Проточное устройство для конденсации пара на наночастицах

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ПРОТОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНДЕНСАЦИИ ПАРА НА НАНОЧАСТИЦАХ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена им. А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Фисенко Сергей Павлович Бринь Антон Анатольевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена им. А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) Проточное устройство для конденсации пара на наночастицах, включающее вертикальный цилиндр с пористой стенкой для поступления потока горячего пара, и отверстие в верхней части цилиндра для поступления газового потока с наночастицами, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено теплоизоляционным кольцом, установленным в нижней части цилиндра с пористой стенкой соосно с ним и связано с дополнительно введенным вертикальным цилиндром с гладкой охлаждаемой стенкой,причем длина дополнительного цилиндра составляет не менее 5 диаметров цилиндра с пористой стенкой, его диаметр - не менее диаметра цилиндра с пористой стенкой, а в нижней части дополнительного цилиндра установлен конденсатосборник. 51792009.04.30 Предлагаемое техническое решение относится к устройствам, отделяющим дисперсную фазу от несущего газового потока, и может найти применение в нанотехнологии и аэрозольной технике. Известен способ стационарной конденсации пара на частицах, в котором приведено устройство для реализации указанного способа 1, это проточное устройство выбрано в качестве прототипа. Проточное устройство содержит вертикальный цилиндр с пористой стенкой. Через верхнее отверстие цилиндра прокачивается газ с наночастицами. Через пористую стенку цилиндра подается пар с температурой выше, чем температура газового потока с наночастицами. В результате конденсации пара формируются гетерогенные капли, содержащие внутри наночастицы, с радиусом несколько микрон. К недостаткам устройства относится низкая эффективность его работы при уже умеренных концентрациях наночастиц (больше 1011 наночастиц /м 3) в газовом потоке. Это обусловлено тем, что, в процессе конденсации пара на наночастицах пересыщение пара быстро стремится к единице. Под пересыщением понимается отношение парциального давления паров к давлению насыщенных паров при той же температуре. При этом после окончания процесса конденсации, остается достаточно высоким содержание паров жидкости в газовом потоке. Сохраняет достаточно высокое значение и температура газового потока в конце цилиндрического канала. Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности устройства при высоких концентрациях наночастиц и сбора конденсата, сформировавшегося в виде пленок жидкости на холодной вертикальной стенке. Задача решается следующим образом. Известно проточное устройство для конденсации пара на наночастицах, представляющее собой вертикальный цилиндр с пористой стенкой, через стенку которого подается пар с температурой выше, чем температура газового потока с наночастицами, поступающего через верхнее отверстие цилиндра. Согласно предлагаемому техническому решению проточное устройство дополнительно снабжено теплоизоляционным кольцом, установленным в нижней части пористой стенки цилиндра, соосно с ним и связанным с дополнительным вертикальным цилиндром с гладкой охлаждаемой стенкой. Длина дополнительного цилиндра составляет, по крайней мере, не менее 5 диаметров цилиндра с пористой стенкой, а его диаметр - не менее диаметра цилиндра с пористой стенкой. Поток газа, несущего гетерогенные капли, не испытывает гидравлических возмущений в таком цилиндре. В нижней части дополнительного цилиндра установлен конденсатосборник. Это обусловлено тем, что температура стенки дополнительного цилиндра холоднее температуры поступающего горячего пара через пористую стенку основного цилиндра, по крайней мере, на 20 С, поэтому на гладкой стенке дополнительного цилиндра образуется конденсат. Собранный конденсат направляется,например, с помощью насоса, в основной цилиндр для испарения с пористой стенкой проточного устройства. Внутри дополнительного цилиндра в результате охлаждения парогазового потока с наночастицами и маленькими гетерогенными каплями вновь появляется пересыщение пара и в нем возобновляется процесс конденсации пара на наночастицах,рост уже образовавшихся гетерогенных капель до микронного размера и конденсация на стенках. За счет увеличенной длины канала гетерогенные капли успевают дорасти до размера нескольких микрон. Таким образом, в предлагаемой конструкции устройства значительно повышается эффективность конденсации пара на наночастицах. Наночастицы,столкнувшиеся со стенкой, захватываются пленкой конденсата и не возвращаются в газовый поток, что увеличивает экологическую безопасность работы проточного устройства. На фигуре представлена схема общего вида предлагаемого проточного устройства. Проточное устройство состоит из вертикального цилиндра 1 с пористой стенкой. Через верхнее отверстие цилиндра 1 подается холодный поток газа с наночастицами. В нижней части цилиндра 1 с пористой стенкой крепится теплоизоляционное кольцо 2,установленное соосно и связанное с дополнительным вертикальным цилиндром 3 с глад 2 51792009.04.30 кой охлаждаемой стенкой. Этот цилиндр охлаждается при помощи теплообменника 4. К нижней части дополнительного цилиндра присоединен конденсатосборник 5. Проточное устройство работает следующим образом. Из распределительного устройства, не указанного на фигуре, через верхнее отверстие вертикального цилиндра 1 с пористой стенкой подается холодный газовый поток с наночастицами. Через пористую стенку цилиндра 1 подается горячий пар с температурой выше, чем температура холодного потока. В результате молекулярного смешения возникает пересыщенное состояние пара и начинается конденсация пара на наночастицах внутри цилиндра 1. Теплоизоляционное кольцо 2 служит для разделения двух вертикальных цилиндров и обеспечения стационарной разности температур между ними. Дополнительный цилиндр 3 имеет температуру ниже, по крайней мере на 20 С, чем температура подаваемого пара. Охлаждение осуществляется прокачкой охлаждающей жидкости через теплообменник 4 на дополнительном цилиндре 3. Внутри дополнительного цилиндра 3 с охлаждаемой стенкой в результате охлаждения парогазового потока вновь появляется пересыщение и возобновляется процесс конденсации пара на наночастицах и рост уже образовавшихся гетерогенных капель до микронного размера. В конденсатосборнике 5 происходит сбор конденсата для повторного использования и предотвращения загрязнения окружающей среды наночастицами, захваченными в конденсате. Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет увеличить эффективность работы проточного устройства при конденсации пара на наночастицах, что предоставляет возможность работать с гетерогенными каплями, содержащими внутри наночастицу, уже с радиусом несколько микрон. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3