Устройство для испарительного охлаждения среды

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПАРИТЕЛЬНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ СРЕДЫ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Саверченко Виктор Иванович Фисенко Сергей Павлович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для испарительного охлаждения среды, содержащее герметичный корпус,внутри которого помещен теплообменник, связанный трубопроводами с распылителями водовоздушной смеси, а также с вакуумным насосом и контроллером, отличающееся тем, что теплообменник выполнен в виде змеевика и расположен по центру герметичного корпуса, а распылители газовоздушной смеси установлены в корпусе с двух сторон змеевика под углом 80-85 к оси симметрии теплообменника, причем каждый распылитель снабжен сверхзвуковым соплом подачи воздуха и соплом подачи воды. Предлагаемое техническое решение относится к теплообменникам, в частности к испарительным теплообменным аппаратам, и может найти применение в машиностроении и энергетике как средство охлаждения рабочих частей машин и механизмов. Известно устройство для испарительного охлаждения среды 1, содержащее два теплообменника, выполненные в виде труба в трубе, один из теплообменников связан с конденсатосборником. Вход внутреннего теплообменника снабжен камерой смешения воды с газовоздушной смесью (например, водовоздушной смесью) и связан с резервуаром для образования этой смеси. Конденсатосборник подсоединен к выходу внутреннего теплообменника, а камера смешения снабжена форсунками (распылителями), размер входных отверстий которых составляет 1-10 микрон. Центральная часть внутреннего теплообменника 79142012.02.28 связана трубопроводом с дополнительно введенным вакуумным насосом и контроллером. Устройство работает следующим образом. Воздух и аммиак поступают по трубопроводам в резервуар для смешивания, полученная газовоздушная смесь поступает в камеру, где смешивается с водой, в результате чего аммиак абсорбируется с водой с образованием аммиачной воды. Поток аммиачной воды с газовоздушной смесью (водовоздушная смесь) поступает на форсунки, с помощью которых на внутреннем теплообменнике образуются капли. Внутри теплообменника поддерживают постоянное давление, при котором происходит быстрое испарительное охлаждение этих капель. Испарение капель вызывает охлаждение газовой смеси во внутреннем теплообменнике. Охлаждаемая среда постоянно поступает в зазор между внешним теплообменником и внутренним теплообменником и охлаждается при обтекании холодной стенки внутреннего теплообменника. Данное устройство обладает следующими недостатками. Во-первых, оно не может снимать высокие тепловые нагрузки, так как испарение капель вызывает охлаждение газовой смеси во внутреннем теплообменнике, а охлаждаемая среда поступает в зазор между внешним и внутренним теплообменниками. Она охлаждается при обтекании холодной стенки внутреннего теплообменника. Во-вторых, так как теплообменники выполнены в форме труба в трубе, площадь межфазного контакта невелика, что в значительной степени снижает эффективность теплообмена. Задачей предлагаемого устройства для испарительного охлаждения является повышение эффективности теплообмена, особенно при высоких тепловых нагрузках. Задача решается следующим образом. Известное устройство для испарительного охлаждения среды содержит герметичный корпус, внутри которого помещен теплообменник, связанный трубопроводами с распылителями водовоздушной смеси, а также с вакуумным насосом и контроллером. Согласно предлагаемому техническому решению, теплообменник выполнен в виде змеевика и расположен по центру герметичного корпуса, по обе стороны теплообменника установлены распылители водовоздушной смеси под углом 80-85 к оси симметрии теплообменника. Каждый распылитель снабжен сверхзвуковым соплом подачи воздуха и соплом подачи воды, благодаря этому распыление водовоздушной смеси осуществляется сверхзвуковым газовым потоком с образованием потока капель. Полученные при помощи такого распылителя капли имеют размеры менее 10 микромикрон. Благодаря такому малому размеру капель, испарение происходит очень интенсивно, при этом происходит интенсивный съем тепла с поверхности теплообменника. Предлагаемое расположение распылителей относительно теплообменника обеспечивает напыление капель прямо на поверхность теплообменника, выполненного в виде змеевика, потому интенсивный съем тепла осуществляется именно с поверхности змеевика, имеющего большую поверхность теплообмена, а сам змеевик, в свою очередь, является трубопроводом, несущим охлаждаемую среду. Съем тепла непосредственно с поверхности теплообменника в виде змеевика позволяет данному устройству работать при высоких тепловых нагрузках порядка 104 Вт/м 2, а также обеспечивает наличие большой площади межфазного контакта. Все это позволяет значительно повысить эффективность теплообмена. На фигуре представлена схема общего вида предлагаемого устройства. Распылители 1 установлены внутри герметичного корпуса 2, в котором при помощи вакуумного насоса 4 поддерживают постоянное давление 30-100 Тор. Герметичный корпус 2 связан с контроллером 5, при помощи которого контролируют постоянное давление в герметичном корпусе 2. Внутри герметичного корпуса 2 по центру расположен теплообменник 3, выполненный в виде змеевика, причем распылители 1 установлены по обе стороны теплообменника 3 под углом 80-85 к оси симметрии теплообменника. Распылители 1 снабжены сверхзвуковыми соплами 6, через которые осуществляют подачу воздуха, и соплами 7, через которые осуществляют подачу воды. 79142012.02.28 Устройство работает следующим образом. В герметичном корпусе 2 с помощью вакуумного насоса 4 поддерживают постоянное давление 30-100 Тор. Это давление контролируют посредством контроллера 5. Из любого внешнего источника (на фигуре не показаны) осуществляют подачу воды и воздуха, воздух поступает на сверхзвуковые сопла 6 распылителей 1 под давлением 6-8 атмосфер из какого-либо внешнего источника, например компрессора. Проходя через сверхзвуковое сопло 6, воздух набирает скорость, образуя сверхзвуковой воздушный поток. Этот поток, соприкасаясь с водой, поступающей через сопло 7, обтекает его и сбивает вытекающую из него воду, разбивая ее на мелкие капли размером менее 10 микромикрон. Таким образом, из распылителей 1 вытекает два потока капель, а так как распылители установлены под углом 80-85 к оси симметрии теплообменника 3, в месте его расположения образуется вихрь и капли из этих потоков интенсивно оседают на поверхности теплообменника 3, выполненного в виде змеевика, что значительно увеличивает поверхность теплообмена. Осевшие на поверхность теплообменника 3 капли начинают стремительно испаряться в условиях пониженного давления в герметичном корпусе 2, охлаждая при этом поверхность теплообменника 3 и обеспечивая высокий съем тепла с этой поверхности порядка 104 Вт/м 2. При этом также охлаждается среда, протекающая внутри теплообменника 3, которую далее подают для охлаждения любых рабочих частей машин или механизмов, например на разогретые детали, тем самым охлаждая их. Таким образом, предлагаемое устройство для испарительного охлаждения повышает эффективности теплообмена, особенно при высоких тепловых нагрузках. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3