Устройство для термостатирования жидкости

 

Использование: в теплотехнике. Сущность изобретения: система импульсной подачи охлаждающего реагента выполнена в виде расположенной по оси сосуда трубы подвода. Один конец ее погружен в захолаживаемую среду и снабжен чередующимися в одной плоскости выступами, радиальными отверстиями и расположенными в их зоне ротационными распылителями. Распылители с одинаковой длиной выпускных сопел в каждом ярусе расположены по высоте сосуда попарно. Тангенциальные сопла выполнены с углом раскрытия струи в плоскости вращения, лежащим в интервале 90 - 135 град. Между этими соплами расположены сопла, направленные в сторону днища сосуда. 1 ил.

Изобретение относится к области холодильного машиностроения, а именно к термостатированию жидкости при непосредственном контакте охлаждающей и охлаждаемой сред и может быть использовано в различных областях техники, где требуется захолаживание жидких сред.

Из анализа уровня техники известно устройство для термостатирования жидкости, осуществляющее подачу охлаждающего реагента под давлением в объем с захолаживаемой средой ( см. авт. св. N 932182, кл. F 28 С 3/06, 1982 г. СССР).

Известно также устройство для термостатирования с использованием ротационных распылителей, имеющих тангенциальные выпускные сопла заданной длины ( авт.св. N 571660, кл. F 28 С 3/06, 1974 г. СССР).

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, включающее вертикальный сосуд с захолаживаемой средой и систему импульсной подачи охлаждающего реагента, выполненную в виде расположенной по оси сосуда трубы подвода, один конец которой погружен в захолаживаемую среду и снабжен чередующимися в одной плоскости выступами и радиальными отверстиями, а также расположенными ярусами в зоне отверстий ротационными распылителями, имеющими тангенциальные выпускные сопла с различной в разных ярусах длиной и противоположным направлением ( см. авт.св. N 1449817, кл. F 28 С 3/06, СССР).

Недостатком описанного устройства является недостаточно высокая эффективность системы термостатирования, по сравнению с предложенной, т.к. охлаждающий реагент подается лишь в плоскостях расположения ярусов, а не по всему захолаживаемому объему, образуя при этом инерционные застойные зоны межярусного пространства, в связи с чем снижается эффективность использования реагента, а также удлиняется цикл захолаживания, что в свою очередь приводит к увеличению расхода реагента. Низкая эффективность устройства при использовании криогенных реагентов обусловлена также и нарушением процесса теплообмена, вследствие вскипания пузырьков охлаждающей жидкости, т.е. капельки реагента, окруженные пузырьками газа, всплывают наверх, не участвуя в теплообмене.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка устройства, позволяющего устранить указанные недостатки.

Технический результат от использования указанного изобретения заключается в повышении эффективности термостатирования путем интенсификации теплообмена, сокращении времени термостатирования.

Средство достижения указанного технического результата состоит в том, что в известном устройстве, включающем вертикальный сосуд с захолаживаемой средой и систему импульсной подачи охлаждающего реагента, выполненную в виде расположенной по оси сосуда трубы подвода, один конец которой погружен в захолаживаемую среду и снабжен чередующимися в одной плоскости выступами и радиальными отверстиями, а также расположенными ярусами в зоне отверстий ротационными распылителями, имеющими тангенциальные выпускные сопла с различной в разных ярусах длиной и противоположным направлением, ротационные распылители с одинаковой длиной выпускных сопел в каждом ярусе расположены по высоте сосуда попарно, тангенциальные сопла выполнены с углом раскрытия струи в плоскости вращения, лежащим в интервале 90°< α < 135°, а между этими соплами диаметрально противоположно расположены сопла, направленные в сторону днища сосуда.

Ориентация части диаметрально противоположных сопел каждого яруса в сторону днища сосуда в зависимости от величины давления подачи охлаждающего реагента, а также расстояния между ярусами позволяет уменьшить или полностью исключить застойные межярусные зоны, чему также способствуют и сверления для истечения реагента по всей длине радиальных каналов выпускных сопел. Подобная ориентация сопел позволяет увеличить время пребывания реагента в захолаживаемом объеме, а также повысить эффективность процесса теплоотдачи, т.к. встречные потоки охлаждающего реагента смежных ярусов улучшают условия пузырькового теплообмена путем высвобождения капелек реагента при соударении вскипевших пузырьков со вновь поступающим из развернутых к днищу сосуда сопел реагентом, что приводит к интенсивному теплообмену через непосредственный ( прямой) контакт охлаждаемой и охлаждающей сред. При этом наибольший эффект достигается при попарной группировке ярусов с одинаковой длиной выпускных сопел, т.к. в этом случае полностью используется энергия встречных потоков, получается наиболее активное перемешивание реагента с захолаживаемой средой.

Группу ярусов с наибольшей длиной выпускных сопел целесообразно размещать, начиная от низа захолаживаемого сосуда, а затем перемежать по всей высоте захолаживаемого объема.

Тангенциальные сопла выполнены с углом раскрытия струи в плоскости вращения, лежащим в интервале 90°< α < 135°, обеспечивая тем самым вращение ротационных распылителей.

Угол в 90^o определяет тангенциальное выполнение сопел, а свыше 135^o сопла нецелесообразно разворачивать, т.к. в этом случае начинает недопустимо падать скорость вращения ротационных распылителей и может наступить момент, когда энергии истекающей струи будет недостаточно для их раскрутки ( вплоть до полной остановки- 180^o).

Подобный разворот сопел и сверления в радиальных каналах позволяют увеличить площадь истечения реагента в плоскости вращения.

Количество функциональных пар сопел в каждом ярусе зависит от диаметра ротационных распылителей.

Составление функциональных пар их диаметрально противоположных сопел с одинаковым углом α позволяет уравновесить радиальные составляющие реактивных сил, возникающих при истечении реагента из сопел.

Достижение технического результата обеспечивает устройство, изображенное на фиг.1 и включающее в себя: сосуд 1 с захолаживаемой средой и систему импульсной подачи охлаждающего реагента, выполненную в виде расположенной по оси сосуда 1 трубы подвода 2, один конец которой погружен в захолаживаемую среду и снабжен чередующимися в одной плоскости выступами 3 и радиальными отверстиями 4, а также расположенными ярусами 6 зоне отверстий 4 ротационными распылителями 5, имеющими тангенциальные выпускные сопла 9 с различной в разных ярусах длиной и противоположным направлением, связанные радиальными каналами 7 со сверлениями 8 для прохода реагента с распылителями 5. Ротационные распылители 5 с одинаковой длиной выпускных сопел в каждом ярусе 6 расположены по высоте сосуда 1 попарно. Между тангенциальными соплами 9, выполненными с углом раскрытия струй в плоскости вращения, лежащем в интервале 90°< α < 135°, диаметрально противоположно расположены сопла, направленные в сторону днища сосуда 1.

Работает устройство следующим образом. Охлаждающий реагент под давлением подается в сосуд 1 с захолаживаемой средой по трубе подвода 2 и далее через радиальные отверстия 4 в ротационные распылители 5 каждого яруса 6, а затем по радиальным каналам 7 к соплам.

Распылители 5 приходят во вращение под действием реактивной силы, возникающей при истечении реагента из тангенциальных сопел 9. В процессе вращения ротационных распылителей 5 радиальные каналы 7 полностью или частично перекрываются выступами 3, обеспечивая тем самым импульсный характер подачи охлаждающего реагента заданной частоты и формы, что является функцией количества и профиля поверхности выступов 3. Истечение реагента происходит в двух направлениях: через сверления 8 радиальных каналов 7 и тангенциальные сопла 9 в плоскости вращения ротационных распылителей 5, а также в вертикальной плоскости сосуда 1 через сопла, направленные в сторону днища захолаживаемого объема.

Предложенное устройство для термостатирования жидкости позволяет интенсифицировать процесс теплообмена путем исключения застойных зон и турбулизации захолаживаемого объема межярусного пространства по всей высоте термостатируемой емкости, обеспечить равномерность температурного поля по всему захолаживаемому объему, увеличить эффективность использования реагента, а также сократить время термостатирования.

Формула изобретения

Устройство для термостатирования жидкости, содержащее сосуд с захолаживаемой средой и систему импульсной подачи охлаждающего реагента, выполненную в виде расположенной по оси сосуда трубы подвода, один конец которой погружен в захолаживаемую среду и снабжен чередующимися в одной плоскости выступами и радиальными отверстиями, а также расположенными ярусами в зоне отверстий ротационными распылителями, имеющими тангенциальные выпускные сопла с различной в разных ярусах длиной и противоположным направлением, отличающееся тем, что ротационные распылители с одинаковой длиной выпускных сопел в каждом ярусе расположены по высоте сосуда попарно, тангенциальные сопла выполнены с углом раскрытия струи в плоскости вращения, лежащим в интервале 90°≅α≅ 135°, а между этими соплами диаметрально противоположно расположены сопла, направленные в сторону днища сосуда.

РИСУНКИ

Рисунок 1