ОХЛАДИТЕЛЬ ВОДЫ Российский патент 1998 года по МПК F25J5/00 

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к охладителям воды, использующим теплоту ее испарения.

Известен охладитель воды, в котором охлаждение воды происходит за счет ее частичного испарения [1].

Недостатком известного устройства является ограниченность температурой и влажностью атмосферного воздуха нижнего предела охлаждения воды, который в летнее время для большинства районов лежит в пределах 25-30^oC.

Известен охладитель воды, содержащий орошаемый охлаждаемой водой скруббер [2] , выбранный в качестве прототипа. В этом охладителе вода движется противотоком к отбросному азоту, имеющему относительно низкую температуру (7-10)^oC и соответственно низкую влажность. В таком устройстве воду можно охладить до 10-12^oC.

Недостатком такого охладителя является ограниченность нижнего предела охлаждения воды и строго определенное ее количество, определяемое количеством и влажностью отбросного азота.

Решаемая задача - устранение вышеуказанных недостатков, повышение эффективности путем обеспечения охлаждения любого требуемого объема воды. вплоть до температуры замерзания, независимо от климатических условий и времени года.

Для этого охладитель воды, содержащий орошаемый охлаждаемой водой скруббер, дополнительно снабжен турбокомпрессором и турбодетандером, причем всасывающий патрубок турбокомпрессора подключен к верхней части скруббера, а выходной патрубок турбодетандера - к нижней. Турбокомпрессор и турбодетандер размещены на одном валу.

По фондам ВПТБ и ГПНТБ был произведен поиск для выявления аналогичных технических решений. Решений, совпадающий по отличительным признакам, обнаружено не было, на основании чего был сделан вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна".

На прилагаемом чертеже схематично представлено охлаждающее устройство.

Устройство содержит орошаемый охлаждаемый водой скруббер 1 того или иного типа, ороситель 2, через который вводится охлаждаемая вода, трубопровод 3, к которому подключен всасывающий патрубок турбокомпрессора 4, трубопровод 5, к которому подключен выходной патрубок турбордетандера 6 и трубопровод 7, к которому подключен центробежный насос 8, подающий холодную воду потребителю.

Представленное устройство работает следующим образом.

Вода при относительно высокой температуре через ороситель 2 поступает в верхнюю часть скруббера 1 и стекает вниз противотоком к движущемуся вверх воздуху. Турбокомпрессор 4 поддерживает в скруббере 1 давление ниже атмосферного. Атмосферный воздух засасывается в скруббер 1 через трубопровод 7, его давление понижается в турбодетандере 6 от атмосферного до давления в скруббере 1 и соответственно со степенью расширения воздуха в турбодетандере 6 понижается его температура. Холодный воздух из турбодетандера 6 поступает в нижнюю часть скруббера 1 и движется вверх по скрубберу 1, охлаждая стекающую воду как за счет теплоемкости самого воздуха, так и за счет теплоты испарения части стекающей воды в воздух. Влажный воздух засасывается из верхней части скруббера 1 турбокомпрессором 4, сжимается и выбрасывается в атмосферу. Холодная вода удаляется со дна скруббера 1 через патрубок 8. Турбокомпрессор 4 и турбодетандер 6 в ряде случаев удобно располагать на одном валу, как это показано на прилагаемом чертеже. В этом случае работа расширения воздуха в турбодетандере 6 передается непосредственно на вал турбокомпрессора 4.

Способность предлагаемого охладителя воды понижать температуру воды до 0^oC определяется с одной стороны понижением температуры и влажности атмосферного воздуха в турбодетандере 6, а с другой - увеличением водоиспарительного эффекта охлаждения, прямо пропорционально степени расширения воздуха в этом турбодетандере.

Сказанное можно пояснить на конкретном примере.

Допустим, что необходимо охладить воду, поступающую в скруббер 1 при температуре 30^oC до температуры 0,5^oC. Допустим также, что атмосферный воздух имеет температуру 25^oC и относительную влажность 60%. Очевидно, что охладить воду, подавая в скруббер 1 атмосферный воздух вентилятором, невозможно. Рассмотрим использование предлагаемого охладителя воды при степени сжатия воздуха в компрессоре 4, равной ε_к = 2 и степени расширения воздуха в детандере 6 (сопротивлением скруббера пренебрегаем) ε_д = 2. Атмосферный воздух, расширяясь в детандере 6, охлаждается и из него конденсируется влага. При принятых условиях, его температура на выходе будет равна -3^oC, а влажность будет равна 100%. Допустим, что на выходе из скруббера 1 воздух имеет температуру 28^oC и 100% влажность. Таким образом 1 кг воздуха, проходя через скруббер 1, отводит от воды тепло, равное

где
(C_p)_в - теплоемкость воздуха 1 кДж/кг•град;
Δ T_в - изменение температуры воздуха в скруббере T=31^oC;
r - теплота преобразования воды 2510 кДж/кг;
- количество водяного пара в 1 м³ насыщенного воздуха на выходе из скруббера ( = 27,2 гр/м³) и на входе ( = 3,85 гр/м³) в скруббер;
V_ск - объем, занимаемый 1 кг воздуха при давлении P_ск и температуре T_ск на выходе из скруббера

где
V_н - объем, занимаемый 1 кг воздуха при нормальных условиях, равный 0,7752 м³/кг;
P = 98 кПа и T = 273 K - давление и температура при нормальных условиях.

Подставляя значения величин,имеем

Как видно второй член уравнения, отражающий эффект водоиспарительного охлаждения, играет решающую роль в суммарной эффективности охлаждения, причем, как об этом говорилось выше, это определяется степенью расширения воздуха в детандере, т.е. степенью разряжения в скруббере.

Для рассматриваемого случая один килограмм воздуха, проходящего через скруббер, может охладить от 30^oC до 0,5^oC количество воды, равное

Взятые в примере степени сжатия и расширения воздуха в компрессоре и детандере не случайны. Машины с такими параметрами серийно выпускаются отечественной промышленностью.

В случае, если охлаждаемая вода имеет на входе значительно более низкую температуру, чем температура атмосферного воздуха, то в предлагаемом воздухоохладителе целесообразно предусмотреть рекуперативный теплообменник, в котором воздух, выходящий из скруббера, перед всасыванием в компрессор охлаждает атмосферный воздух перед его расширением в детандере.

Сравнение существенных признаков предложенного и известных технических решений дает основание считать, что предложенное техническое решение отвечает критериям "изобретательский уровень" и "промышленная применимость".

Таким образом, предлагаемый охладитель воды позволяет повысить эффективность путем обеспечения охлаждения любого требуемого количества воды, вплоть до температуры замерзания, независимо от климатических условий и времени года и тем самым сократить материальные затраты.

Охладитель воды относится к холодильной технике. Охладитель воды содержит орошаемый охлаждаемой водой скруббер, дополнительно снабженный турбокомпрессором и турбодетандером, причем всасывающий патрубок турбокомпрессора подключен к верхней части скруббера, а выходной патрубок турбодетандера - к нижней. Турбокомпрессор и турбодетандер размещены на одном валу. Технический результат выражается в повышении эффективности путем обеспечения охлаждения воды вплоть до температуры замерзания. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Охладитель воды, содержащий орошаемый охлаждаемой водой скруббер, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен турбокомпрессором и турбодетандером, причем всасывающий патрубок турбокомпрессора подключен к верхней части скруббера, а выходной патрубок турбодетандера - к нижней. 2. Охладитель воды по п.2, отличающийся тем, что турбокомпрессор и турбодетандер размещены на одном валу.