуха между торцовыми решетками герметичный жидкостный отсек, сообщающийся с гидрофильным материалом посредством вертикальных патрубков, имеющих срез на нижнем торце, примыкающем к кожуху, а сквозь решетку, расположенную со стороны входа охлаждаемого воздуха, проведена трубка, один конец которой размещен выше отсека и встречно потоку воздуха, а другой введен в отсек; кожух в нижней части перед торцовой решеткой, расположенной со стороны входа охлаждаемого воздуха, снабжен заправочным штуцером, а в верхней части после решетки, расположенный со стороны выхода воздуха, отверстием, сообщенным с окружающей средой, причем конец трубки, расположенной в жидкостном отсеке, имеет в верхней части горизонтального участка переточное отверстие.

Недостатками перечисленных теплообменных аппаратов являются незначительный ресурс их работы, определяемый количеством заправленной жидкости, низкая эффективность теплообмена из-за неравномерного распределения жидкости по охлаждающей поверхности, так как работают в основном каналы, расположенные ближе к жидкостному отсеку, а также высокие эксплуатационные расходы, связанные с монтажом и демонтажом изделия с объекта при его заправке жидкостью.

Достигаемый изобретением технический результат обеспечение наряду с теплообменом эффективного увлажнения воздуха с постоянно поддерживаемым влагосодержанием, снижение эксплуатационных расходов.

Этот результат достигается тем, что в теплообменнике для испарительного охлаждения воздуха, содержащем кожух с торцовыми решетками в верхней части, пространство между которыми заполнено пакетом перфорированных листов из жесткого гидрофильного материала со сквозными каналами для прохода воздуха, и расположенный в нижней части кожуха жидкостный отсек с заправочным штуцером и устройством для подачи воды к пакету перфорированных листов, на заправочном штуцере установлен с возможностью вертикального перемещения поплавок, расположенный в центральной части жидкостного отсека, а устройство для подачи воды к пакету перфорированных листов выполнено в виде размещенных по периферии отсека вертикальных и горизонтальной секций из гидрофильного материала, причем последняя контактирует с пакетом перфорированных листов, заключенных в обечайку из того же гидрофильного материала, при этом кожух дополнительно содержит переливную камеру, имеющую потолочную секцию из гидрофильного материала, контактирующую с пакетом перфорированных листов, при этом камера имеет общие стенку и днище с жидкостным отсеком и соединена с ним окном в нижней части общей стенки, а также снабжена в верхней части переливным штуцером, а в нижней сливным, при этом поплавок выполнен с внутренним отверстием, а заправочный штуцер расположен по оси поплавка с образованием кольцевого зазора между ним и внутренней поверхностью поплавка, при этом штуцер заглушен с верхнего торца и имеет в верхней части перфорацию, а по наружной поверхности в зоне перфорации снабжен накопительной камерой, имеющей сливные отверстия в днище, соединенные с упомянутым зазором, причем поплавок установлен с возможностью перекрытия днищем упомянутого зазора в нижнем положении поплавка, при этом потолочные секции жидкостного отсека и переливной камеры выполнены за одно целое из одного и того же материала, причем материал вертикальных и потолочной горизонтальной секций выполнен с меньшей жесткостью по сравнению с материалом перфорированных листов из поливинилформаля.

На чертеже изображен теплообменник для испарительного охлаждения воздуха.

Теплообменник содержит кожух 1, состоящий из двух отсеков верхнего 2 и нижнего 3. В верхнем отсеке размещены торцовые крышки 4, между которыми установлен пакет жестких перфорированных листов 5 из гидрофильного материала со сквозными каналами 6 для прохода воздуха, а во втором отсеке выполнена жидкостная секция 7 с заправочным штуцером 8 и устройством 9 для подачи воды к пакету перфорированных листов. На заправочном штуцере 8, расположенном в центральной части жидкостной секции, установлен поплавок 10 с возможностью вертикального перемещения.

Устройство для подачи воды выполнено в виде вертикальных 11 и горизонтальной 12 стенок и обечайки 13. Вертикальные, горизонтальная стенки и обечайка выполнены из одного и того же гидрофильного материала, обладающего меньшей жесткостью по сравнению с материалом перфорированных листов из поливинилформаля.

Кожух 1 снабжен вертикальной перегородкой 14 с отверстием 15, переливным 16 и сливным 17 штуцерами, причем перегородка размещена в нижнем отсеке между кожухом и вертикальной стенкой с образованием камеры 18, последняя посредством отверстия 15 сообщена с жидкостной секцией 7, а переливной и сливной штуцера размещены соответственно в верхней и нижней частях камеры.

Поплавок 10 выполнен со сквозным отверстием, установлен на штуцере 8 с образованием коаксиального зазора, а верхний торец штуцера заглушен и имеет в зоне упомянутого торца перфорацию 19, при этом стенка в зоне последней выполнена полой с образованием накопительной камеры 20, в нижней части которой выполнены отверстия 21, посредством которых камера сообщена с упомянутым зазором, причем поплавок 10 установлен с возможностью перекрытия днищем упомянутого зазора в нижнем положении поплавка.

Теплообменник работает следующим образом.

Вода под давлением через заправочный штуцер 8 и перфорацию 19 поступает в накопительную камеру 20, через сливные отверстия 21 попадает в жидкостный отсек 7 и одновременно через отверстия 15 в переливную камеру 18. По мере заполнения жидкостного отсека поплавок 10 поднимается. При достижении максимального уровня воды поплавок перекрывает отверстия 21 заправочного штуцера 8. При расходе воды в процессе тепломассообмена поплавок поднимается и открывает отверстия 21. В случае незакрытия отверстий 21 заправочного штуцера во время заполнения водой уровень воды поднимается в жидкостном отсеке 7 и одновременно в переливной камере 18. Излишек воды сбрасывается через штуцер 16.

При заполнении жидкостного отсека вертикальные стенки и горизонтальная стенка пропитываются водой, вода через обечайку 13 поступает в пакет и увлажняет перфорированные листы 5 по всей их поверхности; воздух, проходя через каналы 6 пакета, обменивается теплом и массой с жидкостью, насыщаясь до относительной влажности приблизительно 85%
Испарение жидкости в гидрофильных перфорированных листах восполняется путем поступления из жидкостного отсека через вертикальные и горизонтальную стенки и обечайку воды, причем восполнение будет происходить непрерывно, независимо от эволюций теплообменника, так как вертикальные стенки расположены по всей периферии жидкостного отсека, а пакет полностью заключен в обечайку из поливинилформаля, обеспечивающего плотное прилегание к перфорированным листам за счет своего расширения.

Разработан и изготовлен опытный образец теплообменника для испарительного охлаждения воздуха. Проведены испытания. По результатам испытаний установлено:
относительная влажность на выходе из теплообменника составила 80-85% и автоматически поддерживалась на этом уровне;
ресурс составил 10000 ч, при этом теплообменник остался работоспособным.

Использование: теплоэнергетика, теплообмен при контакте охлаждаемого газа и хладагента. Сущность изобретения: в корпусе теплообменника имеются верхний и нижний отсеки 2 и 3, в последнем из которых выполнена жидкостная секция 7 с заправочным штуцером 8 и устройством для подачи воды к пакету перфорированных листов 5, размещенных в отсеках 2. На штуцере 8 установлен с возможностью вертикального перемещения поплавок 10, размещенный в центре секции 7. Упомянутое устройство выполнено в виде вертикальных стенок 11, горизонтальной стенки 12 и обечайки 13, первые из которых размещены по периферии секции 7, а вторая между отсеками 2 и 3. Обечайка 13 размещена с охватом пакета листов 5. Обечайка и стенки выполнены из гидрофильного материала. Камера 18 сообщена посредством отверстия 15 с секцией 7. Камера 18 снабжена переливным и сливным штуцерами. Стенки и обечайки выполнены из материала с меньшей жесткостью, чем материал листов. Упомянутые стенки и обечайка выполнены из поливинилформаля. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ТЕПЛООБМЕННИК ДЛЯ ИСПАРИТЕЛЬНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ВОЗДУХА, содержащий кожух, включающий верхний и нижний отсеки, в первом из которых размещены торцевые крышки, между которыми установлен пакет жестких перфорированных листов из гидрофильного материала со сквозными каналами для прохода воздуха, а во втором отсеке выполнена жидкостная секция, снабженная заправочным штуцером, и устройство для подвода воды к пакету листов, отличающийся тем, что он снабжен поплавком, штуцер размещен в центральной части жидкостной секции, поплавок установлен на штуцере с возможностью вертикального перемещения, а устройство для подвода воды выполнено в виде вертикальных и горизонтальной стенок и обечайки, первые из которых размещены по периферии жидкостной секции, вторая размещена между верхним и нижним отсеками, обечайка установлена с охватом пакета листов, причем вертикальные стенки и листы размещены с примыканием к горизонтальной стенке, при этом обечайка и все упомянутые стенки выполнены из гидрофильного материала. 2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен вертикальной перегородкой с отверстием, переливным и сливным штуцерами, причем перегородка размещена в нижнем отсеке между кожухом и горизонтальной стенкой с образованием камеры, последняя посредством упомянутого отверстия сообщена с жидкостной секцией, а переливной и сливной штуцеры размещены соответственно в верхней и нижней частях камеры. 3. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что поплавок выполнен со сквозным отверстием, установлен на штуцере с образованием коаксиального зазора, причем верхний торец штуцера заглушен и имеет в зоне упомянутого торца перфорацию, а стенка штуцера в зоне последней выполнена полой с образованием накопительной камеры, в нижней части которой выполнены отверстия, посредством которых камера сообщена с упомянутым зазором. 4. Теплообменник по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что упомянутые стенки и обечайка выполнены из материала с меньшей жесткостью, чем материал перфорированных листов. 5. Теплообменник по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что упомянутые стенки и обечайка выполнены из поливинилформаля.