Теплообменный аппарат
Изобретение относится к теплообменным аппаратам, предназначенным для осуществления взаимодействия воздуха и воды (либо иной жидкости), приводящего к теплообмену между этими средами. Задачей изобретения является осуществление теплообмена между большими объемами воды и воздуха без непосредственного контакта этих сред при обеспечении достаточно высокой эффективности теплообмена. Поставленная задача решается тем, что теплообменный аппарат содержит корпус с патрубками ввода и вывода воды и воздуха, сепаратор и 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 присоединены к патрубку вывода воздуха из аппарата, патрубок ввода охлаждаемой воды вмонтирован в патрубок вывода воздуха из аппарата, 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 охлажденной воды из аппарата, вмонтированному в патрубок вывода воздуха из аппарата. 2 ил.
Изобретение относится к теплообменным аппаратам, предназначенным для осуществления взаимодействия воздуха и воды (либо иной жидкости), приводящего к теплообмену между этими средами.
Известен теплообменный аппарат (а.с. СССР №366331, F 28 C 3/06, 1970 г.), содержащий корпус с патрубками подвода и отвода воды и воздуха, сепаратор и переливное устройство, при этом патрубок подвода воды, снабженный соплами, установлен над сепаратором, а переливное устройство соединено с нижней частью корпуса при помощи гибкого шланга.
Недостатком такого теплообменного аппарата является необходимость применения нескольких аппаратов для обеспечения требуемого теплообмена (например, для охлаждения больших объемов воды воздухом), что требует больших площадей и объемов помещений для размещения нескольких аппаратов и усложняет их монтаж за счет необходимости подвода воздуха и воды к каждому аппарату и выводов взаимодействующих сред.
Известен теплообменный аппарат (патент РФ №2227882, F 28 C 3/06, 2004 г.) - ближайший аналог, содержащий корпус с патрубками ввода и вывода воды и воздуха, сепаратор и переливное устройство, причем патрубок ввода воды установлен под сепаратором, а в корпусе аппарата над его дном размещены несколько теплообменных элементов, каждый из которых снабжен закручивателями 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 (либо иной жидкости), непосредственный контакт которой с воздухом невозможен по технологический или иным условиям, например - при использовании теплообменника в качестве конденсатора хладагента холодильной машины либо жидкости, содержащей химические вещества, контакт которых с воздухом приводит к образованию токсичных веществ.
Задачей предлагаемого изобретения является создание теплообменного аппарата, пригодного для осуществления теплообмена между большими объемами воды (либо иной жидкости) и воздуха без непосредственного контакта этих сред и обеспечивающего достаточно высокую эффективность теплообмена.
Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом теплообменном аппарате, содержащем корпус с патрубками ввода и вывода воды и воздуха, а также сепаратор и переливное устройство, установлено несколько теплообменных элементов, размещенных над дном корпуса, при этом каждый теплообменный элемент снабжен закручивателем воздуха с лопатками, закрепленными на кольцевой пластине, выхлопной трубой, установленной на верхних кромках лопаток, причем выхлопные трубы присоединены к патрубку вывода воздуха из аппарата, патрубок ввода охлаждаемой воды вмонтирован в патрубок вывода воздуха из аппарата, а в выхлопных трубах теплообменных элементов (в их нижних частях) размещены теплообменники, патрубки входа воды которых присоединены к вводу охлаждаемой воды в аппарат, а патрубки выхода воды присоединены к выводу охлажденной воды из аппарата, вмонтированному в патрубок вывода воздуха из аппарата.
Такое решение поставленной задачи обеспечивает технический результат, заключающийся в создании достаточно простой конструкции теплообменного аппарата, позволяющего осуществлять интенсивный теплообмен между большими количествами воды и воздуха в одном аппарате за счет размещения в одном аппарате нескольких теплообменных элементов, в каждом из которых размещен теплообменник, позволяющий осуществлять охлаждение воды (либо иной жидкости) без непосредственного контакта сред (воды и воздуха).
Анализ аналогов заявляемого теплообменного аппарата показал, что предлагаемое техническое решение является новым. Новизна предлагаемого решения заключается в размещении в одном корпусе нескольких теплообменных элементов, установленных над дном корпуса, при этом в выхлопных трубах теплообменных элементов установлены теплообменники, в которых осуществляется теплообмен без непосредственного контакта сред (воды и воздуха).
Таким образом, заявляемое техническое решение характеризуется новой совокупностью существенных признаков, дающих положительный эффект, и обладает признаком соответствия критерию "изобретательский уровень".
На фиг.1 приведен предлагаемый теплообменный аппарат, на фиг.2 - разрез теплообменного элемента по А-А.
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, закрепленные на кольцевой пластине 13, выхлопными трубами 14, верхние торцы 15 которых присоединены к патрубку вывода воздуха 3 через его нижнюю стенку 16. Патрубок 17 предназначен для подачи в аппарат воды из водопровода. В нижних частях выхлопных труб 8 размещены теплообменники 18, входы 19 охлаждаемой воды которых присоединены к вводу охлаждаемой воды 4, а выходы 20 - к выводу охлаждаемой воды 5. Патрубок 21 служит для слива 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 образуются струи, создающие в закручивателе вихрь, который турбулизирует воду, создавая своеобразный "кипящий" (псевдоожиженный) слой, который захватывает пространство в нижней части выхлопных труб, в которых размещены теплообменники 18. Затем на входы 19 теплообменников 18 подается через ввод 4 охлаждаемая вода, которая, проходя через теплообменники 18, охлаждается и через выходы 20 поступает в вывод 5 охлажденной воды и далее - к потребителю. Кипящий слой, как известно (например, из книги Н.Н.Сыромятникова "Теплообмен в кипящем слое", М.: Химия, 1967 г.), способствует более интенсивному теплообмену. Поэтому охлаждение воды, протекающей через теплообменники 18, размещенные в выхлопных трубах 14, происходит более интенсивно, при этом непосредственного контакта воздуха и водопроводной воды, создающих кипящий слой, с охлаждаемый водой (или иной жидкостью) нет. Степень охлаждения воды зависит от соотношения масс и перепада температур между охлаждаемой водой и воздухом. При необходимости удаления воды из аппарата используется слив 21.
При работе аппарата в режиме испарительного охлаждения воздуха осуществляется процесс теплообмена между воздухом и водой, подаваемой из водопровода 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 аппарата и удаляются из него через сливной патрубок 21, а очищенный от пыли воздух через выхлопные трубы 14 поступает в патрубок 3 выхода воздуха и далее, проходя через сепаратор 6, где задерживаются унесенные воздухом капли влаги, поступает к потребителю. Задержанные сепаратором капли и скопившийся в патрубке 3 конденсат сливаются в переливное устройство 7.
Предлагаемый теплообменный аппарат является промышленно применимым, т.к. включает в себя действующее устройство (по патенту №2227882, РФ), а монтаж в выхлопных трубах теплообменников не вызывает затруднений.
Предлагаемый теплообменный аппарат по принципу действия, обеспечиваемому новой совокупностью существенных признаков, позволяет осуществлять интенсивный теплообмен больших объемов воды и воздуха без непосредственного контакта этих сред.
Теплообменный аппарат, содержащий корпус с патрубками ввода и вывода воды и воздуха, сепаратор и 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 присоединены к патрубку вывода воздуха из аппарата, патрубок ввода охлаждаемой воды вмонтирован в патрубок вывода воздуха из аппарата, отличающийся тем, что 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 охлажденной воды из аппарата, вмонтированному в патрубок вывода воздуха из аппарата.
