Вертикальный вихревой испарительный конденсатор
Изобретение относится к холодильной технике. Вертикальный вихревой испарительный конденсатор содержит осевой вентилятор с профилированными лопастями, закручивающими поток воздуха, вихревой теплообменник в виде трубы с укрепленными на наружной поверхности П-образными ребрами, образующими каналы для прохождения хладагента, сепаратор, поддон для сбора воды, фильтр, циркуляционный насос, гребенку и форсунки для орошения внутренней поверхности трубы. Труба выполнена вертикальной и в нее подается снизу вверх поток воздуха под углом к образующей трубы, равным 30°-60°, а в противоток через форсунки впрыскивается вода. Конденсатор содержит ловушку для сбора пленки воды, стекающей по внутренней и наружной поверхностям трубы, причем в низу трубы корпус вентилятора размещен с зазором в указанной ловушке, сепаратор установлен в верхней части трубы и снабжен ловушкой с перфорированным дном, размещенной в нижней части сепаратора, и конусообразным ободом, направляющим поток воды в виде пленки по наружной поверхности трубы. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано на распределительных холодильниках, холодильниках мясной и плодоперерабатывающей промышленности.
Известны испарительные конденсаторы, используемые в промышленности, включающие вентиляторы, теплообменники, форконденсатор, кожух и циркуляционный насос (см. Холодильная техника. Теплообменные аппараты, приборы автоматизации и испытания холодильных машин. Справочник. М.: Легпищепром, 1984 г.).
Промышленная эксплуатация таких испарительных конденсаторов показывает, что на их теплообменной поверхности со стороны воды образуется "водяной камень" (осаждение солей), значительно ухудшающий теплопередачу и уменьшающий производительность аппарата.
Для восстановления первоначальных характеристик аппарата "водяной камень" необходимо очищать.
Очистка "водяного камня" является очень трудоемкой операцией и не всегда возможна из-за недоступности к трубам трубного пучка, находящимся внутри него.
Прототипом является вихревой испарительный конденсатор (см. а.с. №185941, СССР). Вихревой испарительный конденсатор представляет собой заключенные в общий кожух трубы большого диаметра, снаружи которых имеются волнистые желоба, внутри которых конденсируются пары холодильного агента. Воздух засасывается вентиляторами в верхней части аппарата, омывает наружную поверхность труб, направляется в поддон, затем направляется через завихрители и в виде вихря движется внутри труб. В завихренный поток воздуха внутри труб через форсунки распыляется вода. Затем воздух, пройдя сепаратор, выбрасывается в окружающую среду. В сепараторе от потока воздуха отделяются капли воды.
Для интенсификации тепло- и массообмена через форсунки орошается также и внешняя поверхность труб.
Недостатком такого вихревого испарительного конденсатора является наличие завихрителя, отсутствие орошения внутренней поверхности труб форсунками после завихрителя.
Ввиду горизонтального расположения теплообменных труб из волнистых желобов осуществляется замедленный отвод сконденсированного холодильного агента, а следовательно, ухудшается теплоотдача, кроме того, аппарат занимает сравнительно большую полезную площадь.
Указанные недостатки сопровождаются повышенными как массовыми, так и стоимостными показателями.
В основу изобретения поставлена задача усовершенствования "Вертикального вихревого испарительного конденсатора" путем снижения занимаемой площади, оснащения устройствами, обеспечивающими его работоспособность и, как следствие, интенсификацию теплообмена и снижение массовых показателей.
Поставленная задача решается тем, что в "Вертикальном вихревом испарительном конденсаторе", содержащем осевой вентилятор с профилированными лопастями, закручивающими поток воздуха, вихревой теплообменник в виде трубы с укрепленными на наружной поверхности П-образными ребрами, образующими каналы для прохождения хладагента, сепаратор, поддон для сбора воды, фильтр, циркуляционный насос, гребенку и форсунки для орошения внутренней поверхности трубы, согласно изобретению в вертикальную теплообменную трубу подается снизу вверх завихренный вентилятором поток воздуха под углом к образующей трубы, равным 30°÷60°, а в противоток через форсунки впрыскивается вода.
Внизу теплообменника имеется ловушка для сбора пленки воды, стекающей по внутренней и наружной поверхностям трубы, причем внизу трубы корпус вентилятора размещен с зазором в указанной ловушке, а сепаратор установлен в верхней части трубы и снабжен ловушкой с перфорированным дном, размещенной в нижней части сепаратора, и конусообразным ободом, направляющим поток воды в виде пленки по наружной поверхности трубы.
Как следует из вышесказанного, вертикальная установка теплообменника способствует более высоким скоростям стекания пленки жидкого конденсата холодильного агента внутри каналов, образованных П-образными ребрами, а также пленки воды как на внутренней, так и на наружной поверхностях трубы, что значительно интенсифицирует теплопередачу аппарата.
Кроме того, вертикальная установка вихревого теплообменника значительно сокращает занимаемую полезную площадь.
Подача в теплообменник завихренного осевыми вентиляторами потока воздуха снизу вверх под углом 30°÷60° к образующей трубы способствует созданию действия поля центробежных сил, которые заставляют распыленные форсунками (в противоток) капли воды пронизывать с большой относительной скоростью поток воздуха, что способствует интенсивному тепло- и массообмену в объеме трубы.
На фиг.1 показан вертикальный вихревой испарительный конденсатор.
На фиг.2 показано поперечное сечение сепаратора с зигзагообразными пластинами и перфорированным дном ловушки воды.
На фиг.3 показано поперечное сечение теплообменника с П-образными ребрами, образующими каналы для конденсации внутри них парообразного холодильного агента.
На фиг.4 показано сечение на уровне вентилятора и ловушки для сбора воды, стекающей с внутренней и наружной поверхностей вихревого теплообменника.
Вертикальный вихревой испарительный конденсатор включает сепаратор 1 с зигзагообразными пластинами 17, ловушку 2 воды с перфорированным дном, трубу 3 подвода парообразного холодильного агента, П-образные ребра 4, трубу 5 теплообменника, форсуночную гребенку 6, форсунки 7, сливные трубы 8, циркуляционный насос 9, фильтр 10, поддон 11 для сбора воды, вентилятор 12, ловушку 13 для улавливания пленки воды с внутренней поверхности трубы 5, трубопровод 14 для отвода жидкого холодильного агента, конусообразный обод 15 для отвода воды и подачи ее на наружную поверхность теплообменника, вытеснительный конус 16, нижнюю ловушку 18 для улавливания пленки воды с наружной поверхности трубы.
Вертикальный вихревой испарительный конденсатор работает следующим образом.
Воздух из окружающей среды забирается осевым вентилятором 12, лопасти которого закручивают поток и подают его в трубу теплообменника 5 под углом к образующей трубы 30°÷60° (в зависимости от требуемой по условиям тепло- и массообмена интенсификации процесса). Закрученный поток воздуха в трубе создает поле центробежных сил, которое отбрасывает с большой относительной скоростью (по отношению к потоку воздуха) капли воды, распыляемые в противоток к потоку форсунками 7. В результате контакта многочисленных быстродвижущихся относительно потока воздуха капель воды происходит интенсивный тепло- и массообмен, в результате капли воды охлаждаются и попадают на внутреннюю поверхность трубы 5, где в виде пленки стекают вниз. В нижней части трубы установлена ловушка 13, в которой собирается стекающая вода. Из ловушки 13 по сливным трубопроводам 8 вода стекает в поддон 11. Из поддона 11 через фильтр 10 насосом 9 вода забирается и подается на гребенку 6, где распределяется через форсунки 7 по всему объему трубы 5. Закрученный на входе в трубу 5 вентилятором 12 поток воздуха движется снизу вверх и уносит с собой часть капель воды.
Для отделения капель воды от потока воздуха в верхней части теплообменника установлен сепаратор 1 с зигзагообразными вертикальными пластинами 17. Для равномерного вытеснения воздуха с мелкими каплями воды по высоте сепаратора внутри него установлен конус 16.
Попавший в сепаратор 1 вращающийся поток воздуха с каплями воды равномерно распределяется по боковой внутренней поверхности сепаратора и через промежутки между зигзагообразными пластинами 17 выходит в окружающую среду.
Наличие зигзагов между пластинами способствует изменению направления движения потока воздуха с каплями воды и отбрасыванию последних на поверхность пластин и в виде пленки стеканию вниз. В нижней части сепаратора устроена ловушка 2 с перфорированным дном, что позволяет равномерно распределить по периметру трубы поток воды. Пройдя через перфорированное дно, вода попадает на конусообразный обод 15, который способствует попаданию ее на наружную поверхность трубы 5, где она в виде пленки стекает в ловушку 18. Ловушка 18 имеет перфорированное дно, откуда вода стекает в ловушку 13 и затем в поддон 11.
Пары холодильного агента по трубопроводу 3 попадают в вертикальные каналы, образованные П-образными ребрами, которые в верхней и нижней части объедены между собой (не показано), конденсируются на их стенках и в виде пленки стекают вниз и через трубопровод 14 попадают в холодильную систему. Конденсация осуществляется за счет отвода тепла от паров холодильного агента пленкой воды, движущейся сверху вниз по внутренней и наружной поверхностям теплообменника.
Встроенность вентилятора с зазором в нижнюю ловушку способствует компактности узла вентилятор-ловушка.
Вертикальное расположение теплообменника создает условия быстрого отвода с поверхности теплообмена как жидкого холодильного агента внутри каналов, так и пленки воды с внутренней и наружной поверхностей, что способствует увеличению теплопередачи.
1. Вертикальный вихревой испарительный конденсатор, содержащий осевой вентилятор с профилированными лопастями, закручивающими поток воздуха, вихревой теплообменник в виде трубы с укрепленными на наружной поверхности П-образными ребрами, образующими каналы для прохождения хладагента, сепаратор, поддон для сбора воды, фильтр, циркуляционный насос, гребенку и форсунки для орошения внутренней поверхности трубы, отличающийся тем, что труба выполнена вертикальной и в нее подается снизу вверх поток воздуха под углом к образующей трубы, равным 30-60°, а в противоток через форсунки впрыскивается вода.
2. Конденсатор по п.1, отличающийся тем, что содержит ловушку для сбора пленки воды, стекающей по внутренней и наружной поверхностям трубы, причем внизу трубы корпус вентилятора размещен с зазором в указанной ловушке, сепаратор установлен в верхней части трубы и снабжен ловушкой с перфорированным дном, размещенной в нижней части сепаратора, и конусообразным ободом, направляющим поток воды в виде пленки по наружной поверхности трубы.
