Установка утилизации тепла оборудования
Изобретение относится к вентиляции и кондиционированию воздуха с регенеративными теплоутилизаторами. Технический результат - повышение эффективности теплоутилизации воды от технологического оборудования. Установка утилизации тепла оборудования содержит корпус, поддон, систему защиты от обмерзания, двухступенчатый контактный теплообменник с насадкой и форсуночной системой орошения, систему охлаждения с теплообменником. Форсунка системы орошения содержит полый корпус, который состоит из цилиндрической с внешней резьбой, конической переходной и цилиндрической с большим размером диаметра и с внутренней резьбой частей, а соосно корпусу, в нижней части закреплено сопло, образованное цилиндрической поверхностью с внешней резьбой, которая переходит в коническую поверхность и замыкается торцевой глухой перегородкой, с жиклером в ее центре, осесимметричным соплу и состоящим из цилиндрического и конического дроссельных отверстий, соединенных последовательно, причем больший диаметр конического отверстия расположен на глухой перегородке сопла, при этом корпус и сопло образуют три соосные внутренние цилиндрические камеры, а на сопле выполнен дополнительный ряд жиклеров, которые образованы тремя парами взаимно перпендикулярных вертикальных и горизонтальных каналов, которые пересекаются на конической поверхности сопла и образуют выходные отверстия жиклеров, а жиклер, выполненный в центре глухой перегородки, имеет винтообразные поверхности на внутренних поверхностях цилиндрического и конического дроссельных отверстий, при этом на внутренних поверхностях каналов жиклеров сопла выполнены винтовые противоположно-направленные поверхности, причем одна из трех соосных внутренних цилиндрических камер служит для подвода жидкости, другая является расширительной камерой, а третья выполняет функции нагнетательной камеры повышенного давления, заполнены упругим сетчатым элементом или стружкой, а к торцевой поверхности цилиндрической части корпуса прикреплен диффузор, охватывающий коническую поверхность сопла с глухой перегородкой и жиклером. Кроме того, в выходном сечении диффузора, прикрепленного к торцевой поверхности цилиндрической части корпуса, установлена перфорированная перегородка, к которой одним концом в точке ее пересечения с осью распылителя закреплены по крайней мере две спицы, второй конец которых закреплен на внутренней поверхности диффузора таким образом, что спицы перпендикулярны внутренней поверхности диффузора, а на спицах, в их центральной части, свободно установлены дополнительные распылители, выполненные в виде винтовых барабанов, которые зафиксированы на спицах с помощью упоров. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к вентиляции и кондиционированию воздуха с регенеративными теплоутилизаторами.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является приточно-вытяжная установка с регенеративным теплоутилизатором, вращающимся в горизонтальной плоскости по патенту РФ №2282793, F24F 5/00, 1987 г. (прототип), содержащая корпус, поддон, систему защиты от обмерзания, двухступенчатый контактный теплообменник с насадкой, систему охлаждения с теплообменником.
Недостатком прототипа является сравнительно невысокая эффективность.
Технический результат - повышение эффективности теплоутилизации воды от технологического оборудования.
Это достигается тем, что в установке утилизации тепла оборудования, содержащей корпус, поддон, систему защиты от обмерзания, двухступенчатый контактный теплообменник с насадкой и форсуночной системой орошения, систему охлаждения с теплообменником, насадка выполнена из компактной тонкопленочной гофрированной пленки толщиной 0,4…0,8 мм, причем отформованные листы насадки соединены клеем, а насадочная поверхность представляет собой чередующиеся каналы треугольной формы, которые наклонены к оси стекания теплоносителя по противоточной схеме: один лист под углом +30°, другой, наклеенный на него, -30°, а по длине каналы выполнены с П-образным гофрированием, форсунка системы орошения содержит полый корпус, который состоит из цилиндрической части с внешней резьбой для подсоединения к штуцеру распределительного трубопровода, подводящего жидкость, конической переходной части и цилиндрической части с большим размером диаметрального сечения, и с внутренней резьбовой поверхностью, а соосно корпусу, в его нижней части закреплено сопло, образованное цилиндрической поверхностью с внешней резьбой, взаимодействующей с цилиндрической частью корпуса, при этом цилиндрическая поверхность сопла переходит в коническую поверхность и замыкается торцевой, перпендикулярной оси корпуса, глухой перегородкой, с жиклером в ее центре, выполненным осесимметричным соплу и состоящим из цилиндрического и конического дроссельных отверстий, соединенных последовательно, причем больший диаметр конического отверстия расположен на глухой перегородке сопла, при этом корпус и сопло образуют три соосные между собой внутренние цилиндрические камеры, а на сопле, со стороны, противоположной подводу жидкости, выполнен дополнительный ряд жиклеров, которые образованы, по крайней мере, тремя парами взаимно перпендикулярных вертикальных каналов для прохода жидкости и горизонтальных каналов, которые пересекаются на конической боковой поверхности сопла и образуют выходные отверстия каждого из жиклера, при этом парные каналы расположены под прямым углом друг к другу в продольных плоскостях корпуса, а коническая боковая поверхность сопла выполнена с углом при вершине, равным 90°, а жиклер, выполненный в центре глухой перегородки и состоящий из цилиндрического и конического дроссельных отверстий, имеет винтообразные поверхности на внутренних поверхностях как цилиндрического, так и конического дроссельных отверстий, при этом на внутренних поверхностях каналов жиклеров сопла, которые пересекаются на его конической боковой поверхности, и которые образованы, по крайней мере, тремя парами взаимно перпендикулярных вертикальных и горизонтальных каналов для прохода жидкости, выполнены винтовые поверхности, при этом направление винтовых поверхностей в этих каналах выполнено противоположно-направленным, причем образованные корпусом и соплом три соосные между собой внутренние цилиндрические камеры, одна из которых служит для подвода жидкости, другая является расширительной камерой, а третья выполняет функции нагнетательной камеры повышенного давления, заполнены упругим сетчатым элементом, или стружкой из цветного металла, или стружкой из пластмассы, а к торцевой поверхности цилиндрической части корпуса прикреплен диффузор, охватывающий коническую поверхность сопла с глухой перегородкой и жиклером, а в выходном сечении диффузора, прикрепленного к торцевой поверхности цилиндрической части корпуса, установлена перфорированная перегородка, к которой одним концом, в точке ее пересечения с осью распылителя, закреплены по крайней мере две спицы, второй конец которых закреплен на внутренней поверхности диффузора таким образом, что спицы перпендикулярны внутренней поверхности диффузора, а на спицах, в их центральной части, свободно установлены дополнительные распылители, выполненные в виде винтовых барабанов, которые зафиксированы на спицах с помощью упоров.
На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемой установки, на фиг. 2 - схема форсунки системы орошения двухступенчатого контактного теплообменника.
Установка утилизации тепла оборудования снабжена системой защиты от обмерзания 2 и имеет повышенную плотность орошения нижней ступени двухступенчатого контактного теплообменника 1 с насадкой и форсуночной системой орошения, при этом насадка выполнена компактной, тонкопленочной и гофрированной из винипластовой каландрированной пленки толщиной 0,4…0,8 мм, которая безопасна в обращении, трудновоспламеняема и при температуре до 170°С не выделяет вредных веществ. Отдельные отформованные листы насадки склеиваются клеем. Насадочная поверхность представляет собой чередующиеся каналы треугольной формы, которые наклонены к оси стекания теплоносителя по противоточной схеме: один лист под углом +30°, другой, наклеенный на него, -30°. По длине каналы выполнены с П-образным гофрированием (на чертеже не показано). Вода из системы охлаждения по трубопроводу 6 поступает в теплообменник 4, где отдает свою теплоту на нагрев воды, поступающей из поддона 3 в теплообменник 1 и систему защиты от обмерзания 2, и далее по трубопроводу 5 возвращается в систему охлаждения.
Форсуночная система орошения двухступенчатого контактного теплообменника 1 включает в себя форсунку (фиг. 2), которая содержит полый корпус, состоящий из цилиндрической части 11 с внешней резьбой для подсоединения к штуцеру распределительного трубопровода для подвода жидкости, конической переходной части 12 и цилиндрической части 13 с большим размером диаметрального сечения, с внутренней резьбовой поверхностью.
Соосно корпусу, в его нижней части закреплено сопло, образованное цилиндрической поверхностью 16 с внешней резьбой, взаимодействующей с цилиндрической частью 13 корпуса. Цилиндрическая поверхность 16 сопла переходит в коническую поверхность 14 и замыкается торцевой, перпендикулярной оси корпуса, глухой перегородкой 15, с жиклером 20 в ее центре, выполненным осесимметричным соплу и состоящим из цилиндрического и конического дроссельных отверстий, соединенных последовательно, причем больший диаметр конического отверстия расположен на глухой перегородке 15 сопла. При этом жиклер 20, выполненный в центре глухой перегородки 15, и состоящий из цилиндрического и конического дроссельных отверстий имеет винтообразные поверхности на внутренних поверхностях как цилиндрического, так и конического дроссельных отверстий (на чертеже не показано).
Корпус и сопло образуют три соосные между собой внутренние цилиндрические камеры. Камера 17 служит для подвода жидкости, камера 18 является расширительной камерой, камера 19 выполняет функции нагнетательной камеры повышенного давления.
На сопле, со стороны, противоположной подводу жидкости, выполнен дополнительный ряд жиклеров, которые образованы по крайней мере тремя парами взаимно перпендикулярных вертикальных каналов 22 для прохода жидкости и горизонтальных каналов 21, которые пересекаются на конической боковой поверхности 14 сопла и образуют выходные отверстия каждого из жиклера. При этом вертикальные каналы 22 соединены с полостью расширительной камеры 18, а горизонтальные каналы 21 - с полостью нагнетательной камеры 19.
Парные каналы 21 и 22 расположены под прямым углом друг к другу в продольных плоскостях корпуса. Коническая боковая поверхность 14 сопла выполнена с углом при вершине, равным 90°.
На внутренних поверхностях каналов жиклеров сопла 14, которые пересекаются на конической боковой поверхности сопла, и которые образованы по крайней мере тремя парами взаимно перпендикулярных вертикальных каналов 22 для прохода жидкости и горизонтальныхканалов 21, выполнены винтовые поверхности, при этом направление винтовых поверхностей в этих каналах выполнено противоположно направленным. Это позволяет повысить мел ко дисперсность распыляемой жидкости за счет взаимодействия вихревых потоков на выходе из жиклеров.
Возможен вариант, когда образованные корпусом и соплом три соосные между собой внутренние цилиндрические камеры, одна из которых (камера 17) служит для подвода жидкости, другая (камера 18) является расширительной камерой, а третья (камера 19) выполняет функции нагнетательной камеры повышенного давления, заполнены упругим сетчатым элементом, или стружкой из цветного металла, или стружкой из пластмассы (на чертеже не показано). К торцевой поверхности цилиндрической части 13 корпуса прикреплен диффузор 23, охватывающий коническую поверхность 14 сопла с глухой перегородкой 15 и жиклером 20.
Работа форсунки осуществляется следующим образом.
Форсунка устанавливается в рабочее состояние в вертикальном положении. При подаче жидкости в корпус под действием перепада давления 0,4…0,8 МПа в каналах 21 и 22 образуются встречные потоки жидкости, устремляющиеся к выходным отверстиям жиклеров, образованных этими каналами.
После столкновения потоков жидкости в каналах 21 и 22, и истечения через выходные отверстия жиклеров происходит образование веерообразного газожидкостного потока в виде пелены, т.е. реализуется механизм дробления капель жидкости, но генерируемый пеленообразный поток отклоняется от горизонтальной плоскости на больший угол, в диапазоне от 45 до 60°, в направлении к центральной области орошаемой поверхности, расположенной непосредственно под жиклером 20 в глухой перегородке 15 распылителя. Такое распределение распыляемой жидкости позволяет повысить равномерность распыления жидкости над центральной частью орошаемой поверхности.
Предлагаемый распылитель может использоваться в противопожарной технике, например, в составе спринклерных или дренчерных систем пожаротушения, в сельском хозяйстве - для распыления различного типа веществ на посевных площадях и в производственных помещениях, а также в устройствах химической технологии и в теплоэнергетике - для распыления топлива, а также в отраслях техники, где требуется генерация распыленных мелкодисперсных потоков жидкости как в замкнутом, так и в открытом пространстве.
Установка утилизации тепла оборудования работает следующим образом.
На многих предприятиях химической, машиностроительной и других отраслей промышленности на охлаждение технологического оборудования расходуется большое количество воды, температура которой затем достигает 35…40°С. Предложено использовать теплоту такой сбросной воды в приточных установках с применением утилизационных теплообменников контактного и поверхностного типа. Установка утилизации тепла оборудования снабжена системой защиты от обмерзания 2 и, кроме того, имеет повышенную плотность орошения нижней ступени двухступенчатого контактного теплообменника 1. Вода из системы охлаждения по трубопроводу 6 поступает в теплообменник 4, где отдает свою теплоту на нагрев воды, поступающей из поддона 3 в теплообменник 1 и систему защиты от обмерзания 2, и далее по трубопроводу 5 возвращается в систему охлаждения. Приточный воздух в теплообменнике 1 нагревается, проходит через каплеуловитель 10 и затем поступает в калорифер 9, где осушается и догревается до заданной температуры; калорифер подключен к системе теплоснабжения трубопроводами 7 и 8.
Практика показала, что в таком агрегате можно использовать теплоту воды, имеющей начальную температуру всего 20…25°С. При этом обмерзания агрегатов не происходило даже при температуре наружного воздуха до минус 40°С.
Широкое применение предложенная установка может получить при использовании теплоты обратной воды в системе теплоснабжения от ТЭЦ. Снижение температуры этой воды до 20…30°С позволяет увеличить выработку электроэнергии станцией, а при теплоснабжении от котельной - дает возможность эффективно использовать контактные теплообменники.
1. Установка утилизации тепла оборудования, содержащая корпус, поддон, систему защиты от обмерзания, двухступенчатый контактный теплообменник с насадкой и форсуночной системой орошения, систему охлаждения с теплообменником, насадка выполнена из компактной тонкопленочной гофрированной пленки толщиной 0,4…0,8 мм, причем отформованные листы насадки соединены клеем, а насадочная поверхность представляет собой чередующиеся каналы треугольной формы, которые наклонены к оси стекания теплоносителя по противоточной схеме: один лист под углом +30°, другой, наклеенный на него, -30°, а по длине каналы выполнены с П-образным гофрированием, форсунка системы орошения содержит полый корпус, который состоит из цилиндрической части с внешней резьбой для подсоединения к штуцеру распределительного трубопровода, подводящего жидкость, конической переходной части и цилиндрической части с большим размером диаметрального сечения и с внутренней резьбовой поверхностью, а соосно корпусу, в его нижней части закреплено сопло, образованное цилиндрической поверхностью с внешней резьбой, взаимодействующей с цилиндрической частью корпуса, при этом цилиндрическая поверхность сопла переходит в коническую поверхность и замыкается торцевой, перпендикулярной оси корпуса, глухой перегородкой, с жиклером в ее центре, выполненным осесимметричным соплу и состоящим из цилиндрического и конического дроссельных отверстий, соединенных последовательно, причем больший диаметр конического отверстия расположен на глухой перегородке сопла, при этом корпус и сопло образуют три соосные между собой внутренние цилиндрические камеры, а на сопле, со стороны, противоположной подводу жидкости, выполнен дополнительный ряд жиклеров, которые образованы по крайней мере тремя парами взаимно перпендикулярных вертикальных каналов для прохода жидкости и горизонтальных каналов, которые пересекаются на конической боковой поверхности сопла и образуют выходные отверстия каждого из жиклера, при этом парные каналы расположены под прямым углом друг к другу в продольных плоскостях корпуса, а коническая боковая поверхность сопла выполнена с углом при вершине, равным 90°, а жиклер, выполненный в центре глухой перегородки и состоящий из цилиндрического и конического дроссельных отверстий, имеет винтообразные поверхности на внутренних поверхностях как цилиндрического, так и конического дроссельных отверстий, при этом на внутренних поверхностях каналов жиклеров сопла, которые пересекаются на его конической боковой поверхности и которые образованы по крайней мере тремя парами взаимно перпендикулярных вертикальных и горизонтальных каналов для прохода жидкости, выполнены винтовые поверхности, при этом направление винтовых поверхностей в этих каналах выполнено противоположно направленным, причем образованные корпусом и соплом три соосные между собой внутренние цилиндрические камеры, одна из которых служит для подвода жидкости, другая является расширительной камерой, а третья выполняет функции нагнетательной камеры повышенного давления, заполнены упругим сетчатым элементом, или стружкой из цветного металла, или стружкой из пластмассы, а к торцевой поверхности цилиндрической части корпуса прикреплен диффузор, охватывающий коническую поверхность сопла с глухой перегородкой и жиклером, отличающаяся тем, что в выходном сечении диффузора, прикрепленного к торцевой поверхности цилиндрической части корпуса, установлена перфорированная перегородка, к которой одним концом в точке ее пересечения с осью распылителя закреплены по крайней мере две спицы, второй конец которых закреплен на внутренней поверхности диффузора таким образом, что спицы перпендикулярны внутренней поверхности диффузора, а на спицах, в их центральной части, свободно установлены дополнительные распылители, выполненные в виде винтовых барабанов, которые зафиксированы на спицах с помощью упоров.
2. Установка утилизации тепла оборудования по п. 1, отличающаяся тем, что в выходном сечении диффузора, между перфорированной перегородкой и закрепленными на ней, посредством спиц, дополнительными распылителями, выполненными в виде винтовых барабанов, зафиксированных на спицах с помощью упоров, установлена перфорированная коническая обечайка, вершина конической поверхности которой закреплена на перфорированной перегородке, в точке ее пересечения с осью распылителя.
3. Установка утилизации тепла оборудования по п. 1, отличающаяся тем, что полость между перфорированной конической обечайкой, вершина конической поверхности которой закреплена на перфорированной перегородке, в точке ее пересечения с осью распылителя, и поверхностью перфорированной перегородки заполнена упругим сетчатым элементом, или стружкой из цветного металла, или стружкой из пластмассы, которые повышают мелкодисперсность фазы распыливаемой жидкости.
