Испарительный охладитель и его применение, а также газотурбинная установка с испарительным охладителем
Испарительный охладитель (2) для охлаждения газового потока, в частности воздушного потока, содержит несколько охлаждающих элементов (12), расположенных в проточном канале (6), к которым посредством питающего устройства (16) может подводиться подлежащая испарению или превращению в пар жидкость, преимущественно вода. Охлаждающие элементы (12) состоят из нескольких охлаждающих пластин, поверхность которых, по меньшей мере, в одной, частичной зоне, предназначенной для образования жидкостной пленки, имеет гидрофильное свойство. По меньшей мере, один из охлаждающих элементов (12) содержит основную часть, которая имеет гидрофильное поверхностное покрытие. Испаритель может использоваться в газотурбинной установке. Использование изобретения позволит обеспечить высокое охлаждающее действие газового потока при низком расходе жидкости. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к испарительному охладителю для охлаждения газового потока, в частности воздушного потока, содержащему несколько охлаждающих элементов, расположенных в проточном канале, к которым посредством питающего устройства подводится подлежащая испарению или превращению в пар жидкость, преимущественно вода. Далее изобретение относится к применению подобного рода испарительного охладителя, а также к газотурбинной установке с испарительным охладителем.
Эффективность преобразования энергии в газовой турбине и, в частности, ее мощность наряду с прочим зависят от температуры всасывания воздуха, необходимого для сгорания, подведенного компрессором в камеру сгорания. Чем ниже температура воздуха, забираемого из окружающей среды, тем выше, как правило, коэффициент полезного действия компрессора. Повышенная общая мощность газовой турбины может быть объяснена более высокой плотностью охлажденного забираемого воздуха и вследствие этого увеличением массовых потоков охлаждающего воздуха. Отсюда обычно выход энергии, который можно получить в летние месяцы, существенно меньше, чем зимой. Соответственно этому благодаря охлаждению забираемого воздуха часто заметно может увеличиваться общая мощность и общий коэффициент полезного действия газовой турбины даже с учетом расходуемой на охлаждение энергии. Побочный позитивный эффект для окружающей среды может при этом состоять в уменьшении выброса окиси азота и/или CO2.
В частности, в регионах или в местах с относительно низкой влажностью окружающего воздуха температура забираемого воздуха может снижаться относительно эффективно с помощью испарительного охлаждения и таким образом может повышаться коэффициент полезного действия и мощность газовой турбины: благодаря распылению или распределению на больших поверхностях значительного количества испаряющейся жидкости, целесообразно воды, в сухом, теплом воздухе. Необходимая энергия испарения забирается из окружающего воздуха, который вследствие этого охлаждается. При этом в зависимости от места и системы разность температур составляет от 5 K до 20 K. Одновременно увеличивается содержание влаги в воздухе. Инвестиционные затраты для подобного рода охладительных систем хотя и не значительны, однако обычно для времени амортизации характерны сроки от 1 до 3 лет, что уже привело к расширенному применению этих систем.
По сравнению с непосредственным и прямым увлажнением забираемого воздуха путем распыления воды в потоке воздуха, например, с помощью распыляющих решеток, расположенных перед входом компрессора, при испарительном охлаждении вода при адиабатическом испарении или превращении в пар поглощается воздухом. Таким образом, риск чрезмерного распыления или перенасыщения водой по сравнению с увлажнением воздуха заметно снижается. Принцип испарительного охлаждения для снижения температуры забираемого воздуха в газовой турбине технически воплощен и реализован в испарительных охладителях с имеющими сотовую конструкцию охлаждающими элементами, которые расположены, например, перед или между ступенями фильтрования впускного фильтра для свежего воздуха. Для этого к некоторому количеству, как правило, вертикально стоящих, расположенных в виде каскада охлаждающих элементов или охлаждающих пластин, называемых также орошаемыми платинами или пластинами с самотечным слоем, с помощью соответствующего питающего механизма сверху подводится вода (например, в виде капель или пыли), так что вода спускается по возможности с образованием водяной пленки на соответствующий элемент или пластину.
Вертикально к ним подводится внутрь проточного канала, ограниченного стенками корпуса, забираемый воздух (в так называемом перекрестном потоке). Часть стекающей воды испаряется или превращается в пар под действием сравнительно теплого забираемого воздуха, поступающего в испарительный охладитель, в результате чего температура воздушного потока, выходящего из охладительного аппарата, понижается. Избыточная, не испарившаяся вода собирается в донной части охлаждающих пластин и с помощью насосной установки низкого давления перекачивается обратно в исходную точку, так что в целом образуется открытый, имеющий форму каскада контур циркуляции охлаждающей воды.
Подобно испарительному охладителю устроены так называемые испарители с опускной пленкой, в которых, правда, как правило, основной целью является не охлаждение газового потока, а получение пара и в которых обычно несколько опускных пластин или опускных труб с подводимой подлежащей охлаждению водой нагреваются электрическим нагревательным устройством.
Охлаждающие элементы или охлаждающие пластины существующих испарительных охладителей изготовлены обычно из нержавеющей стали, но иногда они изготовлены из синтетического материала или материалов на бумажной основе, причем подаваемая вода распределяется на имеющихся в распоряжении поверхностях относительно плохо и неравномерно. Если вся поверхность соответствующего охлаждающего элемента должна использоваться для испарения, т.е. для эффективного охлаждения забираемого воздушного потока, то нужно производить орошение с большим избытком воды. Это приводит к образованию водяных пленок с относительно большой толщиной. Однако наличие водяных пленок большой толщины повышает вероятность уноса воды потоком воздуха и попадание капель в лопаточную решетку газовой турбины (именно ее компрессора), что может повлечь за собой нежелательные эрозионные явления.
Поэтому для всех испарительных охладителей или охладителей с использованием эффекта испарения с открытым контуром циркуляции охлаждающей воды на практике является проблемой определение правильного количества воды таким образом, чтобы капли воды не попадали в лопаточную решетку, но при этом одновременно было достаточно воды в испарительном охладителе для обеспечения по возможности оптимального охлаждения засасываемого воздуха. В консервативном, рассчитанном на надежность варианте выполнения количество воды чаще всего регулируется таким образом, чтобы предотвратить удар капель. При этом теоретически возможный потенциал охлаждения не достигается, так как поверхность испарения или поверхность, на которой происходит парообразование, используется не оптимально.
В связи с этим задачей изобретения является создание испарительного охладителя указанного типа, с помощью которого при некритических режимах работы и простоте эксплуатации достигается высокий коэффициент полезного действия в части испарения или парообразования подведенной к нему охлаждающей жидкости и таким образом обеспечивается особо эффективное охлаждение проходящего через него потока газообразной среды, в частности воздуха. В частности, при применении подобного рода испарительного охладителя в качестве всасывающего охладителя для газовой турбины должна уменьшаться опасность эрозии для установленных со стороны потока среды элементов установки, особенно для лопаточной решетки компрессора. Далее предлагается газотурбинная установка, имеющая подобного рода испарительный охладитель, с очень высоким коэффициентом полезного действия и с высокой общей мощностью.
Согласно изобретению задача в отношении испарительного охладителя решается благодаря тому, что поверхность, по меньшей мере, одного из охлаждающих элементов, по меньшей мере, в одной части зоны, предназначенной для образования жидкостной пленки, обладает стойким гидрофильным свойством.
Изобретение исходит из соображений, что жидкостная пленка, которая подлежит испарению или превращению в пар, в частности воды, образующаяся на поверхности охлаждающего элемента, должна иметь такую толщину, при которой, несмотря на допустимые потери жидкости, при испарении или превращении жидкости в пар ни в одном месте смоченной поверхности не происходит разрыва жидкостной пленки. Это привело бы, в общем, к ухудшению испарения и таким образом к уменьшению эффекта охлаждения. С другой стороны, для эффективного испарения или превращения жидкости в пар жидкостная пленка не должна быть толще, чем это, безусловно, необходимо. Это относится, в частности, к испарительным охладителям, применяемым для охлаждения всасываемого воздушного потока газовой турбины с тем, чтобы по возможности уменьшить опасность попадания капелек жидкости в лопаточную решетку компрессора.
Для создания таких условий даже при неравномерной подаче жидкости или простом орошении поверхность обычно имеющих форму сот охлаждающих элементов или охлаждающих пластин должна обладать такими свойствами, при которых благодаря специфическому взаимодействию жидкости с твердым телом в известной степени самостоятельно образуется особо равномерная однородная жидкостная пленка, соответственно, по меньшей мере, поддерживается образование такой пленки. При этом по возможности должна использоваться вся имеющаяся в распоряжении поверхность охлаждающего элемента, т.е. поверхность, смоченная испаряющейся жидкостью.
Следовательно, согласно предлагаемой концепции за счет целенаправленного придания гидрофильных свойств (способности впитывать воду или «водолюбивых свойств») или модифицирования поверхности улучшается смачиваемость охлаждающих элементов - по меньшей мере, в зоне, для которой особенно важно смачивание. Соответствующая обработка поверхностей с приданием им гидрофильных свойств называется еще гидрофилизацией. Вследствие такой обработки капля жидкости, вступающая в контакт с гидрофилизированной поверхностью, расширяется, занимая большую площадь, наподобие плоского диска или плоского шарового сегмента, соответственно при наклонном или отвесном (вертикальном) и в виде каскада расположении соответствующего охлаждающего элемента стекает в виде плоской полоски и при этом хорошо сцепляется с поверхностью. Благодаря этому хорошему притягивающему действию надежно предотвращается унос капель газовым или воздушным потоком. Для полного смачивания поверхности охлаждающих элементов требуется значительно меньший избыток воды по сравнению с необработанной или не модифицированной поверхностью, что заметно уменьшает требуемую толщину пленки и, кроме того, в равной степени снижает опасность возникновения отделения или уноса капель жидкости.
В качестве количественной меры для гидрофильности таким образом обработанных поверхностей может служить при этом так называемый краевой угол, который образуется каплей жидкости на поверхности охлаждающего элемента с поверхностного охлаждающего элемента. В общем, гидрофильные поверхности имеют в отношении воды краевой угол, величина которого меньше 90°. Однако преимущественно обработанная поверхность соответствующего охлаждающего элемента имеет относительно воды краевой угол меньше 40°, в частности меньше 20°, и особенно предпочтительно меньше 10°. Предпочтительным образом способ гидрофилирования выбирается таким образом, что гидрофильность обработанных поверхностей в ходе последующей работы сохраняется длительно или имеет стойкий характер, так что первоначально отрегулированный краевой угол не увеличивается или увеличивается лишь незначительно.
Предпочтительным образом гидрофилизации подвергаются поверхности всех стенок и встроенных элементов испарительного охладителя, которые при подводе жидкости поддерживают процесс испарения или превращения в пар, независимо от их формы, их расположения и их ориентации и от соответствующего материала подложки. Например, наряду с навешенными в проточном канале имеющими форму сот охлаждающими элементами учитывается воздействие воды на расположенные внутри, ограничивающие канал для потока газообразной среды участки стенок корпуса охладителя и соответственно этому целенаправленно снабжаются выполненными гидрофильными поверхностями.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения соответствующий охлаждающий элемент содержит основную часть, изготовленную, например, из металла, которая перед установкой в испарительный охладитель или перед его вводом в эксплуатацию в процессе соответственно выбранного способа покрытия покрывается гидрофильным поверхностным слоем.
Первым способом покрытия, обеспечивающим особенно предпочтительные результаты, в частности уменьшенный краевой угол в отношении воды, является так называемый золь-гель-способ.
Под термином «золь-гель-покрытие» в настоящий момент следует понимать любое покрытие, нанесенное золь-гель-способом на металлическую, керамическую или состоящую из синтетического материала подложку (субстрат). При золь-гель-способе на первом этапе обычно коллоидная суспензия или дисперсия частиц твердого вещества небольшого диаметра - от 1 до 100 нм (так называемые наночастицы) в водном или органическом растворителе в результате перехода золя в гель (гелеобразование) переводится в аморфное, наноструктурированное гелеобразное состояние. Золь-гель-трансформация приводит к образованию трехмерной сетки наночастиц в растворителе, благодаря чему гель приобретает свойства твердого вещества. Затем на втором этапе гель, соответственно гелиевое покрытие, нанесенное на подложку, с помощью тепловой обработки или фотохимическим путем отверждается (спекается) и таким образом превращается в материал или в стойкое и прочное покрытие с характерными для керамических материалов свойствами или прозрачное как стекло.
В качестве исходного вещества (так называемого предшественника) для приготовления коллоидного раствора покрытия, который называется также золем, находят применение, например, тетраэтоксисилан, тетраметилортосиликат, силикат натрия или гликолевый эфир, а также другие различные металлоорганические полимеры, в частности алкоксиды металлов и/или комплексы сложных эфиров с металлами. Путем подмешивания дополнительных органических молекул к различным функциональным группам и/или путем добавления неорганических микрочастиц и/или наночастиц можно целенаправленно изменять хорошо управляемым и контролируемым образом химические и физические свойства будущего покрытия. В описываемом здесь варианте применения получение покрытия с сильно выраженным, по возможности, гидрофильным характером является основной целью при выборе предшественника для коллоидного раствора. Вторичными целями могут быть высокая прочность покрытия на подложке, его высокая стойкость к образованию царапин, высокая устойчивость к температуре или также обеспечение достаточной защиты от коррозии металлической, как правило, подложки с нанесенным на него покрытием.
Золь, обычно образующийся в результате множества протекающих при этом реакций гидролиза или полимеризации, наносится на подложку, например, путем распыления, погружения или центрифугирования. Для нанесения покрытия на очень большие, в основном плоские поверхности применяется преимущественно так называемый способ глубокого погружения. При этом способе подложка, на которую наносится покрытие, в данном случае - соответствующий охлаждающий элемент, погружается в золь и вновь извлекается из него с постоянной скоростью, так что жидкая пленка золя прилипает к поверхности подложки. Будучи первоначально жидкой, золь-пленка после непродолжительной сушки превращается в более или менее плотную гель-пленку, которая подвергается, например, последующей тепловой обработке в кислородсодержащей атмосфере (воздухе). При температурах примерно до 400°С органические составные части металлоорганических полимеров разлагаются с выделением, главным образом, диоксида углерода и воды. Оставшаяся аморфная и нанопористая пленка оксида металла начинает спекаться при температурах свыше 500°С. Одновременно происходит образование центров кристаллизации и рост кристаллов, так что из аморфной и пористой гель-пленки образуется нанокристаллическая, более плотная оксидокерамическая пленка.
Химический состав золя, условия осаждения слоя (например, скорость экстрагирования), а также параметры тепловой обработки (скорость нагрева, температура, продолжительность выдержки) оказывают существенное влияние на свойства слоя и могут регулироваться в соответствии с указанными выше заданными значениями. Благодаря образованию ковалентных связей между слоем и подложкой достигаются высокие показатели адгезии, что благоприятно сказывается на длительности срока службы покрытия и его стойкости к высоким механическим нагрузкам.
Альтернативно или в дополнение к чисто оксидокерамическим золь-гель-слоям могут наноситься также органически-неорганические гибридные слои, вкупе с которыми можно получать покрытия большей толщины и с более высокими показателями растяжимости. В определенных случаях могут применяться температуры обработки значительно ниже 300°С. Альтернативно или в дополнение к тепловой обработке может быть предусмотрено также отверждение с применением ультрафиолетового или видимого света.
В качестве альтернативы золь-гель-способу для гидрофилизации поверхностей испарения или парообразования могут использоваться и другие способы нанесения покрытий или обработки, которые более просты в применении, требуют меньше затрат или приводят к более незначительному высвобождению нежелательных побочных продуктов, например растворителей.
Например, может быть предусмотрено нанесение на основную часть охлаждающего элемента слоя из соответствующего водоразбавляемого химического лака для получения требуемой гидрофильной поверхности. Для этого пригодны, например, акрилатные лаки или лаки на основе полиэфирных смол, полисилоксанов, эпоксидов, полиуретанов или полисилазанов. Предпосылкой гидрофилизации и, следовательно, смачиваемости водой является полярность поверхности. Полярные группы лаковых смол содействуют увеличению поверхностной энергии и, тем самым, лучшей смачиваемости поверхности водой. Подготовка к изготовлению гидрофильных лаков также основана на встраивании соответствующих химических групп, таких как, например, -ОН, -СООН, -NH2, -SH. Более того, лак может приобретать гидрофильные свойства при добавлении в него частиц специальных наполнителей, в частности гидрофильных аэросилов (Aerosile) (безводные порошки диоксида кремния с высокой удельной поверхностью). Соответствующие подробности должны быть известны специалисту из других областей применения или введения лаков подобного рода, к которым относятся, например, покрытия, предохраняющие от запотевания стекла очков, фар и специальных шлемов. Кроме того, такие гидрофильные покрытия наносятся, например, на некоторые медико-технические приборы.
Другую возможность для достижения необходимых поверхностных свойств предоставляют различные методы плазменного нанесения покрытий в атмосферных условиях или в вакууме. При так называемом химическом осаждении из паровой (газовой) фазы (CVD-способ) на поверхностях могут осаждаться в виде слоя реакционноспособные соединения силанов (насыщенных кремневодородов). При этом в результате химической реакции происходит осаждение твердого вещества из газовой фазы компонентов на нагретую поверхность подложки. При использовании соответствующих силанов-предшественников можно получать вышеуказанным методом и гидрофильные покрытия. Осаждение может происходить как в плазме низкого давления, так и при атмосферных условиях. В настоящее время такие способы находят также применение в водоотталкивающих покрытиях, в том числе и для медицинских целей. При так называемом физическом осаждении из паровой (газовой) фазы (PVD-способ) слои могут осаждаться также в вакууме, образуя, в частности, на подложках из синтетического материала металлические или металлоорганические покрытия, способствующие увеличению поверхностной энергии и улучшающие, тем самым, смачиваемость подложки. В отличие от CVD-способа при PVD-способе слой образуется непосредственно при конденсации паров исходного материала.
Еще одну возможность целенаправленной модификации поверхностных свойств материала, в частности увеличения поверхностной энергии и гидрофилизации, предоставляет пламенный способ нанесения покрытий, известный также как Pyrosil-способ, или пламенно-пиролитический способ осаждения аморфного силикатного слоя с сильно развитой сетчатой структурой под действием горючего силан-содержащего газа на материал подложки. Для этого подлежащая обработке поверхность пропускается через окислительную зону газового пламени, в которое предварительно вводится определенная доза кремнийсодержащего вещества, так называемого предшественника. Полученные таким способом силикатные слои обычно имеют толщину от 20 нм до 40 нм и обеспечивают сильно выраженную гидрофилизацию поверхности.
Кроме того, существуют различные способы, которые можно объединить под общим названием "физическое окисление" и которые за счет целенаправленного окисления поверхности приводят к увеличению полярной составляющей поверхностной энергии и улучшают, тем самым, смачиваемость этой поверхности водой. В этом смысле окисляющее действие оказывают, например, реактивные плазмы при плазменной обработке в присутствии кислорода, аргона или воздуха. Эти процессы могут проводиться как в вакууме, так и при атмосферных условиях. При способе обработки коронным разрядом, который также относится к группе способов физического окисления и используется в настоящее время, например, для обработки синтетических материалов с целью улучшения пригодности полимерных пленок для нанесения печати и склеивания подложка подвергается обработке электрическим разрядом, что приводит к ионизации газа, окружающего электроды и подложку, например воздуха. Обработка пламенем также является способом окисления поверхностей синтетических материалов, с помощью которого последним могут придаваться гидрофильные свойства. Электролитическое окисление, наоборот, пригодно, прежде всего, для модифицирования алюминиевых поверхностей.
Обработка сильно окисляющими жидкостями, например пероксидом водорода, или сильно окисляющими газами, например озоном, также может усилить полярность и, следовательно, гидрофильность поверхностей. В настоящее время известно, например, применение озонирования или фторирования при обработке синтетических материалов, например при производстве пленок, а также при обработке топливных баков из синтетического материала. Подобные способы можно объединить под общим названием "химическое окисление".
И, наконец, можно предусмотреть также регулирование требуемых гидрофильных свойств поверхности охлаждающего элемента испарительного охладителя методом химического травления или "прижигания" либо путем фосфатирования поверхности. Под травлением, которое применяется в настоящее время в основном для удаления загрязнений, таких как ржавчина, окалина и др., понимается обработка металлических поверхностей кислотами, например соляной кислотой, серной кислотой или азотной кислотой (кислотное травление), или щелочами, например раствором едкого натра (щелочное травление). При фосфатировании металлические подложки обрабатываются водным раствором фосфата. При этом на металлической поверхности в результате химических реакций образуются неорганические, подверженные конверсии слои, которые оказывают замедляющее коррозию действие и могут служить хорошим покрытием, т.е. являются гидрофильными.
Обеспечиваемые изобретением преимущества состоят, в частности, в том, что за счет целенаправленной обработки поверхностей и гидрофилизации встроенных элементов и охлаждающих элементов испарительного охладителя, предназначенных для парообразования или испарения жидкости, в частности сотовых охлаждающих пластин, достигается расширение или более эффективное использование поверхностей активного теплообмена вследствие улучшения смачиваемости. При применении подобного рода испарительного охладителя для охлаждения газового потока, например в качестве всасывающего охладителя газовой турбины, может достигаться, даже при сравнительно экономном подводе воды, очень высокий эффект охлаждения. Одновременно значительно сокращается или предотвращается унос капель жидкости с потоком газа, в результате чего снижается, например, опасность коррозии или эрозии размещающейся после испарительного охладителя тепловой поршневой машины или тепловой лопастной машины, в частности газовой турбины. Благодаря высокому кпд всасывающего охладителя повышаются также кпд и выходная мощность размещающейся за ним газовой турбины.
Другим преимуществом представленной здесь концепции является уменьшение глубины встраивания испарительного охладителя в результате лучшего использования поверхностей при одинаковой мощности охлаждения по сравнению с предшествующим уровнем техники. Благодаря уменьшению глубины встраивания становится возможным более компактное исполнение корпуса и сокращение, тем самым, затрат на изготовление. Кроме того, на стороне всасывания потери давления значительно уменьшаются по сравнению с предшествующим уровнем техники.
Поэтому концепция гидрофилизации поверхностей парообразования или испарения может применяться также в испарителях с опускной пленкой, предпочтительно для увеличения их кпд, основным предназначением которых является не охлаждение газового потока, а производство собственно пара, например в технологии с дистилляцией смесей жидкостей и т.д. Вместо нагрева горячим газовым потоком или в дополнение к нему можно предусмотреть в данном случае, например, электрический нагрев опускных пластин или труб.
Пример практического воплощения изобретения более подробно описывается со ссылкой на фигуру, на которой показан частичный разрез испарительного охладителя.
Изображенный на фигуре испарительный охладитель 2 служит в качестве охладителя со стороны всасывания для охлаждения забираемого из окружающей среды и подводимого здесь не показанным компрессором газовой турбины воздуха. Для этого он снабжен поточным каналом 6, окруженным закрытым корпусом 4, с впуском 8 воздуха и выпуском 10 воздуха, в котором расположена большая часть охлаждающих элементов 12 или охлаждающих пластин, соответственно объединенных в группы или охлаждающие модули. Плоские охлаждающие элементы 12 ориентированы соответственно вертикально и параллельно направлению воздушного потока 14, создаваемого при работе, и к ним через область крышки корпуса 4 или питающее устройство 16, расположенное на верхней стороне соответствующего охлаждающего элемента 12, с обеих сторон может подводиться вода. Таким образом, при работе как на «передней стороне», так и на «задней стороне» соответствующего охлаждающего элемента образуется стекающая сверху вниз водяная пленка, над которой проходит далее направляемый через проточный канал 6 забираемый воздух. Согласно принципу испарительного охлаждения при этом испаряется или превращается в пар часть стекающей вниз воды, вследствие чего с одной стороны увеличивается относительная влажность воздушного потока и с другой стороны понижается его температура. Неиспарившаяся часть стекающей вниз через охлаждающие элементы 12 воды собирается в донной области в не показанном подробно здесь сборнике и затем по открытому контуру циркуляции возвращается с помощью здесь не показанного насоса к питающему устройству 16, причем потери жидкости, обусловленные испарением, компенсируются добавкой в контур циркуляции свежей воды, предпочтительно обычной водопроводной воды.
Достигаемый эффект охлаждения тем выше, чем суше поступающий в испарительный охладитель 2 (окружающий) воздух. Кроме того, для обеспечения высокого коэффициента полезного действия по возможности должна использоваться в качестве испарительной поверхности вся имеющаяся в распоряжении поверхность охлаждающих элементов 12, причем образующаяся водяная пленка, несмотря на желательное испарение, не должна разрываться ни в одном месте. С другой стороны, подводимое в единицу времени количество воды должно поддерживаться по возможности низким с тем, чтобы от охлаждающих элементов 12 не отрывались никакие водяные капли, которые воздушным потоком могут уноситься в лопастную решетку установленного следом за испарительным охладителем 2 компрессора, где могли бы принести обусловленный эрозией ущерб.
Для приведения в соответствие этих противоречащих друг другу целей в лучшее соответствие друг с другом охлаждающие элементы 12 данного испарительного охладителя 2 снабжены для особенно хорошей смачиваемости охлаждающей жидкостью, в частности водой, золь-гель-покрытием, нанесенным на поверхность основного материала - в данном примере осуществления нержавеющую сталь. В частности, при стандартных или нормальных условиях работы, например при температуре впуска воздуха 15°С и давлении воздуха 1013 мбар, краевой угол в отношении воды достигается меньше 40°, предпочтительно меньше 20° или даже меньше 10°. Гидрофильное покрытие способствует особо равномерному распределению воды на поверхности охлаждающих элементов 12, даже при подаче относительно небольшого количества воды. Образование однородной, относительно тонкой водяной пленки поддерживается даже при неравномерном смачивании и высокой эффективности парообразования или испарения и одновременно уменьшает опасность уноса водяных капель потоком воздуха.
Согласно приведенным выше вариантам осуществления подразумевается, что золь-гель-покрытие может быть образовано, например, целым рядом других методов, с помощью которых целенаправленным образом может быть достигнута гидрофилизация важных для испарения поверхностей охлаждающих элементов 12. К ним относится, в частности, покрытие гидрофильными жидкостными химическими лаками, плазменное покрытие, способ пламенного покрытия, физическое и химическое окисление поверхностей, а также химическое травление и поверхностное травление кислотами и щелочами. Разумеется, выбор особенно подходящего способа гидрофилизации определяется (основным) материалом, из которого изготовлены охлаждающие элементы 12, а также и другими аспектами, как, например, расходы и стоимость, долговечность покрытия или модифицированных поверхностей в условиях работы и т.д. Особенно предпочтительны способы, для которых не требуется дорогое вакуумное оборудование и отсюда они могут применяться очень гибко и локально, по месту.
1. Испарительный охладитель (2) для охлаждения газового потока, в частности воздушного потока, содержащий несколько охлаждающих элементов (12), расположенных в проточном канале (6), к которым посредством питающего устройства (16) может подводиться подлежащая испарению или превращению в пар жидкость, преимущественно вода, причем охлаждающие элементы (12) состоят из нескольких охлаждающих пластин, поверхность которых, по меньшей мере, в одной частичной зоне, предназначенной для образования жидкостной пленки, имеет гидрофильное свойство, отличающийся тем, что по меньшей мере, один из охлаждающих элементов (12) содержит основную часть, которая имеет гидрофильное поверхностное покрытие.
2. Испарительный охладитель (2) по п.1, в котором охлаждающие пластины расположены стоящими вертикально и в виде каскада.
3. Испарительный охладитель (2) по п.1 или 2, в котором краевой угол между гидрофильной поверхностью и водой составляет меньше 20°, преимущественно меньше 10°.
4. Испарительный охладитель (2) по п.1 или 2, в котором, по меньшей мере, один из охлаждающих элементов (12) имеет основную часть, которая снабжена гидрофильным поверхностным слоем, полученным золь-гель-способом.
5. Испарительный охладитель (2) по п.1 или 2, в котором, по меньшей мере, один из охлаждающих элементов (12) имеет основную часть, которая снабжена гидрофильным поверхностным слоем, полученным с помощью нанесения водоразбавляемого химического лака.
6. Испарительный охладитель (2) по п.1 или 2, в котором, по меньшей мере, один из охлаждающих элементов (12) имеет основную часть, которая снабжена гидрофильным поверхностным слоем, полученным с помощью плазменного покрытия.
7. Испарительный охладитель (2) по п.1 или 2, в котором, по меньшей мере, один из охлаждающих элементов (12) имеет основную часть, которая снабжена гидрофильным поверхностным слоем, полученным способом пиролиза.
8. Испарительный охладитель (2) по п.1 или 2, в котором, по меньшей мере, один из охлаждающих элементов (12) имеет основную часть с поверхностью, гидрофилированной с помощью физического окисления, в частности с помощью плазменной обработки в атмосферных условиях или в условиях вакуума, с помощью электролитического окисления, путем обработки коронным разрядом или обработки пламенем.
9. Испарительный охладитель (2) по п.1 или 2, в котором, по меньшей мере, один из охлаждающих элементов (12) имеет основную часть с поверхностью, гидрофилированной с помощью химического окисления, в частности озоном, перекисью водорода или фтором в качестве окислителя.
10. Испарительный охладитель (2) по п.1 или 2, в котором, по меньшей мере, один из охлаждающих элементов (12) имеет основную часть с поверхностью, гидрофилированной с помощью травления или поверхностного травления кислотой или щелочью.
11. Применение испарительного охладителя (2) по любому из пп.1-10 в качестве охладителя на всасывающей стороне для охлаждения забираемого воздуха или воздуха для горения топлива, подведенного к тепловой поршневой машине или тепловой лопастной машине, в частности газовой турбине.
12. Газотурбинная установка с компрессором, камерой сгорания и газовой турбиной, в которой перед компрессором со стороны всасывания установлен испарительный охладитель (2) по одному из пп.1-10.
