ТЕПЛО МАССООБМЕННОЕ И УВЛАЖНЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2000 года по МПК F28C1/02 

Изобретение относится к холодильной технике и предназначено для использования в тепломассообменных устройствах испарительного охлаждения воды и увлажнения воздуха и в системах оборотного водоснабжения и кондиционирования воздуха.

Известна тепломассообменная колонка [1], включающая корпус, форсунки - элементы первичного диспергирования, внутри корпуса установлены колпаки - элементы вторичного диспергирования, выполненные из кольцевых пластин, каскадно насаженных на трубчатый корпус формы усеченного конуса. При этом отношение высоты каркаса к большему диаметру его основания равно 0,2-0,4, а отношение h/D=0,12, где h - расстояние между кольцевыми пластинами, D - диаметр большего основания каркаса. Материалом для кольцевых пластин служат пластические материалы, а каркас изготавливается из изолированного металлического прутка (гибкого или жесткого).

Недостатком этого аппарата является недостаточная степень дробления капель жидкого теплоносителя, что приводит к невысокому эффекту распыления жидкого компонента и, соответственно, пониженному тепломассообмену и увлажнению газа.

Цель изобретения - ресурсосбережение при тепломассообменых процессах охлаждения и увлажнения воздуха за счет увеличения поверхности контакта газовой (воздушной) и жидкостной (водяной) сред.

Поставленная цель достигается тем, что в тепломассообменное и увлажняющее устройство, содержащее корпус, поддон, трубу для отвода воды, вентилятор, трубопровод для подачи воды, элементы первичного и вторичного диспергирования, дополнительно введено сопло с коаксиальным коническим сечением, установленное вдоль вертикальной оси, элемент первичного диспергирования (струеобразующий) выполняют коническим с закрепленными на его наружной поверхности группами взаимосвязанных перекрывающихся горизонтальных пластин, расположенных ступенчато на разных уровнях и ассиметрично, а элементы вторичного диспергирования выполняют в виде проволочных сеток и устанавливают коаксиально к вертикальной оси.

При этом конический элемент первичного диспергирования с конусной вставкой устанавливают с возможностью перемещения по несущему стержню с помощью регулировочного винта, а несущий стержень фиксируют коаксиально относительно оси сопла распорно-центрирующей втулкой, кроме того, проволочные сетки выполняют в форме замкнутых сетчатых цилиндров или сетчатых конусов, при этом угол при вершине сетчатого конуса лежит в пределах от 0 до 45^o.

Предлагаемое устройство представлено на фиг. 1, 2, 3, 4. На фиг. 1 представлен общий вид устройства; на фиг.2 - вид по A-A; на фиг.3 - вид по B-B; на фиг.4 - вариант выполнения сетчатого элемента в форме конуса.

Устройство по фиг.1 содержит корпус 1, в котором размещены поддон 2 со сливным патрубком 3, вентилятор 4, нагнетательный патрубок 5, коаксиально соединенный с соплом 6, на котором закреплен каркас 7, состоящий из центрального кольца и трех пластин, расположенных в плоскости центрального кольца и исходящих из его центра под углом 120^o между ними, внутри сопла 6 коаксиально расположен стержень 8, закрепленный в верхней его части, внутри сопла 6 установлена распорно-центрирующая втулка 9 с возможностью свободного прохождения воды, между основанием сопла 6 и распорно-центрирующей втулкой 9 на несущем стержне 8 установлена конусная вставка 10 с возможностью перемещения внутри сопла 6 по стержню 8 на высоту конусной вставки 10, к широкому основанию конусной вставки 10 присоединен конический элемент первичного диспергирования 11 - распылитель с закрепленными на его наружной поверхности группами взаимосвязанных перекрывающихся горизонтальных пластин 12, осевое перемещение конусной вставки 10 внутри сопла 6 осуществляется с помощью регулировочного винта 13, на каркасе 7 закреплены элементы вторичного диспергирования - проволочные сетки 14, 15.

Работа устройства состоит в следующем. Поток жидкости (воды) поступает по нагнетательному патрубку 5 в сопло 6, расположенное вдоль вертикальной оси устройства, и попадает в сужающуюся часть сопла 6, где размещена конусная вставка 10, скорость потока при этом резко возрастает, а затем жидкость попадает на горизонтальные пластины 12, расположенные на коническом элементе первичного диспергирования 11 ассиметрично и ступенчато. При этом кольцевой поток, обтекая конический элемент первичного диспергирования 11 и горизонтальные пластины 12, расслаивается на отдельные горизонтальные струи, которые затем многократно диспергируются, ударяясь об элементы вторичного диспергирования проволочные сетки 14. Образовавшиеся капли воды контактируют с восходящим воздушным потоком, поднимающимся вверх под воздействием вентилятора 4. Многократное дробление капель жидкости и возобновление поверхности контакта газовой (воздушной) и жидкостной (водяной) сред приводит к интенсификации процесса тепло- и массообмена. Отепленная жидкость (вода) стекает в поддон 2 и через сливной патрубок 3 поступает в систему рециркуляции и охлаждения. Охлажденный и увлажненный воздух подается вентилятором 4 в систему кондиционирования.

В таблице 1 приведены интервалы значений параметров основных элементов, формирующих мелкодисперсный водяной факел.

Эффективность охлаждения и увлажнения газового потока (воздуха) обеспечивается как за счет использования горизонтальных пластин, расположенных на коническом элементе первичного диспергирования ассиметрично и ступенчато, так и за счет использования проволочных сеток, создающих дополнительный контакт между газовой и жидкостной средами.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом обладает преимуществом в экономии ресурсов, например электроэнергии и воды. Как показали расчетные оценки и экспериментальные исследования, в предлагаемом изобретении снижение расхода электроэнергии за счет повышения эффективности тепломассообменных процессов составляет как минимум 10-15%. Снижение расхода воды составляет 5-10%.

В таблице 2 приведены основные технические данные конкретной реализации предлагаемого устройства в наиболее широко используемом варианте с цилиндрическим элементом вторичного диспергирования.

Устройство предназначено для использования в тепломассообменных аппаратах испарительного охлаждения воды и увлажнения воздуха и в системах оборотного водоснабжения и кондиционирования воздуха. Сущность изобретения состоит в том, что в тепломассообменное и увлажняющее устройство, содержащее корпус, поддон, трубу для отвода воды, вентилятор, трубопровод для подачи воды, элементы первичного и вторичного диспергирования, дополнительно введено сопло с коаксиальным коническим сечением, установленное вдоль вертикальной оси корпуса, элемент первичного диспергирования выполняют коническим с закрепленными на его наружной поверхности группами взаимосвязанных перекрывающихся горизонтальных пластин, расположенных ступенчато на разных уровнях и ассиметрично, а элементы вторичного диспергирования выполняют в виде проволочных сеток и устанавливают коаксиально к вертикальной оси. При этом конический элемент первичного диспергирования с конусной вставкой устанавливают с возможностью перемещения по несущему стержню с помощью регулировочного винта, а несущий стержень фиксируют коаксиально относительно оси сопла распорно-центрирующей втулкой, кроме того, проволочные сетки выполняют в форме замкнутых сетчатых цилиндров или сетчатых конусов, при этом угол при вершине сетчатого конуса лежит в пределах от 0 до 45^o. Такое выполнение позволяет увеличить поверхность контакта газовой и жидкостной сред. 4 з.п.ф-лы, 4 ил., 2 табл.

1. Тепломассообменное и увлажняющее устройство, содержащее корпус, поддон, трубу для отвода воды, вентилятор, трубопровод для подачи воды, элементы первичного и вторичного диспергирования, отличающееся тем, что дополнительно введено сопло с коаксиальным коническим сечением, установленное вдоль вертикальной оси, элемент первичного диспергирования выполняют коническим с закрепленными на его наружной поверхности группами взаимосвязанных перекрывающихся горизонтальных пластин, расположенных ступенчато на разных уровнях и асимметрично, а элементы вторичного диспергирования выполняют в виде проволочных сеток и устанавливают коаксиально к вертикальной оси. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что конический элемент первичного диспергирования с конусной вставкой устанавливают с возможностью перемещения по несущему стержню с помощью регулировочного винта. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что несущий стержень фиксируют коаксиально относительно оси сопла распорно-центрирующей втулкой. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что проволочные сетки выполняют в форме замкнутых сетчатых цилиндров или сетчатых конусов. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что угол при вершине сетчатого конуса лежит в пределах от 0 до 45^o.