Энергосберегающий гидрокалорифер

Изобретение предназначено для нагрева воздуха за счет скрытой теплоты льдообразования воды и может быть использовано в вентиляционной технике. Гидрокалорифер содержит шахту с патрубками для входа наружного воздуха и выхода приточного воздуха. Патрубок для входа наружного воздуха расположен в нижней части шахты, в которой расположен поддон с перфорированной решеткой и теплообменником, расположенным под решеткой и подсоединенным к входной и выходной магистралям системы сбросных технологических вод предприятия. Вода подается из поддона в напорный водопровод, подающий ее в коллекторы водоразбрызгивающей системы с форсунками камеры орошения, расположенными соответственно до и после каплеуловителя. В патрубке для выхода приточного воздуха расположен калорифер дополнительного нагрева воздуха до температуры приточного воздуха. Гидрокалорифер обеспечивает нагрев холодного наружного воздуха до температуры 0,2...1°С при следующих параметрах: скорость движения воздуха в камере орошения до 3 м/с; крупность капель воды до 300 мкм; коэффициент орошения - 0,03...0,2 кг/кг; давление воды перед форсункой не менее 2 атм. Каждая из форсунок состоит из корпуса со впускным отверстием, крышки, герметизирующей прокладки между корпусом и крышкой, пружины, расположенной между крышкой и завихрителем, выполненным в виде перевернутого днищем вверх цилиндрического стакана, установленного относительно корпуса с кольцевым зазором. В завихрителе выполнено, по меньшей мере, два ряда дроссельных отверстий, а в каждом ряду выполнено, по меньшей мере, два равномерно расположенных по кольцевой стенке завихрителя тангенциальных дроссельных отверстия. В нижней части корпуса установлен в виде конической шайбы сопловый вкладыш с калиброванным коническим отверстием, соосным с цилиндрической поверхностью завихрителя, имеющим конусность обратную конусности конической шайбы вкладыша. Изобретение обеспечивает повышение эффективности процесса нагрева холодного наружного воздуха. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к вентиляционной технике, а именно к устройствам для нагрева воздуха за счет скрытой теплоты льдообразования воды.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является аппарат с подвижной насадкой, известный из книги А.А.Русанова. Справочник по пыле- и золоулавливанию. М.: Энергоатомиздат, 1983 г., стр.104, рис.4.23 (прототип), содержащий шахту с патрубками для входа наружного воздуха и выхода приточного воздуха, и водоразбрызгивающую систему.

Недостатком прототипа является сравнительно невысокая эффективность процесса нагрева холодного наружного воздуха.

Технический результат - повышение эффективности процесса нагрева холодного наружного воздуха.

Это достигается тем, что в энергосберегающем гидрокалорифере, содержащем шахту с патрубками для входа наружного воздуха и выхода приточного воздуха и водоразбрызгивающую систему, причем патрубок для входа наружного воздуха расположен в нижней части шахты, в которой расположен поддон с перфорированной решеткой и теплообменником, расположенным под решеткой и подсоединенным к входной и выходной магистралям системы сбросных технологических вод предприятия, а вода подается из поддона насосом в напорный водопровод, подающий ее в коллекторы водоразбрызгивающей системы с форсунками камеры орошения, расположенными соответственно до и после каплеуловителя, расположенного в верхней части шахты, а в патрубке для выхода приточного воздуха расположен калорифер дополнительного нагрева воздуха до температуры приточного воздуха, который вентилятором подается в приточную вентиляционную систему, при этом гидрокалорифер обеспечивает нагрев холодного наружного воздуха до температуры 0,2...1°С, при следующих параметрах: скорость движения воздуха в камере орошения до 3 м/с; крупность капель воды до 300 мкм; коэффициент орошения 0,03...0,2 кг/кг; давление воды перед форсункой не менее 2 атм, согласно изобретению каждая из форсунок состоит из корпуса со впускным отверстием, крышки, герметизирующей прокладки между корпусом и крышкой, пружины, расположенной между крышкой и завихрителем, выполненным в виде перевернутого днищем вверх цилиндрического стакана, установленного относительно корпуса с кольцевым зазором, причем в завихрителе выполнено, по меньшей мере, два ряда дроссельных отверстий, а в каждом ряду выполнено, по меньшей мере, два равномерно расположенных по кольцевой стенке завихрителя тангенциальных дроссельных отверстия, а в нижней части корпуса установлен в виде конической шайбы сопловый вкладыш с калиброванным коническим отверстием, соосным с цилиндрической поверхностью завихрителя, имеющим конусность обратную конусности конической шайбы вкладыша.

На фиг.1 изображен общий вид гидрокалорифера, на фиг.2 - общий вид форсунки для распыливания жидкостей, на фиг.3 - разрез А-А фиг.2.

Гидрокалорифер содержит шахту 1 с патрубками 13 и 14 соответственно для входа наружного воздуха с минусовой температурой -t_н°C и выхода приточного воздуха с температурой +t_п°C. Наружный воздух входит в шахту 1 через патрубок 13. Навстречу ему из форсунок 2 камеры орошения разбрызгивается вода. При контакте с воздухом вода, замерзая, отдает ему свою явную и скрытую теплоту и в виде шуги и мокрого снега 8 оседает на перфорированную решетку 15 поддона 16, в котором под решеткой 15 расположен теплообменник 12, подсоединенный к входной 9 и выходной 10 магистралям системы сбросных технологических вод предприятия. Насосом 11 вода подается из поддона 16 через фильтр 17 в напорный водопровод 7, подающий ее в коллекторы с центробежными форсунками 2 и 4, расположенными соответственно до и после каплеуловителя 3. Нагретый воздух проходит каплеуловитель 3, догревается в водяном или паровом калорифере 5 до температуры приточного воздуха +t_п°C и вентилятором 6 подается в приточную вентиляционную систему.

Центробежная форсунка (фиг.2-3) состоит из корпуса 18 со впускным отверстием 19, крышки 20, герметизирующей прокладки 21 между корпусом и крышкой, пружины 22, расположенной между крышкой и завихрителем 23, выполненным в виде перевернутого днищем вверх цилиндрического стакана, установленного относительно корпуса 18 с кольцевым зазором 24. В завихрителе 23 выполнено, по меньшей мере, два ряда дроссельных отверстий 25, в каждом ряду выполнено, по меньшей мере, два равномерно расположенных по кольцевой стенке завихрителя 23 дроссельных отверстия 25. В нижней части корпуса 18 установлен в виде конической шайбы сопловый вкладыш 26, выполненный из твердых материалов: карбида вольфрама, рубина, сапфира с калиброванным коническим отверстием 27, соосным с цилиндрической поверхностью завихрителя 23, причем отверстие 27 имеет обратную конусность с конической шайбой вкладыша 26.

Гидрокалорифер работает следующим образом.

Наружный воздух с отрицательными температурами t_Н входит в шахту 1 через нижний патрубок 13, а навстречу ему из форсунок 2 разбрызгивается вода. При контакте с воздухом вода, замерзая, отдает ему свою явную и скрытую теплоту и в виде шуги и мокрого снега 8 оседает на перфорированной решетке 15 поддона 16, в котором расположен теплообменник 12. Нагретый воздух проходит каплеуловитель 3, догревается в водяном или паровом калорифере 5 до температуры приточного воздуха +t_п°C и вентилятором 6 подается в приточную вентиляционную систему (не показано).

Центробежная форсунка для распыливания жидкостей работает следующим образом.

Жидкость подается по впускному отверстию 19 в кольцевой зазор 24, откуда в завихритель 23 через тангенциально расположенные к внутренней поверхности завихрителя 23 дроссельные отверстия 25. Вращающийся поток жидкости из завихрителя 23 выходит через калиброванное коническое отверстие 27 соплового вкладыша 26, в результате чего образуется факел распыленной жидкости, корневой угол которого определяется величиной угла наклона конической поверхности отверстия 27.

При среднем диаметре отверстия 27, находящимся в диапазоне 2,5...3,5 мм и давлении подаваемой через впускное отверстие 19 жидкости под давлением 6...9 МПа обеспечивается распыление от 400 до 1000 кг/ч жидкости. Форсунка проста в изготовлении и обслуживании.

Отходы гидрокалорифера, мокрый снег и шуга легко удаляются водой. Но особенно перспективно использование теплоты сбросных технологических вод предприятия для растапливания отходов непосредственно в поддоне теплообменником 12. Тогда насосом 11 можно замкнуть тракт орошающей воды и сделать гидрокалорифер безотходным.

Наиболее благоприятные условия тепло- и массообмена между воздухом и водой связаны с временем их контакта, а длительность его обусловлена максимальной взвешенностью капель в воздушном потоке, что диктует необходимость противоточной схемы движения воздуха снизу вверх, а движение капель воды сверху вниз. Наиболее высокий термический КПД установки достигается при одном ряде водораспыляющих форсунок с диаметром выходного отверстия 2 мм и скорости восходящего потока 1...1,5 м/с.

Исследования показали, что воздух нагревается за счет скрытой теплоты льдообразования воды, но при строгом соблюдении теплового режима в камере орошения.

Скорость нагреваемого воздуха обусловлена необходимостью взвешивания в потоке капелек воды преобладающей крупности, но не более 3,5 м/с.

На процесс нагрева воздуха оказывают значительное влияние также его температура и степень орошения. Чем ниже t_Н, тем выше термический КПД гидрокалорифера, что и предопределяет целесообразность применения последнего для условий климата с низкими и продолжительными по времени температурами наружного воздуха.

Полностью использовать теплоту замерзания воды невозможно, поскольку водяные капли имеют различный дисперсный состав, а следовательно, разное время нахождения в потоке воздуха. Часть воды в виде крупных капель быстро пройдет зону контакта с воздухом, часть окажется на стенках камеры орошения. По этим причинам коэффициент орошения в гидрокалорифере достаточно высок - до 0,3 кг/кг. Кроме нагрева воздуха необходима также вода, поступающая из форсунок 4, для смачивания пластин каплеуловителя 3, смыва льда со стенок воздухопроводящего канала и удаления мокрого снега из поддона установки в открытый водоем.

Для предупреждения уноса капель воздушным потоком выше водораспределяющих форсунок 2 устанавливают пластинчатый каплеуловитель 3. Его оптимальные параметры: угол наклона пластин - 90°, расстояние между пластинами - 20 мм, радиус изгиба пластин - 5 мм, скорость прохода воздуха - 4...6 м/с, отношение расстояния между пластинами к расстоянию между их изгибами - 1:5.

Гидрокалорифер обеспечивает нагрев холодного наружного воздуха до температуры 0,2...1°С, при этом можно достичь экономии топливной энергии на 25...40% при следующих параметрах: объем нагреваемого воздуха 936000 м³/ч; скорость движения воздуха 3 м/с; вода подается из открытого водоема с расходами: для работы форсунок орошения - 59 м³/ч, для орошения каплеуловителей 25 м³/ч, для смыва шуги и мокрого снега из поддона камеры - 51 м³/ч.

Таким образом, найдены оптимальные параметры гидрокалорифера для промышленных приточных вентсистем: скорость движения воздуха в камере орошения до 3 м/с; крупность капель воды - до 300 мкм; коэффициент орошения - 0,03...0,2 кг/кг; конечная температура нагрева - ±1,0°С; тип форсунки - ШФ 9/5; давление воды перед форсункой - не меньше 2 атм. Область применения распространяется на регионы со среднемесячными температурами 1_Н<-10°С.

Конструкция гидрокалорифера обладает рядом технико-экономических достоинств.

Сравнительно несложными системами автоматики производительность насоса 11 легко увязать с температурой наружного воздуха и тем самым обеспечить подачу только необходимых для обработки воздуха объемов орошающей воды.

Гидрокалорифер полностью покрывает отрицательные температуры, оставляя на долю теплового калорифера 5 стабильный диапазон температур 0...+t_п. Это позволяет применять калориферы небольшой тепловой производительности, работающие в постоянном тепловом режиме с высоким КПД.

Нагрев воды до 0°С позволяет повысить ее влагосодержание и относительную влажность внутренней атмосферы. В орошающую воду легко ввести дезинфицирующие добавки, одоранты. Дробление воды на мелкие капли сопровождается образованием и насыщением воздуха отрицательными ионами, благотворно влияющими на человека.

Отходы гидрокалорифера безвредны по отношению к окружающей среде, а весной естественным путем превращаются в воду.

Чем ниже и продолжительнее зимние температуры наружного воздуха, тем экономичнее становится использование гидрокалорифера.

1. Энергосберегающий гидрокалорифер, содержащий шахту с патрубками для входа наружного воздуха и выхода приточного воздуха и водоразбрызгивающую систему, причем патрубок для входа наружного воздуха расположен в нижней части шахты, в которой расположен поддон с перфорированной решеткой и теплообменником, расположенным под решеткой и подсоединенным к входной и выходной магистралям системы сбросных технологических вод предприятия, а вода подается из поддона насосом в напорный водопровод, подающий ее в коллекторы водоразбрызгивающей системы с форсунками камеры орошения, расположенными соответственно до и после каплеуловителя, расположенного в верхней части шахты, а в патрубке для выхода приточного воздуха расположен калорифер дополнительного нагрева воздуха до температуры приточного воздуха, который вентилятором подается в приточную вентиляционную систему, при этом гидрокалорифер обеспечивает нагрев холодного наружного воздуха до температуры 0,2...1°С, при следующих параметрах: скорость движения воздуха в камере орошения до 3 м/с; крупность капель воды до 300 мкм; коэффициент орошения 0,03...0,2 кг/кг; давление воды перед форсункой не менее 2 атм, отличающийся тем, что каждая из форсунок состоит из корпуса со впускным отверстием, крышки, герметизирующей прокладки между корпусом и крышкой, пружины, расположенной между крышкой и завихрителем, выполненным в виде перевернутого днищем вверх цилиндрического стакана, установленного относительно корпуса с кольцевым зазором, причем в завихрителе выполнено, по меньшей мере, два ряда дроссельных отверстий, а в каждом ряду выполнено, по меньшей мере, два равномерно расположенных по кольцевой стенке завихрителя тангенциальных дроссельных отверстия, а в нижней части корпуса установлен в виде конической шайбы сопловый вкладыш с калиброванным коническим отверстием, соосным с цилиндрической поверхностью завихрителя, имеющим конусность обратную конусности конической шайбы вкладыша.

2. Энергосберегающий гидрокалорифер по п.1, отличающийся тем, что сопловый вкладыш форсунки выполнен из твердых материалов: карбида вольфрама, рубина, сапфира.