ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ Российский патент 2009 года по МПК F28C3/06 

Изобретение относится к теплообменным аппаратам, предназначенным для осуществления взаимодействия воздуха и воды (либо иной жидкости), приводящего к теплообмену между этими средами.

Известен теплообменный аппарат (патент РФ №2227882, F28C 3/06, 2004 г.), содержащий корпус с патрубками вывода воды и воздуха, сепаратор и переливное устройство, а 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.

Недостатком такого теплообменного аппарата является невозможность его использования для охлаждения воды (или иной жидкости), непосредственный контакт которой с воздухом невозможен по технологическим или иным условиям, например, при использовании теплообменника в качестве конденсатора хладоагента холодильной машины, либо жидкости, содержащей химические вещества, контакт которых с воздухом приводит к образованию токсичных веществ.

Известен теплообменный аппарат (патент РФ №2287753, 2006 г.) - ближайший аналог, содержащий корпус с патрубками ввода и вывода воды и воздуха, сепаратор, переливное устройство, несколько теплообменных элементов, размещенных над дном корпуса, при этом каждый теплообменный элемент снабжен закручивателями воздуха с лопатками, закрепленными на кольцевой пластине, выхлопной трубой, установленной на верхних кромках лопаток, причем выхлопные трубы теплообменных элементов присоединены к патрубку вывода воздуха из аппарата, а в нижних частях выхлопных труб теплообменных элементов размещены теплообменники, патрубки входа воды которых присоединены к вводу охлаждаемой воды в аппарат, а патрубки выхода воды присоединены к выводу охлаждаемой воды из аппарата, вмонтированному в патрубок вывода воздуха из аппарата.

Недостатком такого теплообменного аппарата является то обстоятельство, что эффективность повышения теплообмена использована не полностью при больших объемах теплообменных сред.

Задачей предлагаемого изобретения является создание теплообменного аппарата, пригодного для осуществления теплообмена между большим объемом теплообменивающихся сред без их непосредственного контакта, обеспечивающего при этом более высокую, чем в аналогах эффективность теплообмена.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом теплообменнике, содержащем корпус с патрубками ввода и вывода воды и воздуха, сепаратор, переливное устройство, несколько теплообменных элементов, размещенных над дном корпуса, при этом каждый из теплообменных элементов снабжен закручивателями воздуха с лопатками, закрепленными на кольцевой пластине, выхлопной трубой, установленной на верхних кромках лопаток, причем выхлопные трубы присоединены к патрубку вывода воздуха из аппарата, патрубки ввода и вывода охлаждаемой воды вмонтированы в патрубок вывода воздуха из аппарата, а в нижних частях выхлопных труб теплообменных элементов размещены теплообменники, внутри верхней части каждой из выхлопных труб соосно установлены полые цилиндры, диаметры которых значительно меньше диаметров выхлопных труб, к их внешним поверхностям прикреплены винтообразные лопасти, плотно прилегающие своими торцами к внутренним поверхностям выхлопных труб, цилиндры соединены с патрубками ввода охлаждаемой воды входными патрубками, вмонтированными в крышки цилиндров, а патрубками, вмонтированными в дно, соединены с входными патрубками теплообменников, размещенных в нижних частях выхлопных труб, выходные патрубки этих теплообменников соединены трубами, закрепленными в дне и крышках цилиндров, проходящими через цилиндры и присоединенными к патрубку вывода охлажденной воды из аппарата.

Такое решение поставленной задачи обеспечивает технический результат, заключающийся в создании достаточно простой конструкции теплообменного аппарата, позволяющего значительно выше по интенсивности теплообмена, чем у аналогов осуществлять охлаждение воды (либо иной жидкости) за счет организации дополнительной ступени охлаждения воды (жидкости) в полых цилиндрах, оснащенных винтообразными лопастями, установленных в верхних частях выхлопных труб.

Анализ аналогов показал, что предлагаемое техническое решение является новым. Новизна предлагаемого решения заключается в организации дополнительной ступени теплообмена в полых цилиндрах, установленных в верхних частях выхлопных труб, оснащенных винтообразными лопастями, прикрепленными к поверхностям цилиндров; лопасти плотно прилегают торцами к внутренним поверхностям выхлопных труб, создавая, таким образом, винтообразный проход для охлаждающего воздуха, увеличивая тем самым площадь контакта воздуха с поверхностью цилиндра (за счет лопастей).

Таким образом, заявляемое техническое решение характеризуется новой совокупностью существенных признаков, дающих положительный эффект, и обладает признаками соответствия критерию «изобретательский уровень».

На фиг.1 приведен предлагаемый теплообменный аппарат, на фиг.2 - разрез теплообменного элемента по А-А, на фиг.3 - разрез верхней части выхлопной трубы по Б-Б.

Теплообменный аппарат состоит из корпуса 1, патрубков ввода 2 и вывода 3 воздуха, патрубков ввода 4 и вывода 5 охлаждаемой воды, сепаратора 6, переливного устройства 7, теплообменных элементов 8, установленных над дном 9 корпуса 1 на подставках 10. Теплообменные элементы 8 снабжены закручивателями воздуха 11, содержащими лопатки 12, установленные на кольцевых пластинах 13, выхлопных труб 14, верхние концы которых 15 присоединены к патрубку вывода 3 воздуха через его нижнюю стенку 16. Патрубок 17 предназначен для подачи воды в аппарат из водопровода. В нижних частях выхлопных труб 14 размещены теплообменники 18, оснащенные патрубками входа 19 и выхода 20 охлаждаемой воды. Патрубок 21 служит для слива воды из аппарата. В верхних частях выхлопных труб 14 размещены полые цилиндры 22 с винтообразными лопастями 23. Цилиндры 22 соединены с патрубками ввода 4 охлаждаемой воды входными патрубками 24, вмонтированными в крышки 25 цилиндров 22, а патрубки вывода 26 цилиндров 22, закрепленные в их дне, соединены с входными патрубками 19 теплообменников 18. Выходные патрубки 20 теплообменников 18 соединены с трубами 27, проходящими через цилиндры 22 и закрепленными в дне и крышке цилиндра и присоединены к патрубкам 5 вывода охлаждаемой воды из аппарата.

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

В режиме охлаждения воды аппарат работает следующим образом. Через патрубок 17 в аппарат подается вода из водопровода. Уровень воды в аппарате поддерживается с помощью переливного устройства 7. Затем в аппарат подается воздух через входной патрубок 2. Воздух поступает на закручиватели 11 и, проходя между лопатками 12, значительно увеличивает свою скорость, закручивается, при этом в закручивателе 11 образуются струи, создающие вихрь, который турбулизирует воду, создавая своеобразный «кипящий» (псевдоожиженный) слой, который захватывает пространство в нижней части выхлопных труб 14, в которых размещены теплообменники 18, а далее насыщенный практически до 100% влагой воздух поступает в верхнюю часть выхлопных труб 14, где размещены полые цилиндры 22 с винтообразными лопастями 23, закрепленными на их внешних поверхностях и контактирующие плотно с внутренними поверхностями выхлопных труб 14, образуя, таким образом, винтовой проход для поступающего из нижних частей выхлопных труб воздуха. Обильно увлажненный воздух при контакте с винтообразными лопастями (значительно увеличивающих поверхность контакта с воздухом) и поверхностью цилиндров 22 интенсивно охлаждает последние и протекающую по ним воду (либо иную жидкость). Так осуществляется первая ступень охлаждения воды при подаче охлаждаемой воды в патрубок 4 (откуда она попадает через патрубки 24 в цилиндры 22). Далее вода через патрубки 26 и 19 попадает в теплообменники 18, омываемые «кипящим» слоем, в котором все процессы, в том числе и теплообмен, происходят более интенсивно, что известно, например, из книги Н.Н.Сыромятникова. Теплообмен в кипящем слое. М., Химия, 1967. Затем охлаждаемая вода через патрубки 20 и трубы 27 поступает в патрубок 5 вывода охлаждаемой воды из аппарата. Так осуществляется вторая ступень охлаждения воды. Воздух, прошедший через выхлопные трубы 14, в которых размещены теплообменники 18 и цилиндры 22 попадает в патрубок 3 вывода воздуха и, пройдя через сепаратор 6, выходит из аппарата.

Таким образом, в теплообменном аппарате осуществляется интенсивное двухступенчатое охлаждение больших объемов воды (за счет размещения в одном аппарате нескольких теплообменных элементов) без непосредственного контакта охлаждаемой воды (либо иной жидкости) с воздухом, подаваемым в аппарат также в больших объемах.

При работе аппарата в режиме испарительного охлаждения воздуха осуществляется процесс теплообмена между воздухом и водой при определенных 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 12 закручивателя воздуха 11, откуда они смываются на дно 9 аппарата и удаляются из него через сливной патрубок 21, а очищенный от пыли воздух через выхлопные трубы 14 поступает в выходной патрубок 3 и далее, проходя через сепаратор 6, где задерживаются унесенные воздухом капли влаги, поступает к потребителю. Задержанные сепаратором 6 капли влаги и скопившийся на дне патрубка 3 конденсат сливаются в переливное устройство 7.

Предлагаемый теплообменный аппарат является промышленно применимым, так как включает в себя действующее устройство по патенту РФ №2287753, а монтаж полых цилиндров с винтообразными лопастями в верхних частях выхлопных труб теплообменников не представляет технических трудностей.

Предлагаемый теплообменный аппарат по принципу действия, обусловленному новой совокупностью существенных признаков, позволяет осуществлять более интенсивный (по сравнению с аналогом) двухступенчатый теплообмен между большими объемами воды и воздуха без непосредственного контакта этих сред.

Изобретение относится к теплообменным аппаратам, предназначенным для осуществления взаимодействия больших объемов теплообменивающихся сред без их непосредственного контакта. Первая ступень взаимодействия осуществляется в полых цилиндрах, оснащенных винтообразными лопастями и расположенных в верхних частях выхлопных труб теплообменных элементов. Вторая ступень охлаждения воды осуществляется в теплообменниках, расположенных в нижних частях выхлопных труб и омываемых «кипящим» слоем подаваемой из водопровода воды, который создается с помощью закручивателей воздуха, размещенных в теплообменных элементах над дном аппарата. Вход и выход охлаждаемой воды из аппарата осуществляется через патрубки, вмонтированные в воздушный выходной патрубок, на выходе которого установлен сепаратор (каплеотделитель). Техническим результатом изобретения является осуществление теплообмена между большим объемом теплообменивающихся сред без их непосредственного контакта, при этом обеспечивается высокоэффективная двухступенчатая теплопередача от воздуха к воде. 3 ил.

Теплообменный аппарат, содержащий корпус с патрубками ввода и вывода воды и воздуха, сепаратор, переливное устройство, несколько теплообменных элементов, размещенных над дном корпуса, при этом каждый из теплообменных элементов снабжен закручивателями воздуха с лопатками, закрепленными на кольцевой пластине, выхлопной трубой, установленной на верхних кромках лопаток, причем выхлопные трубы присоединены к патрубку вывода воздуха из аппарата, патрубки ввода и вывода охлаждаемой воды из аппарата вмонтированы в патрубок вывода воздуха из аппарата, а в нижних частях выхлопных труб теплообменных элементов размещены теплообменники, отличающийся тем, что внутри верхней части каждой из выхлопных труб соосно установлены полые цилиндры, диаметры которых значительно меньше диаметров выхлопных труб, к их внешним поверхностям прикреплены винтообразные лопасти, плотно прилегающие своими торцами к внутренним поверхностям выхлопных труб, цилиндры соединены с патрубками ввода охлаждаемой воды входными патрубками, вмонтированными в крышки цилиндров, а патрубки, вмонтированные в дно, соединены с входными патрубками теплообменников, размещенных в нижних частях выхлопных труб, выходные патрубки этих теплообменников соединены с трубами, закрепленными в дне и крышках цилиндров, проходящими через цилиндры и присоединенными к патрубку вывода охлажденной воды из аппарата.