Результат интеллектуальной деятельности: УТИЛИЗАТОР ТЕПЛА С КИПЯЩИМ СЛОЕМ

Изобретение относится к аппаратам для утилизации теплоты удаляемого воздуха и охлаждения циркуляционной воды.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является утилизатор тепла по патенту РФ №2319093, F24F 5/00 (прототип), содержащий содержащим металлический корпус, сепаратор, распределитель воды, форсунки, подвижную насадку из полых пластмассовых шаров, поддон и опорную решетку.

Недостатком прототипа является сравнительно невысокая эффективность процесса пылеулавливания за счет недостаточно развитой поверхности распыления жидкости.

Технический результат - повышение эффективности и надежности процесса пылеулавливания путем увеличения степени распыла жидкости форсунками.

Это достигается тем, что утилизатор тепла с кипящим слоем содержит металлический корпус, сепаратор, распределитель воды, форсунки, подвижную насадку из полых пластмассовых шаров, поддон и опорную решетку, причем в корпусе дополнительно размещен направляющий аппарат и поплавковый клапан, а на опорной решетке установлен вибратор, а каждая из форсунок состоит из корпуса со шнеком, соосно расположенным в нижней части корпуса, и расположенный в верхней части корпуса штуцер с цилиндрическим отверстием для подвода жидкости, соединенным с диффузором, осесимметричным корпусу и штуцеру, шнек запрессован в корпус с образованием конической камеры, расположенной над шнеком, соосно диффузору, и соединенной с ним последовательно, причем шнек выполнен сплошным, а внешняя поверхность шнека представляет собой две последовательно соединенных поверхности, одна их которых представляет собой, по крайней мере, однозаходную винтовую канавку с правой или левой нарезкой и расположена внутри корпуса, а вторая поверхность выполнена гладкой в виде тела вращения, осесимметрично соединенного с распылительным диском, расположенным перпендикулярно оси корпуса, и выступает за торцевую поверхность нижней части корпуса, причем в качестве линии, образующей эту поверхность, может быть как прямая линия, так и кривая линия n-го порядка, а поверхность распылительного диска, выступающая за торцевую поверхность нижней части корпуса, выполнена отогнутой в сторону нижней части корпуса и имеет на периферийной части радиальные вырезы, чередующиеся со сплошной частью поверхности распылительного диска. Форма подвижной насадки выполнена в виде цилиндрического кольца, на боковых, внутренней и наружной поверхностях которого выполнена винтовая нарезка в противоположных направлениях, или в виде шара, на поверхности которого выполнены несквозные отверстия полусферической формы, или в виде кольца, на внешней поверхности которого выполнена винтовая поверхность по типу пластинчатого шнека, или в виде, по крайне мере, трехлопастного пропеллера.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемой установки;

на фиг. 2 - общий вид форсунки;

на фиг. 3-6 - варианты выполнения формы подвижной насадки 4.

Утилизатор тепла с кипящим слоем состоит из сепаратора 1, распределителя воды 2, форсунок 3, подвижной насадки 4 из полых пластмассовых шаров (образующих так называемый «кипящий слой»), поддона 5, опорной решетки 6, металлического корпуса 7, направляющего аппарата 8, поплавкового клапана 9, с помощью которого в поддоне поддерживается постоянный уровень воды, и фильтра 10, расположенного в нижней части корпуса и задерживающего различные содержащиеся в воде взвешенные вещества. Для интенсификации процесса тепло- и массообмена на опорной решетке 6 установлен вибратор (на чертеже не показано).

Форсуночная система орошения двухступенчатого контактного теплообменника включает в себя форсунку (фиг. 2), которая содержит корпус 11 со шнеком 17, соосно расположенным в нижней части корпуса, и расположенный в верхней части корпуса штуцер 12 с цилиндрическим отверстием 13 для подвода жидкости, соединенным с диффузором 14, осесимметричным корпусу 11 и штуцеру 12. Для герметичного соединения корпуса 11 со штуцером 12 предусмотрена уплотняющая прокладка 15. Шнек 17 запрессован в корпус с образованием конической камеры 16, расположенной над шнеком 17, соосно диффузору 14, которая соединена с ним последовательно. Шнек 17 выполнен сплошным, причем внешняя поверхность шнека 17 представляет собой две последовательно соединенных поверхности, одна их которых представляет собой, по крайней мере, однозаходную винтовую канавку 18 с правой или левой нарезкой и расположена внутри корпуса 11, а вторая поверхность 20 выполнена гладкой в виде тела вращения, осесимметрично соединенного с распылительным диском 21 посредством стержня 22, и расположенным перпендикулярно оси корпуса, и выступает за торцевую поверхность нижней части корпуса, причем в качестве линии, образующей эту поверхность, может быть как прямая линия, так и кривая линия n-го порядка, например сферическая, эллиптическая, параболическая и др. (на чертеже не показано). Шнек 17 в этом случае может фиксироваться в корпусе дополнительно посредством винтов 19. Шнек 17 форсунки выполнен из твердых материалов: карбида вольфрама, рубина, сапфира.

Поверхность распылительного диска 21, выступающая за торцевую поверхность нижней части корпуса 11, выполнена отогнутой в сторону нижней части корпуса и имеет на периферийной части радиальные вырезы (на чертеже не показаны), чередующиеся со сплошной частью поверхности распылительного диска 21.

Утилизатор тепла с кипящим слоем работает следующим образом.

Шары подвижной насадки 4 под воздействием восходящего потока воздуха и поступающей на нее воды перемещаются, сталкиваясь друг с другом, и тем самым значительно интенсифицируют процессы тепло- и массообмена между распыляемой водой и воздухом, поступающим в аппарат. Интенсификации процесса тепло- и массообмена способствует установленный на опорной решетке 6 вибратор.

Вихревая форсунка 3 работает следующим образом.

Жидкость подается по цилиндрическому отверстию 13 в диффузор 14, а из него в коническую камеру 16, из которой под давлением поступает в винтовую внешнюю полость шнека 17. Вращающийся поток жидкости во внешней винтовой полости шнека образует вихревое движение, при этом происходит дополнительное дробление капель жидкости за счет турбулизации потока на выходе, и мелкодисперсный вращающийся поток выходит из форсунки с широким вращающимся факелом распыляющейся жидкости (раствора) и встречает на своем пути поверхность распылительного диска 21, у которой на периферийной части, отогнутой в сторону нижней части корпуса, выполнены радиальные вырезы, чередующиеся со сплошной частью поверхности распылительного диска 21, что позволяет увеличить поверхность распыливания жидкости с одновременным дополнительным дроблением капель жидкости.

При номинальной производительности аппарата и давлении воды перед форсункой 98 кПа насадка 4 неподвижна при массовой скорости воздуха до 2,7…2,9 кг/(м²×с), а при увеличении этой скорости до 3…3,1 кг/(м²×с) начинается движение шаров 4, процесс тепло- и массообмена значительно интенсифицируется, но возрастает и аэродинамическое сопротивление аппарата. Поэтому принимать массовые скорости воздуха выше 4,1…4,3 кг/(м²×с) не следует, так как шары выходят из рабочей зоны, прижимаясь к сепаратору 1, и резко увеличивается аэродинамическое сопротивление аппарата, которое составляет: 0,12 кПа при массовой скорости 2 кг/(м²×с), 0,2 кПа - при 3 кг/(м²×с) и 0,35 кПа - при 4 кг/(м²×с). Размеры аппарата 0,65× ×0,65×1,9 м, площадь живого сечения в рабочей зоне 0,42 м².

Аппараты с кипящим слоем широко применяют в системах оборотного водоснабжения (для охлаждения рециркулирующей воды) в хлебопекарной промышленности и на предприятиях общественного питания, а также эффективно их использование в вентиляционных системах тех предприятий, где по технологическим требованиям необходимо поддержание в течение всего года повышенной относительной влажности воздуха.

Возможно выполнение формы подвижной насадки (фиг. 3) в виде цилиндрического кольца, на боковых, внутренней и наружной поверхностях которого выполнена винтовая нарезка (на чертеже не показано) в противоположных направлениях. Возможно выполнение формы подвижной насадки (фиг. 4) в виде шара, на поверхности которого выполнены несквозные отверстия полусферической формы (на чертеже не показано). Возможно выполнение формы подвижной насадки (фиг. 5) в виде кольца, на внешней поверхности которого выполнена винтовая поверхность по типу пластинчатого шнека. Возможно выполнение формы подвижной насадки а (фиг. 6) в виде, по крайне мере, трехлопастного пропеллера.