ЭЖЕКТОРНЫЙ ОХЛАДИТЕЛЬ Российский патент 2000 года по МПК F28C3/06 

Изобретение относится к теплоэнергетике и холодильной технике, в частности к системам оборотного водоснабжения теплотехнических устройств и холодильных машин.

Известен распылительный тепломассообменный аппарат, включающий корпус с поддоном, воздухоподводящие и воздухоотводящие окна, эжекторный канал с размещенными в нем эжектирующими форсунками, обращенными выходными отверстиями вниз для распыла охлаждаемой воды, ороситель (контактный элемент), причем контактный элемент выполнен из эквидистантно установленных Г-образных перегородок, каждая из которых состоит из сплошных и сетчатых пластин [1].

Недостатком этого аппарата является то, что далеко не все крупные капли факела по всему сечению эжекторного канала дробятся сетчатыми пластинами. Часть капель проскакивает в отверстия пластин и взаимодействует с потоком воздуха, прошедшим через зазоры в пластинах, и попадает на поддон. Если этот зазор невелик, а угол наклона пластин близок к 90^o относительно оси факела (эжекторного канала), то сопротивление потоку газа достаточно большое. Но с увеличением зазора влияние сетчатых пластин на эффективность процесса тепло-массообмена снижается. Кроме того, вертикальные сплошные пластины, ориентированные в сторону распылителя (форсунки), практически тормозят поток, заставляя его двигаться в ограниченных по ширине каналах.

Известен контактный теплообменник, содержащий вертикальный корпус с влагосборником, верхним и нижним газовыми патрубками, в зоне между которыми установлены с образованием верхнего, нижнего и среднего ярусов жидкостные форсунки, причем отверстия форсунок верхнего и нижнего ярусов направлены навстречу друг другу, средние ярусы форсунок, расположенных у противоположных стенок корпуса, смещены один относительно другого по высоте, а выходные отверстия их форсунок выполнены в виде горизонтальных щелей [2].

Недостатком контактного теплообменника является то, что горизонтальное расположение факелов щелевых жидкостных форсунок не учитывает эффект гравитации, в результате чего факелы "сваливаются" к центру корпуса аппарата и жидкость проваливается (падает) вниз. Кроме того, в данном устройстве не используется энергии струи (факела) жидкости, которую можно было бы направить таким образом, чтобы струя (факел) ударялась бы о противоположную стенку корпуса или о преграду и образовывала мелкодисперсные "облака" и интенсифицировала бы теплообмен.

Цель изобретения - интенсификация тепло- и массообмена между водой и воздухом за счет увеличения межфазной поверхности контакта воды и воздуха и повышения турбулентности.

Поставленная цель достигается тем, что в эжекторном охладителе, содержащем корпус с поддоном, воздухоподводящее окно, эжекторный канал и сепарационную зону, образованные передней, задней и торцевыми стенками и продольной наклонной перегородкой, при этом в эжекторном канале размещены форсунки, обращенные выходными отверстиями вниз, и контактный тепломассообменный элемент выполнен в виде решетки, установленной перпендикулярно к оси факела основных форсунок, а под решеткой у торцевых стенок корпуса размещены две вспомогательные форсунки, оси выходных отверстий которых ориентированы под углом к горизонту, а также закреплены две ударные сетки, плоскости которых ориентированы перпендикулярно осям выходных отверстий вспомогательных форсунок, при этом вспомогательные форсунки размещены под углом к горизонту, лежащим в интервале 35 - 60.

Предлагаемое устройство представлено на фиг. 1, 2, 3. На фиг.1 изображено вертикальное сечение эжекторного охладителя. На фиг.2 - вид по А-А (с разворотом). На фиг. 3 - вид по В-В. Эжекторный охладитель по фиг. 1 содержит корпус 1 прямоугольного сечения с наклонной перегородкой 2, разделяющей корпус 1 на эжекторный канал 3 и сепарационную зону 4, окно 5 для ввода воздуха, эжектируемого основными форсунками 6, решетка 7 установлена перпендикулярно оси факела основных форсунок 6, ниже решетки 7, у торцевых стенок корпуса 1 размещены под углом α к горизонту вспомогательные форсунки 8, выходные отверстия которых направлены к центру эжекторного канала 3, а по центру эжекторного канала 3, на равном удалении от торцевых стенок корпуса 1, установлены ударные сетки 9, под которыми размещена направляющая сетка 10 с отверстием в центре, а у выхода сепарационной зоны 4 размещен каплеуловитель 11 над поддоном 12 для сбора охлажденной воды, имеющий патрубок-фильтр 13 для слива воды.

Работа эжекторного охладителя состоит в следующем. Охлаждаемую воду подают на основные форсунки 6, которые образуют в эжекторном канале 3 факел распыла, эжектирующий воздух из окна 5. Газожидкостный поток движется вниз, при этом происходит теплообмен через развитую поверхность капель. Крупные капли воды, ударяясь о наклонную перегородку 2, коэффициент перфорации которой Кп составляет 0.1 - 0.15, дробятся на мелкие капли, в результате чего резко обновляется поверхность контакта. Далее жидкостной поток, пройдя через отверстия решетки 7, попадает в пространство, где действуют вспомогательные форсунки 8, установленные под углом α = 35 - 60^o к горизонту. При этом охлаждаемая вода подается на вспомогательные форсунки 8 в количестве, не превышающем 5% от объема воды, подаваемой на эжекторный охладитель. Образуемые вспомогательными форсунками 8 факелы распыла ударяются в ударные сетки 9, в результате этого взаимодействия возникает "облако" мелкодисперсных брызг, которые взаимодействуют с основным газожидкостным потоком, замедляя падение капель воды и заставляя их "зависать". В результате увеличивается время взаимодействия воды и воздуха, поток турбулизируется, что способствует улучшению теплообмена. Далее поток проходит через центральное большое отверстие в направляющей сетке 10 и частично через мелкие отверстия в направляющей сетке 10, где снова происходит дробление капель. Поток продолжает двигаться вниз и, пройдя проход между зеркалом воды в поддоне 12 и нижней кромкой наклонной перегородки 2, выводится в сепарационную зону 4. Достигнув поддона 12, большая часть капель сепарируется при повороте потока воздуха на выходе из эжекторного канала 3. В сепарационной зоне 4 происходит выпадение самых мелких унесенных капель, так как скорость воздуха резко уменьшается и его несущая способность снижается. Капли воды поступают в поддон 12, из которого охлажденная вода удаляется через патрубок-фильтр 13. Поток увлажненного воздуха по сепарационной зоне 4 поднимается вверх и удаляется из эжекторного охладителя через каплеуловитель 11.

Эффективность охлаждения горячей воды в данном техническом решении обеспечивается прежде всего за счет применения в эжекторном канале 3 вспомогательных форсунок 8 и тепломассообменного блока, состоящего из решетки 7, ударных сеток 9 и направляющей сетки 10, причем площадь живого сечения решетки 7 - Fp и направляющей сетки 10 - Fc имеет соотношение Fp:Fc=1:3, а расстояние H между решеткой 7 и направляющей сеткой 10 может изменяться в интервале 150-350 мм. В результате обеспечивается сохранение гидродинамического напора и увеличивается время контакта фаз. Дополнительное охлаждение воды происходит более интенсивно за счет установленных наклонно ударных сеток 9. При ударе струй воды из вспомогательных форсунок 8 об ударные сетки 9 образуются мелкодисперсные "облака", которые способствуют увеличению времени контакта взаимодействующих фаз, турбулизируют газожидкостной поток и способствуют увеличению и обновлению поверхности контакта.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом обладает преимуществом в повышенной глубине охлаждения воды, более высокой плотности орошения, компактности. Как показали расчетные оценки и экспериментальные исследования, в предлагаемом изобретении снижение расхода электроэнергии на 1 м³ охлаждаемой воды составляет 10-15%.

В эжекторном канале, образованном стенкой корпуса и наклонной перегородкой, размещены форсунки, обращенные выходными отверстиями вниз, и контактный тепло- массообменный элемент. Контактный тепло- массообменный элемент выполнен в виде решетки, установленной перпендикулярно к оси факела форсунок. Под решеткой на стенке корпуса размещены две вспомогательные форсунки, оси выходных отверстий которых ориентированы под углом к горизонту, а также - две ударные сетки, плоскости которых ориентированы перпендикулярно осям выходных отверстий вспомогательных форсунок. При этом вспомогательные форсунки могут быть размещены под углом к горизонту, лежащим в интервале 35 - 60°. Использование изобретения позволит интенсифицировать тепло- и массообмен между водой и воздухом за счет увеличения поверхности контакта воды и воздуха и повышения турбулентности. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Эжекторный охладитель, содержащий корпус с поддоном, воздухоподводящее окно, сепарационную зону, контактный тепломассообменный элемент и форсунки, отличающийся тем, что корпус снабжен двумя вспомогательными форсунками, двумя ударными сетками, а также наклонной перегородкой с образованием эжекторного канала, в котором перпендикулярно к оси факела форсунок, обращенных выходными отверстиями вниз, установлен контактный тепло- массообменный элемент, выполненный в виде решетки, а под решеткой на стенке корпуса размещены две вспомогательные форсунки, оси выходных отверстий которых ориентированы под углом к горизонту, а также закреплены две ударные сетки, плоскости которых ориентированы перпендикулярно осям выходных отверстий вспомогательных форсунок. 2. Эжекторный охладитель по п.1, отличающийся тем, что вспомогательные форсунки размещены под углом к горизонту, лежащим в интервале 35 - 60^o.