ГИДРОКАЛОРИФЕР Российский патент 2007 года по МПК F24F5/00 

Изобретение относится к вентиляционной технике, а именно к устройствам для нагрева воздуха за счет скрытой теплоты льдообразования воды.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является аппарат с подвижной насадкой, известный из книги А.А.Русанова. Справочник по пыле- и золоулавливанию. М., Энергоатомиздат, 1983 г., стр.104, рис.4.23 (прототип), содержащий шахту с патрубками для входа наружного воздуха и выхода приточного воздуха и водоразбрызгивающую систему.

Недостатком прототипа является сравнительно невысокая эффективность процесса нагрева холодного наружного воздуха.

Технический результат - повышение эффективности процесса нагрева холодного наружного воздуха.

Это достигается тем, что в гидрокалорифере, содержащем шахту с патрубками для входа наружного воздуха и выхода приточного воздуха и водоразбрызгивающую систему, патрубок для входа наружного воздуха расположен в нижней части шахты, в которой расположен поддон с перфорированной решеткой и теплообменником, расположенным под решеткой и подсоединенным к входной и выходной магистралям системы сбросных технологических вод предприятия, а вода подается из поддона насосом в напорный водопровод, подающий ее в коллекторы водоразбрызгивающей системы с форсунками камеры орошения, расположенными соответственно до и после каплеуловителя, расположенного в верхней части шахты, а в патрубке для выхода приточного воздуха расположен калорифер дополнительного нагрева воздуха до температуры приточного воздуха, который вентилятором подается в приточную вентиляционную систему.

На чертеже изображен общий вид гидрокалорифера.

Гидрокалорифер содержит шахту 1 с патрубками 13 и 14 соответственно для входа наружного воздуха с минусовой температурой -t_н°C и выхода приточного воздуха с температурой +t_п°C. Наружный воздух входит в шахту 1 через патрубок 13, навстречу ему из форсунок 2 камеры орошения разбрызгивается вода. При контакте с воздухом вода, замерзая, отдает ему свою явную и скрытую теплоту и в виде шуги и мокрого снега 8 оседает на перфорированную решетку 15 поддона 16, в котором, под решеткой 15, расположен теплообменник 12, подсоединенный к входной 9 и выходной 10 магистралям системы сбросных технологических вод предприятия. Насосом 11 вода подается из поддона 16 в напорный водопровод 7, подающий ее в коллекторы с форсунками 2 и 4, расположенными соответственно до и после каплеуловителя 3. Нагретый воздух проходит каплеуловитель 3, догревается в водяном или паровом калорифере 5 до температуры приточного воздуха +t_п°C и вентилятором 6 подается в приточную вентиляционную систему.

Гидрокалорифер работает следующим образом.

Наружный воздух с отрицательными температурами t_н входит в шахту 1 через нижний патрубок 13, а навстречу ему из форсунок 2 разбрызгивается вода. При контакте с воздухом вода, замерзая, отдает ему свою явную и скрытую теплоту и в виде шуги и мокрого снега 8 оседает на перфорированной решетке 15 поддона 16, в котором расположен теплообменник 12. Нагретый воздух проходит каплеуловитель 3, догревается в водяном или паровом калорифере 5 до температуры приточного воздуха +t_п°С и вентилятором 6 подается в приточную вентиляционную систему (на чертеже не показано).

Отходы гидрокалорифера, мокрый снег и шуга легко удаляются водой. Но особенно перспективно использование теплоты сбросных технологических вод предприятия для растапливания отходов непосредственно в поддоне теплообменником 12. Тогда насосом 11 можно замкнуть тракт орошающей воды и сделать гидрокалорифер безотходным.

Наиболее благоприятные условия тепло- и массообмена между воздухом и водой связаны с временем их контакта, а длительность его обусловлена максимальной взвешенностью капель в воздушном потоке, что диктует необходимость противоточной схемы движения воздуха снизу вверх, а движение капель воды сверху вниз. Наиболее высокий термический КПД установки достигается при одном ряде водораспыляющих форсунок с диаметром выходного отверстия 2 мм и скорости восходящего потока 1-1,5 м/с.

Исследования показали, что воздух нагревается за счет скрытой теплоты льдообразования воды, но при строгом соблюдении теплового режима в камере орошения.

Скорость нагреваемого воздуха обусловлена необходимостью взвешивания в потоке капелек воды преобладающей крупности, но не более 3,5 м/с.

На процесс нагрева воздуха оказывают значительное влияние также его температура и степень орошения. Чем ниже t_н, тем выше термический КПД гидрокалорифера, что и предопределяет целесообразность применения последнего для условий климата с низкими и продолжительными по времени температурами наружного воздуха.

Полностью использовать теплоту замерзания воды невозможно, поскольку водяные капли имеют различный дисперсный состав, а следовательно, разное время нахождения в потоке воздуха. Часть воды в виде крупных капель быстро пройдет зону контакта с воздухом, часть окажется на стенках камеры орошения. По этим причинам коэффициент орошения в гидрокалорифере достаточно высок - до 0,3 кг/кг. Кроме нагрева воздуха необходима также вода, поступающая из форсунок 4, для смачивания пластин каплеуловителя 3, смыва льда со стенок воздухе проводящего канала и удаления мокрого снега из поддона установки в открытый водоем.

Для предупреждения уноса капель воздушным потоком выше водораспределяющих форсунок 2 устанавливают пластинчатый каплеуловитель 3. Его оптимальные параметры: угол наклона пластин - 90°, расстояние между пластинами - 20 мм, радиус изгиба пластин - 5 мм, скорость прохода воздуха - 4-6 м/с, отношение расстояния между пластинами к расстоянию между их изгибами - 1:5.

Гидрокалорифер обеспечивает нагрев холодного наружного воздуха до температуры 0,2-1°С, при этом можно достичь экономии топливной энергии на 25-40% при следующих параметрах: объем нагреваемого воздуха 936000 м³/ч; скорость движения воздуха 3 м/с; вода подается из открытого водоема с расходами: для работы форсунок орошения - 59 м³/ч, для орошения каплеуловителей 25 м³/ч, для смыва шуги и мокрого снега из поддона камеры - 51 м³/ч.

Таким образом, найдены оптимальные параметры гидрокалорифера для промышленных приточных вентсистем: скорость движения воздуха в камере орошения до 3 м/с; крупность капель воды - до 300 мкм; коэффициент орошения - 0,03-0,2 кг/кг; конечная температура нагрева - ±1,0°С; тип форсунки - ШФ 9/5; давление воды перед форсункой - не меньше 2 атм. Область применения распространяется на регионы со среднемесячными температурами t_н<-10°С.

Конструкция гидрокалорифера обладает рядом технико-экономических достоинств.

Сравнительно несложными системами автоматики производительность насоса 11 легко увязать с температурой наружного воздуха и тем самым обеспечить подачу только необходимых для обработки воздуха объемов орошающей воды.

Гидрокалорифер полностью покрывает отрицательные температуры, оставляя на долю теплового калорифера 5 стабильный диапазон температур 0...+t_п. Это позволяет применять калориферы небольшой тепловой производительности, работающие в постоянном тепловом режиме с высоким КПД.

Нагрев воды до 0°С позволяет повысить ее влагосодержание и относительную влажность внутренней атмосферы. В орошающую воду легко ввести дезинфицирующие добавки, одоранты. Дробление воды на мелкие капли сопровождается образованием и насыщением воздуха отрицательными ионами, благотворно влияющими на человека.

Отходы гидрокалорифера безвредны по отношению к окружающей среде, а весной естественным путем превращаются в воду.

Чем ниже и продолжительнее зимние температуры наружного воздуха, тем экономичнее становится использование гидрокалорифера.

Изобретение предназначено для нагрева воздуха за счет скрытой теплоты льдообразования воды и может быть использовано в вентиляционной технике. Гидрокалорифер содержит шахту с патрубками для входа наружного воздуха и выхода приточного воздуха и водоразбрызгивающую систему. Патрубок для входа наружного воздуха расположен в нижней части шахты, в которой расположен поддон с перфорированной решеткой и теплообменником, расположенным под решеткой и подсоединенным к входной и выходной магистралям системы сбросных технологических вод предприятия. Вода подается из поддона насосом в напорный водопровод, подающий ее в коллекторы водоразбрызгивающей системы с форсунками камеры орошения, расположенными соответственно до и после каплеуловителя, расположенного в верхней части шахты. В патрубке для выхода приточного воздуха расположен калорифер дополнительного нагрева воздуха до температуры приточного воздуха, который вентилятором подается в приточную вентиляционную систему. Изобретение обеспечивает повышение эффективности процесса нагрева холодного наружного воздуха. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Гидрокалорифер, содержащий шахту с патрубками для входа наружного воздуха и выхода приточного воздуха и водоразбрызгивающую систему, отличающийся тем, что патрубок для входа наружного воздуха расположен в нижней части шахты, в которой расположен поддон с перфорированной решеткой и теплообменником, расположенным под решеткой и подсоединенным к входной и выходной магистралям системы сбросных технологических вод предприятия, а вода подается из поддона насосом в напорный водопровод, подающий ее в коллекторы водоразбрызгивающей системы с форсунками камеры орошения, расположенными соответственно до и после каплеуловителя, расположенного в верхней части шахты, а в патрубке для выхода приточного воздуха расположен калорифер дополнительного нагрева воздуха до температуры приточного воздуха, который вентилятором подается в приточную вентиляционную систему.2. Гидрокалорифер по п.1, отличающийся тем, что он обеспечивает нагрев холодного наружного воздуха до температуры 0,2-1°С, при следующих параметрах: скорость движения воздуха в камере орошения до 3 м/с; крупность капель воды - до 300 мкм; коэффициент орошения - 0,03-0,2 кг/кг; давление воды перед форсункой - не менее 2 атм.