УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ВОЗДУХА В АППАРАТАХ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ Российский патент 2017 года по МПК F28C1/00 

Область техники

Решение относится к аппаратам воздушного охлаждения (АВО) и может быть использовано для конденсации или охлаждения теплоносителя на электростанциях, предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности.

Уровень техники

Конструкции известных АВО в той или иной степени способствуют интенсификации процессов теплового обмена в основном за счет увеличения поверхности теплообмена, путем улучшения распределения воздуха или теплоносителя внутри АВО. Однако проблема охлаждения или конденсации теплоносителя в летний период в условиях жаркого климата при температуре окружающего воздуха, достигающей отметки выше 30°C, как следует из уровня техники, не решена. Если теплоноситель, подаваемый в АВО на охлаждение или конденсацию, имеет температуру 30-300°C, а температура поступающего для охлаждения теплоносителя воздуха возрастает в летний период, то эффективность работы АВО снижается.

Известны аппараты воздушного охлаждения (АВО), производимые по ГОСТ Р 51364-99. Аппарат воздушного охлаждения (далее - аппарат) представляет собой теплообменный аппарат, состоящий из следующих основных частей: теплообменной поверхности (теплообменная секция); системы подачи воздуха, включающей вентилятор с приводом от электродвигателя, диффузор с коллектором; опорной металлоконструкции.

Дополнительно аппараты могут быть оснащены увлажнителем воздуха, необходимым для снятия пиковых нагрузок в летнее время.

Недостатком данного АВО является низкая эффективность испарения воды в потоке входящего в АВО воздуха, а следовательно, и низкая степень охлаждения воздуха. Для сбора неиспарившейся в воздухе воды предусмотрен бассейн под конструкцией АВО. Неиспарившаяся влага вместе с воздухом попадает на теплообменники и при испарении на поверхности теплообменника образует соли. Как следствие ухудшается теплообмен и снижается эффективность работы АВО.

Известен аппарат воздушного охлаждения с системой водяного орошения, применяемой при высоких температурах окружающего воздуха, конструкция которого принята за прототип (патент № RU 2200907, класс F24F 3/14, опубликованный 20 марта 2003 года). Между опорами и на нижней плоскости блока теплообменников установлена рама с металлической сеткой и фильтрующим полотном. Металлическая сетка электрически соединена с теплообменными трубами, водометные стволы направлены сверху вниз и из центра к периметру, расположены на каждой стороне в ряд зигзагом, к водометным стволам присоединен воздушный компрессор, по периметру пола проложен лоток с водой.

Направление водометного ствола сверху вниз и из центра к периметру обеспечивает увлажнение вертикальных фильтрующих полотен, движение водяных частиц навстречу воздушному потоку. Фильтрующее полотно, установленное на нижней плоскости блока теплообменников, улавливает мелкие частицы воды. Здесь происходит испарение воды под действием воздушного потока.

Недостатком данного АВО является низкая эффективность испарения воды с увлажненных фильтрующих полотен в потоке входящего в АВО воздуха, а следовательно, и низкая степень охлаждения воздуха. Для сбора неиспарившейся в воздухе воды предусмотрен специальный лоток по периметру АВО. Фильтрующее полотно повышает сопротивление воздуха на входе в АВО и, как следствие, снижается объем поступающего в АВО воздуха. С уменьшением объема воздуха снижается общая эффективность теплообмена АВО. Необходимы дополнительные затраты на постоянную очистку фильтрующего полотна.

Технической задачей является повышение эффективности работы АВО в условиях жаркого климата. Техническим результатом является улучшение взаимодействия воздуха с теплоносителем.

Раскрытие решения

Указанный технический результат достигается тем, что используется устройство для охлаждения или конденсации теплоносителя, включающее корпус, вентиляционный элемент, теплообменник, отличающееся тем, что перед отверстиями в корпусе для забора воздуха снаружи расположен, по крайней мере, один элемент для распыления воды, выполненный в виде замкнутого контура с равномерно расположенными по длине контура форсунками для распыления воды и жестко соединенный с корпусом или закрепленный на общем основании с корпусом. Контур может представлять собой две полые трубки, соединенные в верхней и нижней частях таким образом, чтобы обеспечить движение жидкости по ним в одном направлении для создания однородного давления между форсунками. Форсунки изготавливают с диаметром не более 3 мм. А в контуре создают давление порядка 80 атм.

При создании устройства выполняется ряд элементов для распыления воды, расположенных по периметру устройства для создания сплошной туманно-образной завесы и соединенных между собой трубопроводом с независимым источником воды. При этом каждый элемент для распыления воды выполняют с краном для независимого отключения от трубопровода и с возможностью замены без прекращения работы остальных элементов для распыления воды. Техническое решение позволяет повысить эффективность работы АВО в условиях жаркого климата за счет создания условий принудительного охлаждения поступающего в АВО воздуха. Другими словами в результате установки испарительной системы на входе воздуха в АВО появилась возможность повысить способность воздуха охладиться за счет испарения влаги, распыляемой вихревыми форсунками во входящем в АВО воздухе. По сравнению с прототипом изобретение позволяет отделить процесс охлаждения воздуха от процесса охлаждения теплоносителя. Сначала на входе в АВО за счет создания форсунками, распыляющими воду, туманообразующей завесы, достигается максимально возможное испарение микроскопических капелек воды без осаждения их на конструкциях АВО и охлаждение поступающего в АВО горячего воздуха. Затем внутри АВО в результате повышенного теплообмена теплоносителя через теплообменник с поступающим потоком воздуха, охлажденного на входе в АВО, осуществляется охлаждение или конденсация теплоносителя. Таким образом, обеспечивается более высокая эффективность работы АВО в условиях жаркого климата. Посредством того, что система испарительных трубчатых элементов размещена снаружи, заявляемое техническое решение позволяет обеспечить доступ к форсункам, предназначенным для распыления холодной воды, и тем самым упростить обслуживание АВО. Кроме того, испарительная система кольцевого типа с наружным положением трубчатых элементов в виде колец позволяет произвести обслуживание и ремонт форсунок одного из элементов без отключения всей системы, а также без остановки АВО.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 изображено устройство охлаждения (конденсации) теплоносителя в изометрии и схематично показаны элементы для распыления воды.

На фиг. 2 изображена схема расположения элементов для испарения воды вокруг устройства.

На фиг. 3 изображен элемент для распыления воды.

Осуществление решения

Техническое решение позволяет повысить эффективность работы АВО в условиях жаркого климата за счет создания условий принудительного охлаждения поступающего в устройство воздуха. Другими словами в результате установки испарительной системы (элементов для испарения воды) на входе воздуха в устройство появилась возможность повысить способность воздуха охладиться за счет испарения влаги, распыляемой форсунками во входящем в устройство воздухе. По сравнению с прототипом изобретение позволяет отделить процесс охлаждения воздуха от процесса охлаждения теплоносителя. Сначала на входе в устройство за счет создания форсунками, распыляющими воду, туманно-образной завесы достигается максимально возможное испарение микроскопических капелек воды без осаждения их на конструкциях АВО и охлаждение поступающего в устройство горячего воздуха. Затем внутри устройства в результате повышенного теплообмена теплоносителя через теплообменник с поступающим потоком воздуха, охлажденного на входе в устройство, осуществляется охлаждение или конденсация теплоносителя. Таким образом, обеспечивается более высокая эффективность работы устройства в условиях жаркого климата. Посредством того, что система испарительных трубчатых элементов размещена снаружи, заявляемое техническое решение позволяет обеспечить доступ к форсункам, предназначенным для распыления холодной воды, и тем самым упростить обслуживание устройства. Кроме того, испарительная система с наружным расположением элементов для испарения воды позволяет произвести обслуживание и ремонт форсунок одного из элементов без отключения всей системы, а также без остановки устройства

Устройство содержит корпус 1 с окнами или открытыми проемами (отверстиями) для входа воздуха, вентиляционную систему 2 с комплектом теплообменников 3. Снаружи по периметру АВО подвешены соединенные в контур полые трубки, образующие элемент для испарения воды испарителя 4, связанные между собой с образованием замкнутой системы трубопроводом 5 для подачи воды из источника 6. Трубчатые части 5 элемента 4 расположены в проемах воздухозаборных окон и снабжены форсунками 7. Форсунки 7 установлены равномерно по периметру каждого элемента 4.

Устройство работает следующим образом. Теплоноситель, подлежащий охлаждению или конденсации, подают в теплообменник 3. По трубопроводу системы 5 к элементу 4 из независимого источника 6 под высоким давлением (например, 80 атм) подается вода. Через отверстия специальных форсунок 7 (диаметром не более 3 мм) вода распыляется в потоке воздуха, поступающего в градирню через окна или открытые проемы, расположенные вокруг корпуса 1. При соприкосновении горячего воздушного потока с водяной завесой вода испаряется. В связи с тем, что всякая испаряющаяся жидкость отнимает энергию из своего окружения, то поток воздуха охлаждается. Охлажденный поток воздуха, проходя через вентиляционную систему 2, попадает на теплообменники 3, охлаждает или конденсирует (в зависимости от целей устройства) поступающий в устройство теплоноситель.

Описанная схема размещения распылительных элементов из трубчатых частей позволяет обеспечить равномерное давление перед каждой форсункой. Например, если один элемент оросительной системы снабдить десятью форсунками диаметром 3 мм, то при указанном давлении можно испарить 184 литра воды в час, что позволит снизить температуру воздуха проходящего через данный элемент на 15 градусов. В результате работы всего устройства охлаждения в АВО из воздуха потребляется 17 млн. ккал тепла в час, в результате температура воздуха, поступающего в градирню, понижается в среднем на 15 градусов.

Изобретение относится к системам кондиционирования, а именно к аппаратам воздушного охлаждения (АВО) и может быть использовано для конденсации или охлаждения теплоносителя на электростанциях, предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Устройство для охлаждения или конденсации теплоносителя, включающее корпус, вентиляционный элемент, теплообменник, по крайней мере, один элемент для распыления воды, расположенный перед отверстиями в корпусе для забора воздуха снаружи и выполненный в виде замкнутого контура с равномерно расположенными по длине контура форсунками для распыления воды и жестко соединенный с корпусом или закрепленный на общем основании с корпусом, при этом контур представляется собой две полые трубки, соединенные в верхней и нижней частях таким образом, чтобы обеспечить движение жидкости по ним и для обеспечения однородного давления у каждой форсунки. Техническим результатом является улучшение взаимодействия воздуха с теплоносителем. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для охлаждения или конденсации теплоносителя, включающее корпус, вентиляционный элемент, теплообменник, по крайней мере, один элемент для распыления воды, расположенный перед отверстиями в корпусе для забора воздуха снаружи и выполненный в виде замкнутого контура с равномерно расположенными по длине контура форсунками для распыления воды и жестко соединенный с корпусом или закрепленный на общем основании с корпусом, отличающееся тем, что контур представляет собой две полые трубки, соединенные в верхней и нижней частях таким образом, чтобы обеспечить движение жидкости по ним и для обеспечения однородного давления у каждой форсунки.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что диаметр форсунок не превышает 3 мм.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в контуре создается давление 80 атм.

4. Устройство по пп. 1-3, отличающееся тем, что содержит несколько элементов для распыления воды, расположенных по периметру устройства для создания сплошной туманно-образной завесы и соединенных между собой трубопроводом с независимым источником воды.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что каждый элемент для распыления воды содержит кран для независимого отключения от трубопровода и выполнен с возможностью замены без прекращения работы остальных элементов для распыления воды.