КОНТАКТНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 1995 года по МПК F28C1/02 

Изобретение относится к контактным теплообменникам и предназначено для использования в промышленности, поскольку обеспечивает высокую эффективность утилизации тепла ходящих газов от теплоиспользующего оборудования.

Известен контактный теплообменник, содержащий рабочую камеру с тангенциальными патрубками подвода греющей среды, расположенными в ее верхней и нижней частях, установленные по оси коpпуса соответственно цилиндpический насадок в ее веpхней части и два коаксиальных цилиндра в нижней. Последние образуют направляющие каналы для прохода греющей среды. Распределитель жидкости расположен по оси камеры между патрубками подвода греющей среды.

Благодаря наличию двух встречных закрученных потоков к расположению водораспределителя вдоль оси камеры происходит интенсивный контактный теплообмен по всему объему камеры между газообразной нагретой средой и жидкостью.

Однако в данной конструкции реализованы не все возможности, обеспечивающие полный поверхностный контакт нагретой среды и орошаемой жидкости.

Известна одна из модернизаций указанного контактного теплообменника, который дополнительно содержит форсунки, размещенные в патрубках подвода греющего теплоносителя, в верхней части камеры, в зазоре между стенками последней и цилиндрического посадка и в направляющем канале.

Дополнительные форсунки, расположенные в тангенциальных патрубках, обеспечивают дополнительный контактный теплообмен между нагретой газообразной средой и жидкостью на входе в теплообменник, дополнительные форсунки, расположенные внутри корпуса прибора, обеспечивающие вторичное орошение внутри корпуса прибора, позволяют наиболее полно утилизировать тепло уходящих газов технологического оборудования.

Однако данная конструкция требует большого расхода воды на орошение, при этом температурный потенциал воды после контакта с газообразными тепловыми потоками невелик (вследствие большого расхода воды).

Целью изобретения является повышение полной утилизации тепла путем увеличения потенциала технологической воды, после орошения при уменьшении ее расхода и сохранении высокой интенсивности теплообмена между газообразной средой и орошаемой водой. Сущность изобретения заключается в том, что в контактном теплообменнике, содержащем камеру с верхним и нижним тангенциальными патрубками подвода греющей среды, установленные по оси камеры в верхней и нижней частях обечайки, образующие каналы для прохода греющей среды, и распределители жидкости, расположенные по оси камеры между указанными патрубками и в верхнем из последних, нижняя обечайка выполнена в виде усеченного конуса с щелевым вырезом, причем конус большим основанием закреплен в камере над нижним патрубком и обращен щелевым вырезом в сторону последнего, а меньшим основанием к верхней обечайке, при этом усеченный конус выполнен с углом раскрытия, составляющим величину, определяемую из следующего неравенства:
2 arctg > α > 2 arctg где d₀ диаметр большего основания усеченного конуса;
d₂ диаметр верхней обечайки;
h₁ высота усеченного конуса;
h₂ расстояние между меньшим основанием конуса и нижнем торцом верхней обечайки.

В предлагаемой конструкции на орошение в нижний патрубок поступает вода из щелевого зазора, образованного нижним насадком и корпусом, имеющая более высокий температурный потенциал, чем орошаемая вода на входе, что позволяет увеличить на выходе температурный потенциал технологической воды при уменьшении ее расхода.

На фиг. 1 изображен предлагаемый теплообменник, общий вид; на фиг. 2 поперечный разрез теплообменника.

Теплообменник содержит вертикальную камеру 1, тангенциальные патрубки 2 и 3 для подвода газообразной среды. При этом патрубок 2 расположен в нижней части камеры 1, а патрубок 3 в верхней части. Патрубок 4 служит для отвода газообразной среды, а патрубок 5, совмещенный с коническим основанием рабочей камеры, для отвода нагретой технологической воды. По оси камеры в верхней и нижней частях установлены насадки 6 и 7. Цилиндрический насадок 6 соединен с отводящим патрубком 4 и образует направляющий канал для отводимого потока газа, а насадок 7 образует сужающийся направляющий канал для газообразной смеси, поступающей через нижний тангенциальный патрубок. При этом нижний насадок 7 выполнен в виде усеченного конуса, большим основанием жестко соединен с рабочей камерой 1 и образует с ее внутренней поверхностью щелевой зазор 8, расположенный над нижним тангенциальным патрубком 2. Водораспределитель 9 расположен вдоль оси камеры 1 и имеет участки перфорированных отверстий или форсунку. Форсунка 10 предназначена для дополнительного орошения теплового потока, поступающего через верхний тангенциальный патрубок.

Работает теплообменник следующим образом.

Нагретая газообразная среда подается одновременно навстречу через верхний 3 и нижний 2 тангенциальные патрубки, благодаря чему она приобретает винтообразное движение.

Благодаря форсунке 10 газообразная смесь, подаваемая через патрубок 3, орошается, что обеспечивает первый контактный теплообмен между газообразной средой и жидкостью. Далее потоки перемещаются по замкнутым траекториям навстречу друг другу и орошаются из водораспределителя 9. Размеры верхнего потока ограничены внутренним диаметром рабочей камеры и цилиндрическим насадком 6, а размеры нижнего потока ограничены коническим насадком 7.

При этом усеченный конус 7 выполнен с углом раскрытия, составляющим величину, определяемую из следующего неравенства:
2 arctg > α > 2 arctg
Под действием центробежных сил сконденсированная в центральном потоке вода и орошаемая вода переходит в верхний поток воздуха, которым вместе со сконденсированной влагой верхнего потока переносится в нижнюю часть камеры, а также на стенки аппарата, по которым также стекает в зазор между коническим насадком 7 и камерой 1 верхней части аппарата. Воздух верхнего потока подсасывается нижним потоком по всей высоте аппарата (от верхнего торца конуса до нижнего торца верхнего цилиндрического насадка) за счет разрежения, создаваемого нижним потоком. Нижний поток воздуха с перешедшим в него воздухом периферийного потока попадает в верхний отводящий патрубок благодаря указанному условию, т. е. благодаря обхватыванию верхним цилиндрическим насадком образующих усеченного конуса в случае их продолжения. Это условие может быть выражено математически как
2 arctg > α > 2 arctg
Вода, подаваемая на орошение под действием центробежных сил, скапливается в верхней части рабочей камеры и через щелевидный зазор, образованный между камерой 1 и коническим насадком 7, орошает тепловой поток, поступающий через тангенциальный патрубок 2. Температурный потенциал воды, поступившей на орошение в патрубок 2, выше, чем потенциал воды, поступившей через другие форсунки, следовательно, повышается полнота утилизации тепла за счет увеличения потенциала выходной технологической воды и уменьшения ее расхода. При этом сохраняется высокая интенсивность теплообмена в объеме рабочей камеры между газообразной средой и орошаемой водой.

Использование: энергетика, утилизация тепла уходящих газов. Сущность изобретения: в верхней и нижних частях камеры 1, по ее оси, установлены обечайки, образующие каналы для прохода греющей среды. Последняя поступает в камеру 1 через тангенциальные патрубки 2 и 3, причем в патрубке 3 среда орошается жидкостью. Из патрубка 2 среда направляется в сужающийся канал, образованный обечайкой 7. Последняя выполнена в виде усеченного конуса с углом раскрытия, определяемым из указанного в описании неравенства. В конусе выполнен щелевой вырез, через который жидкость, распыливаемая через форсунки в камере 1, попадает в поток среды, поступающей через нижний патрубок 2. 2 ил.

КОНТАКТНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК, содержащий камеру с верхним и нижним тангенциальными патрубками подвода греющей среды, установленные по оси камеры в верхней и нижней частях обечайки, образующие каналы для прохода греющей среды, и распределители жидкости, расположенные по оси камеры между упомянутыми патрубками и в верхнем из последних, отличающийся тем, что нижняя обечайка выполнена в виде усеченного конуса с щелевым вырезом, причем конус большим основанием закреплен в камере над нижним патрубком и обращен щелевым вырезом в сторону последнего, а меньшим основанием к верхней обечайке, при этом усеченный конус выполнен с углом раскрытия α, составляющим величину, определяемую из следующего неравенства:


где d₀ диаметр большего основания усеченного конуса;
d₂ диаметр верхней обечайки;
h₁ высота усеченного конуса;
h₂ расстояние между меньшим основанием конуса и нижним торцом верхней обечайки.