КАПИЛЛЯРНЫЙ ВОДООХЛАДИТЕЛЬ Российский патент 2004 года по МПК F24F3/14 

Предлагаемое изобретение относится к энергомашиностроению, а именно к холодильной технике, и может быть использовано для охлаждения оборотной воды после теплообменной аппаратуры.

Известен водоохладитель, содержащий вытяжную башню с бассейном в нижней части с подводящими и отводящими трубопроводами, перегородками, оребренными тепловыми трубами, разбрызгивающими устройствами перед тепловыми трубами, закрытыми кожухами с жалюзийными отверстиями [1].

Недостатком известного устройства является необходимость использования для охлаждения воды холодильного агента-воздуха и потребность значительного количества энергии для перемещения потоков воды и воздуха.

Более близким к предлагаемому изобретению является устройство для утилизации низкопотенциального тепла жидкости, содержащее корпус с верхней и нижней крышками, штуцерами входа и выхода охлаждаемой жидкости, внутри которого помещены горизонтальные перегородки, разделяющие внутренний объем корпуса по высоте на ступени подъема и охлаждения и прикрепленные к внутренней поверхности корпуса, с отбортованными щелями (вертикальными перегородками, прикрепленными к щелям), образующими подъемные туннели, борта (вертикальные перегородки) направлены вниз, образуя между кромкой туннеля и нижеследующей горизонтальной перегородкой щель, достаточную для прохода жидкости; внутренняя полость подъемных туннелей заполнена пористой насадкой, часть которой возвышается над поверхностью верхней горизонтальной перегородки, а другая достигает верхней поверхности нижеследующей горизонтальной перегородки, причем поверхности горизонтальных и вертикальных перегородок покрыты или изготовлены из гидрофильного и гидрофобного материалов [2].

К недостаткам известного устройства относятся необходимость создания дорогих и громоздких укрепляющих конструкций для обеспечения устойчивого положения устройства в пространстве, обусловленная тем, что оптимальное значение параметров охлаждения достигается при его высоте 100 м и более, что усложняет конструкцию устройства, возможность образования зон разных величин давления по высоте устройства, обусловленное отсутствием сообщения межтуннельных пустот друг с другом и атмосферой и приводящее к прекращению движения жидкости, что снижает надежность работы устройства.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является упрощение конструкции и повышение надежности работы устройства.

Поставленная задача реализуется в капиллярном водоохладителе, включающем корпус с верхней и нижней крышками, штуцерами входа и выхода жидкости, внутри которого помещены горизонтальные перегородки и соединенные с ними вертикальные перегородки со щелями между своей нижней кромкой и плоскостью нижней горизонтальной перегородки, разделяющие полость корпуса на ступени подъема и охлаждения, изготовленные или покрытые гидрофильным и гидрофобным материалом и заполненные пористой насадкой, причем верхняя горизонтальная перегородка выполнена без щелей, а нижеследующие горизонтальные перегородки выполнены со щелями, вертикальные перегородки соединены поочередно через одну своей верхней или нижней кромкой с поверхностью близлежащей верхней или нижней горизонтальной перегородки с созданием щелей, попеременно расположенных у нижней или верхней горизонтальной перегородки соответственно, образуя таким образом между каждыми двумя близлежащими горизонтальными перегородками расположенные поочередно по ходу жидкости через одну n пустотелых ступеней образования свободной поверхности, n-1 ступеней охлаждения и одну ступень подъема и охлаждения, причем ступени охлаждения заполнены пористой насадкой так, что она частично выступает из верхних щелей, занимая верхнюю часть полости пустотелых ступеней образования свободной поверхности, которые соединены между собой по вертикали уравнительными трубками с отверстиями в верхней части каждой ступени, пропущенными через все горизонтальные перегородки, а верхняя крышка снабжена воздушным штуцером.

Техническим результатом изобретения является получение оптимальных параметров охлаждаемой воды путем многократного ступенчатого поднятия жидкости в капиллярах пористой насадки ступеней охлаждения, отекания ее по гидрофильной поверхности вертикальных перегородок на дно пустотелых ступеней и образования там свободной поверхности на каждой горизонтальной перегородке, многократного ступенчатого подъема в капиллярах пористой насадки ступеней охлаждения и подъема до самой верхней горизонтальной перегородки и создания одинакового давления во всем объеме аппарата.

На чертеже представлен предлагаемый капиллярный водоохладитель.

Капиллярный водоохладитель содержит корпус 1 с верхней и нижней крышками 2, снабженный штуцерами входа и выхода охлаждаемой жидкости, воздушным штуцером 3, 4, 5 соответственно, внутри которого размещены горизонтальные перегородки 6, вертикальные перегородки 7, делящие полость корпуса 1 между каждыми двумя близлежащими горизонтальными перегородками 6 на расположенные поочередно по ходу движения жидкости пустотелые ступени свободной поверхности 8, ступени охлаждения 9, ступени подъема и охлаждения 10, заполненные пористой насадкой 11 таким образом, что часть пористой насадки 11 находится в полости пустотелой ступени свободной поверхности 8, несколько выступая из щели ступени охлаждения 9 и возвышаясь над плоскостью горизонтальной перегородки 6, нижние поверхности горизонтальных перегородок 6 и поверхности вертикальных перегородок 7, фронтальные движению потока жидкости, покрыты гидрофобным материалом 12, остальные поверхности перегородок 6, 7 покрыты гидрофильным материалом 13, уравнительные трубки 14 пропущены через все горизонтальные перегородки 6 с отверстиями 15 в верхней части пустотелых ступеней свободной поверхности 8.

В основу работы предлагаемого капиллярного водоохладителя положен способ ступенчатого капиллярного подъема жидкости, сопровождающегося ее охлаждением за счет снижения теплосодержания поверхностного слоя и повышения давления за счет ее подъема на некоторую высоту, причем функцию капиллярных трубок в устройстве выполняет пористая насадка 11, помещенная в ступени охлаждения 9 и ступени охлаждения и подъема 10 [2, 3].

Капиллярный водоохладитель работает следующим образом. Оборотную воду после ее нагрева в теплообменной аппаратуре с температурой t_г через штуцер 3 подают в нижнюю, первую по ходу движения жидкости пустотелую ступень образования свободной поверхности 8 в количестве, достаточном для того, чтобы нижняя щель первой ступени 9 была затоплена; после чего начинается подъем этой воды за счет капиллярных сил по пористой насадке 11 на высоту h до гидрофобной поверхности вышеследующей горизонтальной перегородки 6, отталкивающей частицы воды, насыщение всех капилляров пористой насадки 11, часть которой выступает из верхней щели ступени охлаждения 9, соприкасаясь с гидрофильной поверхностью вертикальной перегородки 7, на которую за счет совместного воздействия сил притяжения гидрофильной поверхности вертикальной перегородки 7 и силы тяжести стекает вода, которая собирается на гидрофильной поверхности горизонтальной перегородки 6 ступени 8 с образованием свободной поверхности, снижая свое теплосодержание, а соответственно, и температуру на Δt°С, достигает нижней щели следующей ступени охлаждения 9, после чего процесс движения и охлаждения воды происходит аналогично вышеописанному во всех n-1 ступенях охлаждения 9 и n ступенях образования свободной поверхности 8; далее вода достигает нижней щели ступени охлаждения и подъема 10, поднимается за счет капиллярных сил по пористой насадке 11 на высоту h, растекается по гидрофильной поверхности пустотелой ступени 9 вышеследующей горизонтальной перегородки 6, снижая при этом свою температуру на Δt°С, достигает нижней щели первой по ходу движения жидкости ступени охлаждения 9, где процесс охлаждения и подъема происходит аналогично вышеописанному, до самой верхней горизонтальной перегородки 6, откуда вода, охлажденная до температуры t₀, поступает к потребителю. При этом параметры воды будут равны

t₀=N·n·Δt; (1)

H=N·h; (2)

где N - число горизонтальных перегородок 6, шт.;

n - общее количество ступеней охлаждения 9 и подъема 10 на одной горизонтальной перегородке 6, шт.

В то же время, в результате того, что все пустотелые ступени образования свободной поверхности 8 сообщаются друг с другом через уравнительные трубки 14 с отверстиями 15, а через воздушный штуцер 5 и с атмосферой, во всем объеме устройства устанавливается одинаковое давление, равное атмосферному, и вода беспрепятственно проходит через все ступени 8, 9, 10 на самую верхнюю горизонтальную перегородку 6 до выходного штуцера 4 и далее подается к потребителю.

Таким образом, предлагаемый капиллярный водоохладитель позволяет снизить высоту устройства по сравнению с известным в n раз, обеспечивая устойчивое положение его в пространстве без укрепляющих конструкций и поддерживает одинаковое давление во всем объеме аппарата, что упрощает конструкцию и повышает надежность работы устройства.

ЛИТЕРАТУРА

1. А.с. СССР №1760291, М. кл. 5 F 28 C 1/00, 1990.

2. Патент РФ №2161765, М. кл. 7 F 28 D 9/00, F 24 F 3/14, 2001.

3. Э.А. Мельвин-Хьюз. Физическая химия. Ч. 11. - М.: Иностр. лит-ра, 1962, 810 с.

Устройство предназначено для применения в энергомашиностроении, а именно в холодильной технике, а также может быть использовано для охлаждения оборотной воды после теплообменной аппаратуры. Капиллярный водоохладитель включает корпус с верхней и нижней крышками, штуцерами входа и выхода жидкости, внутри которого помещены горизонтальные перегородки и соединенные с ними вертикальные перегородки со щелями между своей нижней кромкой и плоскостью нижней горизонтальной перегородки, разделяющие полость корпуса на ступени подъема и охлаждения, изготовленные или покрытые гидрофильным и гидрофобным материалом и заполненные пористой насадкой, причем верхняя горизонтальная перегородка выполнена без щелей, а нижеследующие горизонтальные перегородки выполнены со щелями, вертикальные перегородки соединены поочередно через одну своей верхней или нижней кромкой с поверхностью близлежащей верхней или нижней горизонтальной перегородки с созданием щелей, попеременно расположенных у нижней или верхней горизонтальной перегородки соответственно, образуя таким образом между каждыми двумя близлежащими горизонтальными перегородками расположенные поочередно по ходу жидкости через одну n пустотелых ступеней образования свободной поверхности, n-1 ступеней охлаждения и одну ступень подъема и охлаждения, причем ступени охлаждения заполнены пористой насадкой так, что она частично выступает из верхних щелей, занимая верхнюю часть полости пустотелых ступеней образования свободной поверхности, которые соединены между собой по вертикали уравнительными трубками с отверстиями в верхней части каждой ступени, пропущенными через все горизонтальные перегородки, а верхняя крышка снабжена воздушным штуцером. Изобретение позволяет упростить конструкцию капиллярного водоохладителя и повысить надежность его работы. 1 ил.

Капиллярный водоохладитель, включающий корпус с верхней и нижней крышками, штуцерами входа и выхода жидкости, внутри которого помещены горизонтальные перегородки и соединенные с ними вертикальные перегородки со щелями между своей нижней кромкой и плоскостью нижней горизонтальной перегородки, разделяющие полость корпуса на ступени подъема и охлаждения, изготовленные или покрытые гидрофильным и гидрофобным материалом и заполненные пористой насадкой, отличающийся тем, что верхняя горизонтальная перегородка выполнена без щелей, а нижеследующие горизонтальные перегородки выполнены со щелями, вертикальные перегородки соединены поочередно через одну своей верхней или нижней кромкой с поверхностью близлежащей верхней или нижней горизонтальной перегородки с созданием щелей, попеременно расположенных у нижней или верхней горизонтальной перегородки, соответственно, образуя таким образом между каждыми двумя близлежащими горизонтальными перегородками расположенные поочередно по ходу жидкости через одну n пустотелых ступеней образования свободной поверхности, n-1 ступеней охлаждения и одну ступень подъема и охлаждения, причем ступени охлаждения заполнены пористой насадкой так, что она частично выступает из верхних щелей, занимая верхнюю часть полости пустотелых ступеней образования свободной поверхности, которые соединены между собой по вертикали уравнительными трубками с отверстиями в верхней части каждой ступени, пропущенными через все горизонтальные перегородки, а верхняя крышка снабжена воздушным штуцером.