УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАСЫЩЕНИЯ ГАЗА ПАРАМИ ЖИДКОСТИ Российский патент 1997 года по МПК B01F3/04 

Изобретение относится к устройствам для смешивания газов или паров с жидкостью и предназначено для получения парогазовой смеси заданной концентрации и поддержания стабильности этой концентрации во времени.

Известны различные устройства, предназначенные для получения парогазовых смесей и используемые в практике.

В [1] заявлен увлажнитель для кондиционирования жидкости, который автоматически регулирует и поддерживает необходимый уровень жидкости, и содержит закрытый корпус, устройство для подачи воды, устройство для подачи газа, устройство для нагрева воды до температуры ниже температуры кипения, устройство для регулирования температуры воды, устройство для вывода газовоздушной смеси в испытательную камеру, устройство для регулирования количества и уровня воды в корпусе в соответствии с количеством воды, введенной в газовоздушную смесь, чтобы обеспечить и поддержать предварительно заданную концентрацию газовоздушной смеси с определенной относительной влажностью.

В [2] заявлено устройство для получения смеси газа с жидкостью. Устройство имеет дополнительный резервуар для хранения жидкости и трубку для введения газа в жидкость. Дополнительный резервуар соединен через линию с жидкостью с резервуаром реакции сепарации, к которому резервуар подсоединен через жидкостную трубку. Реакционный резервуар имеет существенно меньший объем, чем дополнительный. Реакционный резервуар снабжен бесконтактным датчиком уровня, который контролирует устройство регулирования потока в линии подачи жидкости, идущей к реакционному резервуару, чтобы в значительной степени обеспечить постоянный уровень жидкости в реакционном резервуаре. Система регулирования температуры установлена в непосредственной близости к реакционному резервуару, система регулирования температуры с металлическим нагревательным элементом, полностью окружающим и находящимся в прямом контакте с реакционным резервуаром с элементом Пельтье, в прямом контакте с тепловым элементом, таким образом, чтобы контролировать его температуру.

Заявлен вспениватель [3] корпус камеры которого выполнен из листовой нержавеющей стали. Горизонтально расположенный трубчатый распылитель соединен со входом газовой трубы и установлен внутри камеры вспенивателя. Трубчатый распылитель снабжен множеством выходных отверстий, предназначенных для создания газовых потоков внутри рабочей жидкости. Газовые пузырьки в процессе работы проходят через рабочую жидкость, вызывая ее испарение и диффузию. Однородная температура рабочей жидкости обеспечена теплопроводным устройством, выполненным в виде алюминиевых пластин, которые контактируют и полностью окружают наружную поверхность камеры вспенивателя. Устройства нагрева и охлаждения предназначены для регулирования температуры рабочей жидкости в камере вспенивателя до предварительно выбранной температуры.

Все представленные устройства обеспечивают получение смеси газа с жидкостью.

Однако устройство [1] характеризуется сложностью конструкции и малой эффективностью в связи с отсутствием теплоизоляции, что не позволяет обеспечить постоянство концентрации парогазовой смеси во времени.

Устройство [2] характеризуется значительной теплопередачей от реакционной жидкости резервуара наружу, т.к. система регулирования температуры выполнена в виде металлического нагревательного элемента, полностью окружающего и контактирующего с реакционной камерой. Кроме того, устройство громоздко и нетехнологично из-за множества коммуникаций, подающих газ и воду в реакционную камеру.

Устройство [3] компактно, позволяет поддерживать постоянство уровня рабочей жидкости за счет дополнительного канала, через который добавляется рабочая жидкость. Устройство позволяет в определенных пределах поддерживать стабильную температуру газожидкостной смеси за счет наличия теплопроводящего и теплоизолирующего устройств.

Недостатками устройства являются сложность конструкции и технология сборки, а также невозможность поддержания стабильной температуры в камере насыщения в жестких пределах в связи с тем, что по мере расходования рабочей жидкости ее добавление осуществляется через подводящую трубу, установленную внутри камеры насыщения, при этом подвод рабочей жидкости осуществляется сверху и без предварительного подогрева.

Сложность конструкции и технологии сборки обусловлены тем, что теплопроводящим материалов является металлический слой, образующий второй корпус вокруг камеры насыщения, выполненный также из металла. Такая конструкция обладает значительной металлоемкостью и требует точной подгонки по всем поверхностям при сборке для обеспечения надежного контакта наружной поверхности камеры насыщения с внутренней поверхностью теплопроводящего устройства. В связи с тем, что материалы корпуса вспенивателя (нержавеющая сталь) и теплопроводящего устройства (алюминий) обладают различными коэффициентами линейного расширения, требуются специальные меры по компенсации зазоров между оболочками или напряжений, возникающих в процессе нагрева или охлаждения.

Основная цель изобретения поддержание постоянства концентрации парогазовой смеси во времени в жестких пределах.

Другой целью изобретения является упрощение конструкции и технологии сборки.

В качестве прототипа выбрано [3]
Цели изобретения реализуются следующим образом.

Устройство для насыщения газа парами жидкости содержит камеру насыщения, по крайней мере частично заполненную рабочей жидкостью, устройство подачи газа и вывода парогазовой смеси, устройство подачи рабочей жидкости, теплопроводящее устройство с нагревательным элементом, окружающее камеру насыщения, теплоизолирующий кожух, размещенный снаружи теплопроводящего устройства, датчики температуры и уровня рабочей жидкости в камере насыщения.

Новизна заключается в том, что теплопроводящее устройство выполнено в виде камеры, по крайней мере частично заполненной теплопроводящей жидкостью, а устройство подачи рабочей жидкости выполнено в виде теплообменника, расположенного в теплоизолирующем кожухе, выход которого соединен с донной частью камеры насыщения.

Кроме того, новизна заключается в том, что теплообменник выполнен в виде змеевика и расположен на наружной поверхности теплопроводящего устройства.

На чертеже показано: 1 камера насыщения с рабочей жидкостью; 2 - теплопроводящее устройство;
3 нагревательный элемент; 4 теплоизолирующий кожух; 5 устройство подачи рабочей жидкости; 6 датчик температуры; 7 устройство подачи газа; 8 устройство вывода парогазовой смеси; 9 датчик уровня: 10 теплопроводящая жидкость.

Устройство работает следующим образом.

Газ, проходя по устройству подачи газа 7, подогревается и барботирует через слой рабочей жидкости в камере насыщения 1. При барботаже газ насыщается парами жидкости. Тепловая энергия от нагревающего элемента 3 через теплопроводящее устройство 2, заполненное, по крайней мере частично, теплопроводящей жидкостью 10, через донную и боковую поверхности передается рабочей жидкости, находящейся в камере насыщения 1.

Рабочая жидкость поступает в камеру насыщения 1, по мере ее расходования, через устройство подачи рабочей жидкости 5, выполненное, например, в виде змеевика. Проходя по устройству подачи рабочей жидкости 5, рабочая жидкость нагревается и подходит к камере насыщения 1 с температурой, близкой к температуре рабочей жидкости в камере насыщения. Парогазовая смесь выводится через устройство вывода 8.

С помощью датчика температуры 6 осуществляется контроль за температурой в камере насыщения и проводится корректировка режима работы нагревательного элемента 3.

С помощью датчика уровня 9 поддерживается постоянство столба рабочей жидкости в камере насыщения, например, путем периодического включения насоса.

Использование в качестве основы теплопроводящего устройства теплопроводящей жидкости, обладающей высокой тепловой инерционностью, высокой теплоемкостью и обеспечивающей равномерны прогрев по всему объему, а следовательно и равномерную передачу тепла к камере насыщения, позволяет обеспечить стабильную температуру в камере насыщения, что обеспечивает, в свою очередь, постоянство концентрации парогазовой смеси во времени.

Подача предварительно подогретой рабочей жидкости до температуры близкой к температуре в камере насыщения через донную часть камеры насыщения также способствует поддержанию постоянства температуры в камере насыщения.

Упрощение конструкции технологии сборки обеспечиваются использованием жидкости в качестве теплопроводящего устройства.

Промышленная реализация устройства не связана с использованием дефицитных устройств и материалов и может быть реализована на базе известных технологий.

В качестве теплопроводящей жидкости может быть использована любая жидкость, обладающая перечисленными выше характеристиками, а также имеющая температуру кипения выше температуры, необходимой для работы устройства.

В качестве нагревательного элемента может быть использован, например, электронагреватель, в качестве датчика температуры термопара, а в качестве датчика уровня емкостной датчик.

Сущность изобретения: газ проходит через устройство подачи газа 7, подогревается и барботирует через слой рабочей жидкости в камере насыщения 1. Газ при этом насыщается парами жидкости. Тепловая энергия от нагревательного элемента 3 через теплопроводящее устройство 2, заполненное, по крайней мере частично, теплопроводящей жидкостью 10, через донную и боковую поверхности передается рабочей жидкостью, находящейся в камере насыщения 1. по мере расходования в камеру насыщения поступает рабочая жидкость через устройство подачи рабочей жидкости 5, выполненное, например, в виде змеевика. При этом рабочая жидкость нагревается и поступает в камеру 1 с температурой, близкой к температуре рабочей жидкости в камере насыщения. Парогазовая смесь выводится через вывод 8. Имеется датчик температуры 6 и датчик уровня 9 для контроля за температурой и уровнем рабочей жидкости в камере насыщения. Таким образом, за счет поддержания стабильной температуры и уровня рабочей жидкости в камере насыщения обеспечивается постоянство концентрации парогазовой смеси во времени. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для насыщения газа парами жидкости, включающее камеру насыщения, по крайней мере частично заполненную рабочей жидкостью, устройства подачи газа и вывода парогазовой смеси, устройство подачи рабочей жидкости, нагревательный элемент, теплопроводящее устройство, окружающее камеру насыщения, теплоизолирующий кожух, расположенный снаружи теплопроводящего устройства, датчики температуры и уровня, отличающееся тем, что теплопроводящее устройство выполнено в виде камеры, по крайней мере частично заполненной теплопроводящей жидкостью, а устройство подачи рабочей жидкости выполнено в виде теплообменника, расположенного в теплоизолирующем кожухе, выход которого соединен с донной частью камеры насыщения. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что теплообменник выполнен в виде змеевика и расположен на наружной поверхности теплопроводящего устройства.