Устройство для испарительного охлаждения среды

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПАРИТЕЛЬНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ СРЕДЫ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Фисенко Сергей Павлович Ходыко Юлия Андреевна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена им. А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для испарительного охлаждения среды, содержащее два теплообменника,один из которых связан с конденсатосборником, и трубопроводы, отличающееся тем, что телообменники выполнены в виде труба в трубе, вход внутреннего теплообменника снабжен камерой смешения воды с газовоздушной смесью, и связан с резервуаром для образования последней, конденсатосборник подсоединен к выходу внутреннего теплообменника,причем камера смешения снабжена форсунками, размер входных отверстий которых составляет 1-10 микрон, а центральная часть внутреннего теплообменника связана трубопроводом с дополнительно введенными вакуумным насосом и контроллером. Предлагаемое техническое решение относится к холодильной технике, в частности к испарительному охлаждению парогазовых смесей в теплообменных аппаратах, и может найти применение в системах вентиляции и кондиционирования воздуха. 51022009.02.28 Известен способ испарительного охлаждения среды, в котором приведено устройство для реализации указанного способа 1, выбранный в качестве прототипа. Устройство содержит два теплообменника, трубопроводы и конденсатосборник. Теплообменник с конденсатосборником связан трубопроводами парогазовой смеси и газообразного теплоносителя. Теплообменная поверхность одного теплообменника (первого) с одной стороны омывается парогазовой смесью, а с противоположной стороны газожидкостной средой до тех пор, пока парогазовая смесь не достигнет температуры конденсации. Затем парогазовую смесь подают в другой теплообменник, снабженный конденсатосборником, и осуществляют конденсацию паров из смеси путем обдува теплообменной поверхности данного теплообменника газообразным теплоносителем до его увлажнения. При этом в качестве впрыскиваемой в газообразный теплоноситель жидкости используют конденсат, образующийся в первом теплообменнике. При небольшом перепаде температур в 20-10 С теплообмен через стенку внутреннего теплообменника 2 является слабым и требует большой его длины для выравнивания средних температур между потоками. К недостаткам устройства относится недостаточная эффективность его работы при небольших перепадах температуры между теплоагентами, то есть при перепаде примерно в 20-10 С. Кроме того, принципиальным недостатком прототипа является нестационарность его работы, когда через теплообменники для удаления конденсата периодически продувается чистый неконденсирующийся газ, а также то, что конденсат из конденсатосборника выводится во внешний контур, где течет охлаждающая среда, и тем самым часть конденсата теряется. Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности устройства, путем создания стационарного режима и упрощение его конструкции. Задача решается следующим образом. Известное устройство для испарительного охлаждения среды содержит два теплообменника, один из которых связан с конденсатосборником, и трубопроводы. Согласно предлагаемому техническому решению теплообменники выполнены в виде труба в трубе, вход внутреннего теплообменника снабжен камерой смешения воды с газовоздушной смесью, и связан с резервуаром для образования последней. Конденсатосборник подсоединен, к выходу внутреннего теплообменника. Камера смешения снабжена форсунками, размер входных отверстий которых составляет 110 микрон, а центральная часть внутреннего теплообменника связана трубопроводом с дополнительно введенными вакуумным насосом и контроллером. Форсунки обеспечивают получение жидких капель во внутреннем теплообменнике, по составу представляющих собой после смешения в камере аммиачную воду. С помощью же вакуумного насоса и контроллера во внутреннем теплообменнике поддерживается постоянное давление, при котором происходит быстрое испарительное охлаждение этих капель. Таким образом, при более компактной и упрощенной конструкции предлагаемого устройства значительно повышается эффективность теплообмена. На фигуре представлена схема общего вида предлагаемого устройства. Устройство состоит из внешнего теплообменника 1 и внутреннего теплообменника 2,выполненных в виде труба в трубе. К входу внутреннего теплообменника 2 подключена камера смешения 3, связанная с резервуаром 4, в котором происходит смешивание аммиака и воздуха и образование газовоздушной смеси. Полученная в резервуаре 4 газовоздушная смесь, поступает в камеру 3, куда подается вода и где в результате абсорбции образуется аммиачная вода. Форсунки 5, размер входных отверстий которых составляет 110 микрон, установлены на входе во внутренний теплообменник 2 и обеспечивают в нем образование капель 6. На выходе внутреннего теплообменника 2 установлен конденсатосборник 7, а к центральной части внутреннего теплообменника 2 трубопроводом 8 подсоединен вакуумный насос 9 и контроллер 10. Контроллер 10 служит для поддержания постоянного давления. Устройство работает следующим образом. 2 51022009.02.28 Воздух и аммиак поступают по трубопроводам (на чертеже не обозначены) в резервуар 4, где они смешиваются, а полученная газовоздушная смесь поступает в камеру 3. В камере 3 поток воды, поступающий по трубопроводу (на чертеже не обозначен), смешивается с газовоздушной смесью, в результате чего аммиак абсорбируется с образованием аммиачной воды. Поток аммиачной воды с газовоздушной смесью попоступает на форсунки 5, с помощью которых во внутреннем теплообменнике 2 образуются капли 6 радиусом 1-10 микрон. Центральная часть внутреннего теплообменника 2, связана трубопроводом 8 с вакуумным насосом 9 и контроллером 10, что обеспечивает поддержание в теплообменнике 2 постоянного давления в диапазоне 10-60 Тор. При таком давлении происходит испарительное охлаждение микронных капель с большой скоростью, примерно 2105 К/с. Температура капель 6 понижается, примерно, на 35-40 С, что вызывает охлаждение газовой смеси во внутреннем теплообменнике 2 на 30-35 С со скоростью на порядок меньше, чем охлаждение капель. Охлаждаемая среда постоянно поступает в зазор между внешним теплообменником 1 и внутренним теплообменником 2. Она охлаждается при обтекании холодной стенки внутреннего теплообменника 2. При этом теплота, идущая от охлаждаемой среды текущей в зазоре между теплообменниками 1 и 2 используется, главным образом, на дополнительное испарение капель, а не нагрев газов во внутреннем теплообменнике 2. Это обстоятельство повышает эффективность теплообмена и, тем самым,обеспечивает компактность конструкции охладителя. После пролета через внутренний теплообменник 2 капли 6 собираются в кондесатосборнике 7 и подаются вновь на форсунки для повторного распыла. Для особо чувствительных экологических случаев применения охладителя капли могут представлять собой либо чистую воду, и вместо смеси использоваться чистый поток воздуха. Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет увеличить эффективность работы устройства для испарительного охлаждения среды при сохранении его компактных размеров. При пониженном давлении скорость испарения микронных капель достаточно высока. Так как устройство не требует применения вредных газов, например фреонов, и дорогостоящего холодильного оборудования, оно может применяться в системах вентиляции и кондиционирования воздуха. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3