ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ Российский патент 2004 года по МПК F28C3/06 

Изобретение относится к теплообменным аппаратам, предназначенным для осуществления непосредственного контактного взаимодействия воздуха и воды, приводящего к тепло- и массообмену между этими средами.

Известно устройство (а.с. СССР №442807, В 01 d 3/30, 1972 г.) для взаимодействия газа (пара) с кольцевым вращающимся слоем жидкости, содержащее контактный элемент, соосно установленные в верхней и нижней частях его патрубки ввода и вывода фаз, установленный тангенциально в контактном элементе патрубок для жидкости, верхний срез которого расположен на уровне нижнего среза верхнего патрубка для газа, при этом верхний патрубок снабжен обечайкой, образующей с ним кольцевой зазор и прикрепленной к верхнему краю контактного элемента, а внутренняя полость верхнего патрубка выполнена в виде расположенных по спирали ребер, кромки которых отогнуты в сторону контактного элемента.

Недостатками такого устройства являются:

- сложность конструкции;

- сложность обеспечения стационарности кольцевого вращения слоя жидкости.

Известен теплообменный аппарат (а.с. СССР №366331, F 28 с 3/06, 1970 г.) - ближайший аналог, содержащий корпус с патрубками подвода и отвода воды и воздуха, сепаратор и переливное устройство, при этом патрубок подвода воды, снабженный соплами, установлен под сепаратором, а переливное устройство соединено с нижней частью корпуса при помощи гибкого шланга.

Недостатком такого теплообменного аппарата является:

- необходимость применения нескольких аппаратов для обеспечения необходимого теплообмена (например, для охлаждения больших объемов воды воздухом, что требует больших площадей и объемов помещений для размещения нескольких аппаратов и усложняет их монтаж за счет необходимости подвода воздуха и воды к каждому аппарату и выводов взаимодействующих сред).

Задачей предлагаемого изобретения является создание теплообменного аппарата, пригодного для осуществления теплообмена между большими объемами воды и воздуха, обеспечивающего высокую эффективность теплообмена.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом теплообменном аппарате, содержащем корпус, патрубки ввода и вывода воды и воздуха, а также сепаратор и переливное устройство, где патрубок подвода воды установлен под сепаратором, над дном корпуса аппарата размещено несколько теплообменных элементов, каждый из которых снабжен закручивателем с лопатками, прикрепленными к кольцевой пластине, установленной на верхних кромках лопаток выхлопной трубы. Выхлопные трубы теплообменных элементов соединены с патрубком вывода воздуха из аппарата, причем верхние обрезы выхлопных труб расположены на 2-3 мм выше нижней стенки патрубка вывода воздуха из аппарата, а патрубок ввода воды в аппарат вмонтирован также в патрубок вывода воздуха из аппарата.

Такое решение поставленной задачи обеспечивает технический результат, заключающийся в создании достаточно простой конструкции теплообменного аппарата, позволяющего осуществлять интенсивный теплообмен между большими количествами воды и воздуха в одном аппарате за счет размещения в одном аппарате нескольких теплообменных элементов, в каждом из которых теплообмен между водой и воздухом происходит в двух ступенях - на закручивателях воздуха и в выхлопных трубах. При этом, в отличие от применения нескольких отдельных аппаратов для тех же целей, не требуется больших площадей для размещения и упрощает монтаж, т.к. нет необходимости в отдельной подводке воды и воздуха к каждому теплообменному элементу.

Анализ аналогов и прототипа заявляемого теплообменного аппарата показал, что предлагаемое техническое решение является новым. Новизна предлагаемого решения заключается в размещении в одном корпусе нескольких теплообменных элементов, установленных над дном корпуса, при этом каждый теплообменный элемент содержит закручиватель воздуха (в нем осуществляется первая ступень теплообмена), выхлопную трубу, по внутренней поверхности которой происходит ввод воды в теплообменный элемент, патрубок ввода воды установлен в патрубке вывода воздуха из аппарата, через выхлопную трубу воздух из закручивателя проходит в патрубок вывода воздуха из аппарата (в выхлопной трубе осуществляется вторая ступень теплообмена).

Таким образом, заявляемое техническое решение характеризуется новой совокупностью существенных признаков, дающих положительный эффект, и обладает признаком соответствия критерию “изобретательский уровень”.

На фиг.1 приведен предлагаемый теплообменный аппарат, на фиг.2 - разрез теплообменного элемента по А-А.

Теплообменный аппарат состоит из корпуса 1, патрубков ввода 2 и вывода 3 воздуха, патрубков ввода 4 и вывода 5 воды, сепаратора 6, переливного устройства 7, теплообменных элементов 8, установленных над дном 9 корпуса 1 на подставках 10. Теплообменные элементы 8 снабжены закручивателем воздуха 11, содержащим лопатки 12, закрепленные на кольцевой пластине 13, выхлопной трубой 14, верхние торцы 15 этих труб присоединены к патрубку вывода воздуха 3 через его нижнюю стенку 15, причем верхние торцы выхлопных труб 14 расположены на 2-3 мм выше этой стенки.

Теплообменный аппарат может работать в трех режимах: режиме охлаждения воды, режиме испарительного охлаждения воздуха, в режиме очистки воздуха от пыли.

В режиме охлаждения воды аппарат работает следующим образом. Охлаждаемая вода поступает через патрубок 4 в патрубок выхода воздуха 3. Как только уровень воды в выходном патрубке 3 превысит верхние обрезы 15 выхлопных труб 14, она будет стекать по внутренним поверхностям выхлопных труб и заполнит нижнюю часть корпуса 1 аппарата. Уровень воды, необходимый для работы аппарата, устанавливается с помощью переливного устройства 7. После этого в аппарат подается воздух через входной патрубок 2. Воздух омывает выхлопные трубы 14, охлаждая их, что приводит к небольшому охлаждению воды, сливающейся по их внутренним поверхностям, поступает в закручиватель 11 и, проходя между лопатками 12, значительно увеличивает свою скорость, закручивается, при этом образуются струи, создающие в закручивателе вихрь, который турбулизирует воду, поднимает с воды, находящейся в нижней части аппарата, мелкие капли. При этом теплообмен между вихревыми струями воздуха, турбулизированной водой и каплями осуществляется интенсивно, т.к. процесс теплообмена происходит в своеобразном “кипящем” (псевдоожиженном) слое. Кипящий слой, как известно (например, из книги Н.Н.Сыромятникова и др. “Теплообмен в кипящем слое”. М.: Химия, 1967) способствует более интенсивному тепломассообмену. Таким образом осуществляется первая ступень охлаждения воды. Из закручивателей 11 закрученные струи воздуха устремляются в выхлопные трубы 14, где вступают в теплообмен со стекающими по внутренним поверхностям тонкими слоями (пленками) воды, при этом происходит образование пенного слоя воды (газожидкостной эмульсии) за счет образования т.н. “шквальных волн”, в которых также осуществляется интенсивный процесс теплообмена (см., например, Дейч М.Е., Филиппов Г.А. “Гидродинамика двухфазовых сред”, М.: Энергия, 1981). Таким образом осуществляется вторая ступень охлаждения воды. Из выхлопных труб воздух поступает в выходной патрубок 3 и, пройдя через сепаратор 6, задерживающий уносимые воздухом капли влаги, удаляется из аппарата. Охлажденная вода через патрубок 5 поступает к потребителю (в технологическую схему). Уровень воды в аппарате поддерживается с помощью переливного устройства 7. Степень охлаждения воды зависит от соотношения масс и перепада температур между подающейся в аппарат водой и воздухом. При работе аппарата в режиме испарительного охлаждения воздуха процессы теплообмена между воздухом и водой происходят по аналогичной схеме, но при других соотношениях масс и температур воды и охлаждаемого воздуха.

При работе аппарата в режиме очистки воздуха от пыли происходит коагуляция частиц пыли, отбрасывание их на лопатки, откуда они смываются на дно аппарата и далее удаляются из аппарата через сливной патрубок 3, а очищенный воздух через выхлопные трубы 14 поступает в патрубок 3 выхода воздуха и далее проходит через сепаратор 6, где задерживаются уносимые воздухом капли влаги, поступает к потребителю. Вода в этом режиме работы аппарата расходуется в основном на подпитку аппарата.

Предлагаемый теплообменный аппарат по принципу действия, обеспечиваемому новой совокупностью существенных признаков, позволяет осуществлять интенсивный теплообмен больших объемов воды и воздуха в одном аппарате за счет размещения в нем нескольких теплообменных элементов.

Изобретение относится к контактным теплообменным аппаратам, предназначенным для работы в режимах охлаждения воды, испарительного охлаждения воздуха, в режиме очистки воздуха от пыли. Задачей изобретения является осуществление процесса теплообмена между большими количествами воды и воздуха, обеспечивающего высокую эффективность теплообмена. Задача решается тем, что в теплообменном аппарате, содержащем корпус с патрубками ввода и вывода воды и воздуха, сепаратор и переливное устройство, где патрубок ввода воды установлен под сепаратором, в корпусе аппарата над его дном размещены несколько теплообменных элементов, каждый из которых снабжен закручивателем воздуха с лопатками, закрепленными на кольцевой пластине, выхлопной трубой, установленной на верхних кромках лопаток, при этом выхлопные трубы теплообменных элементов присоединены к патрубку вывода воздуха из аппарата, причем верхние обрезы выхлопных труб расположены на 2-3 мм выше нижней стенки патрубка вывода воздуха из аппарата, а патрубок ввода воды в аппарат вмонтирован также в патрубок вывода воздуха из аппарата. 2 ил.

Теплообменный аппарат, содержащий корпус с патрубками ввода и вывода воды и воздуха, сепаратор и переливное устройство, причем патрубок ввода воды установлен под сепаратором, отличающийся тем, что в корпусе аппарата над его дном размещены несколько теплообменных элементов, каждый из которых снабжен закручивателем воздуха с лопатками, закрепленными на кольцевой пластине, выхлопной трубой, установленной на верхних кромках лопаток, при этом выхлопные трубы теплообменных элементов присоединены к патрубку вывода воздуха из аппарата, причем верхние обрезы выхлопных труб расположены на 2-3 мм выше нижней стенки патрубка вывода воздуха из аппарата, а патрубок ввода воды в аппарат вмонтирован также в патрубок вывода воздуха из аппарата.